Georges Lemaître: el científico-sacerdote

Fuente: https://chile.as.com/

Este año se cumplen más de cinco décadas de una de las pruebas más contundentes contra la idea de que el universo se generó de forma espontánea: el descubrimiento de Arno Penzias y Robert Wilson: la radiación de fondo cósmico de microondas. Esta radiación, que permea todo el universo, es luz remanente del evento que se cataloga como “Big Bang” el cual dio origen a nuestro universo. Esta luz invisible a nuestros ojos, como la que sentimos al poner nuestra mano encima de una fogata, se predijo a partir de las ecuaciones de la relatividad general de Einstein.

La relatividad general dicta que la fuerza de gravedad es consecuencia de una deformación del espacio-tiempo a causa de la masa de un objeto. Es una explicación tan sencilla que se podría ejemplificar de la siguiente manera: Acuéstate sobre tu colchón, pon una canica cerca de tu cuerpo, ésta se desplazará hacia ti, en cierta forma podemos decir que la estás atrayendo, así actúa la gravedad desde la teoría de Einstein. Si el objeto es muy masivo, como nuestro sol, el tiempo “visto” desde un observador en la Tierra, “camina” de forma más lenta que si nos encontramos cerca del Sol.

Un evento que explica la relatividad general es el origen de nuestro universo. Las ecuaciones de esta teoría, nos dice que el universo estuvo concentrado en un punto. Esta interpretación, la hizo un sacerdote jesuita: Georges Lemaître. Sus motivaciones fueron religiosas y éstas se materializaron en una lógica matemática y metodología científica.

Las observaciones astronómicas en la década de los treinta de Edwin Hubble, quien también fue un gran boxeador (sus promotores querían que peleará contra Jack Johnson en ese entonces campeón mundial de pesos pesados), hicieron constatar a los físicos que el universo se expande. El sacerdote-científico Georges Lemaître, quien basó sus suposiciones en las preguntas que arrojaba la filosofía tomista la cual plantea que el universo empezó como un átomo primitivo, encontró en las ecuaciones de Einstein una base teórica-matemática sobre la cual dio forma a sus suposiciones y a los datos experimentales de Hubble. El Papa Pío XII quiso aprovechar este trabajo para apoyar sus ideas religiosas. Lemaître le previno de hacer esto. Para Lemaître la religión y la ciencia tienen diferentes propósitos para el conocimiento, pero se complementaban en una gran cosmovisión: "Yo me interesaba por la verdad desde el punto de vista de la salvación y desde el punto de vista de la certeza científica. Me parecía que los dos caminos conducen a la verdad, y decidí seguir ambos. Nada en mi vida profesional, ni en lo que he encontrado en la ciencia y en la religión, me ha inducido jamás a cambiar de opinión", dijo Lemaître en una entrevista para The New York Times que se tituló “Dos caminos a la verdad”. El siguiente paso sería convencer a sus colegas científicos de que la teoría era correcta.

El nombre de la teoría del Big Bang se lo designó el físico Fred Hoyle, quien fuera uno de los grandes enemigos de esta teoría. En una serie de conferencias de la BBC como conductor emergente, a pesar de la advertencia de un productor que pegó la nota “No llamen a este hombre” en la ficha de Hoyle, este gran físico hizo lo posible por aportar pruebas lógicas en contra de la teoría del Big Bang pero en ciencia el experimento tiene la última palabra.

La radiación (luz) que detectaron Arno Penzias y Robert Wilson, a través de radiotelescopios que aves bombardean a diario con lo que ellos llamaron “material dieléctrico blanco” (excremento de pájaro), ofreció una prueba de que el universo es dinámico no estático, después de treinta años de discusiones entre Einstein, férreo enemigo del Big Bang, y Georges Lemaître.

Creo que la pelea será eterna entre estos dos conocimientos (la ciencia y la religión), sin embrago se complementan como nos lo dice Georges Lemaître, autor del nuevo génesis de este universo. Aún tenemos muchas dudas (por ejemplo, ¿qué hubo antes del principio?) pero la idea de que un sistema dure para siempre, con base en las metáforas que surgen de un universo dinámico y no estático, es cada vez más firme.

Raúl Fierro 

Casa de las Ciencias de Oaxaca

Camino Nacional 4 San Sebastián Tutla, Oaxaca

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El flujo del tiempo (fragmento)

My Acid Workshop (Where I do my Etching) (1910)
Carl Larsson

A Balam le gustaba visitar a su tío, el relojero. Siempre tenía dulces y chocolates en una cajita de cristal pero lo que más le gustaba eran los relojes cucús. En una de sus visitas, vio a su tío arreglando uno y le mostró el mecanismo. Quedó sorprendido con el movimiento de los resortes, engranajes y las pesas que seguían el compás que marcaba el péndulo. Le encantó ver el gorrión de madera que salía a cantar cuando la manecilla grande pasaba por el número doce, impreso en letras góticas sobre la carátula. Eso le había sorprendido a la edad de diez años y cuando aprendió a andar solo en la ciudad, desde los once años, lo visitaba cada sábado antes de salir por las tardes-noches con José para vagar por la ciudad.

Ese sábado, encontró a su tío inspeccionado dos vasijas: una arriba de su escritorio y otra abajo. Las vasijas estaban hechas de arcilla blanca y tenían grabados en su parte exterior jeroglíficos egipcios. Las vasijas tenían forma de cono con la punta cortada. Se apoyaban sobre la superficie desde la base circular más pequeña. La vasija de abajo tenía pintadas por dentro barras verticales que indicaban números hasta el 12. A lado tenía una cubeta llena de agua: “Ven Balam, mira lo que me regaló uno de mis clientes”, Balam se acercó, “llena de agua la vasija del escritorio”, ordenó su tío. Balam tomó la cubeta y la vació en la vasija. Balam observó que el agua fluyó hacia la vasija del piso por un orificio de la base de la que estaba sobre el escritorio. “Ahora toma ese cuadro de madera y tapa la vasija de arriba”, Balam lo hizo y observó que el flujo paraba: “¡No manches!”, dijo sorprendido Balam. “Impresionante no crees”, dijo su tío sonriendo, “es una clepsidra, ésta es una réplica de las que usaban los guardias egipcios para marcar sus turnos por la noche. Es un reloj de agua.” “Pero no creo que se puedan medir segundos o minutos como los relojes de arena que me enseñaste”, retó Balam.

El relojero tomó un bote de plástico de una papelera bajo el escritorio, lo puso sobre la mesa. Sacó una chincheta de un cajón, con ella le hizo un agujero casi a media pulgada a la base de la botella de plástico. Llenó la botella de agua y la cerró. Colocó dos libros como de dos pulgadas de grosor, uno sobre otro, encima del escritorio. Después arriba puso a la botella llena de agua, cuando abrió la tapadera, salió un chorrito fino de agua del agujero que había hecho con la chincheta. Cuando cerró la tapadera, el chorrito dejó de salir. Tomó un vaso y lo puso sobre el escritorio a la distancia donde caía el chorrito de agua. Sacó su cronómetro de uno de los bolsillo de su saco, abrió la tapadera y el chorrito fue cayendo adentro del vaso sobre el que fue rayando, cada diez segundos, al nivel donde llegaba el agua: “Para medir el tiempo se necesita un acontecimiento regular como puede ser el movimiento de los astros. O bien la caída de un fluido a través de un orificio. O bien el descenso de unas pesas”, decía el tío de Balam, “¿cómo se quiere medir el tiempo antes de saber que siempre se mide en relación a otros fenómenos? El movimiento del sol y la luna mide los años y los meses. El movimiento del péndulo las horas. El flujo de la arena y el agua es el flujo de los minutos y segundos. Los relojes siguen siendo una referencia fundamental para medir el paso del tiempo y éste es la variable independiente de cualquier fenómeno”. Entonces sonó el cucú, eran las siete de la noche y Balam se tenía que ver con José a las siete y media en el parque. “Me tengo que ir, tío”, dijo Balam mientras dejaba a su tío con sus reflexiones sobre relojes de agua, arena y sol, sobre el tiempo y su imparable flujo.

Raúl Fierro

Casa de las Ciencias de Oaxaca

Camino Nacional 4 San Sebastián Tutla, Oaxaca

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Galileo Galilei y los experimentos mentales

Retrato de Galileo (1636)
Fuente: Wikipedia

Entre sus muchas consecuencias, la revolución copernicana causó una disyuntiva entre lo real y lo abstracto (matemático). Por una parte el modelo de Ptolomeo indicaba que el Sol y los demás planetas giraban alrededor de la Tierra. Eso era lo más verosímil: ¿cómo compruebas que la Tierra se mueve?

La única prueba, que Copérnico tenía, era una mala demostración matemática y una justificación muy personal sobre el porqué el Sol debía ser el centro (consideraba que el Astro Rey era la lumbrera de Dios). Por eso era de esperarse el señalamiento tan brutal de Osiander, teólogo protestante alemán y uno de los hombres de confianza de Lutero, respecto a la obra copernicana: “Y no espere nadie, en lo que respecta a las hipótesis [copernicanas], algo cierto de la astronomía, pues no puede proporcionarlo; para que no salga de esta disciplina más estúpido de lo que entró, si toma como verdad lo imaginado para otro uso. Adiós”, estas palabras se encuentran en el prefacio del De revolutionibus orbium coelestium (Sobre las revoluciones de los orbes celestes) que se publicó justo después de la muerte de Copérnico. Algunos historiadores dicen que Copérnico aprobó el prefacio sin comprenderlo, cuenta el rumor que él murió justo después de darle el visto bueno a su obra. Nunca sabremos si Copérnico realmente creyó que era algo real su sistema o que era un mero truco matemático para resolver la crisis astronómica que ya presentaba el sistema heliocéntrico.

A Copérnico lo enterraron y su libro dio sus frutos. La matemática, para Kepler el lenguaje en el que se comunica Dios con los hombres, les decía a los astrónomos que la Tierra se mueve pero sus sentidos dictaban lo contrario. Tycho Brahe, a partir de sus datos experimentales, crearía un tercer sistema matemático que nuevamente dejaría a la Tierra estática. El modelo de Brahe hacía verosímil una Tierra inmóvil además que comprobaba ciertas predicciones que hacia el modelo copernicano con respecto al movimiento del Sol y los demás planetas. Galileo, al escribir su crítica al modelo ptolemaico y ensalzar el copernicano, omitió el sistema de Brahe porque no sabía cómo refutarlo. Brahe era un genio de lo real, Galileo era un genio de lo abstracto.

Sin embargo Galileo tenía ciertas ventajas sobre Brahe. Tycho nunca conocería el telescopio además de que Galileo era un genio experimental en lo material y lo ideal. La genialidad galileana dio lugar a los experimentos mentales la cual es una herramienta muy útil en la actualidad para explicar y comprender ciertas interpretaciones del mundo físico que surgen de la matemática (el mundo mental, abstracto).

El experimento mental que Galileo pensó para comprobar el movimiento de la Tierra y su aparente inmovilidad (el cual lo modificaré para que encaja con la actualidad) es el siguiente: Imaginemos que vamos en un automóvil (Galileo usaba como ejemplo un barco). Dentro de éste nos encontramos jugando con una pelota que la botamos hacia arriba y después nos cae en la mano (Galileo imaginaba aventando de la punta del mástil un saco lleno de arena). El modelo ptolemaico (que se basa en física aristotélica) predice que la pelota, al aventarla hacia arriba, se irá hacia la parte trasera del coche (si el barco iba hacia adelante, el saco caería alejado del mástil hacia atrás). No sucede eso. La pelota cae en nuestra mano porque se mueve junto con nosotros que a la vez nos movemos junto con el coche (el saco resulta que cae justo en la base del mástil). Todo lo anterior sin tomar en cuenta el aire (por eso es un experimento mental porque podemos imaginar las condiciones necesarias aunque no podamos recrearlas) Con la Tierra, rotando a miles de kilómetros por hora respecto al ecuador, sucede lo mismo.

El gran triunfo de Galileo no fue su enfrentamiento contra la Iglesia Católica para defender el modelo copernicano (de hecho fue un fracaso total que aún seguimos sufriendo) sino la fusión que hizo entre lo experimental y lo matemático. Galileo nos ofreció el método para convertir, de una forma natural y no forzada, lo inverosímil en lo verosímil. De alguna forma, parafraseando lo que dijo escritor chileno Aldo Astete Cuadra sobre el surrealismo, apostó a la imaginación al servicio de la locura y a ésta, como descriptora de la realidad, bajo su propia razón: lo ideal también pueden existir.

Raúl Fierro 

Casa de las Ciencias de Oaxaca

Camino Nacional 4 San Sebastián Tutla, Oaxaca

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Herramientas de luz

Donna Strickland
Fuente: Página oficial del Premio Nobel

El 10 de diciembre de 2018 se celebró en Estocolmo (capital de Suecia) una ceremonia donde se hizo entrega el Premio Nobel de Física que la Academia Real Sueca de Ciencias otorga cada año. Los 870000 euros (casi veinte millones de pesos equivalentes a 40 casas promedio del INFONAVIT), que vienen con el premio, se repartieron entre tres científicos: Arthur Ashkin (Estados Unidos, 1922), Gérard Mourou (Francia, 1944) y Donna Strickland (Cánada, 1959). Se les concedió por “sus innovadores inventos al campo de la física del láser”.

Ashkin, quien recibió la mitad del premio por “sus pinzas ópticas y sus aplicaciones a sistemas biológicos”, ha trabajado en su invento desde 1970 y ha revolucionado la manipulación fina, desde un nivel molecular, de las células y sus propiedades: «"Las pinzas ópticas han abierto un mundo de posibilidades. Permiten coger una sola molécula y aislarla del resto en el espacio. Es algo que nunca se había conseguido y que ha permitido estudiar la biología celular y molecular como si fueran objetos macroscópicos. Es como estudiar las piezas de un reloj", señala Arias González, del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia.» [Ansede, M. “Premio Nobel de Física 2018 a “las herramientas hechas de luz””. El País. 2 de octubre de 2018 (en línea)]

Lo anterior no pudo ser posible sin el desarrollo de la tecnología láser. Donna Strickland y Gérard Mourou, quienes recibieron un cuarto del premio cada uno por “su método de generación de pulsos ópticos ultra cortos de alta intensidad”, han trabajado por mejorar la potencia de los láseres: «Durante mucho tiempo, se pensó que la potencia del campo es limitada porque el cuerpo del láser es capaz de soportar solo una densidad determinada de la energía. Los dispositivos láser alcanzaron este límite en los años 80. Las investigaciones que requerían una mayor potencia se consideraron como ciencia ficción», señala Serguéi Popruzhenko, profesor titular del Instituto de las tecnologías de láser y plasma de la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares (MEPhI) de Rusia (Moscú) en una entrevista para el portal Sputnik, «En 1985, Gerard Mourou y Donna Strickland encontraron la posibilidad de salir fuera de este límite. Hacia aquel momento aparecieron los láseres que produjeron impulsos de radiación de longitud supercorta. Se puede alargar el tiempo de un corto impulso de láser con el uso de un sistema de prismas o redes de difracción de modo que cambie su color desde el inicio hacia el fin haciéndose más rojo de un lado y más azul del otro. Tal impulso cambia su color desde el inicio hacia el fin.» [“Hacer explotar el vacío: el Premio Nobel incentiva el desarrollo de la ciencia”. Sputnik. 14 de diciembre de 2018 (en línea)]

El láser es un medio de producción muy importante. Esta tecnología ha mejorado los procesos de fabricación de artículos y servicios que ahora son de primera necesidad: cirugías, termómetros, fabricación de autos, diseño de instrumentos ópticos entre otros. Por ello para el desarrollo económico es muy importante su investigación. Sin embargo, una herramienta que ha tenido un avance tan extraordinario durante casi cuarenta años, ¿quiénes son los que acceden a esta tecnología?, ¿cuántos conocen sus aplicaciones y pueden participar en su desarrollo?, ¿cómo introducir esta tecnología en las escuelas y aprender a masificar ese conocimiento?

Raúl Fierro

Casa de las Ciencias de Oaxaca

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Niels Bohr: A ciegas en el mundo atómico

Niels Bohr
Fuente: Wikipedia

Raúl Fierro*

Los resultados que se obtuvieron a partir de los experimentos de Rutherford y las líneas espectrales de los átomos fue una sacudida para la física de principios del siglo XX. Antes de todo esto, se creía que la física estaba resuelta y que no habría nada que el conocimiento humano no pudiera predecir o explicar, un sueño del que abruptamente despertaron varios físicos al encontrarse con un comportamiento anómalo en un mundo que recién se exploraba: el mundo atómico.

La física de Newton y de Maxwell predicen espectros continuos, la física experimental de los átomos  (fenómenos que no ocurren a simple vista) predicen espectros discretos (como si viéramos hoyos en en la naturaleza)  y ponían en duda a las teorías que, durante más de trescientos años, habían dado certidumbre a la Física. Ante este caos llega una idea audaz de parte de un físico danés: Niels Bohr.

Niels Bohr nace en Copenhague en el año de 1885 y muere en ese mismo lugar el 18 de noviembre de 1962. Bohr propuso una solución: el átomo tiene "hoyos" energéticos, es decir, sólo ciertas energías se permiten en el comportamiento de éste como si la naturaleza suave y continua que vemos con nuestros ojos, fuera producto de una que está llena de agujeros. Esta idea audaz, antes de que la publicara, se la mencionó a su hermano en una carta en 19 de junio de 1912:

“Estimado Harald,

Quizás yo he averiguado un poco sobre la estructura de los átomos. No he hablado sobre esto con alguien, pero por otra parte no podría escribirte tan pronto sobre ello. Si tengo razón esto no sería una sugerencia de la naturaleza de una posibilidad (es decir, una imposibilidad, como la teoría de J.J Thomson) de un poco de la realidad. Ha crecido de la pequeña información que recibí de la absorción de los rayos α (de la pequeña teoría que yo escribí hace tiempo). Yo entiendo que podría estar equivocado; porque esto no ha funcionado totalmente, todavía (yo pienso que no); tampoco, creo que Rutherford piensa que es completamente insensata; él es un hombre honesto, y nunca diría que está convencido de algo que no fuera algo totalmente trabajado. Créeme, yo estoy ávido por terminarlo pronto, para lo cual me he tomado un par de días del laboratorio (éste también es un secreto).

Éste es un intento de saludo para quién yo anhelo hablar muy pronto.

Suyo Niels.”

Esta idea, que más tarde aprenderíamos en nuestras clases de secundaria como el modelo atómico de Bohr, se publicó en julio de 1913 con el título On the Constitution of Atoms and Molecules. El físico Otto Stern no recibiría bien este artículo: "Si esas vaciladas de Bohr resultan ser ciertas, me retiro de la física", dijo Stern respecto al trabajo de Bohr. Más tarde Einstein describiría a Bohr de la siguiente manera:

“Lo que es tan maravillosamente atractivo de Bohr como científico es su rara mezcla de audacia y precaución. Pocas veces ha habido un investigador que tuviera una intuición tan profunda de los problemas ocultos combinada con un sentido crítico tan desarrollado. Su conocimiento de cada detalle no lo distrae del principio básico subyacente. Es sin lugar a duda uno de los más grandes descubridores científicos de nuestra época.”

Ya han pasado más de cien años de estas ideas y experimentos, comprendemos más la estructura de los átomos pero aún hay mucho que resolver, muchas discusiones que generar y espero que la polémica se cree con lo que supuestamente ya comprendemos porque a través de ella el conocimiento camina, sin ella se estanca.

*Casa de las Ciencias de Oaxaca

Camino Nacional 4, San Sebastián Tutla, Oaxaca

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Correo electrónico: trinofiesa@gmail.com