El monstruo subatómico (4 page)

En esto, como en realidad sucedió, Aristóteles estaba perfectamente en lo cierto: pero ¿cómo podía probarse su sugerencia? Si el sonido es conducido por el aire, no debería transmitirse en el caso de que no hubiera ya aire. Si una campana suena en el vacío, no debería emitir ningún sonido. El problema era que ni Aristóteles ni nadie más de su tiempo, ni durante casi dos mil años después, pudo producir el vacío y probar el asunto.

En 1644, el físico italiano Evangelista Torricelli (1608-47) puso un largo tubo lleno de mercurio en posición vertical en un plato con mercurio, y vio que se derramaba un poco del mismo. El peso de la atmósfera de la Tierra sólo sostenía 76 cm de mercurio. Cuando el mercurio se derramó, dejó detrás, entre el nivel sumergido y el extremo cerrado del tubo, un espacio que no contenía nada, ni siquiera aire; por lo menos, nada excepto algunas pequeñas trazas de vapor de mercurio. De esta forma, los seres humanos consiguieron el primer vacío decente, pero se trataba de uno muy pequeño, cerrado y no demasiado útil para la experimentación.

Unos años más tarde, en 1650, el físico Otto von Guericke (1602-86) inventó un artilugio mecánico que, poco a poco, succionaba al exterior el aire de un contenedor. Esto le permitió conseguir un vacío a voluntad. Por primera vez, los físicos fueron capaces de experimentar con vacíos.

En 1657, el físico irlandés Robert Boyle (1627-91) oyó hablar de la bomba de aire de Guericke, y consiguió que su ayudante, Robert Hooke (1635-1703), ideara una mejor. En poco tiempo demostró que una campana que se hacía sonar dentro de un contenedor de cristal en el que se había hecho el vacío, no emitía ningún sonido. En cuanto se permitía que el aire entrara en el recipiente, la campana sonaba. Aristóteles tenía razón, y el sonido, al igual que el olor, no representaba una acción a distancia.

(No obstante, tres siglos y cuarto después, los que hacen películas aún permiten a las naves espaciales avanzar a través del espacio con un zumbido y estallar con estrépito. Supongo que, o bien los que hacen películas son ignorantes, o, más probablemente, dan por supuesto que el público lo es y creen que tienen un derecho divino para proteger y preservar esa ignorancia.)

La cuestión es, por lo tanto qué fenómenos se harán sentir por sí mismos a través de un vacío. El hecho de que la presión del aire sólo sostenga una columna de mercurio de 76 cm de altura significa que el aire únicamente puede extenderse unos cuantos kilómetros por encima de la superficie de la Tierra. A partir de una altura de unos 16 kilómetros, sólo quedan unas relativamente delgadas volutas de aire. Esto significa que el espacio de 150.000.000 de kilómetros que hay entre el Sol y la Tierra no es virtualmente, más que, vacío, y sin embargo sentimos el calor del Sol y vemos su luz, mientras que la Tierra responde a la atracción gravitatoria del Sol dando vueltas indefinidamente a su alrededor. Y lo que es más, resultó tan fácil demostrar que un imán o un objeto electrificado ejercía sus efectos a través de un vacío como el demostrar que una campana que sonaba no lo hacía.

Esto nos deja cinco fenómenos que representan acción a distancia: luz, calor, gravitación, magnetismo y electricidad.

No obstante, los científicos, todavía no estaban ansiosos por aceptar la acción a distancia. El científico inglés Isaac Newton (1642-1727) sugirió que la luz consistía en una pulverización de partículas muy finas que se movían rígidamente en líneas rectas. La fuente luminosa emitiría las partículas y los ojos las absorberían, en medio, la luz podría ser reflejada por algo y los ojos verían ese algo por la luz reflejada. Dado que las partículas tocaban el objeto y luego el ojo, no era una acción a distancia, sino una acción por contacto.

Esta teoría de las partículas de luz explicaba varias cosas, como el hecho de que los objetos opacos arrojen sombras bien definidas. Sin embargo, dejaba algunos interrogantes. ¿Por qué, la luz que pasaba a través de un prisma se descomponía en un arco iris de colores? ¿Por qué las partículas de luz roja se refractaban menos que las de la luz violeta? Había explicaciones para ello pero no eran del todo convincentes.

En 1803, el científico inglés Thomas Young (1773-1829) llevó a cabo unos experimentos que mostraban que la luz estaba formada por ondas (véase
«X» representa lo desconocido
, del mismo autor
).
Las ondas tenían longitudes muy diferentes; las de la luz roja eran el doble de largas que las de la luz violeta, y la diferencia en la refracción se explicaba con facilidad de este modo. La razón para las sombras bien definidas (las olas del mar y las ondas del sonido no las arrojan) radica en que las longitudes de onda de la luz son muy pequeñas. Incluso así, las sombras no están en realidad, perfectamente definidas. Existe una pequeña borrosidad («difracción») y esto pudo demostrarse.

Las ondas de la luz hicieron volver a los físicos a la acción a distancia con una venganza. Se podía afirmar que las ondas viajaban a través de un vacío…, ¿pero cómo? Las ondas del agua se propagan a través del movimiento de las moléculas del agua superficial en ángulos rectos respecto a la dirección de propagación (ondas transversales). Las ondas sonoras se propagan gracias al movimiento de las partículas de aire hacia detrás y hacia delante, en la dirección de propagación (ondas longitudinales). Pero cuando las ondas de la luz viajan por el vacío, no existe material de ninguna clase que se mueva hacia arriba y hacia abajo, hacia atrás o hacia delante. En ese caso, ¿cómo tiene lugar la propagación?

La única conclusión a la que pudieron llegar los científicos fue que un vacío
no
podía no contener nada; que contenía algo que subía y bajaba (se descubrió que las ondas de la luz eran transversales, al igual que las ondas del agua). Por lo tanto, postularon la existencia del «éter», una palabra pedida prestada a Aristóteles. Se trataba de una sustancia tan fina y sutil que no se podía detectar con los toscos métodos de la ciencia, sólo podía inferirse del comportamiento de la luz. Permeabilizaba todo el espacio y la materia, reduciendo lo que parecía acción a distancia a una acción por contacto: por contacto etéreo.

(Finalmente se descubrió que el éter era un concepto innecesario, pero ésta es otra historia. Por cuestión de comodidad, hablaré provisionalmente de los diversos efectos que se dejan sentir a través de un vacío como «fenómenos etéreos».)

Existen, pues, los cinco fenómenos etéreos que he mencionado anteriormente, pero, ¿no podría haber más que llegasen a descubrirse, como la electricidad y el magnetismo habían sido descubiertos por Tales? O, a la inversa, ¿no podrían ser menos? ¿Podrían existir fenómenos etéreos que, aun pareciendo realmente distintos, demostrasen ser idénticos al contemplarlos de una forma más fundamental?

Por ejemplo, en 1800 el astrónomo germanobritánico William Herschel (1738-1822) descubrió la radiación infrarroja: la radiación más allá del extremo rojo del espectro. Los infrarrojos afectaban tan fuertemente a un termómetro que, al principio, Herschel pensó que esa región invisible del espectro consistía en «rayos de calor».

Sin embargo, no pasó mucho antes de que la teoría de las ondas de la luz quedase establecida, y se comprendió que existía una extensión de la longitud de onda mucho más amplia que la que el ojo humano estaba equipado para percibir.

Asimismo comenzó a comprenderse mejor el calor. Podía transmitirse por conducción a través de la materia sólida, o por convección en corrientes de líquido o gas en movimiento. Esto es una acción por medio de átomos o moléculas en contacto. Cuando el calor se deja sentir a través de un vacío, no obstante, con lo cual constituye un fenómeno etéreo, lo hace por la radiación de ondas de luz, particularmente en el infrarrojo. Estas radiaciones no son en sí mismas calor pero son únicamente percibidas como tales cuando son absorbidas por la materia, y la energía así absorbida hace que los átomos y moléculas de esa materia se muevan o vibren con mayor rapidez.

Por lo tanto, podemos ampliar el concepto de luz para que signifique todo el espectro de ondas parecidas a la luz, puedan o no ser percibidas por el ojo, y de este modo cabe incluir también el calor en su aspecto de radiaciones. La lista de los fenómenos etéreos se reduce, pues, a cuatro: luz, gravitación, magnetismo y electricidad.

¿Existe alguna posibilidad de reducir aún más esta lista? Todos los fenómenos etéreos son similares en que cada uno de ellos tiene su origen en alguna fuente e irradia hacia delante en todas direcciones por igual. Además, la intensidad del fenómeno disminuye, en cada caso, con el cuadrado de la distancia desde el origen.

Si uno se encuentra a una distancia dada de una fuente de luz y mide su intensidad (la cantidad de luz que alcanza una unidad de área), y luego se separa hasta que la distancia es de 2,512 veces la distancia original, la nueva intensidad es 1/ 2,522, o 1/ 6,31 de lo que era la distancia original. Esta regla de «la inversa del cuadrado» puede también demostrar ser cierta en la intensidad de la gravitación, la electricidad y el magnetismo.

Pero esto tal vez no sea tan significativo como parece. Podríamos visualizar cada uno de estos fenómenos como una radiación moviéndose hacia delante con cierta velocidad fija en todos las direcciones por igual. Después de cualquier lapso de tiempo concreto, el borde delantero de la ola en expansión ocupa todos los puntos en el espacio que están a una distancia concreta de la fuente. Si se conectan todos esos puntos, se hallará que se ha señalado la superficie de una esfera. La superficie de una esfera aumenta con el cuadrado de su radio, es decir, con el cuadrado de su distancia desde el punto central. Si una cantidad fija de luz (o cualquier fenómeno etéreo) se esparce por la superficie de una esfera en expansión, entonces cada vez que la superficie duplique el área, la cantidad de luz disponible por unidad de área en esa superficie se reducirá a la mitad. Puesto que el área superficial aumenta con el cuadrado de la distancia desde la fuente, la intensidad de luz (o cualquier fenómeno etéreo) disminuye con el cuadrado de la distancia desde la fuente.

Esto significa que los diversos fenómenos pueden ser, básicamente, diferentes en propiedades y, sin embargo, parecerse unos a otros al seguir la ley de la inversa del cuadrado. Pero ¿son los diversos fenómenos etéreos básicamente diferentes?

Ciertamente así lo parecen. Gravitación, electricidad y magnetismo, todos se hacen evidentes como una atracción. Esto los diferencia a los tres de la luz, que no parece estar relacionada con la atracción.

En el caso de la gravitación, la atracción es el
único
efecto que puede observarse. Sin embargo, en la electricidad y el magnetismo existe una repulsión al igual que una atracción. Las cargas eléctricas se repelen mutuamente, y lo mismo sucede con los polos magnéticos. No obstante, electricidad y magnetismo no son tampoco idénticos, dado que el primero parece capaz de atraer toda clase de materia, mientras que la atracción magnética parece, en gran medida, limitarse sólo al hierro.

Así, en los años 1780, el físico francés Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), que ya había mostrado que tanto electricidad como magnetismo seguían la ley de la inversa del cuadrado, argumentó de forma convincente que ambos podrían ser similares en esto, pero que eran fundamentalmente diferentes en lo esencial. Esto se convirtió en la opinión ortodoxa.

Pero incluso mientras Coulomb estaba planteando su ortodoxia, se estaba produciendo una revolución en el estudio de la electricidad.

Hasta entonces se había estado estudiando la «electrostática», la carga eléctrica más o menos inmóvil en el cristal, el azufre, el ámbar y en otros materiales que hoy se conocen como no conductores. Se observaron efectos característicos cuando el contenido eléctrico de tales objetos se descargaba y se hacía pasar toda la carga o a través de una brecha de aire, por ejemplo, para producir una chispa y un crujido, o en un cuerpo humano para producir un choque eléctrico mucho más desagradable.

En 1791, el físico italiano Luigi Galvani (1737-98) descubrió que los efectos eléctricos podían producirse cuando dos metales diferentes entraban en contacto. En 1800 este asunto fue llevado más allá por el físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), que utilizó una serie (o «batería») de contactos de dos metales para producir un flujo continuo de electricidad. En un abrir y cerrar de ojos, todos los físicos de Europa se pusieron a estudiar «electrodinámica».

Sin embargo, este descubrimiento hizo que la electricidad y el magnetismo parecieran más diferentes que nunca. Era fácil producir una corriente de cargas eléctricas móviles, pero ningún fenómeno análogo se observaba con los polos magnéticos.

Un físico danés, Hans Christian Oersted (1777-1851), vio las cosas de modo diferente. Adoptado el punto de vista minoritario, mantuvo que existía una conexión entre electricidad y magnetismo. Una corriente eléctrica a través de un cable desarrollaba calor; si el cable era delgado, incluso desarrollaba luz. ¿No podía ser —argumentó Oersted en 1813, —que si el cable fuese aún más delgado, la electricidad obligada a pasar a través de él produjese efectos magnéticos?

Sin embargo, Oersted pasaba tanto tiempo enseñando en la Universidad de Copenhague, que le quedaba muy poco para experimentar, y en todo caso tampoco estaba particularmente dotado para la experimentación.

No obstante, en la primavera de 1820, se encontraba dando una conferencia sobre electricidad y magnetismo ante un auditorio general, y había un experimento que deseaba realizar pero que no había tenido tiempo de comprobar antes de la conferencia. Siguiendo un impulso, lo intentó en el transcurso de ésta. Colocó un cable delgado de platino encima de una brújula magnética, haciéndolo correr paralelo a la dirección norte-sur de la aguja, y luego hizo fluir una corriente a través del cable. Ante el asombro de Oersted (puesto que no se trataba precisamente del efecto que esperaba), la aguja de la brújula se movió cuando se conectó la corriente. No fue una gran sacudida, y el público, al parecer, permaneció impasible, pero después de la conferencia, Oersted volvió a experimentar.

Descubrió que, cuando se hacía pasar corriente por el cable en una dirección, la aguja de la brújula giraba en el sentido de las manecillas del reloj; cuando la corriente fluía en la otra dirección, lo hacía en sentido contrario a las manecillas del reloj. El 21 de julio de 1820 publicó su descubrimiento, y luego dejó correr el asunto. Pero ya había hecho lo suficiente. Había establecido alguna clase de conexión entre electricidad y magnetismo, y los físicos se precipitaron a investigar más el asunto, con una avidez que no se volvió a ver hasta el descubrimiento de la fisión del uranio, más de un siglo después.