Reseña

Alejandro Navarro aborda en este libro de forma magistral la historia de la energía y las múltiples formas en las que aparece. Nos encontraremos con celebridades como Galileo, Newton, Franklin, Marie Curie o Einstein; pero también con genios olvidados que contribuyeron, con su curiosidad y tesón, al esclarecimiento de algunas de las leyes más importantes de la naturaleza. Participaremos de sus fascinantes vidas y de sus sensacionales descubrimientos, y observaremos cómo las viejas ideas acerca de la naturaleza de la energía, algunas profundamente enraizadas en el acervo cultural de la humanidad, fueron evolucionando a lo largo de los siglos de la mano de estas mentes inquietas —y a menudo geniales— hasta ir construyendo las conexiones necesarias que han desembocado en el siglo XXI, con un conocimiento que nos ha permitido convertirnos, en muchos aspectos, en señores de nuestro entorno y dueños de nuestra propia existencia.

Índice

Introducción

Parte I: Las mil caras de la energía

I. El móvil perpetuo y la conservación de la energía

II. La vis viva, la manzana de Newton y el secreto de Star Trek

III. … Y el universo se morirá de calor

IV. El poder de electro

V. Todo en la vida es química… y los sueños, química son

VI. Y dijo Dios: «haya luz»

VII. El corazón del átomo

VIII. Jugando a los dados con Dios

IX. Del Big Bang al universo oscuro

Parte II: Nosotros y la energía

X. La llama de la existencia

XI. Caminando hacia las estrellas

XII. La energía en combate

XIII. El calentamiento global y el dilema energético

XIV. El precio de la energía

XV. Espíritus, fantasmas y el carburante de los platillos volantes

XVI. Un día en tu vida

Epílogo

Bibliografía

La primera máquina de vapor, conocida como «eolípila», fue diseñada por Herón de Alejandría en el siglo I a. C.

A mis colegas físicos y químicos que tanto han aportado a este libro, y en particular a Marisol Martin y Pablo Triviño.

Introducción

¿Qué es la energía?

De pequeños, en la clase de Ciencias Naturales, a todos nos enseñan que la energía es la capacidad para hacer un trabajo, y el profesor nos explica que ni se crea ni se destruye, que solamente se transforma. Sin embargo, a medida que crecemos nos damos cuenta de que la palabra adopta significados distintos según las circunstancias. A veces, por ejemplo, alguien dice que «se queda sin energía». Otras, los anuncios de alimentos nos hablan de «empezar el día con energía». Atendiendo a estas afirmaciones, podría parecer que la energía es una sustancia, algo que se adquiere y que también se puede perder. Por otro lado, en la edad adulta aprendemos que, para disciplinas como la economía, la energía es más bien un recurso natural que puede extraerse de algún sitio y a la que se le puede dar un uso industrial.

¿Qué es, por tanto, la energía? Por extraño que pueda parecer, a la humanidad le ha costado mucho tiempo responder a esta pregunta, quizá porque se trata de una realidad que adopta tantas formas que no ha resultado fácil establecer la conexión entre unos fenómenos y otros. La electricidad, por ejemplo, posee unas características y unas propiedades que parecen muy distintas a las de un cuerpo que cae sometido a un campo gravitatorio y, sin embargo, los dos fenómenos no son sino manifestaciones diferentes de una misma realidad. Porque de lo que no hay duda es de que la energía es real, apareció con el mismísimo universo y es la responsable de todos y cada uno de los cambios que se producen en él, ya sea la desintegración de un átomo o la carrera de un atleta para batir un récord.

Al principio, los hombres atribuían las distintas manifestaciones de la energía a la labor de los dioses y las consideraban realidades diferentes. El fuego, por ejemplo, era un temible poder que nos había sido entregado en la noche de los tiempos y que nos permitía calentarnos y ver en la oscuridad, pero nuestros antepasados no veían ninguna relación entre él y la caída de una piedra, o entre esta última y la violencia desatada por una tempestad. Fueron los filósofos griegos los primeros que empezaron a cuestionarse si detrás de estos y otros muchos fenómenos no habría una realidad subyacente, una especie de «capacidad» que tendrían las cosas para moverse de sitio o cambiar de aspecto. Así, el filósofo griego Aristóteles (384 a. C.-322 a. C.) especulaba con la existencia de la energeia, una cualidad de espectro muy amplio que explicaba cosas tan variadas como la felicidad o el placer.

Al igual que Aristóteles, personas de gran calado intelectual exploraron durante milenios muchos de los misterios que más tarde se revelaron como íntimamente asociados al moderno concepto de energía. Así, mientras los alquimistas se afanaban por transformar la materia, otros investigadores buscaban producir el movimiento perpetuo o explicar la naturaleza del calor, con el resultado de que experimentos que aparentemente conducían a callejones sin salida permitieron encontrar, aquí y allá, los primeros indicios de que detrás de los cambios que experimentaban las cosas parecía haber alguna norma de funcionamiento de carácter universal. Finalmente, a partir de la Revolución Científica las piezas fueron encajando una tras otra hasta alumbrar eso que llamamos energía, una propiedad de todos los sistemas físicos del universo que no es ni un fluido ni una sustancia, pero que se encuentra detrás de las transformaciones y movimientos de todo lo que nos rodea.

Este libro no es, ni mucho menos, un tratado de física o de química, ni tampoco de ingeniería o de economía. Simplemente cuenta la historia de ese concepto elusivo que para muchas personas sigue significando cosas diferentes, así como de algunas de las múltiples maneras en las que protagoniza nuestra existencia. En él nos encontraremos a celebridades como Galileo, Newton, Franklin, Marie Curie o Einstein, pero también a personajes mucho menos conocidos, genios olvidados que contribuyeron con su curiosidad y su esfuerzo al esclarecimiento de algunas de las leyes más importantes de la naturaleza. Hablaremos de sus fascinantes vidas y de sus sensacionales descubrimientos, y veremos cómo las viejas ideas acerca de la naturaleza del mundo, algunas profundamente enraizadas en el acervo cultural de la humanidad, fueron evolucionando a lo largo de los siglos de la mano de estas mentes inquietas y, a menudo, geniales, hasta ir construyendo las conexiones necesarias que han desembocado en el siglo XXI en un conocimiento que nos ha permitido convertirnos en muchos aspectos en dueños de nuestra existencia y de nuestro entorno. Un dominio que, como sucede a menudo, presenta dos caras; por un lado la cara amable de aspirantes a dioses, capaces de surcar la tierra y el firmamento en resplandecientes vehículos mientras construimos magníficas viviendas e instalaciones que calentamos o enfriamos a voluntad y, por otro, la de demonios equipados con armas de destrucción masiva que contaminan el planeta provocando la destrucción de sus ecosistemas.

El control de la energía, por tanto, supone para nosotros un gran poder que, a la vez, nos exige una gran responsabilidad. Una responsabilidad que irá aumentando a medida que profundicemos un poco más en aquellos secretos que todavía tenemos que esclarecer, ya sea el manejo de la fusión nuclear o lo que realmente se encuentra detrás de los conceptos de materia y energía oscuras, porque hay pocas dudas de que esos nuevos conocimientos nos abrirán la puerta hacia nuevas y, puede que revolucionarias, aplicaciones de la energía. Unas aplicaciones que están haciendo incluso posible que alcancemos otros planetas y que, tal vez en un futuro no muy lejano, podamos acercarnos a las estrellas. Habremos así completado el largo camino que comenzamos muchos milenios atrás, cuando nos asombrábamos ante el poder desatado de la naturaleza o nos preguntábamos qué tipo de soplo divino se encontraba detrás de nuestra propia existencia.

La respuesta estaba en la energía.

Parte I

Las mil caras de la energía

Portada de la edición de octubre de 1920 de la revista Popular Science, ilustrada por Norman Rockwell y que representa a un inventor trabajando en una máquina de movimiento perpetuo.

Capítulo I

El móvil perpetuo y la conservación de la energía

«Perpetuum mobile es movimiento perpetuo. Si encuentro el movimiento perpetuo, yo no veo límites a la creación de la humanidad».

A. S. Pushkin, escritor ruso (1799-1837).

Desde la noche de los tiempos, la humanidad venía observando con curiosidad el movimiento sin descanso de los ríos, de las olas del mar, de las nubes o de los astros. El Sol, por ejemplo, sale y se pone todos los días, sin excepción, una y otra vez, sin que nada ni nadie parezca empujarlo. A los ojos de muchas de las antiguas culturas de la Tierra, este aparente «movimiento perpetuo» parecía ser obra de los dioses, pero algunas mentes espabiladas pronto comenzaron a preguntarse si no habría algún tipo de mecanismo intrínseco a las cosas naturales, una especie de fuerza inagotable capaz de impulsar aquellos movimientos aparentemente eternos. En tal caso, tal vez fuese posible descubrir su secreto y aplicarlo a las máquinas creadas por el hombre…

Aunque es muy posible que se produjesen algunos intentos durante la Antigüedad, las primeras evidencias de la búsqueda del secreto del movimiento perpetuo las encontramos en la India, hacia el año 1150, cuando el matemático y astrónomo Bhaskara Achariya (1114-1185), famoso por su aportación al estudio de las ecuaciones indeterminadas, hizo la primera mención conocida de un supuesto móvil perpetuo en su monumental obra Siddhanta Siromani. Sin embargo, los principales desarrollos relacionados con la revolucionaria idea tuvieron lugar en Europa a partir del siglo XIII, quizá porque el crecimiento del comercio y la producción artesanal condujeron a que en los talleres de la Europa medieval se mostrase un interés creciente por las máquinas y, en general, por los avances tecnológicos que pudiesen ofrecer una ventaja competitiva. En este sentido, la posibilidad de fabricar un dispositivo que fuese capaz de alimentar el movimiento sin descanso era demasiado atractiva para pasarla por alto.

La nueva fascinación que producía, incluso en los ambientes más intelectuales, la posibilidad de construir máquinas que aliviasen para siempre los sinsabores del trabajo humano, queda de manifiesto en este texto de Roger Bacon (1214-1292), el peculiar escolástico franciscano a quien se le considera uno de los precursores más tempranos del método científico:

Es que se pueden crear grandes buques de río y oceánicos con motores y sin remeros, gobernados por un timonel y que se desplazan a mayor velocidad que si estuvieran repletos de remeros. Se puede crear una carroza que se desplace a una velocidad inconcebible, sin enganchar en ella animales. Se pueden crear aeronaves, dentro de las cuales se sentará un hombre que, girando uno u otro aparato, obligará a las alas artificiales a aletear en el aire como los pájaros. Se puede construir una pequeña máquina para levantar y bajar cargas extraordinariamente grandes, una máquina de gran utilidad. Al mismo tiempo, se pueden crear tales máquinas con ayuda de las cuales el hombre descenderá al fondo de los ríos y los mares sin peligro para su salud.

Obviamente, el inspirado Bacon ya visualizaba las grandes posibilidades que podían ofrecer los motores, aunque no tuviese mucha idea de cómo demonios podrían llegar a funcionar. Pero tampoco tenía motivos para pensar que el movimiento perpetuo natural, que aparentemente se escondía detrás de tantas cosas, no pudiese copiarse en una herramienta artificial. Como vemos pues, desde los líderes religiosos del pensamiento bajomedieval hasta los artesanos más terrenales, una utopía que hoy nos puede parecer absurda empezó a calar poco a poco en Occidente.

Las primeras tentativas plenamente documentadas de hacerse con un perpetuum mobile en la Edad Media están relacionadas con Villard D’Honnecourt (ca. 1200-ca. 1250), uno de esos legendarios personajes ligados a los albores de la tecnología moderna y al misterio de las catedrales góticas. Arquitecto, ingeniero y maestro de obras[1], viajó por toda Francia dejando su firma en monumentos emblemáticos como Reims, Laon o Chartres. En la única obra que se conserva de él, el Livre de portraiture, escrito entre 1220 y 1240, el que fuese considerado como modelo de maestría por los masones estudia la aplicación de la geometría a las artes mayores en forma de dibujos magistrales, hace la primera descripción que se conserva de una sierra hidráulica y, casi como de pasada, nos regala el primer esquema conocido de un proyecto para construir un móvil perpetuo.

El diseño básico del maestro francés consistía en una rueda de la que colgaban o bien un número impar de martillos o bien de recipientes de mercurio, dispuestos de manera que hubiese un continuo exceso de peso de uno de los lados con respecto al otro, lo cual obligaría a la rueda a girar constantemente. Por descontado, este dispositivo, basado en una interpretación errónea de la antigua teoría de la palanca desarrollada por Arquímedes y en una mala comprensión de la gravedad, no puede funcionar, dado que, a menos que sigamos impulsando la rueda de alguna manera, esta terminará parándose por causa del rozamiento. Sin embargo, por extraño que pueda parecer hoy en día, la idea tuvo tanta repercusión que docenas de inventores del mundo entero trabajaron durante los siguientes seiscientos años en todas sus posibles variantes. De hecho, casi todos los proyectos de móvil perpetuo que se generaron a lo largo de la Edad Media tienen su origen en la «rueda sobrebalanceada» de Villard D’Honnecourt.

Boceto de Villard D’Honnecourt de perpetuum mobile (alrededor de 1230).

No obstante, esta afirmación solo es válida para los móviles perpetuos de tipo mecánico ya que, unas décadas después, Petrus Peregrinus de Maricourt (fl. 1269), un enigmático personaje del que se sabe muy poco, propuso en una célebre carta —La Epístola de Magnete— un curioso móvil perpetuo basado en el magnetismo. Maricourt tuvo que ser un hombre extraordinario, uno de esos genios medio olvidados entre las brumas de la historia con una vida de leyenda y que dejó un legado asombroso para la posteridad. Sabemos que participó en las cruzadas y que militó en calidad de ingeniero en la Armada de Carlos I de Anjou. Al parecer, un día que trasteaba con una piedra imán intuyó el concepto de líneas de fuerza y describió por primera vez los polos magnéticos —de hecho fue él el que introdujo el término—, dándose cuenta de que la forma en la que los imanes se atraían dependía únicamente de la posición de estos últimos. Fue durante el sitio de Lucerna, en agosto de 1269, cuando cristalizó estas ideas en la famosa carta, considerada por derecho propio una de las obras cumbre de la ciencia medieval. En ella, el primer documento existente en el que se describen las propiedades de los imanes, Maricourt hace también la primera discusión detallada que conservamos en Occidente de la brújula, además de relacionar, dando muestras de una intuición extraordinaria, el magnetismo con el globo terrestre.

El móvil perpetuo del que una vez fuese descrito por Roger Bacon como el científico experimental más grande de su tiempo era muy ingenioso, pero a la vez era una muestra de hasta qué punto los pensadores medievales creían a ciegas en la viabilidad del movimiento sin fin. En ese sentido, Mericourt veía en la misteriosa fuerza con la que el imán atrae al hierro una similitud con las que aparentemente obligaban a los cuerpos celestes a moverse continuamente en órbitas circulares alrededor de la Tierra. Así, diseñó un móvil circular en el que el juego de unos imanes provocaría la atracción alternativa de uno de ellos colocado en un vástago, haciendo que este girase sin descanso.

Un tercer tipo de móvil perpetuo que con el tiempo también generó mucha expectación fue el hidráulico, basado fundamentalmente en la experiencia con los molinos de agua medievales. En este caso, la idea consistía en combinar la fuerza que proporcionaba la caída del agua con un instrumento tipo tornillo de Arquímedes[2] para volver a elevarla. Según sus partidarios, el agua de un recipiente o estanque elevado movería al caer una rueda que, a su vez, proporcionaría al tornillo la fuerza suficiente para reponer el agua en el estanque. Esta especie de motor hidráulico autónomo podría, por tanto, funcionar sin necesidad de estar instalado en un río, lo cual proporcionaría a sus usuarios una enorme ventaja.

Un «tornillo de agua» ideado por Robert Fludd en 1618, máquina de movimiento perpetuo en un grabado en madera de 1660. A pesar de que nunca funcionaría, se ideó como un posible intento de emplear una de esas máquinas para operar piedras de moler: el agua del tanque superior hace girar una rueda hidráulica (abajo a la izquierda) que mueve un complejo engranaje y ejes que impulsan un tornillo de Arquímedes (desde abajo al centro hasta arriba a la derecha) a fin de bombear agua para rellenar el tanque.

Los diseños pioneros de D’Honnecourt, Petrus Peregrinus y otros[3], caracterizados por su relativa sencillez, empezaron a complicarse a finales de la Edad Media y durante el Renacimiento como consecuencia del desarrollo experimentado por los mecanismos de relojería, cuyos engranajes, pesos y palancas, junto con la gran duración de su movimiento, hicieron pensar a mucha gente que el movimiento perpetuo podía convertirse en una realidad. Por descontado, los maestros relojeros sabían perfectamente que, por muchos esfuerzos que hiciesen, los mecanismos terminaban siempre por pararse, lo cual no impidió que se aprovechasen de sus conciudadanos desarrollando aparatos que en algunos casos parecían realmente asombrosos. Tal es el caso del químico Johann Joaquim Becher (1635-1682), quien creó un artefacto tan fascinante que el regente de Maguncia ordenó edificar una torre para instalar un reloj que debía funcionar para siempre con el motor del erudito alemán; o el del aristócrata inglés Edward Sommerset, que en 1620 construyó una enorme rueda de cuatro metros de diámetro que se probó en la Torre de Londres en presencia del rey y de otras autoridades, al parecer con gran éxito.

Con todo, los problemas para los partidarios del perpetuum mobile ya habían comenzado años atrás, pues a pesar de los aparentes éxitos los pensadores renacentistas, mucho menos imbuidos del misticismo que sus colegas medievales, empezaban a albergar serias dudas acerca de que semejante fenómeno fuese posible. Así, entre los incipientes círculos que podrían tacharse de precientíficos, comenzaba a extenderse la impresión de que para generar un movimiento era siempre necesaria la aplicación de algún tipo de fuerza, que un examen atento mostraba que siempre surgía de alguna fuente concreta. Como consecuencia de esto, la idea, absolutamente trascendental, de que resultaba imposible obtener movimiento de la nada fue desarrollada paulatinamente a lo largo de los siglos XVI y XVII, aunque, como de costumbre, el primero en tomársela en serio no fue otro que Leonardo da Vinci (1452-1519), quien en 1515 introdujo por primera vez la noción de «momento de una fuerza». La aplicación de la expresión matemática de este concepto (un producto vectorial que muestra en qué medida la fuerza puede causar la rotación de un cuerpo con respecto a un punto determinado) a los modelos mecánicos de móvil perpetuo mostraba de inmediato que la suma total de las fuerzas aplicadas al sistema equivalía a cero, por lo que estos aparatos no podían moverse sin que se les aplicase una fuerza adicional externa, parándose más o menos deprisa en cuanto dejaba de aplicarse la misma. Cualquier dispositivo que desafiase este principio tenía que ser necesariamente fraudulento. De hecho, Leonardo colocaba a los partidarios del móvil perpetuo en el mismo cesto que a los alquimistas, y ello a pesar de que hay evidencias de que él mismo concibió molinos hidráulicos conceptualmente erróneos.

Por desgracia, en esta ocasión el genio italiano no publicó los resultados de sus trabajos, de modo que el asunto permaneció envuelto en el misterio. El concepto de momento de una fuerza continuó siendo objeto de estudio, pero la falta de una teoría general sobre la aplicación de las fuerzas al movimiento permitió que muchas personas siguiesen pensando que podían existir formas de crear un móvil perpetuo, y la creencia perduró hasta bien entrado el siglo XVIII. Así, durante los siguientes doscientos años fueron propuestos muchos proyectos de este tipo, a menudo examinados con curiosidad por la comunidad científica, que no terminaba de dar carpetazo al asunto.

Por extraño que pueda parecer, incluso los pensadores más activos de la Iglesia llegaron a interesarse en el tema. Por ejemplo, a mediados del siglo XVI, Juan Tesnerius, arzobispo de Colonia, diseñó un famoso móvil perpetuo magnético y, décadas después, el jesuita Athanasius Kircher[4] llevó a cabo un proyecto aún más elaborado. Incluso en una época tan tardía como principios del siglo XIX tuvieron lugar intentos reseñables, como el de un zapatero escocés de apellido Spens, quien aparentemente cosechó un gran éxito con dos artefactos de su invención que exhibió en Edimburgo en presencia de varios eruditos. Al parecer, estos quedaron tan convencidos que el físico David Brewster llegó a publicar un artículo sobre las máquinas de Spens, nada menos que en la prestigiosa revista científica Annales de chimie et de physique, en 1818. Muchos de los proyectos tardíos de móvil perpetuo eran extremadamente sofisticados, aunque también completamente absurdos, como es el caso de algunos sifones imposibles en donde teóricamente se hacía fluir el agua desde el punto más bajo al más alto y otras lindezas por el estilo.

Pero quizá el más notorio de los modernos paladines del perpetuum mobile fuese Johann Ernst Elias Bessler, más conocido como Orffyreus[5] (1680-1745). De joven, el bueno de Bessler había sido instruido por parte de un alquimista en el arte de fabricar elixires, lo que le habría llevado a convertirse en un curandero, pero su verdadera pasión era la mecánica y, en concreto, los mecanismos de relojería. Atractivos no debían de faltarle, ya que se casó con una mujer adinerada, lo cual le permitió dedicarse a sus experimentos. A partir de 1712 apareció en varios lugares de Alemania presentando tres ruedas capaces de levantar varios kilos de peso y alegando que se trataba de modelos de móvil perpetuo que funcionaban perfectamente. Sus máquinas empezaron a atraer la atención de la gente, con auténticas legiones de curiosos pagando por verlas en funcionamiento. Científicos ilustres como el genial físico Gottfried Leibniz o el matemático Johann Bernoulli quedaron impresionados por las ruedas de Bassler y le mostraron su apoyo públicamente.

Arriba, imagen de una edición de Triumphans Perpetuum Mobile Orffyreanum. Abajo, una imagen del interior cuya inscripción dice: «¡La máquina de movimiento perpetuo de Mersseburg!».

En 1717, el pintoresco relojero publicó un panfleto titulado Perpetuum Mobile Triumphans by Orffyreus, en el que afirmaba haber conseguido que «un material muerto no solamente se mueva a sí mismo, sino que levante peso y haga trabajo». Impresionado por sus aparentes éxitos, el príncipe Carlos, landgrave de Hesse-Kassel, lo contrató como consejero comercial y lo instaló en el castillo de Weissenstein. Es allí donde Bessler obtuvo su mayor triunfo, en la forma del que quizá sea el más enigmático de todos los intentos de construir un móvil perpetuo.

El 12 de noviembre de 1717, y bajo los auspicios del landgrave, nuestro mecánico aficionado puso en movimiento una nueva rueda de cuatro metros de diámetro que había construido y que fue encerrada en una habitación sellada. Según las crónicas, el 26 de noviembre y posteriormente el 4 de enero de 1718, la habitación fue abierta, encontrándose, para sorpresa de todos, que la misteriosa rueda parecía seguir girando como al principio, a una velocidad de veintiséis revoluciones por minuto. Orffyreus, hay que decirlo, siempre se mostraba receloso a la hora de que la gente examinase sus engendros, alegando que el mecanismo debía quedar oculto para que nadie le copiase el invento, pero en esta ocasión permitió que varios científicos, como el astrónomo y matemático holandés Willem Gravesande, trasteasen con la gigantesca rueda. Como otros antes que él, Gravesande quedó convencido de que no había ningún fraude y, por tanto, de que se encontraba ante un ejemplo genuino de movimiento perpetuo.

Alentado por el interés que despertaba su invento, Bassler pidió una considerable suma a cambio de revelar el secreto. Tanto el landgrave como otros personajes de gran calado, incluyendo al mismísimo zar Pedro el Grande de Rusia, se mostraron interesados en comprarlo, pero molesto por no haber sido avisado de un nuevo examen por parte de Gravesande y acusando a este último de intentar descubrir el secreto de la rueda sin pagar por ello, el polémico relojero entró de nuevo en cólera, destruyendo con sus propias manos el enigmático artefacto.

De hecho, la explicación del misterio podría ser sencilla. Como excelente relojero que era, Orffyreus habría desarrollado un mecanismo de engranajes capaz de mantener el movimiento durante un tiempo prolongado, algo nada extraordinario ya en aquella época. Por descontado, si la rueda se hubiese dejado funcionar durante el tiempo suficiente, habría terminado por pararse. Otra posibilidad nada desdeñable es que se tratase de una superchería, ya que el hecho de que la habitación estuviese cerrada impedía observar lo que sucedía en su interior. De hecho, el intrépido mecánico fue acusado de fraude en muchas ocasiones, llegando a decirse que había otras personas que operaban los instrumentos. Su criada, por ejemplo, declaró en una ocasión que ella y Bessler se turnaban con la esposa y el hermano del inventor para manipular las máquinas de forma manual. En cualquier caso, Orffyreus, que había sido arrestado por este motivo en 1733 y que había pasado los últimos años de su vida casi en el anonimato, murió en 1745 al caerse de un molino que estaba construyendo, llevándose a la tumba sus secretos para siempre.

A pesar de los espectaculares resultados aparentemente obtenidos por Orffyreus, el tiempo del móvil perpetuo, concebido como una máquina capaz de trabajar sin descanso, estaba llegando a su fin, y el motivo no era otro que el desarrollo paulatino de uno de los pilares más sólidos de toda la ciencia moderna, el principio de conservación de la energía, que nos dice que la cantidad total de energía que hay en el universo permanece siempre constante. Dicho de otro modo, la energía ni se crea ni se destruye, solamente se transforma. Primero el ingeniero belga Simon Stevin[6] (1548-1620) y hacia 1648 el clérigo inglés John Wilkins habían introducido, esta vez de forma definitiva, el concepto de momento estático de una fuerza, que cuestionaba de forma científica la viabilidad del movimiento perpetuo. A partir de ahí, y tal y como veremos en el siguiente capítulo, los trabajos de Gottfried Leibniz y otros filósofos naturales acerca de la vis viva, que desembocaron posteriormente en el moderno concepto de energía, fueron dejando cada vez más claro que el movimiento perpetuo no era más que una utopía y que la fabricación de dispositivos de este tipo tenía como único interés el continuar escudriñando las leyes de la nueva filosofía natural. De hecho, científicos como Robert Boyle o Johann Bernoulli diseñaron sus propios modelos de móvil perpetuo con objeto de estudiar estas leyes.

Una de las novedades más interesantes que se introdujeron en ese sentido fue el reloj alimentado por cambios en la temperatura o en la presión atmosférica, un dispositivo que aparentemente permitía a las máquinas del tiempo funcionar indefinidamente sin intervención de ningún tipo. El primero de estos modelos fue inventado por Cornelius Drebbel (1572-1633), un polímata holandés que a principios del siglo XVII era toda una celebridad que se rifaban las cortes de media Europa. Pintor, grabador, cartógrafo, alquimista e ingeniero había fabricado toda suerte de artilugios que producían asombro a propios y extraños. Entre sus invenciones se encuentran una linterna mágica, una cámara oscura, microscopios compuestos con lentes convexas, un horno portátil equipado con termostato (uno de los primeros mecanismos de regulación automática de la historia) y nada menos que tres submarinos dirigibles de madera recubiertos de cuero, los más antiguos de los que se tenga constancia.

El reloj barométrico de Cornelis Drebbel patentado en 1598 y luego conocido como perpetuum mobile. Hiesserle von Choda (1557-1665).

Además, participó activamente en el desarrollo de explosivos y detonadores, así como en el diseño y ejecución de numerosas obras públicas y de sistemas rudimentarios de aire acondicionado.

Esta lumbrera posrenacentista trasteaba también con precursores del termómetro y del barómetro, por lo que contaba con buenos conocimientos de los efectos que las diferencias de presión tienen sobre la dilatación de distintos materiales. Aprovechando dichos efectos, Drebbel diseñó en 1610 un «reloj perpetuo» del que se llegaron a construir dieciocho ejemplares, dos de los cuales acabaron en manos de reyes[7] y se hicieron famosos en todo el continente. Por descontado, los relojes de Drebbel no violaban la ley de conservación, ya que se nutrían de las transformaciones de energía fruto de cambios externos al sistema (solo tiene sentido hablar de conservación de la energía en sistemas aislados[8]), pero para un lego en la materia el efecto resultaba sorprendente. De hecho, la idea tuvo tanto recorrido que durante la Ilustración alumbró otros célebres relojes como el Cox, de 1760, del que sus constructores aseguraban que era una auténtica máquina de movimiento perpetuo, o ya en el siglo XX los no menos famosos Atmos, que funcionan durante años a través de la expansión y condensación de una mezcla de cloroetano y de los que se han vendido cerca de medio millón de ejemplares en todo el mundo.

El reloj de Cox fue posiblemente el último intento con cierta repercusión de fabricar un móvil perpetuo antes de que, en 1775, la Academia de Ciencias de París decidiese no continuar examinando nuevos proyectos de este tipo y de que el desarrollo de la termodinámica durante el siglo XIX enterrase el sueño para siempre. Esto no quiere decir, sin embargo, que los intentos de fabricar la máquina imposible terminasen. Por el contrario, y por extraño que pueda parecer, en los últimos dos siglos y medio se ha producido un goteo de individuos, en su mayoría auténticos farsantes, que han pretendido dar con el secreto saltándose a la torera las bien establecidas leyes de la física. Entre los más notorios de estos embaucadores, podríamos mencionar a Charles Redheffer, un inventor estadounidense al que pillaron en 1813 utilizando un cómplice para mover su máquina, y a John Keely, otro inventor de Filadelfia que en el último cuarto del siglo XIX llegó a conseguir gran cantidad de fondos a base de convencer a incautos inversores de que había descubierto una nueva «fuerza etérica» que más tarde convirtió en «simpatía vibratoria» mediante la cual era capaz de producir «éter interatómico»[9] (sean lo que sean semejantes cosas). En cualquier caso, los intentos de esta índole, más o menos extravagantes y casi siempre haciendo referencia a energías misteriosas y ocultas, han continuado hasta nuestros días.

Diagrama del diseño de la máquina fraudulenta de Charles Redheffer.

Ahora bien, ¿es en verdad inviolable el principio de conservación de la energía? Así es, al menos en este universo. Al margen de otras consideraciones, puede demostrarse matemáticamente que esta ley es una consecuencia de que en el mundo que nos rodea los sistemas físicos evolucionan de la misma manera en cada instante del tiempo. En 1915, la genial matemática alemana Emily Noether (1882-1935) formuló el teorema que lleva su nombre y que explica que este tipo de «simetrías» generan siempre la correspondiente ley de conservación. La vida de Emmy es un canto a la lucha por los derechos de la mujer y un ejemplo de hasta qué punto a principios del siglo XX las instituciones académicas estaban impregnadas de machismo. En la Universidad de Erlangen-Núremberg, donde estudió, era una de las dos únicas estudiantes admitidas como oyentes por un senado que dos años antes había declarado que la coeducación podría «subvertir todo el orden académico». Y durante los siete años que impartió clases en el Instituto Matemático de la Universidad de Erlangen no cobró ni un solo marco, como tampoco lo hizo en la Universidad de Gotinga hasta 1923.

Claro que, en honor a la verdad, cuando hablamos de móvil perpetuo hay que ser un poco más preciso, ya que las leyes de la termodinámica diferencian entre el de «primera especie», que es aquel cuyas peripecias acabamos de describir, y el de «segunda especie», que no viola la ley de la conservación de la energía sino el segundo principio de la termodinámica, la famosa «segunda ley» que nos condena a todos a una vida de esfuerzo y sudor en este inmisericorde universo.

Existen muchas formas de formular este ominoso principio que establece la irreversibilidad de los fenómenos físicos debido al hecho de que el «desorden» del universo tiende a incrementarse con el tiempo. Como veremos más adelante, esto está relacionado íntimamente con el concepto de entropía y con la teoría de la información (ver capítulo tercero) y tiene su origen en las muy especiales condiciones que surgieron del Big Bang (ver capítulo noveno), pero el efecto práctico sobre la energía es que en cualquier transformación parte de ella se «degrada», con lo cual pasa a ser «no utilizable» para el trabajo. Esto es exactamente lo que sucede cuando se disipa como calor, una forma de energía especialmente degradada.

Pues bien, ante la imposibilidad de construir una máquina que funcionase a perpetuidad, algunos intrépidos exploradores decidieron a lo largo de la historia reciente desarrollar un dispositivo algo más modesto pero igualmente revolucionario: uno que funcionase con un 100 % de eficiencia, sin disipación de energía por ningún sitio. De hecho, este tipo de dispositivo ha intentado ser diseñado con tanta frecuencia que la United States Patent and Trademark Office (USPTO) tiene una política según la cual no se aceptan patentes de este tipo que no vengan acompañadas de un modelo operativo, algo a todas luces improbable. Por su parte, el manual de la United Kingdom Patent Office (UKPO), en su sección 4.05, reza así: «Se considera que los procesos o artículos que supuestamente operan de manera claramente contraria a las leyes físicas bien establecidas, como las máquinas de movimiento perpetuo, no tienen aplicación industrial».

El término «móvil perpetuo de segunda especie» fue introducido por el químico Whilelm Ostwald en 1892 para diferenciar este tipo de dispositivos de los móviles perpetuos «clásicos» que supuestamente violaban la conservación de la energía, pero es difícil determinar quién fue la primera persona en diseñar un engendro de este tipo. La idea básica consistía en «concentrar» la energía «dispersada» para utilizarla de forma activa o, dicho de otro modo, transformar de forma directa la energía disipada en otras formas de la misma, en flagrante vulneración de la todopoderosa segunda ley[10]. No cabe duda de que el concepto resultaba de lo más atrayente ya que, respetando escrupulosamente la conservación de la energía, esta se podría utilizar para cubrir las necesidades de la humanidad de forma que circulase eternamente en ciclos de «dispersión» y «concentración», eliminándose así de un plumazo tanto el esfuerzo de buscar nuevas fuentes de energía como el problema de la contaminación del medio ambiente.

El sentido común, que no es otra cosa que la sabiduría que nos dicta la experiencia, nos dice que no se puede, por ejemplo, calentar espontáneamente un cuerpo caliente con otro más frío, de lo contrario podríamos ser capaces de hacer hervir una tetera a partir de un bloque de hielo. Semejante truco de magia no violaría la conservación de energía, ya que el calor que saliese de un sitio sería igual al que entraría en el otro, pero entra en flagrante contradicción con la segunda ley. Esta ya era plenamente conocida y aceptada a finales del siglo XIX, por lo que, a diferencia de lo que sucedió con el móvil perpetuo de primera especie, los inventores no podían alegar desconocimiento de las leyes de la ciencia. Y aun así, la lista de supuestas invenciones ha llegado hasta nuestros días.

Un ejemplo de máquina de movimiento perpetuo de segundo tipo sería este modelo de un zeromotor de John Gamgee en 1881. Este veterinario, entusiasta de los sistemas de refrigeración, ideó una máquina en la que el amoniaco líquido de un recipiente se evapora espontáneamente impulsando un pistón que hace que se enfríe y condense, quedando la máquina en su estado inicial y cumpliendo así un ciclo. Pero el amoniaco espontáneamente no se condensa y se requeriría un aporte exterior de energía. La tecnología obtuvo el apoyo del presidente de Estados Unidos, James Garfield, antes de ser desacreditada.

Las primeras propuestas de un móvil de segunda especie tuvieron lugar en Estados Unidos en la década de 1880 y, por increíble que pueda parecer, en algún caso con tanto éxito que llamaron la atención del Ejército. Se sabe, incluso, que el entonces presidente Garfield llegó a recibir un informe al respecto. A partir de ahí, el goteo de propuestas se extendió por todo el mundo industrializado, mereciendo en muchas ocasiones la consideración, e incluso la alabanza, de los medios de comunicación. El atractivo de la idea de la energía inagotable era tal que en las primeras décadas del siglo XX sedujo a auténticas lumbreras como Nikola Tesla, quien pensó haber descubierto «una desviación de los métodos conocidos —la posibilidad de un motor o máquina automática, inanimada, pero capaz, como un ser vivo, de derivar energía del medio— la forma ideal de obtener energía motriz».[11]

El hecho de que cualquier propuesta de este tipo llevase necesariamente a un callejón sin salida no parecía arredrar a los aventureros, que pasaban de trastear con el calor al electromagnetismo o a la gravedad, intentando por todos los medios dar con la panacea de la energía cien por cien reciclable. Cuando esta se mostró finalmente inaccesible, los intentos pasaron a ser predominantemente móviles fraudulentos, es decir, máquinas perfectamente viables que se disfrazaban de móvil perpetuo, muy en línea con los «relojes perpetuos» de Drebbel o Cox. En otros casos, los intentos fueron más pintorescos, como la «píldora» o «polvo» que, según Guido Franch, un obrero de Illinois, era capaz de transmutar el agua en gasolina, o David Hamel, quien en 1970 construyó un dispositivo «antigravedad» cuyo secreto, según él, le había sido revelado durante una abducción alienígena. Como ya hemos dicho, los intentos han llegado hasta nuestras fechas, y a día de hoy se siguen presentando modelos del móvil perpetuo de segunda especie.

Más allá de la charlatanería, para muchos de nosotros resulta difícil de entender que, en pleno siglo XXI, alguien pueda seguir creyendo en la posible existencia del movimiento perpetuo. Sin embargo, debemos ser comprensivos con nuestros ancestros, ya que no podemos olvidar que cosas que ahora nos resultan evidentes no lo eran en el pasado. Así, durante siglos, personas muy inteligentes se esforzaron por conseguir una hazaña imposible cuya consecución les habría convertido de inmediato en grandes benefactores de la humanidad. Paradójicamente, sus esfuerzos por desarrollar el móvil perpetuo nos permitieron poner las bases para esclarecer los procesos fundamentales que se encuentran detrás del funcionamiento de nuestro mundo. Un mundo en el que la ley de conservación de la energía y la fatídica segunda ley gobiernan sin discusión, de forma inexorable, aquí y en la galaxia más lejana que podamos imaginar. Forman parte de la mismísima esencia de nuestro universo, se pusieron en marcha el día de la Creación y seguirán gobernándolo hasta el del Juicio Final.

Capítulo II

La vis viva, la manzana de Newton y el secreto de Star Trek

«Si suelto un martillo en un planeta con gravedad positiva, no necesito verlo caer para saber que en efecto ha caído».

Mr. Spock, interpretado por Leonard Nimoy (1931-2015).

Los entusiastas seguidores de la mítica serie de televisión Star Trek (popularmente conocidos como trekkies) están muy acostumbrados al concepto de «motor de curvatura», un poderoso dispositivo capaz de hacer avanzar una astronave a velocidades muy superiores a las de la luz (algo teóricamente imposible —ver capítulo seis—), lo que permite a los tripulantes de la Enterprise viajar por gran parte de la galaxia como si estuviesen de paseo por el campo. Pero ¿es posible una hazaña de este estilo?

Desde el momento en que venimos al mundo, quizá lo primero que nos llama la atención es que las cosas se mueven de un lado a otro. Ya sea al observar a las personas que caminan, a los vehículos que se trasladan o a las cosas que se caen al desplazarse de su sitio, desde muy pequeños aprendemos que si hay algo seguro en este mundo es que todo cambia y nada permanece quieto para siempre. Los antiguos griegos pensaban que la capacidad que tenían las cosas de moverse dependía de algún tipo de sustancia subyacente. Hacia el siglo IV a. C., el omnipresente Aristóteles acuñó para ella el término «energeia» (ἐνέργεια, literalmente «actividad»), un concepto difuso en el cual cabía tanto el potencial para moverse como la capacidad de ser feliz o de sentir placer[12].

Póster promocional de la serie Star Trek Discovery en el que se aprecian los motores de curvatura.

Los antiguos se sentían intrigados y fascinados por los distintos tipos de movimiento que parecían animar a las cosas. Algunos, por ejemplo, siempre aparentaban moverse con la misma velocidad, mientras que otros aceleraban o deceleraban. En el firmamento, las estrellas permanecían fijas, pero los planetas (del griego πλανήτης, «errante») se movían, aunque lo hacían con lentitud. El mismísimo Sol trazaba todos los días un arco a través del cielo, entre el amanecer y el ocaso. A nivel más terrenal, el aire o el mar a veces se desplazaban con cierta calma, mientras que en otras ocasiones parecían impulsados por una furia desatada que destrozaba todo a su paso.

Aristóteles, que se metía en todo, proponía la existencia de dos tipos de movimiento, uno natural que devuelve las cosas a su lugar y otro violento, en el que un objeto impulsa a otro. De acuerdo con esto, una piedra caería porque regresa de forma natural al suelo, mientras que para mover un objeto en reposo hay que ejercer sobre él una acción. Con posterioridad, en el siglo IV se desarrollaría en Alejandría la teoría del «ímpetu», que sostenía que la acción inicial sobre un objeto le comunicaba un ímpetu responsable de mantener el movimiento.

Pero al margen de estas primeras disquisiciones teóricas, y con un marcado sentido práctico, muchas civilizaciones se interesaron por explorar las fuerzas que pudieran encontrarse detrás del movimiento de los objetos, ya fuese el viento que impulsaba los barcos a vela o el impulso que permitía lanzar proyectiles sobre las ciudades del enemigo. Célebres en ese sentido son los estudios de Arquímedes acerca de la palanca y de la polea, usando la cual se dice que «botó con una sola mano una nave que cien hombres no hubiesen podido impulsar» y que, a tenor de lo descrito por los cronistas romanos, le permitieron construir durante el asedio de Siracusa imponentes máquinas de guerra capaces de levantar y volcar las naves de los asombrados atacantes.

Arquímedes prende fuego a un barco usando el reflejo de los rayos del sol con un espejo. Duodecim specula deum aliquando videre desideranti concinnata (1610). [Universidad de Illinois]

Fue el interés que despertaba la posibilidad de desarrollar dispositivos que multiplicasen la fuerza y la velocidad de los humanos lo que, tal y como vimos en el capítulo anterior, llevó a muchos eruditos a lo largo de la Edad Media a explorar los secretos del movimiento con la esperanza de que hubiese alguna forma de conseguir que fuese perpetuo. Y entre todos los tipos de movimiento, el que más llamaba la atención de los estudiosos era la caída de los cuerpos. En efecto, cuando se desplazaban en un plano las cosas podían moverse en todas direcciones, pero cuando se trataba de movimientos verticales lo hacían siempre hacia abajo, a menos que se aplicase una fuerza que los impulsase hacia arriba. Pero incluso esa fuerza terminaba por «desgastarse» y entonces el objeto volvía a caer. Los análisis y especulaciones sobre la naturaleza de este peculiar movimiento comenzaron muy pronto, pues ya el omnipresente Aristóteles hablaba de que todos los objetos tenían gravitas (peso), una tendencia natural a dirigirse hacia un punto. En el siglo VII, el astrónomo y matemático indio Brahmagupta sugirió que la gravedad era una fuerza atractiva, y las propuestas continuaron cada vez con mayor frecuencia a lo largo de la Edad Media y del Renacimiento hasta que el italiano Galileo Galilei (1564-1642) decidió explorarlas con mayor profundidad.

Aunque su padre quería que se dedicase a la medicina, Galileo era un enamorado de las matemáticas que estaba convencido de que las leyes mediante las que se regían las máquinas (y el mundo, en general) podían esclarecerse mediante las ciencias exactas. Por supuesto, no era ni mucho menos el primero al que se le había ocurrido esto, pero Galileo compaginaba su pasión por los números con una gran atracción por el conocimiento experimental, una rara combinación en la época en la que vivió que sin embargo le colocaba en una excelente posición de cara al método científico[13]. En la década de 1580 comenzó a experimentar con la caída de los cuerpos, la balanza y el péndulo, y a partir de 1600 descubrió cosas importantes relativas al movimiento. Por ejemplo, en su biografía del genio italiano, su discípulo Vincenzo Viviani detalla cómo Galileo habría arrojado bolas del mismo material pero de distinto tamaño desde la torre inclinada de Pisa, demostrando que el tiempo que tardaban en llegar al suelo era el mismo, algo que entraba en contradicción con la creencia entonces generalizada de que los objetos más pesados caían más deprisa. Es muy posible que la historia sea más bien una leyenda urbana[14], pero hay pruebas de que Galileo experimentó de veras con la caída de los objetos mediante el uso de planos inclinados. Así llegó a la conclusión de que todos los cuerpos caían en realidad con una aceleración uniforme, siempre y cuando la resistencia del medio (normalmente el aire) fuese despreciable. Además, calculó que la distancia que recorrían era proporcional al cuadrado del tiempo transcurrido[15].

Galileo Galilei. [Wellcome Collection]

Estos hallazgos eran relevantes, pero no tanto como la trascendental idea que surgió en la mente de Galileo con respecto al movimiento en general. Como hemos visto, el genial italiano se había dado cuenta de que la única razón de que un cuerpo en movimiento se parase era la resistencia que ofrecía el medio a través del cual se movía. A partir de ahí concluyó que los objetos que se desplazaban con una velocidad uniforme retendrían siempre esa velocidad a menos que algo lo impidiese. Esto era justo lo contrario de lo que se pensaba, ya que desde los tiempos de Aristóteles la creencia era que, para continuar moviéndose, las cosas tenían que seguir siendo impulsadas por algún tipo de fuerza (esto es cierto solo porque es preciso contrarrestar la resistencia que opone el medio, no porque haga ninguna falta para mantener el movimiento). Además, Galileo dedujo nada menos que el principio de inercia, o «invariancia galileana», que viene a decir que las leyes del movimiento son las mismas para todos los sistemas en reposo o en movimiento uniforme, de modo que no existe un marco de referencia que sea preferible a otro. El genio de Pisa ejemplificó este importante principio, base de toda la mecánica clásica, con un famoso experimento mental en el que mostraba cómo el pasajero que se encontrase en el interior de un barco que se desplazara a velocidad constante en un mar en calma no podría decir si la nave estaba quieta o moviéndose.

Pero Galileo, que años antes había fabricado el primer telescopio y con él había puesto patas arriba toda la cosmología contemporánea al demostrar que Júpiter tenía satélites y que la Luna estaba lejos de ser un cuerpo celestial perfecto e inmutable, se estaba metiendo en terreno pantanoso. Estaba seguro de que la Tierra giraba alrededor del Sol, y no al revés, en línea con lo que decía Nicolás Copérnico, y eso le trajo muchos problemas con la Iglesia al final de su vida. Su célebre Diálogo sobre los principales sistemas del mundo sentó muy mal entre sus enemigos jesuitas y ofendió al hasta entonces condescendiente papa Urbano VIII, quien se sintió ridiculizado[16]. Aprovechando que la doctrina copernicana era formalmente considerada como herética, Galileo fue llamado a capítulo y procesado. Amenazado con ser torturado en caso contrario, el anciano genio se retractó, admitiendo que estaba equivocado y que la Tierra estaba inmóvil en el centro del universo. Cuenta la leyenda que, acto seguido, murmuró en voz baja: «Y sin embargo, se mueve», una frase que podía servir perfectamente de epitafio a uno de los personajes más extraordinarios de la historia.

Galileo sufrió el rigor de los últimos estertores de la vieja física de Aristóteles y sus aliados religiosos, pero sus descubrimientos contribuyeron en gran medida a abrir la puerta de lo que décadas más tarde se conocería como Revolución Científica, un periodo cuyo máximo exponente fue sin duda el gran Isaac Newton (1642-1727). El que sería considerado por muchos como el más grande científico de todos los tiempos estuvo a punto de morir de parto prematuro y no tuvo una infancia fácil, algo que sin duda influyó en que desarrollase un carácter endemoniado. Huérfano de padre, al que no llegó a conocer, y abandonado por su madre y su padrastro, fue criado por su abuela, a quien nunca demostró el más mínimo afecto y que más tarde le desheredó. Durante sus estudios pronto destacó por una inteligencia y un talento poco comunes, aunque sus notas en la universidad fueron mediocres porque apenas asistía a clase y se pasaba el tiempo en la biblioteca.

En 1665, con tan solo veintidós años, el joven Isaac regresó a la granja de su familia a causa de la gran epidemia de peste que había obligado a cerrar la universidad, alejándose de forma temporal de la actividad académica. Sin embargo, el retiro forzado obró sobre él un efecto milagroso, ya que en el transcurso de poco más de año y medio, y aunque parezca increíble, descubrió la ley de la gravitación universal y la descomposición de la luz blanca en colores, desarrolló el cálculo diferencial y generalizó el teorema del binomio que lleva su nombre.

Nunca nadie antes que él, había hecho tantos y tan importantes aportaciones al conocimiento en un periodo de tiempo tan breve, y no es difícil apreciar la magnitud de los logros de Newton durante aquellos años mágicos. Cualquiera que tenga un cierto conocimiento de las matemáticas conoce la infinidad de aplicaciones del cálculo diferencial en el mundo moderno. Newton prácticamente lo inventó[17]. Y la ley de la gravitación universal es probablemente la ley física más conocida e influyente de la historia de la ciencia. Una ley descubierta por un chico que era poco más que un adolescente.[18]

En los años que siguieron, Newton desarrolló estas y otras ideas hasta el punto de convertirse en un personaje muy famoso, adorado y detestado a partes iguales, debido tanto a la envidia que despertaba como al carácter huraño y poco sociable de un individuo complejo que lo mismo iluminaba la ciencia con espléndidos descubrimientos que se echaba en brazos del misticismo de la alquimia, una pseudociencia a la que dedicaba gran parte de su tiempo.

Sir Isaac Newton. Pintura al óleo de sir James Thornhill. [Wellcome Collection]

Entre sus principales enemigos se encontraban grandes filósofos naturales como Robert Hooke[19] (1635-1703) o Gottfried Leibniz (1646-1716), otra lumbrera que le disputaba al genio inglés la primacía del desarrollo del cálculo diferencial y que opinaba que la ciencia de Newton era «defectuosa».

Pero la ciencia de Newton era maravillosa. En el prólogo de su célebre Philosophiae naturalis principia mathematica, sin duda la obra más influyente de toda la historia de la ciencia, con permiso de los Elementos de Euclides, enunciaba nada menos que las leyes del movimiento, la primera de las cuales era básicamente la del bueno de Galileo acerca de la continuidad del movimiento uniforme, mientras que la segunda exponía cómo acelera un cuerpo cuando se le aplica una fuerza y la tercera consistía en el célebre principio de acción y reacción, que viene a decir que cuando aplicamos una fuerza a un objeto, este nos responde con otra fuerza igual y de sentido contrario. Este principio es una de las leyes más importantes de la naturaleza, ya que es la que permite que las cosas permanezcan en equilibrio y explica fenómenos que se encuentran por todas partes, ya sea el dolor que sentimos al golpear una mesa (porque la mesa «nos devuelve» el golpe a nosotros con idéntica fuerza), el retroceso de los cañones al disparar o el funcionamiento de los cohetes y aviones a reacción (el empuje de los gases al salir de la tobera impulsa la nave en sentido contrario).

Más impresionante todavía resultaba la sencillez y el alcance de la ley del genial inglés acerca de la gravedad. De un plumazo, Newton explicaba con ella el funcionamiento de casi todos los movimientos en el universo observable, incluyendo no solo la caída de los cuerpos sino también el tránsito de los objetos celestes[20], y demostraba de paso que las leyes de la física se aplican así en la tierra como en el cielo. El logro era tan espectacular que cambiaría para siempre nuestra percepción de la realidad, alejando cualquier residuo de pensamiento mágico en pro de una nueva visión mecanicista del universo. No es fácil dilucidar si el famoso episodio de la manzana cayendo del árbol es verídico o más bien apócrifo[21], pero lo cierto es que Newton conocía los trabajos de Galileo y otros ilustres precursores[22], y su tercera ley del movimiento le permitía intuir con facilidad que si un cuerpo atraía a otro lo lógico es que el segundo también atrajese al primero. De ahí a deducir que la fuerza de atracción gravitatoria es proporcional a ambas masas dividida por el cuadrado de la distancia que las separa solamente hay un paso[23].

Pero las hazañas intelectuales de Newton planteaban una pregunta intrigante: si el movimiento y la aceleración tienen que ver con la aplicación de ciertas fuerzas, ¿qué es lo que hay en realidad detrás de esas «fuerzas»?

Dicho de otro modo, ¿qué es lo que hace que exista algo capaz de provocar un cambio?

Recordemos que en los tiempos de Aristóteles se había acuñado el término «energía» como un concepto difuso que incluía, entre otras cosas, la capacidad de movimiento de los cuerpos. Hacia 1675, Leibniz, el gran rival de Newton, sugirió que esa «capacidad de movimiento» era una cantidad que venía definida por la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de un objeto, y bautizó como vis viva (en latín, «fuerza viviente») lo que hoy conocemos como energía cinética. Y como el principio de conservación que aprendimos en el capítulo anterior y que fue consecuencia de la investigación del móvil perpetuo exige que la energía que se transfiere a un cuerpo salga de algún sitio, en las décadas que siguieron a Leibniz quedó claro que las fuerzas que impulsaban a las cosas para que se moviesen procedían del mismísimo interior del cuerpo o de su entorno. Estos «campos de fuerza» contenían una segunda forma de energía a la que denominamos energía potencial. De esta forma, la energía potencial se transforma en energía cinética y viceversa. En 1807, el inglés Thomas Young cambió el término vis viva de Leibniz por el de «energía», consolidando para siempre el concepto moderno que nos resulta tan familiar.

Dado que la energía es la propiedad cuantitativa que se transfiere a un objeto para moverlo una cierta distancia, o lo que es lo mismo, para realizar un trabajo, a finales del siglo XIX se establecieron distintos sistemas de unidades para medir la energía. El más usado hoy en día es el Sistema Internacional, según el cual la unidad de energía —el julio, llamado así en honor de uno de los padres de la termodinámica[24]— equivale a la cantidad de energía que hay que transferirle a un cuerpo para moverlo un metro contra la unidad de fuerza.[25] Más adelante los físicos acuñaron el término «potencia» para definir cuánta energía (o trabajo) podía suministrase por unidad de tiempo. En el Sistema Internacional la potencia se mide en vatios, equivalentes a julios por segundo, aunque en los países anglosajones se siguen usando mucho los «caballos de vapor», una expresión acuñada originalmente por James Watt en 1782 para comparar la potencia de las primeras máquinas de vapor con la de los caballos de tiro.

La potencia de los caballos, una fuerza que ha sacado de muchos aprietos a las máquinas más modernas. [Library Congress]

Curiosamente, a medida que se iban descubriendo nuevas formas de energía se hizo evidente que todas ellas no eran más que variantes o bien de la energía cinética o bien de la energía potencial. Así, formas de energía potencial son la energía potencial química, la energía potencial nuclear, la energía potencial eléctrica o la energía potencial magnética. El juego de transferencias entre la energía potencial y la energía cinética[26] es ubicuo y define todos los cambios y movimientos que tienen lugar dentro de nuestro universo. Cuando aplicamos una fuerza para ejercer un trabajo, en definitiva lo único que estamos haciendo es transfiriendo energía.

La mecánica clásica de Newton, Leibniz y muchos otros científicos que les siguieron era tan perfecta y explicaba con tanta precisión todos los movimientos en nuestro entorno natural habitual que a nadie se le ocurrió preguntar si las cosas funcionarían igual en circunstancias más extremas. Así, durante más de doscientos años nadie se cuestionó lo más mínimo las leyes del movimiento ni la ley de la gravedad, y ello a pesar de lo incómodo que resultaba que en el caso de esta última los objetos que la experimentaban pareciesen estar sujetos a una especie de misteriosa «acción a distancia». Esto sonaba raro, porque se suponía que la transferencia de energía debía darse siempre entre cuerpos que entraran en contacto, aunque fuese a través del aire. Por eso, cuando en 1905 Albert Einstein (1879-1955) demostró que las leyes del movimiento de Newton no eran más que un caso particular de una teoría mucho más general que abarcaba el movimiento de los objetos a velocidades extremas, cercanas a la de la luz (ver capítulo seis), la pregunta inmediata fue cómo afectarían las nuevas ideas de la física al movimiento más enigmático de todos, el provocado por la fuerza de la gravedad.

La teoría general de la relatividad de Einstein se aleja de la definición de gravedad como una fuerza y la explica como la curvatura del espacio-tiempo. De este modo, cuando un objeto pequeño como el de la imagen se mueve a través del espacio-tiempo, percibe la curvatura creada por el cuerpo masivo.

Einstein se aproximó al estudio de la gravedad poco tiempo después de elaborar su teoría de la relatividad especial, pero tardó casi diez años en publicar las conclusiones de sus estudios debido a la complejidad de los cálculos implicados. Sin embargo, la intuición fundamental de Einstein mientras elucubraba cómo encajar la gravedad dentro de su nueva mecánica relativista fue tan sencilla como el viejo experimento mental de Galileo acerca del tripulante del barco. En efecto, si sustituimos la nave del italiano por un ascensor en caída libre, veremos que el infortunado inquilino del ascensor no es capaz de saber si está cayendo o, simplemente, si el sistema que forman él y el ascensor se está acelerando. No hay manera de distinguir entre la aceleración y la acción de la gravedad, lo que lleva a pensar que ambas son equivalentes.

Pero si la gravedad no es más que una aceleración en sí misma, ¿cuál es realmente la fuerza que la provoca? Einstein no la encontraba por ningún sitio y además recelaba profundamente de la fantasmal acción a distancia que caracterizaba la teoría de Newton. ¿Podría ser que detrás de la gravedad no hubiese una auténtica fuerza, sino que se tratara de un efecto aparente, una «pseudofuerza» que enmascarase una realidad diferente? Esta y otras consideraciones llevaron a Einstein a concluir que en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones de su teoría de la relatividad, las masas eran de alguna manera capaces de curvarlo, generando una distorsión que era la responsable de que las cosas se moviesen como lo hacían. Hay una famosa analogía que muestra este efecto: si en una cama elástica colocamos una bola de metal veremos como la lámina elástica se abomba como consecuencia del peso de la bola. Si ahora lanzamos una canica sobre la lámina en dirección a la bola, veremos como la canica «cae» hacia esta última cuando alcanza la zona distorsionada, porque sigue la trayectoria sobre la superficie abombada[27]. La gravedad, por tanto, simplemente describe el efecto que produce en el movimiento el cambio de geometría espaciotemporal que genera la materia a su alrededor, aunque la distorsión acumula una forma de energía potencial que puede asociarse a un campo de fuerzas gravitatorio.

Negativo del eclipse solar de 1919 tomado del informe de sir Arthur Eddington sobre la expedición para verificar la predicción de Einstein de la curvatura de la luz alrededor del sol. [FW Dyson, AS Eddington y C. Davidson, «Determinación de la desviación de la luz por el campo gravitacional del sol, a partir de observaciones realizadas en el eclipse total de 29 de mayo de 1919».]

Esta espectacular y novedosa idea del funcionamiento de la realidad podía resultar chocante, pero la verdad es que explicaba un montón de cosas. Además, las predicciones desarrolladas a partir de la nueva teoría de la relatividad general[28] coincidían con la de la todopoderosa mecánica de Newton casi en cualquier circunstancia, pero sin utilizar su embarazosa y fantasmal «acción a distancia». Y cuando no coincidían, la realidad se ajustaba más a la teoría de Einstein.

La primera y más espectacular comprobación de la relatividad general tuvo lugar por parte del equipo de sir Arthur Eddington (1882-1944), un astrofísico británico que en 1919 se sirvió de un eclipse total de Sol para comprobar que la luz procedente de algunas estrellas lejanas se curvaba al pasar cerca del astro rey, alterando su posición aparente, y a partir de esa fecha infinidad de experimentos han demostrado la validez de una teoría que, por lo demás, da lugar a extrañas y sorprendentes predicciones. Por ejemplo, en presencia de una masa descomunal, el espacio-tiempo puede llegar a curvarse tanto que ninguna trayectoria permita salir de lo que se conoce como un «agujero negro», cuyo nombre responde al hecho de que ni siquiera deja escapar la luz[29]. Asimismo, la distorsión temporal puede comprobarse porque los relojes marcan el tiempo más despacio cuando están situados en un entorno de gravedad elevada.

Nube de ceniza con forma de diana. Efecto creado durante la expulsión de ceniza y gases sobrecalentados del volcán Cumbre Vieja de la isla de La Palma similar a la forma de las ondas que se crean cuando una piedra cae sobre el agua de un estanque. [Imagen del Observatorio de la Tierra de la NASA por Lauren Dauphin, utilizando datos MODIS de NASA EOSDIS LANCE y GIBS / Worldview]

De hecho, es nada menos que la colisión de dos agujeros negros el evento que ha sido utilizado para verificar una de las predicciones de la teoría que más se ha resistido a los investigadores, la emisión de ondas gravitacionales.[30] Estas ondas son perturbaciones espaciotemporales que se transmiten a la velocidad de la luz y que son producidas por los objetos masivos cuando aceleran. Sin embargo, su amplitud se hace extremadamente pequeña a medida que se alejan de su origen (un poco como las ondas que se forman en el agua al lanzar un guijarro en un estanque) y por tanto resultan muy difíciles de detectar, por lo que se requiere un evento gravitatorio de gran magnitud para poder apreciarlas. El anuncio de su descubrimiento cien años después de que fuesen propuestas por el genio de Ulm dice mucho de la impresionante capacidad de predicción de las buenas teorías.

Físico húngaro Leo Szilard. [Foto DOE]

El éxito espectacular de la teoría de la relatividad general aumentó todavía más el prestigio de Einstein, que ya era toda una celebridad desde su famoso «año mágico» de 1905[31]. Sin embargo, su brillante carrera profesional y su aparentemente apacible personalidad siempre contrastaron con una vida familiar turbulenta[32] y con la realidad de una época de cambios que puso a prueba las convicciones morales de toda la especie humana. Agnóstico, sentía tanto asombro por la naturaleza como repulsión por las religiones y por las ideologías extremistas siendo además un pacifista declarado, pero el ascenso del nazismo, su condición de judío y el estallido de la Segunda Guerra Mundial le llevaron a implicarse nada menos que en el desarrollo del arma atómica desde su exilio en Estados Unidos. En 1939, y animado por su buen amigo Leo Szilard, escribió una célebre carta al presidente Roosevelt en la que le alertaba del riesgo de que la Alemania nazi se hiciese con la bomba antes que los aliados, lo que habría supuesto de inmediato el final de la causa del mundo libre. Por lo demás, los nazis siempre abominaron de Einstein, a quien consideraban un símbolo de la «ciencia judía», e intentaron incluso desprestigiarle publicando un libro titulado Cien autores contra Einstein, del que el genial físico de Ulm dijo: «¿Por qué cien? Si estuviera equivocado, bastaría con uno solo».

Carta enviada al presidente de los Estados Unidos Franklin D. Roosevelt, el 2 de agosto de 1939, firmada por Albert Einstein pero escrita en gran parte por Leo Szilard. [Biblioteca y Museo Presidencial Franklin D. Roosevelt]

Einstein falleció en 1952 siendo considerado uno de los personajes más importantes e influyentes del siglo XX, pero el alcance de su obra ha llegado mucho más allá, alimentando, entre otras muchas cosas, gran parte de las ideas especulativas de la ciencia-ficción en los últimos cien años, muy especialmente las que tienen que ver con la posibilidad de viajar más rápido que la luz, algo imprescindible para poder cruzar las enormes distancias interestelares en un plazo razonable. En los habituales entornos de gravedad débil esto resulta completamente imposible atendiendo a la propia naturaleza de la luz y del espacio-tiempo, tal y como el propio Einstein se había encargado de demostrar (ver capítulo sexto). Sin embargo, la curvatura espaciotemporal podría ofrecer una oportunidad, puesto que si el espacio puede curvarse sobre sí mismo tal vez podría llegar a hacerlo tanto que se formase un túnel que condujese a otro lugar muy alejado, dando la oportunidad de cubrir una enorme distancia sin violar el límite de la velocidad de la luz. Estos «agujeros de gusano» son, de hecho, predichos por las ecuaciones de Einstein en determinadas circunstancias, aunque por desgracia los cálculos apuntan a que, en caso de aparecer, serían extremadamente inestables y colapsarían mucho antes de que una nave pudiese atravesarlos.

¿Es imposible, por tanto, utilizar la curvatura del espacio-tiempo para viajar por el universo? En los años sesenta del siglo XX, la serie de televisión Star Trek introdujo una alternativa intrigante: ¿por qué no utilizar la propia curvatura para generar «burbujas» alrededor de una nave? Si se pudiesen producir distorsiones espaciotemporales de expansión detrás de la burbuja que la alejasen de su origen y distorsiones de contracción delante de ella que la aproximasen a su destino, una nave podría viajar a una velocidad varias veces superior a la de la luz sin violar la teoría de la relatividad ya que permanecería estática dentro de la burbuja, un poco como un surfista que se mantiene encima de la tabla mientras esta cabalga sobre esta especie de ola espaciotemporal. Por supuesto, el «motor de curvatura»[33] capaz de generar semejantes distorsiones exigiría para su funcionamiento una inmensa cantidad de energía, algo que en la serie arreglan echando mano de la reacción entre materia y antimateria (ver capítulo siete).

¿Es posible construir el motor de curvatura? En 1994, el físico mexicano Miguel Alcubierre planteó una métrica que lleva su nombre como una solución a las ecuaciones de Einstein que permite la creación de una burbuja de deformación dentro de la cual se situaría la nave. Los navegantes no se verían afectados por las gigantescas distorsiones en el exterior dado que dentro de la burbuja el espacio-tiempo permanecería «plano». Sin embargo, la métrica de Alcubierre exige operar con cosas tan especulativas como la materia exótica y la densidad de energía negativa (ver capítulo nueve), lo que dificulta que la mayoría de los físicos le presten mucha atención al asunto.

Campo de deformación según la métrica Alcubierre donde apreciamos dos regiones opuestas, una contraída y otra extendida, del espacio-tiempo. [AllenMcC.]

Es lo que tiene la ciencia ficción: te permite trabajar con ideas inspiradoras que no sabemos si algún día podrán hacerse realidad. Mientras tanto, disfrutemos de ellas y viajemos en el puente de mando del Enterprise, aunque solo sea con la imaginación, hasta lugares donde nadie ha podido llegar.

Capítulo III

… Y el universo se morirá de calor

«La idea de que el mundo tiende a ir peor, que sucumbe sin propósito alguno en la corrupción, es la gran idea encarnada en la segunda ley de la termodinámica».

Peter William Atkins, químico y profesor inglés (1940- ).

Si algo nota un ser humano cuando viene al mundo es la diferencia entre el calor y el frío. Nadie es ajeno a los sudores veraniegos ni a los rigores invernales, como también es muy fácil distinguir el ardor extremo del fuego del poder congelador del hielo. Desde siempre, nuestra especie tuvo muy claro cuándo un objeto estaba frío y cuándo estaba caliente, aunque lo curioso era que la misma cosa podía estarlo más o menos, según las circunstancias. Por ejemplo, la comida cocinada al fuego estaba muy caliente, pero se enfriaba rápidamente. De igual modo, el agua fría se calentaba si se quedaba estancada bajo los rayos del sol, el hielo al calentarse se derretía, e incluso el agua al hervir «desaparecía». Además, cuando un objeto caliente se ponía en contacto con uno frío, este último se calentaba mientras que el primero se enfriaba, hasta que ambos provocaban una sensación similar al tacto.

Alegoría de Los cuatro elementos de Giuseppe Arcimboldo en 1566. [Museo de Historia del Arte de Viena]

Esta dinámica de caliente-frío a la que se sometían las sustancias, que llevada al extremo provocaba, por ejemplo, los cambios de estado del agua o la fusión de los metales, parecía evidenciar la presencia de algún tipo de «fluido» que entraba o salía de las cosas.

Paradójicamente, la idea de que el calor es un fluido no está para nada alejada de la realidad, ya que en puridad el calor no se tiene, sino que se transfiere, siempre de los cuerpos más calientes a los más fríos. Es, como veremos, una transferencia de energía, aunque eso nuestros antepasados no podían saberlo, y por eso lo veían como algo que fluía como el aire o como el agua del mar. Anaxímenes, el filósofo presocrático, creía que lo caliente y lo frío eran las cualidades intrínsecas de la materia, mientras que Aristóteles añadió dos más, la sequedad y la humedad. Estas cuatro cualidades eran combinación de los cuatro «elementos», a saber: tierra, aire, agua y fuego, que protagonizaban una teoría de la materia que duraría más de dos mil años.

Durante todo ese tiempo, mucha gente se dio cuenta de que fenómenos como la dilatación de los sólidos dependían del calor, pero a nadie se le ocurría medir la temperatura, más allá de apreciar que algo estaba caliente o frío. Sin embargo, a partir del Renacimiento, el bueno de Aristóteles empezó a ser cuestionado, y con él su famosa teoría. Poco a poco, comenzó a recuperarse el viejo atomismo de los filósofos griegos Demócrito y Leucipo, lo que dio lugar a una nueva hipótesis, la de que el calor era consecuencia de la presencia del «calórico», un fluido imponderable que estaría formado por partículas pequeñas, ligeras y sutiles. La idea del calórico se oponía a la del flogisto, una especie de quintaesencia[34] que poseerían todos los cuerpos combustibles, que también explicaba muchas cosas y parecía tener cierto soporte experimental.

El fin de la teoría del flogisto, desacreditada por los experimentos del gran químico francés Antoine-Laurent de Lavoisier (ver capítulo cinco), vino acompañado de la magnífica costumbre, también consecuencia de los trabajos del afamado genio, de medir todo escrupulosamente, lo que llevó a los físicos a empezar a utilizar termómetros para estudiar los cambios de temperatura. El precursor del termómetro había sido el termoscopio, inventado, como tantas otras cosas, por Galileo[35], y consistía en un tubo de vidrio con un extremo abierto que se sumergía boca abajo en una mezcla de agua y alcohol que al calentarse subía por el tubo. Con posterioridad, al instrumento se le había añadido una escala numérica, lo cual lo convirtió en un termómetro de pleno derecho. Los primeros termómetros tenían el inconveniente de que eran también barómetros, ya que al tener un extremo abierto se veían afectados por la presión atmosférica; hasta que, en 1654, Fernando II de Medici, Gran Duque de Toscana, un gobernante con espíritu científico, inventó el primer termómetro «cerrado», independiente de la presión del aire.

Termómetro con las dos escalas.

Una vez adoptado el termómetro para medir la temperatura, el problema era que cada uno era de su padre y de su madre. Es decir, no había una escala de medida común y era, por tanto, muy difícil comparar los resultados. En 1714, el holandés Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) inventó el primer termómetro de mercurio, mucho más exacto que los de mezcla de alcohol y agua que había hasta entonces, e introdujo la escala que lleva su nombre y que todavía se usa en los países anglosajones. Treinta años más tarde, el sueco Anders Celsius (1701-1744) ponía cierto sentido común al asunto proponiendo una escala donde el cero coincidía con el punto de congelación del agua y el cien con su punto de ebullición, lo que resultaba muy conveniente desde casi todos los puntos de vista. La escala Celsius, o de grados centígrados, se convirtió rápidamente en el estándar para medir la temperatura entre la mayor parte de la comunidad científica del planeta.

Equipados con los flamantes termómetros de Fahrenheit y Celsius, los físicos se lanzaron de veras a estudiar el calor, midiendo, ahora ya con exactitud, las diferencias de temperatura en situaciones muy diversas. Una de las primeras cosas que les llamó la atención es que los objetos que se encontraban a distinta temperatura tendían a alcanzar la misma cuando entraban en contacto, y esa nueva temperatura común a ambos siempre resultaba ser un valor intermedio con respecto a las de partida. Se confirmaba así que el calor siempre se transfería del cuerpo más caliente al más frío, hasta que la temperatura de ambos se equilibraba. Por el contrario, nunca sucedía al revés, aunque nadie supiese explicar por qué. En segundo lugar, la controversia acerca de la existencia real del calórico se vio protagonizada por mediciones cada vez más precisas, que desembocaron en los famosos experimentos del conde de Rumford.

Hacia 1798, Benjamin Thompson (1753-1814) había tenido una vida tan agitada como uno pudiese llegar a imaginar. Británico nacido en Norteamérica, se había casado con una rica heredera y había participado en la guerra de la Independencia militando en el bando lealista, en calidad de teniente coronel de los Reales Dragones de América.

Extremadamente inteligente, sus experimentos para medir la potencia de la pólvora mientras se encontraba en el ejército le granjearon una gran reputación como científico.

Sir Benjamin Thompson, conde von Rumford de J. Gillray, 1800. [Wellcome Collection]

Tras trabajar unos años en Inglaterra, donde recibió el título de caballero, se trasladó a Baviera contratado como ayudante de campo del príncipe elector Carlos Teodoro, mostrándose allí como un excelente administrador público que acabó siendo nombrado conde del Sacro Imperio Romano Germánico.

Pues bien, durante sus ratos libres en el arsenal de Múnich, y sin duda influenciado por su pasado militar, a Rumford le dio por estudiar el calor que se generaba por la fricción cuando se perforaban los cañones. El aparentemente extravagante experimento consistía en sumergir un cañón en un barril de agua y perforarlo con un taladro. Al cabo de unas dos horas y media, el agua hervía, y el suministro de calor por fricción parecía inagotable. Para sorpresa de muchos, este resultado ponía patas arriba la teoría del calórico[36] y, de hecho, casi cualquier teoría que afirmase que el calor era un fluido, ya que lo único que se le había comunicado al barril era el movimiento del taladro.

Rumford, que se casó en segundas nupcias con la viuda de Lavoisier y dedicó el resto de su vida a investigar y a patrocinar la ciencia, nunca intentó cuantificar el calor generado ni medir lo que más tarde se llamaría el «equivalente mecánico del calor», pero su demostración de que el trabajo y el calor eran intercambiables es considerada por muchos como el acta de fundación de la termodinámica, la rama de la física encargada de estudiar la interacción entre el calor y otras formas de transferencia de energía.

A posteriori, resulta curioso comprobar cómo hubo que llegar hasta el siglo XIX para comprender que había una equivalencia entre calor y trabajo, cuando la relación entre la temperatura, la presión y el volumen de los gases era conocida desde hacía ciento cincuenta años[37] y las «máquinas atmosféricas» de Newcomen (ver capítulo decimotercero) llevaban un siglo funcionando. Sin embargo, a partir de los experimentos del intrépido conde la comprensión de lo que sucedía avanzó a pasos agigantados. Como muestra de ello, en 1824 el joven ingeniero francés Sadi Carnot (1796-1832) publicaba un extraordinario libro[38], que entonces pasó casi totalmente desapercibido, en el que describía el funcionamiento de una máquina térmica, relacionando matemáticamente su rendimiento con la diferencia de temperatura entre los focos caliente y frío. El llamado «ciclo de Carnot» explicaba perfectamente cómo y por qué funcionaban las máquinas de vapor, poniendo ya en absoluta evidencia que el trabajo y el calor no eran sino dos aspectos de la misma cosa. Por desgracia, el brillante ingeniero no llegó a ver la inmensa influencia que años después tendría su obra, ya que murió a causa de una epidemia de cólera con tan solo treinta y seis años.

Pero si el calor no era más que una transferencia de energía, ¿de dónde salía? La pista fundamental para contestar esta pregunta se encontraba en el significativo hecho de que cada sustancia parecía tener su propio «calor específico», es decir, había que suministrarle una cantidad diferente de calor para elevar su temperatura en la misma medida.

Ilustración del ciclo de Carnot.

Ello apuntaba a la estructura interna de la sustancia, y dado que las primeras teorías atómicas de la materia se estaban imponiendo claramente, la conclusión más razonable era que la energía que se transfería tenía que proceder forzosamente de los movimientos de las partículas que componían el objeto. Por este motivo, y aunque el concepto de energía todavía se estaba consolidando, a partir de mediados de siglo se asentó la idea de que cada cosa tenía una «energía interna», integrada por la energía cinética de sus partículas en movimiento y también por la energía potencial de las interacciones que, de alguna manera (aún no se conocía la forma en la que las moléculas interaccionan unas con otras), mantenían la cohesión de la materia.

Con todas estas ideas, el concepto de calor había madurado lo suficiente como para que la termodinámica se convirtiese en un cuerpo de conocimientos bien consolidado. Así, a partir de mediados del siglo XIX, William Rankine, Rudolf Clausius, James Prescott Joule, Ludwig Boltzmann, Josiah Willard Gibbs, William Thomson (lord Kelvin) y otros físicos relevantes desarrollaron las leyes principales que regían los intercambios de calor. Todos estos personajes fueron verdaderamente extraordinarios. Rankine[39] (1820-1872), por ejemplo, era un increíble polímata, un hombre del Renacimiento nacido fuera de su tiempo que se interesó por la mayoría de las ramas de la ciencia y de la ingeniería, siendo al mismo tiempo cantante, pianista y violoncelista aficionado. Asimismo, lord Kelvin (1824-1907), que fue quien introdujo el término «termodinámica» en 1854[40], tuvo una vida fuera de lo corriente, siendo una de las principales figuras de la ciencia en el apogeo de la época victoriana, además de un acérrimo unionista irlandés que acumuló honores y distinciones por parte del gobierno británico. Al final de su vida, no obstante, se mostró muy escéptico ante los grandes avances que, como la aeronáutica, protagonizarían los albores del siglo XX. De profundas convicciones religiosas, era creacionista, y se opuso a la teoría de Darwin sobre la base de que, según sus cálculos —que más tarde se mostraron erróneos— la Tierra no tenía la edad suficiente para que se hubiese producido la evolución biológica.

Pero de todos estos gigantes, quizá el que más influencia tuvo en el desarrollo del moderno concepto de energía fuese el inglés James Prescott Joule (1818-1889), cuyos experimentos con corrientes eléctricas generadas por pilas electroquímicas que provocaban el aumento de temperatura de los conductores le hicieron deducir que era la energía de las reacciones químicas la que se convertía en energía eléctrica y esta, a su vez, posteriormente en calor. Además, si en los circuitos se introducía un motor eléctrico, se originaba también energía mecánica. No es por tanto de extrañar que fuese Joule el primero en enunciar claramente el principio de conservación, aunque el alemán Hermann von Helmholtz y el propio lord Kelvin también contribuyesen a él.

Una de las consecuencias de todos estos trabajos fue el dejar meridianamente claro el significado de conceptos hasta entonces difusos, como el de temperatura. En efecto, la temperatura de una sustancia o de un objeto en un momento dado no es más que la medida de aquella parte de su energía interna asociada al movimiento de las partículas que lo componen, es decir, a la energía cinética de las mismas. La consecuencia inmediata de esto es que, al menos en teoría, debería haber una temperatura mínima «absoluta» en la que las partículas no se mueven lo más mínimo. En la práctica esto es imposible y, por tanto, semejante temperatura resulta inalcanzable[41], pero su valor teórico puede calcularse. Este «cero absoluto» equivale a -273,15 grados centígrados y es el punto de partida de la escala de temperatura absoluta, o Kelvin, bautizada así en honor al célebre físico.

Modelo esquemático de un aparato para determinar el equivalente mecánico al calor por fricción de agua.

Por el contrario, no existe un máximo «absoluto» de temperatura, ya que las partículas pueden agitarse tanto como quieran (solo depende de la cantidad de energía suministrada) y, de hecho, en el corazón de las estrellas se alcanzan temperaturas de millones de grados.

Otra de las cuestiones fundamentales que quedaron explicadas en aquellos prodigiosos años fue lo que sucede durante los cambios de estado. Como ya hemos dicho, la energía interna no solo se compone de la energía cinética de las partículas, sino también de la energía potencial asociada a las interacciones que las mantienen más o menos unidas (ver capítulo cinco). Cuando calentamos una sustancia, la energía suministrada se emplea en aumentar la agitación de sus partículas hasta que dicha agitación es tan grande que es capaz de alterar esas interacciones. Es entonces cuando se produce el cambio de estado. En los sólidos, las partículas están fuertemente ligadas unas a otras, mientras que en los líquidos lo están mucho menos, por no hablar de lo que sucede en los gases. A mayor temperatura, incluso, las interacciones son tan débiles que se crea un cuarto estado de la materia, el plasma, característico del interior de las estrellas. La energía empleada en el cambio de estado se consume en «debilitar» la ligazón entre las partículas y no en aumentar la energía cinética de las mismas, y es por eso que la temperatura permanece constante durante el proceso. Si usted hace hervir agua a nivel del mar (¡la presión también influye!) e introduce un termómetro en el líquido elemento, verá que no se mueve de los 100 ºC hasta que se haya vaporizado la última gota.

Grabado del aparato de James Joule para medir el equivalente mecánico del calor. La energía potencial por altitud del peso de la derecha se convierte en calor en la izquierda, agitando el agua. [Harper's New Monthly Magazine, No. 231, August, 1869.]

Curiosamente, el secreto de la temperatura nos explica también por qué los humanos tenemos nuestro propio «termómetro» en la piel, ese que nos dice si una cosa está fría o está caliente. En efecto, como la temperatura mide la agitación de las partículas, cuando notamos que nos quemamos nuestro cerebro está simplemente recibiendo el mensaje de que la transferencia de energía es lo suficientemente grande como para dañar las estructuras celulares, así que lo mejor es que nos alejemos. ¿No resulta lógico, por tanto, que la evolución nos haya dotado de los más exquisitos sensores de temperatura?

Pero no acaban ahí las explicaciones prácticas que nos ofrece la ciencia del calor. Por ejemplo, sabemos que la energía térmica puede transferirse por conducción, convección o radiación. En el primer caso, los objetos en contacto directo o el interior de un mismo objeto transmiten el calor como consecuencia de que sus partículas en agitación entran en contacto. En la convección, por el contrario, es un fluido en movimiento (el aire caliente de un horno, por ejemplo) el que transmite el calor. En el caso de la radiación, sucede que todos los cuerpos emiten radiación electromagnética (ver capítulo cuarto), que viene acompañada de cierta cantidad de calor.

Estas explicaciones nos inducen a profundizar en las principales leyes que rigen estos fenómenos, la primera y más importante de las cuales no es más que la versión termodinámica del omnipresente principio de conservación de la energía. Ya en 1824, el malogrado Carnot había hecho referencia a este principio, lo que unido a los trabajos de Joule acerca del equivalente mecánico del calor condujo a su enunciado definitivo, que de forma simplificada viene a decir que en un sistema cerrado[42] que pasa de un estado a otro, la suma de la energía transferida en forma de trabajo y la energía transferida en forma de calor siempre es la misma y equivale a la variación de la energía interna del sistema. Dicho de otro modo, la energía total se conserva, como no podía ser de otro modo.

Rudolf Clausius en 1880. [Johann Jakob Keller, Zürich]

Aunque aparentemente menos importante, el segundo principio de la termodinámica, sin embargo, abrió la puerta hacia nuevas dimensiones en la física y, en general, en nuestra percepción de la realidad. El origen de esta ley trascendental, también explorada por Carnot y a la que ya hacíamos referencia en el capítulo primero, se encuentra en el profundo misterio de por qué el calor pasa siempre desde el cuerpo más caliente al más frío y por qué las máquinas térmicas nunca funcionan a máximo rendimiento. Estos nos parecen hoy en día fenómenos perfectamente naturales, simplemente porque estamos acostumbrados a ellos, pero su fundamento no resulta para nada evidente. ¿Por qué, si la transferencia de energía funciona en un sentido, no puede hacerlo al contrario? ¿Y por qué, si suministramos una cierta cantidad de energía, no podemos obtener la misma cantidad en forma de trabajo, tal y como parece sugerir el principio de conservación?

Aunque hay muchos enunciados del segundo principio (también conocido como Segunda Ley, ¡en mayúsculas!), quizá el más intuitivo es que es imposible transformar todo el calor en trabajo, porque siempre hay cierta cantidad que se disipa en el entorno. A ese calor desechado, Clausius lo llamó «entropía», y el segundo principio viene a decir que en un sistema aislado, la variación de la entropía siempre es mayor que cero. Puede que a usted no le impresione el escuchar esto, pero se encuentra nada menos que ante una de las leyes más importantes, omnipresentes y fundamentales de la naturaleza, una que gobierna nuestra existencia desde la cuna hasta la tumba, sin que podamos hacer nada para librarnos de ella. Aunque lo intuyeron, sus descubridores no llegaron a entender del todo su omnipotencia, pero al igual que sucede con el principio de conservación de la energía, la segunda ley es de aplicación universal, yendo mucho más allá de las fronteras de la termodinámica.

En efecto, el hecho de que no se pueda transformar todo el calor en trabajo, significa que en cualquier transferencia de energía, del tipo que sea, siempre hay una parte que se «desperdicia» en forma de calor[43]. Por eso, el rendimiento de las máquinas es siempre inferior a uno. Por eso, también, cuando se transporta la corriente eléctrica hay una parte que se disipa en el entorno. Y lo mismo sucede con cualquier otro fenómeno en el que tenga lugar una transferencia de energía, lo que equivale a decir en absolutamente cualquier cosa que pase. La energía total se conserva, pero siempre hay una parte que deja de ser útil y «se corrompe» en el proceso. Con ese residuo de energía no puede hacerse absolutamente nada.

Pero ¿por qué sucede esto? ¿Cuál es la razón de que siempre se nos obligue a hacer un esfuerzo adicional para alcanzar cualquier objetivo, como si la segunda ley fuese la venganza de Dios cuando expulsó a nuestros primeros padres del paraíso? Pues por extraño que pueda parecer, resulta que la entropía es un concepto íntimamente ligado al de información, y ello resulta crucial. En 1877, Ludwig Boltzmann (1844-1906), que se suicidaría treinta años después deprimido por el poco aprecio que sus ideas y descubrimientos tenían entre el establishment académico de la época, encontró que la entropía podía describirse perfectamente desde el punto de vista de la probabilidad, ya que tenía que ver con el número de «microestados» posibles de un sistema[44], o dicho de otro modo, con su grado de organización. Y resulta que las distribuciones de partículas altamente organizadas son mucho menos probables que las más desordenadas. Dicho de otra forma, si usted lanza un puñado de ladrillos al aire es infinitamente más probable que caigan de cualquier manera —pues hay muchas configuraciones diferentes en las que los ladrillos están desordenados—, que formen una caseta, porque tan solo muy pocas configuraciones permiten eso.

En un proceso espontáneo[45], por tanto, cualquier sistema que podamos imaginar en un universo que se rige por leyes matemáticas como las del nuestro siempre va a evolucionar hacia un estado más desordenado, salvo que apliquemos un trabajo desde fuera para ordenarlo. Y resulta que el calor es la forma de energía más «desordenada», porque únicamente bebe de la agitación aleatoria de las partículas. De modo que en cualquier proceso espontáneo que afecta a un sistema aislado siempre parte de la energía se disipa en forma de calor residual, es decir, aumenta su entropía, que es exactamente lo que dice la segunda ley. Ahora vemos por qué el calor siempre pasa del cuerpo caliente al cuerpo frío: porque el estado en que la temperatura de ambos está equilibrada es el más probable o, como dirían los físicos, el que resulta compatible con un mayor número de microestados. Para hacerlo al revés hay que hacer un trabajo con una máquina que necesita consumir energía (un frigorífico, o un aparato de aire acondicionado, por ejemplo).

Pero, ¡un momento! Si forzamos al sistema de esa manera, ¿no estamos reduciendo su entropía? ¿No estamos violando la segunda ley? En realidad no. La ley nos dice que en un sistema aislado la entropía siempre crece, pero un frigorífico no es un sistema aislado ya que está recibiendo «ayuda» desde fuera. Pero fíjense que si incluimos el entorno de la máquina como parte del sistema, entonces el segundo principio se cumple perfectamente, ya que parte de la energía que consume el frigorífico se disipa en forma de calor. ¡No hay más que subir a la azotea para comprobar la cantidad de calor que desprende el motor de nuestro aparato de aire acondicionado! Dicho de otro modo, podemos reducir la entropía de un sistema, pero siempre a costa de aumentar la del universo en general. Esto es lo mismo que decir que, en la práctica, el universo evoluciona «desordenándose» de forma irreversible. Esta es la grandeza y la tragedia de la ominosa segunda ley.

El nombre Demonio puede estar relacionado con un juego de cartas de solitario conocido en Reino Unido por el que se separan las cartas rojas y negras como se separan moléculas calientes y frías.

Ahora bien, no todo ha de ser pesimismo. Por si no lo habían pensado, la posibilidad de burlar la tiranía del segundo principio forzando la situación es lo que hace que podamos existir los seres vivos, un tipo de sistemas que no paramos de consumir energía (léase comer) para mantener nuestra estructura interna altamente organizada. Esto supone que mantenemos nuestra entropía muy baja a costa de «transferir el desorden» al entorno, dado que el desbarajuste que producimos en el universo en su conjunto al consumir la comida es mucho mayor que el orden que generamos en nuestro interior. Por eso, técnicamente se dice que un ser vivo es una «estructura disipativa» que se mantiene «alejada del equilibrio termodinámico». Hasta que dejamos de alimentarnos, claro, en cuyo caso la máquina biológica se para y el organismo se muere. Es decir, se desorganiza espontáneamente.

El caso de los seres vivos es una versión real del «demonio de Maxwell», una criatura imaginaria ideada en 1867 por el gran físico escocés James Clerk Maxwell[46] (1831-1879) para ilustrar el segundo principio de la termodinámica. En esta suerte de experimento mental, un travieso demonio de tamaño microscópico se dedica a separar a mano las moléculas «calientes» de las moléculas «frías», consiguiendo de esta manera disminuir la entropía, en aparente contradicción con la segunda ley. La solución de la paradoja, claro está, estriba en que la actividad física de un demonio real consumiría energía, al igual que también lo haría su proceso de toma de decisiones. Se trata de otra estructura disipativa que no hace sino disminuir la entropía localmente, a base de aumentarla a nivel global.[47]

Quizás la entropía impide los viajes en el tiempo pero qué momentos tan divertidos nos dan el cine y la literatura. [Imagen promocional de Regreso al futuro.]

El segundo principio de la termodinámica tiene infinidad de aplicaciones prácticas —impide, por ejemplo, la fabricación de un móvil perpetuo de segunda especie, tal y como vimos en el capítulo primero— pero, por encima de todo, la relación que establece entre las transferencias de energía y el grado de organización de un sistema nos está diciendo algo muy profundo acerca de la naturaleza de la realidad que conocemos. Es imposible en la práctica que se reconstruya espontáneamente una taza que se hace trizas al caerse al suelo porque la probabilidad de que mediante interacciones entre las partículas que lo componen vuelva a adoptar la «configuración de taza» es infinitesimal, casi nula. Todos los objetos y todas las sustancias envejecen, se estropean y terminan por disgregarse porque la tendencia espontánea es que sus partículas pasen a distribuirse de forma aleatoria. Y, a escala universal, nada en el mundo puede detener este proceso, aunque siempre seamos capaces de construir o preservar durante largo tiempo algunas de estas «islas de organización» a base de desordenar todavía más el entorno.

¡Pero, si esto es así, resulta que el segundo principio nos está dando también la clave nada menos de por qué no podemos viajar hacia atrás en el tiempo, como si de rebobinar una película se tratase! Y es que, aunque la mayoría de las leyes de la física son simétricas con respecto al tiempo (funcionan igual hacia el pasado que hacia el futuro) la segunda ley no lo es. El hecho de que la entropía siempre deba aumentar implica que todos los procesos espontáneos que acaecen en el universo sean irreversibles, es decir, no hay manera práctica de que sucedan al revés. Cuando la taza se rompe, no se puede volver a reconstruir agregándose en el suelo y saltando hacia la mesa. No hay forma, por tanto, de que las cosas sucedan «marcha atrás». La segunda ley nos marca claramente el sentido obligatorio desde el pasado hacia el futuro, y es la razón principal de la existencia de lo que ha venido a llamarse la «flecha temporal».[48]

Ahora bien, como es usted avispado, seguro que a estas alturas se pregunta lo siguiente: ¿cómo puede el universo estarse desordenando continuamente? ¿No exigiría eso que su punto de partida fuese un estado muy ordenado? Efectivamente. Por extraño que pueda parecer, el espacio-tiempo, la energía y la materia que se crearon en el Big Bang se dispusieron de una forma muy organizada, lo que ha impulsado toda la mecánica del universo a lo largo de miles de millones de años hasta la situación actual. De hecho, las constantes matemáticas universales que rigen la dinámica de todo lo que existe, por ejemplo la constante de Planck (ver capítulo octavo), la constante gravitatoria o la carga del electrón, están tan finamente ajustadas que cualquier variación en su valor, por pequeña que fuese, daría lugar a un universo completamente distinto al que conocemos, sin estrellas, planetas ni nada parecido. Algunos científicos profundamente religiosos, y también algunos teólogos aficionados a la física, han querido ver en semejante precisión la huella evidente de la intervención de Dios, aunque también cabe la posibilidad de que simplemente nuestro universo sea uno más entre un enorme número de ellos, lo que haría que el aparentemente misterioso ajuste de las constantes fundamentales no fuese más que una casualidad.[49]

En cualquier caso, la consecuencia de una evolución del universo sujeta a la tiranía de la segunda ley es que cada vez hay más entropía, o dicho de otro modo, cada vez hay más «energía degradada» en forma de calor, de la cual no se puede recuperar trabajo. Por tanto, y aunque hay distintas hipótesis sobre el destino del universo, una de las más plausibles es que en el fin de los tiempos (no se preocupe mucho, ríase del tiempo transcurrido desde el Big Bang) todo en el universo se haya quedado virtualmente «quieto», sin que sea posible ningún movimiento, salvo la agitación uniforme de las partículas en un espacio en el que todo se encuentra a la misma temperatura. Este deprimente escenario es lo que se conoce como «muerte térmica del universo», y es a lo que parece conducirnos el fatídico segundo principio de la termodinámica.

De manera que ya sabe, tenga mucho cuidado: cuando enciende el aire acondicionado a lo loco está usted contribuyendo en una cantidad infinitesimal a que al universo le quede menos tiempo funcionando como Dios manda… Aunque tampoco debe agobiarse demasiado; mucho tendrían que cambiar las leyes de la física para que usted se volviese inmortal.

Portada del cómic número 9 de The Amazing Spider-Man, 1964, en la que aparece Maxwell Max Dillon, personaje creado por Stan Lee y Steve Ditko. [Marvel]

Capítulo IV

El poder de electro

«La pregunta científica de hoy es: ¿Qué demonios es la electricidad? ¿Y a dónde va cuando sale de la tostadora?». Dave Barry, escritor estadounidense (1947-).

En el universo Marvel, uno de los supervillanos más poderosos que se enfrentan a Spider-Man es Electro, un tipo capaz de controlar la electricidad tras ser alcanzado por un rayo mientras trabaja en una línea eléctrica. A partir de ese momento, Electro funciona como un condensador, acumulando enormes cantidades de energía que puede emplear a discreción para sus malvados fines. Con sus nuevos superpoderes, está varias veces a punto de matar al héroe, que tiene que emplearse a fondo para contrarrestar el poder desatado de su enemigo.

En gran medida, la turbación de Spider-Man ante semejante peligro no es sino el reflejo del temor reverencial que la humanidad ha sentido desde siempre hacia el rayo, ese espectacular fenómeno meteorológico que ilumina el cielo, provoca aterradores incendios y viene acompañado del profundo alarido del trueno. Terribles y en extremo aparatosos, a nuestros antepasados los rayos les debían parecer auténticas armas de los dioses, quizá secuelas de apocalípticas batallas celestiales en las que, de cuando en cuando, alguno caía hacia nosotros de forma descuidada. En ese sentido, en la mitología griega, Zeus, el padre de los dioses, es representado en posesión del poder del rayo, con el que es capaz de fulminar al más pintado[50].

Curiosamente, fueron también los griegos los que comenzaron a experimentar con algunos extraños fenómenos que, a pesar de ser conocidos desde tiempo inmemorial, nada parecían tener en común con el rayo. En primer lugar, estaba el asunto del ámbar, una sustancia que cuando se frotaba con lana o con la piel a veces atraía pequeños objetos, e incluso llegaba a producir una chispa.

El pez gato eléctrico, Malapterurus electricus, posee células eléctricas (electrocitos) capaces de producir conjuntamente un impulso de hasta 300-450 voltios.

También era llamativa la presencia en algunos lugares, como el mismísimo río Nilo, de algunos curiosos peces con pinta de gato que incapacitaban a sus presas con pequeñas descargas y a los que los antiguos egipcios conocían por el nombre de «tronadores del Nilo». Por último, en la localidad griega de Magnesia[51] había unas extrañas piedras que, como por arte de magia, atraían el hierro y también se atraían entre sí.

¿Existía alguna relación entre estos hechos aparentemente misteriosos? Algunos espabilados filósofos griegos pensaban que sí, ya que nos han llegado noticias de que, hacia 600 a. C., Tales de Mileto (ca. 624 a. C.- ca. 546 a. C.) llegó a la conclusión de que la fricción del ámbar dotaba a dicho material de la misma fuerza atractiva de la que disfrutaban los minerales de Magnesia. Como luego veremos, el genio griego no andaba desencaminado, ya que existe una íntima relación entre la electricidad y el magnetismo, a pesar de que no sean exactamente lo mismo. En cualquier caso, la cosa no pasó mucho de ahí, pues aunque los árabes dedicaron tiempo a estudiar los rayos y se sabe que llegaron a establecer algún paralelismo entre su efecto y la fricción del ámbar, las cuestiones relacionadas con estos fenómenos no pasaron de ser meras curiosidades, por lo menos hasta bien entrado el Renacimiento.

Pero, hacia 1600, el interés por el magnetismo había aumentado mucho en Occidente como consecuencia del invento de la brújula y sus importantes aplicaciones prácticas que, como recordaremos, habían llevado al legendario Petrus Peregrinus a escribir ya en el siglo XIII su famosa Epístola de Magnete. Fue bebiendo de las fuentes de Peregrinus y de sus seguidores que el inglés William Gilbert (1544-1603), un auténtico apóstata de la entonces dominante filosofía aristotélica que llegaría a ser el médico privado de Isabel I, desempolvó los viejos trabajos de Tales. Al respecto, a Gilbert le parecía que el magnetismo y el efecto de atracción que se producía al frotar el ámbar eran dos fenómenos distintos, y al segundo lo denominó electricus, del griego ἤλεκτρον, que es la palabra griega para la famosa resina fósil.

Los estudios de Gilbert sobre lo que ahora conocemos como electricidad estática iniciaron un recorrido de doscientos años en el que destacaron personajes como Otto von Guericke (1602-1686), un testigo de la guerra de los Treinta Años[52] que terminó siendo un magnífico físico; Stephen Gray (1666-1736), el astrónomo británico que descubrió por casualidad que la electricidad puede trasladarse a través de determinados objetos, siendo el primero en distinguir entre materiales «conductores» y «aislantes»; o Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739), un químico francés de poético nombre que distinguió entre lo que él llamaba «electricidad vítrea» (obtenida al frotar el vidrio) y «electricidad resinosa» (obtenida al frotar el ámbar), características de objetos que se atraían entre sí cuando manifestaban una modalidad diferente pero que se repelían cuando se trataba del mismo tipo de electricidad.

Sin duda, uno de los personajes más pintorescos de aquella época heroica fue Henry Cavendish (1731-1810), uno de los mejores científicos del siglo XVIII, conocido sobre todo por el descubrimiento del hidrógeno y por su famoso experimento de la balanza de torsión, con el que midió la densidad de la Tierra. Cavendish fue también uno de los pioneros en el estudio de la electrostática, aunque gran parte de sus trabajos en este terreno fueron ignorados durante décadas. Propuso la ley de interacción entre las cargas eléctricas antes que Coulomb, aunque como era muy excéntrico y no contaba con los instrumentos adecuados, medía la fuerza de una corriente eléctrica sometiéndose a ella y calculando su intensidad por el dolor.

La personalidad de Cavendish era muy extraña, hasta el punto de ser considerado un autista. Como era de familia noble, disponía de grandes recursos, pero vivía casi solo en una enorme mansión a las afueras de Londres y su vida social era prácticamente inexistente. Tenía un terror casi patológico al contacto humano, hasta el punto de entrar y salir por una puerta lateral e instalar una escalera privada por la que no permitía transitar a nadie, con objeto de no tener que encontrarse con ninguno de sus sirvientes cara a cara. Su ama de llaves tenía prohibido verle, recibiendo las instrucciones diarias por escrito. Dueño de una voz de timbre desagradable, evitaba por todos los medios a las mujeres, siendo un misógino irredento que, por supuesto, nunca se casó. En las raras ocasiones en que salía de casa se vestía con ropas heredadas, la mayor parte pasadas de moda desde hacía casi un siglo. Las únicas personas con las que se sentía algo más cómodo eran otros científicos con los que formaba parte de un curioso club denominado «Sociedad Lunar de Birmingham», cuyos miembros se tachaban a sí mismos de «lunáticos» y se reunían, cual si de licántropos se tratase, únicamente en las noches de luna llena.

Pero el más carismático de los viejos exploradores de la electricidad fue sin duda Benjamin Franklin (1706-1790), el extraordinario polímata que se convirtió por derecho propio en uno de los padres fundadores de toda una nueva nación. El «primer americano», como más tarde sería bautizado, era notable en todo, ya fuese como escritor, periodista, político, activista civil, humorista, diplomático, inventor y, por encima de todo, científico. Además, fue un reputado masón y un gran hombre de estado, que llegó a convertirse en el primer embajador de los Estados Unidos en Francia.

Este fabuloso personaje, quizá uno de los más emblemáticos de la Ilustración, se mostró fascinado por la electricidad desde muy niño. Había leído los trabajos de Grey y du Fay, y como todos sus contemporáneos veía la electricidad como una especie de fluido de naturaleza desconocida que se movía a través de los materiales conductores y ejercía una extraña acción a distancia, atrayendo o repeliendo los objetos según fuesen «vítreos» o «resinosos». Y, además, de vez en cuando saltaban chispas. Pero, a diferencia de otros, el intuitivo Franklin pensaba que no existían dos electricidades, sino solamente una, que se manifestaba de una forma u otra en función de las circunstancias. Fue él quien bautizó a la electricidad vítrea como «positiva», y a la resinosa como «negativa», en analogía con lo que sucedía con el magnetismo.

Hacia finales de la década de 1740, Franklin andaba trasteando con la botella de Leyden, un dispositivo inventado unos años antes cuando se buscaba una forma de almacenar la electricidad en un frasco.

La botella consiste en un recipiente de vidrio que hace de aislante, recubierto por dentro y por fuera por láminas de metal que acumulan cargas de signo opuesto y que se conectan mediante un cable conductor.

Tarjeta de navegación de barcos clíper dedicada a Franklin. Estas tarjetas comenzaron en 1853 y continuaron durante la guerra civil americana y presentaban ilustraciones a todo color que enseñaban los nombres de los barcos. [Nesbitt & Co, impresoras/ American Antiquarian Society]

El artefacto provoca descargas muy llamativas, tal y como el genio americano tuvo la oportunidad de comprobar cuando sus brazos quedaron completamente entumecidos durante uno de los experimentos en los que usaba baterías de botellas de Leyden conectadas entre sí. Franklin empleaba sus ingeniosas baterías para electrocutar pavos y después asarlos, y afirmaba que los platos preparados con semejante técnica estaban particularmente tiernos y suculentos.[53]

Como vemos, Franklin podría haber pasado a la historia por inventar el primer horno eléctrico para asar pollos, pero sus experimentos estaban destinados a logros más relevantes. Al igual que muchos otros, a estas alturas estaba convencido de que los rayos no eran más que descargas de electricidad estática a una escala descomunal, y estaba decidido a demostrarlo. En 1752 llevó a cabo uno de los experimentos más famosos de toda la historia de la ciencia, en el que utilizó una cometa para recolectar electricidad a partir de una nube de tormenta[54], lo que dejó definitivamente en evidencia la naturaleza eléctrica de los rayos. Además, y como consecuencia inmediata, la demostración llevó al genio americano a desarrollar el pararrayos, un instrumento basado en un conductor que desviaba la descarga hacia el suelo, de manera que resultase inofensiva. El advenimiento del pararrayos, uno de los inventos trascendentales de la humanidad, acabó con la trágica historia de un fenómeno que durante siglos había destruido localidades enteras, asoladas por pavorosos incendios. En cuestión de unas décadas, la pesadilla de quedar abrasado dentro de una casa de madera golpeada por el rayo pasó a convertirse en un riesgo marginal, prácticamente anecdótico.

Franklin, el polímata, siguió realizando aportaciones importantes a la ciencia a lo largo de su vida, pero su extraordinaria carrera como político y diplomático eclipsó todo lo demás. En junio de 1776 fue uno de los miembros del célebre «Comité de cinco» que redactó el borrador de la Declaración de Independencia y, tras sus años de diplomático en París, acabó su carrera como gobernador de Pensilvania. Cuando falleció, en 1790, veinte mil personas asistieron a su funeral. Sin duda, todo un homenaje al singular padre de la patria que también lo fue de la electricidad.

A partir de los experimentos de Franklin, el conocimiento de la electricidad avanzó a pasos agigantados, aunque con algunos indeseables efectos secundarios. Así, mientras que en 1785 Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) establecía la ley cuantitativa que rige la interacción entre las cargas eléctricas (Ley de Coulomb), comenzando así el verdadero análisis sistemático del fenómeno, seis años más tarde el italiano Luigi Galvani (1737-1798) descubría por casualidad un extraño efecto mientras trasteaba con la pata de una rana que colgaba de un gancho de bronce. Sin querer, el médico italiano tocó el gancho con un bisturí, y una descarga de electricidad estática hizo que la pata se contrajese de forma espontánea. Asombrado, repitió el experimento muchas veces, hasta que llegó a la conclusión de que existía una «electricidad animal» detrás de la cual podría encontrarse el secreto de la vida. Convencido de hallarse ante la mítica «fuerza vital», buscada desde los tiempos de Aristóteles, Galvani se sumergió en una macabra serie de experimentos en los que intentaba resucitar a la gente mediante la aplicación de descargas, dedicándose, entre otras cosas, a hacer bailar cadáveres humanos a los que electrocutaba.

Ciertamente, por aquel entonces la idea de la reanimación galvánica no parecía descabellada. La electricidad parecía un fluido en extremo misterioso y, si pequeñas descargas eran capaces de mover unos músculos, ¿no podría una carga lo suficientemente potente devolverle la «fuerza vital» al cuerpo entero? Aunque no de forma explícita, esta posibilidad se encuentra detrás del argumento de Frankenstein o el moderno Prometeo, la sensacional novela de terror gótico de Mary Shelley. Con toda probabilidad, la autora se inspiró en los famosos y controvertidos espectáculos públicos con cadáveres de abanderados del galvanismo como el médico Andrew Ure o el excéntrico aficionado Andrew Crosse, un tipo que aseguraba ser capaz de crear pequeños animales de la nada mediante «electro-cristalización» (ver capítulo décimo quinto).

Por descontado, todo esto no eran más que sandeces, pero la falta de un conocimiento más profundo de la naturaleza de la electricidad hizo que las especulaciones continuasen a lo largo de décadas. Mientras tanto, investigadores menos esotéricos comenzaban a dar pasos de gigante en la dirección correcta. En 1799, y profundizando en el fortuito descubrimiento de Galvani, el también italiano Alessandro Volta (1745-1827) construía la primera pila eléctrica de la historia[55], en la que finas láminas de cobre y de zinc se apilaban de forma alternativa unas encima de otras, separadas por trozos de fieltro impregnados en salmuera[56]. Lo trascendental de la pila voltaica era que se había encontrado un dispositivo que conectado a un cable conductor era capaz de suministrar corriente de forma ininterrumpida durante mucho tiempo, y por eso a este tipo de suministro se le denominó «corriente continua». Aclamado por el mismísimo Napoleón Bonaparte, Volta acababa de demostrar que la energía eléctrica podía obtenerse a partir de reacciones químicas, no siendo necesaria para nada la intervención de los seres vivos. Aunque él no podía saberlo, toda la industria eléctrica del siglo XIX se desarrollaría a partir de baterías relacionadas con su trascendental invento[57].

Utilizando la nueva pila voltaica, los descubrimientos sobre el funcionamiento de la electricidad se sucedieron rápidamente.

Un año más tarde, William Nicholson y Anthony Carlisle descomponían el agua en hidrógeno y oxígeno (electrolisis), y hacia 1820 el danés Hans Christian Ørsted (1777-1851) demostraba por primera vez la relación directa entre la electricidad y el magnetismo al desviar la aguja de una brújula cuando conectaba o desconectaba una batería eléctrica próxima a ella.

El físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) demostrando su pila a Napoleón en París, 1801. [Le Petit Journal 1901]

Un año después, Michael Faraday (1791-1867), un personaje con una formación matemática limitada pero que resultó ser un soberbio científico experimental, utilizaba el descubrimiento de Ørsted para diseñar el primer motor eléctrico de la historia, y una década más tarde descubría el fenómeno de la inducción magnética, otro de los hallazgos trascendentales de la humanidad. En lo que fue una demostración impresionante del alcance que puede llegar a tener un experimento, por sencillo que sea, Faraday simplemente enrolló un cable de hierro aislado alrededor de un tubo de cartón, formando lo que se llama una bobina. Luego, se puso a mover un imán a lo largo de la misma y sus instrumentos detectaron de inmediato el paso de una corriente eléctrica.

Fotografía de izquierda a derecha: Michael Faraday, Thomas Henry Huxley, Charles Wheatstone, David Brewster y John Tyndall.

Como la ley de conservación de la energía ya era bien conocida para entonces, a nadie se le escapaba que si la energía de un imán en movimiento podía transformarse en energía eléctrica y viceversa, era solo cuestión de tiempo que la industria empezase a desarrollar motores y generadores eléctricos de gran potencia que llegasen a transformar toda una civilización. No terminaron ahí, sin embargo, las maravillosas aportaciones del genial Faraday, quien con una intuición rayana en lo sobrenatural comenzó a sospechar… ¡que la luz no era sino una forma de electromagnetismo! Los extraordinarios experimentos de Faraday y sus colegas se verían sustentados por una sólida teoría física cuando el escocés James Clerk Maxwell (1831-1879), probablemente una de las personas más inteligentes que hayan existido, desarrolló en la década de 1860 las ecuaciones del campo electromagnético[58], que proporcionaban el soporte matemático definitivo a la descripción del fenómeno.

Con los conocimientos teóricos ya bien asentados y de la mano del trabajo de los ingenieros, la electricidad pasó en cuestión de décadas de ser casi una mera curiosidad científica a una herramienta indispensable del mundo moderno. Así, a finales del siglo XIX, la nueva y prometedora disciplina se vio protagonizada por personajes legendarios como Alexander Graham Bell, Thomas Edison o Nikola Tesla que, como modernos conquistadores de un territorio hasta entonces ignoto, desarrollaron las aplicaciones de la electricidad hasta extremos insospechados, cambiando nuestras vidas para siempre.

Uno de los protagonistas más peculiares de la edad de oro de la ingeniería eléctrica fue sin duda Graham Bell (1847-1922), un escocés de origen nacionalizado canadiense con tantas luces en su personalidad como sombras, pues tan pronto trabajaba para ayudar a los sordos como se mostraba partidario de la eugenesia. Inteligente y creativo, era un excelente inventor que, entre otras muchas cosas, intentaba mejorar el telégrafo para que trasmitiese mensajes de voz. El telégrafo había sido desarrollado en las décadas de 1830 y 1840 a partir de la invención del electroimán, una pieza de hierro en forma de herradura envuelta en alambre de cobre de potencia muy superior a la de un imán corriente. El instrumento permitía enviar mensajes, por ejemplo en el nuevo código Morse, a través de cables que podían unir estaciones situadas a largas distancias, pero no podía transmitir la voz. En los años que siguieron, muchos investigadores buscaron la mejor forma de hacerlo, pero Bell los aventajó a casi todos aprovechando sus conocimientos sobre el sonido, fruto de sus trabajos sobre la sordera. A pesar de ello, cuando en 1876 patentó el teléfono hubo de enfrentarse a un sinnúmero de demandas que le discutían la primacía del revolucionario instrumento.[59]

Ilustración del primer electroimán inventado en 1824 por el científico británico William Sturgeon. Este fue su dibujo original de su artículo de 1824 para la Real Sociedad Británica de Artes, Manufacturas y Comercio.

Thomas Alva Edison (1847-1931) también fue un tipo especial donde los hubiera. Nacido en Ohio, a los quince años obtuvo su primer trabajo como telegrafista, un oficio que le había enseñado un jefe de estación agradecido porque el jovencísimo Edison había sacado a su hijo de las vías del tren. Allí empezó una prolífica carrera de inventor plagada de incontables experimentos que le llevaría a registrar más de mil patentes a lo largo de su vida, algunas de las cuales se encuentran entre las más importantes de la historia de la electricidad, como el primer sistema de alumbrado, basado en la lámpara incandescente que perfeccionó.

Pero el más extraordinario de los grandes exploradores de la electricidad fue sin duda Nikola Tesla (1856-1943), quien con el tiempo se convertiría en el gran rival de Edison. Tesla era un ingeniero de origen croata que ya llevaba algún tiempo desarrollando patentes relacionadas con el electromagnetismo cuando se trasladó a los Estados Unidos para trabajar en la empresa de Edison. Allí no duró demasiado, porque pensaba que ganaba poco para lo mucho que hacía, así que se marchó primero para ponerse por su cuenta y luego para asociarse con George Westinghouse, otro inventor y empresario que había fundado la Westinghouse Electric. Fue allí donde, en 1887, fabricó su famoso motor de inducción alimentado por corriente alterna, dando comienzo a lo que se conocería como «guerra de las corrientes» entre la Westinghouse y la Edison Electric (más tarde General Electric). El conflicto fue una de las primeras guerras comerciales de gran calado entre dos compañías rivales que pretendían hacerse con el naciente y suculento negocio del suministro de electricidad, una batalla ganada a largo plazo por el bando de Tesla y Westinghouse, dada la superior capacidad de la corriente alterna para ser transportada a grandes distancias con respecto a la corriente continua de Edison.[60]

Generador de CA Westinghouse. El primero del mundo. Construido por Nikola Tesla y George Westinghouse. Planta Hidroeléctrica de Ames, Telluride, Colorado. 1895, powerhouse. Fotografía aprox. 1900. [Everett Collection]

Pero ahí no acabó la historia de Tesla. En 1887 el alemán Heinrich Hertz (1857-1894) había demostrado la existencia de las ondas electromagnéticas predichas por las ecuaciones de Maxwell (una prueba impresionante del poder de una buena teoría), al generar experimentalmente ondas de radio en su laboratorio, un logro que aprovecharía el italiano Guglielmo Marconi (1874-1937) para poner en marcha los primeros emisores y receptores de radio operativos e inaugurar una nueva era en las comunicaciones. Tesla se mostró entusiasmado por el descubrimiento y, aprovechando el dinero ganado en la Westinghouse, volvió a ponerse por su cuenta, experimentando tanto con la radio como con la corriente alterna. Así empezó a trabajar en proyectos que rayaban en la ciencia-ficción, tales como sistemas de iluminación y transmisión de corriente sin cables, herramientas de control remoto, rayos artificiales y otras ocurrencias, pocas de las cuales llegaron a tener utilidad práctica inmediata. También empezó a desvariar un poco, como cuando creyó observar señales de radio inusuales en su receptor e informó a la prensa de que estaba escuchando mensajes procedentes de Marte o de otros planetas. A nivel más prosaico, perdió la carrera para ser el primero en enviar una señal de radio transatlántica frente a Marconi, y los inversores abandonaron la financiación de la Torre Wardenclyffe, su principal proyecto, con el cual pretendía demostrar que podía transmitir energía sin cables a cualquier distancia. A partir de ese momento, y aunque siguió haciendo aportaciones, entró en un declive que le llevó virtualmente a la bancarrota, mientras que la edad iba dejando huella en su privilegiado cerebro haciéndole delirar acerca de un «motor de rayos cósmicos» y un aniquilador «rayo de la muerte» que supuestamente habría inventado. En 1937 sufrió un serio accidente que le dejó muchas secuelas y, finalmente, falleció en 1943 a los ochenta y seis años de edad, solo y arruinado en la habitación de un hotel que el FBI rastreó a conciencia en busca del inexistente rayo de la muerte que, por supuesto, no apareció. Así acabó la vida de un genio complejo e incomparable cuyo legado compartimos casi en cualquier momento, ya sea encendiendo la luz de casa o conectando el televisor.

Pero, volviendo al tema que nos ocupa, vemos que a principios del pasado siglo la electricidad extendía ya su influencia por todas partes, algo que no dejaba de resultar paradójico teniendo en cuenta la falta de conocimientos sobre su verdadera naturaleza. En efecto, las aplicaciones de la nueva forma de energía eran maravillosas, pero ¿qué había realmente detrás de una corriente eléctrica? ¿Se trataba de un fluido, tal como se venía especulando desde los tiempos de Franklin, o era algo completamente distinto? La respuesta, curiosamente, se encontraba a medio camino, pero hubo que esperar al esclarecimiento de la estructura del átomo para desentrañar lo que de verdad estaba sucediendo. Y la clave la tenían los electrones.

En un átomo, los electrones, que son partículas con carga eléctrica negativa, circulan alrededor del núcleo pero se mantienen asociados al mismo mientras que no pasen cosas que les lleven a vivir su vida alegremente. Una de esas cosas que pueden suceder es que los más externos se enlacen con los electrones de otro átomo para formar una molécula, pero también puede ocurrir que los átomos que forman un material estén tan empaquetados que los electrones forman una especie de «nube», en la cual pueden moverse con bastante libertad sin permanecer asociados a ningún núcleo atómico en concreto. En este tipo de enlace, llamado «metálico», los electrones se desplazan con facilidad en la misma dirección cuando se ven sometidos a un campo electromagnético, como si realmente se comportasen como un fluido, y por eso se dice que los metales son buenos conductores. En una pila voltaica con los polos conectados mediante un cable de cobre, por ejemplo, lo que sucede es que se genera una corriente de electrones que recorre el cable metálico. Algo parecido sucede con algunos líquidos y disoluciones en los que la presencia de iones cargados eléctricamente facilita en gran medida el paso de la corriente. En los materiales aislantes, en cambio, la movilidad de los electrones está muy limitada y la corriente por lo general no puede circular. A fin de cuentas, pues, nos encontramos con un nuevo juego de energía potencial (de las partículas cargadas en un campo electromagnético) y energía cinética (en este caso, la asociada a los electrones en movimiento).

La comprensión paulatina del papel protagonista de los electrones en la energía eléctrica dio paso en la primera mitad del siglo XX a incontables mejoras y a nuevas y asombrosas aplicaciones, tales como la televisión o las computadoras. La versatilidad que ofrecía la electricidad era extraordinaria, al tratarse de la única forma de energía conocida cuyo suministro puede modificarse instantáneamente mediante el empleo de interruptores. Este último aspecto, de hecho, resulta crucial, ya que una combinación del tipo «interruptor encendido-interruptor apagado» puede utilizarse como un código binario[61] capaz de transmitir información. Dada la velocidad de los electrones, una disposición adecuada de gran número de interruptores puede permitir el intercambio de una gran cantidad de información en un periodo de tiempo muy corto. En ese sentido, en 1937 el estadounidense Claude Shannon (1916-2001) demostraba que utilizando relés y conmutadores eléctricos se podía construir cualquier relación lógico-numérica, dando paso de facto al advenimiento de las modernas computadoras electrónicas.

Sin embargo, las herramientas electrónicas disponibles en los años treinta y cuarenta presentaban ciertas limitaciones. Las válvulas de vacío, por ejemplo, un componente que servía para amplificar, conmutar o modificar una señal eléctrica mediante su control en un recipiente de cristal a muy baja presión, habían protagonizado el desarrollo de las aplicaciones electrónicas durante años, pero tenían el inconveniente de ser frágiles, calentarse mucho y ser bastante aparatosas. Los aparatos que las integraban eran, por tanto, relativamente grandes y poco manejables. Muchos científicos se dieron cuenta de la oportunidad que presentaba la sustitución de las engorrosas válvulas, de forma que, a finales de los años cuarenta, varios grupos de trabajo se afanaban buscando una solución.

Uno de los equipos más activos era el comandado por el estadounidense William Shockley (1910-1989), que trabajaba en los laboratorios Bell (fundados en su día por Alexander Graham Bell), en Nueva Jersey. En muchos aspectos, Shockley era un tipo despreciable, soberbio y con marcadas ideas supremacistas que abogaba por la eugenesia, la esterilización de los pobres y de las razas no caucásicas. Baste con decir que llegó a fundar un banco de esperma para premios nobel con vistas a la mejora intelectual forzosa de la especie humana. A pesar de que era intuitivo, carecía de brillantez, de modo que su convicción de que la respuesta al problema de las válvulas estaba en los materiales semiconductores[62], aunque correcta conceptualmente, no venía acompañada de la capacidad científica necesaria para llevar la idea a buen puerto.

Por fortuna, uno de los subordinados de Shockley, John Bardeen (1908-1991), era un genio extraordinario, además de un individuo entrañable, sencillo y de suaves maneras. Tras años de trabajo, y junto con su colega y amigo Walter Brattain, Bardeen dio a luz en diciembre de 1947 al primer dispositivo amplificador de estado sólido del mundo, más conocido como transistor. Se trataba de una herramienta pequeña, manejable, destinada a cambiar una civilización entera. El invento, por supuesto, merecía el Premio Nobel, de modo que, a pesar de lo limitado de su aportación, Shockley hizo todo lo posible para acaparar el éxito, presentándose en todos partes como el líder del grupo. Además, corroído por la envidia, terminó por echar a Bardeen de su laboratorio, lo que tuvo como consecuencia que este abandonase la investigación sobre los semiconductores. Pero la historia acabó bien para el bueno de Bardeen, quien en 1972 ganaría un segundo Premio Nobel[63] que se añadió al que le habían concedido en 1956, junto a Brattain y al oscuro Shockley, por el descubrimiento del transistor. El afable genio de Wisconsin, al que se le cayeron los huevos del desayuno al escuchar por la radio que le habían concedido el primero de sus premios, dio siempre muestras de una humildad inaudita, como demuestra el que su compañero en el club de golf donde habitualmente jugaba tardase años en enterarse de a qué se dedicaba.

De izquierda a derecha: John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain, 1948. Fotografía publicitaria producida por Bell Labs para el anuncio de la invención del transistor (30 de junio de 1948). Shockley no participó en la invención y no se incluyó en la patente pero Bell Labs decidió que debía aparecer en el material publicitario junto con Bardeen y Brattain. Shockley fue director de un grupo de investigación en Bell Labs en el que estaban John Bardeen y Walter Brattain. Los tres científicos fueron galardonados conjuntamente con el Premio Nobel de Física de 1956 por sus investigaciones sobre semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor.

Como dijo un colega de Bardeen, «creo que si yo hubiese ganado dos premios Nobel me las hubiera arreglado para sacarlo en algún momento de cualquier conversación».[64]

Durante la segunda mitad del siglo XX, los transistores, con su maravillosa capacidad para modificar la corriente eléctrica, han protagonizado una revolución tecnológica sin precedentes, tal vez solo comparable a la Revolución Neolítica y a la Revolución Industrial. Al sustituir a las válvulas, todos los aparatos y herramientas electrónicos se han vuelto más pequeños, algo que fue llevado al extremo apenas una década después de la invención del transistor, cuando el ingeniero y físico estadounidense Jack Kilby (1923-2005) patentaba el primer circuito integrado mientras trabajaba en la compañía Texas Instruments. En un circuito de este tipo se utiliza un material semiconductor (habitualmente silicio) para imprimir sobre él un gran número de componentes electrónicos, principalmente transistores. Popularmente conocido como chip o microchip, un dispositivo moderno de estas características puede medir tan solo unos milímetros cuadrados de superficie e integrar millones de diminutos transistores por milímetro cuadrado, lo que permite abaratar el coste y aumentar la eficiencia hasta niveles insospechados. En 1965, Gordon Moore, el fundador de Intel Corporation, predijo que el tamaño de un transistor se reduciría en un 50 % cada dieciocho meses. Esta «ley de Moore», que ha llegado a ser célebre, se ha venido cumpliendo con bastante exactitud en su forma modificada[65] hasta más o menos 2010, aunque últimamente el proceso se va ralentizando dada la imposibilidad de seguir reduciendo los componentes sin que el calor disipado por unidad de volumen —recordemos que en cualquier transferencia de energía siempre hay «pérdidas» en forma de calor— sea tan grande que termine por sobrecalentar el dispositivo y dañar sus componentes.

A día de hoy, el desarrollo de las aplicaciones de la electricidad crece sin parar y la presencia de los dispositivos electrónicos protagoniza nuestra existencia diaria, desde los electrodomésticos y la iluminación artificial a los teléfonos móviles, la magia de internet o la nanotecnología, hasta el punto de que es imposible entender la civilización moderna sin el enorme alcance de la más versátil de todas las formas de energía, esa que nos afanamos en producir transformando todas las demás. Ya sea la energía potencial encerrada en los saltos de agua, en los enlaces químicos o en el corazón del átomo, casi toda la que producimos en el planeta termina siendo transformada en electricidad, un poder que hemos pasado de temer en las noches de tormenta a manipularlo casi a voluntad para cambiar nuestras vidas de una forma que a lo largo de la historia jamás pudimos soñar.

Seguro que ahora ya entienden el temor de Spider-Man hacia su contrincante: puede que el hombre araña sea un prodigio de fuerza y flexibilidad, pero es difícil sustraerse a la sensación de que, a la larga, nada puede superar al irresistible poder de los electrones en movimiento.

Capítulo V

Todo en la vida es química… y los sueños, química son

«En este lugar ha encerrado la naturaleza todos sus tesoros, y los ha comprimido como en un depósito propio y particular. No obstante, tener la llave de oro es saber liberar esta cámara estanca…». Carta de Aristeo a su hijo sobre el Magisterio Hermético.

Copia del s. XVIII de manuscrito en lengua escita (antigüedad desconocida).

Si hay algo que tuvo una influencia esencial en el camino que nos hizo humanos fue nuestra relación con el fuego, esa «sustancia» inaprensible, emisora de luz y calor, que en forma de pavorosos incendios consumía todo lo que se le ponía por delante cuando, por ejemplo, caía algún rayo. Con el tiempo aprendimos a manejarlo, e incluso fuimos capaces de producirlo a voluntad, lo que nos permitió cocinar nuestros alimentos y protegernos del frío y de los animales salvajes.

Para los hombres primitivos el fuego era algo muy misterioso. A veces se comportaba como si estuviese vivo y parecía mantenerse a base de transformar las cosas, bien reblandeciéndolas, cambiando sus propiedades o consumiéndolas hasta convertirlas en carbón o en cenizas. En el caso del agua, la hacía hervir y aparentemente desvanecerse. Este poder de transformación parecía de naturaleza divina, y por eso en muchas mitologías antiguas el fuego tiene un papel protagonista. En el mito de Prometeo, Zeus condena al desdichado titán a una suerte terrible por haber cometido el pecado de entregárselo a los hombres.

Prometeo trae fuego a los humanos de Hugo Vogel. Pintura mural en el pabellón industrial del Departamento Alemán de la Exposición Mundial de 1910 en Bruselas.

Sin embargo, el fuego no era la única fuente de transformación de las cosas con la que estaban familiarizados nuestros ancestros. Por el contrario, fenómenos como la disolución de muchas sustancias en el agua o la mismísima putrefacción que acompañaba a la muerte eran evidencias de que la materia podía «cambiarse» en determinadas condiciones.

Aprender a controlar esos procesos les daba a las personas un poder del que los animales no habían dispuesto jamás. Las civilizaciones más antiguas, por ejemplo, aprendieron con el tiempo algunos secretos relacionados con esas transformaciones, lo que terminó cristalizando en ese extraordinario cuerpo de conocimientos prácticos conocido como alquimia.

Tradicionalmente, se considera que la alquimia surgió en Alejandría, en algún momento del siglo III a. C., como consecuencia de la confluencia del pensamiento griego acerca de la naturaleza de la materia con las antiquísimas prácticas egipcias relacionadas con la conservación de los cadáveres. Estas prácticas, conocidas como «arte egipcio» o khemeia[66], estaban dotadas de un aura de misterio, y al principio consistían en las manipulaciones y procedimientos que se llevaban a cabo durante el embalsamamiento, aunque posteriormente incluirían otras técnicas tales como la fabricación de vidrio, la elaboración de tintes, la preparación de medicamentos y la metalurgia.

Cuando los griegos se encontraron con esto, importaron los aspectos tanto místicos como prácticos de la khemeia y los integraron dentro de su propia filosofía. La influencia del pensamiento griego en la «ciencia oscura» se puso de manifiesto sobre todo en la adopción de la teoría aristotélica de los cuatro elementos (tierra, agua, fuego y aire) como medio de explicar las transformaciones entre los distintos materiales. Esta teoría era un poco el colofón a todos los intentos de los filósofos griegos de escudriñar en la composición de la materia, aunque el atomismo de Demócrito y Leucipo[67], una increíble intuición que se acercaba mucho a la verdad, había sido erróneamente descartado como inconsistente.

Armados pues con toda la parafernalia de procedimientos heredados en su mayoría del antiguo Egipto y con el sustento de las ideas de Aristóteles, los nuevos alquimistas se lanzaron a explorar el mundo y, de hecho, durante los primeros siglos de la era cristiana la alquimia se extendió por todo el planeta, apareciendo en China, la India y Sudamérica. No deja de ser un enigma cómo se llegó a producir este proceso, ya que muchos de los brotes surgieron en apariencia de forma independiente los unos de los otros. Sea como fuere, la ciencia oscura fue creciendo en importancia e influencia, aunque su ocultismo característico le causase algunos problemas, como cuando el crédulo emperador romano Diocleciano la prohibió por temor a que la producción de oro alquímico —que no era otra cosa que un fraude de enormes proporciones— provocase el colapso de la economía del Imperio.

El acopio de conocimientos prácticos procedente del Mundo Antiguo fue heredado por los árabes, que se apropiaron de la experimentación alquímica y empezaron a desarrollar herramientas y procedimientos, muchos de los cuales se encuentran en la base de la química moderna. No solamente perfeccionaron instrumentos clásicos como el alambique, sino que inventaron otros nuevos, como el crisol y la retorta, y de la mano del legendario Ŷabir ibn Hayyan (721-813), más conocido por la cristiandad como Geber, ampliaron la vieja teoría de los cuatro elementos. En efecto, el creciente número de sustancias descubiertas por los alquimistas hacía improbable que fuesen el resultado de la combinación de tan pocas esencias, de modo que Geber añadió cuatro «naturalezas» —a saber: el calor, la humedad, la frialdad y la sequedad— y dos nuevos «elementos»: el azufre, que explicaba la combustibilidad, y el mercurio, responsable de las propiedades metálicas. Además, en su búsqueda de la piedra filosofal, los alquimistas musulmanes aprendieron a purificar muchas sustancias químicas, incluyendo el alcohol, el amoníaco, los álcalis y un buen puñado de ácidos[68].

De la mano de los musulmanes, la alquimia se acabó extendiendo por todo el Occidente cristiano, aunque allí terminó por convertirse en un batiburrillo de prácticas en el que se mezclaban conocimientos útiles con extrañas ideas místicas y flagrantes supercherías. A esas alturas estaba claro que había algo que impulsaba a la materia a transformarse en determinadas circunstancias, pero el oscurantismo de los alquimistas y la falta de estudios sistemáticos impedían el auténtico progreso de la disciplina. Obcecados por la promesa de obtener enormes riquezas, a finales de la Edad Media casi todos los adeptos de la ciencia oscura andaban buscando oro, dando lugar a leyendas como la de Nicolás Flamel (1330-1418), un librero y copista francés que se hizo rico en circunstancias poco claras, hasta el punto de ser capaz de equipar de arriba abajo varias iglesias parisinas e, incluso, según se dice, de financiar al mismísimo rey de Francia[69].

Pero, al calor de la fiebre alquímica, algunos estudiosos empezaron a dar pasos en la dirección correcta. Entre ellos, quizá el caso más destacado fuese el de Paracelso[70] (en realidad, Theophrastus Phillippus Aureolus Bombastus von Hohenheim; 1493-1541), uno de esos personajes fabulosos que produjo el Renacimiento. Mitad místico y mitad filósofo, era a la vez alquimista, astrólogo, médico y cirujano, además de un borracho empedernido y un agitador intelectual que se enfrentó a todo el establishment académico de la época. Aunque su pensamiento estaba plagado de extravagantes ideas, sus años como cirujano militar al servicio de Venecia le habían convencido de la importancia de la experimentación. Excelente químico, el que más tarde sería considerado como el «padre de la toxicología» consideraba que muchas enfermedades podían curarse suministrando al paciente pequeñas cantidades de ciertas sustancias, una idea que se encuentra detrás de toda la farmacología moderna. Esta disposición pragmática no fue sin embargo óbice para que de vez en cuando se sumergiese en el más profundo misticismo, como cuando aseguró que podía fabricar un «homúnculo» (un ser humano minúsculo) enterrando en estiércol de caballo durante cuarenta días una mezcla de huesos, esperma, pelo y fragmentos de piel.

Presunto retrato de Paracelso (1493-1541) de Quentin Matsys.

Durante sus incansables manipulaciones, el bueno de Paracelso se dio cuenta de que había sustancias que no podía descomponer en otras más sencillas, lo que le llevó a intuir el concepto de elemento químico. Claro está que tan singular personaje no era el primer alquimista en darse cuenta de ello, pero sí el primero en abandonar las viejas teorías de Aristóteles y Geber para sugerir que, después de todo, quizá hubiese muchas más sustancias elementales que las imaginadas por sus predecesores. Por otra parte, la metalurgia ya estaba muy desarrollada, y sus complejos procedimientos prácticos se encontraban totalmente libres de misticismo. Con este caldo de cultivo era solo cuestión de tiempo que el advenimiento del método científico en el siglo XVII apartase definitivamente a la nueva química de sus viejas raíces oscurantistas. En este sentido, los filósofos naturales empezaron a cuestionarse en serio tanto la naturaleza de la materia como las «fuerzas» que impulsaban su transformación. En efecto, ¿cuántos elementos había en realidad? ¿Y qué era lo que hacía que unas sustancias se convirtiesen en otras?

Construyendo sobre las ideas de Paracelso, y tomando como referencia las nuevas ideas de la física, el inglés Robert Boyle (1627-1691) propuso en su célebre obra El químico escéptico, considerada el acta de fundación de la química moderna, que todos los fenómenos en los que la materia se transformaba eran resultado de la interacción de partículas en movimiento. Esto no dejaba de ser un cambio radical que, de forma paradójica, acercaba a Boyle a las viejas ideas de los atomistas clásicos. En efecto, si el mundo estaba integrado por partículas, era concebible que cada elemento químico no fuese en realidad más que una forma distinta de combinarlas. Y de la misma forma, serían las mezclas de los diferentes elementos lo que daba lugar a todos los materiales que nos rodeaban. En línea con la nueva mecánica de Newton (ver capítulo segundo), las interacciones entre las partículas darían el impulso necesario para las reacciones químicas, en las que los reactivos se combinarían entre sí para dar lugar a sustancias nuevas con propiedades muy diferentes.

Las ideas de Boyle explicaban muchas cosas, pero la comprensión de los conceptos de materia y energía estaba todavía en sus inicios, y eso hizo que los primeros químicos, que todavía eran medio alquimistas, se liasen un poco. Por ejemplo, algunas transformaciones, tales como la combustión, no eran fáciles de justificar atendiendo a las interacciones de las partículas, por lo que se puso de moda la teoría de que existía una especie de fluido, el flogisto, que las sustancias perdían o ganaban cuando se producía un proceso de oxidación-reducción[71]. El flogisto tenía sus ventajas, ya que también podía usarse para explicar por qué algunas sales metálicas podían ser transformadas de nuevo en los metales de partida, un fenómeno que resultaba misterioso desde la Antigüedad y que había fascinado a los alquimistas medievales. Sin embargo, algunos aspectos de la teoría del flogisto no estaban nada claros, y la única forma de salir de dudas era la experimentación. El problema era que los químicos no estaban todavía muy acostumbrados a pesar y medir las sustancias de forma escrupulosa, pero los tiempos estaban cambiando y la química se encontraba en una de esas encrucijadas que parecen preparadas adrede para que aparezca un genio que desenrede la madeja.

Y el genio apareció, en la persona de Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794), uno de los personajes principales de la Revolución Científica. Lavoisier era un joven con un talento descomunal que trabajaba para la Ferme générale, la odiada firma que recaudaba los impuestos para el gobierno de Francia. A los veintiocho años se había casado con Marie-Anne Pierrette Paulze, hija de un copropietario de la Ferme, y con la dote había instalado y equipado uno de los mejores laboratorios de química del mundo. Allí, y con ayuda de su mujer, que era casi tan brillante como él, comenzó a desarrollar experimentos de vanguardia que abrirían el camino para la verdadera comprensión de la naturaleza de la materia.

Lavoisier estaba convencido de que lo que le faltaba a la química para convertirse en una auténtica ciencia no era otra cosa que el rigor, y por eso sus métodos de trabajo se basaban en preparar los experimentos con un cuidado extremo, midiendo todas las cantidades que intervenían con la mayor exactitud posible. Fue de este modo como acabó con la teoría del flogisto, al demostrar que cuando los cuerpos se quemaban no desprendían ningún fluido, sino que en realidad ganaban peso como consecuencia de la fijación del oxígeno del aire que se combinaba con los materiales calcinados. Sus estudios condujeron así al esclarecimiento de fenómenos como la oxidación y la respiración animal, un logro impresionante que cambiaría nuestra visión del mundo para siempre. Y, no contento con eso, en su célebre Tratado elemental de química (1789), Lavoisier establecía definitivamente el concepto de elemento, definiéndolo como una sustancia simple que no se puede dividir mediante ningún método de análisis químico. Además, llevó a cabo el primer análisis del agua de la historia, demostrando que no se trataba de un elemento, tal y como se venía creyendo desde los tiempos de Aristóteles, sino de un compuesto formado por oxígeno e hidrógeno[72]. Por tanto, con sus revolucionarias técnicas de medida, el genial recaudador de impuestos terminó de un plumazo con la vieja e inmensamente influyente teoría de los cuatro elementos.

Un ejemplo muy gráfico sería el de la vela. Cuando arde no se gana ni se pierde masa. La masa de la vela y el oxígeno presente antes de la combustión es igual a la masa de cera sin quemar, el CO2 y el vapor de agua procedente de la combustión cuando se apaga la llama.

Pero, con todo, la mayor aportación del inteligente francés a la ciencia fue su célebre enunciado de la ley de conservación de la masa, consecuencia de los exquisitos experimentos en los que una y otra vez se demostraba que, en una reacción química, la cantidad de materia total siempre es la misma al comienzo y al final. Los alquimistas medievales ya habían encontrado una buena pista sobre esto al comprobar cómo calentando cinabrio se obtenía mercurio, un proceso que resultaba totalmente reversible simplemente volviendo a calentar el líquido metal en presencia de azufre (el cinabrio es básicamente sulfuro de mercurio con algunas impurezas), pero la típica falta de precisión a la hora de medir las cantidades les había impedido sacar buenas conclusiones.

Es difícil subestimar el impacto de los descubrimientos de Lavoisier en el devenir de la especie humana. De pronto, el agua y el aire dejaron de ser sustancias simples, y resultaba que el fuego no era más que una oxidación «violenta», con desprendimiento de luz y calor, es decir, una más entre muchas reacciones químicas. Esto último era muy interesante, porque la absorción o liberación de calor parecía ser un efecto concomitante en los procesos de transformación de la materia. Como ya sabemos, el concepto de energía no estaba todavía bien desarrollado a finales del siglo XVIII, pero si Boyle tenía razón y los cambios de sustancia tenían que ver con las interacciones entre innumerables partículas, ¡quizás hubiese una relación entre la vis viva de Leibniz (ver capítulo segundo) y el intercambio de calor!

Pero, por desgracia, el genial Antoine no llegó a ver el desarrollo de estas ideas, ya que su viejo currículo como recaudador de impuestos causó su perdición. Durante el denominado «Reinado del Terror» de la Revolución francesa, fue arrestado y enviado a prisión junto con su suegro. Tanto su mujer como sus amigos lucharon desesperadamente por la vida de ambos, pero no pudieron salvarles[73]. Lavoisier fue ejecutado en la guillotina el 8 de mayo de 1794, con tan solo cincuenta años de edad, y el mundo perdió una cabeza que, en palabras del gran físico y matemático Joseph-Louis Lagrange, «Francia necesitará un siglo para que aparezca otra que se le pueda comparar».

Retrato de Lavoisier y su esposa, la química Marie-Anne Pierrette Paulze, de Jacques-Louis David. 1788. [Museo Metropolitano de Arte]

Por fortuna, el camino que había trazado el brillante químico francés ya no tenía marcha atrás. Desligada por fin de su viejo lastre de misticismo y oscuridad, la química iba a convertirse en la ciencia más importante del siglo XIX, una que de la mano de la Revolución Industrial iba a transformar por completo nuestra civilización. A la acumulación de descubrimientos de nuevas sustancias, la disciplina iba a añadir la solidez del nuevo modelo atómico de John Dalton[74] (1766-1844). Entre otras muchas cosas, los químicos llegaron a la conclusión de que los átomos de los distintos elementos tienen pesos diferentes —los célebres «pesos atómicos»—, y que las moléculas de un mismo compuesto siempre se forman con la misma proporción de átomos. De hecho, era dicha proporción la que dotaba a cada compuesto de sus propiedades características.

Pero el sensacional desarrollo de la disciplina en la primera mitad del nuevo siglo clamaba por una explicación más convincente de qué era lo que mantenía «sujetos» los átomos dentro de las moléculas, y por qué en determinadas condiciones estas últimas se rompían y reaccionaban unas con otras haciendo que sus átomos se reorganizasen de forma distinta (¡esto podría ser una muy buena definición de la química!). Parecía claro que las interacciones entre partículas tenían la clave, y además era evidente que el intercambio de calor jugaba un papel fundamental.

Como vimos en el capítulo tercero, la termodinámica se estaba desarrollando como una rama poderosa de la ciencia, y ya se conocían tanto la conversión entre el trabajo mecánico y el calor como el principio de conservación de la energía. Fue, por tanto, solo cuestión de tiempo que los científicos demostrasen la relación que había entre el calor absorbido o desprendido en una reacción y el balance energético entre los enlaces que se rompían y se formaban a lo largo de la misma. Dicho de otro modo, el papel que, como en cualquier otro fenómeno que implicase un cambio, jugaba en la química el concepto de energía. Asimismo, durante la segunda mitad del siglo XIX, científicos como Clausius, Boltzmann, Maxwell o Svante Arrhenius terminaron por explicar perfectamente la cinética de las reacciones químicas. En el transcurso de unas décadas se mostró, por ejemplo, el modo en que factores como la temperatura, la concentración de los reactivos o la presencia de un catalizador[75] alteraban la velocidad de una reacción (a veces de forma dramática), o el porqué se necesitaba una cantidad de energía mínima —«energía de activación»— para que las moléculas reaccionasen.

No obstante, había un misterio que persistía. El principio de conservación exigía que el despliegue de energía cinética por parte de las partículas que interaccionaban en las reacciones procediese de algún sitio y desembocase en alguna parte, ya que no podía aparecer y desaparecer de la nada. Para que les cuadrasen las cuentas, los científicos hablaban de la «energía interna» de un sistema[76], sin saber realmente de qué se trataba, pero asumiendo con fundamento que, además de la energía cinética de las partículas que lo componían, tenía que incluir alguna forma de energía potencial. Lógicamente, la clave tenía que estar en la estructura de los átomos, si es que estos existían de verdad, una estructura que además debería dar respuesta a las otras preguntas que atormentaba a los químicos de la época victoriana: ¿cuántos elementos químicos había en realidad? ¿Y por qué tenían esas propiedades y no otras?

Sobre estas últimas dos cuestiones habían aparecido algunas pistas en las últimas décadas. Hacía tiempo que se sabía que algunos elementos tenían propiedades parecidas, y con la identificación de un número cada vez mayor los químicos empezaron a encontrar similitudes y diferencias muy llamativas. Por ejemplo, Johan Döbereiner (1780-1849), un catedrático alemán que le daba clases de química a Goethe, se dio cuenta de que un nuevo elemento, el bromo, tenía propiedades intermedias entre el cloro y el yodo. Y lo más curioso es que su peso atómico[77] se encontraba exactamente a medio camino entre los otros dos. Años después, el geólogo francés Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois (1820-1886) publicó un «tornillo» en donde los elementos conocidos se colocaban en los brazos en espiral, apareciendo una curiosa similitud entre sus propiedades en determinados intervalos. Por su parte, el joven químico inglés John Newlands (1837-1898) descubrió que si clasificaba los elementos por su peso atómico en columnas de a siete, los situados en la misma fila gozaban de propiedades bastante similares. A continuación presentó su «ley de las octavas» ante los miembros de la Chemical Society de Londres, solo para ver cómo se la tomaban a broma e incluso le sugerían entre risas que por qué no probaba a organizar los elementos por orden alfabético.

Tal era la situación hacia 1869, momento en que se conocían ya sesenta y tres elementos, sin que nadie supiera poner orden entre ellos. Hasta que apareció Dmitri Mendeléyev (1834-1907). Este era un ruso con aspecto de druida, dotado de una larga y descuidada barba así como de un frondoso cabello blanco que le caía sobre los hombros porque solo se lo cortaba una vez al año, al comenzar la primavera.

Dmitri Mendeléyev en 1897.

Era un hombre de mal carácter, quizá como herencia de su trágica infancia, en la que, tras quedarse ciego su padre el mismo año en el que él nació y quemarse la fábrica familiar en un pavoroso incendio, su madre emigró a Moscú desde Siberia junto con él y su hermana pequeña en un tremendo periplo de más de dos mil kilómetros. La valiente mujer y su hija fallecieron poco después, dejando a Dmitri, con tan solo quince años, completamente huérfano y con un diagnóstico de tuberculosis.

Pero además de ser un tipo realmente duro, nada podía parar el formidable talento de Mendeléyev, que se convirtió en profesor de Química de la Universidad de San Petersburgo con tan solo veintitrés años. Su vida privada siguió siendo tormentosa, ya que se casó dos veces y tuvo que pasar por un duro divorcio, pero a nivel académico le fue muy bien. Curiosamente, era un apóstata de la teoría atómica, pues nunca creyó en la existencia real de los átomos, pero su conocimiento enciclopédico de los elementos y sus propiedades le permitían ver más allá que los demás. A principios de 1869 estaba preparando un manual de química y no encontraba un motivo claro para escribir acerca de unos elementos antes que de otros. En la mañana del 14 de febrero, después del desayuno, empezó a escribir una lista de símbolos de elementos[78] en tres filas, que cuando se colocaban una debajo de la otra parecían sugerir una estructura subyacente. Cuenta la leyenda que al genio ruso, gran amante de los juegos de cartas, le dio entonces por preparar sesenta y tres tarjetas con el nombre de cada uno de los elementos, junto con su peso atómico y sus principales propiedades, combinándolas de todas las formas posibles. Tras horas de reflexión aparentemente infructuosas, Mendeléyev se durmió. Más tarde escribiría:

Durante un sueño, vi una tabla en la que todos los elementos encajaban en su lugar. Al despertar, tomé nota de todo en un papel.

De alguna manera, mientras soñaba, el cerebro del genial Dmitri había llegado a la conclusión de que, cuando se les ordenaba según su peso atómico en orden ascendente, las propiedades de los elementos químicos se repetían de forma periódica, algo que se hacía evidente cuando se les colocaba unos debajo de otros en filas separadas a determinados intervalos. Por eso, bautizó su hallazgo como «tabla periódica».

Al principio, no todo fue fácil. A pesar de la gran utilidad de la nueva clasificación de los elementos, algunos escépticos señalaban que presentaba anomalías, ya que algunos pesos atómicos sencillamente no encajaban.

Ni corto ni perezoso, Mendeléyev sugirió que en esos casos su tabla estaba bien y era el peso atómico el que estaba mal calculado. Además, cuando un elemento parecía no encajar en un grupo, sino más bien en el siguiente, nuestro genio simplemente lo corría un espacio y dejaba un hueco, asegurando que ahí faltaba uno por descubrir.

Primera clasificación de los elementos, en 1869, de Mendeléyev en su búsqueda de un sistema de elementos.

Y por si fuera poco, incluso se atrevió a predecir las propiedades de esos elementos ausentes que, efectivamente, fueron descubiertos años después. Era un logro impresionante que sin embargo no fue suficiente para que Dmitri ingresase en la Academia Rusa de Ciencias, dado que su liberalismo político molestaba bastante en las altas esferas de la conservadora Rusia imperial. Así que, harto de la clase política, se dedicó a viajar por el planeta hasta que falleció en 1907 en la hermosa y fascinante ciudad de San Petersburgo, un lugar muy distinto del que conoció en su difícil niñez.

El sueño de Mendeléyev es sin duda uno de los más famosos de la historia de la ciencia pero, por sorprendente que pueda parecer, no es el único. Unos años antes, otro excelente químico, el alemán August Kekulé (1829-1896), se encontraba a la sazón en Londres reflexionando sobre un intrigante misterio. Desde que se había demostrado que los compuestos orgánicos, característicos de la vida, podían sintetizarse en el laboratorio (ver capítulo décimo), se habían descubierto cientos de sustancias diferentes integradas fundamentalmente por carbono. A diferencia de otros elementos, que tan solo parecían capaces de generar un puñado de compuestos, el carbono mostraba una capacidad casi infinita de combinarse consigo mismo y con otros elementos, dando lugar a una nueva rama de la química, la química orgánica[79].

Sello de Alemania oriental de Kekulé, descubridor de la estructura cíclica del benceno.

Muchos científicos se preguntaban por qué y cómo el carbono desplegaba semejante capacidad, y en concreto Kekulé indagaba en la forma en la que los todavía supuestos átomos de carbono se enlazan con los de hidrógeno dentro de las moléculas orgánicas. Un día, después de una discusión con un colega, el alemán se quedó dormido en el carruaje que lo llevaba a la pensión en la que vivía. Entonces, y según sus propias palabras, «los átomos retozaron delante de mis ojos» y, cuando despertó, fue capaz de desarrollar toda una teoría para la estructura de las moléculas orgánicas. Y no acabó ahí la cosa. Años después, mientras trabajaba en el modelo de la molécula de benceno, un compuesto formado por seis átomos de hidrógeno y otros seis de carbono, el gran químico soñador se quedó dormido en el sillón, delante de la chimenea. De pronto,

… largas hileras, a veces muy bien encajadas, se emparejaban y retorcían en un movimiento parecido a una serpiente. Pero ¡mira! ¿Qué era eso? Una de las serpientes se había unido a su propia cola y la forma giraba con sorna ante mis ojos. Como invadido por un destello de iluminación me desperté…

Kekulé se despertó y describió el benceno como una molécula cíclica, en forma de hexágono, con los átomos de hidrógeno unidos a los vértices. Fue posiblemente la intuición más trascendental de toda la historia de la química, pues dio lugar a una de sus ramas más fructíferas, la de los anillos de átomos de carbono[80]. Con el tiempo, a la célebre visión del alemán se le dio una interpretación freudiana, con connotaciones sexuales, pues vivía entonces en un piso de soltero alejado de su mujer. Estuviese inspirado por ella o no, lo cierto es que los sueños de Kekulé han quedado inmortalizados para siempre.

En las décadas que siguieron a los químicos soñadores y a la invención del sistema periódico, los científicos encontraron por fin el secreto de por qué la química funciona. Los átomos son reales y están formados por un núcleo rodeado de electrones, siendo la disposición de estos la que dota a los elementos de sus propiedades químicas. Los electrones se distribuyen alrededor del núcleo un poco como si estuvieran ocupando «pisos», los llamados niveles energéticos. Son capaces de saltar de un nivel a otro, pero no pueden quedarse en el medio, algo así como si el ascensor de la casa no pudiera estropearse. En cada piso, los electrones ocupan «viviendas» (los químicos dirían orbitales) que difieren en forma y capacidad. Por ejemplo, los hay que pueden acomodar diez electrones mientras que otros solo pueden ser ocupados por dos, como si tuviesen una o varias habitaciones. Los diferentes tipos de orbitales se etiquetan con una letra específica, s, p, d o f, de modo que, si los electrones pudiesen mandarse correspondencia, la enviarían a una dirección del tipo «oxígeno, 2p». Aunque cada elemento tiene un número de electrones definido, su disposición adopta una estructura similar cada ciertos intervalos, y por eso tiene sentido agrupar a los elementos en el sistema periódico.

Pero ¿por qué los átomos forman moléculas? Sucede que los electrones que en un átomo ocupan el nivel energético más elevado —los llamados «electrones de valencia»— pueden enlazarse con los de otros átomos, algo así como si al asomarte a la ventana de la cocina te enamoras de la vecina de enfrente. Como siempre, la energía es la clave del asunto, ya que los átomos tienden siempre a posicionarse en la configuración más estable posible desde el punto de vista energético. Y ¿cuál es esa configuración más estable? Por razones relacionadas con las características de la interacción electromagnética (ver capítulo séptimo), que regula las relaciones entre los electrones y entre estos con el núcleo, la configuración preferida por la mayor parte de los átomos es aquella en la que se acomodan ocho electrones (¡sí, exactamente ocho![81]) en el último nivel de la corteza. Por tanto, todos tienden a alcanzar esta disposición. Cuando ya tienen ocho electrones, como los gases nobles, no suelen reaccionar con nadie.

En 1939, Linus Pauling (1901-1994), uno de los científicos más versátiles que hayan existido, publicó su espléndida teoría del enlace químico, en la que exponía, entre otras cosas, cómo en muchos casos los orbitales atómicos (las «habitaciones» de nuestra casa) se hibridan para convertirse en los mucho más amplios orbitales moleculares, explicando definitivamente y de forma matemática cómo se enlazan los átomos a la hora de formar moléculas. Después, dirigió su mirada a la bioquímica para descubrir la forma en la que se enrollaban (literalmente) las proteínas, y estuvo cerca de descubrir la doble hélice del ADN. Notable activista político, consiguió el Nobel de la Paz en 1962[82] por su firme oposición a las pruebas nucleares. Por desgracia, acabó su vida asegurando, de forma poco científica, que los suplementos de vitamina C eran la clave para solucionar las enfermedades cardiovasculares.

La teoría del enlace químico de Pauling nos dice que existen dos tipos principales de enlace, el iónico y el covalente, aunque también hay formas intermedias. El primero es un tipo de interacción electrostática entre átomos cuya corteza electrónica presenta una gran diferencia de carga eléctrica, mientras que en el segundo los átomos comparten físicamente los electrones, formando los orbitales moleculares que tan detalladamente describió Pauling. Las moléculas, a su vez, también experimentan ciertas fuerzas electrostáticas, como las llamadas de Van der Waals[83], como consecuencia de que su distribución de carga rara vez es homogénea. Estas fuerzas intermoleculares son relativamente débiles en comparación con los enlaces interatómicos, pero tienen mucha importancia a gran escala. Entre infinidad de fenómenos, explican la adhesión a las superficies, siendo por ejemplo la causa de que los geckos puedan andar por las paredes y por los techos.

Una vez quedó claro cómo interaccionaban los electrones para sustentar las reacciones químicas, resultó evidente que el intercambio de energía correspondiente no era otra cosa que una conversión entre la energía potencial que se acumulaba en los enlaces y la energía cinética que se desplegaba en la reacción.

Un gecko andando por una ventana.

En resumen, la antiquísima alquimia, rodeada de misticismo y de la más profunda oscuridad, había llegado a convertirse, de la mano de la termodinámica y de la mecánica cuántica, en una de las ciencias más rigurosas, más exactas y más influyentes que el mundo haya conocido. La química forma parte de todo lo que nos rodea, ya sean materiales de construcción, combustibles para el transporte u objetos de la vida cotidiana. Incluso está detrás de nosotros mismos. Define la realidad tal y como la conocemos, una realidad integrada por ciento ocho elementos —si incluimos los artificiales— y sus innumerables combinaciones.

En definitiva, el mundo es química, y prácticamente nada más que química. Y eso incluye, por supuesto, al amor. Si los viejos alquimistas levantasen la cabeza, verían que el verdadero secreto de su admirada ciencia oscura no es sino la forma en la que esas pequeñas partículas que llamamos electrones se abrazan los unos a los otros, en una danza interminable impulsada por la energía encerrada en su corazón.

Capítulo VI

Y dijo Dios: «haya luz»

«La oscuridad no existe, la oscuridad es en realidad ausencia de luz».

Albert Einstein, físico alemán nacionalizado estadounidense (1879-1955).

En nuestro universo, si algo parece distinguir la creación de la nada es sin duda la luz, esa cualidad que parece oponerse a la negrura de la oscuridad. La luz es sinónimo de belleza y de bondad, mientras que la oscuridad lo es de caos y maldad. A lo largo de la historia, los pintores se han afanado por captar en sus obras la luz, y los poetas y los practicantes de todas las religiones han homenajeado durante siglos al fenómeno que más identificamos con la gloria de los dioses.

En el fondo, es más que natural esa querencia que tenemos por la luz. Por la noche, cuando el sol se pone, apenas vemos nada, ya que nuestra especie no goza de un sentido de la visión especialmente agudo. Eso nos hace vulnerables a los depredadores, y por eso nuestra mente evolucionó hacia un absoluto rechazo a una oscuridad que nos obligaba a buscar refugio en las cuevas. El que nos viésemos incentivados a dominar el fuego tiene mucho que ver con la capacidad que este nos confería de iluminar la noche con hogueras y con antorchas, reduciendo el peligro y proporcionándonos una cierta sensación de seguridad.

En el acervo mítico de los hombres, la luz fue durante mucho tiempo únicamente cosa de los dioses. Incluso los primeros filósofos griegos, aunque intentando darle un trasfondo más terrenal, veían el fenómeno con tanto asombro que no conseguían sustraerse del todo al pensamiento mágico. Empédocles (494 a. C.-430 a. C.), por ejemplo, consideraba que la diosa Afrodita había hecho el ojo humano a partir de los cuatro elementos, tierra, aire, agua y fuego, y que había encendido este último dentro del ojo, siendo su brillo lo que hacía posible la vista. Como buen filósofo que era, se había percatado no obstante de que si la luz salía «de dentro» tendríamos que ver igual de bien de noche que de día, y por eso afirmó que los rayos de los ojos debían interaccionar con otros emitidos por objetos como el Sol.

Grabado de Opticae Thesaurus, una edición en latín del Libro de Óptica de Ibn al-Haytham en el que se muestra cómo Arquímedes supuestamente prendió fuego a barcos romanos con espejos parabólicos durante el asedio de Siracusa.

Claramente, el Sol era el mayor objeto luminoso que nuestros antepasados tenían ante ellos, pero no el único. Cuando abrían sus párpados de noche, veían inmediatamente las estrellas y, dado que estas estaban a todas luces muy lejos, al gran matemático griego Euclides (ca. 325 a. C.-ca. 265 a. C.) se le ocurrió que eso solo era posible si los rayos que salían de los ojos viajaban en línea recta a una velocidad infinita. Siglos más tarde, el romano Lucrecio estuvo de acuerdo con esta idea, aunque al igual que los atomistas griegos veía la luz como una especie de «rayo de átomos», lo mismo que los filósofos hindúes de principios de nuestra era, que creían que la luz era un rayo de «partículas de fuego». Aristóteles, sin embargo, era partidario de que la luz no salía del ojo, sino que entraba en él a partir de los objetos que la emitían. En la Edad Media, el árabe Ḥasan Ibn al-Haytham (Alhazén, 965-1040) tuvo la genialidad de combinar ambas alternativas y con sus cuidadosos experimentos llegó a la conclusión de que, en realidad, la visión tiene lugar cuando los rayos de luz entran en el ojo después de reflejarse en los objetos.

Influidos por los trabajos de Alhazén, grandes figuras de la escolástica medieval como Robert Grosseteste o Roger Bacon comenzaron a experimentar con la reflexión y la refracción, trasteando con lentes y con espejos. A partir de estos trabajos, muchos estudiosos empezaron a ver la luz como una especie de sustancia o propiedad mecánica que podía rebotar (reflejarse) o cambiar de dirección (refractarse) según el medio que atravesase. Además, en 1609 el gran astrónomo Johannes Kepler (1571-1630) había descubierto que la intensidad luminosa decrecía con el cuadrado de la distancia, y todo ello llevó a René Descartes (1596-1650) a intuir que la luz parecía comportarse como una especie de onda, como las del sonido o las que se forman en el agua de un estanque cuando tiramos un guijarro.

Esta nueva visión mecanicista de la luz llevaría a mediados del siglo XVII al comienzo de un largo y enconado debate sobre si su naturaleza era ondulatoria o más bien corpuscular, como tantos filósofos habían creído a lo largo de los siglos. El principal postulante de esta última opción no era otro que nuestro viejo conocido, el gran Isaac Newton, quien argumentaba que fenómenos como la reflexión y la refracción de la luz no podían explicarse mediante ondas porque estas no solían transmitirse en línea recta. Además, las ondas eludían los obstáculos «rodeándolos», algo que la luz no parecía hacer, ya que muchas veces quedaba bloqueada. El genial inglés llevó a cabo célebres experimentos en los que descomponía la luz blanca en los distintos colores haciéndola pasar a través de un prisma, para luego recomponerla mediante otro. Para él, este comportamiento solo era posible si la luz estaba formada por corpúsculos, diferentes según los colores.

Sin embargo, aunque la teoría corpuscular de Newton[84] explicaba bien la reflexión, no hacía lo mismo con la refracción (por ejemplo, afirmaba que la luz se aceleraba al pasar por un medio más denso, justo al contrario de lo que sucede), y no podía explicar en absoluto la difracción, ese fenómeno característico de las ondas en el que estas se desvían al encontrar un obstáculo. Tampoco era capaz de dar una explicación satisfactoria a la razón por la que las partículas de dos rayos de luz no parecían chocar unas con otras cuando se cruzaban. En ese sentido, los principales adversarios de las ideas de Newton y sus seguidores, el holandés Christiaan Huygens (1629-1695) y el inglés Robert Hooke, aseguraban que la luz era de naturaleza ondulatoria. Hooke era un genio extraordinario con una gama de intereses científicos impresionante, responsable entre otras muchas cosas de la ley de la elasticidad o del descubrimiento de las células. Sin embargo, no tenía un carácter fácil y entró en una agria disputa con Newton sobre la primacía del desarrollo de la ley de gravitación universal y sobre la naturaleza de la luz. Huygens, por su parte, elaboró la teoría ondulatoria de la luz, explicando que cada punto luminoso de un frente de ondas podía considerarse como una nueva fuente de las mismas. Para soslayar el problema de que las ondas normalmente han de contar con un medio en el cual propagarse, Huygens propuso la existencia de un «éter luminífero».

A pesar de sus inconvenientes, el inmenso prestigio de Newton hizo que la hipótesis corpuscular fuese ampliamente aceptada durante más de un siglo, hasta que hacia 1800 los experimentos de Thomas Young (1773-1829) dieron un vuelco a la situación. Young fue un extraordinario polímata que no solo hizo grandes aportaciones a la física sino que también fue un destacado médico y lingüista que rivalizó con Jean-François Champollion en el desciframiento de los jeroglíficos egipcios de la Piedra de Rosetta. En 1801 llevó a cabo su célebre «experimento de la doble rendija», uno de los más famosos de toda la historia de la ciencia, en el que primero hacía que la luz solar reflejada por un espejo pasase a través de un diminuto agujero en una hoja de papel y después dividía el rayo luminoso en dos, haciéndolo pasar por dos pequeñas rendijas paralelas en una tarjeta perforada. El resultante «rayo dividido» golpeaba una pantalla en la que se generaba claramente una figura de interferencia, un patrón de bandas claras y oscuras que mostraba, más allá de toda duda, que la luz se comportaba como una onda. En ese nuevo escenario, los distintos colores no serían más que luz de diferentes longitudes de onda.

Imagen de la placa XXX de las Conferencias de Thomas Young, publicadas en 1807. En ella podemos apreciar el nivel de comprensión de la anatomía ocular que tenía Young por el hecho de que, en la figura 437, la imagen está del revés en la retina; aparecen sus experimentos con la luz (fig. 442)…

Los incontestables experimentos de Young consiguieron que, a lo largo del siglo XIX, la hipótesis corpuscular fuese sustituida paulatinamente por la ondulatoria, aunque seguía sin solucionarse el misterio del supuesto éter lumínico que las ondas de luz tenían que utilizar para propagarse. Sin embargo, las dos teorías daban una mejor respuesta según de qué fenómeno se tratase, por lo que era muy difícil demostrar categóricamente cuál de las dos era correcta. Los científicos sospechaban que la velocidad de la luz, considerada infinita durante mucho tiempo, tal vez fuese la llave para escoger definitivamente entre ambas opciones, aunque su medida había resultado ser un asunto peliagudo.

Por un lado, era evidente que la luz viajaba muy deprisa, pero el astrónomo danés Ole Rømer (1644-1710) había demostrado en 1676 que lo hacía a una velocidad finita, al darse cuenta de que el periodo que pasaba entre dos eclipses de una de las lunas de Júpiter se acortaba cuando el planeta estaba más cerca de la Tierra, alargándose por el contrario cuando se encontraba más lejos. Utilizando sus datos, Huygens había estimado que la velocidad de la luz era de unos 212.000 km/s, una cifra descomunal, consistente con el hecho de que durante tanto tiempo dicha velocidad se hubiese considerado infinita. No obstante, hubo que esperar a 1850 para que el francés Léon Foucault (1819-1868), el mismo que demostró la rotación de la Tierra con su famoso péndulo, obtuviese el valor de 298.000 km/s, ya lo bastante preciso como para poder utilizarlo con eficacia en los experimentos. En la actualidad, las mejores medidas arrojan una velocidad de 299.792,458 km/s en el vacío, una diferencia menor del 1 % con respecto a la de Foucault.

Para que nos hagamos una idea de la inimaginable rapidez de la que estamos hablando, un coche que viajase a cien kilómetros por hora tardaría más de cinco meses en llegar a la Luna, y un avión comercial unos dieciocho días. La luz tarda poco más de un segundo. No es de extrañar, por tanto, que nuestros antepasados pensaran que su viaje era instantáneo.

Imagen de Michael Faraday sosteniendo una barra de vidrio del tipo que usaba para mostrar que el magnetismo afecta a la luz. Fotografía de Maull & Polyblank. [Wellcome Collection]

Pero lo importante para lo que nos ocupa es que poder medir la velocidad de la luz les daba a los científicos una nueva posibilidad de discernir entre las hipótesis ondulatoria y corpuscular, porque sus predicciones acerca de cómo se comportaba dicha velocidad durante la refracción eran diferentes.

Y los experimentos dieron la razón a los seguidores de Thomas Young, ya que la luz perdía velocidad cuando pasaba por un medio más denso.

Todos parecían estar ya de acuerdo con que la luz era una onda, pero ¿una onda de qué? La respuesta a esta importante pregunta se encontraba en el extraño resultado obtenido en 1845 por Michael Faraday —nuestro viejo conocido explorador de la electricidad—, quien consiguió alterar el plano de polarización de un rayo luminoso[85] al someterlo a la acción de un campo magnético. ¿Sería posible que hubiese una relación entre la luz y el recién descubierto fenómeno del electromagnetismo? Faraday especuló con que la luz no fuese más que una «vibración» de alta frecuencia del campo electromagnético, una idea verdaderamente adelantada a su tiempo. En los años que siguieron, varios físicos encontraron otras coincidencias entre ambos fenómenos hasta que, un par de décadas más tarde, el gran James Clerk Maxwell andaba trasteando con sus ecuaciones cuando los cálculos le indicaron que la velocidad de propagación del campo en cuestión era… ¡casi idéntica a la de la luz!

La conclusión más razonable de los cálculos de Maxwell era que la luz era una forma de radiación electromagnética que se propagaba como una onda, pero faltaba demostrar que las ondas electromagnéticas predichas por las ecuaciones matemáticas existían de verdad. Hubo que esperar veinte años a que, tal y como vimos en el capítulo cuatro, el alemán Heinrich Hertz fuese capaz de producir mediante la electricidad las primeras ondas de radio de la historia, uno de esos descubrimientos capitales que cambian para siempre el destino de una civilización entera. En efecto, los experimentos de Hertz no solo demostraban que las ondas electromagnéticas eran reales, sino que abrieron la puerta a infinidad de aplicaciones en el campo de las comunicaciones, incluyendo la radio, la televisión, la telefonía móvil y un larguísimo etcétera ya que, modulando su emisión, las ondas de radio eran capaces de transportar una gran cantidad de información de forma casi instantánea y a grandes distancias.

Una de las características más relevantes de las ondas electromagnéticas predichas por Maxwell y producidas por Hertz era que presentaban un gran abanico de frecuencias, es decir, que dependiendo de las características de la perturbación que las creaba el número de oscilaciones por unidad de tiempo podía variar mucho. Esto equivalía a decir que la distancia entre cada cresta y cada valle de la onda podía ser muy larga o muy corta. En las ondas de radio esta «longitud de onda» resulta ser bastante larga, pudiendo medir desde centímetros en el caso de las llamadas ondas de ultra alta frecuencia, hasta literalmente kilómetros en las de muy baja frecuencia.

Pero, en los años que siguieron al descubrimiento de Hertz, los físicos pronto se percataron de que había otros tipos de ondas electromagnéticas de frecuencia mucho más alta que la de las ondas de radio. En su día, Maxwell había propuesto que la luz estaba constituida por ondas de una frecuencia característica y, muchas décadas antes, científicos como Johan Wilhelm Ritter y William Herschel ya habían hecho notar que la luz venía acompañada de unos «rayos invisibles» que parecían provocar reacciones químicas o transportar calor según el caso. Estos «rayos infrarrojos» y «ultravioleta» resultaron ser, al igual que la luz, ondas electromagnéticas de lo que podríamos llamar una frecuencia media (entre 10^9 y 10^15 ciclos por segundo, o Herzios[86]), mientras que, en los últimos años del siglo XIX, se descubrieron las ondas electromagnéticas de alta frecuencia, incluyendo a los famosos rayos X y a los peligrosos rayos gamma (ver capítulo séptimo).

El descubrimiento de los rayos X, en particular, es uno de los mejores ejemplos de lo que ha venido a llamarse serendipia, ese fenómeno por el cual a veces se lleva a cabo un descubrimiento particularmente importante cuando se anda buscando una cosa completamente distinta. En 1895, el alemán Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) andaba trasteando con un tubo de Crookes[87] cuando se dio cuenta de que una pantalla impregnada con sales de bario resplandecía, a pesar de que el instrumento estaba en ese momento envuelto en un papel de color negro. Como los rayos de electrones habitualmente producidos en el tubo no podían atravesar el papel, tenía que tratarse de otra cosa. A Röntgen se le ocurrió bloquear lo que fuese que salía del tubo echando mano de un naipe, pero la extraña radiación parecía atravesarlo. Después lo intentó con un libro, y casi le dio un infarto cuando observó en la pantalla la silueta de la llave que le servía de separador de páginas. Atónito, retiró el libro y sujetó una lámina de plomo en su lugar. Cuando la reluciente pantalla le devolvió la imagen fantasmal de lo que, sin duda alguna, eran los huesos de su mano, el veterano investigador no pudo contener un grito.

Los que fuesen bautizados por Röntgen como «rayos X», se convirtieron en una excepcional herramienta de análisis que en su tiempo revolucionó disciplinas enteras como la medicina y la cristalografía, gracias a su fabuloso poder de penetración. Pronto quedó claro que también se trataba de una forma de radiación electromagnética, de modo que el «espectro» quedó completo. Las ondas electromagnéticas eran todas de la misma naturaleza, diferenciándose unas de otras tan solo por la frecuencia.

Un aspecto importante de esto es que, dado que las ondas asociadas al campo electromagnético transportan energía (ver capítulo cuarto), la luz visible también lo hace, al igual que los rayos infrarrojos o los rayos ultravioleta.

Impresión de una de las primeras radiografías de Wilhelm Röntgen (1845-1923) de la mano izquierda de su esposa, Anna Bertha Ludwig, y en la que se aprecia un anillo. Fue presentado al profesor Ludwig Zehnder del Physik Institut, Universidad de Friburgo, el 1 de enero de 1896.

A mayor frecuencia, mayor energía, y por eso los rayos X y, sobre todo, los rayos gamma son más penetrantes en contraste con las ondas de radio. Esto es relevante en materia de salud, ya que a partir del rango de frecuencias del ultravioleta la radiación es lo suficientemente «energética» como para alterar las grandes moléculas biológicas de nuestro cuerpo, siendo capaz de provocar graves quemaduras y hasta mutaciones en el ADN. En los últimos tiempos, personas con escasa formación científica protestan a diario quejándose de los supuestos perjuicios de la radiación que emiten los teléfonos móviles, sin darse cuenta de que las frecuencias de microondas que utilizan transportan menos energía que la luz visible, lo que los hace completamente inocuos.[88]

Ahora bien, ¿por qué vemos únicamente la luz visible? Porque, casualmente, se corresponde con el rango de frecuencias en el que nuestro Sol emite con mayor intensidad, de modo que nada mejor para la supervivencia que reconocer nuestro entorno utilizando dichas frecuencias. Algunos animales ven en un rango más amplio que el nuestro, pero, por lo general, los ojos de todos los seres vivos han evolucionado de forma parecida. ¡Curiosamente, esto parece indicar que los hipotéticos seres extraterrestres que vivan en planetas que orbiten estrellas diferentes a la nuestra, muy probablemente vean en frecuencias distintas!

Pero volviendo a la historia que nos ocupa, a finales del siglo XIX la comunidad científica todavía tenía que solucionar un asunto pendiente con respecto a la luz: la espinosa cuestión de la existencia o inexistencia del elusivo «éter luminífero». Recordemos que la idea original era «dotar» a las ondas luminosas de algún tipo de medio en el que pudieran propagarse, pero a medida que se iban descubriendo cosas el supuesto éter adquiría propiedades cada vez más extravagantes. Por ejemplo, tenía que permear todo el espacio, ya que la luz se propaga incluso en el vacío, pero a la vez tenía que ser muchas veces más rígido que el acero para poder soportar la enorme velocidad a la que aquella viaja. Semejantes propiedades ponían en cuestión si en realidad el éter existía, por lo que los científicos se propusieron esclarecer el tema de una vez por todas. Poco sospechaban en ese momento que lo que iban a encontrar haría tambalearse no solo los cimientos de la física, sino también nuestra propia percepción de la realidad.

Diagrama del espectro electromagnético en el que se muestra el tipo, longitud de onda con ejemplos, frecuencia y temperatura de emisión del cuerpo negro. [Adaptado de NASA]

En principio, comprobar la existencia del éter no parecía difícil, ya que bastaba con medir la velocidad de la luz en distintas direcciones para ver si existían diferencias.

Haciendo una analogía con un tren en movimiento que pasase delante de nosotros, si un pasajero se levantara y caminase en la misma dirección del tren, su velocidad a nuestros ojos sería la suma de la suya más la del tren. En cambio, si caminase en sentido contrario al de la marcha, su velocidad con respecto a nosotros sería la del tren menos la suya. Es decir, con respecto a nuestro sistema de referencia, nosotros percibiríamos dos velocidades distintas. Así que si nos sustituimos a nosotros mismos por el éter y al sistema tren-pasajero por un rayo de luz, deberíamos notar alguna diferencia en la velocidad de esta última dependiendo de la dirección del rayo. Y dado que supuestamente el éter estaría «quieto» y se extendería por todo el universo… ¡tendríamos nada menos que un sistema de referencia fijo al que referir todo movimiento!

El problema, por descontado, era que la luz es tan rápida que detectar las posibles diferencias en su velocidad no iba a ser nada fácil. Los físicos tardaron mucho tiempo en encontrar un método adecuado para medirlas, pero finalmente en 1887 Albert Michelson (1852-1931) y Edward Morley (1838-1923) diseñaron un ingenioso dispositivo con el que podían conseguirlo. La idea era que al moverse la Tierra por el espacio con respecto al éter, la emisión de un pulso luminoso en distintos momentos debería delatar las diferencias de velocidad, ya que en algunos casos la de la Tierra se sumaría a la de la luz y en otras habría de restarse de ella, como en el ejemplo del pasajero y el tren. El experimento, uno de los más importantes de la historia de la física, se llevó a cabo entre los meses de abril y julio de ese año, pero para sorpresa generalizada no se encontró ninguna diferencia en la velocidad de la luz independientemente del momento y dirección de la emisión, ni entonces, ni en ninguno de los experimentos que se han realizado después.

Representación del viento de éter. [Cronholm144]

¡Se trataba de un resultado extraordinario! ¿Tal vez no existía el éter? Pero, entonces, ¿cómo demonios se propagaban la luz y el resto de las ondas electromagnéticas? ¿Podría ser que no necesitasen un medio para hacerlo? Durante los quince años posteriores al experimento de Michelson-Morley, los físicos especularon con todo tipo de posibilidades, aunque todas eran insatisfactorias. Y entonces apareció Einstein.

Hacia 1905, nuestro viejo conocido Albert era un anónimo joven de veintiséis años que trabajaba en una oficina de patentes de Berna para ganarse la vida. Se había casado un par de años antes y ya era padre de un niño, lo que unido a su empleo no parecía la mejor de las situaciones para hacer un alarde de descubrimientos. Pero, como ya sabemos, Einstein no era un científico normal, sino un genio extraordinario que en sus ratos libres escudriñaba los secretos más recónditos del universo. Intrigado por el experimento de Michelson y Morley, y recogiendo algunas ideas que se habían venido gestando desde los tiempos de Maxwell, el más que inteligente Albert alumbró una idea revolucionaria: ¿y si el hecho de que la velocidad de la luz en el vacío no cambiase nunca se debía a que quizá no se trate de una velocidad en el sentido «usual» del concepto, sino de algo más profundo, tal vez una ley fundamental de la naturaleza? Entonces, si fuese una constante, llamémosla «c», debería tener carácter universal, ya que las leyes de la física deben cumplirse en cualquier circunstancia. ¡Las ondas luminosas no serían entonces más que perturbaciones del campo electromagnético que se desplazan siempre a la misma velocidad c, simplemente porque así está construido nuestro universo! ¡Por tanto, no hace falta un éter de ningún tipo, de la misma forma que nunca hicieron falta el flogisto o el calórico!

La brillante idea de Einstein esclarecía de golpe varios misterios no resueltos, como la razón por la cual las ecuaciones de Maxwell, a pesar de su exquisita precisión a la hora de describir el electromagnetismo, parecían incompatibles con ciertos aspectos de la mecánica que tenían que ver con los marcos de referencia aplicables. ¡A partir de ahora la única referencia válida para todos los movimientos en el universo sería la constante c!

Einstein visitando al físico experimental Pieter Zeeman de Ámsterdam (izquierda), con su amigo Paul Ehrenfest, 1920. [Rijksmuseumboerhaave]

Sin embargo, a la vez que solucionaba algunas inconsistencias, la nueva teoría de la relatividad especial[89] daba lugar a un buen montón de consecuencias extrañas, ajenas a nuestra percepción cotidiana y, por tanto, al sentido común. Por ejemplo, en el caso del tren en movimiento, si encendemos una linterna la velocidad de la luz que percibimos ya no es la suma o la resta de la de la luz y la del tren, sino únicamente el valor c. Y siempre mediremos el valor c, independientemente del observador y de su posición relativa con respecto al rayo de luz. Como hemos dicho, esto elimina la más mínima posibilidad de que exista otro marco de referencia que no sea el propio valor inamovible de la velocidad de la luz en el vacío, lo que viene a significar, nada menos, que no existen ni un espacio ni un tiempo «absolutos». De hecho, ni siquiera puede hablarse de un espacio y un tiempo separados, sino más bien de un espacio-tiempo de cuatro dimensiones (las tres espaciales más la temporal) que evoluciona como un todo.

Las consecuencias de todo esto desafían a la mente humana de una forma difícil de igualar. No olvidemos que la velocidad se calcula dividiendo el espacio recorrido por el tiempo transcurrido durante el desplazamiento, de modo que el hecho de que la velocidad de una onda en el vacío sea siempre constante independientemente del movimiento del foco emisor hace que cada observador estime un tiempo transcurrido y un espacio recorrido diferentes en función de su movimiento relativo. Más en concreto, si observásemos una nave aproximándose a la velocidad de la luz… ¡veríamos cómo su longitud se acorta y el tiempo en su interior pasa más despacio! Y lo más extraño de todo es que a los tripulantes de la nave les parecería que su tamaño es normal y su tiempo transcurre también con normalidad, mientras que somos nosotros los que nos «acortamos y nos retrasamos», ya que desde su punto de vista seríamos nosotros los que nos estaríamos desplazando a una velocidad cercana a la de la luz[90]. Por extraño que pueda parecer, estos efectos son reales y han sido observados una y otra vez en infinidad de experimentos. La razón de que en la vida cotidiana no los notemos es simplemente que las velocidades a las que normalmente se mueven las cosas son tan bajas con respecto a la de la luz que los efectos relativistas resultan imperceptibles.

En su día, la teoría de Einstein supuso un auténtico terremoto en el mundo de la ciencia. De pronto, la venerable física de Newton que estudiamos en el capítulo segundo y que había reinado de forma indiscutible durante más de doscientos cincuenta años se convertía en un caso particular de la nueva teoría de Einstein, válido solo para describir el universo a bajas velocidades. Y eso no era todo. De las matemáticas de la relatividad aplicadas al movimiento de los objetos en el espacio-tiempo se deducía la equivalencia entre masa y energía, recogida en la famosa ecuación E = mc². ¡Después de milenios en los que la humanidad había considerado la materia y la energía como dos realidades completamente distintas, ahora resultaba que la masa en reposo de un cuerpo era una especie de «condensado de energía», gobernado por el factor c! ¡Pero el valor de c es enorme, por lo que al multiplicarlo por sí mismo y por la cantidad de masa presente, la cantidad de energía resultante según la ecuación es literalmente gigantesca! Por ejemplo, si desintegrásemos un gramo de materia (de cualquier materia) obtendríamos unos noventa terajulios, una cantidad de energía suficiente para hacer lucir una bombilla de cien vatios durante casi treinta mil años. Los físicos se dieron cuenta en seguida de lo que esto significaba y, además, pronto pudieron comprobar a través de fenómenos como la radiactividad que la conversión no solamente era aplicable al electromagnetismo, sino que era válida para cualquier forma de energía. El mundo entraba, de pleno derecho, en una nueva era, la de la energía atómica (ver el siguiente capítulo).

Pero la equivalencia entre masa y energía, con toda su trascendencia, conlleva otras consecuencias al menos igual de espectaculares que esa. Un objeto en movimiento no solo tiene el contenido de energía «condensada» necesario para formarlo, sino también el correspondiente a la energía cinética de su movimiento. Esa energía tiende a infinito a medida que se acelera el objeto, aproximando su velocidad a la descomunal cifra c… ¡de manera que nunca puede alcanzarla! ¡La velocidad de la luz en el vacío es un límite que ningún objeto masivo puede superar, y nada ni nadie puede cambiar eso porque no se trata de una velocidad normal, sino de una constante de la naturaleza que gobierna de manera inflexible el espacio y el tiempo[91]! Lamentablemente, pues, parece que nuestras limitaciones en materia de velocidad hacen que tengamos que olvidarnos del sueño de recorrer en un futuro el universo como si fuese el patio de nuestra casa, conformándonos tal vez con explorar las estrellas cercanas, aunque ello nos cueste varias generaciones. Y por el mismo motivo, parece poco probable que nos estén visitando los habitantes de otros planetas.[92]

¿Pero, por qué, entonces, la luz puede viajar a esa velocidad si los objetos materiales no pueden hacerlo? Porque las ondas electromagnéticas son energía pura, y no necesitan ser aceleradas ya que son emitidas exactamente con la velocidad c. Digamos que, aunque también se les aplica la equivalencia entre masa y energía, a estos efectos es como si su masa fuese nula. Por tanto, si queremos enviar a un sitio alejado un mensaje que llegue lo más pronto posible, nuestra mejor opción es, sin duda, emitir una onda electromagnética (de radio, luminosa, infrarroja, etc.) que viaja a la velocidad de la luz, porque no podremos encontrar modo alguno de enviarla más rápido. Esta forma de comunicación es, precisamente, la clave de los proyectos SETI[93], que buscan desde hace décadas señales de vida extraterrestre sobre la base de que una civilización lo suficientemente avanzada siempre usará las ondas electromagnéticas para intentar comunicarse.

El que ninguna señal pueda viajar más rápido que la luz en el vacío tiene además una consecuencia sorprendente: no es posible viajar al pasado, lo cual es un alivio para el principio de causalidad y, por ende, para nuestra comprensión de la existencia.

Vista aérea de la antena del radiotelescopio de Arecibo, Puerto Rico, que en 2020 fue desmantelado tras casi 50 años de actividad. [NASA]

En el marco de la relatividad, puede demostrarse que si una señal fuese capaz de superar el valor c, habría observadores para los cuales estaría viajando hacia atrás en el tiempo, lo cual abriría la puerta a aberraciones como la célebre paradoja del abuelo, en la que su nieto viaja al pasado, lo mata sin darse cuenta y entonces no llega a nacer. ¡La tiranía de la velocidad de la luz es lo que impide que pueda hacerse realidad el argumento de Terminator, así como el de tantas y tantas otras historias de ficción!

Pero si piensa usted que aquí se acaban las cosas raras con respecto a la luz, está lejos de acertar. A estas alturas, podrían caber pocas dudas de que la radiación electromagnética se transmite en forma de ondas, pero a raíz de la observación de algunos fenómenos las cosas no terminaban de cuadrar. Este era el caso del llamado efecto fotoeléctrico, descubierto por Hertz en 1887, a través del cual se generaba electricidad cuando un haz de luz incidía sobre una placa de metal. A todas luces, la energía transportada por la luz era capaz de arrancar de su sitio a los recién descubiertos electrones (ver capítulo cuatro), generando una corriente.

Pero había un problema: la luz azul, por ejemplo, era mucho más eficiente a la hora de provocar el efecto que la roja, independientemente de que esta última incidiese con mayor intensidad. Esto era lo contrario de lo que se esperaría del comportamiento de una onda, y más en concreto de una electromagnética, pues ahora resultaba que la energía que transportaba la onda no parecía depender de su intensidad, sino únicamente de su frecuencia, algo que solo podía explicarse dentro del marco de las nuevas teorías físicas si el portador de la energía fuese… ¡un corpúsculo! El fantasma de la vieja, desacreditada y casi enterrada teoría corpuscular de la luz resucitaba de nuevo, planteando a principios del siglo XX una extraña paradoja: ¿cómo era posible que, después de todo, la luz se comportase a veces como una onda y otras como un corpúsculo?

La respuesta a esa pregunta iba a revolucionar, una vez más, nuestra comprensión del universo, tal y como veremos dentro de un par de capítulos. Y lo haría como siempre de la mano de esa extraordinaria forma de energía que en tantos aspectos protagoniza nuestro mundo y cuya historia nos ha llevado desde la fascinación de su eterno combate contra la oscuridad a la comprensión de que vivimos en un universo mucho más extraño de lo que durante milenios pudimos imaginar.

Capítulo VII

El corazón del átomo

«¡Por el amor de Dios, Soddy, no lo llames transmutación o nos cortarán la cabeza por alquimistas!».

Ernest Rutherford (1871-1937), físico británico nacido en Nueva Zelanda, dirigiéndose a su colega Frederic Soddy en referencia al descubrimiento de la transmutación nuclear.

Como vemos, a finales del siglo XIX el debate sobre la naturaleza de la luz dominaba el mundo de la física cuando el advenimiento de un nuevo y misterioso fenómeno iba a dotar de una nueva dimensión a la relación de nuestra especie con la energía. En efecto, en 1896 el físico francés Henri Becquerel (1852-1908) estaba estudiando la fosforescencia[94] cuando descubrió que tanto las sales de uranio como el uranio metálico impresionaban las placas fotográficas como si estas estuviesen expuestas a la luz. Sin embargo, pronto quedó claro que semejante radiación no tenía nada que ver con la fosforescencia, ni tampoco con otras emisiones recién descubiertas, como los rayos X, sino que se trataba de algo que sin duda tenía un origen más profundo, tal vez relacionado con el mismísimo corazón del átomo.

Uno de los científicos intrigados por las extrañas características de la nueva radiación no era otro que Ernest Rutherford (1871-1937), el bullicioso genio de Nueva Zelanda que se había criado en una granja de ovejas y que opinaba que los científicos eran como niños, ya que —en sus propias palabras— «tenían laboratorios para jugar e incontables misterios por explorar». Hacia 1898, el enigma que más apasionaba a Rutherford era la nueva «radiación uránica» de Becquerel y al campechano científico le dio por trastear con ella, haciendo que atravesase láminas metálicas para ver lo que pasaba. Y lo que sucedía es que el uranio parecía emitir dos tipos diferentes de radiación, una más penetrante y otra menos. El genial Ernest bautizó a la segunda como «alfa», y a la primera como «beta». Resultó que la de mayor penetración estaba integrada por electrones, y la otra nada menos que… ¡por núcleos de átomos de helio![95].

Pero ¿qué tipo de fenómeno podía ser responsable de la emisión de átomos enteros? Rutherford sospechaba que la única respuesta lógica era que los átomos de uranio de alguna forma se «desintegraban» de forma espontánea, es decir, pasaban a convertirse en átomos de otro elemento químico más ligero mediante la emisión de partículas.

M. Becquerel y el experimento con el imán. [Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos]

Esto parecía razonable, dado que el átomo de uranio es enorme, y quizá podría ser inestable. Pero el problema para el bueno de Rutherford era que «convertirse en otro átomo» era lo mismo que transmutarse, y la transmutación era el sueño que los alquimistas, ahora considerados poco menos que charlatanes, habían perseguido como posesos a lo largo de la historia[96]. Rutherford tenía que andarse, pues, con mucho cuidado si no quería ver su reputación puesta en entredicho, ya que los químicos de la época creían a pies juntillas que la materia era simplemente indestructible.

En esta imagen se resume de forma gráfica el famoso experimento de la lámina de oro de Rutherford. Este consistió en la proyección de un rayo de partículas α sobre una fina lámina de oro puro que estaba rodeada por una capa protectora y luminescente. Constató que la mayoría de las partículas α pasaban pero una pequeñísima parte se desviaba. Este hecho era inexplicable según el modelo de Thompson y la explicación más plausible era que la partícula alfa (de carga positiva) en su trayectoria chocaba contra un núcleo con carga positiva que la repelía.

Nuestro protagonista comenzó entonces una serie de experimentos muy meticulosos con otro elemento químico pesado —el torio— y, en colaboración con su colega Frederick Soddy (1877-1956), consiguió hacia 1901 demostrar que este se desintegraba en un elemento gaseoso que también era radiactivo, y al que más tarde se bautizaría como radón.

Los resultados de Rutherford y Soddy causaron sensación. Sus experimentos eran de tal calidad que no dejaban margen a la duda y, de hecho, fueron reproducidos rápidamente por otros laboratorios sin discrepancia alguna. La materia se desintegraba de verdad, al menos los elementos naturales más pesados, lo que significaba que la transmutación soñada por los alquimistas era, en cierto modo, una realidad. Además, las consecuencias del descubrimiento eran espectaculares, pues la mera existencia de la desintegración radiactiva resolvía de un plumazo alguno de los enigmas pendientes más acuciantes de la ciencia. Por ejemplo, durante décadas los físicos se habían estrujado el cerebro tratando de encontrar una explicación al hecho de que la corteza terrestre mantuviese una constante actividad tectónica, a pesar de que el planeta tendría que haberse enfriado por completo poco tiempo —en términos geológicos— después de su formación. El calor emitido por la desintegración radiactiva del uranio y de otros elementos pesados era la respuesta.

En 1908, Rutherford recibió el Premio Nobel de Química, algo que, paradójicamente, le disgustó bastante, pues él se consideraba un físico por encima de todo, no en vano decía que la ciencia, «o es física, o es filatelia». Soddy, por su parte, tuvo que esperar a 1921 para obtenerlo como consecuencia de sus trabajos sobre los isótopos, y nunca le perdonó al establishment científico el no haberlo compartido con su colega y amigo. Y es que ya se sabe que el que te den un premio no garantiza que te pongas contento.

De eso también participaría María Salomea Sklodowska-Curie (1867-1934), más conocida como Marie Curie, la genial polaca afincada en Francia que, a la postre, se convertiría en la única persona que ha recibido hasta la fecha dos premios Nobel en dos disciplinas científicas distintas.[97] En la Sorbona, la joven Marie se había licenciado de forma consecutiva en Física y Matemáticas, alcanzando respectivamente el primer y el segundo puesto de su promoción, lo cual, si tenemos en cuenta que a finales del siglo XIX muchas universidades ni siquiera aceptaban mujeres como estudiantes, dice mucho del calibre intelectual de la persona de la que estamos hablando. Casada con el también más que inteligente Pierre Curie, y muy intrigada por el fenómeno recientemente descubierto por Becquerel, Marie comenzó a estudiar la radiactividad y en 1903 compartió el Premio Nobel de Física con este último y con su marido, aunque como consecuencia del machismo de la época tuvo que soportar como a Becquerel le correspondía la mitad del premio, como si ella no fuese más que la colaboradora de Pierre. De hecho, la señora Curie fue la primera en proponer que la misteriosa radiación que emanaba del uranio tenía que proceder forzosamente del interior del átomo. Además, mientras trasteaban con el pesado elemento, los Curie se dieron cuenta de la presencia de un residuo extremadamente radiactivo, lo que les llevó en los años posteriores a descubrir dos elementos químicos nuevos, el radio y el polonio[98].

Pierre había fallecido en 1906, atropellado por un coche de caballos, de modo que en esta ocasión el Nobel de Química de 1911 le correspondió solo a su viuda. Por desgracia, a esas alturas Marie aparecía en los medios de comunicación más por su vida personal que por sus cualidades profesionales, ya que había comenzado una nueva relación sentimental con el físico Paul Langevin, quien estaba infelizmente casado. Tras sustraer la correspondencia que su marido mantenía con la Curie, la despechada esposa la había filtrado a la prensa, que publicó todos los detalles. Conmocionada por el escándalo, la puritana Academia Sueca estuvo a punto de no concederle a Marie su segundo Nobel, y en cualquier caso le sugirió que no asistiese a la ceremonia de entrega, un consejo al que la genial científica no hizo el más mínimo caso.

Los hallazgos de Rutherford y de los Curie, junto con otros, pusieron los fundamentos de lo que viene a llamarse «radiactividad natural», es decir, la que desprenden los isótopos inestables de los elementos químicos que integran la naturaleza. Aquellos se hacen más frecuentes a medida que los núcleos atómicos aumentan de tamaño, de modo que, en la tabla periódica, todos los elementos posteriores al bismuto son intrínsecamente radiactivos[99], careciendo de isótopos estables. Estos núcleos «poco fiables» emiten tres tipos diferentes de radiación, alfa, beta y gamma, de poder de penetración creciente. La primera es la vieja conocida de Rutherford, la segunda es un flujo de electrones o positrones (electrones positivos, es decir, antimateria[100]) y la tercera es, como ya sabemos, el tipo de radiación electromagnética más penetrante, lo que la convierte también en la más peligrosa. Como ya hemos dicho, cuando interaccionan con las grandes moléculas biológicas que contienen la información genética estas radiaciones pueden provocar mutaciones que ocasionan graves enfermedades o incluso la muerte.

Por extraño que pueda parecer, los efectos nocivos de la radiación para la salud no quedaron del todo claros hasta 1927, como consecuencia de los trabajos de Hermann Joseph Muller (1890-1967) sobre los rayos X. Eso ocasionó a principios del siglo XX una auténtica «fiebre radiactiva», con docenas de empresas más o menos serias dedicadas a sacarle partido al nuevo fenómeno, alegando sin prueba alguna que la radiactividad era beneficiosa para la salud. Así, se recomendaba encarecidamente el consumo de agua radiactiva, ya fuese en forma de dispensadores de agua para beber, o simplemente en forma de balnearios donde la gente podía bañarse. Se fabricaban tónicos capilares, lana para la canastilla de los bebés, crema dentífrica, chocolate y bebidas, todos ellos convenientemente provistos de su «saludable» dosis de radiactividad. La moda duró hasta bien entrados los años treinta, cuando a consecuencia de graves accidentes las autoridades pusieron coto a la más que insalubre práctica.

Pierre y Marie Curie trabajando en su laboratorio. [Wellcome Collection]

Pero, una vez las bases de la radiactividad natural quedaron bien establecidas, los científicos empezaron a preguntarse si el fenómeno no podría inducirse en el laboratorio, tal vez creando artificialmente isótopos que, a continuación, procediesen a desintegrarse. Se podrían conseguir así materiales nuevos con propiedades que podrían ser interesantes. Y para que todo quedase en familia, la persona que lideró este esfuerzo no fue otra que Iréne Joliot-Curie (1897-1956), la hija de Marie, quien junto a su marido Frédéric consiguió la hazaña al bombardear núcleos de boro y de aluminio con partículas alfa. Al igual que le sucedió a su madre, la brillante Iréne moriría años más tarde de leucemia, consecuencia de las largas horas de exposición a la radiación en una época en la que los pioneros que trasteaban con los núcleos atómicos no llevaban la protección adecuada.

Pero ¿cuál era la razón de que muchos de estos núcleos se volvieran inestables? En 1918 nuestro amigo Rutherford había descubierto que el núcleo del elemento químico más ligero, el hidrógeno, estaba constituido en realidad por una única partícula a la que denominó protón (del griego πρῶτον, «primero»).

Irène y Frédéric Joliot-Curie en su laboratorio en 1935. [BNF]

Resultaba que los núcleos de los distintos átomos iban añadiendo protones, uno más por cada elemento consecutivo de la tabla periódica. Así, el pesado uranio con el que había comenzado todo este asunto contaba con noventa y dos protones en su núcleo.

El problema es que el protón tiene carga eléctrica positiva, así que para que una acumulación de protones tuviese cierta estabilidad sin saltar por los aires por culpa de la repulsión eléctrica, hacía falta algo más. En 1932, James Chadwick (1891-1974), un físico inglés que pasó la Primera Guerra Mundial en un campo de concentración acusado de espionaje, descubría el neutrón, una partícula sin carga eléctrica —de ahí lo de «neutrón»—, que contribuía a estabilizar el núcleo. Era la peculiar configuración de protones y neutrones dentro de este último lo que hacía que unos isótopos fueran más estables que otros, tal y como muchos años más tarde se encargaría de demostrar a través de su célebre modelo «de la cebolla» la genial María Goeppert-Mayer[101] (1906-1972), quien a pesar de ganar el Nobel de Física por su descubrimiento no consiguió un trabajo remunerado hasta que cumplió… ¡los 53!

El descubrimiento del neutrón y de su papel en la estabilidad del núcleo hizo que los físicos comenzasen a bombardear átomos con neutrones para ver qué era lo que pasaba. A finales de los años treinta, uno de los grupos que trabajaba en Alemania en este tipo de experimentos estaba formado por la austriaca Lise Meitner (1878-1968) y los alemanes Otto Hahn (1879-1968) y Fritz Strassman (1902-1980), hasta que ella tuvo que exiliarse por ser de ascendencia judía. Tras escapar de los nazis sobornando a los guardias fronterizos con un anillo de oro de la madre de Hahn, se encontraba a la sazón en Estocolmo cuando recibió los extraños resultados de sus compañeros alemanes. Hahn y Strassmann habían encontrado isótopos de bario —un metal del grupo alcalinotérreo— como consecuencia del bombardeo de uranio con neutrones, pero dado que el átomo de bario tiene la mitad del tamaño que el de uranio la cosa no parecía tener sentido. En la carta que le envió a Meitner, Hahn apuntaba «… quizá tú puedas sugerir alguna explicación fantástica. Nosotros reconocemos que esto no puede producir realmente bario». Intrigada, la buena de Lise se puso a discutir el asunto con su inteligente sobrino, Otto Frisch (1904-1979), que también era físico y que se encontraba en ese momento visitando a su tía. Cuenta la leyenda que fue durante un paseo por el bosque cuando la genial pareja dio con la interpretación correcta del resultado de sus colegas, que no era otra que el átomo de uranio literalmente se partía, o como más tarde diría Frisch, se «fisionaba»[102].

Hahn y Meitner en el Instituto de Química de Emil Fischer en Berlín, c. 1909.

El descubrimiento de la fisión nuclear abrió unas puertas totalmente insospechadas, que muy pronto adquirieron tintes ominosos. En efecto, los productos de la fisión contenían un poquito menos de masa que el átomo de uranio original y, tal y como calcularon Frisch y Meitner, ¡la diferencia obedecía exactamente a nuestra vieja amiga, la célebre ecuación de Einstein que establecía la equivalencia entre masa y energía! Pero, además, como consecuencia de la fisión se desprendían otros neutrones que, a su vez, podían golpear a otros átomos, dando lugar a lo que ha venido a llamarse «reacción en cadena». Naturalmente, a nadie se le escapaba que la fisión descontrolada de una gran cantidad de núcleos de uranio iba a liberar casi instantáneamente una brutal cantidad de energía en forma de luz, calor y energía cinética. Lo que se dice una bomba, vamos. Y en 1938, todo el mundo andaba buscando alguna.

La posibilidad de que la Alemania nazi se hiciese rápidamente con un arma terrible capaz de aniquilar ciudades enteras comenzó a causar pesadillas en el bando aliado, desatándose una carrera armamentística sin parangón en la historia de los conflictos bélicos. De hecho, un puñado de destacados científicos germanos formaron en 1939 el Uranverein (literalmente, «club del uranio»), la semilla de un proyecto destinado a obtener el primer explosivo atómico. Sin embargo, y a pesar de los progresos iniciales, los nazis nunca llegaron a estar realmente cerca de obtener la bomba. Problemas de coordinación y financiación se añadieron a las enormes dificultades técnicas, impidiendo que los alemanes llegasen a producir una reacción en cadena sostenida. Además, el suministro de agua pesada, la sustancia elegida por los alemanes como moderador de neutrones[103], fue sistemáticamente saboteado por los aliados, de modo que el otrora prometedor proyecto alemán se quedó en la acumulación de un uranio enriquecido que nunca llegó a utilizarse.

¿Y por qué había que «enriquecer» el uranio? Pues porque el isótopo del pesado elemento que podía utilizarse para la fisión, el uranio-235, es mucho menos abundante en la naturaleza que su congénere, el uranio-238.

El enriquecimiento del uranio es un proceso muy costoso que en la época consumía una ingente cantidad de recursos económicos que se añadían a las innumerables dificultades técnicas para poner a punto una bomba.

Una galleta de uranio metálico después de la reducción mediante el proceso de Ames, hacia 1943. [Laboratorio Nacional Ames]

Pero recursos era lo que no faltaba en los Estados Unidos, el país al que muchas lumbreras emigraron desde Europa huyendo de la guerra y de la persecución de los nazis. Un auténtico regalo de Hitler a los aliados, que integraron a los científicos exiliados en sus grupos de trabajo organizando un ejército que gozaba de un enorme potencial creativo. Fue en este contexto en el que, en 1939, Albert Einstein hizo llegar al presidente Roosevelt una célebre carta en la que insistía en la necesidad de que los aliados se adelantasen a los alemanes en el desarrollo del arma definitiva. El presidente, que no era nada tonto y ya había sido alertado sobre el tema tanto por sus propios asesores como por los ingleses, firmó la orden de puesta en marcha del mundialmente famoso Proyecto Manhattan, uno de los más caros de la historia, a través del cual el complejo industrial estadounidense fue capaz de aglutinar los medios necesarios para solventar todos los problemas técnicos y poner a punto la bomba en un tiempo récord. Así, en diciembre de 1942 el equipo dirigido por el físico de origen italiano Enrico Fermi (1901-1954) obtuvo en la Universidad de Chicago la primera reacción en cadena sostenida de la historia, y a mediados de 1945 los americanos habían construido dos bombas de uranio y una de plutonio, un elemento artificial creado pocos años antes mediante un instrumento denominado ciclotrón.[104]

La explosión del primer artefacto de prueba en Alamogordo (Nuevo México), el 16 de julio de 1945, inauguró de facto la era atómica, mostrando al mundo todo el horror del fuego nuclear y colocándolo ante un futuro plagado de incertidumbres.

Un mes después, en una decisión muy controvertida, los estadounidenses arrojaron las dos bombas restantes sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki, poniendo un broche de tintes apocalípticos al final de la Segunda Guerra Mundial.

Oppenheimer y Groves examinan los restos de una de las bases de la torre de prueba de acero en la zona cero de la prueba atómica Trinity, cerca de Alamogordo, Nuevo México. [Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU.]

En efecto, los números eran aterradores. Las dos bombas acabaron de inmediato con la vida de más de cien mil personas, hiriendo a otras ciento treinta mil, de las cuales muchas murieron en los meses posteriores como consecuencia de la radiación. Las detonaciones liberaron una energía equivalente a la explosión de dieciséis mil toneladas de TNT o, lo que es lo mismo, a sesenta y siete mil billones (con b) de julios, una cantidad casi inimaginable por aquel entonces. Tal y como refleja magistralmente una frase de Robert Oppenheimer (1904-1967), el genial director del Proyecto Manhattan, en un sentido profundo los físicos habían conocido el pecado.

Cartel de seguridad utilizado en el proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial. En él se advierte a los empleados de que mantuvieran cerrados los cajones de las oficinas y que pusieran los documentos clasificados en cajas fuertes con llave cuando no se estuvieran utilizando, para evitar el espionaje.

Con todo, y como sucede con todas las tecnologías con una doble cara, el advenimiento de la energía nuclear traía también una serie de promesas para la especie humana. En efecto, la reacción en cadena sostenida podía llevarse a cabo de manera indefinida en un reactor nuclear, con la moderación suficiente para que no resultase explosiva.

De esta manera, un pequeño suministro de material fisible podía liberar una importante cantidad de energía que podía ser «recogida» y transformada, por ejemplo, en electricidad, tal vez en grado suficiente como para satisfacer gran parte de las necesidades de la gente. Es así como los reactores nucleares de fisión pasaron al mundo de la ingeniería civil, a pesar de la aprensión que siempre ha venido acompañando a la explotación industrial de la energía atómica. Estos reactores utilizan uranio o plutonio como combustible y grafito, agua o agua pesada como moderador de neutrones.

Desde 1945 se han construido cientos de centrales nucleares (en 2017 había operativas un total de cuatrocientas cuarenta y dos) que en la actualidad suministran algo más del diez por ciento de la energía total que consumimos los humanos en el planeta. Se trata de una proporción importante que en países como Francia es mucho mayor. Como más adelante veremos, la generación de electricidad mediante las centrales nucleares presenta muchas ventajas, aunque siempre ha estado acompañada de una buena dosis de controversia, dada la ominosa posibilidad de que se produzcan accidentes que impliquen fugas radiactivas. En ese sentido, los famosos incidentes de las centrales de Three Mile Island, Chernobyl y Fukushima, en Estados Unidos, Rusia y Japón, respectivamente, no han ayudado demasiado a calmar a la opinión pública. Sin embargo, el mayor problema, de largo, de la energía nuclear con fines pacíficos, es la gestión de los residuos radiactivos, algunos de los cuales tienen una vida media de milenios.

Pero ¿qué es eso de la vida media? Pues no es más que una medida del promedio de duración de una partícula antes de desintegrarse. Se trata, por tanto, de un concepto estadístico, muy relacionado con lo que se ha venido a llamar «periodo de semidesintegración», que es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos de la muestra de un radioisótopo. Estas cifras presentan una variabilidad enorme, con setecientos millones de años para el uranio-235 y tan solo unos milisegundos para determinados isótopos muy inestables. Pero lo interesante es que para cada isótopo en particular siempre son las mismas, lo que permite, por ejemplo, averiguar la edad de una muestra en función de cuánto material se ha desintegrado. Este es el fundamento de los métodos de datación arqueológica modernos, como el célebre carbono-14, un isótopo radiactivo del carbono que es minoritario en los seres vivos, pero que nos permite estimar con bastante precisión la antigüedad de los restos de materia orgánica.

Por otro lado, la utilidad de los radioisótopos no se manifiesta solamente en la exploración del pasado o en la obtención de energía.

Portada de la revista Popular Science de mayo de 1947.

En efecto, muchos de ellos se han convertido con el tiempo en herramientas imprescindibles de análisis en medicina, en forma de «trazadores» cuyo seguimiento en el organismo nos facilita maravillosas imágenes de los tejidos que, a su vez, pueden delatar la presencia y extensión de muchas enfermedades. Además, no solo los usamos para el diagnóstico sino también para combatir directamente algunas dolencias, notablemente los tumores, ya que aprovechamos los efectos letales de la radiación para acabar con las células cancerosas. Así, en una de esas insuperables paradojas que jalonan la existencia humana, las mismas sustancias cuyo brillo mortal es capaz de arrasar poblaciones enteras son nuestras mejores aliadas en el incesante combate contra el cáncer.

Pero la historia de la energía encerrada en el átomo no tiene como únicos protagonistas la desintegración y la fisión, sino también… ¡el proceso contrario, la fusión de los núcleos! En 1920, Arthur Eddington, el físico y astrónomo británico que un año antes había proporcionado una de las primeras confirmaciones experimentales de la teoría de la relatividad general[105], llegó a la extraordinaria conclusión de que la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio podría ser la principal fuente de energía que sostenía a las estrellas, un proceso que hasta la fecha estaba envuelto en el más absoluto de los misterios. Durante los años que siguieron, y en paralelo con los avances en la investigación de la estructura íntima del átomo, la comunidad científica quedó convencida de que la fusión de elementos ligeros podría liberar, en efecto, una gigantesca cantidad de energía que, una vez más, respondía perfectamente a la famosa ecuación de Einstein. La razón estribaba en que la entonces misteriosa fuerza responsable de sujetar a los protones y a los neutrones dentro del núcleo parecía ser más intensa a distancias más cortas. En los átomos más pequeños, con pocos protones, esta fuerza o interacción, más tarde conocida como interacción fuerte (ver el siguiente capítulo), contrarresta con facilidad la repulsión electromagnética que experimentan los protones, un efecto que se va debilitando a medida que el tamaño y complejidad de los átomos aumenta. Por eso, cuando los núcleos más ligeros se fusionan para formar otros más pesados, el proceso libera el «exceso de energía» de los primeros.

La interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, no fue esclarecida del todo hasta la década de los setenta, pero el descubrimiento del neutrón en 1932 puso plenamente de manifiesto su existencia como una fuerza atractiva de enorme intensidad a las cortísimas distancias del interior del núcleo. Ese mismo año, el físico australiano Mark Oliphant[106] (1901-2000) conseguía por primera vez la fusión de isótopos de hidrógeno en el laboratorio, demostrando que el proceso se daba en la realidad, y a lo largo de la década su colega Hans Bethe (1906-2005) puso las bases teóricas de cómo funcionaba el proceso dentro de las estrellas.

En las primeras etapas del universo, el hidrógeno, que formaba casi la totalidad de la materia que surgió del Big Bang, fue aglutinándose como consecuencia de la atracción gravitatoria, hasta que los átomos se encontraron lo suficientemente empaquetados como para que sus colisiones superasen la repulsión electromagnética, acercando los núcleos de modo que quedaron atrapados por la interacción fuerte. Obligados a fusionarse, dos núcleos de hidrógeno producen uno de helio, liberando una enorme cantidad de energía en forma de luz y calor. La casi inimaginable cantidad de hidrógeno que hay dentro de una estrella —la masa del Sol equivale en kilogramos a un uno seguido de treinta ceros— hace que la estrella siga «quemando» hidrógeno en esta especie de horno nuclear durante, literalmente, miles de millones de años. Cuando se termina el hidrógeno, en el corazón de la estrella comienzan procesos de fusión que dan lugar a elementos más pesados, como el nitrógeno, el oxígeno o el carbono que, al morir aquella[107], se esparcen por todo el universo, de modo que bien puede decirse, como apuntaba el gran divulgador científico Carl Sagan, que, a fin de cuentas, los humanos no somos más que polvo de estrellas.

Pero, volviendo a la Tierra, y por desgracia para la especie humana, el fenómeno de la fusión nuclear pronto sustituyó al de la fisión en la mente de los políticos y los militares. Sobre todo en la de Edward Teller (1908-2003), un controvertido físico de origen húngaro que, tras emigrar a Estados Unidos, propuso el desarrollo de una bomba de hidrógeno para ganarles la guerra a los alemanes. Teller tenía un carácter agrio y atormentado, así como una personalidad difícil, egocéntrica y dura —quizá como consecuencia de haber perdido una pierna en un accidente de juventud—, pero era un científico de primera categoría. Dándose cuenta de que el gran problema de la fusión estribaba en la dificultad de acercar los núcleos de los átomos a una distancia adecuada, ideó el utilizar una bomba de fisión de uranio como desencadenante de la ignición del deuterio, el isótopo pesado del hidrógeno más conveniente para la fusión.

En un principio, Teller vio su propuesta postergada debido a que el diseño de la bomba de fisión era más sencillo y estaba mucho más avanzado que la de fusión, pero la decisión no le sentó nada bien. Desarrolló una gran animadversión contra el director del Proyecto Manhattan, el ya mencionado Robert Oppenheimer, del cual se vengaría años más tarde aprovechando la «caza de brujas» del senador McCarthy para acusar a su antiguo jefe de espía comunista[108]. Pero, en 1948, los soviéticos se hicieron también con la primera bomba atómica y el gobierno norteamericano retomó la idea de Teller con objeto de conservar una posición dominante en materia de capacidad de disuasión. Ya sin cortapisas y en colaboración con su colega Stanislaw Ulam (1909-1984), el temible físico desarrolló el proceso que lleva el nombre de ambos y que en 1952 dio lugar a la primera prueba nuclear con una bomba de hidrógeno, que tuvo lugar, para la eterna condenación de Teller, en el atolón de Eniwetok, en el Océano Pacífico. La explosión de Ivy Mike —que así se llamaba el artefacto— liberó seiscientas cincuenta veces más energía que la bomba de Hiroshima e hizo desaparecer por completo una isla entera. En el epicentro de la explosión, la temperatura alcanzó los quince millones de grados, lo más parecido al calor de una estrella en la superficie de nuestro planeta. A partir de ese momento, y dentro de la llamada estrategia de «destrucción mutua asegurada», las dos grandes potencias han acumulado durante décadas un gigantesco arsenal de miles de ojivas nucleares capaces de exterminar varias veces toda la vida sobre el planeta. Por su parte, el poco amigable Teller falleció en 2003 después de recibir de las manos del presidente George W. Bush la Medalla Presidencial de la Libertad.

Explosión de Ivy Mike, la primera bomba H probada el 31 de octubre de 1952.

Por suerte, y al igual que sucedió con la fisión del uranio, científicos menos oscuros que Teller llevan mucho tiempo intentando domar la fusión del hidrógeno con el saludable objeto de obtener una fuente de energía prácticamente ilimitada. Sin embargo, conseguir la ignición del deuterio de forma controlada, de modo que suministre más de lo que consume, ha demostrado ser un reto técnico gigantesco que, a pesar del largo camino recorrido y la enorme cantidad de dinero invertida, aún no nos ha permitido disponer de la energía del Sol.

Dr. Edward Teller en la planta del reactor Clinch River Breeder en Oak Ridge, Tennessee. [United States Department of Energy]

En las últimas décadas, los físicos han seguido escudriñando las entrañas del núcleo intentando comprender mejor las leyes que gobiernan tanto su estabilidad como la energía encerrada en su seno. Durante mucho tiempo se creyó que los protones y los neutrones eran indivisibles, pero en los sesenta y setenta se desarrollaron las bases teóricas que llevaron al descubrimiento de los quarks[109], las auténticas partículas fundamentales que los integran y que están ligadas mediante gluones, los análogos a los fotones en la interacción fuerte. En realidad, la fuerza que mantiene sujetos a los protones y los neutrones dentro del núcleo no es más que una derivación de dicha interacción, al igual que las fuerzas que mantienen sujetas las moléculas lo son de la interacción electromagnética. Por otra parte, en el transcurso de sus investigaciones los científicos también han identificado otra fuerza fundamental de la naturaleza, la interacción débil, responsable por ejemplo de la desintegración beta e íntimamente relacionada con aquella[110].

Como vemos, y a fin de cuentas, la portentosa energía encerrada en el átomo no es más que otra forma de energía potencial, consecuencia del juego de dos de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza que operan a corta distancia. Tanto en la desintegración radiactiva como en los fenómenos de fusión y fisión, este potencial se transforma en energía cinética a gran escala, dando lugar a los impresionantes efectos que han protagonizado nuestras vidas en los últimos cien años. Unos efectos que sin duda habrían asombrado a Henri Becquerel, aquel viejo explorador del átomo que se topó con el secreto de la mayor esperanza, y a la vez la mayor amenaza, para el futuro de la humanidad.

Capítulo VIII

Jugando a los dados con Dios

«Einstein, deja de decirle a Dios lo que debe hacer»

Niels Bohr, físico danés (1885-1962).

A finales del siglo XIX parecía que la comprensión del mundo físico se acercaba a su final. La termodinámica, la química, la mecánica y el electromagnetismo eran disciplinas tan bien asentadas y que funcionaban tan bien que pocos científicos creían que quedase mucho por explorar. Ciertamente había algún fleco enojoso por resolver, sobre todo en lo relativo al caprichoso comportamiento de la luz y a la extraña acción a distancia que ejercía la gravedad, pero lo demás parecía una balsa de aceite. Hasta que a los físicos les dio por estudiar la emisión de energía en un «cuerpo negro».

Un cuerpo negro es uno de esos objetos teóricos que no existen en la realidad pero que permiten a los científicos elucubrar sobre las leyes de la naturaleza. En su caso, se trata de un objeto que absorbería toda energía incidente, sin reflejar nada (de ahí lo de «negro») y que funcionaría como un emisor ideal de radiación electromagnética. De acuerdo con las predicciones de la física decimonónica, un cuerpo negro en equilibrio térmico debería emitir energía en todos los rangos de frecuencia, de modo que a mayor frecuencia, mayor energía. El problema es que al tener en cuenta las frecuencias elevadas los cálculos arrojaban una emisión que tendía a infinito, en flagrante violación del sacrosanto principio de conservación al que tanto hemos hecho referencia a lo largo de los capítulos anteriores.

Idealización de un cuerpo negro, en el que es poco probable que la luz que entra vuelva a salir por la abertura. [AG Cesar]

Cuando una teoría física entra en contradicción con una ley de la naturaleza bien asentada los científicos empiezan a ponerse nerviosos, porque suele ser sinónimo de que detrás de la teoría hay algo que anda mal, y esta «catástrofe ultravioleta», como así fue llamada, no era ninguna excepción. La energía ni se crea ni se destruye, así que no puede emitirse de forma infinita, de modo que los físicos se lanzaron en pos de una explicación. Y la solución la propuso el alemán Max Planck (1858-1947). Además de físico, Planck era un excelente matemático, lo que le permitió darse cuenta de que si la emisión de energía no se consideraba continua, sino integrada por cantidades discretas, los infinitos desaparecían de unos cálculos que además se correspondían con las mediciones reales. Así, llegó a la extraordinaria conclusión de que la radiación electromagnética es absorbida y emitida por la materia en forma de paquetes, o «cuantos» (del latín quantum, «cantidad»), a través de una constante universal —bautizada como constante de Planck en honor a su descubridor— que se multiplica por la frecuencia para obtener el valor de la energía. Lo que el alemán acababa de descubrir era nada menos que una de las características más importantes de la naturaleza, que la energía se transfiere «en porciones», de forma cuantizada[111].

Planck dio a conocer sus ideas el 14 de diciembre de 1900 en una sesión de la Sociedad Física de la Academia de Ciencias de Berlín, por lo que puede decirse que el advenimiento de la teoría cuántica coincidió con el inicio del siglo XX. En un principio, la cuantización fue una propuesta muy controvertida, hasta que el esclarecimiento del efecto fotoeléctrico por Albert Einstein en 1905 utilizando las ideas de Planck acabó con el debate. Fue el propio Einstein quien introdujo el término «cuanto de luz», que veinte años más tarde sería sustituido por el de «fotón».

La cuantización de la energía no solo eludía la famosa catástrofe ultravioleta, sino que solucionaba también asuntos muy farragosos como la estabilidad de los núcleos atómicos o las interacciones entre los electrones. De hecho, toda la química pudo explicarse en las décadas que siguieron atendiendo a la teoría cuántica, lo cual supuso para esta última un enorme espaldarazo. En 1913, el danés Niels Bohr (1885-1962), quizá el discípulo más aventajado de Ernest Rutherford, publicó un nuevo modelo atómico, todavía basado en la mecánica clásica de Newton, en el que sin embargo se introducía la cuantización, si bien de manera bastante arbitraria. El nuevo modelo explicaba cómo los electrones podían tener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentaban espectros de emisión[112] característicos en los que las líneas espectrales correspondían solamente a ciertas frecuencias. Resulta que, en los átomos, los electrones solo pueden ubicarse en correspondencia con determinados niveles de energía «permitidos» (ver capítulo quinto), y sus «saltos» entre unos niveles y otros se producen mediante la absorción o la emisión de fotones cuya energía coincide con la diferencia entre un nivel y el siguiente. Bohr pasaría más tarde por un periodo de su vida agitado coincidiendo con la Segunda Guerra Mundial, pues en 1943 tuvo que escapar de la Dinamarca ocupada para evitar ser arrestado por los nazis. Consiguió llegar a Estados Unidos, donde participó activamente en el Proyecto Manhattan, aunque después de la guerra se convirtió en un apasionado defensor del desarme nuclear.

Sin embargo, a pesar de los prometedores éxitos de la nueva teoría, subsistía el misterio de cómo era posible que la luz pareciera comportarse a veces como una onda, tal y como sugerían los experimentos de la doble rendija desde los tiempos de Tomas Young, y otras como un corpúsculo, tal y como sucedía por ejemplo en el caso del efecto fotoeléctrico. No fue hasta 1924 cuando el príncipe Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie (1892-1987), que además de un excelente físico era el séptimo duque de Broglie y par de Francia, propuso una solución tan sencilla como sorprendente para el viejo rompecabezas: en el contexto de la teoría cuántica, las partículas podían comportarse a veces como tales y a veces como ondas. Esta idea de la dualidad onda-corpúsculo no era realmente novedosa, pero la gran aportación del genial aristócrata fue sugerir que no solo las partículas de luz —es decir, los fotones— actuaban de ese modo, sino que todas las partículas lo hacían. En concreto, de Broglie recibió el Premio Nobel por demostrar que los electrones también llevaban asociada una onda y que, de hecho, ¡en ocasiones también se comportan como ondas!

La luz es energía pura, por lo que intuitivamente parece que estamos más preparados para aceptar que haga cosas raras, pero la idea de que un fragmento de materia, por pequeño que sea, pueda convertirse en una onda según las circunstancias entra en conflicto con el sentido común. Sin embargo, es exactamente lo que hace. Y no solo el electrón, sino cualquier partícula. Semejante extravagancia ha sido comprobada en incontables ocasiones en experimentos como el de la doble rendija, solo que en lugar de fotones en esta ocasión se emiten electrones u otras partículas materiales, observándose siempre el típico patrón de interferencia característico de las ondas, incluso cuando los electrones se envían de uno en uno. De hecho, los cuerpos compuestos por un enorme número de partículas, como nosotros, también llevan asociada una onda, solo que de una magnitud tan insignificante en relación a nuestro tamaño, que los objetos macroscópicos parecemos simplemente eso, objetos.

Una vez de Broglie hubo puesto de manifiesto la omnipresencia de la dualidad onda-corpúsculo, a lo largo de los felices años veinte los jóvenes físicos Erwin Schrödinger (austriaco) y Werner Heisenberg (alemán), dos de las mentes más brillantes de su época, consiguieron formular la mecánica cuántica en dos versiones diferentes, aunque equivalentes. La nueva mecánica describía perfectamente el mundo subatómico y su evolución hasta el más mínimo detalle, y los cálculos que ofrecía eran de una precisión rara vez alcanzada por una teoría física[113]. De hecho, nunca se ha encontrado la más mínima discrepancia entre las predicciones de la teoría cuántica y los resultados experimentales, ya sea en el campo del electromagnetismo, la química o cualquier otra área del conocimiento donde haya sido de aplicación. Es la teoría de mayor éxito de toda la historia de la ciencia, hasta el punto de que cualquier idea que entre en contradicción con ella es casi seguramente errónea.

Y sin embargo, las consecuencias de los desarrollos de Heisenberg y de Schrödinger sobre nuestra comprensión de la naturaleza eran tan extraños que hacían palidecer a las paradojas espaciotemporales de Einstein (ver capítulo sexto). En primer lugar, como una partícula es a la vez una onda, resulta que en realidad no está localizada en una región determinada, sino más bien extendida por el espacio, de manera que su evolución se define en términos de probabilidad y estadística[114]. En segundo lugar, las propiedades de una partícula tienen atribuidos distintos valores con una cierta probabilidad que se encuentran en una especie de superposición, lo que implica que haya parejas de propiedades como la posición y el momento lineal (el producto de la masa por la velocidad de la partícula) que no se pueden determinar simultáneamente y con precisión arbitraria. Dicho de otro modo, cuando «forzamos» el valor de una propiedad al medirla con exactitud la indeterminación de la otra («conjugada») aumenta de forma irremediable[115]. Lo mismo sucede con la pareja energía-tiempo, dos magnitudes hermanadas debido a su íntima relación con los cambios. Y para colmo, las partículas pueden entrelazarse de manera que no pueden definirse como partículas individuales, y ello independientemente de la distancia a la que se encuentren, lo que permite fijar el valor de las propiedades de una partícula… ¡midiendo la otra!

Durante años, las extravagantes características de la mecánica cuántica perturbaron profundamente a sus primeros exploradores. La realidad tal y como la conocemos, con sus objetos bien definidos, parecía difuminarse en la escala subatómica dando lugar a un extraño mundo de incertidumbre, donde todo estaba sujeto a probabilidades y donde nada parecía del todo real. Erwin Schrödinger (1887-1961) ejemplificó el estupor que producía en los científicos la por otro lado exitosa teoría con un famoso experimento mental en el que exponía las dificultades que planteaban la superposición de estados y el problema de llevar a cabo sobre ellos una medida. En la paradoja conocida como «el gato de Schrödinger», una caja cerrada contiene en su interior un gato, una botella de gas venenoso y un dispositivo con una partícula radiactiva que tiene una probabilidad del cincuenta por ciento de desintegrarse en un cierto periodo de tiempo. Pero como la partícula está en una superposición de estados (desintegrándose o no al cincuenta por ciento), el gato estará a la vez vivo y muerto hasta que abramos la caja, momento en el que nuestra «medida» hará que la función de onda[116] del sistema colapse a uno de los dos estados definidos.

John Bell en el CERN, junio de 1982. [CERN]

Problemas como este llevaron a los físicos a discutir largo y tendido sobre la teoría cuántica y sus implicaciones acerca de la naturaleza de la realidad. Einstein, por ejemplo, se encontraba profundamente incómodo con ella, a pesar de haber contribuido decisivamente a su desarrollo, y en otro famoso experimento mental, la célebre paradoja EPR[117] describía cómo el entrelazamiento cuántico parecía dar lugar a una de esas fantasmales acciones a distancia que tanto le molestaban. Resumía su disconformidad con la incertidumbre intrínseca a la teoría en su famosa frase: «Dios no juega a los dados». Al igual que otros físicos, como el polifacético David Bohm (1917-1992), el genio de Ulm pensaba que la mecánica cuántica era en realidad una teoría superficial e incompleta que funcionaba bien en la práctica pero que ocultaba la realidad objetiva subyacente.

Sin embargo, a medida que progresaban los experimentos quedaba cada vez más claro que la teoría cuántica describía con precisión inigualable el comportamiento de las partículas en la realidad. El entrelazamiento cuántico, por ejemplo, existe de verdad, y de hecho es la base de asombrosas tecnologías en fase de desarrollo, tales como la computación y la criptografía cuánticas[118]. En 1964, el físico irlandés John S. Bell (1928-1990) demostraba matemáticamente que en los experimentos con partículas entrelazadas los resultados arrojados por la mecánica cuántica siempre serán algo distintos de los que podría predecir cualquier teoría de «variables ocultas» (la realidad objetiva subyacente en la que creían Bohm y Einstein). Pues bien, en los experimentos llevados a cabo desde entonces los resultados siempre coinciden con los predichos por la mecánica cuántica. Ante semejante panorama, a lo largo del tiempo se han venido desarrollando varias interpretaciones del auténtico significado de la sorprendente teoría, algunas tan sugestivas como la de «los universos múltiples», propuesta por el físico estadounidense Hugh Everett III (1930-1982) en 1957, según la cual cada vez que se hace una medida nuestro universo se «desdobla» en dos diferentes, cada uno de los cuales sigue su camino. ¡Según esto, habría un universo donde el gato de Schrödinger está vivo y otro donde está muerto!

Interpretación gráfica de los universos paralelos de Hugh Everett con la paradoja del gato de Schrödinger. El universo se separa debido a la existencia de los estados mecanocuánticos entrelazados y superpuestos, el gato vivo y el gato muerto. Cada ramificación es igualmente real pero no pueden interactuar entre ambos. [Ilustración: Christian Schirm]

Hoy en día, la solución más aceptada para el problema de la medida es que el estado de un sistema cuántico entrelazado evoluciona por interacción con el entorno, sin que sea necesaria la presencia de un observador externo, tal y como muchos físicos pensaron en su momento, hacia un estado no entrelazado interpretable en los familiares términos clásicos (el gato está vivo o muerto, no las dos cosas a la vez, y no hace falta mirar dentro de la caja para que sea así). Este proceso, conocido como decoherencia cuántica, es de carácter irreversible y amplía la entropía del sistema y de su entorno, en perfecta sintonía con lo que dice la termodinámica. Por tanto, no es que la realidad subatómica sea ilógica e inaprehensible, simplemente sigue unas reglas a las que no estamos acostumbrados porque los seres humanos hemos evolucionado en un nivel en el que, por causa de la decoherencia, los objetos no están entrelazados, un mundo donde hay que protegerse de cosas como los leones o los cocodrilos, demasiado complejos como para que percibamos el fenómeno de la superposición de estados típica del mundo cuántico.

Pero ¿qué fue de los protagonistas de esta historia? Como sabemos, Einstein salió escopetado de Alemania cuando vio venir el ascenso del nazismo, y Schrödinger hizo exactamente lo mismo, llevándose su función de onda y su gato al Reino Unido. Los alemanes que se quedaron en la madre patria, por el contrario, vivieron una vida más turbulenta. Planck, por ejemplo, sufrió terriblemente las consecuencias de la guerra. A pesar de sus desesperadas peticiones de indulto y clemencia, en 1945 los nazis asesinaron a su hijo Erwin por oponerse al régimen, y su casa, que contenía una magnífica biblioteca científica que incluía sus manuscritos, fue completamente destruida en un bombardeo. Moriría dos años después, en 1947. Por su parte, Werner Heisenberg (1901-1976), que no era exactamente nazi pero tampoco demócrata, tuvo una destacada participación en el fracasado proyecto atómico alemán, hasta el punto de que un comando aliado intentó atentar contra su vida durante una conferencia que dio en Zúrich, en 1944.

Modelo estándar de las partículas elementales: los 12 fermiones fundamentales y los 5 bosones fundamentales (las masas de determinadas partículas están sujetas a reevaluaciones periódicas). [MissMJ / Cush]

Capturado al final de la guerra, se pasó media vida tratando de evadir cuestiones peliagudas, mostrándose muy ambiguo al respecto e incluso haciendo creer a muchos que había retrasado a propósito el desarrollo del proyecto, algo sobre lo que subsisten dudas más que razonables.

Sin embargo, centrarnos en las vidas de las grandes figuras que desarrollaron la teoría cuántica en su origen podría hacernos pensar que no hubo protagonistas posteriores que resultasen notorios, y nada más lejos de la realidad. Richard Feynman (1918-1988), por ejemplo, fue un fabuloso físico estadounidense que también trabajó en el programa del arma atómica y que después de la guerra llevó a cabo desarrollos sensacionales, incluyendo los diagramas que llevan su nombre y la maravillosamente precisa teoría de la electrodinámica cuántica, por la que compartió el Premio Nobel en 1965. Feynman se convirtió en una auténtica leyenda entre los científicos, que veían en él a un tipo casi tan brillante como Einstein que a la vez era capaz de pasar su tiempo libre tocando la samba con instrumentos de percusión y dando consejos acerca de cómo ligar con las chicas en un bar. Como vemos, la mecánica cuántica fue construida por individuos tan polifacéticos como las propias partículas que estudiaban.

Finalizado el conflicto, el estudio del mundo subatómico continuó, con los físicos enfrascados ahora en desarrollar aspectos específicos de la teoría cuántica así como en entender lo que parecía ser cada vez más un zoológico de nuevas partículas. En efecto, aunque hacía tiempo que se sabía que los átomos estaban aparentemente constituidos por protones, neutrones y electrones, así como la radiación electromagnética por «paquetes» de energía denominados fotones, la utilización de los aceleradores de partículas y el estudio de los rayos cósmicos fue desvelando un número mucho mayor de partículas elementales, la mayoría de las cuales eran inestables. Una de las sorpresas fue detectar que los protones y los neutrones no eran en realidad partículas elementales, sino que se componían de otras mucho más pequeñas denominadas quarks. El estudio y clasificación del «zoo» de partículas a lo largo de la segunda mitad del siglo XX dio lugar al llamado modelo estándar, que agrupa todas las partículas conocidas en función de sus características y propiedades.

De forma muy simplificada, podemos decir que hay que distinguir entre las partículas que componen la materia que nos rodea («fermiones») y las que son responsables de las interacciones entre ellas («bosones»). Las primeras obedecen al llamado principio de exclusión de Pauli[119], según el cual dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico dentro de un sistema, mientras que los bosones sí que pueden hacerlo, una propiedad que permite la existencia, por ejemplo, de los láseres[120]. Además de ser directamente responsable de que la materia sea tal como la conocemos, el principio de exclusión de Pauli es la última «barrera» para impedir la formación de un agujero negro, aunque si la gravedad es lo suficientemente intensa, no hay nada que hacer. Los fermiones se dividen a su vez en los ya mencionados quarks, que experimentan la llamada «interacción fuerte» que mantiene unidos los núcleos atómicos, y en los leptones, partículas que, como el electrón, no responden a dicha interacción[121]. Los quarks no solo forman protones y neutrones, sino también un buen número de partículas materiales habitualmente de vida corta que se producen en niveles de energía elevados[122].

Sin embargo, a efectos de la energía y su transferencia son más relevantes los bosones, que como hemos dicho son los responsables de las interacciones entre el resto de las partículas. Tras la Segunda Guerra Mundial los científicos escudriñaron estas interacciones, llegando a la conclusión de que existen cuatro de ellas que son fundamentales, base de toda la transferencia de energía de la naturaleza. Dos de ellas, el electromagnetismo y la gravedad, nos son muy familiares en la vida diaria, mientras que las otras dos determinan el comportamiento de los núcleos de los átomos. Responsable de la estabilidad de los núcleos, la interacción fuerte se encuentra detrás de lo que conocemos como energía nuclear, mientras que la llamada interacción débil, denominada así por ser mucho menos intensa que la anterior, es la responsable de fenómenos como la desintegración radiactiva beta. Cada una de estas «fuerzas» lleva asociado un «campo» de acción y uno o varios bosones, a saber: el fotón en la interacción electromagnética, el gluón en la interacción fuerte, los bosones W y Z en la interacción débil y el gravitón en la interacción gravitatoria, aunque este último es todavía especulativo y se desconoce si existe en realidad[123]. La guinda del pastel la pone el bosón de Higgs, recientemente descubierto experimentalmente y cuya interacción con los fermiones les atribuye su masa[124].

¿Y por qué cuatro fuerzas? Bueno, en realidad no son cuatro. A medida que se aumentan los niveles de energía, la interacción electromagnética y la interacción débil se convierten en una misma cosa[125], y se sospecha que a niveles aún más elevados pasa lo mismo con la interacción fuerte, aunque para comprobarlo habrá que esperar a que alguien detecte la desintegración espontánea de un protón, algo difícil ya que se estima que la vida media de esta partícula es de 10³¹ años (un uno seguido de treinta y un ceros). La unificación de estas tres fuerzas con la gravedad, como veremos, es un asunto más espinoso, pero es muy posible que en el Big Bang las cuatro interacciones no fuesen en realidad más que una, solo que a medida que el universo se enfriaba se fueron diferenciando unas de otras en un proceso denominado rotura de la simetría.

Pero eso no es todo. Las partículas con carga eléctrica, que son todas las que, como el protón o el electrón, están sujetas a la interacción electromagnética, cuentan con una «antipartícula», una especie de imagen especular con el tipo de carga al revés. El positrón o «antielectrón», por ejemplo, la primera de ellas en ser descubierta, es exactamente igual al electrón salvo porque su carga es positiva, en vez de negativa. Predicho a nivel teórico en 1928 por el inglés Paul Dirac (1902-1984), uno de los padres de la mecánica cuántica, el positrón fue descubierto cuatro años más tarde por el físico estadounidense Carl David Anderson (1905-1991) al fotografiar las huellas de los rayos cósmicos en una cámara de niebla, un dispositivo empleado para detectar partículas de radiación. Las antipartículas forman la antimateria[126], una forma de materia infrecuente en nuestro universo pero detectada continuamente en las transformaciones nucleares. El positrón, por ejemplo, se utiliza ampliamente hoy en día en medicina nuclear, en la famosa PET (tomografía por emisión de positrones). ¡Cuando una partícula se encuentra con su antipartícula ambas se aniquilan mutuamente, dando lugar a la emisión de una gran cantidad de fotones de alta energía!

Pero la continua formación de antimateria en procesos naturales da lugar a una intrigante cuestión: ¿por qué en el universo hay aparentemente muchísima más materia que antimateria? Si la única diferencia entre ambas es el signo de la carga eléctrica, ¿qué fue lo que marcó la diferencia? La pregunta no es baladí, ya que a su interés teórico se une el hecho de que la antimateria es actualmente la sustancia más cara del mundo, con un coste estimado de unos sesenta y dos mil millones de dólares el miligramo. Ante la falta de evidencias acerca de la posible existencia de galaxias, o incluso de regiones enteras del universo compuestas de antimateria, la idea más extendida es que, por alguna razón, durante el Big Bang pudo producirse un pequeño exceso de materia con respecto a la antimateria, quizás de una partícula por cada diez mil millones. La posterior aniquilación de los pares partícula-antipartícula dejó para la posteridad la materia superviviente, que es la que vemos a nuestro alrededor. Otra posibilidad es que, después de todo, tal vez la materia y la antimateria no tengan exactamente las mismas propiedades, algo hacia lo que algunos experimentos parecen apuntar.

Sea como fuere, ¿es el modelo estándar la explicación definitiva de cómo está constituido el mundo a nivel cuántico? La verdad es que podría ser que no. El modelo funciona muy bien en muchos aspectos, siendo perfectamente compatible tanto con la teoría cuántica como con la relatividad, pero introduce un buen número de parámetros arbitrarios cuyo origen no está bien explicado y mantiene varias cuestiones fundamentales sin resolver, muy en particular el papel de la gravedad. Y es que hasta el momento ninguna teoría cuántica ha sido capaz de integrar la gravedad con el resto de las fuerzas de la naturaleza. ¿Por qué? Porque cuando intentamos hacerlo sobre distancias extremadamente pequeñas y niveles de energía extremadamente grandes (el Big Bang es un buen ejemplo), las formidablemente exitosas matemáticas de la mecánica cuántica dejan de funcionar. Dicho de otro modo, la teoría cuántica es capaz de predecir la relatividad general en condiciones normales, pero todavía no en condiciones extremas, de modo que, por ejemplo, somos incapaces de decir qué pasó en el Big Bang[127] o qué sucede en el interior de un agujero negro. Einstein pasó mucho tiempo buscando sin éxito la elusiva «teoría del todo», y con posterioridad se han hecho un buen número de intentos para unificar las cuatro fuerzas de la naturaleza (supercuerdas, supergravedad, teoría M), algunos de los cuales parecen prometedores pero carecen todavía de sustento experimental.

En cuanto al espacio-tiempo en sí, no solamente hemos sido capaces de cuantizarlo, sino que a la luz de la teoría más exitosa que el mundo haya conocido adquiere un carácter de objeto físico real. En efecto, en mecánica cuántica no puede hablarse de un vacío absoluto, sino de un estado de energía mínima («energía del punto cero») que debido al principio de incertidumbre contiene ondas electromagnéticas fluctuantes y partículas que, literalmente, y por si no hubiesen visto ustedes ya bastantes cosas raras, ¡saltan dentro y fuera de la existencia![128].

La hermosa y extraña teoría cuántica nos enseña que en la escala de lo inimaginablemente diminuto la realidad es muy diferente a la que experimentamos en nuestra vida cotidiana, con objetos y escenarios difusos donde las partículas son a la vez ondas, donde la energía no se intercambia de manera continua y donde el funcionamiento del mundo puede describirse mediante un puñado de interacciones que en el fondo son la misma y que impulsan la danza de un zoológico de minúsculas entidades materiales cuya superposición de posibles estados se desvanece a medida que interaccionan con el entorno. Una realidad que fue desvelándose a lo largo del siglo XX a menudo contra la voluntad de sus exploradores, a los que los experimentos obligaban a aceptar unas características que chocaban con sus creencias y con el sentido común. Aún hoy en día mucha gente duda de la realidad del universo cuántico, a pesar de que los cálculos y predicciones de la teoría que lo describe se encuentran detrás de toda la tecnología moderna, desde la televisión a los teléfonos móviles, pasando por la medicina nuclear, la nanotecnología o la magia de internet. Nunca una visión del mundo resultó tan extraña y a la vez tan sorprendentemente real.

Quién sabe, como dijo Stephen Hawking[129], ese genio con un cuerpo enfermo acompañado de una mente descomunal, tal vez Dios no solo juegue a los dados, sino que en realidad sea un jugador empedernido.

Capítulo IX

Del Big Bang al universo oscuro

«En este momento tengo la sospecha personal de que el universo no solo es más extraño de lo que suponemos, sino más extraño incluso de lo que somos capaces de suponer».

J.B.S. Haldane, biólogo británico (1892-1964).

A estas alturas del libro ya sabemos muchas cosas acerca de la energía. Por ejemplo, sabemos que es una propiedad de los sistemas físicos de la que hay una cantidad constante (recordemos, ni se crea ni se destruye) integrada en el espacio-tiempo transfiriéndose de un sitio a otro en «paquetitos» que adoptan formas diferentes, todas ellas derivadas de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza, y que esas transferencias son responsables de todo cambio y movimiento que se produce en el universo. También sabemos que no todos los tipos de energía son equivalentes, ya que hay formas más degradadas de las que no se puede extraer un trabajo útil, e incluso tenemos claro que las transferencias de energía no pueden producirse a mayor velocidad que la de la luz, así como que existe una equivalencia entre la masa de un objeto y la cantidad de energía que contiene.

Estos conocimientos se han acumulado durante siglos, de la mano de algunos de los cerebros más brillantes de la historia y, sin embargo, aún no hemos respondido a preguntas fundamentales acerca del origen y evolución del universo. Por ejemplo, ¿cómo sabemos que todo, la energía inclusive, se originó en eso que llamamos el Big Bang? O dicho de otro modo, ¿cómo y cuándo surgió este espectacular universo que nos rodea y al que pertenecemos?

Durante milenios, la humanidad se ha esforzado en encontrar la respuesta a esta pregunta, casi siempre dentro del marco de cualquiera de los innumerables planteamientos míticos o religiosos que se han producido a lo largo de la historia. En la tradición medieval occidental, basada en las Sagradas Escrituras y en el influjo de la antigua filosofía griega, la Creación era un escenario inmutable creado por Dios al principio de los tiempos. En el centro de todo se encontraba la Tierra inmóvil, rodeada de la esfera de las estrellas fijas, mientras que el Sol, la Luna y los planetas se encontraban en un espacio intermedio, moviéndose alrededor de nuestro mundo siguiendo las complicadas trayectorias diseñadas por Ptolomeo (100-170) a comienzos de la era cristiana. Pero incluso estos movimientos aceptados por el pensamiento clásico y medieval adoptaban una pauta monótona y sin cambios, en cierto modo intemporal. Los cuerpos celestes estaban inmaculados, como correspondía a la magnificencia del Creador, y solo la Tierra, hogar de las criaturas mortales, experimentaba continuamente el cambio y el deterioro que nos son tan familiares.

Sin embargo, durante el Renacimiento, el advenimiento de la teoría heliocéntrica, de la mano de Nicolás Copérnico, Johannes Kepler y nuestro viejo conocido Galileo, junto con el desarrollo del telescopio, revolucionaron totalmente la cosmología al demostrar que la Tierra no era el centro del universo, que los planetas también podían tener cuerpos girando a su alrededor y que, con sus cráteres, la Luna distaba mucho de ser un cuerpo inmaculado. Después, el paulatino perfeccionamiento de los instrumentos de observación hizo que el tamaño observable del universo aumentase a nuestros ojos de manera extraordinaria, hasta el punto de que nuestra sistema planetario pasó a ser tan solo uno de tantos, ubicado en un apartado rincón de una gigantesca galaxia que contiene entre doscientos mil y cuatrocientos mil millones de estrellas (!); una descomunal isla en el firmamento que a su vez no es más que una de entre los miles de millones que pueden observarse con los telescopios de campo profundo. Al mismo tiempo, fue quedando meridianamente claro que, lejos de estar inmóviles, todos estos objetos se mueven y evolucionan constantemente, sujetos tanto a la interacción gravitatoria como a los procesos que tienen lugar en el corazón de las estrellas, así como a otros muchos más. Era evidente que se estaba produciendo un continuo proceso de cambio que obligaba a preguntarse cuál había sido su punto de partida, si es que había habido uno, y cuál podría ser su posible final.

La primera pista para encontrar la respuesta llegó de la termodinámica, que a finales del siglo XIX había puesto de manifiesto la evidente tendencia de todas las cosas a dirigirse hacia un estado cada vez más desordenado (ver capítulo tercero), algo que, recordemos, parecía indicar que el universo se encontraba en unas condiciones muy particulares en su estado inicial. Por otra parte, el estudio de las ecuaciones de Einstein apuntaba hacia la posibilidad de que el universo hubiese evolucionado a partir de un tamaño y unas condiciones muy diferentes a las que observamos en la actualidad. Finalmente, hacia 1929, Edwin Hubble (1889-1953), el famoso astrónomo estadounidense que cinco años antes había demostrado que la nebulosa de Andrómeda era en realidad una enorme galaxia similar a la nuestra, publicó los resultados de sus análisis de la velocidad radial de varias nebulosas con respecto a la Tierra, concluyendo que todas se alejan unas de otras a una velocidad… ¡que es mayor cuanto más separadas están entre ellas!

Todo el mundo ha experimentado alguna vez en una estación ferroviaria la diferencia en la frecuencia del sonido emitido por un tren dependiendo de si se está acercando o alejando de nosotros, como consecuencia de la composición de las velocidades del sonido y del tren. Con la luz sucede algo parecido. Si la fuente luminosa se dirige hacia nosotros la frecuencia de la luz aumenta, desplazándose hacia la zona azul del espectro. Por el contrario, si la fuente se aleja, la frecuencia de la luz disminuye, produciéndose el llamado «corrimiento hacia el rojo». Cuanto más veloz sea la fuente, más acusado es este «efecto Doppler» —llamado así en honor al físico austriaco Christian Andreas Doppler (1803-1853)—. Pues bien, lo que Hubble descubrió es que la luz procedente de todas las galaxias está desplazada hacia el rojo, tanto más cuanto más alejadas estén. Y lo único que puede explicar semejante comportamiento es que el universo se está expandiendo como un globo, a partir de un tamaño de partida muy inferior.

Efecto Doppler.

En realidad, el astrónomo estadounidense, con cuyo nombre se bautizó a un famoso telescopio orbital, no fue el primero en observar el fenómeno, ya que ese honor corresponde nada menos que a un sacerdote, el legendario Georges Lemaître (1894-1966). Nacido en Bélgica, este extraordinario personaje, capaz de doctorarse en Física a la vez que ingresaba en el seminario, veía en la expansión del universo una manera de hacer compatibles, por primera vez en mucho tiempo, las creencias religiosas acerca de la Creación con los últimos descubrimientos científicos[130]. Convencido de que las ecuaciones de la relatividad general de Einstein predecían un escenario que no era estático, calculó por su cuenta lo que hoy se conoce como constante de Hubble y concluyó que el corrimiento hacia el rojo de las galaxias se debía precisamente a que el universo se encontraba en expansión. Publicó un informe en 1927, dos años antes que Hubble, pero lo hizo en francés y en una revista de poco prestigio, de modo que casi todo el mérito se lo llevó el estadounidense. Sin embargo, Lemaître fue mucho más allá que Hubble, y en 1931 propuso abiertamente la idea de que el universo se originó en la explosión de una especie de «átomo primigenio», o «huevo cósmico», ya que si el universo está en expansión, no veía otra alternativa lógica a que en el pasado ocupase un espacio cada vez más pequeño, hasta concentrarse en un punto diminuto.

Hoy en día, todos estamos familiarizados con el concepto de que nuestro universo se expande, pero en su momento el hallazgo constituyó una auténtica sensación, hasta el punto de ser recibido con hostilidad.

La condición de sacerdote de Lemaître no ayudaba, ya que muchos científicos pensaban que sus ideas exhalaban cierto tufillo a misticismo religioso, algo que era anatema en ciencia al menos desde los tiempos de Newton.

Georges Lemaître y Albert Einstein en el Instituto de Tecnología de California, enero de 1933.

Además, el hecho de que en menos de diez años el universo hubiese pasado de tener una sola galaxia (la nuestra) a contar con miles de ellas había desequilibrado totalmente las creencias establecidas entre físicos y astrónomos, por no hablar del público en general. Einstein, por ejemplo, siempre fue partidario de un universo estático, y se encontraba profundamente perturbado tanto por los últimos hallazgos como por la interpretación de sus propias ecuaciones, hasta el punto de que introdujo en ellas una «constante cosmológica» para forzar la inexistencia de la expansión. En cuanto a Lemaître, le dijo una vez a la cara que sus cálculos eran correctos pero su física «abominable». Con el tiempo, sin embargo, y ante la acumulación de evidencias que apoyaban las ideas del singular astrónomo-sacerdote, el mayor genio del siglo XX modificó su postura, confesando que la constante cosmológica había sido quizá el mayor error de su vida.

Una vez aceptada la expansión, surgieron como hongos teorías que pudiesen explicar tanto su origen como sus consecuencias. Muchos científicos creían, por ejemplo, que la densidad del universo no podía haber superado cierto límite, a partir del cual «rebotaría» sobre sí mismo. Los partidarios de la teoría del estado estacionario, por su parte, argumentaban que la expansión no suponía necesariamente que el universo estuviese cambiando con el tiempo. Según ellos, la disminución de la densidad consecuencia de la expansión se compensaba con una creación continua de materia, de manera que el universo ni cambiaría su apariencia con el tiempo ni tendría principio ni fin. El principal defensor de esta idea fue el astrónomo británico Fred Hoyle (1915-2001), paradójicamente responsable de acuñar el término Big Bang durante una emisión radiofónica en la BBC en la que tenía la intención de desacreditar la hipótesis que rivalizaba con la suya.

La teoría del estado estacionario estaba bien fundamentada y explicaba bastantes cosas, pero pronto se enfrentó a observaciones astronómicas incompatibles con la idea de un universo que no estuviese cambiando. Descubiertos a finales de los años cincuenta, los cuásares, gigantescos emisores de energía que resultaron ser consecuencia de la presencia de agujeros negros supermasivos, estaban situados únicamente en el centro de galaxias lejanas, y en ningún caso cerca de nosotros, lo que dada la tardanza de la luz en llegar hasta la Tierra desde semejantes distancias indicaba claramente que estos fenómenos habían sido más frecuentes en un remoto pasado.

Pero la confirmación definitiva de la realidad del Big Bang llegaría años más tarde de un modo totalmente inesperado. En línea con los cálculos de Lemaître, en 1948 George Gamow, Ralph Alpher y Robert Herman[131] presentaron una argumentación detallada sobre la presencia de un universo primitivo extremadamente denso y caliente, cuya expansión habría tenido lugar, efectivamente, como consecuencia de una especie de explosión. Además, dedujeron que un fenómeno de este tipo tenía que haber dejado algún tipo de radiación electromagnética residual que habría ido enfriándose con el tiempo, por lo cual debía mostrar una temperatura muy baja y encontrarse muy atenuada, con una frecuencia probablemente correspondiente a la región de las microondas.

Pues bien, en 1964 dos investigadores de los laboratorios Bell, Arnold Penzias (1933-) y Robert Wilson (1936-), estaban atareados estudiando potenciales fuentes astronómicas de radio de baja frecuencia mediante una antena reflectora de alta sensibilidad que había sido utilizada tiempo atrás para captar señales del Echo I, uno de los primeros satélites de comunicaciones del mundo, cuando detectaron de repente una débil radiación persistente, una especie de molesto ruido de fondo del que no conseguían librarse. La señal se parecía al sonido estático de un receptor de onda media, pero con la peculiaridad de que su intensidad y frecuencia no parecían alterarse bajo ninguna circunstancia. Y lo más extraño de todo es que un cambio en la orientación de la antena no la hacía desaparecer, ya que parecía proceder de todas las direcciones del cielo.

Tras comprobar a fondo el instrumento, Penzias y Wilson descartaron sucesivamente la posibilidad de que se tratase de tormentas atmosféricas o de interferencias. Incluso llegaron a limpiar los excrementos de unas palomas que habían hecho su nido en el interior de la antena, por si acaso tuviesen algo que ver con el problema, procediendo de paso a «eliminar» a las palomas[132]. Entonces, y ante la persistencia de la misteriosa señal, los dos investigadores decidieron estudiarla más a fondo, comprobando que el ruido correspondía a una temperatura de unos 3K (finalmente quedaría fijada en 2,7K), así como que era monótono, isótropo, no mostraba variación alguna y no se veía alterado por el ritmo de las estaciones. Desconcertados, se pusieron en contacto con un radioastrónomo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), Bernard Burke, quien a su vez avisó a los astrofísicos Robert Dicke y James Peebles, de la Universidad de Princeton. Dicke, en concreto, llevaba década y media buscando la fantasmal radiación predicha por el equipo de Gamow, y fue invitado por Penzias a inspeccionar la antena y a escuchar el ruido de fondo. Una vez allí, Dicke apenas pudo contener la emoción. La elusiva radiación fósil con la que había estado especulando durante más de quince años estaba ante sus oídos, llenando el universo a toda hora y en todas direcciones.

Resumen gráfico de la historia de la radiación de fondo. Penzias y Wilson descubrieron el resplandor remanente del Big Bang y recibieron el Premio Nobel por su descubrimiento. COBE descubrió por primera vez los patrones en el resplandor crepuscular. La sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP), lanzada en 2001 y activa hasta 2010, mapeó los patrones con una resolución mucho más alta para revelar nueva información sobre la historia y el destino del universo. En 2009 se inició la tercera misión con el lanzamiento del Planck, que duró hasta 2013. [Texto e imagen: NASA]

Más de medio siglo después de su descubrimiento, la radiación de fondo sigue siendo la prueba directa más impresionante de la existencia del Big Bang, además de haberse convertido, por derecho propio, en otro de los mejores ejemplos de eso que llamamos serendipia, el hallazgo fortuito de algo sensacional mientras se está buscando una cosa completamente distinta.

Ahora bien, ¿qué pasó en el universo después del Big Bang y qué podemos decir del futuro que nos espera? Como vimos en el capítulo anterior, las limitaciones de las teorías físicas actuales no nos permiten saber cómo fue exactamente la Gran Explosión[133], pero describen con bastante precisión lo que sucedió inmediatamente después. Los cálculos indican que el origen de todo tuvo lugar hace unos trece mil ochocientos millones de años, lo que en verdad es mucho tiempo. Tanto, que si el universo se hubiese originado hace un año, los cinco mil de historia humana habrían ocupado apenas unos segundos.

Sin embargo, somos capaces de explicar lo sucedido a partir de un tiempo tan pequeño como 10-43 segundos después del Big Bang. Tras esa minúscula brizna de tiempo, el universo primordial estaba extraordinariamente caliente, lleno de una energía muy densa con propiedades homogéneas. Pero según se iba expandiendo, se enfriaba, experimentando cambios de fase que recuerdan a lo que sucede cuando se condensa el vapor o se congela el agua, solo que con respecto a las partículas elementales. Así, cuando habían transcurrido 10-35 segundos, uno de esos cambios de fase provocó una expansión exponencial del universo, lo que ha venido a llamarse la «inflación cósmica». Al terminar esta, la temperatura siguió descendiendo, formando primero una especie de plasma de partículas subatómicas que, siguiendo procesos no del todo bien conocidos, se terminaron combinando en bariones tales como el protón y el neutrón, al mismo tiempo que de alguna manera se producía la asimetría entre la materia y la antimateria.

A medida que la temperatura seguía descendiendo, tuvieron lugar nuevos cambios de fase que desembocaron en el aspecto actual de las cuatro fuerzas fundamentales y del resto de las partículas elementales, lo cual condujo a su vez a que los protones y neutrones se combinasen para formar núcleos de hidrógeno y de helio. Finalmente, la temperatura del universo descendió hasta el punto de que la gravedad asociada a su densidad de energía comenzó a dominar sobre la interacción electromagnética. La consecuencia de ello es que, unos trescientos mil años después del Big Bang, los electrones y los núcleos empezaron a combinarse, formando sobre todo átomos de hidrógeno, mientras que la radiación electromagnética se desacoplaba de los átomos y continuaba su viaje por el espacio. Y sí, lo ha adivinado usted, esa es la radiación de fondo que captaron los buenos de Penzias y Wilson.

A partir de este punto, el resto le resultará familiar. Una vez la gravedad se hubo convertido en la fuerza dominante del universo, era solo cuestión de tiempo que la materia terminara arremolinándose para formar estrellas y galaxias. La primera generación de estrellas se formó entre quinientos y seiscientos millones de años después del Big Bang cuando, al compactarse lo suficiente, el hidrógeno se calentó lo bastante como para encender los «hornos solares» (ver capítulo séptimo) y la evolución estelar[134] hizo el resto. Los diferentes elementos químicos fueron formándose en las reacciones nucleares dentro de las estrellas, así como en las explosiones de supernovas[135] y otros objetos, quedando esparcidos por el universo y, al menos en el caso de la Tierra, dando lugar a la vida.

Hasta aquí, la historia de lo sucedido. Pero ¿qué hay del futuro? ¿Podemos predecir hacia dónde se dirige este extraordinario escenario en el que nos encontramos? La respuesta a esta pregunta se encuentra en parámetros que todavía no conocemos bien y, en concreto, en si la densidad del universo es lo suficientemente grande como para que la fuerza de la gravedad detenga la expansión. Lo que me lleva a hablarles del «universo oscuro».

De entre todos los interrogantes abiertos en el panorama de la ciencia actual, quizás el más intrigante sea la probable existencia de unos misteriosos componentes de la naturaleza, denominados energía y materia oscuras, a los que a menudo se mezcla de modo incorrecto en algunos medios de comunicación, cuando en realidad se trata de dos conceptos muy distintos relacionados únicamente por el hecho de que se sospecha de su existencia como consecuencia de las anomalías detectadas en el funcionamiento de la gravedad. En el caso de la materia oscura, el misterio tiene que ver con la insuficiencia de la materia «convencional» para explicar tanto la formación original de estructuras en el universo temprano como el comportamiento de las galaxias, mientras que el concepto de energía oscura está relacionado con que el universo parece expandirse de forma acelerada, algo difícil de explicar si la fuerza de atracción gravitatoria fuese la única interacción que operase a gran escala.

Esta historia comienza en 1933, cuando el astrofísico suizo Fritz Zwicky (1898-1974), que estaba intentando medir la masa total de un cúmulo de galaxias, se llevó una buena sorpresa al descubrir que la masa estimada necesaria para explicar los movimientos de las galaxias cercanas al borde del cúmulo era mucho mayor que la que se obtenía en función del número de galaxias observables y de su brillo total. Como solución, Zwicky propuso la existencia de algún tipo de masa no visible, responsable de la diferencia. Tanto el hallazgo del suizo como su propuesta pasaron bastante desapercibidos durante décadas, pero con el tiempo se han acumulado muchas pruebas de la existencia de algo que tiene el efecto de una «materia oscura» a través del estudio de la distribución de temperaturas y de los movimientos de las galaxias. Por ejemplo, las velocidades angulares de estrellas que se encuentran a diferentes distancias del centro no pueden explicarse mediante la masa detectable de las galaxias a las que pertenecen. Estas estructuras parecen, por tanto, estar compuestas principalmente de un gigantesco halo de «materia oscura», con la materia ordinaria situada en el centro. Recientes estudios que utilizan el efecto de «lente gravitacional» parecen confirmar este modelo.[136] Además, la existencia de una gran cantidad de materia adicional todavía no detectada puede deducirse también del estudio de las irregularidades del fondo de microondas, del análisis de la estructura a gran escala del universo y de la distribución y evolución de las galaxias.

El ciclo de vida estelar. A Fritz Zwicky se le atribuye el descubrimiento de las estrellas de neutrones (es el resultado del colapso gravitacional de una estrella supergigante masiva tras agotar el combustible en su núcleo y explotar como una supernova).

Pero, si existe la materia oscura, ¿de qué está hecha? Si no la vemos es porque interactúa muy poco, o nada en absoluto, con la radiación electromagnética, y esto es un problema porque entonces no podemos detectarla con los medios habituales. Por eso, suponemos que parte de la materia oscura no es otra cosa que materia convencional de difícil detección, como las denominadas «enanas marrones», un tipo de estrellas relativamente frías que emiten poca radiación electromagnética. Este tipo de cuerpos celestes reciben el pintoresco nombre de MACHO (Massive Astrophysical Compact Halo Object), e incluirían también objetos tales como agujeros negros, estrellas de neutrones[137], planetas errantes y otras estrellas de baja intensidad luminosa, además de partículas elementales poco o nada sensibles a la interacción electromagnética, como los neutrinos[138], y también filamentos gaseosos de baja luminosidad que están extendidos por todo el universo.

Sin embargo, todos los cálculos apuntan a que esto está lejos de ser suficiente y que, de hecho, toda esta «materia oscura bariónica» (es decir, formada por componentes hechos de materia convencional), supone tan solo una pequeña fracción del total. Para justificar el resto, se especula con un auténtico batiburrillo de partículas hipotéticas que incluye axiones, «neutrinos estériles», WIMPs, gravitinos, fotinos o partículas supersimétricas, entre otras. Muchos experimentos han intentado detectar estas nuevas partículas, pero aún no hay resultados concluyentes y algunos de los modelos ya han sido descartados.

Por supuesto, dado lo complicado de identificar la materia oscura, podría argumentarse que a lo mejor no existe, y que lo que sucede es que nuestra comprensión de la gravedad es incompleta. De hecho, se han propuesto variantes de la teoría de la relatividad general y de la mecánica newtoniana que podrían dar cuenta de algunos de los efectos atribuidos a la materia oscura, aunque no de todos. Además, y en general, el problema principal de estas propuestas alternativas es que no explican las desigualdades del fondo cósmico de microondas que, en cambio, sí son compatibles con la existencia de grandes cantidades de materia no convencional.

Pero si la materia oscura parece rara, resulta casi trivial comparada con su fantasmal colega, la llamada «energía oscura», cuya existencia fue propuesta en 1998 como consecuencia del descubrimiento de que la expansión del universo se está acelerando. Con anterioridad, los científicos calculaban que, sin ningún tipo de fuerza que la contrarrestase, la atracción gravitatoria resultante del conjunto de materia y energía presente en el universo sería suficiente para frenar la expansión y, con el tiempo, invertirla. Sin embargo, las medidas realizadas sobre el brillo de las supernovas, la radiación de fondo, las lentes gravitacionales y la distribución de materia en el universo han demostrado que, en realidad, sucede lo contrario. La expansión del universo se está acelerando y su nivel de curvatura es muy bajo, lo que pone en evidencia que aparentemente hay algo que contrarresta la fuerza de la gravedad y obliga a encontrar una explicación.

Este diagrama revela cambios en la tasa de expansión desde el nacimiento del universo hace 15 mil millones de años. Cuanto menos profunda sea la curva, más rápida será la tasa de expansión. La curva cambia notablemente hace unos 7500 millones de años, cuando los objetos del universo comenzaron a separarse a un ritmo más rápido. Los astrónomos teorizan que la tasa de expansión más rápida se debe a una misteriosa fuerza oscura que está separando las galaxias. [Texto e imagen: NASA / STSci / Ann Feild]

De hecho, el que el universo sea casi «plano» exige de entrada una densidad de masa y energía que la materia, tanto ordinaria como oscura, solo justifica en un treinta y uno por ciento. Por tanto, falta el responsable del restante sesenta y nueve por ciento. Y lo más extraño de todo es que, sea lo que sea la energía oscura, debe contrarrestar con ventaja la acción de la gravedad, porque si no la expansión del universo no se estaría acelerando. Eso quiere decir que, dado que la gravedad tiene un efecto atractivo acumulativo, la energía oscura ha de ejercer una fuerza repulsiva, denominada «presión negativa», que, salvando las distancias, es conceptualmente similar a la tensión que se opone al intento de estirar cualquier objeto. Además, esta elusiva energía debe llenar de manera uniforme la totalidad del espacio.

¿Cuál puede ser la naturaleza de la energía oscura? Al igual que sucede con su prima, la materia oscura, el problema es que hasta la fecha está resultando muy difícil de detectar, ya que tampoco parece interaccionar con nada que no sea la fuerza de la gravedad. Sin embargo, la explicación más sencilla es que el espacio-tiempo contenga algún tipo de energía intrínseca que se opone a la distorsión gravitatoria. A esta «energía del vacío», que ya nos encontramos en el capítulo anterior cuando repasábamos el mundo cuántico, también se la denomina «constante cosmológica» ya que, paradójicamente, se parece mucho al concepto que introdujo Einstein para abogar por un universo estático y del que, como decíamos, terminó arrepintiéndose amargamente. Aunque presenta algunos problemas de índole teórica, la constante cosmológica explica muchas cosas y parece la mejor solución al problema de la energía oscura, por lo que actualmente forma parte del modelo estándar en cosmología (modelo Lambda-CDM).

La alternativa más consistente a la constante cosmológica es el modelo conocido como «quintaesencia», una especie de campo dinámico de poético nombre, que a diferencia de la primera carece de homogeneidad, es decir, puede tener una densidad diferente en distintos puntos del espacio-tiempo. Como consecuencia, predice una velocidad de aceleración ligeramente inferior, por lo que medidas más precisas sobre dicha velocidad podrían permitirnos discernir cuál de las dos explicaciones es la correcta. Todos los demás intentos de explicación que se han desarrollado hasta la fecha tienen menos solidez que la constante cosmológica y la quintaesencia, y no están respaldados por datos experimentales, a pesar de lo cual debemos ser muy cautelosos, no en vano la historia de la ciencia ha estado jalonada de conceptos aparentemente sólidos que a la postre resultaron ser un fiasco, tales como nuestros viejos conocidos el flogisto y el éter lumínico.

En cualquier caso, una de las consecuencias más directas de la energía oscura es que el universo es mucho más antiguo de lo que antes se creía. Utilizando la constante de Hubble, en un principio los cálculos de los científicos arrojaban una antigüedad de unos diez mil millones de años, lo cual contrastaba llamativamente con el hecho de que algunas estrellas de los viejos cúmulos globulares parecían más antiguas. Se trate de lo que se trate, el efecto de la energía oscura resuelve la paradoja, ya que retrasa la edad del universo hasta los trece mil setecientos ochenta y siete millones de años, de acuerdo con las medidas más precisas de las que disponemos hasta la fecha.

Por otra parte, la presencia de la energía oscura nos ofrece algunas pistas para responder a la pregunta de hacia dónde vamos. Al provocar que el grado de curvatura del universo sea tan bajo, la expansión podría mantenerse, en un principio, de forma indefinida, en lugar de contraerse por la acción de la gravedad. De esta forma, los habitantes del futuro podrían eludir que el espacio y el tiempo se colapsaran en lo que, por analogía con el Big Bang, ha venido a llamarse el «Big Crunch», un escenario para el fin del universo en el que toda la materia y energía vuelven a concentrarse en una singularidad, precisamente la posibilidad que tanto aterraba a Einstein. Sin embargo, esta perspectiva relativamente apacible (decimos relativamente porque, como vimos en el capítulo tercero, incluso en este escenario las cosas acabarían mal como consecuencia de la «muerte por el calor») no es segura del todo, pues en algunos modelos de la quintaesencia la densidad de la energía oscura aumenta con el tiempo, provocando una aceleración tan rápida que acaba desgarrando literalmente el espacio-tiempo, en lo que se conoce como «Big Rip». Además, ciertas incertidumbres conducen a modelos donde la gravedad acaba venciendo a la energía oscura, de manera que volveríamos a encontrarnos con un universo que a la larga se colapsa, tal vez renaciendo de forma cíclica. Claro está que todo esto resulta muy especulativo, y únicamente medidas cada vez más precisas podrán terminar discriminando entre los distintos escenarios.

Cualquiera que sea el futuro que nos aguarda, la materia y la energía oscura parecen desempeñar un papel crucial. El esclarecimiento de si verdaderamente existen o no, y en su caso cuál es su naturaleza es, sin duda, uno de los mayores desafíos de la ciencia del siglo XXI. Pero lo realmente aleccionador es que este tipo de misterios simbolizan el avance mismo del conocimiento. Observaciones inesperadas, que no encajan en los esquemas comúnmente aceptados, destapan enigmas aparentemente insondables que obligan a los científicos a lanzarse sobre ellos con nuevas ideas que al final son puestas a prueba por los experimentos. Es la combinación de observación, hipótesis y comprobación experimental lo que paulatinamente va desentrañando los secretos de la naturaleza, un método inapelable a través del cual los científicos siempre acaban ganando, aunque solo sea para comprobar que cada misterio resuelto desvela de forma inexorable la presencia de muchos más.

Parte II

Nosotros y la energía

Capítulo X

La llama de la existencia

«Sólo el azar está en el origen de toda innovación, de toda creación en la biosfera. El puro azar, la sola posibilidad, la libertad absoluta, absolutamente libre pero ciega, está en la raíz misma del prodigioso edificio de la evolución…».

Jacques Monod, bioquímico francés (1910-1976).

¿Cuál es el papel de la energía en los seres vivos? Es evidente que cualquiera de nosotros se mueve, por lo que, salvo que postulemos que nuestro funcionamiento está al margen de las leyes de la física, debemos consumir —o, mejor dicho, transformar— algún tipo de energía. De hecho, para sobrevivir tenemos que alimentarnos, lo que es señal inequívoca de que lo hacemos. Sin embargo, tenemos que pensar que el concepto de energía apenas tiene doscientos años, y que hasta principios del siglo XIX no había ninguna prueba de que los seres vivos empleásemos las mismas sustancias químicas que las que encontramos en el mundo inanimado. La materia orgánica, en efecto, parecía muy distinta a la de los minerales, quizá fruto de la intervención divina a la hora de ordenar las cosas. Los científicos ya sabían transformar unas sustancias en otras, pero no podían obtener moléculas biológicas que no procediesen directamente de un ser vivo.

El biólogo Xavier Bichat (1771-1802) fue una de las figuras más destacadas del vitalismo, teoría que explica que los organismos vivos se caracterizan por tener una «fuerza o impulso vital» a diferencia de los seres inertes que no está sujeta a las leyes fisicoquímicas generales. [Liografía dey N. E. Maurin. Wellcome Collection]

Por tanto, y profundamente enraizada en el concepto místico y religioso de la vida que había acompañado a la humanidad desde sus comienzos, la existencia indudable de algún tipo de «soplo», o «fuerza vital» detrás de las criaturas de la Creación había sido la idea dominante en todos los estamentos de la sociedad, incluidos los círculos más eruditos, por lo menos desde los tiempos de Aristóteles.

Ya fuesen humanos o árboles, los seres animados nacían y crecían bajo el influjo de esa poderosa fuerza de naturaleza divina que escapaba de todos nosotros en el momento de la muerte.

Curiosamente, la llegada de la ciencia moderna no cambió esta creencia de inmediato, sino que, por el contrario, hubieron de transcurrir siglos para que fuese abandonada de forma mayoritaria.[139] De hecho, a finales del siglo XVII y comienzos del XVIII, quizá como una reacción a la creciente omnipresencia de la nueva y brillante ciencia «mecanicista» que había surgido en Occidente, un grupo de pensadores, incluyendo a bastantes médicos e incluso a unos cuantos químicos, puso de moda la doctrina del vitalismo, que abogaba por la presencia de una fuerza inmaterial, distinta de las energías estudiadas por la física, que, actuando sobre la materia, daría como resultado la vida y sin la cual sería imposible su existencia.

Por extraño que pueda parecer, la doctrina del vitalismo, hoy completamente superada, es el germen de muchas de las modernas pseudociencias que pululan por los ambientes más o menos esotéricos del planeta, incluidos la homeopatía y el reiki, y que pretenden que detrás de los seres vivos hay «fuerzas» no descritas todavía por la ciencia, pero que pueden ser objeto de manipulación. Y ello a pesar de que, en 1828, el químico alemán Friedrich Wöhler (1800-1882) sintetizaba la urea a partir de compuestos inorgánicos[140], demostrando así que la química de la vida no se diferenciaba en lo básico de la que gobernaba el resto de la naturaleza y acabando para siempre con el dominio del vitalismo. La demostración de que el romanticismo de la «fuerza viva» debía dejar paso al inexorable gobierno de las leyes de la física y la química no dejó de hacer mella en el espíritu del propio Wöhler, quien en una ocasión declaró que había sido testigo de «una gran tragedia de la ciencia, la muerte de una bella hipótesis por un hecho feo».

Sello postal impreso en Alemania en 1982 que muestra la molécula de urea y la fórmula de síntesis de urea en el centenario de la muerte del químico Friedrich Wöhler (1800-1882).

O dicho de forma menos poética, el fin del vitalismo a manos de una humilde placa llena de cristales de urea.

Y el caso es que, en cierto modo, es verdad que desde el punto de vista «energético» la química de los seres vivos es muy diferente de la del resto de la naturaleza. La principal distinción radica en la presencia de las enzimas, esas grandes moléculas biológicas formadas en ocasiones por cientos de átomos[141] que tienen como misión acelerar las reacciones químicas que se producen en el interior de las células. Como vimos en el capítulo quinto, los catalizadores son fundamentales para reducir la energía de activación de las reacciones, facilitando procesos que de lo contrario tardarían mucho en producirse. En ese sentido, la mayoría de las reacciones que tienen lugar dentro de un organismo vivo necesitan a las enzimas, que actúan según un mecanismo semejante al de una llave y una cerradura que facilita mucho el que las moléculas reaccionen. En el fondo, una enzima es una especie de alcahueta biológica; se encarga de organizar la cita para que los amantes hagan el resto.

La principal característica de las enzimas es su exquisita especificidad. Cada una de ellas actúa sobre determinadas moléculas (muchas veces únicamente sobre una en concreto) y solamente sobre esas. Así que, como pueden imaginarse, en una célula humana existen miles de enzimas diferentes, de cada una de las cuales puede haber hasta un millón de ejemplares. Todas estas diminutas máquinas protagonizan un espectacular despliegue de nanotecnología a través del cual catalizan en cada instante cientos de reacciones químicas diferentes, muchas de ellas encadenadas unas con otras, necesarias para mantener con vida a las células. La actividad de las enzimas es a su vez modulada por otras sustancias en función de la situación y de las necesidades, todo lo cual da lugar a la increíble orgía de transformaciones moleculares que se encuentra detrás de cada minuto de la existencia de cualquiera de los seres vivos, ya sean amebas o seres humanos.

El cómo se ha llegado a un estado de semejante complejidad tiene que ver con los miles de millones de años que lleva la vida evolucionando, pues cada pequeño paso, cada nueva enzima, ha ido dotando a las criaturas que pueblan el planeta con una mayor capacidad de supervivencia, una característica muy relacionada con la eficiencia de sus procesos internos. Y es que la eficacia de las enzimas es diabólica. En ocasiones, aceleran una reacción millones de veces con respecto al proceso no catalizado y, además, recuperan su estado automáticamente después de actuar, de modo que pueden funcionar a buen ritmo indefinidamente. Son una auténtica maravilla de la naturaleza, un fantástico regalo de la evolución que protagoniza todas y cada una de nuestras acciones, de nuestros movimientos y de nuestros pensamientos.

¿Cuál es la relación de las enzimas con la energía? Al tratarse de catalizadores, no alteran el equilibrio de las reacciones, sino únicamente su velocidad.

Diagrama que ilustra el modelo de ajuste inducido de la actividad enzimática.

Dicho de otro modo, en presencia de una enzima la reacción avanza en la misma dirección en la que lo haría en su ausencia, solo que más rápido. Su trabajo consiste en habilitar para las moléculas que van a reaccionar («sustratos») un ambiente óptimo que facilite el proceso —de ahí la analogía con la alcahueta— pero no pueden modificar el balance energético de la reacción. Sin embargo, eso no hace ninguna falta, ya que su extraordinaria capacidad para acoplar unas reacciones con otras permite que se puedan facilitar muchas que por sí mismas resultan «energéticamente desfavorables»[142].

Ahora bien, curiosamente, aunque el número de reacciones químicas que se producen en una célula es muy grande, resulta que los procesos clave, aquellos que verdaderamente protagonizan los intercambios de energía en nuestro organismo y que hacen funcionar todo lo demás, son apenas unos pocos. Un puñado de reacciones inventadas por la evolución en la noche de los tiempos, cuyo papel es tan trascendente que se han conservado prácticamente intactas a lo largo de eones, a través de un incontable número de criaturas.

La principal de las rutas metabólicas[143] de este tipo en los organismos que consumimos oxígeno es el llamado ciclo de Krebs — también llamado ciclo del ácido cítrico— una especie de círculo virtuoso al que van a parar la mayor parte de las moléculas procedentes de los alimentos y de las que obtenemos energía, ya sean azúcares, grasas o proteínas, y que lleva el nombre de su descubridor, Hans Adolf Krebs (1900-1981), un bioquímico alemán que en 1931 tuvo la excelente idea de emigrar a Inglaterra antes de que las cosas se complicasen en su país. Dentro de una célula, el ciclo de Krebs tiene lugar en las mitocondrias, esa especie de centrales energéticas en miniatura, y opera a través de varias reacciones encadenadas cuyo efecto es el desprendimiento de dióxido de carbono y de una buena cantidad de energía que se acumula en forma de una especie de moneda universal de intercambio, el famoso ATP[144].

El ATP es para la bioquímica lo que el dólar o el euro para la economía. Cada vez que se produce una transacción (léase reacción), se utiliza esta ubicua molécula como medio de pago/cobro (léase absorción/emisión de energía). En el ATP, tres de sus enlaces químicos almacenan una gran cantidad de energía potencial —algo así como si tienes un billete de quinientos euros, pero con mejor salida— y es por eso que la vida lo escogió para impulsar sus trapicheos. Además de en el ciclo de Krebs, el ATP se forma en toda la cadena de transformación del alimento que recibe una célula[145], de manera que el procesado de una sola molécula de glucosa da lugar a entre treinta y treinta y ocho moléculas de ATP, listas para participar en todos los procesos del organismo que requieran energía, desde la contracción muscular a la síntesis de proteínas.

Esquema del ciclo de Krebs.

En la fotosíntesis de las plantas, es también el ATP la molécula en la que termina almacenándose la energía de la luz solar, una prueba impresionante del carácter universal de esta humilde molécula, elegida hace cientos de millones de años por las fuerzas ciegas de la evolución para dar impulso a nuestras vidas.

Como vemos, en el fondo, un organismo vivo en general y un cuerpo humano en particular no son más que eficientes máquinas biológicas que queman compuestos de carbono para almacenar la energía que luego necesitan para moverse, lo mismo que si se tratase de máquinas de vapor o de automóviles. La energía contenida en los enlaces químicos, que como vimos en el capítulo quinto no es sino una forma de energía potencial, resulta ideal para la tarea porque a través del ATP podemos manejarla a gusto del consumidor, de modo que solo tenemos que quemar los alimentos que consumimos para disponer de un buen montón de «dinero» con el que pagar todas nuestras facturas.

Ahora bien, esta quema de alimentos dentro de las células utiliza oxígeno como oxidante, y es por eso que necesitamos respirarlo para que el proceso tenga lugar. Sin embargo, eso no significa que todos los seres vivos estemos condenados a vivir a su costa, dado que existen muchas reacciones químicas que liberan energía y en las que el agresivo elemento no forma parte de la ecuación. Simplemente, la obtención de energía mediante la oxidación de los compuestos de carbono con oxígeno es la manera más eficaz que ha encontrado la naturaleza para hacerlo, algo que puede entenderse si tenemos en cuenta las propiedades de este último elemento y la necesidad imperiosa de utilizar las moléculas orgánicas como sustrato.

Durante mucho tiempo, el fenómeno de la respiración estuvo envuelto en el más completo de los misterios. Los antiguos griegos le echaban la culpa, una vez más, a la consabida «fuerza vital» insuflada por los dioses, que supuestamente la ponía en marcha durante el nacimiento. Algunos sabios del mundo clásico se dieron cuenta de que la respiración estaba relacionada de algún modo con la sangre, pero fue el descubrimiento de la circulación sanguínea lo que puso de manifiesto la existencia de ciertos intercambios entre la roja sustancia y el aire. Finalmente, los experimentos llevados a cabo en las últimas décadas del Siglo de las Luces determinaron que era el oxígeno molecular el que la sangre absorbía, ya fuese en los pulmones o en las branquias, expulsando a cambio dióxido de carbono, algo que ponía en evidencia que la respiración no era otra cosa que una manifestación externa de la combustión controlada de los alimentos. De hecho, el mecanismo detallado de cómo la sangre transporta el oxígeno hasta las células y recoge el dióxido de carbono de desecho quedó plenamente esclarecido en el transcurso de los dos siglos que siguieron. Aunque hoy en día todo esto nos resulte familiar, en su día estos descubrimientos supusieron un golpe muy duro para los que pensaban que la vida solo podía explicarse mediante la intervención de Dios.

Sin embargo, y por extraño que pueda parecer, el invento de respirar oxígeno es relativamente reciente, ya que hubo un periodo de tiempo inimaginablemente largo en el que los organismos primitivos obtenían su energía de una forma muy distinta. De hecho, para dichos organismos «anaerobios» el oxígeno funcionaba como un terrible veneno, capaz de acabar con el individuo más resistente. Creemos que el evento que cambió las cosas tuvo lugar hace unos dos mil cuatrocientos millones de años, cuando el oxígeno que las algas microscópicas expulsaban a la atmósfera como consecuencia de la fotosíntesis alcanzó el nivel suficiente para que algunos organismos evolucionasen para aprovecharlo. Resultó que el oxígeno proporcionaba energía a los nuevos seres vivos con una eficiencia muy superior a la de los sistemas anaeróbicos, por lo que en poco tiempo (en términos geológicos) los organismos que lo utilizaban adquirieron tal ventaja competitiva que terminaron extendiéndose por todo el planeta.

Por descontado, el hecho de que los organismos aerobios sean mucho más eficientes no significa que la obtención de energía en base a otros mecanismos desapareciese por completo, ni muchísimo menos. Simplemente quedó relegada a seres de menor complejidad, por lo general unicelulares, cuyos requisitos de energía eran muy inferiores. De hecho, la variedad de mecanismos existente hoy en día es sorprendente, con bacterias que en lugar de oxígeno utilizan desde compuestos de azufre o iones de hierro a cosas de lo más exótico, como los iones de manganeso o las sales de arsénico. En ocasiones, el proceso de obtención de energía no es una verdadera respiración[146], sino más bien una fermentación, de la que podemos encontrar un ejemplo en la fermentación láctica que se produce en el tejido muscular cuando, a causa de una actividad física intensa, no se produce una aportación adecuada de oxígeno, viéndose las células obligadas a buscar la energía por otro lado.

Este último aspecto nos acerca a una dimensión diferente de la dinámica energética del organismo, más allá del metabolismo celular. En efecto, si pasamos de examinar los mecanismos moleculares de transferencia de energía al ser vivo en su conjunto, podemos hacernos muchas preguntas que tienen que ver con su funcionamiento global. Por ejemplo, ¿cuánta energía consume en realidad un cuerpo humano?

Para responder a esa cuestión debemos tener presente que no es lo mismo el consumo en reposo, también conocido como «tasa metabólica basal» (TMB), que se corresponde con la cantidad básica de energía que necesita el organismo para vivir y que incluye todos los intrincados procesos metabólicos a nivel celular que acabamos de describir, que el consumo ocasionado por la actividad física o el calor que se genera como consecuencia del procesado de los alimentos. Así, en un adulto sedentario, la TMB supone entre el sesenta y el setenta por ciento del consumo energético total. Por el contrario, una persona que esté desarrollando una actividad física intensa puede emplear hasta el setenta y cinco por ciento del total de su consumo de energía en dicha actividad. En este sentido, la práctica de algunos deportes implica un gasto energético muy superior al de otros. Una persona de setenta y cinco kilos de peso que practique el aerobic, por ejemplo, solo consume entre setenta y noventa kilocalorías[147] en media hora, mientras que si corre a buen ritmo o juega al fútbol puede llegar a consumir más de cuatrocientas.

Por otra parte, los requerimientos energéticos básicos difieren mucho de unos organismos a otros, incluso dentro de la misma especie, no siendo los mismos para un hombre, una mujer, un niño o un anciano. En el caso de los varones, por ejemplo, las necesidades de energía en promedio alcanzan un máximo de unas 2800 kilocalorías diarias durante la adolescencia y luego van decayendo con la edad, mientras que las mujeres adolescentes apenas precisan el ochenta por ciento de esa cifra, y sin embargo sus necesidades casi alcanzan a las de los varones jóvenes durante el embarazo y, sobre todo, la lactancia.

Ni que decir tiene que gran parte del consumo de nuestro cuerpo corresponde a los músculos, que utilizan la energía encerrada en los enlaces químicos para realizar todos los trabajos diarios, desde mover objetos hasta desplazarnos de un sitio a otro, pero resulta sorprendente comprobar cómo el cerebro, un órgano cuyo peso no excede del dos por ciento del total de un adulto de setenta y cinco kilos, consume cerca del veinte por ciento del oxígeno y casi el cincuenta por ciento de la glucosa[148] que obtenemos de la alimentación. De hecho, al transformarse la energía durante la actividad cerebral, la máquina más fascinante del universo emite de forma permanente calor con una potencia equivalente a unos quince vatios. Hay algo poético en pensar que tanto las tareas de coordinación del sistema nervioso como los mismísimos fenómenos mentales que se encuentran detrás de una partitura genial o de un trascendental descubrimiento científico gastan a diario lo mismo que una pequeña bombilla, algo que además dice mucho de la espectacular eficiencia energética alcanzada por los seres vivos después de miles de millones de años de evolución.

Pero, además, semejante consumo de energía también nos indica otra cosa. Y se trata de algo importante. En efecto, el hecho de que la actividad cerebral, que por sí misma no constituye un trabajo pesado (no andamos moviendo el cerebro de un sitio a otro), conlleve una parte muy importante del gasto energético de nuestro cuerpo, es un claro indicio de que la entidad que conocemos como mente humana consume energía y, por tanto, se trata, más que probablemente, de un fenómeno que sigue exactamente las mismas leyes que el resto de la realidad, lo cual dificulta mucho la existencia de un «alma humana», entendida esta como algo que se rige por reglas diferentes, ajenas al mundo material. Tanto es así que aquellos que abogan por la existencia de una vida después de la muerte deberían preguntarse qué procesos de transferencia de energía serían responsables de sostener el equivalente a una consciencia humana fuera del cerebro.

Pero, volviendo a la alimentación, ¿por qué cuando dejamos de comer no se «para» nuestro cuerpo? Sencillamente, no es que no se pare, es que tarda bastante en hacerlo. Al igual que muchas supuestas máquinas de movimiento perpetuo seguían funcionando aparentemente sin aporte de energía porque los mecanismos de relojería que contenían hacían que la cuerda que se les había dado durase mucho rato, en el caso de nuestro cuerpo parte de la energía que obtenemos de los alimentos se acumula en forma de grasa, un tipo de moléculas capaces de almacenarla en gran cantidad. De esta manera, disponemos de una reserva de la que podemos tirar cuando las cosas se ponen feas. Se trata obviamente de un mecanismo utilísimo, y no hay más que pensar en lo que podía costarle a un cazador de la Edad de Piedra conseguir comida abundante para entender hasta qué punto resultaba conveniente guardar parte de la energía obtenida durante algún tiempo, por si acaso no se podía volver a comer hasta dentro de tres o cuatro días. Por descontado, si el periodo de ayuno se prolonga demasiado, el cuerpo primero adelgaza, luego desfallece y finalmente agota su energía de reserva, pudiendo llegar a morir de inanición, pero el hecho de que la resistencia se prolongue a veces durante semanas habla a gritos de la espectacular eficiencia del proceso.

Pero, ¡ay!, lo que funcionaba de maravilla hasta no hace mucho tiempo, cuando comer a diario era un lujo, a menudo es ahora un problema. En las modernas sociedades opulentas, conseguir alimentos nutritivos y baratos es tan fácil que prácticamente no necesitaríamos almacenar nada. Sin embargo, la evolución tarda mucho tiempo en adaptar un organismo a una nueva realidad, de manera que el sistema de acumulación de energía «por si las moscas» sigue funcionando exactamente igual que cuando no había comida disponible, lo que implica que la gente pueda engordar hasta extremos insospechados. En el momento en el que se escribe este libro, la nueva epidemia del sobrepeso afecta a cuatro de cada diez adultos del planeta, con más de uno de cada diez manifestando obesidad, una proporción que resulta todavía mayor en los países desarrollados.[149] La razón de que el sobrepeso sea considerado un problema tiene que ver, una vez más, con la falta de adaptación del cuerpo humano a la acumulación permanente de grasa. En este sentido, la obesidad está vinculada a una mayor frecuencia de dolencias importantes, incluyendo la diabetes, las enfermedades cardiovasculares y determinados tipos de cáncer. Se calcula que cada año fallecen cerca de tres millones de personas en el mundo como consecuencia del sobrepeso, y casi la mitad de los casos de diabetes son imputables a esta nueva plaga que afecta a la humanidad.[150]

¿Cómo puede combatirse el sobrepeso? Como sería de esperar, la clave reside en el balance de calorías que entran y salen del organismo, lo cual apunta evidentemente a comer menos y hacer más ejercicio. Aquí es importante resaltar la conjunción «y», ya que una de las dos cosas por separado tal vez no sea suficiente. Por ejemplo, si reducimos la ingesta de calorías pero nos pasamos el día tumbados enfrente del televisor, nuestros esfuerzos podrían no resultar muy eficaces, lo mismo que si frecuentamos el gimnasio pero luego nos atiborramos de hamburguesas. Esto, que es de sentido común, podría parecer fácil de ejecutar, pero en la práctica cuesta mucho, quizá porque, tal y como ya hemos comentado, nuestro organismo está preparado justo para hacer lo contrario. De este modo, y debido a la falta de motivación, muchas personas se echan en brazos de las llamadas «dietas milagro», un conjunto de sandeces y supercherías diseñadas por individuos espabilados para sacarle los cuartos al prójimo que resultan completamente inútiles, cuando no peligrosas. La clave del innegable éxito de muchas de estas estafas radica en prometerle a la gente que va a adelgazar sin hacer ejercicio y sin renunciar a comer lo que les gusta.

Las dietas bajas en carbohidratos buscan alcanzar estados de cetosis. En este estado de falta de carbohidratos la obtención de energía se logra mediante el por catabolismo de los ácidos grasos generando cuerpos cetónicos que descomponen la grasa almacenada.

Entre las supuestas dietas surgidas en los últimos tiempos para aprovecharse del sobrepeso generalizado, las más perjudiciales para la salud son las que abogan por suprimir ciertos tipos de nutrientes en beneficio de otros. La dieta Atkins, por ejemplo, recomienda reducir la ingesta de carbohidratos al mínimo, permitiendo sin embargo ponerse las botas a base de grasas y proteínas. El desequilibrio resultante puede aumentar los niveles de colesterol y dañar los riñones. En otros casos, lo que se pretende es fomentar el ayuno a corto plazo, obviando la facilidad con la que el peso se recupera una vez el «tratamiento» ha terminado. En realidad, la única forma de adelgazar con garantías es compaginar una reducción ligera pero permanente en la ingesta de calorías con un aumento sostenido del nivel de ejercicio físico.

Y el caso es que existen evidencias de que un ayuno extremo y prolongado puede tener consecuencias beneficiosas para el organismo, al menos en animales de laboratorio. Este misterioso efecto fue descubierto en 1934, cuando investigadores de la Universidad Cornell descubrieron que las ratas alimentadas con una dieta muy baja en calorías, pero con todos los nutrientes necesarios, vivían considerablemente más que sus congéneres. Con el tiempo, se ha comprobado que a muchas otras especies les pasa lo mismo, ya sean arañas, moscas o gusanos. Naturalmente, la pregunta inmediata es por qué la restricción calórica severa aumenta la longevidad en organismos que están muy alejados entre sí en el árbol de la vida. De momento no sabemos la respuesta, aunque quizá lo más plausible sea que estemos ante un mecanismo ancestral de defensa destinado a proteger a los animales del estrés y relacionado con un bajo consumo de energía. De todas formas, conviene ser muy cautos al respecto y buscar alternativas, ya que aunque la restricción calórica funcionase bien en humanos parece poco atractivo pasarse la vida muertos de hambre. Como dicen los científicos con sorna, no sabemos si un método semejante puede alargarnos la vida, pero es seguro que hará que no merezca la pena.

Ahora bien, llegados a este punto, ¿no parece como si el fenómeno de la vida estuviese violando flagrantemente las leyes de la termodinámica que examinamos en el capítulo tercero? ¿No debería ser imposible que estructuras tan complicadas se construyan de forma casi espontánea, a partir de sencilla materia inanimada? ¿Cómo pudo surgir la vida a partir de un entorno tan desorganizado como el que debió caracterizar el planeta hace cuatro mil millones de años? ¿No es esto una prueba de que detrás de los seres animados hay «algo más»?

La respuesta, como pueden imaginarse, es que no. Como vimos al hablar de termodinámica, las leyes del universo no prohíben que las cosas se organicen para construir estructuras complejas, únicamente exigen que el «desorden» que esparcen a su alrededor sea mayor que el «orden» localizado que crean. Además, las leyes hacen referencia al universo en su conjunto, no a regiones concretas. En este sentido, el «desorden» que provocamos cuando digerimos un alimento es muy superior al «orden» que generamos al mantener nuestras estructuras celulares, en línea con la inexorable y ominosa segunda ley. Por este motivo, a los seres vivos también se les conoce a veces a nivel especializado como «estructuras disipativas»[151]. Es como si la vida fuese una isla, o una «cola de complejidad», como dicen los científicos, en un universo que tiende a simplificarse en su conjunto.

Entonces, ¿qué es lo que sucedió en nuestro planeta? Por lo que sabemos, la vida requiere de la presencia de agua líquida, de un conjunto de moléculas precursoras que puedan servir de «ladrillos» y de una o varias fuentes de energía. Nada de eso faltaba en la tierra primitiva, ya fuese en charcas en las que se acumulaban moléculas de diferentes tipos o en las fumarolas del lecho oceánico. Literalmente, nuestro hogar era un auténtico laboratorio químico que dispuso de cientos de millones de años para experimentar. Ya en la década de los veinte del pasado siglo el bioquímico ruso Aleksander Oparin (1894-1980) propuso que la acción de los rayos ultravioleta y de las descargas eléctricas sobre los gases de la atmósfera habría podido formar moléculas relativamente complejas, tales como los aminoácidos que componen las proteínas. De hecho, en un famoso experimento llevado a cabo en 1952, el químico estadounidense Stanley L. Miller (1930-2007), entonces un brillante estudiante de la Universidad de California, demostró que sometiendo a continuas descargas eléctricas una mezcla de vapor de agua, metano, amoníaco e hidrógeno, al cabo de varios días se obtenía una mezcla de sustancias orgánicas que incluían a cuatro de los aminoácidos que contienen las proteínas de todos los seres vivos.

Con el tiempo se ha descubierto que la atmósfera primordial no era realmente como se creía en tiempos de Miller, pero las correspondientes variantes de su experimento han arrojado también buenos resultados. El «caldo primordial» bien pudo ser una realidad, como lo es también la compleja química que se produce en el entorno de las fumarolas. A partir de estos ambientes pudieron surgir moléculas relativamente complejas que tenían propiedades catalíticas, y algunas reacciones importantes pudieron también ser catalizadas por las propias superficies en las que las sustancias se acumulaban. Así, y aunque estamos todavía lejos de esclarecer todos los detalles del proceso, podemos afirmar que las aparentemente improbables máquinas biológicas[152] surgieron en su día porque el acoplamiento de las reacciones químicas en entornos muy concretos permitía construir aquellas sin violar ni la conservación de la energía ni la segunda ley, y se perpetuaron porque las leyes de la evolución son tan universales como las de la termodinámica, a pesar de que solo pueden sostenerse a base de un consumo energético continuado. Los asombrosos mecanismos bioquímicos seleccionados por la evolución a lo largo de auténticos abismos de tiempo permiten que ese consumo presente una exquisita eficiencia, pero no deja de ser un consumo, al fin y al cabo.

Experimento de Miller-Urey. [Carny]

Por eso, los organismos no son eternos, ya que no dejan de ser máquinas que, como todas, terminan por estropearse. Cada especie tiene una longevidad determinada, establecida por las fuerzas ciegas de la evolución con la vista puesta en la reproducción, pasada la cual no existe ninguna presión que impulse a la naturaleza a proteger del deterioro a individuos tan caros de mantener. Cuando el individuo es joven tiene un organismo casi perfecto, porque los que no lo son mueren antes de reproducirse, pero a partir de ese momento los defectos en la maquinaria se van acumulando más o menos deprisa, hasta que el organismo termina por colapsarse y morir, y no hay nada en el mundo que pueda volver a poner en marcha (léase «resucitar») una estructura tan compleja sin pasar por el minucioso y detalladísimo plan de construcción, desarrollado a lo largo de miles de millones de años, que se pone en marcha durante la fecundación.[153]

Por lo demás, y aunque supiésemos imitarlo, que no sabemos, hacerlo sería económicamente prohibitivo, porque tendríamos que gastar una enorme cantidad de energía en combatir la tiranía de la fatídica segunda ley. Por eso, no se haga usted mala sangre. En este universo nada es gratuito, y cuando la máquina es vieja es mejor tirarla y construir otra nueva, ya sea en forma de un hijo o de un nieto suyo.[154]

Capítulo XI

Caminando hacia las estrellas

«El automóvil es por el momento solo un lujo reservado a los ricos, pero aunque en el futuro su precio disminuya, nunca llegará a ser un medio de transporte tan popular como la bicicleta».

The Literary Digest, 1899.

Una de las cosas que sin duda más nos dan la sensación de ser una especie físicamente limitada es observar la velocidad de la carrera de los felinos o el majestuoso vuelo de las aves. Un caballo de competición alcanza los setenta kilómetros por hora al galope, un guepardo puede alcanzar los ciento quince y el halcón peregrino, una de las aves más rápidas del mundo, los trescientos ochenta y nueve. En comparación, la plusmarca de los cien metros lisos la tiene desde 2009 el atleta jamaicano Usain Bolt, que corrió la distancia en nueve segundos y cincuenta y ocho centésimas, lo que equivale a decir que lo hizo a un promedio de velocidad de treinta y siete kilómetros y medio por hora, es decir, aproximadamente la mitad que el caballo, tres veces menos que el guepardo y diez menos que el halcón. No es de extrañar, pues, que los hombres buscásemos en seguida el medio de multiplicar nuestra capacidad de movimiento.

Naturalmente, la primera opción no fue otra que aprovecharse de animales como el caballo, sobre todo a partir de la invención de la rueda, uno de los inventos más trascendentales de toda la historia de la humanidad. La rueda es una herramienta extraordinariamente eficaz a la hora de evitar todo lo posible la disipación de la energía, ya que al apoyarse continuamente en un solo punto de la superficie minimiza las pérdidas por rozamiento. Basta con comparar el esfuerzo que hay que hacer para arrastrar un bloque de piedra con respecto a transportarlo sobre ruedas para entender de lo que estamos hablando. Es muy probable que la rueda se inventase en el quinto milenio antes de Cristo en Mesopotamia, en un principio para facilitar el trabajo de los alfareros, pero creemos que un milenio después[155] ya estaba plenamente implantada en todo el Creciente Fértil como máquina integrada en los carros de transporte. Las primeras ruedas eran discos de madera con un agujero en el centro para insertarlas en un eje, pero durante el segundo milenio se desarrolló en el Asia Central la rueda con radios, que permitía la construcción de vehículos más rápidos y ligeros. En tanto en cuanto la tecnología de la rueda permitía transportar personas y mercancías por tierra a mayor velocidad de la que podía habitualmente permitirse el ser humano, en el agua eran el empuje de los remos y la fuerza del viento las alternativas a una travesía a nado o a bordo de una balsa empujada por la corriente. En el colmo de su potencia, una quinquerreme romana o cartaginesa medía unos cuarenta y cinco metros de eslora, desplazaba unas cien toneladas y transportaba unas cuatrocientos personas a bordo, lo que no está nada mal.

Antiguo artefacto sumerio conocido como Estandarte de Ur (2500 a. C.) del que sacamos un extracto de un carro tirado por un onagro.

Durante muchos siglos apenas se produjeron cambios en la tecnología del transporte, básicamente porque ni el tiro de los animales ni las velas de los barcos daban más de sí. Quizá el ejemplo más avanzado de un transporte impulsado por el viento fuesen los rápidos clipers del siglo XIX, navíos largos y estrechos que conseguían competir con los primeros barcos de vapor, al ser capaces de recorrer miles de millas sin tener que hacer escalas para recargar carbón. Pero lo cierto es que el advenimiento de la máquina de vapor cambiaría el transporte para siempre. El primer intento de introducir el vapor para aumentar la velocidad de los vehículos tuvo que ver con el ferrocarril, a principios del siglo XIX. En aquella época, se empleaban caballerías para arrastrar vagones de madera sobre rieles de hierro fundido durante trayectos cortos, sobre todo desde las minas a los embarcaderos de los canales, hasta que en 1804 el ingeniero inglés Richard Trevithick (1771-1833) diseñó la primera locomotora de vapor que podía funcionar. En ella, el vapor proporcionaba una potencia extraordinariamente superior a la de los animales, transmitiendo la energía a las ruedas a través de engranajes. Sin embargo, aunque la locomotora de Trevithick era realmente revolucionaria, aún tardaría años en ser operativa debido a que los raíles no soportaban el peso de la máquina. La introducción de la cremallera en 1811 y de los raíles de hierro forjado en 1820 comenzó a solucionar el problema, de manera que cinco años después George Stephenson (1781-1848) construía la primera línea férrea pública del mundo entre las localidades de Stockton y Darlington. La vida de Stephenson es un ejemplo de cómo el talento innato de una persona puede ayudarle a salir adelante contra viento y marea. Hijo de un humilde minero, en su infancia cuidaba de las vacas y no aprendió a leer hasta los dieciocho años. A los veintitrés entró a trabajar en la mina sustituyendo a su padre, que se había quedado ciego, y no fue casi hasta los treinta cuando un agricultor le enseñó nociones de matemáticas y de mecánica. Sin embargo, ya durante su estancia en la mina no paraba de inventar cosas muy prácticas, entre ellas una de las primeras lámparas de seguridad del mundo, un simple ensayo de lo que más tarde lograría con el ferrocarril.

Dibujo de la locomotora de Trevithick de 1802.

De la mano de gente como Trevithick y Stevenson, y tras incontables milenios, por primera vez en la historia de la humanidad se transportaba algo a gran escala sin tener que echar mano de la fuerza de los músculos, de las corrientes de agua o del viento[156]; así que, como no podía ser de otra manera, el ferrocarril se extendió por todo el mundo en cuestión de pocas décadas. Además, el poder del vapor fue aplicado también a la navegación casi al mismo tiempo que a los trenes. Ya en una fecha tan temprana como 1783, Claude François Dorothée (1751-1832), marqués de Jouffroy d’Abbans, había desarrollado un primitivo barco de vapor de cuarenta y cinco metros de eslora que no prosperó debido a que su noble creador se vio obligado a emigrar al estallar la Revolución francesa. Pero en 1807, el estadounidense Robert Fulton (1765-1815) botaba con éxito en el río Hudson un barco de vapor con ruedas de paletas a ambos lados del casco que pronto establecería el primer servicio regular. El diseño de paletas se hizo muy popular en la navegación fluvial a lo largo del siglo XIX porque los buques necesitaban poco calado. Con el tiempo, la mejora en la potencia de las máquinas y la mayor eficiencia de los motores hizo que los vapores se hicieran con casi todas las rutas comerciales, abandonándose definitivamente las veteranas velas, que habían dominado la navegación durante siete mil años.

Sin embargo, los impresionantes avances científicos y tecnológicos hicieron que el reinado del transporte de vapor fuese mucho más breve que el de sus predecesores. En efecto, las locomotoras de los ferrocarriles y las turbinas de los barcos eran pesadas y farragosas de operar, además de muy caras de mantener. Ya en el cenit de la época del vapor se desarrollaron en paralelo las locomotoras con motor eléctrico y, aprovechando el gran desarrollo que venían experimentando tanto la química como la termodinámica, algunos ingenieros comenzaban a trastear con la idea de un motor de combustión interna, en el que la energía mecánica se obtiene directamente de la quema de un combustible que arde dentro de una cámara de combustión.

Más allá de algunos intentos que no llegaron a buen puerto, la invención del nuevo motor puede atribuirse a los diseños de 1853 de los ingenieros italianos Felice Matteucci y Eugenio Barsanti, quien además era sacerdote escolapio.

Recorte de una pintura de Nassau de Robert Fulton, el primer barco de vapor que realizó un servicio regular entre Manhattan y Brooklyn.

Siguiendo su estela, en 1860 el belga Jean Joseph Étienne Lenoir (1822-1900) creaba un motor de dos tiempos con el que equipó un rudimentario automóvil. Estos prototipos carecían de la fase de compresión, lo que provocaba que el motor no fuese muy eficiente. El automóvil de Lenoir, por ejemplo, pesaba veinte toneladas y tardaba tres horas en recorrer seis kilómetros, lo que equivale a decir que podía ser adelantado fácilmente por una persona que caminase con normalidad. Pero dos años más tarde, Alphonse Beau de Rochas (1815-1893), un modesto inventor francés que llegó a vivir en una chabola y que casi siempre se trasladaba a pie porque no podía pagarse el billete del coche de caballos, presentaba la patente del primer motor de cuatro tiempos, patente que en seguida pasó a dominio público porque Alphonse no podía sufragar su coste anual. Fue aprovechando los pasos dados por Lenoir y Beau de Rochas que el ingeniero alemán Nicolaus Otto (1832-1891) creaba en 1876 el célebre motor de cuatro tiempos cuyo funcionamiento aprendemos en la escuela y que se convertiría en el prototipo de todos los motores de combustión interna posteriores.

El motor de Otto y sus derivados tuvieron un éxito inmediato y comenzaron a reemplazar a los motores de vapor en los trenes y en los barcos, ya que desarrollaban una potencia igual o mayor ocupando mucho menos espacio y requiriendo menos mantenimiento. En particular, a partir de la invención en 1894 del motor diesel —un tipo de motor de combustión interna que no necesita que se provoque la ignición con una chispa— muchos de los vehículos pesados del siglo XX pasaron a ser equipados con el nuevo sistema de locomoción. Pero, además, el motor de cuatro tiempos anunciaría el advenimiento de los automóviles, el primero de los cuales equipado con un motor de Otto fue construido por Karl Friedrich Benz (1844-1929) en 1886[157]. Dos años más tarde, su mujer Bertha realizaría, sin decírselo a su marido y sin el permiso de las autoridades, el primer viaje largo en automóvil de la historia, recorriendo los ciento cinco kilómetros de distancia entre las localidades de Mannheim y Pforzheim entre el amanecer y el crepúsculo[158]. El extraordinario viaje resultó un completo éxito, llamando de forma masiva la atención de la prensa y de la opinión pública. Fue el principio del predominio absoluto de un instrumento fundamental de nuestra civilización, no en vano se calcula que en 2020 circulan, incluyendo camiones y autobuses, alrededor de mil cuatrocientos millones de automóviles por todo el mundo, es decir, uno por cada cinco habitantes del planeta.

Atendiendo a semejante cifra es fácil advertir el impacto que el motor de combustión interna ha tenido en nuestra civilización; y el caso es que los primeros automóviles también fueron de vapor, aunque tuvieron mucho menos éxito que sus primos del ferrocarril y la navegación marítima. El primero es nada menos que de 1769[159], construido por el inventor francés Nicolás-Joseph Cugnot (1725-1804), y era tan difícil de manejar que uno de los prototipos acabó chocando con una pared que se derrumbó, en lo que sin duda se trató del primer accidente automovilístico de la historia. Los automóviles de vapor se desarrollaron en paralelo a los de combustión interna, pero en general tenían un rendimiento peor y tardaban en ponerse en marcha. Las continuas mejoras en los motores de cuatro tiempos, acompañadas de la ayuda de la electricidad a través del motor de arranque[160], terminaron por imponer la gasolina y el gasóleo como combustibles de preferencia en lugar del vapor. Además, en 1908 el empresario estadounidense Henry Ford (1863-1947) sustituía el proceso artesanal que hasta entonces requería la construcción de un automóvil por las primeras cadenas de montaje, que en el caso del famoso Ford modelo T le permitieron alcanzar cifras de fabricación impensables con anterioridad. Así, en Estados Unidos los automóviles reemplazaron rápidamente a los vehículos de tracción animal, que pasaron a convertirse en otro recuerdo para el baúl de la historia.

Ilustración de un motor Otto de combustión interna de fabricación estadounidense, 1880-1881. [Popular Science]

Por lo demás, en uno de esos periodos especiales que se caracterizan por el advenimiento de nuevas tecnologías que confluyen en el momento y lugar oportunos, el motor de combustión interna iba a ser el aliado perfecto para que el hombre culminase uno de sus mayores anhelos, que no es otro que ser capaz de surcar los cielos y volar. Durante mucho tiempo, la humanidad había intentado remedar el vuelo de los pájaros, una tarea imposible para nosotros debido a que nuestro físico no cuenta con las características adecuadas para ello.

Flota de automóviles Ford en filas, listos para su entrega. [Library Congress, Caufield & Shook, 1925]

Combatir la atracción gravitatoria con pura fuerza muscular conlleva un gran consumo de energía, y en ese sentido las aves han evolucionado liberándose de mucho peso. Sus huesos, por ejemplo, están huecos. Además, tanto la forma aerodinámica de sus cuerpos como la configuración de sus alas y de su musculatura pectoral facilita el empuje del aire hacia abajo. Los intentos de los humanos por seguir la senda de los pájaros nunca llegaron a buen puerto y muchos pioneros se dejaron la vida en ello, aunque algunos diseños como el «helicóptero» de Leonardo da Vinci resultaban interesantes. El problema era obviamente cómo conseguir la sustentación, algo que no podía resolverse aplicando solamente la fuerza muscular.

Una alternativa interesante surgió con el desarrollo de los globos aerostáticos, que aprovechan que el aire caliente tiene menos densidad que el frío (dicho de otra manera, a igualdad de volumen pesa menos) para ascender. En 1709, el sacerdote brasileño Bartolomeu de Gusmão (1685-1724) había hecho la primera demostración pública con un globo no tripulado, pero fue ridiculizado por la Iglesia y difamado y perseguido por la Inquisición. Hubieron de transcurrir casi tres cuartos de siglo hasta que los hermanos Montgolfier[161] impresionaran a la corte francesa y a otros ciento treinta mil espectadores en los jardines de Versalles haciendo elevarse un globo de tela y de papel tripulado por un gallo, una oveja y un pato.

Pero el globo era un instrumento de capacidades limitadas y difícil de controlar, al igual que los planeadores. Era necesario encontrar una forma de proporcionar a los aparatos el suficiente empuje como para que pudiesen avanzar por el aire a la vez que el desplazamiento de este hacia abajo servía de «colchón» de sustentación. La máquina de vapor parecía prometedora a este respecto y por eso a lo largo del siglo XIX se desarrollaron varios prototipos de vehículos más pesados que el aire, equipados con uno o varios motores de vapor. Estos intentos no llegaron a funcionar bien, pero permitieron a los pioneros de la aviación estudiar a fondo los problemas que había que tener en cuenta, de manera que a finales de siglo todo estaba preparado para que un motor con la suficiente potencia alumbrase el primer avión. Y el motor no podía ser otro que el de combustión interna de Otto.

Foto del Hindenburg en Lakehurst, Nueva Jersey, 1936. [Associated Press / The Oregonian]

Así, el 17 de diciembre de 1903, en la localidad de Kitty Hawk, en Carolina del Norte, el ingeniero e inventor estadounidense Orville Wright (1871-1948) se convertía en la primera persona en volar sobre una aeronave más pesada que el aire propulsada por medios propios. El Flyer, que así se llamaba, era un biplano de doble hélice que recorrió treinta y siete metros en doce segundos. Siete años más tarde, él y su hermano Wilbur llevaban a cabo el primer vuelo comercial de la historia, en el que recorrieron cien kilómetros a una velocidad media de 97 km/h.

Una vez inventados, los aviones de hélice evolucionaron con enorme rapidez, aunque durante algún tiempo tuvieron que competir con los dirigibles, globos aerostáticos autopropulsados mediante motores, primero de vapor y luego eléctricos, que se habían venido desarrollando en paralelo. Los dirigibles tenían la ventaja de poder transportar mucho más cargamento que los aviones, pero eran caros de fabricar y sufrían frecuentes accidentes, el más famoso de los cuales fue el desastre del Hindenburg en 1937[162]. A partir de ese incidente, se hizo evidente que los aviones habían ganado la partida, y los dirigibles quedaron arrinconados.

Así, cuando estalló la Segunda Guerra Mundial tan solo parte del ferrocarril seguía funcionando con motores de vapor, mientras que tanto los automóviles como los barcos y los aviones lo hacían en casi todos los casos con motores de combustión interna que quemaban hidrocarburos. Sin embargo, de la mano del advenimiento de los reactores, los cohetes y el combustible nuclear, el gran conflicto armado supondría un antes y un después en el desarrollo del transporte, hasta el punto de que puede decirse que la tecnología para trasladarse de un sitio a otro cambió más en aquellos seis años que en casi todo el resto de la historia. Y la mayor parte del progreso tuvo que ver, como no podía ser de otra manera, con las nuevas formas de aprovechar y transformar la energía.

Los reactores, por ejemplo, supusieron un avance asombroso para la aviación. En poco más de una generación, las aeronaves más rápidas habían pasado de los cien kilómetros por hora que alcanzaban los primeros biplanos impulsados por un motor de hélice a los novecientos kilómetros por hora del avión de combate alemán Messerchmitt-262, equipado con un turborreactor Junkers Jumo. Lo curioso del caso es que el principio básico del motor a reacción no es otro que nuestra vieja conocida, la tercera ley de Newton (ver capítulo segundo). Aunque hay muchos tipos de reactores, la idea general consiste en utilizar una turbina de gas —una máquina que funciona de manera parecida a la máquina de vapor— para producir un chorro de gases a gran velocidad que genera un empuje en sentido contrario. La gran ventaja del motor a reacción con respecto al de combustión interna es que el rendimiento de este último alcanza su máximo en un avión cuando la velocidad a la que giran las palas de la hélice se aproxima a la del sonido, mientras que en el caso del primero este límite no existe. Un moderno estatorreactor[163] de combustión supersónica —más conocido como scramjet— puede alcanzar una velocidad de Mach 17, lo que quiere decir que viaja diecisiete veces más rápido que el sonido.

Un tipo especialmente poderoso de motor a reacción es el motor cohete, que expulsa un gas generado por la combustión de propelentes (también llamados propergoles) sólidos o líquidos en una cámara a alta presión. Los primeros funcionaban con pólvora y fueron desarrollados en China a modo de fuegos artificiales para ceremonias religiosas, pasando con el tiempo a formar parte del arsenal militar. Posteriormente, los mongoles los introdujeron en Europa y los británicos los llegaron a desarrollar bastante durante el siglo XIX después de sufrirlos en sus carnes de la mano de las tropas del sultán de Mysore. Sin embargo, la historia de los cohetes modernos comienza en 1903, año en el que el profesor ruso de Matemáticas de secundaria Konstantín Tsiolkovski (1857-1935), un tipo brillante y soñador que llevaba años proponiendo soluciones para que la humanidad pudiese colonizar el espacio, publicaba la ecuación clásica del cohete, abriendo así de par en par las puertas de la astronáutica.

La obra del maestro ruso pasó desapercibida en Occidente durante años, pero fue la base de muchos de los desarrollos posteriores, al igual que lo fue en 1926 la invención del estadounidense Robbert Goddard (1882-1945) de la tobera supersónica, un dispositivo que transformaba el gas caliente procedente de la cámara de combustión en un chorro de gas más frío que doblaba el empuje y multiplicaba por treinta la eficiencia del cohete. Como muchos pioneros, Goddard no lo tuvo demasiado fácil, faltándole el más mínimo apoyo por parte de su gobierno y siendo ridiculizado a menudo por la prensa. La falta de visión estadounidense con respecto a las posibilidades que ofrecían los cohetes estuvo a punto de acarrear graves consecuencias para la causa aliada durante la Segunda Guerra Mundial, dado que los alemanes se mostraron mucho más activos en este aspecto.

Boceto de Von Braun de una estación espacial basada en la conversión de una fase del Saturno V S-II en 1964. [NASA]

En efecto, a partir de 1938, en el centro de investigación del ejército en Peenemünde, lumbreras como Hermann Oberth (1894-1989) y Wernher von Braun (1912-1977) ponían a punto el impreciso pero letal V2, el primer cohete verdaderamente operativo de la historia[164], base del posterior programa espacial de soviéticos y americanos, así como del desarrollo de los misiles intercontinentales.

Una vez la tecnología de los cohetes de combustible líquido se hubo consolidado, era solo cuestión de tiempo que nuestra especie alcanzase el espacio, aunque solo fuera para colocar satélites artificiales en órbita alrededor del planeta. Los cohetes eran capaces de desplegar la energía necesaria para contrarrestar la atracción gravitatoria alcanzando la velocidad de escape, que en el caso de la Tierra es de 11,2 m/s[165]. Algunos de los artefactos construidos en los años sesenta eran descomunales, como el gigantesco Saturno V, responsable del programa Apolo que nos llevó a la Luna, un monstruo de ciento diez metros de altura —el tamaño de un pequeño rascacielos— y casi tres mil toneladas de peso que utilizaba la enorme energía que se desprende al combinar el hidrógeno y oxígeno líquidos para poner en órbita un cargamento de casi ciento veinte toneladas.

Pero la última y más poderosa de las tecnologías de transporte dispuestas a raíz de la Segunda Guerra Mundial no fue otra que la nuclear, un efecto colateral positivo del desarrollo de los reactores de fisión necesarios para construir las primeras bombas atómicas. Como ya sabemos, los reactores nucleares son capaces de suministrar energía durante un periodo de tiempo muy prolongado, ya que aprovechan la que se libera como consecuencia de la desintegración de los átomos. Tanto los soviéticos como los estadounidenses vieron inmediatamente la utilidad de semejante propiedad para equipar con reactores, por ejemplo, navíos capaces de pasar décadas sin tener que repostar. Es el caso de los portaaviones nucleares estadounidenses, que se tiran la friolera de entre quince y veinte años sin tener que reponer el combustible, o de los submarinos nucleares, algunos de los cuales no necesitan repostar ni una sola vez a lo largo de toda su vida útil de servicio.

Ahora bien, hay que decir que, si bien es cierto que la tecnología del transporte se desarrolló de forma exponencial durante el célebre conflicto, no lo es menos que en las últimas décadas han aparecido toda una gama de nuevos métodos de aprovechar la energía con la mayor eficacia posible. En primer lugar, hay que mencionar los esfuerzos llevados a cabo, a partir de la crisis del petróleo de los años setenta, por reducir el consumo de los vehículos, sobre todo de los automóviles. Por poner un ejemplo, un coche estadounidense medio recorría en el año 2000 unos diez kilómetros por cada litro de gasolina consumido, mientras que en 2015 recorre unos quince, es decir, un cincuenta por ciento más. Las medidas de eficiencia energética en el transporte son fundamentales para reducir el impacto del calentamiento global, algo que, como veremos en el capítulo decimotercero, puede tener gravísimas consecuencias para nosotros a largo plazo. En el caso de los automóviles, estas medidas se ven acompañadas por el estímulo a la utilización de vehículos equipados con motores eléctricos, así como por la investigación dirigida al desarrollo de las pilas de hidrógeno.

Curiosamente, la historia de los coches eléctricos es casi tan antigua como la de aquellos equipados con motores de combustión interna, pues los primeros vehículos funcionales fueron desarrollados en la década de 1880[166], una época en la que también fue creado, por ejemplo, el motor fuera borda. A finales del siglo XIX, en ciudades como Londres se introdujeron las primeras flotas de estos vehículos, que parecían destinados a ganarles la partida a los que quemaban hidrocarburos. En efecto, los coches eléctricos presentaban varias ventajas con respecto a sus competidores de gasolina, pues hacían menos ruido, olían mejor y eran más fáciles de arrancar. Así, a principios del siglo XX casi el cuarenta por ciento de los automóviles eran eléctricos, frente a un veintidós por ciento de gasolina y el resto de vapor. Sin embargo, a partir de 1910 la escasa potencia y la limitada autonomía de los vehículos eléctricos les hizo perder atractivo frente a los cada vez más potentes y rápidos coches de gasolina, capaces de recorrer largas distancias con un combustible que se fue abaratando como consecuencia del descubrimiento de grandes reservas de petróleo. La investigación en cuanto a los coches eléctricos virtualmente se detuvo, hasta que la necesidad de combatir la contaminación y buscar alternativas a los hidrocarburos a largo plazo resucitó el interés por ellos a finales del siglo pasado. Hoy en día, los vehículos eléctricos equipados con modernas baterías de ion litio son serios competidores de los coches de gasolina, alcanzando velocidades comparables a las de muchos de ellos y con una autonomía de cientos de kilómetros[167].

En cuanto a la pila de combustible, es un dispositivo de conversión de energía similar a una batería, con la diferencia de que está diseñada para permitir el abastecimiento continuo de los reactivos. Hay muchos tipos de células de combustible, aunque la más habitual es la que consume hidrógeno o metanol y oxígeno del aire. Aunque de momento su comercialización es muy limitada, la principal ventaja de los vehículos equipados con este dispositivo es que solo producen agua, lo que los convierte en ideales para reducir la contaminación[168].

Pero si el automóvil flirtea ya abiertamente con la electricidad, el ferrocarril lo hace también con su primo el magnetismo, a través del fenómeno conocido como levitación magnética, un sistema de transporte que utiliza un gran número de imanes para la sustentación y propulsión de los trenes. Los trenes impulsados con este método no son mucho más rápidos que los trenes convencionales de alta velocidad, pero tienen la ventaja de ser más suaves y silenciosos, ya que la ausencia de contacto con los raíles hace que la única fricción sea con el aire. Sin embargo, aunque existen actualmente varias líneas en funcionamiento, la utilización comercial del tren de levitación magnética se ve todavía limitada por el coste de la infraestructura y el elevado consumo de energía.

Ahora bien, la larga carrera por desplazarnos cada vez más rápido y más lejos nos ha llevado, como ya vimos al hablar de los cohetes, a la incipiente conquista del espacio. Por supuesto, esta no es una frontera cualquiera, sino un territorio inimaginablemente inmenso en el que, por poner un ejemplo, un avión comercial tardaría siete años en llegar a un planeta tan cercano como Marte. Es evidente, pues, que los sistemas de propulsión convencionales son insuficientes para explorar el sistema solar, por no hablar de alcanzar otras estrellas. Entonces, la pregunta es si hay nuevas formas de transformar la energía que puedan ayudarnos a llevar a cabo semejante hazaña.

En honor a la verdad, hay que decir que en las últimas décadas se han hecho avances considerables en ese sentido. De hecho, algunas de las sondas más famosas enviadas al espacio con el fin de estudiar los planetas exteriores, incluyendo las Pioneer 10 y 11, Voyager 1 y 2, Galileo, Ulysses, Cassini y New Horizons, han sido equipadas con un generador termoeléctrico de radioisótopos que obtiene energía eléctrica a partir de la desintegración de elementos radiactivos como el plutonio-238[169]. Una vez las sondas han sido aceleradas aprovechando el campo gravitatorio de los planetas, pueden seguir su curso durante muchos años sin necesidad de repostar. Así, por ejemplo, el 25 de agosto de 2012, y tras treinta y cinco años de viaje, la Voyager-1 se convertía oficialmente en el primer objeto fabricado por el hombre que se adentraba en el espacio interestelar, más allá de la influencia de nuestro Sol. A día de hoy la legendaria sonda, que contiene un disco de oro con información acerca de nuestra especie, se encuentra a más de veinte mil millones de kilómetros de la Tierra, y continúa surcando el firmamento como una solitaria botella en el inmenso océano cósmico a la respetable velocidad de diecisiete kilómetros por segundo (más de sesenta mil kilómetros por hora).

Cosa distinta sería enviar una nave espacial a otra estrella. Para llegar en un tiempo razonable al sistema Alfa Centauri, el más cercano a nosotros, haría falta que la nave viajase a una fracción considerable de la velocidad de la luz y, como ya sabemos, eso supone un inimaginable consumo de energía. Acelerar una cosmonave de una tonelada a una décima parte del valor c requiere al menos 4,5 ×10^17 julios, eso sin incluir las inevitables pérdidas del mecanismo de propulsión. En la actualidad no disponemos de ningún método para proporcionar semejante cantidad de energía a una nave, aunque se está trabajando en el empleo de velas solares y propulsión nuclear de pulso. En el primer caso, se trata de lanzar la nave al espacio mediante un cohete convencional y, a continuación, desplegar una o varias láminas reflectantes capaces de aprovechar la presión de la radiación solar (velas de fotones) o mallas que intercepten el plasma del viento solar (velas de plasma). La aceleración de las velas es muy lenta, pero como el empuje se aplica de forma ininterrumpida y la nave no transporta ni motores ni combustible, es posible alcanzar velocidades muy superiores a las que proporcionan los motores a reacción[170]. Aun así, se calcula que una pequeña nave impulsada de esta forma tardaría al menos mil años en alcanzar Alfa Centauri, lo cual no parece demasiado práctico.

Nuestras esperanzas están puestas, por tanto, en sistemas de propulsión más poderosos. Dejando al margen métodos que ahora mismo pertenecen al terreno de la ciencia-ficción, tales como el empleo de antimateria, por no hablar de las supuestas formas de superar la velocidad de la luz (ver capítulo sexto), los sistemas experimentales más avanzados son las naves espaciales impulsadas por propulsión nuclear de pulso, un método que utiliza pequeñas explosiones nucleares para generar el impulso y que, en teoría, debería permitirnos alcanzar las estrellas más cercanas en cuestión de décadas, en lugar de milenios. Por desgracia, las investigaciones todavía están en mantillas debido a la necesidad de desarrollar la fusión por confinamiento inercial, una tecnología que, tal y como vimos en el capítulo XX, todavía no está disponible.

A todas luces, nuestra especie ha recorrido, valga la redundancia, un largo camino desde la época en la que lo único que sabíamos hacer para trasladarnos era andar, correr o nadar. Ahora navegamos en fuera borda, recorremos miles de kilómetros en vehículos rápidos como el viento e incluso nos atrevemos a acercarnos a otros mundos de la mano de espectaculares ingenios que parecen sacados de una novela de ciencia ficción. Sin duda todo un homenaje a nuestro ingenio y a lo mucho que hemos aprendido acerca de la energía, ese aliado omnipresente que se encuentra detrás de cualquier movimiento con el que seamos capaces de soñar.

Capítulo XII

La energía en combate

«No sé qué armas podrían usarse en la Tercera Guerra Mundial. Pero no hay ninguna duda de qué armas se usarán en la Cuarta: Lanzas de piedra».

Atribuido a Albert Einstein, físico alemán nacionalizado estadounidense (1879-1955).

Entre todas las actividades acometidas por el Homo sapiens desde sus orígenes, una de las que más influencia ha tenido en el estudio de la energía ha sido, por desgracia, la guerra. En efecto, la victoria en un combate siempre ha tenido que ver fundamentalmente con la potencia relativa de las tropas enfrentadas, y por eso los humanos hemos buscado afanosamente la forma de incrementar esa potencia para beneficio, a ser posible exclusivo, de nuestro bando.

Al principio, desde el punto de vista energético la guerra era una actividad muy simple, ya que lo único que se utilizaba era la fuerza de la musculatura, ya fuese en el combate cuerpo a cuerpo o mediante el empleo de armas arrojadizas, como lanzas o flechas. Estas últimas suponían un primer desarrollo del concepto aplicado a la guerra, puesto que, aunque no tenían forma de saberlo, lo que hacían los arqueros era concentrar una buena cantidad de energía cinética en el punto donde golpeaba la flecha, lo que facilitaba el atravesar las defensas del enemigo.

Este juego de transformación de la energía química obtenida de los alimentos en la energía mecánica empleada por el guerrero fue el fundamento de los combates durante muchos siglos, aunque poco a poco se fueron desarrollando armas más sofisticadas para ayudar en el esfuerzo de guerra. Los caballos, por ejemplo, eran mucho más fuertes que los hombres y, aunque resultaban caros de mantener, proporcionaban a menudo una gran ventaja. Por eso, casi todos los ejércitos del mundo, hasta bien entrado el siglo XX, han contado con importantes recursos ecuestres. Durante gran parte de la Edad Media, por ejemplo, las cargas de caballería resultaban prácticamente irresistibles, debido a la enorme cantidad de energía desplegada por las cabalgaduras al galope. Además, los caballos y otros animales de tiro podían utilizarse para transportar equipo y armas pesadas, sobre todo combinados con vehículos de ruedas[171] que también podían utilizarse como carros de guerra. Estos carros fueron muy populares entre los ejércitos de Oriente Medio del segundo milenio antes de Cristo, alcanzando su cenit durante la célebre batalla de Qadesh, librada entre los egipcios y los hititas hacia 1274 a. C. y en la que se cree que llegaron a participar entre cinco mil y seis mil carros. En la antigua India, por el contrario, se utilizaban elefantes a modo de vehículos de combate, una costumbre adoptada también por los monarcas helenísticos a partir de la batalla del Hidaspes (326 a. C.), en la que Alejandro Magno tuvo muchas dificultades para vencer al ejército del rey Poros. Los elefantes, sin embargo, eran a menudo un arma de doble filo, ya que cuando se descontrolaban podían causar tanto destrozo en el bando propio como en el contrario.

Batalla entre Alejandro Magno y el rey Poro en Livre des conquestes et faits d'Alexandre le Grand de Jean Wauquelin, siglo XV.

Dos de los aspectos de la guerra que llevaron a los estrategas militares a interesarse más por las innovaciones técnicas fueron los combates navales y los asedios de fortalezas, cuyo asalto requería en muchas ocasiones de maquinaria especializada. En la Antigüedad se desarrollaron mucho los espolones para las naves de guerra y los arietes para el asalto a las ciudades, dos formas de concentrar la energía mecánica en los puntos más débiles de las defensas del enemigo. Con el tiempo, se inventaron también artefactos que aumentaban mucho la potencia de las armas arrojadizas, tales como el arco compuesto, los escorpiones romanos, las ballestas o las catapultas, todos los cuales acumulaban grandes cantidades de energía potencial. El colmo de este tipo de máquinas fue el trabuquete, que aprovechaba para su funcionamiento la gravedad terrestre. En él, se soltaba un contrapeso previamente izado mediante cuerdas que, al ser más pesado que el proyectil, lo lanzaba a gran velocidad hacia la muralla, con resultados a menudo espectaculares.

Todo esto no significa, sin embargo, que la única forma de energía empleada con fines bélicos fuese siempre la mecánica. El fuego era utilizado innumerables veces, y la anécdota más difundida de la vida de Arquímedes (ca. 287 a. C.-ca. 212 a. C.) es la supuesta utilización de espejos ustorios para incendiar las naves romanas durante el asedio de Siracusa. En este caso nos encontraríamos ante un auténtico intento de utilizar directamente la energía solar para derrotar al enemigo, aunque a lo largo de los siglos ha existido un encendido debate acerca de si el incidente tuvo lugar en realidad. Por un lado, es perfectamente posible quemar objetos grandes de madera concentrando sobre ellos la luz del Sol, ya sea mediante espejos o por otros medios, y además la anécdota es relatada como verídica por escritores del mundo clásico de la talla de Galeno o Luciano de Samosata. Sin embargo, resulta llamativo que las primeras referencias conocidas al asunto sean del siglo II, más de trescientos años después del sitio de Siracusa, así como que los mejores historiadores romanos no lo mencionasen, ni siquiera Polibio, quien nació tan solo unos años después del asedio. Por su parte, Plutarco, en su crónica del conflicto, describe con detalle los artilugios utilizados por Arquímedes en la defensa de la ciudad, incluyendo postes, pesos, «manos de hierro» y «picos de grulla», pero no habla de ningún espejo. Además, los experimentos llevados a cabo apuntan hacia la necesidad de que el objetivo se mantenga quieto en una situación de cielo despejado, siendo bastante improbable que los romanos anclasen sus barcos o que concentrasen en el llamado Puerto Grande de Siracusa un número de ellos tan elevado que restringiese mucho su movilidad. Por último, el lanzamiento de proyectiles en llamas parece un método mucho más simple de incendiar los barcos que se acerquen a unas murallas.

Sea como fuere, el empleo de sustancias incendiarias capaces de desplegar gran cantidad de energía térmica está bien documentado a lo largo de la Antigüedad, por lo menos desde los tiempos del Imperio asirio. Los historiadores del mundo greco-romano Tucídides y Julio el Africano describen a su vez con detalle el uso de mezclas incendiarias, que en la mayoría de los casos contenían azufre, petróleo y sustancias bituminosas, y existen evidencias de que a partir de finales del siglo VII el Imperio bizantino comenzó a utilizar el famoso «fuego griego». El origen de esta peligrosa mezcla no está del todo claro, aunque el cronista Teófanes el Confesor se lo atribuye a un tal Calínico, un arquitecto fenicio que habría escapado de la conquista musulmana. Es muy probable, sin embargo, que la receta ya existiese años antes y que Calínico simplemente la mejorase. La eficacia del fuego griego, que continuaba ardiendo incluso en el agua, se tornó legendaria cuando su empleo se mostró fundamental para rechazar los dos primeros asedios de Constantinopla por parte de los musulmanes. Debido a que se trataba de un secreto celosamente guardado, desconocemos la composición exacta de la mezcla, aunque lo más probable es que se preparase a base de petróleo crudo mezclado con resinas y otras sustancias.

El temible fuego griego fue utilizado en la zona durante siglos, convirtiéndose en un precursor de la pólvora, la sustancia que cambiaría para siempre el arte de la guerra. La pólvora es una mezcla de salitre (nitrato potásico), carbón y azufre que inventaron los chinos y que fue introducida en Europa por árabes y bizantinos a principios del siglo XIII. Cuando se prende, los gases que se forman se expanden en fracciones de segundo, transformando la energía química en una dosis de energía mecánica capaz de lanzar un proyectil a una velocidad muy superior a la de cualquier sistema inventado con anterioridad. Como ejemplo, una flecha puede viajar, como mucho, a unos trescientos cincuenta kilómetros por hora si es lanzada por un arco o a no más de setecientos kilómetros por hora si lo es por una ballesta, mientras que la bala más lenta supera con holgura los mil kilómetros por hora.

Aunque los chinos aprovecharon la pólvora para fabricar una amplia variedad de lanzallamas, cohetes, bombas y minas terrestres, al principio la pólvora solo se usaba en Occidente para disparar metralla mediante tubos de madera, de forma parecida a lo que se hace hoy en día con los fuegos artificiales. Estos artilugios eran muy imprecisos y surtían un efecto poco relevante, más allá del ruido y la pirotecnia. Entonces, según la tradición alemana, Bertoldo el Negro (Bertholdus Niger o Berthold Schwarz), un monje teutón que practicaba la alquimia, habría conseguido adaptar el uso de la pólvora a armas de mayor calibre y potencia, dando el paso decisivo para el desarrollo de la artillería. No obstante, la autoría del belicoso monje no está demostrada (hay muchos que piensan que se trata de un personaje ficticio), ya que los anales de la ciudad de Gante mencionan el empleo de armas de fuego de cierta precisión en Alemania ya en 1313, y los andalusíes la documentan desde mediados del siglo XIV, habiendo quien sugiere que hay indicios de su presencia desde finales del siglo anterior, concretamente en la defensa de la fortaleza de Niebla, en Huelva. Es, por tanto, muy probable que la introducción de la artillería en Europa fuese en realidad cosa de los árabes.

Desde finales del siglo XV, el desarrollo de las armas de fuego desterró para siempre las prácticas que habían dominado el escenario militar durante milenios. Las corazas eran incapaces de detener los proyectiles, las murallas se derrumbaban cuando disparaban los cañones y los barcos de madera saltaban en pedazos ante el irresistible poder de la artillería. En 1453, Constantinopla, la capital del Imperio bizantino que había resistido los ataques musulmanes durante siglos, cayó finalmente en manos turcas como consecuencia, entre otras cosas, del impacto de los proyectiles lanzados desde grandes cañones sobre las hasta entonces impenetrables murallas. Y en 1503, el empleo masivo de los arcabuces[172] en la batalla de Ceriñola por parte del Gran Capitán demostró que las armas de fuego eran perfectamente capaces de anular a la caballería. Como consecuencia de batallas como esta, en las primeras décadas del siglo XVI todos los ejércitos adoptaron el nuevo tipo de armamento, que ya no tuvo rival prácticamente hasta nuestros días.

Sin embargo, y a pesar de las continuas mejoras introducidas en la pólvora, a mediados del siglo XIX los gobiernos de las grandes potencias comenzaron a buscar explosivos más potentes. En 1847, el químico italiano Ascanio Sobrero (1812-1888) descubría la nitroglicerina, una sustancia que al detonar producía gases que ocupaban instantáneamente un volumen mil doscientas veces mayor que el original, liberando el calor suficiente para elevar la temperatura hasta los cinco mil grados centígrados[173]. El poder de la nitroglicerina como explosivo era muy superior al de la pólvora negra, pero se trataba de un compuesto muy inestable cuyo traslado a menudo provocaba graves accidentes. No fue hasta 1867 cuando el sueco Alfred Nobel (1833-1896), que había perdido a un hermano suyo tres años antes en una explosión de la temible sustancia en su fábrica de armamento de Heleneborg, patentaba la fórmula de la dinamita, originariamente una mezcla de nitroglicerina con tierra de diatomeas mucho más estable y que permitía disponer de un explosivo de alta potencia, versátil y relativamente seguro de transportar y almacenar.

Nobel multiplicó la riqueza de su familia con la dinamita y fue su mala conciencia, o quizá su malestar al verse tachado de «mercader de la muerte» por la prensa[174], lo que le hizo dedicar la mayor parte de su dinero a fundar los célebres premios que llevan su nombre. Por otra parte, la carrera por desarrollar mejores explosivos continuó durante el resto del siglo, culminando en 1891 con el desarrollo de la cordita, también llamada «pólvora sin humo», una mezcla de nitrocelulosa («algodón pólvora»), nitroglicerina y vaselina. La nitrocelulosa había sido descubierta en 1845, cuando el químico germano-suizo Cristian Friedrich Schönbein (1799-1868), el descubridor de la pila de combustible, intentó limpiar el ácido nítrico que se había derramado accidentalmente en la cocina de su casa con el delantal de su mujer, que era de algodón. Al intentar secar el delantal sobre la estufa, el algodón se inflamó inmediatamente, ya que se había transformado en nitrocelulosa. El nuevo compuesto era mucho más limpio que la pólvora, produciendo un humo mucho menos denso, pero su molesta tendencia a explosionar espontáneamente hizo que su uso militar se retrasase varias décadas, hasta que James Dewar y Frederick Augustus Abel consiguieron una mezcla más estable que podía prensarse en forma de cuerdas, de ahí el nombre de cordita.

El Huolongjing o Manual del Dragón es un tratado militar chino del siglo XIV, durante la dinastía Ming, en el que, a modo de guía, se recopilan armas de fuego con pólvora desde 1280. En él se incluyen flechas de fuego, bombas, cohetes, minas, lanzas de fuego, cañones de mano y cañones montados sobre ruedas.

Como vemos, los explosivos de nitrógeno estaban llamados a reemplazar a la pólvora, y no solo en la guerra sino también en las grandes obras públicas. De entre las muchas variedades inventadas, uno de los más interesantes es el trinitrotolueno (TNT), fabricado por primera vez en 1863 por el químico alemán Julius Bernhard Friedrich Adolph Wilbrand (1839-1906) y adoptado por el ejército alemán en 1902 como explosivo preferido para rellenar los proyectiles de artillería. Utilizado en munición antiblindaje, el TNT tenía la ventaja de que explotaba después de que los proyectiles penetrasen en el interior de los buques de guerra enemigos, mientras que los proyectiles rellenos con otros explosivos tendían a hacerlo cuando el proyectil chocaba contra el blindaje, malgastando gran parte de la energía en el exterior.

Un aspecto inesperado e interesante de la evolución del armamento desde el punto de vista energético se produjo a finales del siglo XIX y comienzos del XX como consecuencia del creciente calibre de las piezas de artillería. En efecto, el calor desprendido por la gran cantidad de explosivo necesaria para impulsar proyectiles cada vez más grandes y pesados terminaba por dañar los cañones, hasta el punto de volverlos inservibles. El problema se agudizó durante la Primera Guerra Mundial con el empleo de monstruos como el alemán «Gran Berta», un gigantesco cañón cuyos obuses pesaban una tonelada. Para minimizar el problema, los propios alemanes empezaron a tratar el acero con otros metales como el molibdeno, que se funde a más de 2600 ºC y tiene la propiedad de cohesionar los átomos de hierro, dando lugar a un tipo de acero mucho más resistente al calor.

That liberty shall not perish from the earth, «Esta libertad no desaparecerá de la tierra», fue el lema del cartel de la cuarta campaña de bonos de guerra de 1918 del gobierno estadounidense creado por Joseph Penell. En la ilustración aparecía la ciudad de Nueva York bombardeada y envuelta en una tormenta de fuego. Una imagen profética ya que en esa época todavía no había armamento que pudiese provocar tal efecto. [Library Congress]

Otro de los aspectos más relevantes para la tecnología bélica en las primeras décadas del siglo XX fue la incorporación de los nuevos motores de combustión interna, que tuvieron un papel fundamental durante la Gran Guerra. Los aliados, en concreto, gozaron de la ventaja de contar con un buen número de camiones a gasolina, más rápidos que los caballos y mucho más flexibles que el ferrocarril a la hora de trasladar tropas y suministros al frente. Los británicos, además, desarrollaron el tanque, un revolucionario vehículo destinado a dominar en el futuro los campos de batalla debido a su capacidad para cruzar las líneas defensivas, aunque estuviesen protegidas con trincheras o alambre de espino. Los motores de combustión interna permitieron también el diseño y fabricación de aviones, de modo que, por primera vez en la historia, la guerra se libraba en el aire. En el mar, las viejas calderas de vapor también se vieron sustituidas por los modernos motores. En una famosa cena de la Conferencia Interaliada sobre el Petróleo celebrada en Londres en 1918, el presidente lord Curzon declaró que «la causa aliada se ha deslizado hasta la victoria sobre una ola de petróleo».

El colmo del empleo de los explosivos convencionales en los conflictos bélicos tuvo lugar durante la Segunda Guerra Mundial, cuando el desarrollo de bombas y proyectiles alcanzó su máxima expresión. Las bombas incendiarias, por ejemplo, que acompañaban el explosivo con sustancias como el fósforo blanco, fueron utilizadas con profusión y fueron responsables de las auténticas «tormentas de fuego» que se produjeron en varias ciudades alemanas bombardeadas a partir de 1942. Los alemanes, por su parte, en 1944 pusieron en funcionamiento la V1, el primer misil de crucero del mundo, y la célebre V2[175], el primer misil balístico de la historia. Estas armas iban equipadas respectivamente con ochocientos cincuenta y novecientos ochenta kilos de amatol (mezcla de TNT con nitrato de amonio) y golpeaban el objetivo con una velocidad que, en el caso de la V2, alcanzaba los ochocientos metros por segundo. Con semejante velocidad no había defensa alguna contra la V2, como no la habría contra ningún otro misil balístico hasta que se desarrollaron los modernos sistemas antimisiles durante la Guerra Fría. Aunque estas armas no pudieron cambiar el curso de la guerra, el interés que despertaron entre los antiguos aliados hizo que, acabada la contienda, los rusos y los estadounidenses rivalizasen por hacerse con los servicios de los técnicos y científicos nazis que trabajaron en el proyecto, el más famoso de los cuales fue el célebre Wernher von Braun (1912-1977), que terminaría siendo fundamental en el desarrollo del proyecto Apolo y del cohete Saturno V que llevaron al hombre a la Luna.

Von Braun fue un personaje muy controvertido. Aunque dudó en hacerlo, se enroló en las SS para continuar con su trabajo, y en las instalaciones de Peenemünde trabajaban prisioneros de los campos de concentración en condiciones de esclavitud, de los que se estima que murieron unos veinte mil. Por otra parte, tuvo problemas con la Gestapo al decir públicamente que los objetivos de Hitler le importaban un pimiento. A él solo le interesaban los viajes interplanetarios. Al final de la guerra consiguió eludir a los soviéticos, que estuvieron a punto de capturarlo, para entregarse a los americanos, que le ofrecieron perdonarle su pasado nazi a cambio de sus servicios. Años después, el brillante ingeniero obtuvo la nacionalidad estadounidense y se convirtió en todo un héroe cuando sus padrinos adoptivos consiguieron llegar a la Luna. Le habían perdonado todo, desde la V2 a los esclavos.

Ahora bien, hasta ahora solamente hemos hablado de la relación de la energía con las armas ofensivas, sin detenernos demasiado en aquellas empleadas en la defensa, que a efectos bélicos resultan casi igual de importantes. En ese sentido, los antiguos escudos y corazas proporcionaban cierta protección frente a las armas blancas, ya que disipaban con eficacia la relativamente escasa energía cinética de los golpes, pero nada podían hacer contra las armas de fuego, cuyo poder de penetración es muy superior. Aunque durante la Edad Moderna y las dos guerras mundiales ha habido intentos para mejorar la protección de los soldados con corazas de metal, capas de algodón, seda[176] o plástico, ha habido que esperar a 1972 para que apareciesen los chalecos antibalas de Kevlar, una poliamida sintética cuyas fibras son ligeras, a la par que extremadamente resistentes.

La estructura del Kevlar, cuyas cadenas moleculares están dispuestas en dirección del eje de las fibras y enlazadas entre ellas mediante gran cantidad de puentes de hidrógeno[177], explica su excepcional tenacidad, no en vano es capaz de absorber alrededor de cincuenta megajulios por metro cúbico antes de romperse, lo que equivale a decir que es ocho veces más tenaz que el acero. Los chalecos de Kevlar, cuyas fibras a veces se complementan con placas metálicas o de cerámica, son empleados de forma rutinaria por las fuerzas armadas y de seguridad de casi todas las naciones del mundo, a pesar de que no pueden detener las balas de un fusil de alta velocidad ni la munición antiblindaje. Esta última es también muy eficaz contra los carros de combate, pues los proyectiles puntiagudos revestidos de una aleación de wolframio o de uranio empobrecido son capaces de atravesar hasta ochocientos milímetros de acero a más de dos kilómetros de distancia. En estos casos, el secreto está, una vez más, en concentrar una enorme cantidad de energía cinética en un punto concreto, convirtiendo en insuficiente el efecto disipador del blindaje.

Anuncio de chaleco antibalas para soldados en 1862. [Harper's Weekly]

Como ven, los principios básicos son muchas veces los mismos que los de miles de años atrás.

Pero la historia de la relación entre la energía y la guerra no termina ni mucho menos con las armas de fuego y los explosivos convencionales. La primera mitad del siglo XX fue sin duda la época de la historia en la que más rápido cambió la tecnología militar, dado que el empleo generalizado de los motores de combustión interna permitió, como ya hemos dicho, la aparición de aviones, carros de combate y otros vehículos, además de navíos mucho más potentes; pero es que, además, tuvo lugar el advenimiento de las armas químicas y de la energía nuclear.

En honor a la verdad, la guerra química tampoco era una novedad, ya que existen pruebas de la utilización de sustancias ponzoñosas para hacerle la pascua al enemigo ya desde la Antigüedad. Sin embargo, en el sentido moderno de la expresión, el empleo de sustancias tóxicas en combate comenzó en 1915, en plena Primera Guerra Mundial, con simpáticos venenos como el fosgeno o el gas mostaza[178]. Posteriormente, los alemanes desarrollaron en los años treinta los primeros agentes nerviosos, cuyos sucesores equipan hoy en día los más o menos inconfesables arsenales químicos que hay en el planeta. Catalogados como armas de destrucción masiva, han sido empleados en algunos conflictos recientes, sobre todo en Oriente Medio[179], y su control constituye una pesadilla para los servicios antiterroristas de todo el mundo debido a que los componentes con los que se fabrican están disponibles comercialmente. La relación de estos venenos —también conocidos como organofosforados, debido a que son moléculas orgánicas que contienen átomos de fósforo— con la energía es curiosa, ya que matan a sus víctimas bloqueando las señales eléctricas del impulso nervioso que activan los músculos, al inhibir la enzima conocida como acetilcolinesterasa[180].

Nube atómica sobre Nagasaki vista desde un B-29 en 1945. [US Gov.]

Sin embargo, la reina de las modernas armas de destrucción masiva no es otra que la energía nuclear. En todos los explosivos, los agentes destructivos inmediatos son siempre la energía cinética y la energía térmica desplegadas, pero en sustancias como la pólvora o la nitroglicerina el verdadero origen de su poder está en la energía almacenada en los enlaces químicos de las moléculas. En cambio, en los explosivos atómicos se trata de otro tipo de energía potencial, en este caso la encerrada dentro del núcleo de determinados átomos, como el de uranio-235 o el de plutonio-239. La gran «ventaja» de las armas nucleares con respecto a las de sustrato químico es que su capacidad destructiva es incomparablemente superior, debido a la gigantesca cantidad de energía que se genera en la aniquilación de una pequeña porción de materia[181]. De hecho, su potencia se mide habitualmente en millones de toneladas equivalentes de TNT, o megatones. Por ejemplo, la bomba atómica de Hiroshima, la primera de la historia empleada en un conflicto bélico, contenía sesenta y cuatro kilos de uranio que explosionaron con una potencia de 0,016 megatones, es decir, nada menos que el equivalente a dieciséis mil toneladas de TNT. Y las bombas de hidrógeno más potentes equivalen a varias decenas de millones de toneladas. Además, los explosivos nucleares esparcen radiactividad, lo que multiplica su letalidad.

La historia de las armas nucleares comenzó en 1905, año en el que el gran Albert Einstein definió la equivalencia entre masa y energía, y se desarrolló fundamentalmente a partir de 1938, cuando los alemanes Otto Hahn y Fritz Strassman descubrieron la fisión nuclear, tal y como expusimos en el capítulo seis. A pesar de todas las pruebas realizadas con posterioridad, las bombas atómicas solamente han sido utilizadas en dos ocasiones, al final de la Segunda Guerra Mundial, y es probable que la sensatez de los gobernantes impida que vuelvan a serlo. Hasta ahora, la mayor explosión de este tipo, que de hecho ha sido la mayor provocada por el hombre por cualquier método, tuvo lugar en 1961, cuando la Unión Soviética hizo detonar la llamada «Bomba del Zar», una bomba de hidrógeno de tres etapas que con sus cincuenta megatones alcanzó una potencia equivalente al 1,38 % de la radiada por el Sol, liberando una energía que viene a ser una cuarta parte de la asociada con la erupción del volcán Krakatoa[182]. Para que se hagan una idea de lo que estamos diciendo, la explosión pudo ser vista a mil kilómetros de distancia, la onda de choque fue capaz de romper cristales gruesos a más de novecientos y el calor desprendido podría haber ocasionado quemaduras de tercer grado a una persona que se hubiese encontrado a unos cien.

La Bomba del Zar era tan descomunal que en realidad carecía de aplicación práctica, de modo que sus fines eran más propagandísticos que bélicos, pero nos muestra el enorme poder que han alcanzado este tipo de armas, una sola de las cuales puede destruir una zona urbana tan grande como la de Nueva York o Tokio. De los dos tipos de explosivos nucleares desarrollados, los más potentes son los de fusión, que aprovechan la energía liberada cuando se forma helio a partir del hidrógeno, frente a los de fisión, más antiguos y basados en la desintegración del uranio o del plutonio. De hecho, la gran cantidad de energía necesaria para la ignición de una bomba de fusión requiere de la explosión de una pequeña bomba de fisión que dé lugar a la nueva reacción nuclear.

Pero lo peor de los explosivos nucleares es que no solo tienen esa capacidad de destrucción inmediata, sino que además desparraman radiactividad, de forma que sus efectos sobre animales y seres humanos se prolongan a veces durante décadas. De hecho, sería posible construir bombas revestidas de cobalto-59, que al explosionar liberarían cobalto-60, un peligroso isótopo de este elemento químico con una vida media superior a cinco años que al desintegrarse emite radiación gamma de alta intensidad. En 1950, el físico de origen húngaro Leo Szilárd (1898-1964), uno de esos personajes poco conocidos que sin embargo tuvieron un papel crucial en la primera mitad del siglo XX[183], alertó en un programa de radio acerca de la posibilidad de que el empleo generalizado de bombas de este tipo pudiese acabar con toda la vida sobre la Tierra, y el gobierno estadounidense llegó a tomárselo en serio durante una temporada. Por fortuna, la temible bomba de cobalto no ha sido construida jamás, salvo en la famosa película de 1964 Dr. Strangelove (en España, ¿Teléfono rojo? Volamos hacia Moscú), en la que los rusos desarrollan la «bomba del Juicio Final». De momento, el cobalto-60 solamente lo utilizamos para machacar el cáncer en las unidades de quimioterapia, y es de esperar que no lo usemos nunca para nada más.

Por desgracia, hay otros dispositivos poco menos destructivos que el arma del Juicio Final que sí han sido puestos en funcionamiento. Es el caso de la llamada «bomba de neutrones», una derivación de la bomba de hidrógeno desarrollada por Estados Unidos en los años sesenta del siglo pasado y desplegada en forma de ojivas para misiles en las décadas de los setenta y ochenta, principalmente. Una bomba de este tipo presenta un bajo rendimiento explosivo, por lo que su impacto sobre edificios e infraestructuras es mínimo, pero emite radiactividad (rayos X y gamma, fundamentalmente) en una proporción varias veces superior a la de una bomba de hidrógeno. La radiación es de corta duración pero elevada intensidad, lo que se traduce en graves daños para los seres vivos, aunque se encuentren dentro de vehículos o instalaciones blindadas. Además, su efecto puede trasmutar el hierro de los tanques convirtiéndolo en el temido cobalto-60. Por todo ello se considera a estas bombas como armas tácticas ideales, destinadas principalmente al campo de batalla.

Desde un punto de vista energético, ¿cómo funciona una bomba de este tipo? En estas armas se elimina cualquier material que pueda absorber los neutrones que típicamente se desprenden en una explosión nuclear, a costa de reducir la potencia explosiva.

Así, se produce el máximo número de neutrones posible, reduciéndose a la vez la onda expansiva, el calor emitido y la duración de las emisiones radiactivas, algo que permite a las tropas del propio bando ocupar el terreno posteriormente sin demasiado peligro.

Póster promocional de la película ¿Teléfono rojo? Volamos hacia Moscú. [Columbia Pictures, Hawk Films]

Estas bombas contienen grandes cantidades de deuterio y, sobre todo, de tritio, dos isótopos del hidrógeno que entran en una proporción del 28,5 % y el 71,5 %, respectivamente. La detonación de una bomba de un kilotón de potencia puede matar a la tripulación de un carro de combate pesado a ochocientos metros de distancia. También se pueden usar para equipar misiles antibalísticos dada la capacidad de la lluvia de neutrones para inutilizar los misiles enemigos.

Pero ¿cuántas armas atómicas hay en el mundo? Pues demasiadas. La doctrina de disuasión aplicada por la Unión Soviética y Estados Unidos a partir de los años cincuenta, sobre la base de que una guerra nuclear aseguraría la destrucción mutua e impediría de esta manera que ninguno de los dos la comenzase, provocó una carrera de armamento que desembocó en la fabricación de miles de ellas. Así, y aunque el deshielo político a partir de la década de los setenta dio lugar a una reducción parcial de los arsenales, a día de hoy tanto los rusos como los estadounidenses cuentan con más de seis mil cabezas nucleares, de las que ambos tienen desplegadas unas mil setecientas. Además otros países también disponen de algunas, aunque el noventa por ciento de ellas pertenece a los dos viejos rivales. En total, en 2020 había en el mundo trece mil ochocientas sesenta y cinco de estas ominosas armas, un número suficiente como para eliminar varias veces toda la vida sobre el planeta.

Como vemos, la humanidad ha llegado a un punto en el que dispone de herramientas de destrucción con la potencia suficiente como para desaparecer como especie, sin duda un gran cambio desde la época en la que utilizábamos quijadas de burro para combatir a los que considerábamos nuestros enemigos. Y, sin embargo, seguimos todavía buscando armas cada vez más sofisticadas y que utilizan las formas de energía más variadas[184], algo que en el fondo solo sirve para mostrar una de las paradojas inherentes al ser humano: que seamos capaces de empeñar todo nuestro ingenio en desperdiciar inútilmente grandes cantidades de energía para ayudarnos a morir.

Capítulo XIII

El calentamiento global y el dilema energético

«Las revoluciones verdaderamente importantes de la historia se producen cuando una nueva tecnología de comunicación se funde con un régimen energético emergente para crear un paradigma completamente nuevo».

Jeremy Rifkin, sociólogo y economista estadounidense (1945-).

Como hemos visto a lo largo de este libro, la relación de nuestra especie con la energía siempre ha estado impulsada por la búsqueda de más y mejores fuentes de la misma, con objeto de que ello facilitase paulatinamente la difícil y a veces atormentada existencia de unos individuos que, por primera vez en la historia de la evolución, eran conscientes de sus limitaciones.

De entre todas las fuentes de energía con las que nos encontramos tras aparecer en un lejano rincón de África, la única que aprendimos relativamente pronto a manipular de forma masiva fue el fuego, ya que no teníamos forma de controlar cosas como el rayo, el viento, los saltos de agua o la mismísima luz solar salvo en aplicaciones puntuales. Dado que el fuego se producía fundamentalmente al quemarse la madera, puede decirse que la primera fuente de energía «no muscular» utilizada por la humanidad a gran escala fue la encerrada en los enlaces de carbono[185]. Así, y durante milenios, la combustión de la madera fue casi el único proceso relevante que pudimos utilizar para calentarnos, cocinar nuestros alimentos o fundir los metales con vistas a fabricar armas y herramientas.

Con el tiempo, algunas personas de talento excepcional fueron capaces de encontrar soluciones para controlar el poder del agua y del viento, de modo que los molinos tanto eólicos como hidráulicos fueron empleados aquí y allá para llevar a cabo trabajos tales como moler el grano a gran escala. En nuestros días, todavía es posible contemplar algunos asombrosos ejemplos del genio de nuestros antepasados como el sistema de molinos de viento de Nashtifan, en Irán, que lleva en funcionamiento desde hace más de mil años, o el complejo hidráulico romano de Barbegal, en el sur de Francia, definido en alguna ocasión como «la mayor concentración conocida de energía mecánica en el mundo antiguo». Sin embargo, el rol protagonista de la madera como medio fundamental para la obtención de energía no se vio eclipsado hasta finales del Siglo de las Luces, cuando el vapor generado calentando agua pasó a convertirse paulatinamente en el nuevo estándar de las modernas sociedades industriales.

Curiosamente, la idea de usar el vapor como medio para mover cosas era muy antigua, tanto que hay que remontarse a la Roma del siglo I a. C., en la que sabemos que Vitruvio, el famoso polímata, hace referencia a lo que él llama eolípila, una bola metálica hueca y llena de agua que al calentarse expele vapor. El concepto sería desarrollado y puesto en práctica décadas más tarde por Herón de Alejandría (?-ca. 65), uno de esos personajes fabulosos que surgieron al amparo de la gran urbe ptolemaica. Posiblemente el mayor genio de la Antigüedad junto con Arquímedes, Herón fue un portentoso ingeniero del siglo I que escribió sobre geometría, mecánica, ingeniería, armamento militar, óptica, métrica, agrimensura y construcción de autómatas. Además, se convirtió en todo un experto en hidráulica, siendo diseñador de maravillosos mecanismos automáticos que servían tanto para abrir las pesadas puertas de un templo como para dotar de melodiosos sonidos a una fuente o, incluso, accionar un complicado teatro mecánico. Entre sus muchas genialidades, Herón convirtió la eolípila en una caldera conectada a una esfera giratoria de la cual salían a su vez dos tubos huecos en sentidos opuestos. Cuando se calentaba agua en la caldera, el vapor entraba en la esfera y salía disparado por los tubos orientados de forma tangencial, lo que hacía que la esfera girase a gran velocidad. Se trataba nada menos que de una rudimentaria turbina de vapor. Por desgracia, Herón veía el dispositivo como un juguete, y nunca pensó en continuar desarrollando la idea subyacente[186]. Como ven, puede que la desidia del, por otra parte, asombroso inventor hiciera que el mundo perdiese la oportunidad de entrar en la era industrial mucho antes de la época moderna.

A pesar de algunas disquisiciones teóricas, el poder del vapor no fue realmente tomado en serio hasta el siglo XVII[187], a finales del cual el francés Denis Papin (1647-1712), otro inventor extraordinario que desarrolló todo tipo de diseños y que se había trasladado a Inglaterra para escapar de la creciente persecución religiosa que en su país sufrían los protestantes, presentó ante la Royal Society la primera olla a presión de la historia, que incorporaba una válvula de seguridad para controlar la fuerza del vapor. La olla de Papin bien podría haberse quedado en otra mera curiosidad, pero los tiempos habían cambiado. En Inglaterra, por ejemplo, había mucha gente preocupada por el problema de las aguas subterráneas, que dificultaba enormemente la minería. Las bombas existentes no tenían la potencia suficiente como para sacar el agua de las minas, y eso llevó a otro inventor, el inglés Thomas Savery (1650-1715), a la ocurrencia de condensar vapor para que el vacío resultante «tirase» del agua sacándola del fondo de la mina[188]. Hay que decir que semejante idea bebía de las fuentes de los estudiosos de la época sobre el concepto de presión atmosférica[189], unos conocimientos que el bueno de Herón de Alejandría nunca tuvo disponibles. El caso es que Savery se asoció con otro inventor, Thomas Newcomen (1663-1729), que mejoró el diseño de su tocayo incorporando también algunas de las ideas de Papin, hasta convertirlo en una máquina realmente útil.

Dibujo lineal del motor de bombeo atmosférico de Newcomen a partir de un dibujo de 1826. [Museos de Victoria, Australia]

A partir de 1712, las máquinas de Newcomen, también llamadas «máquinas de fuego» o «máquinas atmosféricas», se extendieron por toda Inglaterra, sembrando la semilla de lo que hoy en día conocemos como Revolución Industrial. La transformación tecnológica y social más importante desde el Neolítico iba a ser fruto de la primera transición energética de la historia de la humanidad, que pasaba de quemar madera a producir vapor a destajo. Naturalmente, el vapor se formaba calentando agua, pero la industria comenzó a sustituir la madera por el propio carbón que se extraía de las minas, cuya capacidad calorífica es muy superior a la de aquella.[190] Fue la pescadilla que se muerde la cola. La máquina de Newcomen permitía extraer el carbón de las minas con eficacia y ese mismo carbón se quemaba para producir el vapor que hacía funcionar la máquina.

La máquina de Newcomen era mejorable, sobre todo porque consumía mucho combustible calentando y enfriando continuamente el cilindro donde se producía la expansión del vapor que movía el artefacto, y eso es lo que unos cincuenta años más tarde solucionaría el escocés James Watt (1736-1819) acoplándole un condensador separado. Watt estuvo a punto de arruinarse, pero al final encontró la financiación necesaria para construir en 1774 la primera auténtica máquina de vapor por derecho propio. De la mano del invento del escocés y de sus posteriores perfeccionamientos, la Revolución Industrial se extendió a lo largo del siglo XIX desde Gran Bretaña al resto de Europa, llenando el continente de ferrocarriles, altos hornos y una pléyade de industrias boyantes que cambiaron por completo las condiciones de vida de nuestra especie.

Dependiendo del lugar, la transición del viejo protagonismo omnipresente de la madera a la combinación carbón-vapor tardó entre noventa y cinco y ciento sesenta años en producirse.[191] Hoy en día este proceso puede parecernos sorprendentemente lento, pero en su momento resultó vertiginoso. En 1900, el mundo había pasado de la economía eminentemente rural y agrícola en la que los campesinos trabajaban de sol a sol y que había durado milenios, a una sociedad industrial y urbana en la que las chimeneas de las fábricas dominaban el paisaje y donde legiones de trabajadores con sueldos de miseria se apelotonaban en los suburbios de las grandes ciudades. Un extraterrestre que hubiese visitado la civilización terrícola en 1800 y hubiese regresado cien años más tarde, sencillamente no la habría reconocido.

Pero el reinado del carbón y el vapor, fruto de esta primera transición energética, iba a durar mucho menos que el largo dominio de la madera. En efecto, la propia inercia de la industrialización llevaba a explorar mecanismos más eficientes que las aparatosas máquinas de vapor, caras de mantener y farragosas de manejar, de las que las locomotoras de la época eran un buen ejemplo. Quizá por eso el mundo empezó a buscar sustitutos más limpios, cómodos y seguros, echándose pronto en brazos de la electricidad. Como hemos visto en el capítulo cuatro, esta proporcionaba al usuario una versatilidad que se encontraba a años luz de la que podía ofrecer el vapor, y los motores eléctricos eran por lo general más limpios y seguros que sus desfasados colegas.

Por descontado, la electricidad había que obtenerla de algún sitio, y la vía más fácil seguía siendo quemar carbón. Sin embargo, pronto aparecería un nuevo reservorio de energía que en unas décadas sustituiría a la negra sustancia como combustible de preferencia. Ese nuevo candidato, el petróleo (del griego πετρέλαιον, «aceite de roca»), no era del todo desconocido para la humanidad ya que, de forma natural, aquí y allá venían apareciendo depósitos de hidrocarburos, como el asfalto o el alquitrán, que las antiguas civilizaciones habían empleado para engrasar pieles, calafatear embarcaciones, en la construcción o incluso como sustituto del aceite vegetal en las lámparas. Durante la Edad Media, los musulmanes explotaron los campos petrolíferos de lo que hoy es Azerbaijan para llevar a cabo en sus alambiques las primeras destilaciones que producían queroseno para las lámparas y sustancias inflamables de uso militar, alguna de las cuales, como el famoso fuego griego, llegaron a hacerse legendarias.[192]

Las alusiones al «aceite de roca» y sus muchas aplicaciones se hicieron más frecuentes durante la Edad Moderna, hasta que en 1847 el químico James Young (1811-1883) —otro escocés— descubrió una filtración de petróleo en una mina de carbón a partir de la cual destiló dos tipos de aceite, uno más ligero que se podía usar en las lámparas, y otro más apropiado para lubricar maquinaria. Tras muchas vicisitudes, Young y sus socios fundaron en 1851 la primera refinería de petróleo privada del mundo, que comenzó a producir nafta y aceites lubricantes. Al mismo tiempo, el médico y geólogo canadiense Abraham Gesner (1797-1864), que algunos años antes había conseguido destilar keroseno a partir del carbón de hulla, comenzó a obtenerlo del petróleo y a comercializarlo como sustituto del aceite de ballena y los aceites vegetales que se utilizaban por aquel entonces en el alumbrado. El keroseno era un combustible mucho mejor y más barato, lo que impulsó la construcción de los primeros pozos petrolíferos en Norteamérica y en Europa del Este[193].

El petróleo comenzó también a quemarse para producir electricidad, pero el evento que lo convirtió en el nuevo rey de la energía fue la invención del motor de combustión interna (ver capítulo undécimo), que de la mano del así llamado «oro negro» revolucionaría el transporte de mercancías y de seres humanos. Los derivados del petróleo como la gasolina o el gasóleo se convirtieron rápidamente en el combustible por excelencia de todos los medios de transporte, ya fuesen automóviles, barcos o aviones. En el año 2016 el petróleo suministraba el 31,3 % de toda la energía consumida por el mundo, frente a un 28,6 % procedente del carbón[194] y un 21,2 % del gas natural[195].

Lo curioso es que, como mezcla de hidrocarburos, tanto el petróleo como el gas natural tienen un origen muy similar al del carbón, a saber, la transformación de materia orgánica procedente de antiguas plantas y animales en descomposición que se vio sometida al efecto del calor y la presión, en muchos casos hace cientos de millones de años. De modo que, cuando quemamos estos «combustibles fósiles», en el fondo estamos haciendo lo mismo que cuando consumimos madera, es decir, seguimos aprovechando la liberación de la energía potencial encerrada en los enlaces del carbono.

Pero, ¡ay!, por desgracia, resulta que la combustión a gran escala de los hidrocarburos, ya sea para calentarnos, transportarnos o para generar electricidad, tiene efectos muy poco deseables para el medio ambiente. Ya en el siglo XIX se alzaron muchas voces que criticaban la enorme suciedad que esparcían las calderas de carbón, pero ha sido en el siglo XX cuando el asunto se ha ido convirtiendo en un verdadero problema a escala global. Los combustibles de los automóviles, por ejemplo, tienen una larga historia de conflictividad en materia de salud ambiental, tal y como demuestra la historia de Thomas Midgley Jr. (1889-1994).

Midgley era un ingeniero nativo de Pennsylvania que había empezado a trabajar para la General Motors en 1916. Cinco años más tarde descubrió que si se añadía un compuesto llamado tetraetilo de plomo a la gasolina, se acababa con los molestos «golpes» que se notaban en los motores de combustión interna como consecuencia de la relativamente frecuente ignición espontánea del combustible. Su compañía comercializó rápidamente el nuevo aditivo, que en cuestión de poco tiempo se convirtió en un estándar de la industria, hasta el punto de que a partir de 1930 el noventa por ciento de los vehículos que circulaban por el planeta lo utilizaban. Pero el problema es que el plomo es un metal tóxico. Las empresas lo sabían e intentaban ocultar su presencia en la medida de lo posible, hasta que la incomodidad por las preguntas llevó a la General Motors a pedirle a Midgley que se prestase a un numerito consistente en una rueda de prensa durante la que el brillante y controvertido químico roció sus manos con el aditivo y respiró los vapores durante un rato, declarando cínicamente que podría hacer lo mismo a diario sin envenenarse, cuando de hecho estaba en tratamiento por culpa de haberse intoxicado. Sea como fuere, la opinión pública se calmó, y las partículas de plomo arrastradas por los gases de escape de los automóviles contaminaron el aire de las ciudades durante décadas, hasta que la acumulación de informes acerca de los efectos del metal sobre el crecimiento y desarrollo infantiles y la introducción de los convertidores catalíticos en los coches (sobre todo esto último), obligaron a eliminar el plomo de la gasolina. Entretanto, el bueno de Midgley se cambió de industria y pasó a desarrollar los compuestos clorofluorocarbonados como refrigerantes inocuos para la especie humana, cuando en realidad resultan devastadores para la capa de ozono. No en vano el historiador John McNeill dijo de Midgley que «tuvo más impacto en la atmósfera que cualquier otro organismo en la historia de la Tierra».

Pero, con ser bastante serios, los problemas asociados a la quema de combustibles fósiles van mucho más allá de los aditivos y de la contaminación asociada a los gases de escape[196] o a las chimeneas de las calderas —el célebre smog—. En efecto, algunos de los gases emitidos en la combustión de estas sustancias, principalmente del dióxido de carbono (CO_2), son los principales responsables del llamado «efecto invernadero», un proceso que en las últimas décadas está llevando a nuestro mundo hacia el calentamiento global.

Para entender en qué consiste el problema tenemos que volver a hablar de la energía. En un principio, y dejando al margen el calor provocado por la desintegración de los elementos radiactivos, que mantiene caliente el corazón del planeta, toda la energía que nos llega procede de un modo u otro del Sol. De hecho, y como ya sabemos, es la radiación solar la que las plantas utilizan durante la fotosíntesis para construir sus estructuras biológicas, lo que quiere decir que la energía encerrada en los enlaces de carbono de los combustibles fósiles que consumimos también procede de nuestra familiar estrella. Para que nos hagamos una idea, el Sol nos inunda cada segundo con 1,74×10^17 julios (mil setecientos cuarenta billones, con b, de julios), medidos en lo alto de la atmósfera, pero gran parte de la radiación es reflejada. Algunas superficies reflejan más que otras, como la nieve fresca, que devuelve entre el ochenta y el noventa y cinco por ciento de lo que recibe. A esto se le llama albedo y, como pueden figurarse, un albedo elevado hace que el planeta se enfríe. De hecho, el enfriamiento puede realimentarse hasta el punto de que el planeta se convierta en una auténtica bola de hielo. La razón de que no lo haga tiene que ver con algunos de los gases de la atmósfera, como el CO_2, que «atrapan» el calor reflejado por la superficie y contribuyen a calentarla. Es lo que se conoce como efecto invernadero, muy en línea con lo que sucede en ese tipo de instalación.

El proceso de calentamiento-enfriamiento global experimenta muchas variaciones a lo largo del tiempo.

Expulsión de gases de una antigua fábrica de acero.

De hecho, la superficie de la Tierra ha pasado ya por varios periodos muy fríos —glaciaciones— seguidos de otros con temperaturas mucho más elevadas. Estos cambios suelen ser lentos, dándole a los seres vivos la posibilidad de adaptarse. Pero desde que quemamos combustibles fósiles a mansalva, la concentración de CO_2 en la atmósfera no para de aumentar. Y esto es un problema, porque si los niveles del gas aumentan deprisa y significativamente, el planeta comienza a calentarse, tal vez demasiado rápido para que la biosfera se pueda acomodar. A día de hoy, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera supera las cuatrocientas partes por millón[197], casi un ciento cincuenta por ciento por encima de los niveles preindustriales, una cifra que literalmente no se alcanzaba desde hace millones de años.

¿Y cuál es el problema de que el mundo se caliente deprisa? Pues que entramos en un círculo vicioso. Al aumentar la temperatura, el hielo permanente se derrite, el albedo disminuye y el planeta se calienta todavía más, hasta el punto de que las estimaciones más pesimistas auguran un futuro plagado de fenómenos meteorológicos extremos, acompañados de una subida del nivel del mar suficiente como para anegar gran parte de las costas del planeta. Las sequías, los incendios, las inundaciones y otros desastres asociados pueden dar lugar a un nuevo tipo de refugiados, los llamados «refugiados climáticos». A pesar del esfuerzo de algunos colectivos en negar el calentamiento global —habitualmente por intereses económicos—, los datos nos dicen que la temperatura media de la superficie de la Tierra ha subido cerca de un grado tan solo desde 1970, y las consecuencias ya se están experimentando en muchas regiones a lo largo y ancho del planeta.[198]

La combinación del peligro del cambio climático con la evidencia de que los combustibles fósiles tarde o temprano terminarán por acabarse[199] ha llevado al mundo a plantearse en las últimas décadas cómo podemos sustituirlos para seguir alimentando a una civilización cada vez más sedienta de energía. Y el asunto no es fácil. Hay que tener en cuenta que, aunque fuésemos capaces de encontrar un reemplazo adecuado, gran parte de la infraestructura de producción y consumo de energía del planeta, así como las redes de suministro y el transporte, están adaptadas al carbón y, sobre todo, al petróleo, y cambiar eso no solo lleva tiempo sino que cuesta muchísimo dinero.

Dejando al margen soluciones locales, las posibles alternativas generalizables al uso de combustibles fósiles incluyen la energía nuclear y las llamadas energías renovables, las más importantes de las cuales son las que se obtienen de la biomasa, la hidroeléctrica, la eólica y la solar, ya sea en su versión térmica o fotovoltaica. Muchas de estas fuentes «renovables» ya son económicamente competitivas con respecto al petróleo o al carbón en muchas aplicaciones y, sobre todo, en aquellos lugares hasta donde la distribución de combustibles fósiles llega con dificultad, o sencillamente, no llega. El problema es que algunas de estas fuentes presentan limitaciones obvias en cuanto a su potencial de crecimiento (caso de la hidroeléctrica, por ejemplo), no ofrecen un cien por cien de fiabilidad en cuanto al suministro (solar y eólica), o resultan una solución en cierto modo cuestionable (biomasa)[200].

Las energías renovables que ofrecen más potencial de crecimiento y desarrollo son la eólica y la solar, dada la naturaleza prácticamente inagotable del suministro. De hecho, en un país como España los aerogeneradores —los herederos modernos de aquellos viejos molinos de viento que la humanidad usaba para moler el grano— producían en 2017 el dieciocho por ciento de toda la energía consumida, lo que ya es una proporción muy significativa. En cuanto a la energía solar térmica, su versatilidad permite desde simplemente calentar agua hasta producir grandes cantidades de energía eléctrica en turbinas de vapor o de gas mediante colectores de alta temperatura que concentran la luz solar usando espejos o lentes, un poco al modo que según la leyenda utilizaba Arquímedes para incendiar las naves romanas que asediaban Siracusa (ver capítulo anterior).

Pero de entre todas las fuentes de energía renovable, quizá la más sofisticada sea la solar fotovoltaica, que aprovecha el llamado efecto fotoeléctrico, descubierto por nuestro viejo conocido Heinrich Hertz en 1885 y explicado por Albert Einstein en 1905. Cuando la gente habla de la genialidad de Einstein, en muchos casos no es consciente de hasta qué punto el físico alemán gozaba de un intelecto casi sobrenatural. Baste decir que en el mismo año que describió el efecto fotoeléctrico, el brillante Albert enviaba a la prestigiosa revista Der Annalen der Physik otros tres increíbles artículos, cualquiera de los cuales era merecedor del Premio Nobel por sí solo[201].

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por determinados materiales cuando la luz incide sobre ellos, lo que permite aprovecharlo para multitud de aplicaciones, desde las células fotoeléctricas para el cierre automático de las puertas hasta sus primas, las células fotovoltaicas[202], en las que los electrones emitidos pueden suministrar una corriente eléctrica. Las células solares pueden ser de varios materiales, aunque el más habitual es el silicio, y el único inconveniente es que la conversión de luz solar en energía eléctrica en los dispositivos actuales tiene una eficiencia que apenas se acerca al treinta por ciento, en el mejor de los casos[203]. En la actualidad se está investigando el desarrollo de células fotovoltaicas «de tercera generación», con materiales combinados y niveles de eficiencia muy superiores, lo que unido a la robustez y versatilidad de los paneles solares hace que esta nueva fuente de energía tenga un brillante futuro por delante.

Como hemos dicho, el principal inconveniente de las energías renovables es la falta de continuidad en el suministro, lo que lleva a preguntarnos si no hay alguna alternativa más fiable. Eso nos lleva a dirigir la mirada hacia la energía nuclear, cuya fascinante historia ya hemos repasado en el capítulo séptimo. En efecto, parte del calor que se desprende en la desintegración de los isótopos radiactivos puede convertirse en energía eléctrica mediante el empleo de turbinas, y eso es exactamente lo que se hace en las centrales nucleares. Durante la Segunda Guerra Mundial, mientras las potencias en conflicto se apresuraban a poner a punto el arma atómica, a nadie se le escapaba que si fuera posible controlar la emisión de partículas mediante sustancias que las absorbiesen en parte, impidiendo de esta forma una reacción en cadena descontrolada, se podría construir un reactor que suministrase energía de forma continua y moderada, en lugar de hacerlo de la forma instantánea y explosiva característica de las bombas.

Puestos manos a la obra, los antiguos aliados tardaron alrededor de una década en construir las primeras centrales nucleares del mundo, en Óbninks (Rusia, 1954), Calder Hall (Reino Unido, 1956) y Shippingport (EE. UU., 1957). A partir de ahí, otros países se adhirieron a la idea, y la crisis del petróleo de los años setenta, que disparó los precios del crudo poniendo contra las cuerdas a casi todas las economías del planeta, llevó a la consolidación de las centrales nucleares como una alternativa real al omnipresente oro negro. Sin embargo, el aumento de los costes y el activismo antinuclear consecuencia de algunos notorios incidentes (fundamentalmente los ya mencionados accidentes de las centrales nucleares de Three Mile Island en EE. UU. y de Chernobyl, en Ucrania), supusieron la práctica congelación de los programas de inauguración de nuevas centrales. En TMI, una desafortunada concatenación de errores humanos y fallos en los equipos de control provocaron un importante escape de radiación (la limpieza duró catorce años y costó casi mil millones de dólares), mientras que en Chernobyl la falta de un edificio de contención para ahorrar costes hizo que un grave accidente ocasionado por un experimento mal diseñado se convirtiese en el peor desastre nuclear de la historia, que llevó a la evacuación de más de cien mil personas y a que una enorme nube radiactiva se extendiese por Europa y América del Norte.

Y el caso es que, en el fondo, la suspicacia generalizada acerca de la seguridad de las centrales nucleares no está muy justificada, ya que los incidentes realmente graves son extremadamente escasos, debido a las cada vez más estrictas normas de seguridad. En realidad, el único inconveniente objetivo del empleo de la energía de fisión es la generación de ciertos residuos radiactivos cuyo periodo de semidesintegración es largo, por lo que deben ser almacenados en instalaciones especiales, algunas de ellas a gran profundidad.

Como vemos, entre los problemas de fiabilidad en el suministro por parte de las principales energías renovables, la tradicional desconfianza hacia la energía nuclear y las dificultades económicas para reemplazar toda la infraestructura existente, el mundo no termina de dar carpetazo a los combustibles fósiles, que siguen contribuyendo en cerca del ochenta y cinco por ciento al consumo de energía global. Además, las medidas de eficiencia energética adoptadas en las últimas décadas son claramente insuficientes para compensar la creciente demanda, por lo que el problema se acrecienta cada año. Algunas tecnologías que se vienen desarrollando desde hace tiempo, tales como las pilas de combustible[204] o los motores eléctricos para automóviles no contribuyen mucho a solucionar las cosas, ya que la producción de electricidad para los segundos y la de hidrógeno para las primeras sigue dependiendo, en su mayor parte, de la combustión de carbón y petróleo en las centrales térmicas.

¿No hay solución entonces? Sin duda que la hay, ya que una combinación adecuada de energías renovables y energía nuclear podría en teoría reemplazar al petróleo y al carbón de forma progresiva (de hecho, poco a poco la eólica y la fotovoltaica van ganando terreno), siendo más una cuestión de voluntad política el doblegar los múltiples intereses creados alrededor del mercado de los combustibles fósiles. En el fondo, se trata de sustituir una economía basada en el carbono por una economía basada en el hidrógeno, un combustible mucho más limpio y abundante que puede solucionar todos nuestros problemas de suministro de energía.

Por otro lado, la transición a la economía del hidrógeno podría estar mucho más cerca de lo que parece, sobre todo si en las próximas décadas llegase a cristalizar una nueva, y en teoría inagotable, fuente de energía, nada menos que la que se encuentra detrás del funcionamiento de la mayor central energética que conocemos, el mismísimo Sol. Como vimos con anterioridad, la gigantesca cantidad de energía que produce el astro rey —unos inimaginables trescientos ochenta y seis mil billones de gigavatios— provienen de la fusión nuclear del hidrógeno, tal y como corresponde a una estrella en la secuencia principal. Un proceso como ese, a escala industrial terrestre, podría suministrar toda la energía que pudiésemos necesitar en el futuro, sin ningún peligro de agotar nuestros recursos naturales.

Ahora bien, recordemos que el problema está en el proceso de ignición, que requiere por sí mismo un considerable suministro de energía. En el Sol, el «aplastamiento» producido por la fuerza de la gravedad es suficiente como para que los núcleos atómicos lleguen a fusionarse, pero en la primera bomba de hidrógeno hizo falta hacer explotar previamente nada menos que una bomba de plutonio para que la fusión pudiera tener lugar. Por eso, y a pesar de las décadas de investigación transcurridas, todavía no hemos dado con la fórmula para conseguir un reactor de fisión que produzca más energía de la que consume. Es verdad que los métodos de confinamiento del combustible son cada vez más prometedores, pero no está previsto que el reactor experimental ITER (el tercer proyecto científico más caro de la historia en cualquier campo del conocimiento[205]), que intenta producir un plasma de fusión que emita diez veces más potencia térmica que la necesaria para calentarlo, esté plenamente operativo antes de 2025.

Si finalmente se demostrase la viabilidad del proceso, la tercera y tal vez definitiva transición energética sería cuestión de muy poco tiempo, pues finalmente habríamos sido capaces de aprovechar la energía encerrada en el corazón del hidrógeno de modo que se transformase en electricidad a nuestro antojo, olvidándonos para siempre de la vieja costumbre de quemar los compuestos de carbono. La sociedad entraría en una nueva era, en la que el calentamiento global dejaría de ser un problema y el abaratamiento de los costes de la energía causaría una revolución económica casi sin precedentes en la historia.

Mientras tanto, habrá que seguir presionando a los gobiernos para que sustituyan el carbón y el petróleo por una combinación sensata de energía atómica y energías renovables, en la confianza de que entiendan que a largo plazo a la humanidad siempre le saldrá más caro tener que arreglar los desaguisados del más que probable cambio climático que sustituir un modelo energético obsoleto y condenado a la extinción.

Capítulo XIV

El precio de la energía

«Siempre he tratado de convertir un desastre en una oportunidad».

Atribuido a John D. Rockefeller (1839-1937), empresario e industrial estadounidense.

¿Cuál es la relación entre la energía y la economía? El sentido común nos dice que tiene que ser muy íntima, dado que la economía se basa en el trabajo y, como sabemos, para hacer un trabajo hay que consumir energía. De hecho, algunos de los fundadores del capitalismo, notablemente el escocés Adam Smith (1723-1790) y el francés Jean-Baptiste Say (1767-1832), se inspiraron en la mecánica clásica, y más en concreto en la tercera ley de Newton, para comparar el mercado con un mecanismo de tipo acción-reacción en el que la oferta y la demanda se ajustaban constantemente entre sí.

Pero la relación entre energía y economía va mucho más lejos de una simple analogía, pues puede decirse que el desarrollo de nuestra cultura ha marchado en paralelo con el aumento de nuestro consumo de energía, hasta el punto de que puede establecerse una correlación directa entre el nivel de este último y el grado de complejidad de una civilización. En efecto, durante el larguísimo periodo en que los humanos fuimos cazadores-recolectores tan solo nos dedicábamos a recoger la energía química almacenada en los animales y en las plantas, lo cual nos permitía sobrevivir sin más. En este entorno primitivo, las relaciones sociales se limitaban al entorno familiar y tribal, normalmente basadas en el parentesco, sin que existiese una jerarquía acusada. Desde el punto de vista energético, nuestro consumo no era muy elevado, pues un pequeño grupo de cazadores de este tipo generaba menos de cuarenta vatios de potencia por cabeza en un año.

Fue durante la Revolución Neolítica cuando todo cambió. Los cultivos y la sedentarización aseguraron a nuestros antepasados un suministro continuo y fiable de alimentos, pero también los primeros excedentes de energía, capaces de permitir el aumento de la población y, con el tiempo, la fundación de reinos y de imperios. Los excedentes agrarios liberaron a algunas personas de las tareas del campo, dando lugar a la división del trabajo y a las jerarquías sociales. Pocos milenios después de comenzar el cultivo de los cereales, surgieron en lugares como China, Egipto y Mesopotamia grandes civilizaciones que utilizaban los excedentes en construir grandes infraestructuras y en desarrollar nuevas tecnologías como las matemáticas o la escritura, que a su vez generaban avances que permitían mejorar la producción y el flujo de energía. En pocos milenios, la humanidad había aprendido a captar la radiación solar de forma intensiva a través del cultivo de las plantas, y ese primer «abaratamiento» de la energía le había permitido dar un salto de calidad.

Pero la extensión de los cultivos es siempre limitada y las élites a menudo solo se motivan aumentando su poder y riqueza, de manera que para seguir creciendo hay que pensar en expandirse. El problema es que casi siempre hay alguien al lado. Durante esta época, el desarrollo de la metalurgia permitió a las clases dirigentes armar ejércitos con los que arrebatarle tierras de cultivo a sus vecinos y, lo que es más importante, conseguir esclavos. Los esclavos son una forma de obtener energía mecánica abundante y barata, hasta el punto de que sociedades enteras, como la romana, basaron gran parte de su economía en ellos. Hoy en día tendemos a ver la esclavitud como una aberración, pero el trasfondo de la idea no era en realidad la de despojar de derechos a la gente (aunque se desarrollasen ideologías enteras para justificarlo), sino obtener energía para las élites con poco esfuerzo. No es de extrañar que, incluso en una época tan tardía como el siglo XIX, una región tan teóricamente avanzada como era el sureste de los Estados Unidos desarrollase una economía casi puramente esclavista. Para el viejo sur, la abolición de la esclavitud significaba, lisa y llanamente, renunciar a su principal suministro de energía y arruinarse.

Hombres y mujeres afroamericanos cavan y aran la tierra mientras otros cortan montones de batatas para plantar. 1862, plantación de James Hopkinson. [Library Congress]

El Imperio romano es un ejemplo interesante de cómo una cultura crece y se desarrolla explotando sus fuentes de energía hasta que la falta de alternativas provoca el estancamiento y el colapso. Además, en muchos aspectos, el estilo de vida y la organización económica y social de Roma están más cerca del mundo moderno de lo que creemos, por lo que muchas conclusiones son de aplicación hoy en día. Roma construyó su civilización a base de apropiarse durante siglos de tierras de cultivo, esclavos y riquezas ajenas, mediante su implacable y extremadamente bien organizado ejército. Tras derrotar a Cartago en la segunda guerra púnica y ocupar gran parte de Hispania, en el año 197 a. C. los romanos conquistaron Macedonia, un reino muy rico que hizo crecer el tesoro republicano hasta el punto de que el gobierno decretó la exención de impuestos a los ciudadanos. Años más tarde, la anexión de Pérgamo simplemente duplicó el tamaño del presupuesto romano, y la conquista de Siria y la Galia, seguidas de la anexión de Egipto, catapultaron la economía romana hasta extremos insospechados.

Sin embargo, la transición al imperio vino acompañada de un vuelco en la situación. La época de las conquistas había terminado, con lo que el hasta entonces siempre creciente flujo de energía se cortó de repente. Roma entró en una fase de consolidación en la que obtenía la energía casi únicamente de la producción agrícola interna, un suministro continuo pero a la larga insuficiente para mantener al enorme ejército que defendía las fronteras y a la gran cantidad de infraestructuras distribuidas por todo el imperio[206]. Además, una parte muy importante de la población no producía absolutamente nada y dependía de las generosas subvenciones públicas que se habían instaurado en la época de bonanza[207].

Pero sin grandes avances tecnológicos, la agricultura daba para lo que daba, mientras que el mantenimiento de la extensa y compleja civilización consumía cada vez más recursos. La explotación abusiva de los suelos comenzó a dejarse notar, y su rendimiento neto en términos energéticos se volvió cada vez más bajo. Así, por ejemplo, el coste para Roma de mantenerse en zonas alejadas del epicentro del imperio, tales como las Islas Británicas, era superior a las rentas obtenidas explotándolo. Es evidente que influyeron otros factores, pero la historia de la decadencia del Imperio romano se escribió sobre el lento e inexorable agotamiento de su único recurso energético disponible, con suelos cada vez menos fértiles y una agricultura progresivamente menos productiva, todo ello consecuencia de la implacable tiranía de la segunda ley y su protagonista absoluto, la entropía. La única alternativa para poder sostener a largo plazo una sociedad tan compleja como la romana hubiese sido haber llevado a cabo la Revolución Industrial, pero los romanos nunca llegaron a conjugar el pensamiento filosófico que habían importado de los griegos con los conocimientos de carácter práctico herencia de las antiguas civilizaciones del Creciente Fértil, y eso impidió que innovaciones como las de Herón de Alejandría (ver capítulo anterior) llegasen a cuajar. Además, al igual que les sucediese a los confederados, los romanos no consiguieron sacudirse la trampa de la esclavitud. De este modo, cuando la presión de los pueblos bárbaros se incrementó, el Imperio de Occidente se deshizo ante la imposibilidad de mantener un ejército lo suficientemente grande y potente como para garantizar el control de las fronteras.

El caso del Imperio romano ejemplifica a la perfección el papel protagonista de los flujos de energía en el devenir de las culturas humanas. Muchos historiadores ilustres, como Joseph A. Tainter (1949-), han venido sosteniendo que la historia de una civilización está determinada por su búsqueda de energía libre para el consumo, y que el colapso se produce cuando la cultura se ve forzada a dedicar una proporción cada vez mayor de sus reservas a mantener su compleja estructura, al tiempo que disminuye de forma progresiva el rendimiento de la energía consumida por habitante.

Tras la caída del Imperio romano, Occidente no volvió a ver un intento semejante de construir una civilización tan compleja hasta el Renacimiento, si bien la Edad Media se caracterizó por un paulatino incremento en la explotación de la madera. En el Mediterráneo, los romanos habían acabado prácticamente con la cubierta forestal, en gran medida por su creciente necesidad de ampliar las tierras de cultivo, pero el centro y el norte de Europa permanecían cubiertos de bosques impenetrables. Esa espesa capa de árboles parecía ser una fuente inagotable de combustible, y los europeos se echaron en brazos de ella. Sin embargo, con el tiempo los problemas no fueron muy distintos de los que se habían experimentado en los últimos siglos de la antigua historia de Roma.

En efecto, a partir del siglo X las mejoras en la tecnología y prácticas agrícolas propiciaron un considerable aumento de la población que, a su vez, incrementó la presión sobre los bosques, tanto para obtener directamente energía de ellos como para talarlos y sustituirlos por nuevas tierras de cultivo. La consecuencia de ello fue que la población consumía los recursos en menos tiempo del que empleaba la naturaleza en reponerlos, lo que llevó a una nueva crisis energética. La creciente escasez de madera, un recurso tan importante para la sociedad de la Baja Edad Media como lo es el petróleo para nosotros, llegó a agudizarse tanto durante los dos siglos siguientes que hacia 1630 era en promedio dos veces y media más cara que a principios del siglo XV.

Sin embargo, en esta ocasión la tecnología y la incipiente filosofía natural habían avanzado lo suficiente como para ofrecer nuevas alternativas. Al principio, la expansión de potencias como España o Portugal se produjo un poco al modo de la República romana, es decir, mediante la conquista de nuevos territorios —en este caso inmensos— que proporcionaban un importante flujo de recursos, pero lo que supuso un nuevo cambio radical fue el advenimiento de la nueva tecnología del vapor. En el transcurso de unas décadas, la energía se abarató tanto que se hizo posible la construcción de una nueva cultura caracterizada por el desarrollo de la industria, que inundó los mercados con bienes y servicios y que tuvo como consecuencia un importantísimo aumento de la población[208]. El foco de la economía, que durante milenios había estado en la agricultura, se trasladó a un nuevo sector económico (el llamado sector secundario) que con su maquinaria e instalaciones se caracterizaba por unos requisitos de capital y energía mucho más intensivos. Con posterioridad, el testigo del vapor lo recogieron los combustibles fósiles, que permitieron seguir alimentando el crecimiento a base de extraer energía de manera intensiva a partir de un nuevo recurso, en este caso la energía potencial de los enlaces de carbono que, tal y como vimos en el capítulo anterior, la naturaleza ha acumulado durante eones.

De entre todos los combustibles fósiles, el rey indiscutible es el petróleo, que a principios del siglo pasado ya se había hecho con la parte del león del suministro de energía. La gran ventaja del petróleo con respecto al carbón, por ejemplo, es la posibilidad de obtener por destilación fraccionada un gran número de sustancias de múltiple utilidad desde el punto de vista energético, incluyendo metano, etano, propano, butano, nafta, gasolina, queroseno, gasóleo, fuelóleo, aceites lubricantes, asfalto y alquitrán. Prácticamente ningún otro recurso natural ofrece tantas posibilidades. De un barril de crudo (algo menos de ciento sesenta litros) pueden extraerse cinco mil quinientos millones de julios de energía, una auténtica barbaridad. En contraprestación, la energía que hay que emplear desde su extracción al punto de suministro ronda el veinticinco por ciento de esa cifra, lo cual quiere decir que se aprovechan las tres cuartas partes de esa cifra descomunal. Esta es la razón de que la energía nos resulte tan barata y, de paso, que la industria petrolera sea un buen negocio, lo que obviamente dificulta cualquier transición de modelo energético debido a los intereses creados.

Edwin L. Drake, a la derecha, y el pozo Drake al fondo, en Titusville, Pensilvania, donde se perforó el primer pozo comercial en 1859 para encontrar petróleo. [Library Congress]

De hecho, al calor de la fiebre del nuevo oro, a lo largo de los últimos ciento cincuenta años se han amasado fortunas considerables, como la de John D. Rockefeller (1839-1937), quien llegaría a convertirse en el hombre más rico de todos los tiempos. Rockefeller era hijo de una familia de clase media descendiente de inmigrantes alemanes que pronto mostró gran habilidad para los negocios. A los dieciocho años ya había fundado su primera empresa, y hacia 1863 dirigió sus miradas al refinado del petróleo crudo, un negocio muy prometedor y rentable. La pequeña refinería que montó con sus socios en Cleveland pronto se convirtió en una de las más eficientes del país, y al cabo de cuatro años en la más grande del mundo. Rockefeller, que se mostraba como un depredador despiadado con respecto a la competencia, firmó un acuerdo secreto con las compañías de ferrocarriles y en 1870 fundó la célebre Standard Oil, que empezó a convertir el hasta entonces elitista keroseno[209] en un combustible asequible para toda la población. El magnate contaba ahora con una vasta red de refinerías, había desarrollado su propia red de oleoductos y controlaba el 95 % de la capacidad de refino del país. No contento con ello, y para evitar las incipientes leyes antimonopolio en su país, creó el primer conglomerado de empresas (trust) que abarcaba toda la industria petrolera estadounidense y gran parte de la del extranjero. En el cenit de su poder, el inteligente Rockefeller vio como la competencia aumentaba en Asia y el keroseno empezaba a dar paso a la electricidad, de modo que aprovechó el advenimiento del motor de combustión interna para pasar a forrarse suministrando gasolina, hasta entonces un producto de desecho. Finalmente, y tras años de litigios con el gobierno, en 1899 los tribunales le obligaron a disolver su monopolio y a desmantelar la gigantesca Standard Oil, que fue sustituida por treinta y siete compañías distintas, algunas de las cuales se cuentan todavía entre las mayores petroleras del planeta. Sin llegar a los extremos de Rockefeller, a lo largo del siglo XX muchas personas han hecho fortuna en el negocio del petróleo o en sectores que dependen íntimamente de él, razón por la cual la colección de intereses creados a su alrededor es verdaderamente imponente.

Una de las características asociadas a la dependencia del petróleo es que, al igual que ha sucedido a lo largo de la historia con todos los recursos energéticos, el acceso al mismo ha planteado y plantea un montón de conflictos geopolíticos. Ya durante la Primera Guerra Mundial, la sustitución del carbón por el petróleo en los barcos de la marina británica se combinó con el miedo a que los alemanes se apoderasen de las empresas que controlaban el suministro en Europa para hacer que el Reino Unido invirtiese en el Golfo Pérsico con la creación de la compañía Anglo-Persian. De igual forma, durante la Segunda Guerra Mundial Hitler aceleró la a la postre desastrosa invasión de la Unión Soviética con la esperanza de hacerse con el petróleo del Cáucaso, y el arriesgadísimo ataque japonés a la base naval de Pearl Harbor tuvo lugar por la necesidad imperiosa que tenía el Imperio del Sol Naciente de librarse de la amenaza que suponía la flota norteamericana del Pacífico para poder apoderarse del petróleo de Insulindia. En las últimas décadas, casi todos los problemas acaecidos en Oriente Medio han tenido que ver de una forma u otra con el petróleo, y la crisis energética mundial desatada por la Organización de Países Exportadores de Petróleo en 1973[210] no fue más que un aviso de lo que puede sucederle al mundo si de repente se cortase el suministro del «oro negro». De hecho, la llamada «segunda crisis del petróleo», desencadenada en 1979 por los efectos conjugados de la revolución iraní y de la guerra entre Irán e Irak, hizo que el precio del petróleo se multiplicase en tres años por un factor de 2,7.

Ahora bien, ¿cuál es en la actualidad la situación de ese suministro y, en general, del precio de la energía en nuestra civilización? ¿No nos estará pasando como a los romanos, y tras décadas de un consumo descontrolado estemos cerca de llegar al punto en el que comience la decadencia? Por desgracia, la respuesta está lejos de ser negativa, y parte de la responsabilidad la tenemos los economistas. Ya hemos comentado que los padres del capitalismo se inspiraron en la mecánica de Newton para elaborar las leyes de la oferta y la demanda, al igual que los economistas de finales del siglo XIX abrazaron (y a menudo tergiversaron) la teoría de la evolución de Darwin[211], pero sus sucesores ignoraron abiertamente las aportaciones de la termodinámica. Para ellos, la entropía, si es que se le llegaba a prestar atención, no era más que una externalidad de la actividad económica, que se desarrollaba sobre una base de recursos considerada como inagotable. Por eso, los costes medioambientales tardaron mucho en ser contemplados de forma adecuada y, de hecho, todavía no lo han sido del todo. La consecuencia de ello fue el desarrollo de sectores enteros de actividad a la larga falsamente competitivos y que casi nunca pagaban por el desaguisado que organizaban en el medio ambiente.

Pero ignorar las leyes de la termodinámica no sirve de nada, porque estas siguen allí. Y lo que nos dicen es que, desde su punto de vista, la actividad económica se puede definir simplemente como la sustracción de energía útil del entorno para transformarla en bienes y servicios de baja entropía, a costa naturalmente de aumentar mucho más la del sistema en general (ver capítulo tercero). Cuando ese sistema incluye el ambiente en el que vives, termina pasándote como a los romanos, a no ser que seas capaz de encontrar otros recursos alternativos. Además, los bienes y servicios producidos tienen un carácter temporal, así que elevar a los altares el incremento del Producto Interior Bruto (PIB) como la mejor medida del aumento de la riqueza es lo mismo que asegurar que esta se incrementa a costa de disminuir las reservas de energía disponibles y aumentar cada vez más la entropía del entorno, lo cual es sin duda un contrasentido. Desde hace algún tiempo, muchos economistas empiezan a cuestionarse que el crecimiento del PIB tal vez no sea por sí mismo el mejor de los indicadores del progreso, sobre todo si tenemos en cuenta las posibles consecuencias a largo plazo.

Pues bien, eso es exactamente a lo que se enfrenta nuestra civilización desde hace unas décadas. Cuando a finales del siglo XIX se disparó la extracción de petróleo (la producción en Estados Unidos pasó de dos mil barriles en 1859 a casi ciento veintiséis millones y medio en 1906), el precio de la energía volvió a abaratarse hasta el punto de permitir la construcción masiva de infraestructuras y productos basados en el nuevo modelo energético, pero es obvio que las reservas de crudo acumuladas por el planeta son limitadas, y décadas de consumo desaforado han agotado muchos de los yacimientos más fáciles de explotar. De hecho, en los últimos tiempos cada vez hay que ir a buscar el petróleo a lugares más recónditos e intentar explotar recursos de peor calidad, como el esquisto bituminoso y las arenas de alquitrán. Parece, pues, que nos estamos adentrando en el terreno de los rendimientos marginales decrecientes. ¿Le suena?

El consumo actual de energía de la civilización global es gigantesco, muchas veces superior al del Imperio romano, como corresponde a una sociedad incomparablemente más compleja y con infraestructuras más elaboradas. El norteamericano medio, por ejemplo, consume una cantidad de energía equivalente a disponer de casi sesenta esclavos trabajando sin parar todo el día, algo que pocos patricios romanos podían permitirse. El precio de esta energía sigue siendo muy barato (si hubiese que pagar a diez euros la hora el trabajo de esas personas, el día nos costaría casi quince mil euros, frente a los cincuenta dólares que cuesta a finales de 2020 un barril de crudo Brent), pero con el tiempo no hará más que aumentar, sin que las medidas de eficiencia energética puedan parar el golpe. Por otra parte, el desarrollo de los métodos de síntesis del amoniaco[212] y la llamada «revolución verde»[213] han contribuido a sostener una población planetaria cinco veces superior a la que había en 1900, lo cual no hace sino meterle más presión al modelo energético actual.

Ahora mismo, en el mundo se comercializan unos ochenta y cinco billones de kilovatios hora de energía, más del ochenta por ciento de los cuales se obtienen, como ya dijimos con anterioridad, a base de quemar petróleo, carbón o gas natural. Si dejásemos de utilizar de repente los combustibles fósiles, nuestra civilización industrial simplemente dejaría de existir, no en vano nos alimentamos, calentamos, transportamos, iluminamos y operamos nuestras fábricas con energía que deriva de una u otra forma de ellos. Además, el mantenimiento de nuestras infraestructuras se lleva también una porción muy significativa de la «tarta energética de los combustibles fósiles», en parte porque las necesarias para extraerlos y explotarlos resultan francamente caras.

En este sentido, hay que tener en cuenta que, a la hora de obtener energía, siempre se empieza por los recursos que resultan más fácilmente accesibles. Los cazadores-recolectores que vagabundearon por el mundo durante milenios tardaron mucho en inventar la agricultura simplemente porque disponían a su alrededor de plantas y de animales en abundancia. Es mucho más fácil coger la fruta de un árbol silvestre que molestarse en cultivarlo. De igual modo, la madera de los bosques resultaba mucho más accesible que el carbón pues, una vez agotadas las reservas de este último más cercanas a la superficie, los mineros se veían obligados a buscarlo a mayor profundidad, donde la presencia de las capas freáticas convertía el drenaje en un problema muy serio. Por eso hubo que esperar a la invención de la bomba de vapor para que mereciese la pena extraer el negro mineral en cantidades significativas. De igual modo, el carbón es un recurso tecnológicamente más accesible que el petróleo y el gas natural. De hecho, solo algunas de las mayores compañías del mundo tienen los recursos económicos suficientes como para extraer el crudo, transportarlo, refinarlo y distribuirlo en los cinco continentes. La industria de la energía emplea infraestructuras y tecnologías más variadas y sofisticadas que cualquier otra, incluyendo, entre otras cosas, satélites artificiales, instrumentos y herramientas de última generación, plataformas petrolíferas capaces de resistir huracanes, oleoductos que cruzan miles de kilómetros y barcos de cientos de miles de toneladas.

La consecuencia de todo ello es que nuestro modelo de extracción y explotación de la energía es extremadamente complejo, con una estructura de gestión y control muy centralizada, lo que a la vez supone que sea más frágil y vulnerable que cualquier modelo anterior. En la actualidad existen incontables sistemas que deben coordinarse para asegurar el flujo de energía de nuestra civilización, eso sin contar con la vulnerabilidad que supone asegurar el suministro continuo para una población que se apelotona mayoritariamente en gigantescas ciudades con millones de habitantes. Al calor de los combustibles fósiles, el mundo ha multiplicado su población urbana de forma impresionante durante los últimos doscientos años. Si en 1820 Londres se convertía en la primera ciudad moderna en superar el millón de habitantes[214], en 1950 ya había en el mundo setenta y cinco ciudades que superaban esa cifra y en 1976 casi doscientas. Hoy en día, algunas zonas urbanas como Tokyo, Nueva York o Shanghái mantienen poblaciones que superan los veinte millones de habitantes. Una ciudad de un millón de habitantes consume a diario casi nueve mil toneladas de combustible. Algunos «apagones» famosos, como el de 1965 en la costa este de Estados Unidos, que dejó a más de treinta millones de personas sin electricidad durante doce horas, incluyendo los ascensores con gente atrapada dentro, nos advierten del peligro que corren estas megaciudades si se les corta el suministro y, al mismo tiempo, nos recuerdan lo débiles que somos cuando nos falta la energía.

Por otro lado, al igual que sucedía en la época del Imperio romano, existe un importante despilfarro en cosas como mantener un ejército planetario imponente, aunque en este caso los enemigos no sean los bárbaros, sino nosotros mismos. En 2019, el gasto militar global alcanzaba el 2,02 % del Producto Interior Bruto mundial, lo cual equivale a billones (con b) de dólares tirados literalmente a la basura. Además, la producción agrícola, como ya dijimos, se ha disparado desde mediados del siglo XX, pero la mejora se ha llevado a cabo a costa de multiplicar el consumo de energía procedente de los hidrocarburos. Por cada caloría producida por un moderno granjero ultratecnificado se consumen diez para mantener en funcionamiento la maquinaria necesaria para el cultivo, así como para pagar los fertilizantes y pesticidas. Por tanto, y paradójicamente, puede decirse que, desde el punto de vista termodinámico, la agricultura moderna es la menos productiva de la historia.

Como vimos en el capítulo anterior, la presión sobre el medio ambiente ocasionada por más de siete mil seiscientos millones de personas sedientas de energía se está volviendo insostenible y es muy probable que nuestra civilización esté llegando a un momento crítico de su existencia. O cambiamos el modelo sustentado en la explotación de los combustibles fósiles, o el precio de la energía se disparará en paralelo con la progresiva escasez de estos recursos y el empobrecimiento generalizado de la biosfera.

Plantas de generación fotovoltaica sobre suelo.

Desde el punto de vista económico se hace, por tanto, preciso encontrar alternativas al petróleo que puedan sustituirlo a medio plazo y a gran escala. ¿Es posible conseguirlo?

Como vimos en el capítulo anterior, en eso estamos, pero la cosa no resulta fácil. A diferencia de culturas anteriores, la nuestra tiene la ventaja de que sus conocimientos científicos, acumulados durante siglos, le permiten vislumbrar fuentes de energía alternativas de muy largo recorrido, como la solar, la eólica o la nuclear. Los precios de las energías renovables de las que hablábamos en el capítulo anterior ya resultan competitivos en muchas aplicaciones y en muchos lugares del planeta, y la energía nuclear de fisión proporciona más del diez por ciento del suministro energético total. Por tanto, la tecnología para llevar a cabo la transición energética está disponible.

Utilizando la energía fotovoltaica, por ejemplo, puede generarse la electricidad necesaria para obtener, a través de la electrolisis del agua, el hidrógeno que puede cambiar nuestra economía sin tener que utilizar para ello el gas natural[215]. Un suministro de hidrógeno suficiente y duradero liberaría el transporte global de su dependencia del petróleo, porque las pilas de combustible son dos veces y media más eficientes que los motores de combustión interna, y además solo arrojan calor y agua como subproductos. A su vez, la solar fotovoltaica permite una gestión mucho más descentralizada de la energía, dado que cualquier consumidor puede instalar con facilidad un pequeño generador eléctrico conectado a un sistema de paneles solares. En cuanto a la energía nuclear de fisión, resulta claramente competitiva frente al petróleo y, de hecho, experimentó una gran expansión tras la Segunda Guerra Mundial, pero el incremento de los costes de instalación y mantenimiento y la gran suspicacia que suscita entre amplias capas de la opinión pública hacen que la mayoría de los gobiernos sean reacios a ampliar su porción en la tarta energética. Sin embargo, puede ser el complemento perfecto de las renovables, y tal vez no tarde demasiado tiempo en volver a despegar.

En cualquier caso, los motivos del retraso en sustituir los combustibles fósiles tienen que ver con la enorme inversión necesaria para reemplazar las infraestructuras, pero también con la falta de voluntad política por parte de las élites que controlan el suministro de energía (léase grandes petroleras, compañías eléctricas y fabricantes de automóviles), cuyos intereses creados hacen que se aproximen al nuevo modelo energético solo en la medida en que puedan controlarlo. Eso significa que todavía tardaremos varias décadas en efectuar la transición hacia la economía del hidrógeno y que lo haremos además a un ritmo sosegado, por lo menos en tanto en cuanto los problemas ambientales no obliguen a los políticos a ir más rápido.

Pero ¿de cuánto tiempo estamos hablando? Al margen de la mayor o menor inercia asociada a las dificultades, si nos atenemos a las lecciones que nos enseña la historia da la sensación de que las transiciones energéticas que experimenta la sociedad humana siguen una progresión acelerada. En efecto, nuestra especie tardó literalmente decenas de miles de años en inventar el modelo «agricultura-madera», pero menos de diez mil en cambiarlo por el del vapor y el carbón y, tal y como ya comentamos en el capítulo anterior, tan solo unos ciento cincuenta en sustituirlo por el del petróleo y la electricidad. Este último lleva dominando alrededor de un siglo, pero la irrupción de la energía nuclear y las renovables indica que, muy probablemente, ya nos encontremos inmersos en la próxima transición.

En cuanto a la solución definitiva, las leyes de la física nos dicen que probablemente reside en la anhelada fusión nuclear, una fuente prácticamente inagotable que pondría en nuestras manos un suministro de energía tan barato que transformaría nuestra economía y nuestra sociedad quizá para siempre. Extraído por electrolisis a partir de las enormes reservas de agua de la Tierra, el hidrógeno acabaría virtualmente con el impacto negativo del transporte sobre el medio ambiente, mientras que la energía procedente de la fusión nuclear del ligero elemento convertiría en trivial el suministro de electricidad a gran escala.

Claro que, la otra alternativa que tenemos a largo plazo es salir de nuestro planeta y colonizar otros mundos, siguiendo la estela de aquella República romana que obtenía su energía a base de conquistar.

Capítulo XV

Espíritus, fantasmas y el carburante de los platillos volantes

«Cada segundo nace un idiota». Atribuido (apócrifamente) a P.T. Barnum, empresario y showman norteamericano (1810-1891).

Desde la noche de los tiempos, la maravillosa capacidad del mundo para cambiar continuamente fascinó a nuestros antepasados, que siempre achacaron semejante mecanismo al poder y a la voluntad de los dioses. Sin embargo, con el tiempo, y a medida que el conocimiento iba avanzando, fue quedando claro que era la energía lo que se encontraba detrás de todos nuestros movimientos, acciones y pensamientos. La ciencia iba desvelando progresivamente nuevas formas de la misma, algunas de ellas enigmáticas y poderosas. Por supuesto, las investigaciones fueron puliendo poco a poco el concepto, mostrando tanto su realidad como sus limitaciones.

Sin embargo, nunca ha habido una palabra que haya sido tan utilizada por los charlatanes de toda índole y pelaje para embaucar al prójimo, siempre sobre la base de que «la ciencia no lo sabe todo» y de que, en cualquier momento dado, podrían aparecer nuevas formas de energía por explorar. Fuera de los círculos científicos, la propia palabra «energía» es utilizada muchas veces de forma incorrecta en la cultura popular para referirse a algo sobrenatural, de connotaciones mágicas, una especie de fluido que puede recogerse en determinados lugares o cerca de ciertos objetos y que puede proporcionarnos salud y mejorar nuestras capacidades. En ocasiones, estas «energías ocultas» dan la cara a través de la ejecución de rituales cuidadosamente diseñados, mientras que en otros casos basta la capacidad innata del charlatán para desencadenarlas.

El modus operandi de los avispados promotores de las energías ocultas siempre es el mismo. Basta con inventarse que tal o cual forma de energía existe, y que simplemente la ciencia «oficial» no ha dado todavía con su secreto, a pesar de lo cual es muy poderosa y puede solucionar fácilmente tus problemas. La falta de pensamiento crítico y la necesidad —a veces desesperación— de encontrar un remedio a algo que nos atormenta son manipuladas sin piedad por los embaucadores, que se llenan los bolsillos a base de timar al prójimo.

Por supuesto, en la trayectoria del propio conocimiento de la naturaleza pueden encontrarse muchos ejemplos de errores en la comprensión de la energía (véase por ejemplo, la historia del flogisto o del inexistente éter luminífero), pero el rigor del método científico permite descartarlos tarde o temprano, algo que los charlatanes se cuidan de permitir utilizando el viejo método de retar a los científicos a que demuestren una proposición negativa, algo que desde el punto de vista de la lógica resulta imposible. Así, y ante la falta de evidencias al respecto de tal o cual «energía», siempre cabe recurrir al socorrido «¿puede usted demostrar que no existe?», obviando que la carga de la prueba descansa sobre los hombros del que hace la afirmación, no del que duda de ella. Por extraño que pueda parecer, este pueril subterfugio les funciona de maravilla a los charlatanes, siendo incontable el número de personas que caen en semejante trampa, convirtiéndose en devotas irreductibles de la misteriosa energía en cuestión.

En puridad, no puede hablarse de pseudociencias en relación con la energía antes de que se desarrollasen plenamente tanto el método científico como el propio concepto, algo que como ya hemos visto no sucedió del todo hasta finales de la época de la Ilustración. Por eso, se considera el siglo XIX como la edad de oro de las pseudociencias en general, y de las relacionadas con la energía en particular. En aquella época, el nivel cultural de la población era en general muy bajo, lo que hacía que fuese muy fácil para un charlatán presentar una superchería como un auténtico fenómeno de la naturaleza. La ciencia descubría constantemente nuevos fenómenos y nuevas y poderosas energías, como la electricidad, por lo que no parecía haber límite para las maravillas que podían ponerse de manifiesto. Los propios científicos llevaban a cabo a menudo espectaculares demostraciones de sus descubrimientos, lo que daba a los embaucadores la oportunidad de organizar cuidadosos fraudes que satisfacían el ansia de las masas.

De hecho, fueron la electricidad y el magnetismo las primeras formas de energía que fueron utilizadas con fines pseudocientíficos, ya que su potencia y origen misterioso (chispas que aparecían de repente, descargas aparentemente surgidas de la nada) resultaban ideales para llevar a cabo trucos espectaculares. Por ejemplo, los experimentos llevados a cabo por Luigi Galvani, en los que provocaba contracciones musculares en animales muertos mediante la aplicación de corrientes eléctricas (ver capítulo cuarto), llevaron a muchos a preguntarse si tal vez el secreto de la vida pudiese radicar en la electricidad, algo que animó a unos cuantos charlatanes a realizar su agosto. Así, y aprovechando las ideas de Johann Wilhelm Ritter (1776-1810), un seguidor de Galvani para el que la vida no era más que electricidad de origen orgánico, individuos de todo pelaje presentaron famosos y más que controvertidos espectáculos públicos en los que se experimentaba y se llevaban a cabo trucos con cadáveres. La macabra moda llegó a estar extraordinariamente extendida, no en vano incluso científicos como el médico escocés Andrew Ure (1778-1857) o el inglés Andrew Crosse (1784-1855) dieron muestras de una gran credulidad. En el caso del primero, a partir de experimentos realizados con el cadáver de un criminal ajusticiado afirmaba que la estimulación de uno de los nervios del cuello con electricidad permitía resucitar a un muerto en casos de asfixia o estrangulamiento. Crosse, por su parte, protagonizó en 1836 un pintoresco incidente en el que, tras contarle a unos amigos que habían «aparecido» insectos durante uno de sus experimentos de electrocristalización, vio como la prensa europea tachaba el asunto de «experimento extraordinario», dando la impresión de que Crosse había creado los insectos de la nada, lo que le llevó a recibir amenazas de muerte por blasfemo y por haber intentado suplantar a Dios.

La electricidad, con todo, podía «verse», pero el magnetismo no, lo cual lo convertía en una forma de energía todavía más enigmática y proclive a todo tipo de ocurrencias, a cual más disparatada. El caso más sonado al respecto fue, sin duda, el de Franz Anton Mesmer (1734-1815), un médico alemán que decía ser capaz de manipular el «flujo magnético» que según él se encontraba en todos los seres vivos, y muy en particular en los humanos. Lo más grave es que Mesmer afirmaba que sus habilidades le permitían curar casi todas las enfermedades mediante su método favorito, que consistía en inducir en sus pacientes una especie de trance para que le obedeciesen de forma inconsciente. Al principio experimentó con imanes, pero pronto decidió que él mismo disponía de suficiente flujo magnético como para controlar a voluntad los supuestos «canales de energía» de otras personas. Primero se afincó en Viena, ciudad de la que tuvo que salir corriendo después de varios fracasos resonantes, para más tarde trasladarse a París, en donde se dedicó a realizar espectaculares demostraciones delante de asombradas multitudes. Durante estas sesiones, muchas personas, entre las que se encontraban miembros de clase alta, sobre todo mujeres, entraban aparentemente en trance y experimentaban convulsiones. La fama de Mesmer y sus espectáculos llamó la atención del mismísimo Luis XVI quien, en parte intrigado y en parte escandalizado, organizó una comisión en la que participaron, entre otros, nuestros viejos conocidos Benjamin Franklin y Antoine Lavoisier. Como era de esperar, la comisión demostró que el supuesto «magnetismo animal» no existía, y que los pretendidos éxitos del médico alemán eran únicamente efecto de la sugestión, lo que obligó al atribulado Mesmer a abandonar París.

Una gran reunión de pacientes que reciben la terapia de magnetismo animal del Dr. F. Mesmer. Aguafuerte coloreada según CL. Desrais. [Wellcome collection]

Es posible que al principio el avispado Franz Anton estuviese convencido de que su teoría era verosímil, pero es evidente que con el tiempo se fue convirtiendo en el practicante de una infumable superchería. Sin embargo, y de forma sorprendente, el mesmerismo ganó rápidamente adeptos por toda Europa y no decayó hasta mediados del siglo XIX, cuando dio paso al concepto de inducción hipnótica.

La electricidad y el magnetismo dieron mucho juego durante algunas décadas, pero poco a poco la gente se fue convenciendo de que, portentosas como podían llegar a resultar, estas formas de energía tenían poco que ver con la supuesta curación de enfermedades o con la recuperación de la vitalidad, lo que las convirtió en cada vez menos interesantes a los ojos de los embaucadores profesionales.

Portada del Libro de los espíritus, edición de 1860.

Era preciso encontrar alguna energía nueva y desconocida que consiguiera cautivar al gran público, y ¿qué mejor que algo tan etéreo y a la vez tan sobrecogedor como la «energía espiritual»?

Eso mismo debió pensar el profesor francés Hippolyte Léon Denizard Rivail (1804-1869), más conocido por su seudónimo, Allan Kardec, adoptado por él supuestamente al recordar una «vida anterior» en la que ese habría sido su nombre. En 1857, Kardec se convirtió en el fundador oficial del espiritismo al publicar El libro de los espíritus, una obra inmensamente influyente en la que afirmaba que existía una dimensión sobrenatural donde habitaban las almas de los difuntos, con los cuales era posible comunicarse a través de la «energía espiritual» que cruzaba el umbral entre los dos mundos. La comunicación debía verse facilitada por los «médium», unas personas caracterizadas por una sensibilidad especial para captar este tipo de energía. Con posterioridad, Kardec escribió otros cuatro libros sobre el mismo tema, todos los cuales se convirtieron en best-sellers de la época.

Y el caso es que, en honor a la verdad, hay que decir que al igual que Mesmer creía en el magnetismo animal, Kardec estaba convencido de la existencia de la energía espiritual y de los fantasmas, no en vano sus escritos eran en realidad una recopilación de experiencias relatadas por otras personas. De hecho, la creencia en la existencia de los espíritus y en la posibilidad de comunicarse con ellos ha existido desde tiempo inmemorial, de modo que el verdadero mérito de Kardec fue proporcionar una estructura aparentemente rigurosa a un batiburrillo de supersticiones, dotándolo de cierto aire académico.

En los años que siguieron, el legado de Kardec se convirtió, por derecho propio, en la pseudociencia por antonomasia. Los más de seiscientos mil militares muertos como consecuencia de la guerra de Secesión llevaron a muchas personas a abrazar las prácticas del «más allá» con el anhelo de volver a contactar con sus seres queridos, contribuyendo a la difusión de las ideas de Kardec por medio planeta. En ese sentido, uno de los personajes más espabilados que aprovecharon el tirón del espiritismo en los Estados Unidos de posguerra fue William H. Mumler (1832-1884), un aficionado a la fotografía que en 1861 descubrió por casualidad el célebre método de la doble exposición —consistente en disparar dos fotos seguidas, una detrás de la otra, sin pasar el carrete— con el que hacía aparecer figuras fantasmales, a menudo con resultados verdaderamente impresionantes. Mumler se instaló primero en Boston y luego en Nueva York, dedicándose a fotografiar a gente potentada en compañía de los espíritus de sus seres queridos con un éxito arrollador, convirtiéndole en un «experto fotógrafo del más allá» que cobraba a sus clientes cinco veces el precio de una fotografía normal. En 1869 fue detenido y acusado de fraude, aunque resultó absuelto por falta de pruebas y siguió haciendo fotos de espectros, algunas de ellas tan célebres como la que le hizo a la viuda de Lincoln con el supuesto fantasma de su marido.

Caricatura del físico británico sir William Crookes (1832-1919). Fue el inventor del tubo Crookes, que era una especie de tubo de vacío experimental que producía pantallas de luz de colores. El título decía ubi Crookes ibi lux o Donde hay Crookes, hay luz. [Sir Leslie Ward / Vanity fair ]

En las últimas décadas del siglo, muchísimas personas abrazaron el espiritismo, creándose miles de asociaciones de practicantes. Incluso personajes de la talla de Arthur Conan Doyle, el célebre autor de los relatos de Sherlock Holmes, o de William Crookes (1832-1919), un famoso científico responsable de identificar el plasma como el cuarto estado de la materia e inventar el tubo que lleva su nombre para el estudio de los rayos catódicos, se mostraron abiertamente a favor del espiritismo y apoyaron las investigaciones al respecto.

Crookes, en concreto, fue un auténtico pionero en la exploración de supuestos fenómenos psíquicos relacionados con la comunicación con los fantasmas. Convencido de las facultades especiales de algunos famosos médiums de la época, intentó estudiar el fenómeno con rigor, tratando de encontrarle una explicación a la luz de la ciencia moderna. A lo largo de los años participó en un gran número de supuestas experiencias paranormales en las que pudo ser engañado de buena fe, entre otras cosas porque no utilizó gafas hasta la década de 1890, a pesar de ser completamente miope. Además, se sospecha con fundamento que tuvo una aventura sentimental con Florence Cook, una famosa médium denunciada varias veces por fraude. Su deseo de creer le llevó a tragarse las argucias de los canalizadores de la «energía espiritual», convirtiéndose en un ejemplo paradigmático de cómo un brillante científico puede caer en la más absurda de las pseudociencias[216]. Por extraño que pueda parecer, Crookes, uno de los mejores investigadores experimentales de finales del siglo XIX, terminó su vida como miembro de la Sociedad Teosófica, así como presidente de la Sociedad para la Investigación Psíquica y del Club de los Fantasmas.

Los casos de Crookes, Conan Doyle y otros no eran en absoluto una excepción, hasta el punto de que llegó a haber universidades que se plantearon seriamente el incluir el espiritismo como parte de su oferta académica. El fenómeno alcanzó un auge extraordinario a principios del siglo XX, una época en la que en todos los salones de la alta sociedad de ciudades como París o Londres tenían lugar sesiones de espiritismo de forma rutinaria, mientras que al mismo tiempo los médiums de renombre se convertían en auténticas celebridades. No fue sino ya bien entrado el siglo cuando el interés por el espiritismo empezó a decaer, en parte como consecuencia de los continuos escándalos relacionados con fraudes y en parte porque las investigaciones rigurosas llevadas a cabo jamás encontraron indicio alguno de que el extravagante fenómeno fuese mínimamente real. Con posterioridad, las prácticas para conectar con el más allá a través del aprovechamiento de la supuesta energía espiritual han continuado, pero nunca han recuperado el prestigio y popularidad del que gozaron durante sus días de gloria.

En la misma época en la que el espiritismo despegaba, otros embaucadores se dedicaban a promocionar cosas más prosaicas. Por ejemplo, aprovechando el tirón de los últimos descubrimientos de la física, John Ernst Worrell Keely (1837-1898), un aventurero que, entre otras muchas cosas, había trabajado como mecánico, pintor y actor de teatro se inventó en 1872 una máquina que funcionaba con una energía desconocida, que se obtendría haciendo vibrar el éter lumínico con diapasones. El hecho de que ahora sepamos que el éter en realidad no existe pone en evidencia que se trataba de otro timo, pero en aquella época Keely, al que ya mencionamos al hablar del móvil perpetuo, fue capaz de fabricar un «generador etérico» a base de aire y de agua que parecía producir una fuerza considerable.

A partir de 1875, Keely se hizo rápidamente rico y fundó una empresa a la que le llovía la financiación. La prensa lo ensalzaba y mujeres adineradas le mostraban su apoyo. Además, entró en contacto con el entonces boyante mundo del espiritismo, y durante algún tiempo le fue muy bien. Sin embargo, llegó un momento en el que el oscurantismo de su trabajo —no permitía a nadie examinar la máquina y no patentaba el procedimiento— despertaron suspicacias. Su fama decayó, aunque continuó desplumando a millonarios incautos que creían estar financiando el desarrollo de una versión mejorada del milagroso motor. No fue hasta después de su muerte, en 1899, cuando se descubrió que el avispado Kelly había aprovechado sus conocimientos de mecánica para instalar en el sótano de su casa una esfera que insuflaba aire comprimido a su motor. El generador etérico era un fraude y el éter lumínico un fiasco como supuesta forma de energía.

Pero en el mundo de la pseudociencia, el espiritismo y el éter pronto serían sustituidos por la llamada «moda radiactiva», una creencia mucho más peligrosa que el intentar hablar con los muertos, según la cual la recién descubierta radiactividad (ver capítulo séptimo) podía ser utilizada con éxito para curar casi cualquier tipo de dolencia. La idea básica surgió a partir de los fantásticos descubrimientos de Becquerel y los Curie, así como de la manía de los medios de comunicación sensacionalistas de considerar como milagrosa cualquier nueva forma de energía, algo que, como hemos visto, ya había sucedido con la electricidad. Los todavía escasos conocimientos de los efectos de la radiación sobre el cuerpo humano y la falta de control de las autoridades hicieron el resto. Así, a partir de 1910 se comenzó a desarrollar, sobre todo en Francia y en Estados Unidos, una auténtica industria de productos radiactivos tan inútiles como peligrosos. Aunque parezca increíble, la pintoresca lista incluía desde dentífricos, jabón, cremas de belleza y perfumes hasta prendas de vestir, pendientes o servilletas, pasando por preservativos, supositorios, canastillas de bebé, pintura, chocolate, cerveza, cigarrillos y, sobre todo, agua irradiada.

El caso del agua irradiada merece un capítulo aparte. Sobre la base de que la que consumimos normalmente carece de la cantidad adecuada de radiactividad natural[217], los avispados emprendedores tenían a bien informar a sus clientes de que añadiéndole radio el agua recuperaba sin duda el poder sanador característico de algunos manantiales. Hasta tal punto llegó la cosa que llegaron a fundarse grandes balnearios, como el célebre Radium Palace Hotel, inaugurado en 1912 en lo que hoy es la República Checa. La propaganda del establecimiento aseguraba que sus huéspedes iban a experimentar «el efecto curativo de las aguas ricas en radón que fluyen a gran profundidad bajo la superficie de la Tierra».

A partir de 1910, los despropósitos alcanzaron proporciones preocupantes, llegando a involucrar incluso a instituciones teóricamente serias y de prestigio. En Francia, el país donde Marie Curie había realizado sus trascendentales descubrimientos, las farmacias francesas vendían un tónico radiactivo que llevaba su nombre para frenar la caída del cabello. El propio Instituto del Radio, el centro de investigación de vanguardia que la genial polaca había contribuido a fundar, fabricaba dispensadores de radiación para el agua de la bañera y para hacer bebidas efervescentes. En Estados Unidos, una revista especializada aparentemente seria como el American Journal of Clinical Medicine, incluía la publicidad de un tal Dr. Davis, quien afirmaba que «la radioactividad previene la locura, despierta nobles emociones, retrasa el envejecimiento y da lugar a una vida espléndida, juvenil y dichosa».

La industria, por su parte, hacía su agosto vendiendo productos cada vez más peligrosos, con cantidades de radiactividad considerables. Ejemplos destacados fueron el «Radioendocrinator», un dispositivo que supuestamente mejoraba el vigor sexual masculino y que se colocaba encima del escroto, o el «Revigator», un dispensador de agua irradiada cuyo prospecto recomendaba el ingerir seis o más vasos diarios. Pero el colmo llegó con el «Radithor», un tónico intensamente radiactivo inventado por el charlatán William J.A. Bailey que llegó a ser muy popular entre la clase pudiente americana de los años treinta y que era anunciado como «una cura para los muertos vivientes». La moda radiactiva recibió su primer duro golpe precisamente por causa de este infumable preparado que en 1932 provocó la muerte del famoso deportista y millonario Eben Byers, quien tenía la costumbre de beberse unas cuantas botellas al día. El consiguiente escándalo obligó a las autoridades a tomar medidas, y la popularidad del radio, ya muy puesto en cuestión por la acumulación de evidencias acerca de sus terribles efectos, decayó. El temor que despertaron las armas nucleares a partir de 1945 hizo el resto, y ya a nadie se le ocurrió volver a vender productos radiactivos. El uso medicinal y para diagnóstico de los isótopos radiactivos se encuentra ahora confinado en el entorno hospitalario, el lugar del que nunca debió salir.

¿Significa esto que a partir de la Segunda Guerra Mundial ya nadie cree en energías ocultas y supuestamente milagrosas? Nada más lejos de la realidad. Dejando al margen las aparentes propiedades curativas de la imposición de manos por parte de los santos del catolicismo y otras religiones, tanto la segunda mitad del siglo XX como lo que llevamos del XXI se han convertido en el paraíso de la pseudociencia, sobre todo a partir del advenimiento de internet. En efecto, puede decirse que nunca ha habido un acceso tan sencillo a la mejor y más contrastada de las informaciones y, a la vez, a toda suerte de estupideces destinadas a embaucar a la ciudadanía. En concreto, y en materia de energías milagrosas, hay que destacar las referencias a las que utilizan los extraterrestres, así como las relacionadas con la terapia cuántica (sea lo que sea semejante cosa).

En honor a la verdad, el origen de los rumores acerca de las energías desconocidas y avanzadísimas que permitirían a los seres de otro mundo desplazarse grandes distancias es bastante anterior a la Segunda Guerra, pues ya a principios del siglo pasado algunos autores heterodoxos apuntaron a que en el Mahabarata, el célebre poema épico del antiguo subcontinente indio, se hace referencia a la existencia, en una remota antigüedad, de unas astronaves denominadas vimanas, que se desplazarían utilizando un extraño combustible a base de mercurio. Por descontado, esta descripción esotérica de los vimanas —que en realidad son descritos en la literatura clásica hindú como palacios volantes de los dioses, provistos de ruedas y tirados por animales—, y de su supuesto sistema de propulsión, no procede de fuentes académicas, sino de un libro, el Vymaanika-Shaastra, supuestamente escrito en 1918 por un autor al que, según él, el texto le fue revelado por un espíritu. A pesar de lo cual copias de copias de la traducción inglesa de 1952 dan interminables vueltas por las redes sociales.

Sin embargo, el verdadero rey de los combustibles extraterrestres es bastante más reciente, y no es otro que Bob Lazar (1959-), el pintoresco ufólogo y conferenciante que a finales de la década de los ochenta aseguraba haber sido testigo de cómo los militares estudiaban platillos volantes capturados en una zona del desierto de Nevada en la que habría trabajado como físico entre 1988 y 1989. Según Lazar, las naves procedían del sistema Zeta Reticuli[218] y funcionaban mediante un sistema que distorsionaba el espacio-tiempo emitiendo «ondas de antigravedad». La energía necesaria se obtendría a partir de una ingente cantidad de antimateria, resultado de la desintegración del entonces desconocido elemento químico 115, hoy conocido como moscovio, en honor a la capital de Rusia. Por desgracia para Lazar, sus explosivas declaraciones tuvieron poco recorrido. Las dos universidades donde dijo haber estudiado no guardaban registro alguno de su estancia (algo que el bueno de Bob achacó a los esfuerzos del gobierno por borrar su rastro[219]) y el elemento 115, creado en 2003 por investigadores rusos del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear en Dubna, resultó ser extremadamente inestable, con isótopos cuya vida media oscila entre dieciséis y doscientos veinte milisegundos, y al desintegrarse no emite nada de antimateria.

Pero si las divagaciones sobre las energías que propulsan a los OVNI carecen de todo fundamento, qué decir de la omnipresente «terapia cuántica», el concepto probablemente más ridículo, y a la vez más difundido, de toda la pseudociencia del siglo XXI. En efecto, basta con teclear las dos palabras en cualquier buscador de internet para encontrar decenas de miles de entradas que nos aseguran que se trata de «una terapia alternativa muy poderosa que genera un gran equilibrio vibracional (¿?) en el ser humano», o que consiste en «la lectura de la frecuencia electromagnética que estimula la capacidad de autocuración del cuerpo», como si semejante frecuencia existiera. En otras ocasiones, se nos explica que se trata de identificar «las resonancias patológicas de cada enfermedad y realizar una aplicación adecuada de fotones», con lo que todas las células «se unifican en un mismo eje de vibración», y toda la estructura física «resuena armónicamente como si fuese una totalidad unificada».

No sé si usted habrá entendido algo, aunque me imagino que no, ya que juntar palabras aparentemente sacadas de la jerga científica no quiere decir que se tenga la más mínima idea de mecánica cuántica, una teoría de la que, por descontado, no entienden nada los charlatanes del supuesto método de sanación. Hablar de que todo en el universo se relaciona a través de una «red de energía y vibración», que existe la «coherencia vibratoria», o que cada célula «vibra» con una frecuencia diferente, no son más que sandeces a las que se intenta dar una cierta pátina de seriedad aludiendo vagamente a conceptos que mucha gente no entiende. Además, el hecho de que las definiciones de la terapia cuántica sean confusas y casi siempre diferentes indica que simplemente se trata de una superchería que cada cual puede manipular como le plazca.

Mikao Usui.

Existen otras pseudoterapias que sin referirse al término «cuántico» presentan características muy similares. Es el caso del reiki, una supuesta «energía vital universal» que a través de una técnica llamada «imposición» o «toque» se transfiere desde las palmas de las manos del practicante hacia el paciente para facilitar la curación física o emocional de este último. El concepto es muy parecido a la vieja imposición de manos que durante siglos se ha practicado en muchas religiones, y también tiene reminiscencias del magnetismo animal de Mesmer. Cien años después de haber sido inventado por el budista japonés Mikao Usui, el reiki cuenta con decenas de miles de practicantes, habiéndose extendido por todo el planeta, incluyendo, por increíble que pueda parecer, a algunos hospitales.

La gran ventaja del reiki es su simplicidad y evidente inocuidad, lo que sin duda ha influido en que se haya expandido rápidamente. Aunque existen distintas modalidades, la idea es que la fuerza vital ki es accionada por un emisor, o canal, que bien usando sus manos u otros métodos, según el nivel, transfiere la energía al receptor. Se ha llegado a establecer incluso un relativamente detallado manual de uso hospitalario, con contraindicaciones durante las operaciones o en traumatología. Sin embargo, se trata de una pseudociencia infumable, cuyos eventuales efectos beneficiosos únicamente pueden deberse a la evolución natural de la enfermedad o a la sugestión. Al afirmar sin más la existencia de una energía mística, que no puede ser medida ni detectada por método alguno, el reiki se coloca a la altura de pseudoterapias como la homeopatía o las llamadas «flores de Bach»[220], cuyo verdadero peligro radica en que los pacientes abandonen los tratamientos convencionales para echarse en brazos de una superchería.

En 1996 tuvo lugar una famosa anécdota al respecto cuando Emily Rosa, una niña de nueve años, demostró con un experimento muy simple que los practicantes de una variante del reiki que se había introducido nada menos que en el sistema sanitario de Estados Unidos eran completamente incapaces de detectar la supuesta «energía universal» que aseguraban manipular. Las veintiuna personas que se sometieron a la prueba afirmaban que curaban las enfermedades mediante pases de manos a poca distancia del cuerpo y la niña se propuso descubrir si había algún tipo de energía involucrada en realidad. Para ello, se sentaba enfrente del «sanador» de turno separada de él por un biombo de cartón con dos agujeros en la base, a través de los cuales el sujeto introducía sus manos con las palmas hacia arriba. Entonces Emily lanzaba una moneda al aire para decidir sobre cuál de las manos del practicante iba a poner una de las suyas y le preguntaba acto seguido en qué mano estaba detectando la elusiva «energía vital». Como es natural, los pseudoterapeutas acertaron en casi la mitad de las ocasiones, justamente lo que era de esperar puramente por azar.

La última pseudociencia a la que haremos referencia es la homeopatía, no directamente relacionada con ningún tipo de energía oculta, pero sí con ciertas capacidades misteriosas del agua, en concreto una supuesta «memoria» química que «recordaría» las propiedades de las sustancias con las que ha entrado en contacto. La aberrante idea (imagínense si el agua conservase las propiedades de las heces o de los residuos tóxicos a los que ha estado expuesta a lo largo de su existencia) ha surgido en tiempos modernos para intentar explicar cómo es posible que los preparados homeopáticos, caracterizados por diluciones extremas, tengan algún efecto sobre el que los consume, cuando en muchos casos es completamente imposible que quede ni siquiera una molécula de la sustancia que supuestamente produce el efecto beneficioso. En efecto, al fundador de la homeopatía, el médico alemán Samuel Hahneman (1755-1843), se le ocurrió la peregrina idea, basada vagamente en las ideas de Paracelso, de que cuanto más diluido estuviese un preparado más potente sería, justo lo contrario de lo que sucede en realidad. Hahneman además opinaba que para activar las disoluciones era preciso golpearlas con un cuerpo elástico, cosa que hacía a menudo con un libro encuadernado en cuero.

Hahneman vivió en una época en la que la química se estaba desarrollando y mantenía muchas cuestiones pendientes, pero ya en el siglo XX resultaba muy difícil sostener semejante sarta de estupideces. Por eso, sus seguidores se inventaron la «memoria del agua», un concepto que, cómo no, asocian con ese cajón de sastre de las pseudociencias que es la teoría cuántica, afirmando que el disolvente es «activado» de alguna manera por la sustancia original, que adquiere así unas propiedades curativas ausentes en el «agua inerte». Ni que decir tiene que la memoria del agua no existe, pues al desaparecer el soluto también lo hace cualquier estructura que el agua haya podido formar a su alrededor como consecuencia de las débiles interacciones intermoleculares (ver capítulo quinto).

Por extraño que pueda parecer, en pleno siglo XXI el mundo está impregnado de creencias falsas y supersticiones, en una época donde los bulos y las supercherías de toda índole viajan a velocidad de vértigo por internet. Por eso, es preciso profundizar en la educación científica del gran público, así como mantener firme la llama del pensamiento crítico para advertir a los incautos que la palabra «energía» esconde muchas veces un intento deliberado de sacarles los cuartos sin compasión. La energía es una maravillosa realidad que protagoniza nuestra vida pero, por suerte o por desgracia, no todas las formas de esta que se reivindican existen de verdad.

Capítulo XVI

Un día en tu vida

«Empieza el día con energía».

Antiguo eslogan de una conocida marca de alimentación.

¿Se ha preguntado alguna vez hasta qué punto la energía condiciona toda su existencia? Es obvio que sabe usted que está vivo gracias a que come y que se transporta de un sitio a otro pedaleando o quemando gasolina. También, que sus aparatos electrodomésticos funcionan enchufándolos a la red eléctrica, y eso incluye al teléfono móvil y al ordenador con los que se conecta a internet. Pero tal vez algunas de las cosas que la energía hace por usted pasen más desapercibidas.

Un ejemplo de esto es la manera en la que cocina usted los alimentos, o la forma en la que se los sirven en el restaurante. Y es que una cocina es una especie de central de transferencia de energía, prácticamente en todas sus formas. Por ejemplo, cuando se hace usted un lenguado a la plancha está convirtiendo la electricidad que pasa por el enchufe en calor, un calor que se transmite a la pieza mediante el contacto con la plancha metálica, que lo conduce con facilidad. Una vez dentro del pescado, la energía térmica agita las grandes moléculas orgánicas hasta llegar a desnaturalizarlas. Eso quiere decir que cambian de conformación tridimensional, y por eso ahora la carne del animal tiene un aspecto distinto y más seco, ya que el calor también evapora parte del agua que contiene el alimento. Sin embargo, si hierve usted el lenguado, el calor que calienta el agua y que se transmite por convección al alimento procede a menudo del quemador de gas natural o de gas butano, es decir, de la energía química encerrada en los enlaces de las moléculas de estos hidrocarburos, una energía que se transforma en térmica cuando prenden. Curiosamente, al hervir el pescado el exterior no queda «tostado», cosa que sí sucede en la plancha, y el motivo no es otro que el agua no puede pasar de cien grados centígrados hasta que se transforma totalmente en vapor, una temperatura insuficiente para que tengan lugar las reacciones químicas —reacciones de Maillard— que pardean los alimentos.

Pero si le da a usted por calentar el lenguado al microondas, ahora no está utilizando el calor procedente de los enlaces químicos ni de la conducción procedente de la electricidad, sino que ha transformado esta última en radiación electromagnética, que agita las moléculas de agua que integran el 70 % del pescado. Y si lo hace usted al horno entonces lo está calentando mediante tres procesos diferentes: la conducción a través del soporte metálico, la convección por parte del aire precalentado y la radiación emitida por el horno. Además, lo suyo es que el lenguado vaya acompañado de una buena guarnición de verduras asadas, unas verduras que usted ha cortado previamente en pedacitos utilizando la energía mecánica de sus músculos.

Si es usted observador, el trasteo culinario le dará la oportunidad de comprobar como todas las formas de energía son equivalentes. Por ejemplo, usted podría preparar una mayonesa batiendo la mezcla con una batidora que funciona con electricidad, pero también podría hacerlo a mano, utilizando una energía mecánica que a su vez procede de la quema de los alimentos dentro de su organismo, y el resultado sería exactamente el mismo (¡siempre que usted bata la mezcla con brío!). Como ve, su cocina es un auténtico laboratorio de transferencia de energía en donde entran en juego muchas de las modalidades que hemos estudiado a lo largo de este libro.

Pero es que además de cocinar, a usted le gusta hacer deporte. Es muy probable que juegue al pádel o al tenis, o que sea miembro de un equipo de fútbol sala. En ese caso, su relación con la energía mecánica es francamente intensa, y se ve usted sometido a toda suerte de procesos de transferencia de energía. Así, supongamos que juega al fútbol y es usted de corta estatura, pero cuenta con una buena musculatura en las piernas. Tal vez su disparo a balón parado sea irresistible, ya que si la pierna describe un arco adecuado el balón podría salir con una velocidad cercana a los ciento treinta kilómetros por hora. Vamos, que si el portero no está muy atento y usted apunta bien, la pelota acabará probablemente en el fondo de la red. Claro que la cosa puede depender de algunos trucos. No es lo mismo golpear el balón con los dedos, que se deforman casi como un muelle, que con una parte más rígida del pie, como el empeine. En cambio, si es usted el portero, más vale que el lanzamiento le pille confesado, ya que va a ver venir una esfera de casi medio kilo de peso volando a más de 100 km/h que gira como una peonza. En ese caso, y en prevención de lo que pueda suceder, colocará usted su barrera en el llamado «palo corto», es decir, la zona de la portería donde el esférico va a tardar menos tiempo en llegar, y por tanto va a ser más difícil de parar. Y ojo, que si el estadio está a buena altura sobre el nivel del mar, tal y como sucede en algunas capitales sudamericanas, el rozamiento del aire será menor y se disipará menos energía durante el vuelo del balón, lo que hará que llegue más rápido y sea más peligroso.

Ahora bien, si juega usted de centrocampista o de delantero tiene que prestar atención a su gasto energético, en el primer caso porque recorrerá más distancia (entre seis y ocho kilómetros) y en el segundo porque aunque correrá menos, tendrá que hacerlo esprintando, lo que puede suponer que sus músculos no puedan quemar el ATP lo suficientemente rápido (ver capítulo décimo), tengan que obtener energía de forma anaeróbica y acabe usted cosido a calambres. En cualquier caso, si el partido es medianamente serio va a gastar usted entre mil quinientas y dos mil calorías, lo suficiente como para perder unos dos o tres kilos, eso jugando a una temperatura normal. Dado que esa energía procede de la quema de la glucosa que transporta su sangre y del glucógeno que fabrica su hígado, le conviene alimentarse unas horas antes del partido con una buena ración de hidratos de carbono, los que contiene un generoso plato de pasta, por ejemplo. Al final del encuentro se encontrará usted cubierto de sudor, no en vano su cuerpo se esfuerza en proteger las preciosas proteínas, para que no les pase lo mismo que a las del lenguado. Es decir, intenta evitar calentarse demasiado ya que, como puede suponer, la segunda ley de la termodinámica hace que irremisiblemente parte de la energía química se transforme en calor. En esa tarea, las pequeñas gotitas de agua salada que salen a través de los poros de la piel son muy eficientes, pues el calor específico del agua es bastante elevado.

Una vez fuera del campo, coge su coche para llegar a tiempo a la clínica, en la que tiene hora para hacerse una resonancia magnética nuclear (RMN). En la recepción del servicio le piden que se desprenda de todos los objetos metálicos y le preguntan si lleva usted algún tipo de implante, tras lo cual tiene que tumbarse en una camilla que los técnicos introducen en una especie de rosquilla gigante que hace un ruido espantoso. Más allá de lo molesto del intenso sonido, usted no nota nada, y eso que se encuentra dentro de uno de los campos magnéticos más poderosos del planeta, en concreto unas cien mil veces más intenso que el de la Tierra. ¿Los responsables? Unos imanes hechos de una aleación superconductora de niobio-titanio, enfriada con helio líquido, capaces de convertir en un proyectil mortal cualquier objeto metálico que se acerque a la rosquilla. Ahora ya queda claro lo de los implantes, pero se preguntará usted por qué se utiliza un campo magnético tan potente.

La respuesta está como casi siempre en los átomos, en este caso los de su cuerpo. Un protón es como una peonza eléctricamente cargada que gira sobre sí misma a gran velocidad, lo que la convierte en un pequeño imán. Cada protón hace un poco lo que le da la gana, pero el poderoso campo de la rosquilla obliga a un buen número de ellos a alinearse en su dirección. Otros imanes menos poderosos con los que también está equipado el aparato modulan el giro de forma distinta según la parte del cuerpo de que se trate y eso permite fotografiarlo en rodajas. ¿Y cómo se obtiene la imagen? Mediante pulsos de ondas de radio cuya frecuencia coincide con la del campo magnético (frecuencia de resonancia[221]). Cuando los alcanzan las ondas, los protones absorben primero la energía y luego la devuelven, de forma que el aparato interpreta la señal y la transforma en una imagen.

A usted le preocupa estar siendo sometido a algo parecido a los rayos X porque la radiación de alta frecuencia siempre resulta peligrosa, pero no debe inquietarse porque lo que le bombardea en este caso son inocentes ondas de radio. Distinto sería si le hubiesen hecho una tomografía computerizada, más conocida como escáner, una sofisticada radiografía donde le bañarían literalmente con los dichosos rayos mediante los movimientos de rotación del aparato. Mientras descansa todavía dentro de la rosquilla, piensa en otro tipo de radiación, el láser con el que su mujer va a operarse dentro de unas semanas para corregir su miopía congénita. En ese caso, lo que su pareja va a experimentar es cómo un poderoso haz de luz coherente directamente enfocado a su córnea la corta y la pulimenta con la facilidad del cuchillo más afilado y la precisión de la herramienta de un joyero. También se acuerda del marcapasos que lleva su padre, un extraordinario instrumento que emite las pequeñas descargas eléctricas que necesita el tejido muscular de su fatigado corazón para latir al ritmo adecuado. El marcapasos lo que hace es literalmente suplantar al sistema nervioso, enviando al músculo cardíaco las señales que desencadenan la cascada electroquímica mediatizada por el omnipresente ATP, que fuerza a las fibras formadas por dos proteínas, la actina y la miosina, a deslizarse las unas con respecto a las otras dando lugar a los consiguientes movimientos de contracción y relajación.

Al salir de la clínica, mientras reflexiona sobre las maravillas de la medicina moderna, se acuerda de que le había prometido a su hijo llevarlo al parque de atracciones, otro de esos lugares que parecen ferias de demostración de la energía mecánica en acción. Así que regresa a casa, lo recoge y se dirige al parque sin dilación, no sin tener que soportar las quejas por su tardanza. Lleva usted un buen coche, un utilitario con motor de gasolina que consume relativamente poco, aunque lleva algunos meses pensando en sustituirlo por uno eléctrico. El principal problema de los coches eléctricos es la autonomía, aunque ya hay muchos modelos que pueden recorrer más de setecientos kilómetros en carretera sin repostar. En el interior de su automóvil tiene lugar una auténtica orgía de transferencias de energía, del motor a las ruedas a través del cigüeñal y de las ruedas a la dinamo que produce la electricidad de la que se alimentan casi todos los dispositivos del vehículo, incluyendo el cierre centralizado, los elevalunas eléctricos, el ordenador de a bordo y, por supuesto, los faros, en los que la energía eléctrica se transforma en luz.

Ya dentro del parque de atracciones, su hijo se dirige a la atracción que más le gusta, que no es otra que la lanzadera, en la que experimenta una caída libre de más de cincuenta metros en un par de segundos, una muestra impresionante de la transformación de la energía potencial asociada al campo gravitatorio terrestre en energía cinética. Por fortuna, el freno que se activa en los últimos cinco metros de bajada disipa la energía de modo que su hijo «aterriza» sano y salvo. A continuación, y no contento del todo con la experiencia, se sube al barco pirata, que oscila de un lado a otro hasta adoptar un ángulo de 75º, intercambiando en cada oscilación la energía cinética y la energía potencial como si se tratase de un péndulo, obviamente con la ayuda de la electricidad que activa el motor de setenta y cinco kilovatios hora de potencia, necesario para compensar las pérdidas de energía útil que son consecuencia de la omnipresente segunda ley.

Ahora su hijo ya tiene bastante, y le propone ir al cine a ver esa película de superhéroes que también le prometió. Una vez en el cine, convenientemente pertrechado con su bebida y sus palomitas, se dispone usted a ver la película, en la que la mitad de los personajes violan de una forma u otra el principio de conservación de la energía. Sale Superman, por ejemplo, cuya superfuerza requiere un consumo de alimentos muchas veces superior al que podría llegar a ingerir comiendo todo el día, y cuya piel tiene que ser verdaderamente de acero (o de Kevlar — ver capítulo diez—) para poder disipar la energía de las balas y los golpes que recibe[222]. El hijo de Krypton, además, parece tener visión de rayos X, algo que exige que sus ojos estén adaptados precisamente a esa longitud de onda, lo que en principio debería suponer que esté ciego en el rango de la luz visible y no pueda ver absolutamente nada más.

Otro de los héroes que salen en la película es Flash, un chaval que, según de qué Flash estemos hablando (a lo largo de la historia del cómic ha habido hasta veinte superhéroes con este nombre), puede correr a una velocidad mayor que la del sonido o, incluso, que la de la luz. Lo segundo es imposible, aunque tal vez pudiese llegar al 99,999 % de dicha cifra, eso sí, pasando a pesar unos dieciocho mil kilos como consecuencia de la célebre equivalencia entre masa y energía[223], pero lo primero es físicamente viable, siempre y cuando nuestro rapidísimo joven consiga ingerir las más de cien mil calorías necesarias para correr varias horas a semejante velocidad. Teniendo en cuenta que una persona normal haciendo ejercicio intenso gasta unas mil doscientas a la hora, es difícil imaginar cómo serán las comilonas de Flash.

Al salir del cine, le pregunta usted a su hijo cuál es su supervillano favorito y le contesta que Magneto, el antagonista de los X-Men capaz de controlar el magnetismo a su antojo. El hecho de que Magneto sea imparable en casi cualquier circunstancia, haya comido o no, lo convierte en una verdadera máquina de movimiento perpetuo, algo que como sabemos es imposible. Por suerte, parece que no se ha dado cuenta de que si sus poderes fuesen reales podría anular el campo magnético del planeta, lo que nos condenaría a todos a muerte al desaparecer nuestra barrera de defensa contra las tormentas solares. En cuanto a su heroína favorita, sin duda se tratará de Susan Storm, la guapísima miembro de los 4 Fantásticos que puede volverse invisible. En este caso, sin embargo, las hazañas de Susan no distan mucho de hacerse realidad, si atendemos a las más recientes investigaciones en metamateriales[224] cuya estructura de componentes de tamaño inferior a trescientos nanómetros consiguen que la luz no se refleje, lo que impide ver cualquier objeto que se encuentre detrás. No puede decirse lo mismo de su hermano, la Antorcha Humana, dado que aún no se han inventado ni la piel ignífuga ni la sangre que no hierva a más de cien grados.

La película ha sido entretenida y tanto usted como su hijo salen contentos. Es el mes de diciembre, así que cuando llega usted a su casa experimenta esa agradable sensación que proporciona un recinto bien caldeado, en este caso por la caldera que consume gas natural. En su día le ofrecieron instalar una bomba de calor reversible[225], más económica que la combinación de instalaciones separadas de calefacción y aire acondicionado, pero usted descartó la idea porque al salir el aire caliente por una tobera tiene tendencia a ascender, dejando sin calentar apropiadamente la parte inferior de la vivienda. Además, llega cansado, porque el ascensor no funciona debido a que se ha estropeado la célula fotoeléctrica, imprescindible para que la puerta no atrape a los vecinos cuando tardan en entrar. Lo que seguro que no se le ha pasado por la cabeza es que el efecto fotoeléctrico mediante el que opera la célula fue uno de los primeros fenómenos asociados con el misterioso mundo cuántico, explicado hace ya más de un siglo por el famoso Albert Einstein (ver capítulo octavo).

Tras saludar alborozado a su madre, su hijo se dispone a jugar con un cochecito a pilas, en el que la energía química de la pila se transforma en energía eléctrica, que a su vez se convierte en energía mecánica a través del pequeño motor eléctrico que contiene.

La recarga de baterías de coches eléctricos en la calle, cada día más usual.

Recuerde que lo que suministra la pila es una corriente continua, a diferencia de los enchufes de la casa, que suministran corriente alterna[226] que después se convierte en continua en los transformadores que equipan sus electrodomésticos. El cochecito de su hijo puede llegar a funcionar durante muchas horas porque va equipado con una moderna pila de litio que dura siete veces más que una alcalina normal, acumulando suficiente energía química como para que no tenga usted que cambiarla en muchas semanas.

En cuanto a usted, arrellanado en el sofá se dispone a consultar el teléfono móvil, ese dispositivo que recibe y envía ondas electromagnéticas con información codificada digitalmente. Si envía mensajes a través de las redes sociales desde su casa, lo estará haciendo probablemente a través de la wifi, y tal vez sienta un poco de aprensión porque el otro día su cuñado le dijo que daba cáncer. Pero no debe preocuparse. La wifi opera en el rango de frecuencias de las microondas, igual que el horno de su cocina, pero a diferencia de este las ondas electromagnéticas son emitidas con una intensidad muy baja, así que no hay peligro de que se calienten las moléculas de agua de su cuerpo. Por lo demás, la wifi es completamente inocua, no en vano las microondas tienen menor frecuencia que la luz visible. Y si esta no le da cáncer difícilmente va a poder hacerlo una radiación de longitud de onda más larga. Recuerde que por debajo del ultravioleta, la radiación electromagnética no puede ionizar las grandes moléculas biológicas porque la onda es demasiado larga como para «chocar» con ellas. Así que digamos que las «rodea», de modo parecido a lo que hacen las ondas de radio con las montañas. De todas formas, usted ya lo sabía porque lleva desde pequeño viendo la televisión y escuchando la radio y nunca ha tenido problemas. Así que ya sabe lo que tiene que contestarle a su cuñado.

Por cierto, ya que hablamos de la radio es muy probable que usted se haya preguntado qué diferencia hay entre las emisoras AM y las FM. Pues bien, en las primeras, que son las más antiguas, la información se transmite modulando la amplitud de la señal —de ahí lo de Amplitud Modulada—. En este caso el tamaño de las ondas es mayor y por tanto tienen mayor alcance, y por eso las emisoras AM pueden escucharse en lugares donde no se pueden sintonizar las de FM que no estén lo bastante cerca. Por el contrario, la calidad del sonido FM (Frecuencia Modulada) es mucho mejor, porque el mayor ancho de banda[227] permite transmitir veinte veces más información. Por eso casi todas las emisoras de música y las que operan en centros urbanos emiten en FM, frente a las emisoras rurales y regionales que utilizan preferentemente la AM.

Va cayendo la noche, y mientras sigue a lo suyo con el teléfono le parece escuchar cómo empieza a caer la lluvia. A usted siempre le ha gustado escuchar llover, sobre todo en verano, cuando la lluvia refresca las tardes calurosas de forma considerable, no olvide lo que hemos comentado acerca del calor específico del agua. Lo que no le gusta demasiado son las tormentas, con su despliegue de aparato eléctrico en forma de rayos acompañado del estruendoso sonido de los truenos, generados cuando la onda de choque causada por el brutal aumento de volumen del aire calentado a cerca de veintiocho mil grados por los rayos se mezcla con el aire frío del entorno. Sin embargo, los truenos pueden ser muy útiles, ya que estimando el tiempo que transcurre entre el relámpago, que vemos de forma instantánea (recuerde que la luz viaja a unos trescientos mil kilómetros por segundo) y el ruido del trueno, que viaja a la velocidad del sonido (ondas provocadas por las variaciones en la presión del aire que se trasladan a unos trescientos cuarenta metros por segundo), podemos calcular fácilmente a qué distancia está la tormenta. Así, cada tres segundos de retraso entre el segundo fenómeno y el primero equivalen a un kilómetro de distancia. Sin saber nada acerca de la naturaleza de la luz ni del sonido, nuestros antepasados usaban esta técnica para intentar protegerse de las tormentas, que a menudo provocaban graves inundaciones o pavorosos incendios.

El colmo de las tormentas son los ciclones tropicales, más conocidos como tifones en el Pacífico Occidental y como huracanes en el Atlántico, el Caribe y el Pacífico Oriental. Si vive usted en una zona costera susceptible de experimentar una tormenta de estas su familia corre un peligro real, ya que son de una intensidad descomunal, hasta el punto de que la energía mecánica desplegada como consecuencia de las gigantescas transferencias de calor en la atmósfera da lugar a vientos que pueden superar los doscientos cincuenta kilómetros por hora en el caso de un ciclón de categoría cinco —la más alta— en la escala Saffir-Simpson. En diez minutos, un huracán de este tipo puede concentrar más energía que todas las armas nucleares del planeta y liberar durante su trayectoria una cantidad suficiente como para abastecer las necesidades energéticas de todo el mundo durante un año. Por desgracia, los devastadores ciclones de categoría cuatro y cinco son cada vez más frecuentes, como consecuencia del calentamiento global.

Pero la tormenta de esta noche es relativamente benigna, de forma que nada le impide bajar la basura después de cenar. Cuando recoge las bolsas de los cubos de la cocina no puede evitar una mueca de fastidio, ya que la basura está mezclada en lugar de estar cada cosa en su sitio. Para usted, el reciclaje es importante para cuidar el planeta y, sin embargo, no consigue que el resto de su familia se lo tome muy en serio. Por fortuna, desconoce hasta qué punto reciclar convenientemente la basura tiene impacto sobre el consumo de energía, de lo contrario se habría cogido un berrinche. El vidrio de las botellas, por ejemplo, puede ser reciclado prácticamente sin límite, una y otra vez, con un ahorro de energía equivalente al treinta por ciento con respecto al vidrio nuevo y sin perder un ápice de sus propiedades. El papel reciclado, por su parte, supone un ahorro de energía de entre el cuarenta y el sesenta y cinco por ciento en comparación con el papel hecho con pasta no reciclada. En cuanto al aluminio, la fabricación de una lata de cerveza o de refresco con metal reciclado consume… ¡un noventa y cinco por ciento menos de energía que la lata original! Y en el caso de las pilas del cochecito de juguete de su hijo, su reciclaje es incluso más importante, ya que las pilas contienen metales pesados y productos químicos tóxicos que envenenan el medio ambiente. Además, muchos desperdicios aparentemente sin utilidad alguna pueden ser destinados a obtener energía. Por ejemplo, los huesos de las aceitunas del aperitivo que tanto le gustan, de las que en un país como España se producen más de cuatrocientas cincuenta mil toneladas al año, son un combustible excelente para las calderas de biomasa, debido a su densidad y a su alto poder calorífico.

Las bondades del reciclaje, del que es usted un auténtico fan, le hacen reflexionar sobre el consumo de energía que hay en su casa y en qué medida resulta eficiente. En este sentido, tal vez se haya preguntado cuáles son los electrodomésticos que menos gastan. Pero la pregunta tiene truco. Hay aparatos que no consumen demasiado pero que al estar enchufados todo el rato incrementan mucho el gasto de energía, como es el caso del frigorífico[228], responsable de casi un tercio de todo lo que consumen sus electrodomésticos en un día. El horno o la lavadora consumen menos, un ocho y un doce por ciento respectivamente, pero hay que tener en cuenta que solo están conectados durante un periodo limitado. En cuanto a la televisión, llega a consumir en promedio otro doce por ciento, una cantidad que puede multiplicarse si comete usted el error de dejarlo en standby. El ordenador consume menos, alrededor del 7,7 %, a no ser que lo suyo sea el teletrabajo, en cuyo caso la cifra puede dispararse. En cualquier caso, a la hora de comprar un electrodoméstico es importante fijarse en su nivel de consumo. En la Unión Europea de 2020, la etiqueta energética es obligatoria en frigoríficos, congeladores, lavadoras, secadoras, lavavajillas, fuentes de luz, hornos eléctricos y aires acondicionados. Un aparato etiquetado con una A, por ejemplo, consume tres veces menos que uno etiquetado con una G, la peor clasificación de todas.

Pero si hay que tener cuidado con los electrodomésticos para que la factura de la luz no se vaya por las nubes, ¿qué decir de la iluminación? El alumbrado de los hogares ha pasado por muchas vicisitudes, desde los tiempos en que se utilizaban velas de cera o lámparas de aceite (los humanos siempre quemando compuestos de carbono), hasta las célebres bombillas incandescentes que inventó Thomas Alva Edison (ver capítulo cuatro), pasando por la luz de gas de finales del siglo XIX. El dominio de las bombillas fue absoluto durante la práctica totalidad del siglo XX, aunque en las oficinas y en otras instalaciones a partir de los años cuarenta se adoptaron con preferencia los tubos fluorescentes[229], que consumían cinco veces menos. Luego llegaron las lámparas halógenas, potentes pero todavía derrochonas, hasta que finalmente la tecnología y el sentido común alumbraron, nunca mejor dicho, las bombillas de bajo consumo de tipo fluorescente y LED[230].

Todas las bombillas de su casa son LED, algo de lo que está usted particularmente orgulloso. En estos pequeños dispositivos, el movimiento de los electrones a través de la unión de dos cristales de un material semiconductor (normalmente silicio) libera energía en forma de fotones, un efecto llamado electroluminiscencia. La luz de los primeros ledes era de baja intensidad, como la que emite el mando a distancia de su televisor, pero la de los de hoy en día es potente y económica. Una bombilla LED cuesta el doble que una incandescente, pero es casi siete veces más eficiente y dura unas cuarenta veces más, lo que al final se traduce en un ahorro importante si las instalamos en toda la casa. En términos de consumo energético, podemos estar hablando de un ochenta y cinco por ciento menos que cuando equipaba su vivienda con la clásica iluminación incandescente, lo que no está nada mal.

Esquema de un led. [Wikifisica2016]

Pero a la hora de ahorrar energía, lo que más aporta a la casa es el excelente aislamiento con el que fue construida, complementada por la instalación de doble acristalamiento que ordenó pocos meses después de comprarla. El doble acristalamiento no solo elimina la mayor parte de los ruidos de la calle, ya que las ondas de sonido tienen el doble de dificultad para atravesar el vidrio, sino que la capa de aire que se encuentra entre ambos cristales impide que se escape el calor y rebaja la factura de la calefacción de forma considerable. Además, reduce la penetración de rayos ultravioleta en su domicilio hasta en un noventa y uno por ciento. Definitivamente, merece la pena gastarse un poco más al principio y equipar la casa con bombillas LED y doble acristalamiento.

Pero ya son las doce de la noche y usted tiene sueño. El día ha sido intenso y mañana trabaja, así que tiene que levantarse temprano. Se acuesta, le da un beso a su pareja y cierra los ojos. Poco a poco, le invade el sopor y se queda dormido. Aunque usted no lo sabe, esa extraordinaria máquina que es su organismo está entrando en standby, algo que ya hemos dicho que no es conveniente en el caso del televisor, pero que resulta ineludible en el suyo, ya que apagarse del todo sería sinónimo de morirse. La señal de «hibernación» la emite el cerebro, que modifica los impulsos eléctricos dando lugar a una serie de patrones diferentes a los de la vigilia. Estas diferencias desencadenan una cascada de efectos a nivel fisiológico, el más evidente de los cuales es la desconexión de gran parte de la consciencia. La tasa metabólica cerebral disminuye, al igual que lo hacen el ritmo cardíaco, la presión arterial y el tono muscular. La temperatura del cuerpo, sin embargo, no varía mucho, lo que demuestra que las centrales de energía de sus células —las mitocondrias— continúan casi a pleno rendimiento. Su cuerpo se ha convertido en una factoría en la que se apagan las luces y baja a mínimos la producción, pero en la que los sistemas básicos siguen funcionando perfectamente. Curiosamente, durante la fase de sueño REM (Rapid Eye Movement)[231], caracterizada por sueños a menudo muy vívidos, las ondas cerebrales se vuelven más parecidas durante un rato a las de la fase de vigilia, como corresponde a un nivel de consciencia más elevado. Las fases del sueño se van alternando hasta que finalmente la actividad eléctrica del cerebro va recuperando los patrones de vigilia, y sus neuronas parecen encenderse como si fuesen bombillas, aquí y allá, hasta que finalmente se despierta.

Como ve, la energía hace por usted mucho más de lo que a menudo suele pensar. De hecho, condiciona toda su existencia desde que se levanta hasta que se acuesta, y nada de lo que haga o piense puede funcionar sin ella. Puede parecerle que si hay algo en el mundo con un toque divino somos nosotros, pero tiene que darse cuenta de que en realidad no somos más que centrales energéticas ambulantes, organizadas hasta el punto de llegar a asombrarse de sí mismas.

Epílogo

Hasta el infinito y más allá

«… To boldly go where no man has gone before!».

Star Trek (1966-1969).

Amable lector, estamos llegando al final de nuestro pequeño viaje. A lo largo de este libro hemos recorrido en compañía de nuestros antepasados el largo camino de nuestra especie hacia la comprensión y el dominio de ese elusivo concepto al que denominamos energía, una realidad que condiciona nuestras vidas como ninguna otra cosa lo hace. Con la curiosidad, el ingenio y la perseverancia de incontables personajes a lo largo de la historia se ha ido construyendo, paso a paso, un conocimiento científico que se encuentra detrás del desarrollo de una civilización paradójica, caracterizada por resplandecientes ciudades y brillantes automóviles en convivencia estrecha con el calentamiento global y con aterradores arsenales nucleares.

¿Qué nos depara el futuro y cómo podría evolucionar nuestra relación con la energía? Sin lugar a dudas, y como ya hemos dicho en un par de ocasiones, la consecución definitiva de la fusión nuclear controlada, un logro que llevamos décadas persiguiendo, nos permitiría disponer de una fuente de energía prácticamente inagotable que podría hacernos dejar atrás definitivamente la era de los combustibles fósiles, ayudándonos a superar la ominosa amenaza del cambio climático. Esa misma fuente de energía podría permitirnos equipar astronaves mucho más rápidas, quizá convirtiendo en rutinaria la exploración del resto del sistema solar. Del mismo modo, aunque de forma más especulativa, es muy posible que el advenimiento de una futura «teoría del todo», es decir, una comprensión en profundidad de la relación entre la gravedad y el mundo cuántico, nos ayude a desarrollar nuevas e innovadoras maneras de jugar con la energía. Por último, el esclarecimiento del misterio de la materia y la energía oscuras podría abrirnos la puerta a un mundo de posibilidades insospechadas.

Proyecciones en la escala de Kardashov de la civilización humana, desde los años 1900 a 2030, basados en los datos de la Agencia Internacional de Energía World Energy Outlook.

En cualquier caso, parece claro que nuestro afán por aprovechar la transformación de la energía en sus múltiples formas de un modo cada vez más intensivo no va a parar, sobre todo si atendemos a la evolución de nuestro consumo hasta la fecha. Para que se hagan una idea, según los últimos cálculos, durante los últimos setenta años la humanidad ha consumido en total unos veintidós zettajulios[232] de energía, una cifra un cincuenta por ciento más elevada que los catorce y medio que se estima fueron consumidos entre el final de la Edad del Hielo, hace unos once mil setecientos años, y 1950. ¿Es posible mantener este tipo de crecimiento exponencial?

En 1964, el astrofísico ruso Nikolái Kardashov (1932-2019) propuso medir el grado de evolución de una civilización en base a la cantidad de energía que fuese capaz de utilizar a partir de su entorno. Kardashov estableció una escala de tres categorías, del Tipo I al Tipo III, que también estarían relacionadas con el grado de colonización del espacio. En términos generales, podría decirse que una civilización de Tipo I sería la que ha logrado dominar todos los recursos energéticos de su planeta de origen, mientras que la de Tipo II aprovecharía todos los de su sistema planetario y la de Tipo III todos los de su galaxia. En la actualidad, nuestra civilización humana habría alcanzado un valor aproximado de 0,725 en la escala Kardashov, por lo que quizá pudiese convertirse en un ejemplar del Tipo I en los próximos cien o doscientos años. Se supone que las civilizaciones del Tipo III son totalmente hipotéticas, comparables a la federación de planetas de la serie de ciencia ficción Star Trek o al imperio galáctico de Star Wars, pero las de Tipo II podrían resultar teóricamente viables. ¿Cómo? Tal vez mediante la construcción de una «esfera de Dyson».

Esquema de una esfera de Dyson. [Lucien leGrey]

Una esfera de Dyson es una megaestructura hipotética, originalmente propuesta por el gran físico inglés Freeman Dyson (1923-2020), consistente en un enjambre o una burbuja de colectores de energía solar que rodearían a una estrella para capturar la mayor parte de su energía. El desafío tecnológico y económico para construir semejante artefacto sería descomunal, casi inimaginable, pero, al menos sobre el papel, teóricamente posible. Hasta hace poco, las esferas de Dyson aparecían solamente en obras de ciencia ficción, como la célebre Ringworld (Mundo Anillo) de Larry Niven. Sin embargo, en 2015 comenzó a especularse con que las extrañas anomalías observadas en la luminosidad de KIC 8462852, una estrella algo más grande que el Sol situada a unos mil quinientos años luz de la Tierra, pudieran deberse a un dispositivo de este tipo. Por descontado, lo más probable es que el peculiar comportamiento de este astro se deba a algún tipo de fenómeno natural aún por determinar y, de hecho, las últimas evidencias parecen ser incompatibles con la presencia de megaestructuras, pero no es descartable que con el tiempo la humanidad se aventure a construir gigantescos colectores para aprovechar a mayor escala la energía del Sol.

Y después, ¿qué? ¿Podría la humanidad llegar a colonizar toda la galaxia? Por sorprendente que pueda parecer, la respuesta es afirmativa, sin que haga falta en absoluto superar el límite de la velocidad de la luz para lograr semejante hazaña. De hecho, lo único que se requiere es tiempo. Tal y como comentamos en el último capítulo, las cosmonaves equipadas, por ejemplo, con propulsión nuclear de pulso, podrían llevarnos a las estrellas más cercanas en cuestión de décadas. Una vez en ellas, podríamos colonizar el o los planetas más adecuados y después continuar el proceso, llevando a cabo la exploración y colonización de nuevos sistemas estelares al cabo de unas generaciones. A medida que el número de colonias creciese, la colonización se extendería de forma exponencial, hasta el punto de que en un millón de años toda la galaxia podría estar ocupada[233]. La especie humana se estaría acercando a una civilización del Tipo III en la escala Kardashov.

Si llegásemos a hacer realidad un escenario como ese, la humanidad habría completado su largo camino, entrando en un estado de la evolución muy diferente, y la Vía Láctea brillaría como uno de los escasos faros de resplandeciente consciencia en ese gigantesco océano que llamamos universo. De la mano, como no, de la energía, el principio y el final de todo.

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Notas

[←1]

Como buen precursor de los sabios renacentistas, D´Honnecourt le daba absolutamente a todo, incluida… ¡la manera de amaestrar leones!

[←2]

Un tornillo de Arquímedes, o tornillo sin fin, es una máquina helicoidal inventada en el siglo III a. C. por el sabio del mismo nombre, aunque existen indicios de que podría ser anterior. Se trata de un tornillo que, impulsado por una fuerza, gira dentro de un cilindro hueco colocado sobre un plano inclinado, lo que permite elevar casi cualquier cosa, desde líquidos a materiales de construcción.

[←3]

En 1518, Marco Antonio Zimara (1460?-1523?) llegó a proponer la fuerza del viento como posible mecanismo alternativo para un perpetuum mobile.

[←4]

Athanasius Kircher (1601/2-1680) fue un heterodoxo jesuita interesado por todos los misterios que le rodeaban. Estudió todo tipo de cosas, desde los jeroglíficos egipcios hasta los microorganismos, siendo uno de los primeros en proponerlos como la causa de algunas enfermedades. También fue un excelente inventor que desarrolló, entre otras cosas, varios instrumentos musicales.

[←5]

Bessler dijo haber ideado el nombre de «Orffyreus» escribiendo las letras del alfabeto en un círculo y seleccionando aquellas diametralmente opuestas a las de su apellido, obteniendo la palabra Orffyre, que después latinizó convirtiéndola en Orffyreus.

[←6]

Stevin fue otro de esos individuos extraordinarios alumbrados durante el Renacimiento. Es famoso por haber inventado, entre otras muchas cosas, un «yate» terrestre impulsado por velas capaz de transportar a dos docenas de personas a casi ochenta kilómetros por hora. El príncipe de Nassau, Mauricio de Orange, prohibió su fabricación sobre la base de que el sistema arruinaría el transporte basado en los caballos…

[←7]

En concreto a Jacobo I de Inglaterra y VI de Escocia y a Rodolfo II de Bohemia.

[←8]

Un sistema aislado es aquel que no intercambia materia ni energía con el exterior. Obviamente, si el sistema no es aislado puede recibir un aporte externo de energía, por lo que en ese caso no se aplica la ley de conservación.

[←9]

En la época en la que vivió Keely existía un fuerte debate acerca de la posible existencia de un éter luminífero, o simplemente éter, que permearía todo el espacio y serviría como medio de propagación de la luz. Como veremos en el capítulo seis, en 1887 el experimento de Michelson-Morley asestó un golpe mortal a la hipótesis del éter.

[←10]

Aquí, «concentrada» se refiere a formas de energía como la eléctrica o la química, y «dispersada», a otras como el calor. Por descontado, no se trata realmente del grado de concentración de la energía, sino del grado de ordenación del movimiento de las partículas, tal y como veremos en el capítulo tres.

[←11]

Tesla, N. (2018). The Problem of Increasing Human Energy: with Special References to the Harnessing of the Sun´s Energy. Charles River Editors. ISBN 978-1-50801717-2.

[←12]

En el fondo, las cosas no han cambiado tanto desde los tiempos de Aristóteles. Basta con escucharnos cuando decimos que nos sentimos «felices y llenos de energía».

[←13]

El secreto del método científico, lo que verdaderamente le proporciona toda su potencia y alcance, es la combinación de desarrollos matemáticos que permiten cuantificar la realidad con los experimentos que posibilitan contrastar esos cálculos con lo que verdaderamente sucede. A los hombres nos llevó milenios darnos cuenta de que esta era la forma adecuada de desentrañar los mecanismos ocultos de la naturaleza.

[←14]

En cualquier caso, un experimento similar ya había sido llevado a cabo por el flamenco Simon Stevin desde lo alto del campanario de la iglesia de Delft, en 1586.

[←15]

Es curioso señalar como, tres siglos antes, el extraordinario filósofo francés Nicolas de Oresme, un adelantado a su época que abominaba de pseudociencias como la astrología, había llegado a una conclusión parecida.

[←16]

Se sospecha con cierto fundamento que fueron dos jesuitas enemistados con Galileo, Christoph Scheiner y Orazio Grassi, los que hicieron circular el rumor de que Simplicio, el mediocre personaje defensor de las teorías aristotélicas que aparece en el Diálogo, no sería otro que el papa Urbano, un hombre muy celoso de su autoestima.

[←17]

En realidad, el gran matemático alemán Gottfried Leibniz también lo desarrolló en paralelo de forma totalmente independiente, y de hecho lo publicó antes. Con el tiempo, se impuso la notación matemática de Leibniz para el cálculo diferencial, que es la que hoy en día aprendemos en la escuela.

[←18]

Es curioso comprobar como dos siglos y medio después y con una edad muy similar (veintiséis años), otro personaje incomparable, Albert Einstein, experimentó una explosión de genio parecida en el año prodigioso de 1905, en el que desveló varios espectaculares descubrimientos, cada uno de los cuales era merecedor por sí solo del Premio Nobel.

[←19]

La relación de Newton con Hooke fue particularmente turbulenta, pues ambos científicos se disputaban la primacía tanto de la ley de la gravedad como de algunos descubrimientos de óptica. El que Isaac fuese un genio pero no necesariamente una buena persona fue puesto de manifiesto a partir de 1703, cuando Newton se convirtió en el presidente de la omnipotente Royal Society y se dedicó a borrar escrupulosamente cualquier huella que pudiese haber de las muchas contribuciones de Hooke a la ciencia.

[←20]

Las tres leyes que describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol, enunciadas a principios del siglo XVII por el astrónomo alemán Johannes Kepler, son consecuencia directa de la ley de gravitación universal de Newton.

[←21]

Newton nunca mencionó en sus escritos el famoso episodio, aunque otros autores contemporáneos, incluido el que fuese su asistente personal, John Conduitt, sí que hacen referencia al mismo.

[←22]

Poca gente sabe que, en 1551, el fraile dominico Domingo de Soto, confesor de Carlos V, fue el primero en establecer que un cuerpo en caída libre experimenta una aceleración constante.

[←23]

La disminución de la intensidad de una fuerza con el cuadrado de la distancia es un fenómeno universal que no solo es de aplicación para la gravedad, sino también, por ejemplo, para la interacción electromagnética, y es consecuencia directa de que vivamos en un universo con tres dimensiones espaciales.

[←24]

Ver capítulo siguiente.

[←25]

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el newton, en honor al célebre «padre de la ciencia moderna», y equivale a la fuerza que hay que aplicar a un kilo de masa para acelerarlo un metro por segundo cada segundo.

[←26]

No hay que confundir la llamada energía mecánica con la suma de la energía cinética y la energía potencial, ya que es preciso añadir también las llamadas «fuerzas disipativas», como el calor que se produce por causa del rozamiento. Para entender el papel del calor ver el próximo capítulo.

[←27]

¡Si hacemos que la canica gire alrededor de la bola de metal en el borde de la distorsión, estaremos imitando a los planetas cuando giran alrededor de una estrella… sin llegar a caer del todo!

[←28]

Para distinguirla de la «relatividad especial» (ver capítulo sexto), que no incluía la gravedad ni el efecto distorsionador de la materia sobre la geometría del espacio-tiempo.

[←29]

Un agujero negro es una región del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa tal que genera un campo gravitatorio del que ninguna partícula puede escapar. La casi completa ausencia de información nos impide saber qué sucede realmente en su interior.

[←30]

La detección fue llevada a cabo el 14 de septiembre de 2015 por los detectores del observatorio LIGO (Láser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) sobre el evento que tuvo lugar… ¡hace mil trescientos millones de años!

[←31]

En 1921 le fue concedido el Premio Nobel de Física por el esclarecimiento del efecto fotoeléctrico (ver capítulo octavo) y no por su teoría de la relatividad general, porque el comité evaluador no la entendía y tenía miedo de que con el tiempo se mostrase que era errónea.

[←32]

Albert estuvo casado dos veces, primero con la inteligente matemática Mileva Marić, quien tuvo que abandonar su incipiente carrera al quedarse embarazada, y luego con su prima, Elsa Löwenthal, con quien mantuvo una relación cuando todavía no se había divorciado. De los tres hijos que tuvo con Mileva, la primera falleció al poco de nacer y después de ser dada en adopción debido a las dificultades económicas de la pareja, energía cinética y la energía potencial, ya que es preciso añadir también las llamadas «fuerzas disipativas», como el calor que se produce por causa del rozamiento. Para entender el papel del calor ver el próximo capítulo.

[←33]

No hay que confundir el motor de curvatura con los «saltos en el hiperespacio», otra idea muy querida en sagas de ciencia ficción como Star Wars. En este último caso, no se trata de jugar con la geometría del espacio-tiempo sino de, literalmente… ¡salir del mismo a través de otra dimensión para regresar por otro sitio!

[←34]

La quinta esencia fue un concepto medieval, un hipotético quinto elemento de la materia que se añadía a los cuatro elementos aristotélicos.

[←35]

En realidad, Galileo no hizo sino retomar las viejas ideas y trabajos de Herón de Alejandría, el fabuloso ingeniero e inventor del siglo I de nuestra era (ver capítulo decimotercero).

[←36]

Una prueba de lo arraigadas que llegan a estar algunas ideas es que, a pesar de tener casi todas las evidencias en contra, la teoría del calórico no fuese totalmente abandonada hasta el último cuarto del siglo XIX. Incluso a algunos de los padres de la termodinámica, como el mismísimo lord Kelvin, les costó un mundo descartarla por completo.

[←37]

En 1662, Robert Boyle había enunciado la ley que lleva su nombre (posteriormente conocida por ley de Boyle-Mariotte), y que viene a decir que, para una masa dada de gas, el producto de la presión por el volumen es constante, siempre que la temperatura no varíe.

[←38]

Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia.

[←39]

Rankine desarrolló una teoría completa acerca del funcionamiento de todos los motores térmicos y sus manuales fueron empleados durante décadas después de su muerte.

[←40]

Thomson, W. 1854 On the Dynamical Theory of Heat. Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 21-part I.

[←41]

En junio de 2015, científicos del MIT consiguieron medir una temperatura de 500 nanokelvin (5·10−7 K) enfriando un gas en un campo magnético. Hasta la fecha, es lo más que nos hemos acercado al cero absoluto.

[←42]

En física, un «sistema cerrado» es aquel que no intercambia masa con el exterior, aunque puede intercambiar energía. Eso le diferencia de un «sistema aislado», que no intercambia ninguna de las dos cosas.

[←43]

Piense que el calor es una forma más de energía y, según el principio de conservación, todas son equivalentes. De ahí se desprende que la imposibilidad de transformar todo el calor en trabajo se aplica a cualquier forma de energía, ya sea eléctrica, mecánica, nuclear, etc.

[←44]

En física, los microestados son cada una de las configuraciones microscópicas de un sistema.

[←45]

En termodinámica, un proceso espontáneo es la evolución de un sistema en la cual se libera energía, usualmente en forma de calor, hasta alcanzar un estado energético más estable.

[←46]

Maxwell es una de las mayores figuras de la física de todos los tiempos. Como veremos en el siguiente capítulo, entre otras cosas le debemos las ecuaciones del campo electromagnético, una de las formulaciones teóricas más importantes de la ciencia.

[←47]

Otro ejemplo real del demonio de Maxwell lo tenemos en la nanotecnología, en la que diminutas máquinas «arreglan» cosas disminuyendo su entropía. Por desgracia, y como no podía ser de otra manera, el consumo de energía de las nanomáquinas aumenta mucho más la entropía del entorno…

[←48]

Pueden describirse varias «flechas del tiempo» pero casi todas están relacionadas de una u otra forma con la flecha termodinámica.

[←49]

Esta es una versión del llamado principio antrópico débil: ¡las cosas son así simplemente porque si fuesen de otra manera no estaríamos aquí para contarlo!

[←50]

En nuestro planeta caen unos doscientos rayos por segundo que matan al año a cerca de mil personas. Sin embargo, el gran peligro son los incendios, de los que se producen decenas de miles anualmente.

[←51]

De donde proceden las palabras «magnetita» y «magnetismo».

[←52]

El joven von Guericke era un superviviente nato que escapó por los pelos al brutal saqueo de Magdeburgo, su ciudad natal, en el que en mayo de 1631 fueron masacradas las cuatro quintas partes de la población, antes de convertirse en diplomático y burgomaestre, además de científico.

[←53]

Franklin, Benjamin (1749). Letter to Peter Collinson. Franklin Papers.

[←54]

Franklin no realizó el experimento de la manera que a menudo se cree, esperando a que la cometa fuese alcanzada por un rayo, ya que eso habría sido muy peligroso. De hecho, otros investigadores resultaron electrocutados intentando repetir el experimento.

[←55]

En las últimas décadas ha existido bastante controversia debido al descubrimiento de la llamada «pila de Bagdad», un pequeño jarrón de barro que contiene en su interior un cilindro de cobre y una varilla de hierro que presenta muestras evidentes de corrosión. El extraño artefacto, datado entre los años 248 a. C. y 226 d. C., cuando el actual Irak formaba parte del reino de los partos, es capaz de generar una pequeña corriente empleando zumo de uva. Sin embargo, la ausencia de restos de un conductor que cerrase el circuito y del electrólito original prácticamente descarta que la misteriosa vasija haya sido empleada como pila.

[←56]

La salmuera funciona aquí como «electrólito», es decir, como una disolución conductora de la corriente. A los dos extremos de la pila a los que se conecta el cable conductor se les denomina «polos» (positivo y negativo), en analogía con los polos magnéticos.

[←57]

En honor a Volta, se otorgó su nombre al voltio, la unidad del Sistema Internacional para medir la diferencia de potencial eléctrico, también llamada tensión o voltaje, una importante magnitud que se define como el trabajo requerido para mover la unidad de carga entre dos puntos específicos sometidos a la acción de un campo eléctrico.

[←58]

En física, un «campo» representa la distribución en el espacio y el tiempo de una magnitud determinada. El campo electromagnético es producido por elementos cargados de electricidad y afecta por tanto únicamente a las partículas con carga eléctrica.

[←59]

En 2002, el Boletín Oficial de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos publicó la Resolución n.º 269, en la que se reconoce que la primacía del célebre invento no fue de Graham Bell, sino del inventor italo-estadounidense Antonio Meucci (1808-1889).

[←60]

A diferencia de la corriente continua, en la que la electricidad viaja en una sola dirección, en la corriente alterna un campo magnético rotatorio hace que la electricidad viaje en ambos sentidos, «alternando» entre uno y otro. Además de permitir conectar un dispositivo sin que importe dónde están el polo positivo y el polo negativo del enchufe, en la corriente alterna puede manipularse la tensión (una magnitud que mide el trabajo por unidad de carga que hace el campo eléctrico para desplazar una partícula cargada de un punto a otro) con mucha mayor facilidad que en el caso de la corriente continua. Esto permite minimizar las pérdidas de energía durante el transporte mediante el empleo de líneas de «alta tensión» que reducen la intensidad de corriente necesaria.

[←61]

El sistema binario es un sistema de numeración en el que los números se representan utilizando solamente dos cifras: cero (0) y uno (1). El sistema puede usarse también para representar textos.

[←62]

Los semiconductores son materiales que conducen la electricidad peor que los metales pero mejor que los aislantes. Cuando contienen impurezas, se forman en su interior interfases cristalinas microscópicas que modifican la corriente eléctrica.

[←63]

Por sus trabajos acerca de la superconductividad, un fenómeno que hace que, en determinadas condiciones, los materiales pierdan virtualmente toda resistencia al paso de la corriente eléctrica.

[←64]

John Bardeen comparte el honor de haber sido premiado dos veces con Marie Curie, Linus Pauling y Frederick Sanger, pero es la única persona que ha ganado dos Premios Nobel de Física.

[←65]

En los años setenta, Moore moderó ligeramente el optimismo de su predicción, pasando de dieciocho meses a dos años.

[←66]

En egipcio antiguo, khemt significa «negro» y es el nombre con el que los egipcios denominaban a su país debido a la presencia de la fértil tierra negra característica de la ribera del Nilo. Egipto sería, pues, el «país de la tierra negra» y la al-quimia la «ciencia oscura», tanto en atención a su origen como a su carácter de saber oculto.

[←67]

Según los atomistas de los siglos V y IV a. C., los átomos son unas partículas materiales indestructibles que solo se distinguen entre sí por su forma y dimensión, y cuyas combinaciones forman los diferentes cuerpos.

[←68]

La etimología de estos vocablos tan familiares nos habla del inmenso legado que la química le debe al mundo árabe. El alcohol, por ejemplo, procede del árabe الكحول, al-kukhūl o «el espíritu»; y álcali tiene su origen en la voz القلي , al-qaly o «ceniza».

[←69]

La misteriosa fortuna de Flamel, famoso por las referencias que se hacen a él en la saga Harry Potter, se debió probablemente a su profesión, enormemente lucrativa en una época en la que los individuos letrados escaseaban.

[←70]

Aulo Cornelio Celso fue un médico romano contemporáneo de Cristo. El nombre latinizado «Paracelso» indicaría que von Hohenheim se encontraba «al margen de Celso», es decir, en oposición al tipo de medicina que enseñaban los textos clásicos.

[←71]

En una reacción rédox lo que se produce en realidad es una transferencia de electrones entre el agente que los recibe (oxidante) y el que los cede (reductor), pero los científicos del siglo XVIII no tenían forma de saberlo. Veían en el fenómeno algo parecido al movimiento de un fluido, tal y como les sucedería algo más tarde con la electricidad.

[←72]

Aunque, estrictamente hablando, Lavoisier no fue el descubridor de estos dos elementos, fue el primero en identificarlos como tales. Y, de paso, los bautizó.

[←73]

Según la tradición, el argumento de la gran aportación que Lavoisier estaba haciendo a la ciencia fue contestado por Jean-Baptiste Coffinhal, presidente del Tribunal Revolucionario, de la siguiente manera: «La República no necesita sabios ni químicos…»; una actitud sorprendentemente habitual por parte de los regímenes autoritarios a lo largo de la historia.

[←74]

Dalton tenía un defecto de nacimiento que le hacía insensible al color rojo, y de ahí el nombre del trastorno correspondiente, el daltonismo, o ceguera de color.

[←75]

Un catalizador es una sustancia que disminuye la energía de activación necesaria para iniciar la reacción química, habitualmente «acercando» los reactivos de manera que les sea más fácil interaccionar.

[←76]

El «juego energético» de cualquier reacción química incluye la variación de la energía interna en el sistema formado por los reactivos y los productos, junto con la variación de la entropía y el intercambio de calor que tienen lugar durante la reacción.

[←77]

El peso atómico no medía obviamente el peso real de los átomos, ya que nadie sabía cómo hacer eso, sino que establecía una escala comparativa con el átomo de hidrógeno, a todas luces el elemento más ligero, al cual se le asignaba arbitrariamente la unidad. La genialidad del sistema estriba en que para estudiar las reacciones químicas no necesitamos saber cuánto pesa verdaderamente un átomo.

[←78]

¡En el dorso de una carta que aún conservamos!

[←79]

La denominación «orgánica» quedó como reminiscencia de la vieja idea de que los compuestos orgánicos solo podían aparecer en los seres vivos como consecuencia de algún tipo de «fuerza vital». En realidad, la denominación correcta debería ser «química del carbono».

[←80]

Kekulé postuló también las célebres estructuras alternantes para el benceno, características de los hidrocarburos aromáticos, en las que los electrones se encuentran deslocalizados entre toda la estructura.

[←81]

Naturalmente, todo tiene sus excepciones. El hidrógeno, por ejemplo, obtiene la configuración más estable únicamente con dos electrones.

[←82]

Al haber obtenido también el Premio Nobel de Química en 1962, Pauling se convirtió en una de las cuatro personas que, hasta la fecha, han sido galardonadas con dos.

[←83]

En honor al físico neerlandés Johannes Diderik van der Waals.

[←84]

En realidad, Newton había desarrollado su teoría a partir de las ideas del filósofo, clérigo, astrónomo y matemático francés Pierre Gassendi, uno de los primeros empiristas.

[←85]

En contraste con las llamadas ondas longitudinales, en las que la dirección de la oscilación es la misma que la del avance de la onda, en las ondas transversales esta dirección es perpendicular, y según el ángulo que adopte se dice que está «polarizada» en ese sentido.

[←86]

En honor a Hertz, como no podía ser de otra manera. La relación entre frecuencia y longitud de onda resulta evidente: la una es la inversa de la otra. A mayor frecuencia, menor longitud de onda, y viceversa.

[←87]

Se trata de un tubo de vidrio lleno de gases que al aplicarles electricidad adquieren fluorescencia, algo que utilizó el químico inglés William Crookes para demostrar la presencia de los electrones en los átomos.

[←88]

Una prueba impresionante de que la radiación electromagnética transporta energía la tenemos en el horno microondas, en el que la intensidad de la emisión es suficiente como para calentar el agua.

[←89]

Se la llamó «especial» para diferenciarla de la relatividad «general», una teoría más amplia que como ya vimos fue también desarrollada más tarde por Einstein, y que contempla los efectos gravitatorios sobre el movimiento.

[←90]

Esta aparente paradoja, conocida como «de los gemelos» (uno estaría en la Tierra y otro en la nave), no lo es en realidad, ya que en el contexto de la relatividad puede demostrarse matemáticamente que al tener en cuenta la aceleración y desaceleración de la nave, así como el efecto de la gravedad, son los tripulantes que se acercan a la velocidad de la luz los que realmente envejecen más despacio.

[←91]

Hay que matizar que la mecánica relativista describe la velocidad de la luz en el vacío más bien como una «frontera» que no puede atravesarse, pero no impide que haya partículas que viajen SIEMPRE a mayor velocidad que la luz. De hecho, se especula desde hace décadas con la posible existencia de dichas partículas «superlumínicas», conocidas como taquiones.

[←92]

Como ejemplo, Próxima Centauri, la estrella más cercana a nuestro Sol, se encuentra a 4,22 años luz, lo que quiere decir que la luz tarda en llegarnos desde ella más de cuatro años. Viajando, digamos, a la décima parte de la velocidad de la luz, ¡una nave tardaría unos 42 años en alcanzarla desde la Tierra! Parece que tendremos que dejar los viajes por los abismos interestelares a las películas y novelas de ciencia ficción.

[←93]

Siglas del inglés Search for Extra Terrestrial Intelligence.

[←94]

La fosforescencia es el fenómeno por el cual ciertas sustancias tienen la propiedad de absorber energía y almacenarla para emitirla después en forma de radiación.

[←95]

El núcleo del isótopo más corriente del átomo de helio está compuesto por dos protones y dos neutrones, lo que lo convierte en una partícula bastante voluminosa. Este tipo de radiación resulta poco penetrante porque las partículas alfa se desvían con facilidad o incluso «rebotan» al tropezar con los átomos de las placas metálicas, perdiendo mucha energía.

[←96]

Se dice que Rutherford, aterrado por la perspectiva, le espetó a su colega: «¡Por Dios, Soddy, no lo llames transmutación o nos condenarán por alquimistas!».

[←97]

Hay otras tres personas que han recibido dos veces el Nobel, pero o bien se les ha concedido en la misma disciplina (Física en el caso de John Bardeen y Química en el de Frederick Sanger), o bien una de las dos disciplinas no estaba relacionada con la ciencia (caso de Linus Pauling, que recibió el de Química y el de la Paz).

[←98]

La historia de este descubrimiento es bastante pintoresca, con los Curie trabajando a modo de alquimistas con un enorme «caldero» cuyo contenido removían con una barra de metal mientras separaban sus componentes, hasta obtener apenas un par de gramos de las dos nuevas sustancias.

[←99]

En puridad debería decirse posteriores al plomo, ya que el isótopo «estable» del bismuto tampoco lo es. Pero como su vida media de desintegración es un billón (con «b») de veces superior a la del universo, ¡podemos considerarlo como estable a todos los efectos!

[←100]

Ver capítulo octavo.

[←101]

De acuerdo con la brillante idea de Goeppert-Mayer, los protones y neutrones se disponen en el núcleo formando capas. Y en un alarde de machismo, un periódico de San Diego, la localidad en la que residía, publicó el siguiente titular: «Madre de La Jolla gana el Premio Nobel»…

[←102]

Frisch le preguntó a un biólogo del laboratorio cómo se llamaba el proceso por el que una célula se dividía en dos y adoptó el nombre para el caso del átomo.

[←103]

El agua pesada es agua en la que el hidrógeno corriente ha sido sustituido por deuterio, un isótopo del hidrógeno cuyo núcleo contiene un protón y un neutrón, (de ahí lo de «pesada»). Los moderadores de neutrones son sustancias que se utilizan para controlar la reacción en cadena, disminuyendo la velocidad de los neutrones que transfieren parte de su energía cinética al chocar contra las partículas del moderador.

[←104]

El ciclotrón fue el primer acelerador de partículas, un instrumento que permitió golpear los núcleos atómicos con partículas de alta energía. Fue diseñado por el genial químico Ernest O. Lawrence (1901-1958), quien, según cuenta la leyenda, diseñó el aparato en una hoja de papel en la biblioteca de la Universidad de California cuando tan solo contaba con 27 años.

[←105]

Recordemos que Eddington utilizó el eclipse solar del 29 de mayo de 1919, el más largo desde el siglo XV, para demostrar que la luz procedente de las estrellas efectivamente se curvaba como consecuencia de la gravedad del Sol.

[←106]

Oliphant fue uno de los principales, y a la vez menos conocidos, protagonistas del proceso que llevó a los Estados Unidos al desarrollo del arma atómica. Como miembro del MAUD, el comité inglés para el estudio de la energía nuclear que llevaba el nombre de una conocida del físico danés Niels Bohr que había aparecido en un telegrama y había sido interpretado como una contraseña, fue el encargado de convencer al gobierno norteamericano de la viabilidad del proyecto.

[←107]

Por ejemplo, en forma de la explosión de una supernova (ver capítulo noveno). Todos los elementos con número atómico mayor que el hierro se producen en eventos cataclísmicos debido a la enorme cantidad de energía requerida para la formación de sus núcleos atómicos.

[←108]

La acusación era falsa porque, si bien es cierto que en su juventud Oppenheimer simpatizó con el comunismo de la mano de su novia, nunca llegó a afiliarse al partido ni mucho menos espió para la URSS.

[←109]

La palabra quark es un término sin sentido propuesto por el físico Murray Gell-Mann (1929-2019) a partir del texto de James Joyce en Finnegans Wake: «Three quarks for Muster Mark!».

[←110]

De hecho, con el tiempo se ha demostrado que en circunstancias extremas ambas interacciones no son sino «versiones» de una misma interacción, la llamada interacción «electrodébil» (ver capítulo octavo).

[←111]

Se trata de la famosa fórmula E= ħ ν. El valor de la constante de Planck (h) en unidades del Sistema Internacional es extremadamente pequeño, aproximadamente 6.63 × 10-34 J.s. Esta es la razón, por ejemplo… ¡de que no haya átomos estables del tamaño de estrellas!

[←112]

El espectro de emisión de un elemento o de un compuesto químico es el espectro de frecuencias de radiación electromagnética emitida cuando los átomos o las moléculas pasan de un estado de mayor a otro de menor energía. El espectro de emisión de cada elemento es único, y por tanto puede utilizarse para identificarlo en una muestra de composición desconocida. La disciplina que se ocupa de ello es la espectroscopía.

[←113]

La electrodinámica cuántica, o teoría cuántica del campo electromagnético de Shin’ichirō Tomonaga, Julian Schwinger y Richard Feynman, hace predicciones de ciertas magnitudes físicas hasta con veinte cifras decimales de precisión.

[←114]

De acuerdo con la célebre función de onda de Schrödinger, el equivalente a las leyes de Newton y el principio de conservación de la energía en el mundo cuántico.

[←115]

Para comprender de forma intuitiva este «principio de incertidumbre de Heisenberg» —una de las leyes más importantes de la naturaleza—, pensemos en hacer pasar una partícula a través de una rendija. Cuanto más estrecha sea esta, más localizada estará la partícula, pero como la partícula es a la vez una onda, si la anchura de la rendija es comparable con la longitud de la onda esta se difracta y el momento lineal se modifica. Cuanto mejor «localices» la partícula, mayor será la difracción de la onda asociada y, por tanto, la incertidumbre en su velocidad.

[←116]

La función de onda es una forma matemática de representar el estado físico de un sistema de partículas.

[←117]

El experimento fue propuesto por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen en 1935 (de ahí lo de EPR). En él, dos observadores separados por una distancia arbitraria reciben una partícula que está entrelazada con la del otro. Si uno de ellos mide la posición de su partícula, gracias al entrelazamiento cuántico puede saber instantáneamente cuál es la posición de la otra partícula, lo que según los autores contradice el sentido común.

[←118]

Se ha argumentado que el entrelazamiento violaría la teoría de la relatividad al permitir enviar una señal más rápido que la luz, pero eso no es cierto, ya que no podemos saber qué valor va a adoptar una propiedad hasta que hagamos una medición. En ese momento, la otra partícula «fija» también su propio valor de la propiedad medida, pero eso es parecido a lo que sucede cuando tenemos una bola blanca y una roja en dos bolsas separadas. Si sacamos la roja sabemos instantáneamente que en la otra hay una bola blanca, sin que en ese proceso haya habido transmisión de información alguna.

[←119]

En honor a su formulador, Wolfgang Ernest Pauli (1900-1958), otra de las lumbreras que emigró a Estados Unidos cuando los nazis subieron al poder. Pauli era famoso por las extrañas averías que sufrían los equipos experimentales simplemente porque él estuviese cerca. De hecho, hoy en día dichas coincidencias se conocen humorísticamente en todos los laboratorios del mundo como «efecto Pauli».

[←120]

Un láser (del acrónimo inglés LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) es un dispositivo que genera un haz de luz coherente en el que todas las ondas conservan una relación de fase constante. Esto permite emitir un haz de luz que se mantiene «concentrado» incluso a grandes distancias. Por otra parte, a temperaturas cercanas al cero absoluto los bosones son capaces de agregarse en una especie de quinto estado de la materia llamado «condensado de Bose-Einstein», en el que se comportan… ¡como si fuesen una sola partícula!

[←121]

Junto al electrón, la familia de los leptones la forman el muon, el leptón tau y tres neutrinos diferentes.

[←122]

Además de masa, espín (del inglés spin —giro, girar—, una importante propiedad física de las partículas elementales que las dota de un momento angular intrínseco) y carga eléctrica, los quarks tienen otras propiedades, como el «color» o el «sabor», a las que se les ha dado ese nombre como se les podría haber dado cualquier otro, y que son responsables de la interacción nuclear fuerte y débil, respectivamente.

[←123]

Se estima que un detector con la masa de Júpiter, colocado en la órbita de una estrella de neutrones, observaría un solo gravitón cada diez años, incluso en las condiciones más favorables.

[←124]

Recordemos que, de acuerdo con la célebre ecuación de Einstein, la masa es en cierto modo una forma de energía concentrada. Se ha dicho que el bosón de Higgs actúa como una persona poderosa y atractiva que entrase en una fiesta, y alrededor de la cual se arremolinaran los asistentes. Pues bien, ese «empaquetamiento» sería el mecanismo que dota a los fermiones de masa.

[←125]

Tal y como postularon en la década de los sesenta Sheldon Lee Glashow, Abdus Salam y Steven Weinberg. La demostración experimental llegaría en 1973 y el merecido Nobel de Física compartido, en 1979.

[←126]

En 1965 se creó por primera vez en un laboratorio un antideuterón, es decir, el antiátomo de un isótopo del hidrógeno.

[←127]

Las teorías actuales se acercan hasta 10-44 segundos del comienzo del Big Bang, pero a partir de este límite las ecuaciones se desbocan y los cálculos carecen de sentido. Sin embargo, esto no significa, como se ha dicho a veces, que la relatividad y la mecánica cuántica sean incompatibles, sino que, al igual que sucedía con la mecánica de Newton con respecto a la primera, es probable que sean más bien casos particulares de una teoría más general.

[←128]

Al no poder establecerse con precisión la cantidad de energía que hay en un punto del universo en un momento dado (recordemos que la energía y el tiempo son magnitudes conjugadas), eso significa literalmente que nunca puede asegurarse que en ese momento no haya absolutamente nada.

[←129]

La mayor aportación de Hawking (1942-2018) a la ciencia es haber propuesto la llamada «radiación de Hawking», una emisión de partículas por parte de los agujeros negros en rotación que es consecuencia del principio de incertidumbre de Heisenberg. Esta radiación reduce la masa y la energía de los agujeros negros que, por tanto, y siempre que no incorporen nuevas cantidades de materia, terminan por «evaporarse» y desaparecer. Los agujeros pequeños desaparecen más rápidamente.

[←130]

De hecho, la Iglesia católica acepta de buen grado el Big Bang como una descripción válida del origen del universo, por supuesto de la mano de Dios.

[←131]

Dado que Hermann rechazó firmar el artículo utilizando como seudónimo «Delter», y dando muestras de su peculiar sentido del humor, Gamow se puso en contacto con otro científico, Hans Bethe, al que pidió que añadiera su nombre al de ellos a pesar de no haber tenido nada que ver con la investigación. Así, el artículo apareció firmado por Alpher, Bethe y Gamow, apellidos que se corresponden con las tres primeras letras del alfabeto griego. ¡Una firma realmente apropiada para una de las comunicaciones científicas fundamentales sobre el origen del universo!

[←132]

Más de medio siglo después siguen sin conocerse los detalles de este singular episodio. Cuando se les pregunta, Penzias y Wilson se echan mutuamente la culpa del «crimen», consecuencia de la necesidad de evitar que continuase la contaminación con aquel «material dieléctrico blando» (sic).

[←133]

Recordemos que a medida que retrocedemos en el tiempo, el universo se hace cada vez más pequeño pero mantiene toda su materia y energía (la energía ni se crea ni se destruye), con lo que va a aumentando de densidad. Tanto, que en la «singularidad» de la Gran Explosión los cálculos arrojan valores infinitos de densidad. Dicho de otro modo, nuestras teorías actuales fracasan ante semejante escenario. Por tanto, habrá que esperar a la tan buscada «gravedad cuántica» para intentar describir correctamente lo sucedido durante el Big Bang.

[←134]

En astronomía, se denomina evolución estelar al conjunto de cambios que suceden en una estrella a lo largo de su existencia. Aunque hay muchos tipos de estrellas que experimentan diferentes cambios, la fase más importante (y en la que las estrellas permanecen más tiempo) es la llamada secuencia principal, en la que la estrella quema el hidrógeno que la integra mediante fusión nuclear.

[←135]

Una supernova es una explosión estelar consecuencia de varios mecanismos, entre los que destaca el que una estrella masiva que ha agotado su combustible nuclear sea incapaz de contrarrestar la fuerza de la gravedad y colapse. La energía liberada en este cataclismo cósmico es del orden de 10^44 julios (1 foe), una cantidad tan enorme que una supernova lo suficientemente cercana puede llegar a ser observada a simple vista desde la Tierra.

[←136]

Se denomina «lente gravitacional» o «gravitatoria» al efecto que se produce cuando la luz procedente de un objeto distante se curva al pasar cerca de otro objeto masivo situado delante del observador.

[←137]

Una estrella de neutrones es, por así decirlo, el paso previo a un agujero negro. Su nombre indica que la gravedad es tan intensa que ha superado la repulsión electromagnética de las cortezas electrónicas, aplastando los electrones contra los protones del núcleo, de modo que la estrella está formada mayoritariamente por neutrones. Sin embargo, la presión de la gravedad no es tan fuerte que pueda vencer al principio de exclusión de Pauli.

[←138]

Los neutrinos («pequeños neutrones»), son partículas subatómicas de tipo fermiónico, sin carga y con una masa muy pequeña, inferior a una milmillonésima parte de la de un átomo de hidrógeno. Por este motivo prácticamente no interaccionan con el resto de las partículas, siendo capaces de atravesar la materia ordinaria sin apenas perturbarla.

[←139]

Pero nunca del todo. Debido a sus profundas raíces religiosas, la idea subsiste en forma de expresiones como el «alma humana» o los «espíritus», que hacen referencia a conceptos al margen de la ciencia que siguen teniendo un gran número de adeptos.

[←140]

En química, se considera como compuestos «orgánicos» a casi todos los que contienen carbono, mientras que los demás son clasificados como «inorgánicos». Como vimos en el capítulo cinco, el hecho de que a la química del carbono se le llame química orgánica no es más que una reminiscencia de los orígenes de esta ciencia, cuando se consideraba que la química de los seres vivos era muy diferente de la del resto.

[←141]

La mayoría de las enzimas son proteínas, aunque también hay algunos casos en los que se trata de un ácido nucleico, el RNA.

[←142]

Siguiendo con el juego de analogías, las reacciones bioquímicas pueden apoyarse las unas en las otras de la misma forma que una persona débil puede llegar a saltar una valla aprovechando el empuje de otra mucho más fuerte.

[←143]

Una ruta metabólica es una sucesión de reacciones químicas encadenadas.

[←144]

Siglas en inglés de trifosfato de adenosina.

[←145]

Incluyendo la glicólisis y la fosforilación oxidativa, la «cadena de transporte de electrones» que produce el 90 % del ATP.

[←146]

La respiración de una célula implica la existencia de una cadena de transporte de electrones hasta un aceptor final, que en nuestro caso es el oxígeno y en el de los organismos anaerobios cualquiera de las especies descritas.

[←147]

La caloría es una vieja unidad de energía surgida como consecuencia de la teoría del calórico. En su definición más exacta se trata de la cantidad de calor necesaria para incrementar 1 °C la temperatura de un gramo de agua desde 14,5 ºC hasta 15,5 ºC. Equivale a 4,184 julios. A pesar de estar obsoleta, sigue siendo utilizada fundamentalmente en nutrición y medicina.

[←148]

Dentro del mundo de las sustancias químicas, la glucosa es la preferida por la mayoría de los seres vivos como fuente de energía. De hecho, una de las vías metabólicas fundamentales de casi todos los habitantes del mundo es la glicólisis, una cadena de reacciones químicas que transforma el azúcar en moléculas más sencillas que después se incorporan al ciclo de Krebs, y que permite también acumular parte de la energía desprendida en forma del omnipresente ATP.

[←149]

En Estados Unidos se estima que dos tercios de los adultos tienen sobrepeso.

[←150]

Aunque se trata de un indicador algo controvertido y que debe ajustarse con factores como la edad, el grado de sobrepeso se mide con el llamado Índice de Masa Corporal, una medida que relaciona el peso de una persona con su estatura. Así, y según la Organización Mundial de la Salud, un IMC superior a treinta es indicativo de obesidad.

[←151]

Las estructuras disipativas son estructuras coherentes, autoorganizadas en sistemas alejados del equilibrio termodinámico, que solo pueden existir absorbiendo energía del entorno. El concepto fue propuesto por el Premio Nobel de Química, Ilya Prigogine.

[←152]

Jacques Monod (1910-1976), el biólogo y bioquímico francés que compartió el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 1965, consideraba que el surgimiento de la vida en la Tierra era un fenómeno tan improbable —una especie de «accidente químico»— que es prácticamente seguro que estemos solos en el universo. Sin embargo, la mayor parte de la comunidad científica no comparte su visión, ya que los descubrimientos acumulados con el paso de los años apuntan hacia un proceso de evolución prebiótica mucho más probable de lo que parece.

[←153]

Por eso, también es imposible que existan los zombis, dado que ninguna ley física permite obtener energía a cuerpos en descomposición en los que la maquinaria molecular necesaria para procesarla ha desaparecido en gran medida.

[←154]

Una posibilidad sería poder transferir nuestra mente a algún tipo de artefacto mucho más simple que nuestro cerebro que pudiese contenerla, una idea muy utilizada en cientos de relatos de ciencia-ficción. Sin embargo, nuestro casi nulo conocimiento de cómo funciona la consciencia nos impide predecir si algo así podría llegar a resultar viable algún día.

[←155]

En 2003, en unos pantanos al sur de la capital de Eslovenia, Liubliana, se encontró una rueda de madera de fresno que data de entre 3350 a. C. y 3100 a. C. Es la más antigua conocida hasta la fecha.

[←156]

La diferencia de velocidad entre el ferrocarril y los viejos medios era sencillamente impresionante. Antes de 1850, el viaje de Nueva York a Chicago podía durar tres semanas. En 1857, algunos trenes tardaban setenta y dos horas.

[←157]

Se trata de la célebre patente n.º ٣٧٤٣٥ concedida por el gobierno alemán. Todo un documento para la historia.

[←158]

El viaje de Bertha fue francamente rocambolesco. El escaso carburante que llevaba el vehículo le hizo detenerse en una farmacia para repostar, mientras sus hijos, que iban de pasajeros, le echaban agua al motor cada dos por tres para enfriarlo, además de ayudarle a empujar el coche en las cuestas. Además, Bertha tuvo que usar una pinza del pelo para reparar el sistema de ignición, una de sus ligas para revestir un cable eléctrico pelado y un alfiler de su sombrero para limpiar una tubería de combustible.

[←159]

Hacia 1672, el célebre misionero jesuita flamenco Ferdinand Verbiest (1623-1688), quien se convirtió en una figura fundamental en la corte del emperador chino Kangxi, diseñó un juguete propulsado por vapor del que puede decirse que muy posiblemente fuese el primer automóvil de la historia.

[←160]

Un motor de arranque es un motor eléctrico de corriente continua que se emplea para facilitar el encendido de los motores de combustión interna.

[←161]

La afición de Joseph-Michel Montgolfier (1740 - 1810) y Jacques-Étienne Montgolfier (1745 - 1799) por los globos aerostáticos les vino de pequeños, cuando, jugando un día con las bolsas de papel que fabricaba su padre, descubrieron que subían hasta el techo si se las colocaba invertidas sobre el fuego.

[←162]

El 6 de mayo de 1937 el dirigible de pasajeros alemán LZ 129 Hindenburg se incendió cuando intentaba aterrizar en la Estación de Aire Naval Lakehurst en New Jersey en Estados Unidos. Fallecieron treinta y seis personas. Hoy en día los dirigibles se utilizan fundamentalmente para tareas de publicidad.

[←163]

Un estatorreactor es un tipo de motor a reacción que no necesita turbina de gas, en el que la compresión tiene lugar gracias a la alta velocidad de funcionamiento.

[←164]

Al margen de su historial militar, el V2 fue el primer artefacto creado por el hombre capaz de hacer un vuelo suborbital (a más de cien kilómetros de altura).

[←165]

Como es lógico, la velocidad de escape es característica de cada uno de los cuerpos celestes en función de su masa. En el caso de la Luna, por ejemplo, es únicamente de 2,4 m/s, mientras que en Júpiter alcanzaría los 59,5 m/s.

[←166]

En 1828, el monje benedictino húngaro Ányos Jedlik (1800-1895) inventó uno de los primeros motores eléctricos y lo instaló en un pequeño modelo de automóvil. Por desgracia, el invento no tuvo entonces mayor recorrido.

[←167]

A finales de 2018 había más de cinco millones de vehículos eléctricos o híbridos (con un motor eléctrico y otro de gasolina) circulando por las carreteras del planeta, y su número viene experimentando un fuerte crecimiento en los últimos años.

[←168]

Claro está que para valorar el balance real hay que tener en cuenta el método de obtención del hidrógeno, porque si para producirlo hace falta quemar hidrocarburos, entonces estamos haciendo un pan con unas tortas…

[←169]

Otras sondas menos ambiciosas emplean motores iónicos en los que, como su propio nombre indica, determinados iones son acelerados mediante campos eléctricos. Estos iones presentan velocidades de salida elevadas, del orden de treinta kilómetros por segundo, pero la mayor parte de la energía se pierde en seguida, por lo que el empuje es limitado. Los motores iónicos son útiles para misiones de corto recorrido o para mantener los satélites en órbita.

[←170]

Las velas podrían ser impulsadas también por un poderoso láser disparado desde la Tierra.

[←171]

Y ya desde una época muy temprana. Por ejemplo, en la «Cara de la Guerra» del Estandarte de Ur, una de las representaciones más antiguas que conservamos de un ejército en marcha, se muestran carros de guerra de cuatro ruedas macizas tirados por recuas de asnos.

[←172]

El arcabuz era un arma que se cargaba por la boca del cañón (avancarga), cuyo uso estuvo extendido entre los siglos XV al XVII. Era de corto alcance pero letal, ya que los proyectiles que disparaba podían perforar armaduras. Su fácil manejo hizo que tanto el arco largo como la ballesta desapareciesen.

[←173]

Sobrero, cuya cara había quedado llena de cicatrices como consecuencia de la explosión en un tubo de ensayo, consideraba que la nitroglicerina era demasiado peligrosa y confesó que llegó a sentirse avergonzado por su descubrimiento.

[←174]

En 1888, varios periódicos confundieron la muerte de uno de sus hermanos con la suya, y publicaron obituarios que hacían referencia a que Nobel se había enriquecido con la venta de armamento, lo que le produjo una gran consternación al darse cuenta de que podría ser recordado así para la posteridad.

[←175]

Del alemán Vergeltungswaffe 2, («arma de represalia 2»).

[←176]

El polaco Casimir Zeglen desarrolló a finales del siglo XIX un carísimo chaleco de seda capaz de proteger contra las balas disparadas con armas que utilizaban pólvora negra. El archiduque Francisco Fernando de Austria llevaba un chaleco de este tipo en el atentado que sufrió el 28 de junio de 1914, aunque en esta ocasión no le protegió. Otro chaleco similar, en cambio, salvó la vida del rey español Alfonso XIII en 1901.

[←177]

Un puente de hidrógeno es una fuerza electrostática atractiva entre un átomo con carga negativa y un átomo de hidrógeno unido por enlace covalente a otro átomo con carga negativa.

[←178]

El fosgeno, u oxicloruro de carbono, es un agente químico industrial que en contacto con el agua de las mucosas produce ácido clorhídrico, que en los alveolos pulmonares daña el endotelio y puede ocasionar la muerte por asfixia. El gas mostaza, por su parte, es un agente vesicante que causa ampollas en la piel y las membranas mucosas.

[←179]

Más en concreto por los dictadores de Irak y de Siria, Saddam Hussein y Bashar al-Ásad, respectivamente.

[←180]

La inhibición de la acetilcolinesterasa, una enzima encargada de metabolizar el neurotransmisor conocido como acetilcolina, hace que este se acumule hasta el punto de bloquear totalmente el impulso nervioso. Las neurotoxinas de este tipo son extremadamente letales; por ejemplo, bastan diez miligramos de agente VX para matar a una persona adulta.

[←181]

De acuerdo con la ecuación de Einstein, E = mc^2, un solo gramo de materia (de cualquier materia) libera nada menos que 10^13 julios (un uno seguido de trece ceros), debido al elevado valor de la constante c.

[←182]

El 27 de agosto de 1883, una serie de gigantescas explosiones asociadas a la erupción del volcán hizo que gran parte de la isla, situada en el estrecho de Sonda, entre Java y Sumatra, saltase literalmente por los aires. El estruendo se escuchó a cinco mil kilómetros de distancia y la ceniza ascendió hasta los ochenta kilómetros de altura. Fallecieron más de treinta y seis mil personas.

[←183]

Szilárd fue la persona que convenció a Einstein para que enviase la famosa carta al presidente Roosevelt que supuso el pistoletazo de salida del Proyecto Manhattan. Más tarde llegó a arrepentirse de su papel en el desarrollo del arma nuclear, sobre todo cuando fue testigo de las explosiones de Hiroshima y Nagasaki.

[←184]

Un ejemplo de ello son las armas de electrochoque, o pistolas eléctricas, herramientas incapacitantes basadas en la aplicación de corrientes eléctricas de alto voltaje, aunque normalmente de baja intensidad, o los elementos de tecnología láser empleados para cegar sistemas de detección.

[←185]

En honor a la verdad, la humanidad utilizaba de forma masiva la energía de los enlaces de carbono desde mucho antes, ya que la alimentación no es, tal y como hemos visto, más que una transformación de energía química en calor y energía mecánica.

[←186]

Muchos historiadores piensan que en el mundo romano, con su extensiva utilización de la esclavitud, no existía en general la motivación suficiente para explorar formas distintas de llevar a cabo el trabajo.

[←187]

En el Archivo de Simancas hay un documento de 1695 según el cual Blasco de Garay, marino e inventor español en la época del emperador Carlos, diseñó un barco con ruedas de palas impulsadas por una especie de máquina de vapor.

[←188]

En realidad, Savery fue precedido por gente como Papin o Edward Somerset, segundo marqués de Worcester, un noble muy interesante que compaginaba la política y la milicia con la ciencia. Sin embargo, fue el primero que intuyó el impacto de la máquina de vapor en la minería de la época.

[←189]

A esas alturas, el francés Blaise Pascal y el italiano Evangelista Torricelli ya habían aclarado los conceptos de vacío y presión atmosférica, entendiéndose esta última como el peso del aire por unidad de superficie.

[←190]

Una tonelada de carbón vegetal proporciona tanta energía como toda la leña de media hectárea de bosque talado. El calor desprendido por el carbón oscila entre 29.000 y 35.000 kJ/kg, frente a los 12.000-21.000 kJ/kg de la madera.

[←191]

Sovacool, Benjamin (2016). «How long will it take? Conceptualizing the temporal dynamics of energy transitions». Energy Research & Social Science, pp. 1-14.

[←192]

Ver capítulo anterior. Aunque desconocemos su composición exacta, el fuego griego era una mezcla incendiaria con la que el Imperio bizantino consiguió varias victorias resonantes, sobre todo durante los asedios musulmanes de Constantinopla. Durante las cruzadas produjo tal impresión que con el tiempo pasó a denominarse así cualquier sustancia que tuviese un efecto parecido.

[←193]

En 1861, Baku, hoy la capital de Azerbaiyán, producía el noventa por ciento de todo el petróleo del mundo.

[←194]

Incluyendo la turba y el esquisto.

[←195]

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos ligeros, principalmente metano.

[←196]

Además de dióxido de carbono y vapor de agua, los motores de gasolina emiten cantidades apreciables de monóxido de carbono (CO), hidrocarburos no quemados (HC), óxidos de nitrógeno (NOx) y óxidos de azufre (SOx). Los diésel, por su parte, añaden a la lista micropartículas de hollín. Además, la reacción del dióxido de nitrógeno con los hidrocarburos en presencia de la luz solar genera ozono, que a nivel del suelo puede provocar serios problemas de salud.

[←197]

Es decir, de cada millón de moléculas que hay en la atmósfera, más de cuatrocientas son de CO². Antes de la Revolución Industrial, la cifra estaba muy por debajo de las trescientas.

[←198]

Por poner un ejemplo, se calcula que si se cumplen las previsiones más pesimistas acerca de la subida del nivel del mar, territorios como las islas Maldivas podrían tornarse inhabitables hacia 2050, y tal vez desaparecer bajo las aguas para finales de siglo.

[←199]

Las reservas de petróleo conocidas eran doscientos sesenta y dos billones de litros a mediados de la pasada década, que al ritmo de consumo actual se agotarían en unos cincuenta años. Cada año se descubren nuevas reservas, pero cada vez en lugares menos accesibles y con una materia prima de peor calidad. Sin duda, dice poco de la sensatez de la especie humana el que vayamos a tardar apenas doscientos años en liquidar un valioso recurso que a la naturaleza le ha llevado eones producir…

[←200]

Dejando al margen el hecho de que quemar biomasa para producir energía es lo mismo que quemar madera —una forma de biomasa—, en muchas ocasiones la obtención de este recurso supone dedicarle amplias zonas forestales, incluyendo la selva tropical, lo que provoca la destrucción de hábitats de gran valor ecológico.

[←201]

El segundo versaba sobre el denominado «movimiento browniano», y constituía la demostración definitiva de la existencia real de los átomos. El tercero describía la teoría de la relatividad especial, que cambiaría para siempre nuestra visión del universo y de la naturaleza de la realidad. Además, unos meses más tarde Einstein enviaría a la misma revista una pequeña nota en la que esbozaba la que llegaría a ser la ecuación más famosa de la historia; E = mc^2.

[←202]

Curiosamente, las primeras células fotovoltaicas son anteriores al esclarecimiento del efecto fotoeléctrico, ya que la primera fue fabricada por el físico francés Edmond Becquerel en 1849.

[←203]

Las células de silicio monocristalino alcanzan un rendimiento máximo del veintidós por ciento, mientras que las de arseniuro de galio se acercan al treinta y uno por ciento, que es el límite teórico de eficiencia en la conversión para un solo material.

[←204]

Aunque las hay de muchos tipos, la más típica es aquella en la que un suministro de hidrógeno reacciona con el oxígeno del aire, desprendiendo energía y entregando como subproducto únicamente agua.

[←205]

El más caro hasta la fecha ha sido el montaje de la Estación Espacial Internacional, seguido del mencionado Proyecto Manhattan para la puesta a punto de la bomba atómica.

[←206]

Ya el primer emperador, Augusto, tuvo que establecer un primer impuesto del 5 % sobre las herencias para pagar las pensiones de los militares retirados. La medida fue extremadamente impopular, ya que los romanos llevaban casi dos siglos sin pagar impuestos…

[←207]

Como ejemplo, entre los años 41 y 54 d. C. el Imperio repartió trigo de forma gratuita a más de doscientas mil familias. Una proporción enorme de las personas que gozaban del estatus de ciudadano romano recibía algún tipo de subvención.

[←208]

Entre los años 1800 y 1900 la población del mundo pasó de menos de mil a más de mil seiscientos millones de habitantes. En Europa literalmente se duplicó, llegando a superar los cuatrocientos millones.

[←209]

El empleo del keroseno para la iluminación surgió como alternativa al aceite de ballena, un recurso energético limitado y de escaso recorrido. También un buen ejemplo de cómo el agotamiento de un recurso muy demandado puede forzar a una sociedad a explorar nuevas fuentes de energía.

[←210]

La crisis se desencadenó el 16 de octubre de 1973, cuando los miembros de la OPEP, junto con Egipto, Siria y Túnez, decidieron suspender las exportaciones de petróleo a los países que habían apoyado a Israel durante la guerra del Yom Kipur. La medida incluía a Estados Unidos y gran parte de Europa Occidental.

[←211]

Y, en este caso, también a la inversa. En su trascendental libro, El origen de las especies, Charles Darwin (1809-1882) emplea términos como «competencia por la supervivencia», «división del trabajo» o «especialización de funciones», sacados directamente de la ciencia económica.

[←212]

En la moderna síntesis de amoníaco, o proceso de Haber-Bosch, se combina el nitrógeno del aire con hidrógeno para producir la base de los fertilizantes que, utilizados para la agricultura, sostienen aproximadamente a un tercio de la población mundial. En este proceso se emplea más de un ocho por ciento del consumo de energía total anual por parte de nuestra especie.

[←213]

De la mano del ingeniero estadounidense Norman Borlaug (1914-2009), «el hombre que salvó mil millones de vidas», la Revolución verde supuso un importante incremento de la productividad agrícola entre 1960 y 1980, primero en Estados Unidos y luego en muchos países. Consistió en una pequeña revolución tecnológica que incluía la siembra de variedades de cereal más resistentes a las plagas y al clima, así como nuevos métodos de cultivo y el uso de fertilizantes y plaguicidas.

[←214]

Con anterioridad, y a lo largo de la historia, se cree que tan solo un par de ciudades en China, así como la Roma imperial, llegaron a alcanzar e, incluso a superar, el millón de habitantes.

[←215]

En la actualidad, la mayor parte del hidrógeno comercial se produce mediante el reformado catalítico de gas natural o de hidrocarburos líquidos, lo cual no ayuda demasiado a terminar con la dependencia de los combustibles fósiles.

[←216]

Crookes llegó incluso a dejarse engañar por un truco tan sencillo como el método fotográfico de la doble exposición. En 1906, el falso médium William Hope le mostró una supuesta fotografía del fantasma de su esposa que en realidad era una copia de una foto de su aniversario de boda.

[←217]

Cuando se quiere timar a alguien con algún supuesto producto beneficioso para la salud, la palabra clave es «natural», como si todo lo natural fuese bueno (piensen en las bacterias patógenas, por ejemplo) y lo artificial fuese malo…

[←218]

Estrella binaria de la constelación de Reticulum, situada a 39,5 años luz del sistema solar.

[←219]

Algunos extraños detalles de la biografía de Lazar, en concreto la curiosa falta de referencias acerca de sus actividades de juventud y la mención de un periodista de haber hallado un artículo de 1982 en el que se hacía referencia a él como un físico de un centro de investigación en física de partículas, han hecho pensar a muchos que no toda la historia es una superchería.

[←220]

Las flores de Bach son un conjunto de preparados de brandy con agua que contienen material floral muy diluido, originalmente procedente de Gales e Inglaterra. Fueron inventadas en la década de los treinta del siglo pasado por el homeópata inglés Edward Bach (1886-1936), quien afirmaba que el rocío que hay sobre los pétalos de las flores contiene las supuestas propiedades curativas de la planta.

[←221]

La frecuencia de resonancia de un sistema es aquella en la que este alcanza un nivel de oscilación máximo, ya que la tasa de absorción de energía es la más alta posible. Por ejemplo, una soprano puede hacer estallar una copa de cristal emitiendo una nota especialmente aguda que coincida con la frecuencia de resonancia de la copa.

[←222]

La alternativa sería que contase debajo de la piel con una capa de treinta centímetros de grasa que tuviese una densidad aproximada de un gramo por centímetro cúbico. En otras palabras, el hombre de acero tendría que pesar unos seiscientos kilos.

[←223]

Recordemos que E = mc^2. Un cuerpo que aumenta mucho su energía cinética E obliga asimismo a aumentar mucho su masa…

[←224]

Un metamaterial es un material artificial con propiedades electromagnéticas inusuales que proceden del diseño de su estructura interna, no de su composición.

[←225]

Una bomba de calor reversible es una máquina térmica en la que se instala una válvula inversora conectada a un conmutador invierno-verano. Al accionar la válvula se cambia el sentido de circulación del fluido frigorífico, de forma que el evaporador se transforma en condensador y a la inversa. Esto permite utilizarla para suministrar calefacción o aire acondicionado según el caso.

[←226]

Recuerde que la electricidad llega a los domicilios en forma de corriente alterna, entre otras razones porque las pérdidas de energía útil durante el transporte son muy inferiores a las que experimentaría una distribución de corriente continua.

[←227]

Para señales analógicas, el ancho de banda es la extensión de frecuencias en la que se concentra la potencia de la señal.

[←228]

Datos de consumo de energía eléctrica de los electrodomésticos en España, suministrados por el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE).

[←229]

Se trata de un tubo de vidrio revestido por dentro con compuestos químicos que emiten luz visible cuando reciben radiación ultravioleta. El interior contiene vapor de mercurio y un gas noble a baja presión que se ionizan cuando se calienta al rojo un filamento colocado en el extremo del tubo.

[←230]

De Light-Emitting Diode, diodo emisor de luz.

[←231]

Esta fase del sueño se observa principalmente en los mamíferos, aunque también en algunas aves y otros animales, y se caracteriza por movimientos oculares rápidos, tono muscular reducido y sueños intensos que se viven como experiencias reales.

[←232]

Es decir, veintiún mil trillones de julios…

[←233]

La viabilidad de este proceso es lo que hace dudar a muchos de la existencia de civilizaciones extraterrestres avanzadas en nuestra galaxia, sobre la base de que una cultura que contase con cientos de miles de años de antigüedad habría tenido tiempo más que suficiente para hacer que su presencia fuese para nosotros evidente. Es lo que se conoce como paradoja de Fermi. Salvo que admitamos, claro está, que los extraterrestres ya nos están visitando, algo que, parafraseando al gran divulgador científico Carl Sagan, requiere de pruebas extraordinarias.

Table of Contents

Introducción

Las mil caras de la energía

El móvil perpetuo y la conservación de la energía

La vis viva, la manzana de Newton y el secreto de Star Trek

… Y el universo se morirá de calor

El poder de electro

Todo en la vida es química… y los sueños, química son

Y dijo Dios: «haya luz»

El corazón del átomo

Jugando a los dados con Dios

Del Big Bang al universo oscuro

Nosotros y la energía

La llama de la existencia

Caminando hacia las estrellas

La energía en combate

El calentamiento global y el dilema energético

El precio de la energía

Espíritus, fantasmas y el carburante de los platillos volantes

Un día en tu vida

Epílogo

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