3C: Casos, Cosas y Ciencia. Parte 1.

Todos nosotros nos hemos encontrado cara a cara con un gato, hemos tenido una manzana entre manos, nos hemos sumergido en una bañera y hemos deleitado la vista con enormes torres de construcción humana. ¿Ya la pillaste? Todos estos objetos cotidianos tienen relación con Ciencia y con científicos.

En esta entrada vincularemos casos y cosas con los genios que tuvieron que ver con ellas y los maravillosos desarrollos científicos que nos dejaron.

El fruto del manzano, con apariencia brillante y jugosa, es el protagonista del inicio de nuestra historia, ¡ah!, los pasteles también. El inicio de este relato se lleva a cabo en la antigua Grecia, probablemente en Abdera. Hace ya unos 2400 años Demócrito, conocido como el filósofo que ríe debido a su particular forma de mirar la vida y sus acontecimientos -en palabras actuales sería el eterno optimista-, se preguntaba cuál sería la partícula elemental de todo. La historia nos cuenta que en cierta reunión de saberes filosóficos estaban reunidos Demócrito, su maestro Leucipo y algunos otros participantes quienes al calor del vino pensaban acerca de la suposición, aparentemente natural, que afirma que cualquier trozo de materia, por muy pequeño que sea, siempre puede dividirse en otros trozos aún más pequeños. Las acaloradas discusiones llevaron al ejemplo del pastel de manzana (otros relatos sugieren que se trataba de solo una manzana) que para dar abasto a todos los participantes tuvo que ser cortado en la mitad y la mitad en la mitad y así sucesivamente. Esta sucesión de cortes llevó a la concepción mental de que un último hipotético corte permitiría llegar a una partícula fundamental e indivisible bautizada como átomo (del griego: sin partes). Fue una gran idea, ahora sabemos que es cierta, pero Aristóteles, otro gran filósofo griego se encargó de sepultarla. Este error perduró lastimosamente durante un poco más de 2000 años, hasta que durante la primera década de 1800 John Dalton planteara su teoría atómica, sentando las bases de la química actual.

Entre otros apartes interesantes acerca de Demócrito es sabido que atribuía formas geométricas a sustancias (los átomos tenían diferencias, otro gran acierto) e incluso a sensaciones como los sabores o el tacto. Así  lo dulce se debía a una forma esférica, mientras que lo amargo lo producía una forma lisa y redondeada, y lo agrio (ácido) o punzante al tacto se originaba debido a formas con ángulos y partes agudas. Otra gran historia se refiere a que probablemente Leucipo nunca existió. Al parecer Demócrito inventó a Leucipo como su maestro para ganar prestigio y para obtener respaldo a sus teorías, ya que se suponía que Leucipo era un gran filósofo interesado en lo que hoy se denomina física (filosofía natural, en ese entonces), quién a su vez habría sido discípulo del por todos conocido Pitágoras. Esta teoría se sustenta en lo poco que se sabe a ciencia cierta acerca de la vida de Leucipo. La discusión a este respecto aún está abierta.

Varios años después, a inicios de los 1900, Joseph John Thomson (JJ Thomson, para los amigos) también pensó en un pastel. En este caso se trata de un pastel de ciruelas, uno de los postres favoritos en la Inglaterra de la época. Este pastel está constituido por una masa agridulce que contiene ciruelas en su interior. Thomson imaginó que el átomo estaría constituido por partículas negativas llamadas electrones, que él mismo se encargó de descubrir, que estarían inmersas dentro de un cuerpo esencialmente positivo. Las cargas netas debían neutralizarse para mantener al átomo estable. En esta imagen del átomo los electrones corresponden a las ciruelas que se encuentran dentro de la masa del pastel; de manera tal que el número de electrones sea neutralizado por la totalidad de la masa positiva. Fue la primera representación visual del átomo, hoy sabemos que es incorrecta, sin embargo su valía se debe a que fue el punto inicial hacia la imagen atómica actual (orbitales conteniendo electrones que giran en torno a un diminuto núcleo).

La idea del átomo es tan trascendente que según el premio Nobel de física Richard Feyman “es el concepto más importante del Universo”. Ahora sabemos que el átomo está constituido por partes (electrones, protones y neutrones); y que es la clave de lo que llamamos mecánica cuántica y de toda la química que conocemos. ¡Su importancia es fundamental! Si el rey inglés Ricardo III dijo “mi reino por un caballo”, yo me atrevería a decir “mi reino por un pastel”.

Si damos un salto temporal hacia la Inglaterra del 1600, encontramos otra manzana; en este caso, según la leyenda, el fruto cayó sobre la cabeza de Newton y fue la inspiración para desarrollar la ley de la gravedad. Según historiadores actuales esto nunca ocurrió, pues en realidad Newton miró caer una manzana a través de la ventana del cuarto en donde se encontraba absorto, pensando acerca del funcionamiento del Universo.  De una forma u otra, lo importante es que la gravedad es la pieza fundamental de la física moderna. El entender su comportamiento nos ha permitido salir de influencia terrestre mediante la invención de cohetes y telescopios. Este gran descubrimiento nos permite explicar elegantemente la caída de los objetos en la Tierra, el fenómeno de las mareas, las órbitas de la Luna y de los planetas. Todo este conocimiento quedaría grabado en la última parte de la fantástica obra de Newton los Principia, bajo el título “El sistema del mundo”, unificando de una excelsa manera la física terrestre y la extraterrestre.

¡Telescopios y luna! – si añadimos ladrillos, plumas y una torre podemos hablar de nuestros siguientes personajes –. La historia ocurre aproximadamente en el año 350 a.C. Previo a Newton, una de las primeras personas en pensar en la gravedad fue un griego de nombre Aristóteles. Él se dio cuenta que los ladrillos, por ejemplo, caían más rápido que las plumas, y sin pensar tan siquiera en realizar el experimento, concluyó que los objetos más pesados caían más rápido que los livianos. Ahora sabemos que estaba equivocado, pero lo más trágico del asunto es que a nadie se le ocurrió hacer un experimento para comprobarlo. Hace apenas unos 500 años atrás, estas ideas fueron sometidas a experimentos y desde ese momento el mundo cambio para siempre. El genio encargado de usar el nuevo método experimental para comprobar las hipótesis, fue un italiano llamado Galileo Galilei, quien con sus experimentos demostró que los griegos estuvieron equivocados acerca de la gravedad.

Galileo Galilei nació en Pisa el 15 de febrero de 1564, a los pocos años su familia se instaló en Florencia, un puerto italiano, en donde Galileo pudo crecer en un ambiente de comercio y libertad. Ya adulto Galileo regresaría a estudiar medicina en la Universidad de Pisa, descubriendo luego su interés por las matemáticas y la física. Cuenta la leyenda que Galileo dejo caer varios objetos con igual forma, pero de pesos distintos, desde la torre de Pisa; todo con el fin de demostrar que llegaban al suelo al mismo tiempo. En su laboratorio Galileo hizo caer los objetos usando rampas, es decir planos inclinados. La conclusión: la velocidad de caída de un objeto NO depende del peso del objeto. Galileo descubrió que existe una fuerza (nuestra querida gravedad) que atrae a todos los objetos por igual, a no ser que sean tan ligeros que la resistencia del aire reduzca su velocidad de caída, como sucede con una pluma, o con una hoja extendida que se deja caer libremente.

Por otro lado, por allá por 1609, Galileo escuchó acerca de un invento espectacular que permitía acercar los objetos lejanos. Este instrumento es el telescopio; Galileo usó su gran ingenio y construyó el suyo propio mejorándolo sustancialmente, en su primer intento el aumento del telescopio de Galileo fue 30 veces mayor. Con él pudo observar la Luna como nadie lo había hecho antes. Se dio cuenta que estaba llena de cráteres, y no era lisa, como se pensaba hasta el momento. También miró las manchas solares y más importante aún logró encontrar objetos girando en torno a Júpiter, el planeta más grande de nuestro sistema solar. Con su telescopio encontró a Ganímedes, Calisto, Io y Europa, tal como se denominan los cuatro satélites de mayor tamaño que orbitan al gigante planeta. Esto llevó a que Galileo tomara en serio las ideas de otro italiano antes que él. Se trataba de Copérnico, quien ya en 1520 había planteado un sistema simple para el funcionamiento del sistema solar. La propuesta consistía en mantener al Sol en el centro y a su alrededor estarían girando todos los planetas. Este sistema es actualmente conocido como heliocéntrico, siendo helio el nombre griego para nuestra estrella, el Sol.

Lastimosamente esta idea no fue del agrado de todos y Galileo tuvo graves problemas, terminando sus días ciego y encarcelado en su casa. Otro de los grandes descubrimientos de Galileo y su telescopio fue el notar que Saturno poseía anillos, siendo la primera persona en anotar esta característica particular, y hoy muy conocida, para este planeta.

Si regresamos hasta los griegos, nuestro siguiente personaje tiene pocos que lo igualen. Se trata de Arquímedes, un siracusano (procedente de Siracusa, en la actual Italia) que según comenta la historia era un hombre muy apacible y sonriente, al parecer otro eterno optimista. Su muerte fue trágica debido a su carácter. Resulta que cuando las tropas del general romano Marco Claudio Marcelo bloquearon y saquearon Siracusa, uno de sus soldados llegó a la casa de Arquímedes, quien estaba absorto dibujando figuras geométricas en el suelo. El soldado trató que Arquímedes le entregara información acerca de los objetos de valor en el interior de la casa -nuestro personaje era rico, además de pariente y muy amigo del rey-; sin inmutarse un ápice, Arquímedes simplemente le dijo que no lo molestara. Debido a tal impertinencia el soldado tomó de las ropas de Arquímedes y lo objetó, desfigurando el dibujo, ante lo cual Arquímedes se lamentó mostrando enérgicamente su enojo. Mirando la furibunda reacción el soldado no encontró mejor manera de callarlo que cortándole el cuello. Momentos después, el soldado se enteró que Marcelo, su general al mando, había solicitado que se respetase la vida del ilustre personaje. El general entendía que podía beneficiarse del científico, pues conocía el valor que tiene la ciencia para el desarrollo de los estados, sin embargo la situación ya no tuvo remedio.

En otra anécdota, lo que aquí nos ocupa es la famosa bañera, parte de una historia que lastimosamente no es cierta, pero que todos hemos escuchado desde nuestro profesor de escuela hasta la universidad. El relato inicia con el tratar de descubrir una treta. Por allá en el siglo III a.C. el rey Hierón II, amigo y primo de Arquímedes, gobernaba Siracusa (desde aquí parte la dudosa historia pues en aquella época los reyes no usaban corona sino más bien una guirnalda de laurel); en fin, se supone que el ostentoso rey dio un lingote de oro a un orfebre para que haga una hermosa corona. Una vez hubo terminado, el artista entregó el encargo; no sabemos por qué, pero el rey no podía dormir pues lo atormentaba la duda: ¿y si se sustituyó parte del oro de la corona por plata para engañarme? Hizo llamar a su inteligente primo para que resuelva su dilema sin destruir la corona, que dicho sea de paso, resultó ser falsa.

Como todos los hombres de ciencia Arquímedes no podía sacar el problema de su cabeza, de tal manera que cuando tomó un baño encontró la respuesta. Al ingresar a la tina se percató de que el agua subía cuando él se sumergía. En seguida su cerebro entendió que al sumergirse estaba desplazando una cantidad (volumen) de agua que equivaldría a su volumen. La solución al enigma se encontraba en determinar el volumen de agua desplazado por la corona y calcular su densidad, luego por comparación con masas iguales de oro y plata y sus densidades, encontraría la respuesta. Según la famosa leyenda cuando Arquímedes logró determinar cómo resolver el problema salió a la calle en cueros gritando “Lo he encontrado”, el famoso “eureka (εὕρηκα héurēka)“ que todavía usamos para celebrar un gran descubrimiento. Existen varias controversias al respecto de esta historia pues se cree que no era posible, en la época, determinar una diferencia de volumen de agua desplazada tan pequeña entre la corona y las masas de oro y plata usadas para comparación. Hay quienes dicen que la única manera sería utilizando un reloj de agua (clepsidra) con un pequeño canal metálico o una lengüeta en el agujero de la vasija como se explica aquí. Otras fuentes aducen que en realidad lo que se evaluó es la diferencia de peso del agua desalojada por los objetos que es mucho más fácil de medir, incluso con los equipos de la época. En un giro aún mayor de la historia, algunos autores comentan que la dichosa corona resultó ser autentica y el rey la disfrutó hasta su muerte.

Para finalizar déjenme contarles que la historia de la tina no aparece en ninguno de los libros de Arquímedes que han llegado hasta nuestros días; en realidad se cita por vez primera en un libro escrito por Vitruvio, un arquitecto, escritor e ingeniero romano, dos siglos después de la muerte de Arquímedes. Esto crea la sospecha de que probablemente se trate más de una leyenda popular que de un hecho histórico. En todo caso, aunque esta no fuera la realidad, Arquímedes dejó documentos escritos en los que se describe a la perfección el principio que lleva su nombre, también nos dejó el número π (pi), pues fue la primera persona en encontrar su valor y sentó las bases para el cálculo infinitesimal, que sería descrito siglos después. Un dato final: la influencia de Arquímedes en científicos posteriores es tan importante que incluso Galileo, aquel de la torre inclinada y el telescopio, citó sus escritos más de cien veces para validar sus propias investigaciones.

Alexis Hidrobo P.

Para saber más:

• Manuel Lozano Leyva. De Arquímedes a Einstein – Los diez experimentos más bellos de la física – Random House Mondadori, S. A. México. 2008.
• https://francis.naukas.com/2011/08/12/como-resolvio-arquimedes-el-problema-de-la-corona-de-oro-de-hieron-usando-un-reloj-de-agua-y-una-lengueta/
• https://recuerdosdepandora.com/ciencia/quimica/el-principio-de-arquimedes-eureka-corona-oro-heron/

Alexis Hidrobo

Invierto mi tiempo en la enseñanza de Química en la Universidad San Francisco de Quito. Además me apasiona la divulgación científica y la ciencia ficción.