¿La Física? ¡Son tantas cosas!

Habitualmente aceptamos que la física es la ciencia que estudia la estructura y propiedades de la materia y la energía, las formas de existencia de las mismas en el espacio y el tiempo, así como las leyes de rigen sus interacciones. En este definición no hay limitaciones precisas entre la naturaleza viviente e inanimada, y aunque ello no implica la reducción de todas las ciencias a la física, se deduce que las bases teóricas finales de cualquier dominio de las ciencias naturales tienen una naturaleza física. También se acepta que la biología es la ciencia que trata sobre la naturaleza viviente, incluyendo los aspectos morfológicos, fisiológicos y moleculares. Al ser ésta mucho más compleja que la inerte, la metodología utilizada para establecer los fundamentos de los fenómenos biológicos y sus leyes es, en general, bastante diferente a la utilizada para el estudio de los fenómenos físicos. Podríamos decir que la física biológica, o biofísica, es la física de los procesos biológicos estudiados a todos los niveles, comenzando por las moléculas y las células y terminando por la biosfera en su conjunto.

Todo esto de la física y la biología, materia viva y materia inerte, necesita de un estudio muy profundo. He pensado mucho en ello y, particularmente (algunos dirán que estoy loco), pienso que la materia es sólo una, que se nos presenta en distintas formas, unas más evolucionadas y más complejas que otras; unas en fase inerte y otras en su fase más avanzada: viva.

Físicos como Hermann von Helmholtz en  1850, midió la velocidad de propagación del impulso nervioso, y James Clark Maxwell, sobre 1857, presentó la teoría de la visión en colores.

Podríamos hablar de materia, de luz, de electromagnetismo, y acaso, ¿no son todas esas cuestiones distintos aspectos y variantes de la misma cosa?

Prote viene a significar “primero”; de ahí viene el nombre de protón, que según sea el número en que esté presente, compondrá una clase de materia u otra. Un protón será hidrógeno, y noventa y dos será uranio. Dos elementos distintos pero en realidad hechos por la misma partícula compleja. Al final, todo está hecho de quarks y electrones. Nosotros somos toda la materia del universo también. Claro que, hablar de los seres vivos como simple materia es una temeridad. Esa materia viva evolucionada y muy compleja ha necesitado miles de millones de años para formarse en el corazón de las estrellas, y cuando ha podido surgir tras un largo y tortuoso proceso que le ha llevado a un estado de consciencia, allí había aparecido una materia nueva que estaba acompañada de un ente pensante que la hacía sentir el dolor y el placer, el frío y el calor; el primitivo estado “inerte” ya no estaba.

Está claro que la física que conocemos actualmente es insuficiente para resolver los problemas biológicos, o para fundamentar la biología teórica. La nueva biología necesita, y está a la espera, de una física que aún no está descubierta. De hecho, en la historia de la ciencia hubo situaciones en las que las teorías anteriormente elaboradas se desmoronaban al colisionar con la realidad en sus límites de aplicación, y fue necesario construir un marco conceptual distinto. Así ocurrió con la geometría de Riemann que mandó al paro la de Euclides, que reinó durante dos mil años; así pasó con los conceptos nuevos de Maxwell-Faraday y así pasó con la revolución de Einstein con su relatividad en las dos versiones. En todos los casos mencionados, los conceptos anteriores se fueron al traste y se comenzó un camino nuevo y sorprendente. No digamos de la revolución de Planck y su cuanto de acción (h), que nos trajo la mecánica cuántica.

Nos queda un buen camino por recorrer. En la naturaleza y en los demás sistemas que la integran, buena parte de los procesos que ocurren son intrínsecamente discretos, es decir, involucran (o podrían modelarse con) conjunto discretos de partículas o individuos que interaccionan entre sí de una determinada manera. Átomos, moléculas, proteínas, bacterias, células, animales, personas, o incluso los factores del clima, son ejemplos de agentes activos en estos procesos, que cuando se juntan en un número lo bastante grande, dan lugar a la formación de cosas o cuestiones complejas de grandes dimensiones (galaxias o sociedades humanas, por ejemplo), que dan lugar a comportamientos colectivos que en nada nos recuerdan las interacciones microscópicas individuales.

Siempre tengo en mi mente que todo lo grande está hecho de cosas pequeñas; sino, ¿qué es la felicidad? La felicidad no es otra cosa que esos pequeños momentos en que las cosas sencillas colman nuestros deseos: ayudar al ser amado, tener cogida su mano, una buena lectura, oír la música que te transporta a un lugar mágico, degustar una sencilla comida casera hecha con amor, el triunfo de un hijo, el fracaso de los malvados, un vaso de agua en el desierto, una caricia… todo eso es la felicidad.

Estamos en una época en la que existe la convicción de que buena parte del desarrollo tecnológico del futuro dependerá de la capacidad que tengamos para fabricar dispositivos con un tamaño comprendido entre el de los átomos (< 1 mm) y el de los dispositivos actuales (≈ 100 nm). Con estas dimensiones, la materia presenta comportamientos peculiares, en muchos casos de origen cuántico, que no resultan de una simple extrapolación de sus propiedades macroscópicas (mecánicas, electrónicas, magnéticas, químicas u ópticas), y que por ello son, a menudo, sorprendentes. Estas dimensiones corresponden al territorio límite entre la química molecular y supramolecular, y la física del estado sólido. El estudio de la materia a escala nanométrica y su utilización para la fabricación de compuestos (componentes) y dispositivos con prestaciones avanzadas y novedosas reciben el nombre de, respectivamente, nanociencia y nanotecnología.

Curiosamente, existe una creencia bastante arraigada en amplios sectores de la comunidad científica de que la fotónica (conjunto de tecnologías relacionadas con la luz) es un campo que cae fuera del universo de la nanotecnología. La creencia se apoya en el clásico criterio de Rayleigh de que la resolución espacial de un sistema óptico está limitada por la longitud de onda de la luz (≈ 500 nm), y por ello es próxima al micrómetro, muy lejos de los requisitos de la nanotecnología.

Yo, por mi parte, estimo que esta división es sin duda errónea, y hoy en día la fotónica está íntimamente implicada con la nanotecnología, e incluso se puede hablar propiamente de nanofotónica, de igual manera que se puede hablar de nanoelectrónica o de nanomagnetismo.

¡Qué maravilloso cuando, dentro de muchos años, podamos dominar técnicas que ahora nos parecerían milagrosas! Algún día construiremos instrumentos que, como un pequeño reloj de pulsera, creará a nuestro alrededor un campo capaz de repeler los electrones de una pared, de tal manera que, sin dificultad alguna, nos permita traspasarla como si fuéramos un fantasma. Sí, suena a ciencia ficción, pero será posible como el transportar objetos de un lugar a otro mediante máquinas que desintegran la materia en Madrid, y en una fracción de segundo, la enviarían a Londres.

Pero a pesar de ello, de tanto adelanto y tantos conocimientos, el milagro reside en otra parte: ¡necesitamos querer y que nos quieran! ¡Podemos llorar y reír!

¡La Física Humana!

emilio silvera

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