El microscopio abrio para los descubrimientos un nuevo mundo en miniatura, del mismo modo que el telescopio habia dejado al descubierto los cielos y el bistuti de diseccion habia abierto el cuepo debajo de la piel. Los primeros usuarios del microscopio debieron de experimentar la emocion de entrar en un territorio desconocido. Malpighi describio por primera vez la estructura de los pulmones, el brazo, los riñones, el higado y la piel. Muchos elementos del cuerpo humano llevan todavia su nombre (como los tubos de Malpighi del riñon), del mismo modo que los exploradores de tierras y mares dejaron sus nombres en el continente americano.

Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), un pañero holandes que ademas fue pionero del microscopio, descubrio el musculo estriado, el esperma y las bacterias. Posteriormente, fue el cientifico ingles Robert Hooke (1635-1703) quien vio por primera vez las “celulas” y les dio este nombre, pero no supo reconocer su importancia.

La comprension de la estructura microscopica de los objetos vivientes es esencial para cualquier intento de entender como funcionan. En este sentido, difieren de las maquinas mecanicas, que estan construidas a un nivel macroscopico a partir de componentes que a un nivel microscopico son homogeneas y carecen de interes. Por el contrario, los objetos vivientes parecen a simple vista muy sencillos, pero revelan una complejidad asombrosa a escala microscopica. Este intrincamiento vertiginoso sigue manifestandose cuando descendemos a una escala atomica.

Tanto los biologos mecanicos, como todas las generaciones previas de biologos, no eran en absoluto conscientes de esta caracteristica vital del conocimiento. Algunas funciones biologicas (como el modo en que la sangre circula) son incomprensibles a nivel macroscopico, ya que los secretos mas importantes (como el por porque de la circulacion de la sangre) se localizan a escala molecular, mas alla incluso del alcance de los que utilizan microscopios. Por esta razon, los biologos mecanicos realizaron progresos relativamente escasos, a pesar de sus avances ocasionales en lo relativo a la circulacion de la sangre y la optica ocular.

Desde que podemos recordar, el hombre siempre ha efectuado tentativas para hallar el secreto de la energia de la vida y, aunque cientificamente no se puede decir que hubieran avanzado mucho, llego un momento en que todo eso cambio y se realizaron algunos progresos. Esto se debio a los logros impactantes de un hombre: Antonoine Laurent Lavoisier (1743-1794), autor de la Revolucion Quimica y victima de la Revolucion Francesa. Aristoteles, Galeno,  Paracelso, Stahl y otros cientificos habian reconocido todos ellos que existia una cierta relacion entre la respiracion, el calor y la vida, pero no tenian clara aun la naturaleza de esta relacion y fue mucho lo que se estudio sobre ello hasta ir comprendiendo poco a poco los significados de lo que podian ir contemplando a traves del microscopio.

Esta claro que, ahora, visto desde la distancia, podamos pensar que algunos pensamientos de aquellos hombres de ciencia nos puedan parecer peregrinos y, aunque nos pueda resultar increible, algunos cientificos del siglo diecisiete pensaban que la vida estaba impulsada por algo parecido a la polvora. La invencion de la polvora a finales de la Edad Media habia llevado a la creencia de que sus componentes (azufre y nitrato potasico) eran tambien responsables de los truenos de las tormentas, la actividad de los volcanes y los terremotos. Esta suposicion estaba aparentemente confirmada por el olor a azufre de los volcanesy las tormentas. La hipotesis que se formulo era que, en la respiracion, el cuerpo extraia este espiritu nitroso del aire, combinandolo despues con componentes sulfurosos, que ya estaban en el cuerpo, para producir una combustion -la explosion de la vida. Esta teoria de la polvora para explicar la vida es otro ejemplo fascinante de como el cambio tecnologico proporcionaba nuevas analogias y maneras innovadoras de pensar sobre cuestiones biologicas.

Entre 1750 y 1775, quimicos britanicos descubrieron gases principales: Joseph Black descubrio el dioxido de carbono en 1757; Henri Cavendish el hidrogeno en 1766; Daniel Rutherford el nitrogeno en 1772; Joseph Priestley en 1774 y el quimico sueco Karl Scheele en 1772, independientemente, descubrieron el oxigeno. Sin embargo, no se considero que estos gases fueron distintas sustancias quimicas, sino que se penso que eran tipos de aire, ya que aun predominaba la teoria de los cuatro elementos de Empedocles -2.200 años despues de su muerte. Asi, por ejemplo, el dioxido de carbono se denominaba aire fijo, el oxigeno se conocia como aire desflosgisticado o aire de fuego. Pero el mundo cientifico se puso en marcha hacia la revolucion: hacia el derrocamiento de los cuatro elementos, la extincion del flogisto, el rechazo del vitalismo, y la creacion de la quimica y de la quimica fisiologica.

Lavoisier resultaba inverosimil como revolucionario: su padre era abogado y su familia formaba parte de la prospera burguesia francesa. Recibio la mejor educacion posible y estudio leyes, y fue un amigo de la familia quien le hizo interesarse por la quimica. La Academia francesa de las Ciencias existia desde 1666 y, con solo 21 años de edad, Lavoisier decidio que queria ser miembro de ella. Investigo con exito varios sistemas para el alumbrado publico, el rey le concedio una medalla de oro y con solo 25 años fue elegido academico. Entonces fue cuando se embarco en la serie de experimentos quimicos que iban a remodelar el mundo de la ciencia. Sin embargo, como la mayoria de los demas cientificos  contemporaneos, tenian que financiarse sus propios experimentos, por lo que utilizo la herencia materna para comprarse el derecho a ser miembro de una empresa recaudadora de impuestos. Aunque esto le dio una seguridad financiera, finalmente resulto fatal, ya que los recaudadores de impuestos no estaban bien vistos despues de la Revolucion Francesa.

No obstante, su carrera le posibilito conocer a su futura esposa, Marie, que entonces tenia trece años y era hija de otro recaudador de impuestos. Esto resulto ser una jugada inteligente, porque Marie se convirtio pronto en una cientifica competente y fue de mucha utilidad como ayudante en todos los trabos de Lavoisier.

En 1789, el año de la gran obra de Lavoisier Traite elementaire de chimie, marco tambien el comienzo de la Revolucion Francesa. Aunque presto sus servicios en el Gobierno Revolucionario, sus credenciales burguesas y de recaudador lellevaron al procesamiento y a la guillotina en 1974.

Lavoisier puso su mirada, su punto de miera en primer lugar en la teoria de los cuatro elementos. Los alquimistas habian descubierto que, si el agua hervia durante mucho tiempo, el resultado era que esta desaparecia y quedaba un residuo solido. Pensaron que esto se debia a la transmutacion de un elemento -el agua- en otro -la tierra- por la accion del calor o del secado. En la actualidad sabemos que el residuo solido procede en parte de las sales disueltas en un tipo de agua que no es agua pura, y en parte del recipiente en la que hierve el agua. Lavoisier demostro esto hirviendo agua pura durante 101 dias en un recipiente de cristal cerrado hermeticamente. Descubrio que en el agua aparecia una pequeña cantidad de materia solida, pero, pesando dicha materia, el agua y el recipiente, con lo que quedo probado que el agua no se podia haber convertido en tierra.

Muchos mas fueron los experimentos de Lavoisier, tales como la combustion de los metales en los que se producia una oxidacion. Por aquellos dias (octubre de 1774) Joseph Priestley visito Paris y acudio a una cena con Lavoisier y otros cientificos franceses. Esta reunion crucial iba a aportar la clave esencial para la investigacion de Lavoisier, pero tambien produjo una larga disputa sobre las ideas y el plagio, la batalla por la prioridad cientifica que es antigua ya en el tiempo.

Muchos temas y personajes se me quedan en el tintero pero, otras obligaciones me requieren y, de momento, no tengo mas remedio que dejarlo aqui. Creo que seguire hablando sobre el derrumbe de la teoria de los cuatro elementos que dio paso a un cuerno de la abundancia lleno de cuestiones relacionadas con la materia. Si el “aire” era una mezcla de distintos gases, el “agua” era una combinacion de hidrogeno y oxigeno, y el “fuego” no era en absoluto un elemento, entonces, ¿en que tierra de nadie quedaba la “tierra”?

Por ahi comenzare en el proximo comentario de este apartado ¡El Microscopio! y nuestros avances, y, de esa manera, iremos avanzando en el conocimiento de cosas que, de seguro, os gustara saber.

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Yo puedo visualizar la estructura interna de un átomo.  Puedo hacer que me vengan imágenes mentales de nebulosas de “presencia” de electrón alrededor de la minúscula mota del núcleo que atrae esa bruma de la nube electrónica hacia sí.  Puedo ver los átomos, los protones y neutrones y, en su interior, los diminutos quarks enfangados en un mar de gluones.

Claro que, todo eso es posible, por el hecho de que, dicha imagen, me es muy familiar.  Creo que cada uno construirá sus propias imágenes conforme él las vea a partir de las ecuaciones o bien de cómo las formó en su mente a partir de sus lecturas o explicaciones oídas en charlas científicas.

Cuando entraron en escena David Politrer, de Harvard, y Davil Gross y Frank Wilcrek, de Princeton, el panorama de lo que ocurría en el interior del núcleo, se aclaró bastante.  Ellos, descubrieron algo que llamaron libertad asintótica. Asintótico significa, burdamente, “que se acerca cada vez más, pero no toca nunca”.  Los quarks, según descubrieron los tres, tienen libertad asintótica.   La interacción fuerte se debilita más y más a medida que un quark se aproxima a otro.  Esto significa paradójicamente, que cuando los quarks están muy juntos se portan casi como si fuesen libres.  Pero cuando se apartan, las fuerzas se hacen efectivamente mayores.  Las distancias cortas suponen energías altas, así que la interacción fuerte se debilita a altas energías.

Esto es justo lo contrario de lo que pasa con la fuerza eléctrica.

Aún más importante era que la interacción fuerte necesitase una partícula mensajera, como las otras fuerzas y, en alguna parte le dieron al mensajero el nombre de gluón (de las ingles glue, pegamento).

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En la primera parte se finalizaba diciendo que una buena teoría, una vez fijada, hace predicciones; vamos a ver si otros experimentos confirman esas elecciones filosóficas.

Indiscernebilidad

Ante todo, la identidad de partículas viene, de nuevo, posibilitada por el atomismo democriteo: el atomismo implica que hay un número finito de parámetros para determinar completamente la ontología (NO la posición espacio-temporal) de un sistema atómico. Por ejemplo, un electrón es completamente descriptible como sistema por su masa, su carga eléctrica y el valor de ½ para su espin. La excusa de las “variables ocultas” (Einstein; D. Bohm) es un recurso numantino para no aceptar el atomismo, como decir que hay “subvariables” en el electrón, etc. Ya Leibniz se preocupo de las consecuencias físicas de la identidad de las cosas; pero es solo la teoría quántica, entendemos, quien da el paso, con consecuencias físicas, de la identidad y la indiscernibilidad: si tenemos tres electrones , la teoría de la colectividad debe aplicarse de modo que NUNCA, en la construcción teórica, pueda decirse de que electrón se trata entre los tres: el “fijar” el sistema debe responder a la pregunta de cuantos electrones hay en un estado definido, y no cuales son: esta fue la idea directriz de Hiesenberg y de Dirac, independientemente, en 1926, cuando inventaron las estadísticas cuanticas en el marco de la  (nueva) mecánica quántica.

Hay aquí una postdiccion: estados cuanticos diferentes son compatibles sobre partículas idénticas, por ejemplo superposiciones simétricas o antisimetricas, y de hecho Bose invento la estadística de partículas de espin entero (1924), Pauli encontró empíricamente el Principio de exclusión (enero 1925) y Fermi estableció la estadística de fermiones (1926) aun ANTES de la Mecánica Quántica definitiva (históricamente, Fermi protesto a Dirac que no mencionase su trabajo cuando el segundo estableció la estadística quántica (Fermi-Dirac) para electrones).

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Pasemos ahora al concepto de «campo», que se elaboró en el siglo XIX, mucho antes de que se ideasen la mecánica cuántica v la teoría de la relatividad especial o restringida. Los campos más conocidos son entidades físicas como el campo eléctrico o el magnético, que manifiestan su existencia en nuestra vida cotidiana. Son invisibles y, sin embargo, influyen en la materia; un campo magnético atrae el hierro, por ejemplo. Hoy los físicos creen que todas las partículas cuánticas (electrones o quarks) son manifestaciones de diferentes tipos de campos. Pero, ¿qué son los campos?

En nuestro limitado espaciotiempo de cuatro dimensiones podríamos contentarnos con la noción un poco abstracta de «campo», una propiedad no geométrica que adquiere el espacio cuando hay una carga cerca. De allí sale la expresión «campo eléctrico» y «campo magnético» que son frecuentemente escuchados en nuestra vida cotidiana. La carga lleva consigo ese campo, se mueve con él, como si fuera una especie de halo. Sólo quienes llevan carga pueden ver este halo. Así, el neutrón no ve eléctricamente al protón; el electrón, en cambio, sí que lo ve, y gracias a la fuerza eléctrica, forma con él la variedad de átomos que conocemos.

Pero el concepto de campo no es tan restringido como lo hemos descrito en el párrafo anterior. Imaginemos un volumen grande de aire, como la masa de aire situada sobre un continente. Podemos asignar a cada punto del volumen de aire un número determinado que corresponda a la temperatura del aire en aquel punto. La temperatura del aire ejemplifica lo que los físicos llaman un «campo escalar»: una función numérica que expresa una magnitud (la temperatura del aire) que varía de un punto a otro del espacio. Podemos suponer también que este campo de temperatura es una función del tiempo; la temperatura cambia continuamente de hora en hora.

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Proyectos de la NASA: Nueva tecnología en óptica para estudiar mundos alienígenas

Science Daily (Sep. 22, 2008) — El científico de la NASA Rick Lyon ha estado trabajando en potenciales misiones  y tecnologías para encontrar planetas alrededor de otras estrellas (llamadas exoplanetas o planetas extrasolares) desde la década de los 80. Ahora recientemente ha comenzado a creer que la NASA enviará una misión busca-planetas en su historia. “Esto es lo más cercano a llegar a ser real” dice.

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