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domingo, 28 de octubre de 2012

Crónicas Antrópicas 43 - "Abriéndose camino hacia el átomo".


¿Es la materia una enorme pasta divisible una y otra vez hasta el infinito? ¿O por el contrario, es un montón de partículas indivisibles aglutinadas de algún modo, conformando estructuras que son la base de los cuerpos perceptibles a simple vista? Durante siglos hubo mucha especulación sobre si existía alguna unidad fundamental que conformara toda la materia. Un griego llamado Demócrito de Abdera, uno de los paladines del racionalismo griego, postuló que la materia debía tener naturaleza corpuscular: a las partículas que la componían, las llamó "átomos", de la raíz griega "tomos" que significa "divisible", más el prefijo negativo "a-". Por lo tanto, "átomo" significa "indivisible". Con todo, durante cerca de dos milenios la teoría atómica debió contender contra la teoría de los "cuatro elementos". En el siglo XVII, para explicar ciertos fenómenos químicos, la existencia de partículas compuestas de átomos, llamadas "moléculas", fue postulada por primera vez. Los avances de Lavoisier, que permitieron dar el salto desde una Química Cualitativa (que describe las substancias químicas) a una Química Cuantitativa (que las mide y pesa), cristalizaron en la teoría atómica moderna de John Dalton, postulada en 1803. En 1869, la Teoría Atómica encontró un nuevo apoyo, cuando el ruso Dmitri Mendeleiev se basó en ella para desarrollar la moderna Tabla Periódica de los Elementos.


Sin embargo, los átomos eran muy resistidos en el siglo XIX. Auguste Comte, el fundador del moderno Positivismo, consideraba que los átomos no podían ser investigados debido a su pequeño tamaño, en caso de que existieran, en razón por la que los científicos no deberían preocuparse de ellos. Otro problema paralelo era el tema del éter; según la teoría entonces prevaleciente, era imposible que una onda se desplazara en el vacío. Si la luz y el calor solares eran ondas luminosas e infrarrojas respectivamente, entonces por tanto debían moverse sobre un medio: el éter. ¿Cómo encajaba la Teoría Atómica en la teoría del éter? Lord Kelvin, el principal as de la termodinámica en su tiempo, postuló que los átomos eran una especie de vórtices al estilo de Descartes. Lord Kelvin tuvo razón en muchas cosas, pero sobre ésa en particular, estaba trágicamente desencaminado.


La investigación de la composición íntima de la materia dio un salto de gigante en 1897. En la época era conocida la existencia de una misteriosa radiación llamada los rayos catódicos; éstos eran muy misteriosos, porque parecían desplazarse en el vacío. En dicho año se pudo probar experimentalmente que los rayos catódicos estaban compuestos de unas minúsculas partículas, que recibieron el nombre de "electrones": he ahí por qué podían moverse en el vacío. Algo después, gracias a las investigaciones de los esposos Curie, se determinó que los electrones estaban envueltos en el proceso de emisión de radiación: las llamadas partículas beta son electrones de alta velocidad, de hecho. Como la radiación tiene que ver con la transmutación de los elementos, empezó a hacerse cada vez más evidente de que los electrones tenían algo que ver con los átomos: estaban frente a las primeras pruebas de que los átomos en efecto existían, que no eran una abstracción conceptual, ni tampoco algo fuera del dominio científico como postulara Comte.


Pero los electrones tienen una carga negativa de -1, mientras que los átomos son eléctricamente neutros. La única manera de explicar esto, es que el átomo debía poseer otras partículas con carga eléctrica positiva. Al determinarse que el número de electrones se corresponde al número atómico del elemento químico en cuestión, se determinó que esa misteriosa partícula debía tener una carga eléctrica de +1. Finalmente, en la década de 1910, los trabajos de Ernest Rutherford llevaron al descubrimiento empírico de dicha partícula: el protón. Al tiempo después se descubrió una tercera partícula atómica: el neutrón. En la misma década del descubrimiento del protón, fue postulado por primera vez el actual modelo atómico, en donde un núcleo atómico conformado por protones, es orbitado por una nube de electrones. En sus primeras versiones solía verse y representarse al átomo como una especie de sistema solar en miniatura, aunque pronto los avances en la materia revelaría que las cosas eran un poco más extrañas que eso.



Pero el modelo atómico surgido a la luz del descubrimiento de las llamadas partículas subatómicas, suscitó nuevas interrogantes. Si los electrones estaban en órbita alrededor de los núcleos atómicos, y además eran de carga eléctrica opuesta a los protones, ¿no debería ser, debido a la fuerza de gravedad, que los electrones terminaran precipitándose y estrellándose contra el núcleo? Los científicos comenzaron a tener una vaga idea de que las cosas en el mundo subatómico eran mucho más raras, y que habían otras fuerzas rigiéndolo aparte de la gravedad. En esos años ya estaba en marcha la Mecánica Cuántica, que estaba destinada a transformar para siempre nuestra noción de la materia, e incluso de la estructura misma de la realidad. El viejo universo newtoniano estaba saltando en pedazos. En paralelo, mientras estaba siendo demolido en el campo de lo muy pequeño, el campo de lo muy grande estaba sufriendo el asalto de la Teoría de la Relatividad. El siglo XX acababa de empezar.

Próxima entrega: "El advenimiento de la Mecánica Cuántica".

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