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Vale, vale, a ver por dónde empiezo… Pues, eh, digamos que mientras Einstein y Hubble estaban ahí, súper metidos en entender el universo a lo grande, ¿no?, otros estaban luchando por entender algo mucho más pequeño, pero igual de misterioso: el átomo.
Y es que, como dijo una vez el gran Richard Feynman, si tuvieras que resumir la historia de la ciencia en una frase, sería: "Todo está hecho de átomos". ¡Todo! Miras a tu alrededor, ¡átomos! La pared, la mesa, el aire que respiras... ¡átomos por todas partes! Y un montón, ¿eh? Una cantidad que ni te imaginas.
Básicamente, los átomos trabajan juntos formando moléculas, que viene del latín y significa algo así como "pequeño grupo de materia". Una molécula es como dos o más átomos que se juntan de forma más o menos estable. Por ejemplo, un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno y ¡tachán!, tienes una molécula de agua. Los químicos, en realidad, piensan más en moléculas que en elementos individuales, como los escritores piensan en palabras y no en letras, así que lo que cuentan son las moléculas. Y hay un montón, eh. En un centímetro cúbico de aire (imagínate un terrón de azúcar), a nivel del mar y a cero grados centígrados, hay como... ¡45 trillones de moléculas! Y tienes esa cantidad en cada centímetro cúbico a tu alrededor. ¡Piensa en cuántos centímetros cúbicos tiene el mundo que ves por la ventana! ¡Cuántos terrones de azúcar necesitas para llenarlo! Y luego, piensa cuántos de esos mundos caben en el universo. En resumen, hay un montón de átomos, sí señor.
Pero además, los átomos son súper longevos, ¿eh? Y como viven tanto, viajan un montón. Seguro que cada átomo de tu cuerpo ha estado en varias estrellas, ha formado parte de millones de seres vivos antes de acabar ahí, contigo. ¡Cada uno de nosotros es un contenedor andante de átomos con una vida increíble! Después de que nos muramos, esos átomos se reciclan, van a otra parte. De hecho, se calcula que tenemos, así a ojo, como mil millones de átomos que antes estuvieron en Shakespeare, Buda, Gengis Kan, Beethoven… ¡Imagínate! (Obviamente, tienen que ser personajes históricos, porque tardan como décadas en redistribuirse, así que, por mucho que quieras, no vas a tener un átomo de Elvis Presley, ¡lo siento!).
Así que, en cierto modo, todos somos reencarnaciones... aunque sean efímeras. Nos morimos y nuestros átomos se dispersan por ahí, buscando nuevas aventuras: una hoja de árbol, otro cuerpo, una gota de rocío…
Y el átomo en sí, bueno, ese va a durar prácticamente para siempre. Nadie sabe realmente cuánto, pero según Martin Rees, como 10 elevado a 35 años. Un número tan grande que hasta yo prefiero escribirlo así.
Y encima son pequeños, ¡muy pequeños! Si pusieras medio millón de átomos en fila, no llegarías a cubrir el grosor de un pelo humano. A esa escala, un átomo es inimaginablemente pequeño. Pero podemos intentarlo, claro que sí.
Empecemos con un milímetro, una línea así de corta: –. Ahora, imagina que divides esa línea en mil partes iguales. Cada parte sería un micrómetro. Ese es el tamaño de un microorganismo. Por ejemplo, un paramecio, que es un bichito unicelular que vive en agua dulce, mide como dos micrómetros de ancho, o sea, 0,002 milímetros. ¡Es pequeño, eh! Si quisieras ver un paramecio nadando en una gota de agua a simple vista, tendrías que hacer que esa gota midiera 12 metros de ancho. ¡Doce metros! Pero si quisieras ver un átomo en la misma gota, tendrías que hincharla hasta ¡24 kilómetros!
O sea, los átomos están en otra dimensión de pequeñez. Para hacerte una idea de su tamaño, tienes que coger esa cosa que mide un micrómetro y dividirla en diez mil partes más pequeñas. ¡Eso es un átomo! Una diezmillonésima de milímetro. Es algo que va más allá de nuestra imaginación. Pero, qué sé yo, si te ayuda, piensa que un átomo con respecto a esa línea de un milímetro, es como el grosor de una hoja de papel con respecto a la altura del Empire State. Ahí lo tienes, ¡una aproximación!
Claro, lo bueno de los átomos es que hay muchísimos, que duran un montón y... bueno, lo malo es que son tan pequeños que es difícil verlos y entenderlos. El primero en darse cuenta de que los átomos son pequeños, abundantes, prácticamente indestructibles y que todo está hecho de ellos, no fue Lavoisier ni Cavendish ni Davy, como uno podría pensar. Fue un cuáquero inglés, John Dalton, un tipo aficionado y con poca formación, del que ya hablamos antes.
Dalton nació en 1766, en una familia pobre y religiosa de tejedores cuáqueros, cerca del Lake District, en Inglaterra. Era un estudiante brillante, ¡tan brillante que a los 12 años ya era director de la escuela cuáquera local! Lo que puede decir mucho de lo listo que era o de cómo era la escuela, o de ninguna de las dos cosas. Pero, bueno, por sus diarios sabemos que por esa época ya andaba leyendo los "Principia" de Newton, en latín, y otros libros complicadillos. A los 15, seguía siendo director de la escuela y, además, trabajaba en un pueblo cercano. Diez años después, se mudó a Mánchester, donde se quedó prácticamente el resto de su vida. Allí se convirtió en una especie de genio intelectual, escribiendo libros y artículos sobre cosas tan variadas como la meteorología o la gramática. Era daltónico, de hecho, durante mucho tiempo al daltonismo se le llamó "daltonismo" por sus estudios sobre el tema. Pero lo que le hizo famoso fue un libro gordísimo que publicó en 1808, llamado "Nuevo sistema de filosofía química".
En un capítulo de solo cuatro páginas (de las más de 900 que tiene el libro), el mundo académico se encontró por primera vez con una idea de átomo casi moderna. La idea de Dalton era simple: en la base de toda la materia hay partículas diminutas e irreducibles. "Crear o destruir una partícula de hidrógeno sería tan imposible como introducir un nuevo planeta en el sistema solar o destruir uno que ya existe", escribió.
La idea del átomo, e incluso la palabra "átomo", no eran nuevas. Ya las habían inventado los antiguos griegos. Lo que hizo Dalton fue pensar en el tamaño relativo y las propiedades de esos átomos, y cómo se combinan entre sí.
Por ejemplo, sabía que el hidrógeno era el elemento más ligero, así que le dio un peso atómico de 1. También pensaba que el agua estaba formada por siete partes de oxígeno y una de hidrógeno, así que le dio al oxígeno un peso atómico de 7. Así podía calcular el peso relativo de los elementos conocidos. No siempre acertaba, el peso atómico del oxígeno es 16, no 7, pero el principio era bueno y sentó las bases de la química moderna y de muchas otras ciencias.
Este trabajo hizo famoso a Dalton, aunque a su manera, muy discreta. En 1826, un químico francés, P.J. Pelletier, fue a Mánchester para conocer al héroe del átomo. Pelletier pensaba que Dalton estaría trabajando en alguna gran institución, así que se quedó sorprendido al encontrarlo enseñando aritmética básica a niños en una escuela en un callejón.
Según el historiador de la ciencia E.J. Holmyard, Pelletier se quedó tan impresionado que tartamudeó:
"¿Es usted el señor Dalton?", porque no se creía que ese famoso químico europeo estuviera enseñando a niños a sumar y restar. "Sí", respondió el cuáquero, secamente. "Tome asiento y espere a que les enseñe a estos niños a resolver este problema".
Aunque Dalton intentó evitar los honores, acabó siendo elegido miembro de la Royal Society, recibiendo un montón de medallas y una pensión del gobierno. Cuando murió en 1844, 40.000 personas fueron a ver su ataúd y el cortejo fúnebre medía más de tres kilómetros. Su entrada en el "Dictionary of National Biography" es una de las más largas, solo superada por las de Darwin y Lyell entre los científicos del siglo XIX.
Durante el siglo siguiente a la propuesta de Dalton, su idea siguió siendo solo una hipótesis. Algunos científicos importantes, como el físico austriaco Ernst Mach, que le da nombre a la velocidad del sonido, dudaban de que los átomos existieran. "Los átomos no se pueden ver ni tocar... son cosas que se inventa la mente", escribió.
Especialmente en Alemania, miraban con desconfianza la existencia de los átomos. Se dice que esta fue una de las razones que llevaron al gran físico teórico Ludwig Boltzmann, un defensor a muerte del átomo, a suicidarse.
Fue Einstein, en 1905, con su artículo sobre el movimiento browniano, el que dio la primera prueba irrefutable de la existencia de los átomos, aunque no se le hizo mucho caso. Einstein, de todas formas, pronto se puso a trabajar en la teoría de la relatividad general. Así que el primer gran héroe de la era atómica fue, si no el primero, Ernest Rutherford.
Rutherford nació en 1871 en "el interior" de Nueva Zelanda. Sus padres, según Stephen Weinberg, se mudaron desde Escocia a Nueva Zelanda para cultivar lino y criar a una gran familia. Creció lejos del mundo científico. Pero en 1895 consiguió una beca para ir al Laboratorio Cavendish de Cambridge, que pronto se convertiría en el lugar de moda para estudiar física.
Los físicos miran por encima del hombro a los científicos de otras áreas. Cuando la mujer del gran físico austriaco Wolfgang Pauli le dejó por un químico, se quedó alucinado. "Si se hubiera casado con un torero, lo entendería", le dijo sorprendido a un amigo, "¡pero con un químico...!"
Rutherford entendía ese sentimiento. "La ciencia es física o es coleccionar sellos", dijo una vez, frase que se hizo muy famosa. Pero, irónicamente, en 1908 le dieron el Premio Nobel de Química, no de Física.
Rutherford fue un hombre afortunado, afortunado de ser un genio, sí, pero también de vivir en una época en la que la física y la química eran emocionantes y estaban enfrentadas. Las dos disciplinas nunca volverían a estar tan cerca.
A pesar de sus logros, no era un tipo especialmente listo, de hecho, era bastante malo en matemáticas. En sus clases, a menudo se equivocaba al hacer las ecuaciones y tenía que parar para que los alumnos lo resolvieran por él. Y tampoco era un gran experimentador, según James Chadwick, su compañero y descubridor del neutrón. Lo que tenía era perseverancia y una mente abierta. Sustituía el ingenio por astucia y algo de audacia. En su opinión, su mente "se salía por la tangente y llegaba mucho más lejos que la de la mayoría", según un biógrafo. Si se encontraba con un problema, estaba dispuesto a trabajar más duro, a dedicar más tiempo y a aceptar explicaciones poco ortodoxas. Y gracias a que estaba dispuesto a sentarse delante de una pantalla fluorescente contando los destellos de las partículas alfa durante horas, un trabajo que normalmente se les encargaba a otros, hizo sus mayores descubrimientos. Fue uno de los primeros, probablemente el primero, en darse cuenta de que la energía que contenía el átomo podía usarse para crear una bomba tan potente que "haría desaparecer este viejo mundo entre una llamarada".
Era un tipo grande, fuerte, con una voz que podía asustar a cualquiera. Una vez, un compañero, al enterarse de que Rutherford iba a dar un discurso por radio al otro lado del Atlántico, le preguntó con frialdad: "¿Por qué radio?". También era muy seguro de sí mismo y tenía un buen sentido del humor. Cuando alguien le dijo que parecía que siempre estaba en la cresta de la ola, respondió: "¡Bueno, yo la hice, ¿no es así?". C.P. Snow recuerda haber oído a Rutherford decir en una sastrería de Cambridge: "Mi cintura se ensancha cada vez más, al igual que mis conocimientos".
Pero bueno, en 1895 dejó el Laboratorio Cavendish (llamado así por William Cavendish, el séptimo duque de Devonshire, un matemático genial y magnate del acero de la época victoriana. Él fue quien donó dinero a Cambridge para crear el laboratorio en 1870). En un futuro no muy lejano, su cintura se ensancharía aún más y su fama crecería. El año en que Rutherford llegó a Cambridge, Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X en la Universidad de Würzburg, en Alemania. Al año siguiente, Henri Becquerel descubrió la radiactividad. El Laboratorio Cavendish estaba a punto de iniciar un largo y glorioso camino. Allí, J.J. Thomson y sus compañeros descubrirían el electrón en 1897, C.T.R. Wilson construiría la primera cámara de niebla en 1911 (de la que ya hablaremos) y James Chadwick descubriría el neutrón en 1932. Y aún más adelante, en 1953, James Watson y Francis Crick descubrirían la estructura del ADN en el Laboratorio Cavendish.
Al principio, Rutherford investigó las ondas de radio, con cierto éxito. Consiguió enviar una señal clara a un kilómetro de distancia, lo cual era bastante bueno para la época. Pero lo dejó porque un compañero le convenció de que la radio no tenía futuro. En general, la carrera de Rutherford en el Laboratorio Cavendish no fue muy brillante. Se quedó allí tres años, sintiéndose poco productivo, y aceptó un puesto en la Universidad McGill de Montreal, iniciando así su camino hacia la gloria. Cuando ganó el Premio Nobel, ya se había trasladado a la Universidad de Mánchester. Allí es donde haría sus mayores descubrimientos, determinando la estructura y las propiedades del átomo.
A principios del siglo XX, ya se sabía que el átomo estaba formado por varias partes, gracias al descubrimiento del electrón por parte de Thomson. Pero no se sabía cuántas partes tenía, cómo encajaban entre sí ni qué forma tenían. Algunos físicos pensaban que el átomo podía ser un cubo, porque los cubos se apilan bien y no desperdician espacio. Pero la idea más común era que el átomo era más como un pastel de pasas: un sólido denso con carga positiva, con electrones de carga negativa incrustados, como las pasas en el pastel.
En 1910, Rutherford, con la ayuda de su alumno Hans Geiger (que luego inventaría el contador Geiger), disparó átomos de helio ionizados, o partículas alfa, contra una lámina de oro. Para sorpresa de Rutherford, algunas de las partículas rebotaban. Dijo que era como si hubiera disparado un proyectil de 38 centímetros contra una hoja de papel y el proyectil hubiera rebotado en su rodilla. No tenía sentido. Después de pensarlo mucho, llegó a la conclusión de que solo había una explicación: las partículas que rebotaban chocaban contra algo muy pequeño y denso en el átomo, mientras que las demás pasaban a través. Rutherford se dio cuenta de que el átomo era principalmente espacio vacío, con un núcleo denso en el centro. Fue un descubrimiento genial. Pero enseguida surgió un problema: según todas las leyes de la física tradicional, el átomo no debería existir.
Paremos un momento para pensar en la estructura del átomo tal y como la conocemos hoy. Cada átomo está formado por tres partículas básicas: protones, con carga positiva; electrones, con carga negativa; y neutrones, sin carga. Los protones y los neutrones están en el núcleo del átomo, y los electrones giran alrededor. El número de protones determina las características químicas de un átomo. Un átomo con un protón es un átomo de hidrógeno; uno con dos protones es un átomo de helio; uno con tres protones es un átomo de litio, y así sucesivamente. Cada vez que añades un protón, tienes un elemento nuevo. (Como el número de protones en un átomo siempre está equilibrado con el mismo número de electrones, a veces verás que los libros definen un elemento por el número de electrones, lo cual es lo mismo. Alguien me explicó una vez que los protones determinan la identidad de un átomo, y los electrones su personalidad).
Los neutrones no afectan a la identidad del átomo, pero sí a su masa. Normalmente, el número de neutrones es parecido al de protones, pero puede ser un poco mayor o menor. Si añades o quitas uno o dos neutrones, tienes un isótopo. Los isótopos se utilizan para datar cosas en arqueología. Por ejemplo, el carbono-14 es un átomo de carbono con 6 protones y 8 neutrones (que suman 14).
Los neutrones y los protones ocupan el núcleo del átomo. El núcleo es muy pequeño, solo una billonésima parte del volumen total del átomo, pero es muy denso, es prácticamente toda la materia del átomo. Si ampliaras un átomo hasta el tamaño de una catedral, el núcleo sería como una mosca, pero la mosca pesaría miles de veces más que la catedral, según Bill Bryson. En 1910, Rutherford estaba dándole vueltas a ese espacio vacío, ese espacio sorprendente e inesperado.
La idea de que el átomo es principalmente espacio vacío y que la solidez que percibimos es solo una ilusión sigue siendo sorprendente. Cuando dos objetos chocan en el mundo real, como cuando chocan dos bolas de billar, en realidad no se golpean. "En realidad", explica Timothy Ferris, "son los campos de carga negativa de los dos objetos los que se repelen entre sí... Si no tuvieran carga, probablemente se atravesarían mutuamente como galaxias". Cuando te sientas en una silla, en realidad no te estás sentando, sino flotando a una angstrom (una cienmillonésima de centímetro) por encima de ella, con tus electrones y los suyos repeliéndose mutuamente de forma irreconciliable, sin poder acercarse más.
Casi todo el mundo tiene en la cabeza una imagen del átomo, con uno o dos electrones girando rápidamente alrededor del núcleo, como los planetas alrededor del sol. Esta imagen la creó en 1904 un físico japonés llamado Hantaro Nagaoka, y fue una invención ingeniosa. Es totalmente falsa, pero sigue viva. Como le gustaba señalar a Isaac Asimov, inspiró a generaciones de escritores de ciencia ficción a crear historias de mundos dentro de mundos, con átomos que eran sistemas solares habitados y nuestro sistema solar como una mota en un sistema mucho mayor. Incluso el CERN utiliza la imagen de Nagaoka como logo en su página web. Los físicos pronto se dieron cuenta de que, en realidad, los electrones no se parecen en nada a planetas en órbita, sino más bien a las aspas de un ventilador girando, intentando ocupar todo el espacio de la órbita a la vez. (Pero hay una diferencia importante: las aspas de un ventilador solo parecen estar en todos los sitios a la vez; los electrones realmente lo están).
Está claro que en 1910, o durante muchos años después, poca gente sabía estas cosas. El descubrimiento de Rutherford planteó varias preguntas importantes. En particular, ¿por qué los electrones que giran alrededor del núcleo no se estrellan contra él? Según la teoría de la electrodinámica, los electrones que giran a gran velocidad perderían energía rápidamente, en una fracción de segundo, y se precipitarían en espiral hacia el núcleo, con consecuencias catastróficas para ambos. Otra pregunta era cómo podían los protones, con carga positiva, permanecer juntos en el núcleo sin hacerse pedazos a sí mismos y al resto del átomo. Estaba claro que lo que ocurría en ese mundo diminuto no estaba gobernado por las leyes que se aplicaban al mundo macroscópico.
A medida que los físicos profundizaban en el mundo subatómico, se daban cuenta de que no solo era diferente a todo lo que conocían, sino también a todo lo que podían imaginar. "Como el comportamiento de los átomos es tan diferente de la experiencia ordinaria", dijo una vez Richard Feynman, "es muy difícil acostumbrarse a él. A todo el mundo le parece raro y misterioso, tanto a los principiantes como a los físicos experimentados". Cuando Feynman hizo este comentario, los físicos llevaban medio siglo intentando adaptarse al extraño comportamiento de los átomos. Así que imagínate cómo se sentirían Rutherford y sus compañeros a principios del siglo XX. Era algo totalmente nuevo.
Entre los que trabajaban con Rutherford había un joven danés amable llamado Niels Bohr. En 1913, mientras pensaba en la estructura del átomo, tuvo una idea brillante. Posponiendo su luna de miel, escribió un artículo que cambiaría la historia.
Los físicos no pueden ver cosas tan pequeñas como los átomos, así que tienen que intentar averiguar su estructura observando cómo se comportan bajo diferentes condiciones, como cuando Rutherford disparaba partículas alfa contra una lámina de oro. No es de extrañar que a veces los resultados de estos experimentos fueran desconcertantes. Un problema que llevaba mucho tiempo sin resolverse tenía que ver con las lecturas del espectro de las longitudes de onda del hidrógeno. Los patrones que producían mostraban que el átomo de hidrógeno liberaba energía en algunas longitudes de onda, pero no en otras. Era como si una persona a la que estás vigilando apareciera en algunos sitios, pero nunca vieras cómo iba de un sitio a otro. Nadie sabía por qué.
Mientras le daba vueltas a este problema, a Bohr se le ocurrió de repente una respuesta y escribió rápidamente su famoso artículo. El artículo, titulado "Sobre la constitución de átomos y moléculas", proponía que los electrones solo pueden ocupar ciertas órbitas definidas y que no pueden caer en el núcleo. Según esta nueva teoría, un electrón que se moviera entre dos órbitas desaparecería en una y aparecería instantáneamente en la otra, sin pasar por el espacio intermedio. Esta idea, el famoso "salto cuántico", era extraña, sí, pero demasiado buena para no ser cierta. No solo explicaba por qué los electrones no caían en espiral hacia el núcleo, sino que también explicaba las desconcertantes longitudes de onda del hidrógeno. Los electrones solo aparecen en ciertas órbitas porque solo existen en ciertas órbitas. Fue una idea genial, y Bohr ganó el Premio Nobel de Física en 1922, el año siguiente al que se lo dieron a Einstein.
Mientras tanto, el incansable Rutherford había vuelto a Cambridge para dirigir el Laboratorio Cavendish, sustituyendo a J.J. Thomson. Propuso un modelo que explicaba por qué el núcleo del átomo no explotaba. Según él, la carga positiva de los protones debía estar neutralizada por alguna partícula con carga opuesta. A esa partícula la llamó neutrón. Era una idea sencilla y atractiva, pero no era fácil de demostrar. James Chadwick, compañero de Rutherford, dedicó once años a buscar el neutrón, y finalmente lo encontró en 1932. En 1935 también ganó el Premio Nobel de Física. Como señalan Boorse y sus compañeros en su historia de la física, puede que fuera bueno que el neutrón se descubriera más tarde, porque para desarrollar la bomba atómica era necesario dominar el neutrón. (Como los neutrones no tienen carga, no son repelidos por el campo eléctrico del centro del átomo, por lo que pueden ser disparados como pequeños torpedos contra el núcleo, iniciando el proceso destructivo conocido como fisión). Según ellos, si se hubiera aislado el neutrón en la década de 1920, "es muy probable que la bomba atómica se hubiera desarrollado primero en Europa, sin duda por los alemanes".
En realidad, los europeos estaban ocupados intentando entender el extraño comportamiento de los electrones. El principal problema al que se enfrentaban era que, a veces, los electrones se comportaban como partículas y, otras veces, como ondas. Esta dualidad increíble estaba volviendo locos a los físicos. Durante la década siguiente, los físicos de toda Europa estuvieron pensando, garabateando y proponiendo hipótesis contradictorias. En Francia, el príncipe Luis-Víctor de Broglie descubrió que si se consideraba que los electrones eran ondas, algunas de las anomalías en su comportamiento desaparecían. Este descubrimiento llamó la atención del austriaco Erwin Schrödinger. Después de darle unas cuantas vueltas, Schrödinger propuso una teoría llamada mecánica ondulatoria. Casi al mismo tiempo, el físico alemán Werner Heisenberg propuso una teoría opuesta, llamada mecánica matricial. Esta teoría implicaba unas matemáticas muy complicadas y casi nadie la entendía, ni siquiera Heisenberg ("Ni siquiera sé lo que es una matriz", le dijo Heisenberg desesperado a un amigo), pero parecía resolver algunos de los problemas que no podía explicar la mecánica ondulatoria de Schrödinger.
Al final, la física tenía dos teorías que se basaban en premisas contradictorias, pero que llegaban a las mismas conclusiones. Era una situación increíble.
En 1926, Heisenberg llegó a un acuerdo genial, proponiendo una nueva teoría que se conocería como mecánica cuántica. La base de esta teoría es el "principio de incertidumbre de Heisenberg". Según este principio, el electrón es una partícula, pero una partícula que puede describirse como una onda. El "principio de incertidumbre" establece que podemos saber la trayectoria que sigue un electrón a través del espacio, o podemos saber dónde está un electrón en un momento determinado, pero no podemos saber ambas cosas. Cualquier intento de medir una cosa perturbará inevitablemente la otra. No es una simple cuestión de necesitar instrumentos más precisos; es una característica fundamental del universo.
Lo que esto significa realmente es que nunca puedes predecir dónde estará un electrón en un momento dado. Solo puedes decir que es probable que esté ahí. En cierto sentido, como dice Dennis Overbye, un electrón solo existe realmente cuando lo observas. O, dicho de otra forma, antes de que se observe un electrón, tienes que pensar que está "en todas partes y en ninguna".
Si todo esto te parece confuso, no te preocupes, porque también confunde a los físicos. "Una vez, Bohr dijo que si alguien no se enfada cuando oye hablar de la teoría cuántica por primera vez, es que no la ha entendido", dice Overbye. Cuando le preguntaron a Heisenberg si podía imaginarse cómo era un átomo, respondió: "No lo intentes".
Así que, al final, resulta que los átomos no son exactamente como la mayoría de la gente se los imagina. Los electrones no giran rápidamente alrededor del núcleo como los planetas alrededor del sol, sino que se parecen más a una nube sin forma definida. La "cáscara" del átomo no es una superficie dura y lisa, como a veces nos invitan a pensar las ilustraciones, sino que es solo la capa más externa de esa nube de electrones. De hecho, la nube en sí es solo una zona de probabilidad estadística, que indica dónde es menos probable que estén los electrones. Así que, si lo entiendes, un átomo se parece más a una pelota de tenis peluda que a una bola de metal con los bordes bien definidos. (Aunque, en realidad, no se parece a ninguna de las dos cosas, ni a nada que hayas visto. Al fin y al cabo, estamos hablando de un mundo muy diferente al que nos rodea).
Las cosas raras no parecen tener fin. Como dice James Trefil, los científicos se encontraron por primera vez con "una región del universo que nuestra mente no puede entender". O, como dice Feynman, "las cosas pequeñas no se comportan como las grandes". A medida que profundizaban, los físicos se dieron cuenta de que habían descubierto un mundo en el que los electrones pueden saltar de una órbita a otra sin pasar por el espacio intermedio; en el que la materia aparece de repente de la nada... "pero", como dice Alan Lightman, del MIT, "también desaparece en un abrir y cerrar de ojos".
Entre las muchas cosas increíbles de la teoría cuántica, una de las más sorprendentes es la idea propuesta por Wolfgang Pauli en 1925, en su "principio de exclusión": ciertas parejas de partículas subatómicas, incluso si están separadas por una gran distancia, "saben" instantáneamente lo que le ocurre a la otra. Las partículas tienen una propiedad llamada espín, y según la teoría cuántica, en cuanto se determina el espín de una partícula, la partícula hermana empieza a girar inmediatamente en la dirección opuesta y a la misma velocidad, sin importar lo lejos que esté.
Como dice el escritor científico Lawrence Joseph, es como si tuvieras dos bolas de billar idénticas, una en Ohio y otra en Fiyi, y cuando giras una, la otra empieza a girar inmediatamente en la dirección opuesta y a la misma velocidad. Lo más asombroso es que este fenómeno se demostró en 1997. Físicos de la Universidad de Ginebra enviaron dos fotones en direcciones opuestas a una distancia de 11 kilómetros, y demostraron que en cuanto se perturbaba uno, el otro reaccionaba al instante.
La cosa llegó a tal punto que, en una ocasión, Bohr, hablando de una nueva teoría, dijo que el problema no era si era absurda, sino si era lo suficientemente absurda. Para ilustrar la naturaleza poco intuitiva del mundo cuántico, Schrödinger propuso un famoso experimento mental: imaginemos que metemos a un gato en una caja, junto con un átomo de una sustancia radiactiva y una botella de ácido cianhídrico. Si el átomo se desintegra en una hora, activará un mecanismo que romperá la botella y matará al gato. Si no, el gato seguirá vivo. Pero como no podemos saber qué va a pasar, desde el punto de vista científico no podemos decidirnos por una opción u otra, sino que tenemos que pensar que el gato está a la vez un cien por cien vivo y un cien por cien muerto. Como dijo Stephen Hawking, un poco alterado (y con razón), esto significa que no se pueden "predecir con certeza los acontecimientos futuros, si ni siquiera se puede medir con precisión el estado actual del universo".
Debido a todas estas cosas raras, a muchos físicos no les gustaba la teoría cuántica, al menos no algunos de sus aspectos, especialmente a Einstein. Lo cual es irónico, porque fue él quien, en 1905, en su annus mirabilis, explicó de forma convincente que la luz a veces se comporta como una partícula y a veces como una onda: una idea fundamental de la nueva física. "La teoría cuántica es algo digno de consideración", opinaba con cortesía, pero sin que le gustara demasiado, "Dios no juega a los dados", decía.
Einstein no podía soportar la idea de que Dios hubiera creado un universo en el que algunas cosas nunca podrían conocerse. Y la idea de la acción a distancia, es decir, de que una partícula pueda afectar instantáneamente a otra que está a miles de millones de kilómetros de distancia, iba en contra de la teoría de la relatividad especial. Nada puede superar la velocidad de la luz, y los físicos estaban diciendo que, a nivel subatómico, la información puede viajar de alguna manera. (Por cierto, nadie ha podido explicar cómo hacen esto las partículas. Según el físico Yakir Aharonov, la forma en que los científicos abordan este problema es "no abordarlo").
El mayor problema era que la física cuántica había desordenado un poco la física, algo que no había ocurrido antes. De repente, necesitabas dos conjuntos de leyes para explicar el comportamiento del universo: la teoría cuántica para el mundo pequeño y la relatividad para el universo grande. La gravedad de la relatividad explica de forma brillante por qué los planetas giran alrededor del sol y por qué las galaxias se agrupan, pero no funciona a nivel de las partículas. Para explicar qué mantiene unidos a los átomos, necesitas otras fuerzas. En la década de 1930 se descubrieron dos: la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. La fuerza nuclear fuerte mantiene unidos a los átomos, es la que junta a los protones en el núcleo. La fuerza nuclear débil se dedica a otras cosas, principalmente a controlar la velocidad de ciertos tipos de desintegración radiactiva.
A pesar de llamarse fuerza nuclear débil, es 100 trillones de veces más fuerte que la gravedad. La fuerza nuclear fuerte es aún más fuerte, muchísimo más fuerte, pero su alcance es muy limitado. La fuerza nuclear fuerte solo llega a una diezmilésima parte del diámetro de un átomo. Por eso los núcleos son tan pequeños y densos, y por eso los elementos con núcleos grandes tienden a ser muy inestables: la fuerza nuclear fuerte no puede retener a todos los protones.
Al final, la física acabó teniendo dos conjuntos de leyes, uno para el mundo pequeño y otro para el universo grande, que no tenían nada que ver entre sí. A Einstein no le gustaba esta situación. Durante el resto de su vida, se dedicó a buscar una "teoría del todo" que atara todos los cabos sueltos, pero siempre fracasó. A veces pensaba que la había encontrado, pero al final siempre se daba cuenta de que no servía para nada. Con el tiempo, fue perdiendo importancia, e incluso se le tuvo un poco de lástima. Una vez más, Snow escribió: "Sus colegas pensaban, y siguen pensando, que desperdició la segunda mitad de su vida".
Sin embargo, en otros lugares se estaban haciendo progresos importantes. En la década de 1940, los científicos habían llegado a tal punto de comprensión del átomo que, en agosto de 1945, proporcionaron la prueba más contundente posible: dos bombas atómicas que explotaron sobre Japón.
En ese momento, los científicos creían razonablemente que estaban a punto de conquistar el átomo. En realidad, todo lo relacionado con la física de partículas estaba a punto de volverse mucho más complicado. Pero antes de seguir contando esta historia un poco caótica, deberíamos cerrar otro hilo que se remonta hasta hace poco, y considerar una historia importante y enriquecedora, una historia de codicia, engaño, pseudociencia, varias muertes innecesarias y, finalmente, la determinación de la edad de la Tierra.