Este post está dedicado, especialmente, a aquellos que leísteis las dos entregas de “Ernest Lawrence y los inicios de la Gran Ciencia (I y II)”. El visionado del documental que os presento no requiere su lectura pero creo que conocer las peripecias de los protagonistas permite disfrutarlo mucho más.
El vídeo se convierte en una máquina del tiempo que nos permite ser espectadores de muchos de los hechos que aparecían en las entradas, y descubrir, a su vez, algunas curiosidades que no figuraban en las mismas. Por ejemplo, la propia Mrs. Lawrence explica los detalles del inicio de su relación así como las implicaciones que el Premio Nobel supuso en la vida de su marido.
Durante el metraje aparecen imágenes de la mayoría de los físicos que citamos y, en varios momentos, se ve a Lawrence en plena acción. También se escucha su voz en algunos fragmentos de entrevistas radiofónicas de la época y se muestran los titulares de los periódicos de los que fue protagonista.
Otro complemento importante del documental son las entrevistas a personas muy cercanas a Lawrence tanto a nivel personal como profesional. Entrevistados como su hermano o integrantes destacados de sus laboratorios aportan su opinión sobre el carácter de Lawrence al tiempo que nos ofrecen su versión sobre algunos de los principales momentos.
Espero que os resulte tan interesante como me lo pareció a mí. Y ya, sin más dilación, os dejo con el documental producido por el Lawrence Livermore National Laboratory.
«Para quienes tuvieron la suerte de estar cerca de Lawrence, tanto a nivel personal como científico, él siempre parecerá un gigante entre los hombres.” Luis W. Alvarez
El primer modelo de ciclotrón de Lawrence y Edlefson medía 11 cm de diámetro y aceleraba los iones de hidrógeno molecular a una energía de 80 keV (kiloelectronvoltios). Para el equipo de científicos de Lawrence la premisa estaba clara: cuánto más energéticas fuesen las partículas, más interesante sería la física que se crearía en el laboratorio. Así que, una vez probado el primer modelo, se apresuraron a construir un ciclotrón de 28 cm. En la primavera de 1932, el dispositivo estaba acelerando protones hasta una energía de varios cientos de keV, que ahora sabemos que habría sido suficiente para aportar información de interés. Pero Lawrence y Livingston se habían fijado la meta del millón de electronvoltios y tenían demasiada prisa por alcanzarla. Por ello, no experimentaron con este ciclotrón sino que pasaron directamente a diseñar uno de mayor tamaño. El problema era que para aumentar las dimensiones se precisaba más dinero y no era un buen momento para solicitarlo, ya que Estados Unidos aún sufría las consecuencias de la Gran Depresión. A pesar de que las Universidades se habían visto menos perjudicadas que otros segmentos de la sociedad, la propia Universidad de California, aún en 1933, tuvo que recortar en un tercio el presupuesto de investigación e impuso un programa de austeridad.
Afortunadamente, nuestro protagonista era una persona tremendamente persuasiva y todo un experto en buscar fondos así que logró patrocinadores para su nueva máquina: The Research Corporation y The Chemical Foundation.
El nuevo ciclotrón de 69 cm se construyó en un viejo edificio de madera de dos pisos, cercano a Le Conte Hall, el edificio del Departamento de Física en el que habían nacido los ciclotrones más pequeños. El Laboratorio de Radiación o Rad-Lab, derribado en 1959, marcó el punto de partida de lo que pasaría a llamarse la “Gran Ciencia” en la que se necesitaban grandes equipos multidisciplinarios de investigadores, equipamientos sofisticados, una estructura administrativa que coordinase las diferentes funciones e importantes aportaciones de capital. En este sentido, el viejo edificio fue el primer laboratorio de física nuclear moderna, donde los investigadores podían elegir entre colaborar en proyectos conjuntos o trabajar en los suyos propios, según considerasen más apropiado.
El edificio del Rad-Lab
El gran entusiasmo por la física que transmitía Ernest Lawrence se respiraba en el ambiente y permaneció en la memoria de todos los que tuvieron la fortuna de compartir la experiencia. La pasión por el desarrollo científico se traducía en trabajo duro. El laboratorio funcionaba las veinticuatro horas del día, siete días a la semana y se consideraba que los que trabajaban «solo» setenta horas semanales no mostraban suficiente interés por la física. Los únicos periodos en los que estaba desierto eran durante las reuniones del «Journal Club» de Lawrence, los lunes por la tarde. En estas reuniones semanales los miembros del laboratorio intercambiaban ideas e información.
El ciclotrón de 69 cm del viejo laboratorio -más tarde convertido a 94 cm de diámetro polar- se empleó en el estudio de las transmutaciones artificiales inducidas por protones de alta energía. Después del descubrimiento del deuterio (átomo de hidrógeno con un protón y un neutrón en el núcleo) por Urey en 1932, se cambió el tipo de proyectiles y se observaron las primeras reacciones inducidas por deuterones. El problema era que los dispositivos de detección que se utilizaron en todos estos primeros experimentos eran cámaras de ionización y no tienen tanta sensibilidad a la radiación gamma, como los contadores Geiger.
El Grupo de Lawrence trató de fabricarlos en el Rad-Lab, pero todos adolecían de un excesivo ruido de fondo. Registraban una dosis superior a la esperada por el fondo de radiación natural, lo que atribuyeron a ruido electrónico debido a una baja calidad de su detector. Como consecuencia, tras varios intentos infructuosos de hacer detectores útiles, regresaron al uso de la cámara de ionización pero, en este caso, seguida por un amplificador lineal que aumentase la señal obtenida. Esta técnica entrañaba mayor dificultad, pero dominaban la electrónica asociada lo suficiente como para confiar en sus resultados. Finalmente, en el verano de 1932, dos amigos de Yale, Donald Cooksey y Franz Kurie, trajeron contadores Geiger que habían pasado los controles de calidad, en Berkeley, y los conectaron al ciclotrón, pudiendo reemprender las observaciones.
Matrimonio Joliot-Curie
En 1934, con el descubrimiento de la radiactividad artificial por el matrimonio Joliot- Curie, Ernest Lawrence y sus colaboradores comprendieron que el ruido de fondo que aparecía en los contadores que habían hecho se debía a un alto nivel general de radiactividad artificial en todo el laboratorio. Se atormentaron pensando que habían tenido esas substancias radiactivas delante de sus narices durante más de medio año sin darse cuenta. A su vez, también experimentaron una profunda frustración por no haber notado que las radiaciones no se extinguían inmediatamente después de acabar el bombardeo. Thornton, uno de los colaboradores más jóvenes, años más tarde recordaba que sintió que se les había escapado de las manos un descubrimiento histórico. Y lo peor es que, tal y como explicaron en la versión oficial, no lo habían observado porque tenían conectado el ciclotrón y el contador Geiger al mismo interruptor. Después de enterarse del descubrimiento de la radiactividad artificial cambiaron el cableado y comprobaron el fenómeno. En realidad, a todos los miembros de la fraternidad de los aceleradores se les pasó por alto y esta inadvertencia era sintomática de la falta de fiabilidad general de todos los dispositivos de detección, junto a la gran complejidad de los propios aceleradores. Así pues, el Grupo del Ciclotrón estuvo bien acompañado en lo que a pérdida de descubrimientos se refiere.
De hecho, a los propios Irene Curie y Frederic Joliot se les escapó la existencia del neutrón que Chadwick determinó a partir de los datos experimentales del matrimonio, la del positrón y a punto estuvieron de desestimar el cambio en la tasa de conteo de su primera fuente radiactiva artificial atribuyéndolo a un comportamiento errático de su contador Geiger. A partir de la comunicación del descubrimiento, todos los equipos de aceleradores que entonces operaban en el mundo detectaron decenas de especies radiactivas.
Otro fenómeno que se les escapó a los científicos que trabajaban en aceleradores fue el de la radiactividad inducida por neutrones descubierto por el físico italiano Enrico Fermi y sus colaboradores.
Ernest Lawrence, desde el principio, sintió gran interés por la aplicaciones médicas y biológicas de las radiaciones del ciclotrón y de las sustancias radiactivas que producía, por ello, siempre dio especial relevancia al valor de la intensidad del haz (número de partículas por unidad de tiempo) y trabajó fervientemente para conseguir que todos sus aceleradores produjesen intensas corrientes de iones acelerados. Para un físico en el laboratorio el valor de la intensidad no era tan problemático, ya que si éste no era suficientemente elevado se podía recurrir al uso de detectores de mayor sensibilidad. Por el contrario, en medicina, el receptor es el paciente y si los niveles de radiación eran demasiado bajos, los efectos biológicos deseados no se producían. En 1937 ya había logrado aumentar la intensidad del ciclotrón hasta 100 microamperios (µA), a 8 millones de eV. Otros constructores de aceleradores de este período se quedaron con 1 µA a 1 millón de eV. Cada vez que los jóvenes científicos del laboratorio estaban seguros de que el ciclotrón había alcanzado su máxima intensidad, Lawrence encontraba el modo de que funcionase diez veces mejor de lo que nadie había sospechado. Fue el mejor operador de ciclotrón de este período, pudiendo conseguir más intensidad de haz que nadie.
El ciclotrón de 94 cm que fue empleado para aplicaciones médicas
Siguiendo sus deseos de profundizar en el campo de la física médica, fichó a su hermano John Lawrence para estudiar el uso de radioisótopos en la investigación biológica y médica y promovió su empleo como trazadores. Asimismo, incluyó en el programa médico del Laboratorio de los años 1938 y 1939, un día de tratamiento semanal a pacientes con cáncer terminal, con los neutrones del ciclotrón de 94 cm. El Rad-Lab también se comprometió a suministrar los materiales necesarios para los programas experimentales de muchos departamentos de la Universidad de California, sintiendo gran satisfacción con los descubrimientos logrados por los científicos de otras disciplinas. Fue el pionero en la colaboración entre físicos y biólogos que más tarde se generalizaría, cuando los isótopos radiactivos estuvieron ampliamente disponibles tras la construcción del primer reactor nuclear.
Lawrence había sido el primero en introducir la colaboración interdisciplinar en su laboratorio y ahora ampliaba la idea compartiendo los frutos de su arduo trabajo con los colegas de diferentes áreas científicas. Todos los grupos dedicados a aceleradores pudieron disfrutar de su maestría en obtener un constante aumento de la energía máxima de los haces acelerados. Pero, tal y como hemos visto, Lawrence consideraba que su gran logro había sido conseguir las mayores intensidades del haz. Señalaba que el descubrimiento del carbono-14, por Rubin y Kamen, no se hubiese podido conseguir en cualquier otro laboratorio con las técnicas entonces disponibles.
Por lo que al desarrollo de aceleradores se refiere, en 1939 pudo poner en marcha el ciclotrón de 152 centímetros, que instaló en el nuevo Laboratorio de Radiación Crocker, y en 1940, consiguió la autorización del ciclotrón de 467 centímetros y una donación de 1,25 millones de dólares de la Fundación Rockefeller para construirlo. Sin embargo, antes de que pudiese iniciar los trabajos del «ciclotrón gigante», como Ernest le llamaba, estalló la Segunda Guerra Mundial y asumió la responsabilidad de reunir a un grupo de jóvenes físicos nucleares para ayudar a los británicos a «luchar en la guerra científica.»
También persuadió a Lee DuBridge, para que dejase su propio ciclotrón en Rochester, y encabezase el embrionario Laboratorio de Radiación en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. De su propio laboratorio reclutó a McMillan, Salisbury y Alvarez. El laboratorio de radiación del M.I.T. inició su andadura en Noviembre de 1940 y, desde entonces, ha realizado grandes contribuciones al desarrollo de la física. Durante su primer año, Lawrence lo visitó de forma periódica y se mantuvo al corriente de sus actividades pero pronto se hizo evidente que el laboratorio se sostenía por sí mismo y no necesitaba su supervisión.
Massachusetts Institute of Technology
En el verano de 1941, Lawrence tomó parte en el programa de guerra antisubmarina actuando, una vez más, como el principal agente de reclutamiento para los nuevos laboratorios de sonido, y convenció a McMillan para que dejase el M.I.T. para ir a San Diego.
En septiembre de ese mismo año recibió la propuesta de Arthur Compton y James Conant para participar en la construcción de la bomba atómica. Tal y como contó Compton, después de dudar unos instantes, les respondió que si ellos le decían que ese era su trabajo, lo haría. Así que se dispuso a resolver el principal obstáculo con el que había tropezado el Proyecto Manhattan: la separación del isótopo uranio-235, necesario para la fabricación de la bomba, del uranio ordinario U-238.
Diagrama de la separación de los isótopos de uranio en el Calutron
Lawrence sugirió separarlos en base a la pequeña diferencia entre sus masas, ya que ésta haría que, como partículas cargadas, sufrieran deflexiones diferentes sometidas a un campo magnético. Para ello convirtió el ciclotrón de 94 centímetros y el imán de 467 centímetros en un espectrómetro de masas. En 1942 ya tenía un prototipo denominado Calutron (concatenación de Cal. U.-tron, en tributo a la Universidad de California). El general de la armada Norteamericana Leslie Groves ordenó construir calutrones a escala industrial y preparó una planta con 96 unidades en Oak Ridge, Tenesse. Los muchachos del Rad-Lab visitaban con frecuencia la planta para enfrentarse a las dificultades técnicas y solucionarlas. De hecho, de 1941 hasta 1945 trabajaron 24 horas diarias en este tema. Dadas las corrientes de iones requeridas en el Calutron, Lawrence comentó entre sus allegados que su gran preocupación por incrementar la intensidad del haz fue lo que había hecho posible el Proyecto Manhattan. No se trataba de una fanfarronada ni de un desprecio a los logros de los demás científicos. Dada su mucha experiencia lidiando con funcionarios gubernamentales de alto nivel, sabía que el proyecto no habría podido «venderse» a menos que hubiera una «manera segura» de obtener material fisionable, antes de que terminara la guerra. Y el Calutron había cumplido con dichas necesidades suministrando, casi en su totalidad, el U-235 empleado en la bomba de Hiroshima. Los procesos de difusión térmica y de difusión gaseosa contribuyeron sólo en una forma menor al proceso total de separación de los isótopos para la primera bomba.
Calutron
En el periodo de postguerra Lawrence pudo retomar las investigaciones que estaba llevando a cabo en tiempos de paz y persuadió al general Groves para que autorizase que los fondos del Proyecto Manhattan fuesen puestos a su disposición. Una vez concedido el aporte de capital, volvió a reunir al equipo de Berkeley de antes de la guerra con la incorporación de nuevos talentos. La primera decisión que tomó se refirió a su ciclotrón gigante, cuya fabricación se había visto interrumpida por la guerra. Lo reconvertiría en un sincrociclotrón. La parada forzosa había sido positiva ya que en ese tiempo McMillan en USA y Veksler en la URS habían desarrollado el sincrotrón que estaba formado por un anillo circular y requería campos eléctricos y magnéticos variables. Inspirándose en la base física de éste último diseñó su sincrociclotrón cuya frecuencia del campo eléctrico variaba para compensar los efectos relativistas. Utilizando protones como proyectiles, la energía se elevaría a 350 MeV, en lugar del anterior valor de diseño para el ciclotrón convencional que era de unos 70 MeV.
El sincrociclotron
El pequeño inconveniente era que nadie había construido un sincrociclotrón y desconocían a qué problemas deberían enfrentarse. Así que decidieron ser precavidos y reconstruir primero su viejo ciclotrón de 94 centímetros como sincrociclotrón. Por fortuna, todo salió bien y contaron con el primer sincrociclotrón del mundo que resultó ser mucho más sencillo de construir y operar que el ciclotrón convencional que habían propuesto originalmente. Concluidas las pruebas iniciales, el sincrociclotrón de 467 centímetros aceleró, a finales de 1946, deuterones a 180 MeV y núcleos de helio a 360 MeV.
A partir de ese momento, las nuevas actividades del laboratorio fueron obra, principalmente, de los investigadores más jóvenes que dirigieron grandes proyectos contando, durante los primeros años de postguerra, con respaldo financiero ilimitado gracias al “cheque en blanco” del Proyecto Manhattan. Lawrence manifestaba un profundo interés por lo que hacían pero se mantenía a distancia, dejándoles claro que debían tomar sus propias decisiones y encontrar el método de resolver los problemas.
Con la terminación del sincrociclotrón de 467 centímetros, Lawrence pudo volver a dedicar todas sus horas a la investigación científica básica. Llevaba demasiado tiempo sin implicarse en ningún experimento en particular y se entregó con completa devoción a esta nueva etapa. No se limitó a investigar sobre física nuclear, sino que extendió su interés a los programas de fotosíntesis, física médica y química nuclear. Los muchachos del Rad-Lab que siempre lo habían visto como director, disfrutaban contemplando la pasión y dedicación que manifestaba, las horas que pasaba en el laboratorio cada noche y los fines de semana, cómo paseaba por otros laboratorios y hablaba con cada uno de los ayudantes de investigación o con los profesores visitantes. El personal se había multiplicado por cien pero todos se sentían miembros “del equipo de Ernest Lawrence», y no simples empleados del laboratorio de radiación.
En 1948, William Brobeck convenció al laboratorio de que un sincrotrón de protones podría alcanzar energías de Gigaelectronvoltios. Lawrence, asumió la responsabilidad de asegurar su financiación y se presentó ante la Comisión de Energía Atómica para recabar fondos para el «Bevatron» que reportó importantes descubrimientos, como el del antiprotón.
Por lo que al armamento nuclear se refiere, después de que la Unión Soviética probase su primer artefacto nuclear, Lawrence abandonó su oposición a la bomba de hidrógeno auspiciada por el Presidente Truman y se embarcó en un gran proyecto de construcción de aceleradores lineales, para favorecer su desarrollo. El problema es que Lawrence pensaba tan a lo grande que el precio de su dispositivo generador de neutrones ascendía a la bonita cifra de veintiún millones de dólares de 1952, por lo que se eligió una fuente de neutrones más barata.
Sin embargo el esfuerzo no cayó en saco roto. La fabricación de la bomba de hidrógeno era una empresa de gran envergadura y el laboratorio de Los Álamos ya no contaba con recursos personales para darle cabida. Por ello, Lawrence, propuso al comité de energía atómica la aprobación para establecer un segundo laboratorio de armas nacionales en Livermore, bajo la promesa de que el personal de Berkeley supervisaría el trabajo. Argumentó que el progreso científico se veía mermado por la falta de competencia de Los Álamos. Cuando cancelaron su proyecto para la bomba-H, el nuevo laboratorio ya estaba en marcha y fue un complemento de Berkeley hasta 1971, en que pasó a denominarse Laboratorio Lawrence Livermore.
Vista aérea del Lawrence Livermore National Laboratory
En 1954, la prueba de un dispositivo nuclear por parte de Estados Unidos provocó lluvia radiactiva más allá de los límites geográficos establecidos y se creó una gran controversia. Lawrence se mostraba a favor de las pruebas nucleares porque no creía que debieran dejar de hacerse si los rusos seguían practicándolas y, principalmente, porque creía que era un imperativo moral buscar bombas “limpias” que pudiesen utilizarse en una guerra nuclear sin causar las muertes que se producían hasta entonces por la lluvia radiactiva. Llegó incluso a exponer al presidente Eisenhower que la falta de desarrollo de tales armas constituiría un “crimen contra la humanidad”.
Su implicación en estos temas le valió el nombramiento como delegado americano de una Conferencia de Expertos Internacionales para estudiar una propuesta de Tratado con la Unión Soviética con el fin de prohibir las pruebas de armas nucleares. Durante la conferencia, sufrió un brote grave de la colitis crónica que padecía y fue trasladado de urgencia a un hospital de Standford para practicarle cirugía. Murió el 27 de agosto de 1958, a los 57 años de edad. Unos días antes de su muerte Eisenhower anunció una moratoria de las pruebas de armas nucleares por parte de Estados Unidos.
La herencia de Lawrence no son tan sólo sus múltiples descubrimientos, sino el impulso a una nueva manera de investigar, de enfrentarse a grandes retos con equipos interdisciplinarios: el inicio de la Gran Ciencia.
«Lawrence siempre será recordado como el inventor del ciclotrón, pero debería ser recordado como el inventor de la manera de hacer ciencia moderna».Luis Alvarez
Ernest Orlando Lawrence nació el 8 de agosto de 1901 en Cantón, Dakota del sur. Sus padres Gunda Jacobson y Carl Lawrence se habían casado un año antes y, por aquel entonces, enseñaban en una academia luterana local. Inculcaron a sus hijos el valor de la responsabilidad, el trabajo duro y la educación. La elección de su nombre parece provenir de una tradición Noruega según la cual se ponía a los niños los nombres de los abuelos. En su caso eran Erik y Oles, que el padre juzgó demasiado noruegos y modificó hasta dejarlos irreconocibles.
Desde pequeño mostró una curiosidad incesante y, según afirmaba su madre, nunca abandonó el entusiasmo juvenil que hacía que tomase la vida como una aventura continua llena de emociones. Con su vecino y amigo Merle Tuve, construyeron a los trece años una estación de radio de onda corta y la experiencia obtenida dio importantes frutos en la etapa de madurez. Lawrence, por su parte, aplicó la técnica de radio de onda corta en su acelerador de partículas de alta energía, mientras que Tuve, junto a Breit, fue el primero en reflejar impulsos de radio de onda corta en la ionosfera, lo que condujo directamente al desarrollo del radar. En los años treinta, Lawrence y Tuve lideraron sendos equipos de físicos nucleares, lo que les llevó a recuperar una rivalidad de adolescencia que rindió grandes beneficios al desarrollo de este campo.
Lawrence ingresó en la Universidad St. Olaf de Northfield, Minnesota, a los dieciséis años, y un año más tarde, se trasladó a la universidad de Dakota del Sur para obtener el grado. Consiguió el dinero necesario para ir a la universidad vendiendo artículos de cocina a las mujeres de los agricultores de los condados circundantes. Su intención era estudiar medicina pero finalmente se inclinó por la física gracias a los consejos del profesor de ingeniería eléctrica que le hacía de tutor: Dean Lewis E. Akeley, que vio en sus pinitos adolescentes con la radio una clara inclinación por esta materia. Una vez conseguido el bachiller con altos honores en 1922, ingresó en la universidad de Minnesota como estudiante de postgrado. En la pared de la oficina de Lawrence, el cuadro de Dean Akeley siempre estuvo en el lugar de honor entre las fotografías de sus héroes científicos: Arthur Compton, Niels Bohr y Ernest Rutherford.
En Minnesota, cursó estudios de física avanzada bajo la dirección de William Francis Gray Swann, al cual siguió las dos veces que cambió de universidad. Primero se trasladó a Chicago y, posteriormente, a Yale, donde Lawrence se doctoró en física en 1925 y permaneció tres años más, primero como investigador nacional (national research fellow) y, finalmente, como profesor ayudante. En esa época conoció a Mary Blummer, hija del Dr. George Blumer, Decano de la Facultad de Medicina de Yale, que años más tarde se convertiría en su mujer y con quien tendría seis hijos: Eric, Margaret, María, Robert, Barbara y Susan. Molly Lawrence se haría famosa entre los colegas de Ernest por crear un ambiente familiar cálido y hospitalario.
Durante este periodo en Yale, sus compañeros consideraban que Lawrence sentía una cierta aversión hacia el pensamiento matemático. Contaba con una inusual intuición para abordar los fenómenos físicos, de manera que cuando le presentaban nuevas ideas reclamaba que le ahorrasen las ecuaciones matemáticas y le explicasen la física del problema. Incluso personas cercanas a él pensaban que era un analfabeto matemático cuando en realidad, gracias al aprendizaje con el profesor Swann, conservaba una gran pericia en las matemáticas empleadas en electricidad y magnetismo. Ésta fue la única herencia de sus profesores, ya que tanto lo que descubrió como el modo en que lo hizo provinieron únicamente de su propio talento y sagacidad.
En 1928, tomó una importante decisión. Abandonó su posición en una universidad rica y distinguida como la de Yale para ser profesor asociado en la pequeña facultad de Berkeley cuyo departamento de física era de reciente creación. Estaba ansioso por hacerse cargo del nuevo departamento y participar en su desarrollo. Además, sabía que el traslado suponía una disminución de horas de docencia respecto a un incremento en el tiempo dedicado a la investigación, que era lo que verdaderamente le apasionaba. La elección fue acertada y en tres años, se convirtió en el catedrático más joven de Berkeley.
Valoraba por encima de todo la honestidad en la investigación científica y examinaba de forma crítica cualquier resultado científico, con independencia de su origen. Aplicaba el mismo criterio crítico para revisar su obra, la de sus colaboradores, así como la de los científicos de otros laboratorios. Este comportamiento hacía que los visitantes, en ocasiones, se formasen una primera impresión negativa de Lawrence creyendo que eraexcesivamente crítico con los resultados experimentales de los demás. Pero pronto se daban cuenta de que empleaba el mismo vigor para animar a sus jóvenes alumnos a criticar su propio trabajo, ya que para él la crítica no era una cuestión personal y la hacía o la recibía sin ningún sentimiento de hostilidad. Pensaba que una comunidad científica que no alentase a sus miembros a criticar los resultados de los demás de una manera abierta degeneraría rápidamente en una asociación de diletantes.
Poco antes de abandonar Yale, había tenido una experiencia que sólo conocían sus más allegados y que fue importante en su desarrollo científico. Aplicando su experiencia en fotoelectricidad y en el tubo de rayos catódicos diseñó un sistema electrónico de televisión sin disco giratorio (disco de Nipkow). Creyéndose el primero en descubrirlo creó un modelo rudimentario y contactó con un amigo de los laboratorios de Bell Telephone que le invitó a hablar sobre su hallazgo. Por desgracia, una vez en los laboratorios, vio que estaba lleno de televisores electrónicos mucho mejores de lo que él había imaginado y se dio cuenta de hasta qué punto un buen laboratorio industrial podía estar por delante de los trabajos de investigación individuales. Eso le hizo reflexionar y decidió no dedicar más esfuerzos a competir en el área comercial. Mantuvo esta resolución hasta la última década de su vida, en la que aportó grandes contribuciones al problema de la televisión en color desarrollando el “Tubo de Lawrence” y publicando docenas de patentes.
Llegados a este punto, es interesante analizar la actitud de Ernest Lawrence hacia las patentes y las recompensas económicas de las mismas. El Ciclotrón y las otras invenciones de Lawrence de la época de preguerra fueron patentadas a su nombre y asignadas por él a la Corporación de Investigación que nunca pidió royalties. Lawrence animó y ayudó a los científicos en todo el mundo a construir ciclotrones. Legalmente, fue el inventor del separador de isótopos Calutrón, pero asignó la patente al gobierno por el valor nominal de un dólar. Respecto al proyecto de la bomba atómica, varios de de sus colegas recibieron grandes sumas de dinero del gobierno por la violación de sus patentes, pero Lawrence nunca permitió que su nombre fuese utilizado en ningún litigio y por lo tanto, no recibió ninguna compensación más allá de su salario. Creía que era desaconsejable patentar losinventos científicos o desarrollos para provecho personal y siempre apoyó la necesidad de trabajar en estrecha colaboración en un ambiente de libre intercambio de ideas. Le preocupaba que el anhelo por conseguir patentes repercutiese en el progreso científico. Tal y como expresaba, una persona no hablaría de sus ideas ante alguien que pudiese ampliarlas y lucrarse a posteriori con una patente.
Su nombre está tan ligado al campo de la física nuclear que a menudo se olvidan las importantes contribuciones que realizó en otras ramas de la física antes de inventar el ciclotrón. Para valorar su aportación en estos otros campos contamos con la literatura de la época así como con las múltiples referencias a sus investigaciones por parte de sus compañeros. Sus trabajos en fotoelectricidad, que publicó junto a sus alumnos una vez trasladado a California, fueron citados en el tratado de fotoelectrónica de Hughes y Du-Bridge “Photoelectric Phenomena” que se publicó en 1932, poco después de que Lawrence hubiese dejado este campo para concentrar sus esfuerzos en el ciclotrón. El número de apariciones en los diferentes capítulos hace evidente el gran alcance que tuvieron susinvestigaciones en los pocos años que se dedicó a ellas.
Uno de sus colaboradores en sus estudios sobre fotoelectricidad fue Beams de Jesse y, como resultado de esta colaboración, se convirtieron en grandes amigos y pasaron un verano recorriendo Europa. Lawrence, con frecuencia, recordaba con nostalgia este período de su vida, en el que podía viajar libre de las responsabilidades que más adelante marcaron sus giras en el extranjero.
VIAJE AL CENTRO DEL NÚCLEO
Ernest Rutherford
En el período en que Ernest Lawrence se trasladó de New Haven a Berkeley, se respiraba un ambiente de entusiasmo entre los físicos por las noticias de los logros obtenidos en los experimentos de física nuclear del laboratorio Cavendish de Lord Rutherford en Cambridge. La técnica empleada para profundizar en la estructura de la materia y descubrir el núcleo atómico había sido el bombardeo de una lámina de oro con partículas alfa provenientes de la desintegración del radio [artículo de Cuentos Cuánticos]. Estaba claro que una parte importante del futuro de la física residía en el estudio de las reacciones nucleares y, si no se dedicaron a ello más científicos, fue por las complejas condiciones experimentales requeridas. Por aquel entonces las partículas alfa eran el único medio de que se disponía para perturbar de manera controlada la materia y para su producción se estaba a merced de elementos que fuesen radiactivos de forma natural. Esta limitación se hizo más notoria cuando Rutherford abrió el campo de las transformaciones nuclearesmediante la conversión del nitrógeno en oxígeno mediante la absorción de una partícula alfa. Las fuentes radiactivas de que se disponía eran demasiado débiles para seguir penetrando en los misterios de los núcleos. Por cada gramo de radio se emitían 37000 millones de partículas alfa por segundo, de las cuales sólo una de cada 100000 producía una transformación. Por otra parte, las energías de las partículas alfa apenas eran suficientes para superar la repulsión eléctrica de los núcleos a los que se dirigían. El grupo de Rutherford en Cavendish descubrió que cuanto más rápidamente viajaban las partículas alfa, más transformaciones generaban y, por tanto, era urgente conseguir máquinas que aumentasen el número y velocidad de las partículas. Y como estaban cargadas, una forma era someterlas a fuertes diferencias de potencial. De esta manera,empezaba la carrera por la producción de esos proyectiles de alta energía, las “partículas nucleares de millones de voltios.»
En la carrera por descubrir los secretos de la materia, Robert Van de Graaff, mientras hacía un postdoctorado en Princeton, concibió un dispositivo para generar un alto voltaje partiendo de simples principios de electrostática. En su acelerador electrostático una correa de material aislante llevaba las cargas eléctricas a partir de un punto de origen al interior de una gran esfera conductora hueca, aislada. Asimismo, otra correa transportaba cargas de polaridad opuesta a otra esfera. Las esferas acumulaban un potencial creciente hasta que el campo eléctrico ionizaba el aire y saltaba una chispa a través del mismo. Antes de 1931 Van de Graaff pudo cargar una esfera a 750 kilovoltios, generando una diferencia de potencial de 1,5 Megavolts entre las dos esferas de polaridad opuesta. El generador electrostático tenía sus limitaciones ya que, para acelerar partículas a energías de unos GeV (109 eV), las tensiones puestas en juego eran de unos mil millones de voltios. Con estas tensiones, el aire se ioniza, se vuelve conductor y se produce un enorme chispazo quedescarga los condensadores y puede destruirlos. Lawrence, que había dedicado muchas horas al estudio de las descargas de chispa con el obturador electro-óptico basado en el efecto Kerr sentía mucho respeto por ese mecanismo como limitador de tensión. Siguió el trabajo inicial de Van de Graaff pero no entró en el “negocio nuclear” debido a cierta reticencia respecto los caminos que se estaban tomando para crear los proyectiles energéticos.
Acelerador de Robert Van de Graaff
Al mismo tiempo, en el laboratorio de Cavendish en Cambridge, los ingleses John Cockcroft y Ernest Walton, discípulos de Rutherford, construyeron una variante de este acelerador sustituyendo la correa por un sistema de condensadores conectados con diodos rectificadores que actuaban como interruptores. Abriendo y cerrando los interruptores en la secuencia apropiada se podía alcanzar un potencial de 800 kilovoltios a partir de un transformador de 200 kilovoltios y utilizaron este potencial para acelerar protones en un tubo de vacío de 2,40 metros de largo. En 1932 bombardearon un blanco de litio con protones acelerados a 0.125 MeV, observando la formación de dos partículas alfa. Un equipo soviético en Jarkov encontró el mismo resultado varios meses más tarde.
Acelerador de John Cockcroft y Ernest Walton
Unos años antes, al comienzo de su licenciatura en Berkeley, Lawrence pasaba muchas de sus tardes en la biblioteca. Y fue allí fue donde, en la primavera de 1929, dio con un artículo de la revista alemana para ingenieros eléctricos Archiv für Elektrotechnik que le llamó poderosamente la atención. Su alemán, al igual que el francés, dejaba mucho que desear pero los diagramas eran suficientemente explícitos para poder entender la parte fundamental de su contenido. El autor era el ingeniero noruego Rolf Wideröe y el título podría traducirse como «Sobre un nuevo principio para la producción de voltajes más altos». Una de las ilustraciones mostraba el dispositivo que Wideröe había empleado para acelerar los iones de potasio a partir de un esquema propuesto anteriormente por Gustav Ising en Suecia. En su diseño, un potencial de 25.000 voltios alternaba de positivo a negativo con frecuencias de radiodifusión. Los iones eran atraídos al interior de un electrodo cilíndrico recto mediante un potencial negativo y, al emerger del tubo, eranimpulsados desde el otro extremo por un potencial positivo. Se podrían añadir más cilindros, cada uno más largo que el anterior, de manera que fuese incrementándose la velocidad de las partículas y se lograsen energías más altas.
Acelerador de Rolf Wideröe
Dadas las dificultades con el idioma, Lawrence pensó que le costaría más traducir el documento que deducir él mismo sus resultados a partir de la información extraída de las imágenes. Y estaba en lo cierto, ya que tuvo la satisfacción de llegar de forma independiente a muchas de las conclusiones de Wideröe. Y no se quedo ahí, sino que fue más allá y, tras el análisis del esquema, le asaltó “la idea” de curvar la trayectoria de las partículas mediante un campo magnético y convertir así el acelerador lineal en un acelerador en espiral. El ciclotrón acababa de ser engendrado. (Patente del ciclotrón)
Pensó que el campo magnético debería tener alguna relación con el radio de la órbita, de manera que el tiempo empleado por un ión en completar una revolución permaneciese constante a medida que el radio aumentase. Pero se equivocaba. Mediante un cálculo sencillo pudo demostrar que no era necesaria ninguna variación radial del campo magnético ya que los iones circulan con una frecuencia constante, independientemente de su energía. Es decir, que los iones lentos en los pequeños círculos tardan el mismo tiempo en dar la vuelta que los iones rápidos en los círculos mayores. Veamos porqué.
La fuerza magnética que actúa sobre una partícula cargada sometida a un campo magnético H perpendicular a su dirección de desplazamiento, tiene un módulo igual a qvH/c, donde q es la carga y c la velocidad de la luz. En el caso del ciclotrón esta fuerza proporciona la fuerza centrípeta necesaria para obtener el movimiento circular: mv2/r, donde m es la masa de la partícula, v su velocidad y r el radio de la órbita. Si se igualan ambas expresiones se obtiene lo que se conoce como la ecuación de ciclotrón: v/r = qH/mc
Sabiendo que la velocidad angular ω es v/r y que puede expresarse en términos de frecuencia de rotación f de la forma 2πf, obtenemos que: f = v/2π r = qH/2πmc lo que indica que la frecuencia de rotación es independiente del radio de la órbita y constante para una partícula y un campo magnético dados.
Así pues, el método circular permitiría que un campo eléctrico alterno de frecuencia constante acelerara las partículas a energías cada vez más altas. Afortunadamente para Lawrence, en la década de 1930 ya se podía disponer de componentes electrónicos apropiados para la banda de frecuencia de 10 MHz (valor que se obtiene al sustituir en la ecuación del ciclotrón el valor de e/m para el ion de hidrógeno molecular). Antes de seguir, debemos precisar que la ecuación de ciclotrón tiene sus limitaciones ya que únicamente es válida en el caso de que las velocidades sean suficientemente bajas como para que no aparezcan efectos relativistas, en cuyo caso la frecuencia ya no es independiente del radio y el diseño del acelerador se complica.
La parte interna del ciclotrón está formada por dos cámaras metálicas de forma semicilíndrica huecas D1 y D2 llamadas “dees” (por su similitud con la letra D) separadas la una de la otra en el seno de un campo magnético uniforme y perpendicular al plano de las “dees”. Ambas están conectadas a los bornes de un circuito eléctrico que crea una diferencia de potencial alterna de frecuencia f.
Inicialmente, la partícula cargada q emitida por la fuente de iones (punto azul) entra en D1 con velocidad v1 debido a la aceleración que le produce al campo eléctrico existente entre las dos des y bajo la acción del campo magnético describe una circunferencia de radio r1. Al salir de D1 es acelerada entre las dos «dees» debido a la inversión del campo eléctrico y entra en D2 con una velocidad v2 > v1 describiendo una circunferencia de radio r2 > r1, y así sucesivamente hasta ser expulsada por un sistema de deflexión situado en la periferia de una «de»
Lawrence percibió inmediatamente la importancia de la idea y decidió traer a David Sloan a Berkeley. Era un joven experto en electrónica de los Laboratorios de General Electric en Schenectady con experiencia en el trabajo con altas tensiones. Mientras Lawrence construía el ciclotrón, Sloan se había dedicado al acelerador lineal de Wideröe. Finalmente el aparato de Sloan, en mayo de 1931, llegó a acelerar iones de mercurio a energías de 1 millón de voltios. Este trabajo proporcionó a Lawrence y sus estudiantes conocimientos que más tarde se aplicarían a los ciclotrones. Sloan, sin embargo, dejó el acelerador lineal a un lado para desarrollar un transformador resonante, que sirvió para producir una potente fuente de rayos X que fue de gran interés para hospitales. Seguramente, una de las mayores satisfacciones de Ernest Lawrence fue la curación de su madre mediante un tratamiento de radioterapia con la máquina de rayos X «Sloan-Lawrence» de 1 millón voltios de la Facultad de Medicina de la Universidad de California, después de que muchos especialistas dijesen que tenía un tumor inoperable. En el momento de la muerte de suhijo, ella todavía vivía en Berkeley, veintiún años después de que el Dr. Robert Stone la tratase.
El primer acelerador circular de 11 cm de diámetro, usaba un potencial de 1800 V para acelerar iones de hidrógeno a energías de 80 keV y sirvió para verificar el principio de funcionamiento. Apenas un año más tarde se alcanzaba una energía de 1 MeV con un ciclotrón de 28 cm.
El empeño de Lawrence en hacer realidad el ciclotrón, que muchos físicos habían ridiculizado por impracticable, le llevó a resolver importantes obstáculos técnicos por medio de descubrimientos experimentales. Por un lado, se requería un alto grado de vacío para impedir que las partículas chocasen con moléculas del gas residual, apartándose de su trayectoria. Así mismo debía evitarse que se desviasen al cruzar el espacio entre electrodos o, lo que sería un problema mayor, que abandonasen el plano horizontal de sus órbitas y colisionasen con la parte superior o inferior de los electrodos. Lawrence y sus compañeros de trabajo, M. Stanley Livingston y David Sloan, desarrollaron y construyeron sus propias bombas de vacío y válvulas osciladoras de alta potencia, porque no se hallaban disponibles en el mercado a un precio asequible. También hicieron grandes avances en el incremento de la potencia de los osciladores de radiofrecuencia así como en el magnetismo de los imanes.
Lawrence es conocido por la aplicación de la ecuación del ciclotrón a la física nuclear, pero también hizo una contribución destacada a la física de partículas al emplearla para idear el método más preciso de medición de la carga específica, e/m, del electrón. Este procedimiento fue empleado por Frank Dunnington, uno de sus estudiantes, y durante muchos años fue la medida más exacta de esta constante fundamental.
La primera demostración y puesta de largo del principio de resonancia del ciclotrón la hicieron Lawrence y Edlefson en la reunión de la Academia Nacional de Ciencias de Berkeley, en otoño de 1930. El aparato original está expuesto de forma permanente en el Laboratorio de Radiación Lawrence.
A partir de este momento, el Grupo de Lawrence inició la carrera por la búsqueda de mayores ciclotrones que produjesen partículas con mayores energías. En 1939, Lawrence se convirtió en el primer profesor de una universidad pública en ganar un premio Nobel así como la primera persona en hacerlo por un trabajo realizado enteramente en el campus de la Universidad de California. Ganó el premio de física en reconocimiento por su invención del ciclotrón, su desarrollo y los resultados que obtuvo, especialmente con referencia a la producción de elementos artificialmente radiactivos.
Había una mujer en Alejandría que se llamaba Hypatia, hija del filósofo Teón, que logró tales alcances en literatura y ciencia, que sobrepasó en mucho a todos los filósofos de su propio tiempo.Sócrates Escolástico
Hipatia de Alejandría es una de las primeras científicas de quienes tenemos referencia. Fue una maestra de prestigio en la escuela neoplatónica y realizó importantes contribuciones a la ciencia en los campos de las matemáticas y la astronomía. Su brutal asesinato escenifica el paso del razonamiento clásico al oscurantismo medieval.
Muchos aspectos de la vida de Hipatia son un misterio y la principal fuente de información de que se dispone son los escritos de sus discípulos. La leyenda que se ha alimentado sobre su persona ha hecho que en ocasiones se mezclen los datos verídicos con las licencias poéticas y se dificulte el conocimiento de la científica alejandrina.
No existe información fidedigna acerca de su fecha de nacimiento. Algunas referencias literarias la sitúan en el 370 y la presentan joven y hermosa en el momento de su cruel asesinato en marzo de 415. Pero los números no cuadran. El discípulo de Hipatia, que es la principal fuente de información, Sinesio de Cirene, nació entre el 368 y el 370 y no podía tener la misma edad que su maestra contando ella con el prestigio social que revelaba el propio Sinesio en sus epístolas. Las últimas tesis postulan como fecha del nacimiento el 355. En cualquier caso, sea cual sea la fecha verdadera, lo que sí sabemos es que vino al mundo en el siglo IV, en un momento histórico en el que el debate científico acerca de la posición de la Tierra en el universo era uno de los principales temas de discusión y confrontación.
Su padre e instructor fue Teón, matemático y astrónomo que ejercía de profesor en la biblioteca-hija del Serapeo, sucesora de la Gran Biblioteca de Alejandría, que había sido fundada por la dinastía de los Ptolomeos con el fin de crear una de las mayores y mejor documentadas bibliotecas del mundo.
Escultura de Howard Roberts (1843/1900)
LA CIENCIA
La obra de Teón cuenta con Comentarios a algunas de las obras más relevantes que se habían escrito hasta entonces en los campos de las matemáticas y la astronomía. Su labor consistía en ordenar, reescribir a mano los volúmenes más importantes y hacer comentarios manuscritos al margen, con anotaciones que permitían diferenciar lo que era del autor de lo que era del comentarista.
En matemáticas, Teón profundizó en Los Elementos de Euclides que era la base de la geometría de la Antigüedad y lo seguiría siendo hasta el siglo XIX. En su revisión de esta obra mencionó a Hipatia como discípula y asociada, lo que podría indicar que la elaboraron juntos. Así mismo, escribieron un tratado sobre la obra matemática de Euclides.
Por lo que se refiere a Hipatia, escribió el Comentario de la “Aritmética” de Diofanto, uno de sus matemáticos favoritos, que dio un impulso decisivo al álgebra con la creación de unos signos matemáticos que simplificaban y agilizaban las operaciones y los cálculos. El texto de Hipatia permitió que el trabajo del científico se diese a conocer. También se interesó por Apolonio de Pergamo, ya que la geometría de las figuras cónicas, introducida por éste, le resultaba crucial para el posicionamiento de los cuerpos celestes.
En astronomía, Teón analizó en profundidad la obra de Ptolomeo (100-178) quien fue el responsable de perfeccionar el modelo geocéntrico a través de la recopilación de las principales aportaciones de la astronomía antigua. El Almagesto fue el primer tratado matemático que dio una explicación completa, detallada y cuantitativa de todos los movimientos celestes.
Representación del movimiento aparente del Sol y los planetas si se sitúa la Tierra en el centro.
El estudio de Teón de la obra de Ptolomeo se recoge en los trece libros de Comentarios del Almagesto. La posible contribución de Hipatia a los mismos parte de la siguiente referencia que aparece en el tercero de los libros: “Comentario de Teón de Alejandría al tercer libro del Sistema Matemático de Tolomeo. Edición controlada por la filósofa Hipatia, mi hija”. Las palabras están sujetas a diferentes interpretaciones. Puede creerse que la filósofa únicamente revisó el comentario, o que realizó la edición corregida del libro III mientras Teón elaboraba el comentario. Para tratar de esclarecer este punto se han buscado diferencias lingüísticas entre ese libro III y el resto. Pero ha habido diversas conclusiones: algunos autores creen que Hipatia hizo nuevas aportaciones, mientras que otros sugieren que la imposibilidad de distinguir entre el trabajo de ambos, apunta a una revisión conjunta. Tampoco se descarta que la colaboración entre Teón e Hipatia fuese continuada y la participación de ella no se limitase al libro III.
Hipatia también llevó a cabo un análisis matemático de los movimientos de los astros descritos por Tolomeo en Las Tablas o Canón Astronómico. Se desconoce si formaban parte del libro III o si constituían una obra original.
Por lo que se refiere a las ciencias aplicadas, sabemos gracias a los escritos de sus discípulos, que confeccionó un planisferio celeste y un hidroscopio para pesar los líquidos.
Diversas fuentes como el cronista eclesiástico arriano Filostorgio, Hesiquio y Damascio, señalan que Hipatia destacó por encima de su padre en talento y logros científicos y que, a la muerte de éste, siguió sus investigaciones sin disponer de colaboradores.
A partir de las cartas de Sinesio podemos situar a Hipatia dentro de la escuela neoplatónica cuyas ideas parten de los pitagóricos. Una sociedad científica que basaba su sistema de pensamiento en la contemplación y el descubrimiento del cosmos, palabra que crearon ellos mismos, como un universo ordenado por unas leyes cognoscibles. La naturaleza era numérica: “El número era responsable de la “armonía”, el principio divino que gobernaba la estructura de la totalidad del mundo” (Guthrie). Los fenómenos eran tan sólo la forma en la que se reflejaban los números. Las matemáticas encarnaban la perfección y constituían su guía moral. El pensamiento y no la observación, era el método de conocer la verdad y ampliar el conocimiento.
La relación entre los miembros de la comunidad pitagórica se establecía a partir de la amistad, no existiendo una estructura jerarquizada. También apoyaban la igualdad de género y, en consecuencia, admitían bajo las mismas condiciones a hombres y mujeres. Creían que todas las personas, con independencia de su cultura, clase social y género eran capaces de llegar a conocer el mundo perfecto, porque todas tenían la misma alma.
Las ideas desarrolladas por los pitagóricos supusieron una importante aportación a al avance científico. Su principal contribución a la cosmología fue desplazar la Tierra del centro del universo para colocarla, como un planeta más, alrededor del Sol. Un paso colosal teniendo en cuenta las concepciones existentes hasta el momento. Pero para ellos las teorías que se hubiesen establecido a partir de creencias no tenían ningún valor. Defendían la primacía de las matemáticas por encima de las observaciones y los dogmas y el carácter sagrado del número 10 establecía que un cosmos perfecto requería 10 cuerpos en órbita alrededor de un fuego central. No había otra alternativa válida.
Esta visión del universo no era nueva, Aristarco de Samos (siglo III a.C.) había sido el primero en elaborar una teoría heliocéntrica completa que situaba el Sol y otras estrellas fijas en el centro y la Tierra y demás planetas rotando alrededor. También postulaba que la tierra giraba sobre su propio eje. Por desgracia, el trabajo en el que impulsó esta idea se extravió y únicamente nos aparece referenciado por Arquímedes y Plutarco.
Platón fue uno de los filósofos que recogió las ideas de los pitagóricos. Las matemáticas y la ciencia política fueron temas centrales en la obra y la Academia de Platón. Su filosofía se basaba especialmente, en la creencia que las ideas (Mundo de las ideas) son más reales que el mundo material que nos rodea. La corriente neoplatónica, que siguió Hipatia, era heredera de esta línea de pensamiento de la que el principal representante es Plotino. También suponían la existencia de un principio supremo más allá de la realidad que podía conocerse por medio de fórmulas matemáticas y compartían la visión del cosmos.
Durante la vida de Hipatia, la escuela de Alejandría transmitió esta doctrina filosófica y con el espíritu integrador pitagórico, no separaba los estudiantes según su religión. Los alumnos de Hipatia eran un modelo de diversidad cultural, religiosa y étnica. Lo cual atraía a intelectuales de diferentes partes del mundo que acudían a la ciudad para formarse sobre las diferentes concepciones filosóficas y científicas. Según las cartas de Sinesio, las clases eran diálogos en los que ella discutía con los alumnos sobre filosofía, matemáticas, astronomía, ética y religión.
Aunque en la escuela neoplatónica el fuego y no la tierra era el centro del universo, la concepción geocéntrica se impuso y mantuvo durante mucho tiempo (unos mil cuatrocientos años). Ello se debe a que, a pesar de sus dificultades para sostenerse científicamente, contaba con la gran influencia de la escuela aristotélica así como el apoyo de una iglesia que contaba cada vez con más poder. El geocentrismo se adecuaba a lo que explicaba la Biblia. Por esta razón durante siglos la mayoría de astrónomos se limitaron a tratar de perfeccionar el modelo de Ptolomeo para adecuarlo a las observaciones.
Finalmente, en 1543, se publicó póstumamente De revolutionibus orbium coelestium de Copérnico, clérigo cristiano y astrónomo polaco que estudió a finales del siglo XV en un ambiente de retorno a los clásicos de la ciencia antigua. En la Universidad de Bolonia, fue alumno y trabajó para Doménico María de Novara que mantenía una posición crítica frente al sistema ptolemaico del universo. A partir de la influencia de filósofos florentinos como Ficino, consolidó sus argumentos sobre el nuevo sistema de un universo sin epiciclos, edificado alrededor de un sol central. En el De revolutionibus orbium coelestium, Copérnico alude a la idoneidad de su nueva concepción del universo que, a pesar del clima transformador del momento, no quedó exenta de investigación eclesial.
Hipatia mantuvo a lo largo de su vida la tesis heliocentrista y las observaciones realizadas en los Comentarios de Tenón del libro III de Almagesto cuestionarían la teoría geocéntrica de Ptolomeo. La importancia de dilucidar su verdadero grado de implicación en el libro, radica en que es muy posible que Copérnico lo leyese cuando estuvo en Florencia estudiando la obra de Ptolomeo, ya que el único ejemplar que se conservaba estaba en la biblioteca de los Médicis de dicha ciudad. Eso implicaría que la obra de Hipatia tuviese una influencia directa en la Revolución Copérnicana, uno de los momentos cruciales en el desarrollo del heliocentrismo.
LA VIDA SOCIAL
Si bien por vía indirecta hay constancia de sus logros intelectuales, en su vida personal el desconocimiento es mayúsculo. Una de las muchas leyendas inventadas es su matrimonio con el filósofo Isidoro y su culto a los dioses paganos. No existe prueba alguna de que fuese seguidora de los dioses y héroes helenos. Al contrario, siempre manifestó una postura racional frente a la tradición helénica y se mantuvo al margen de las continuas disputas entre paganos y cristianos que tenían lugar por aquel entonces en Alejandría.
Donde sí tomó partido fue en los asuntos municipales, ejerciendo su influencia en la esfera política y en la alta aristocracia. Era conocida y respetada por sus valores éticos y su sabiduría y los representantes políticos, paganos y cristianos, recurrían con frecuencia a sus consejos. Fue maestra y amiga de Orestes, el prefecto de Alejandría, que era cristiano y defendía la convivencia pacífica entre todas las culturas y religiones.
El 17 de octubre de 412 fue el principio del fin del sueño alejandrino. Cirilo fue elegido como obispo de Alejandría y, a partir de entonces, la situación cambió radicalmente. Parte de los cristianos de Egipto se opusieron a su nombramiento por sus ideas intolerantes. Orestes tampoco compartía la visión sobre los asuntos religiosos de Cirilo, que atacaba a todos los colectivos religiosos que no aceptasen el cristianismo impuesto con el pretexto de purificar la fe. Alejandría se sumió en un clima de extrema violencia. Los asesinatos entre grupos de creencias diferentes se sucedían continuamente.
Para Cirilo, la influencia de Hipatia entre los altos cargos de la política imperial y municipal, representaba una amenaza. Envidiaba el prestigio social que gozaba entre las capas sociales altas de Alejandría. Por ello, decidió iniciar una campaña de difamación contra ella presentándola como una bruja peligrosa entregada a la magia negra que había embrujado a Orestes para enfrentarlo a los cristianos, entre los cuales, la filósofa, creaba ateos. La difusión de estas falsedades hizo que el mal ambiente entre la gente llegase a tal extremo que, en marzo de 415, un grupo de cristianos fanáticos liderados por un tal Pedro, la sacasen del carruaje, la dejasen totalmente desnuda, la matasen brutalmente con fragmentos de cerámica y quemasen posteriormente sus restos en las afueras de la ciudad.
Su asesinato fue consecuencia del conflicto entre el poder civil de Orestes y el eclesiástico de Cirilo y no una confrontación entre paganismo y cristianismo, como defendieron pensadores ilustrados como Voltaire o Toland. Los asesinos no fueron castigados. Orestes, informó a Roma para que se iniciara una investigación, pero ésta fue pospuesta en repetidas ocasiones. Aquellos que con su muerte buscaban imponer el fanatismo al razonamiento, la tolerancia y la búsqueda del conocimiento de la escuela de Hipatia, quedaron impunes.
Para acabar, os dejo con dos textos que narran el final de Hipatia para que vosotros mismos los comparéis y valoréis su objetividad. El primero es el testimonio de Sócrates Escolástico, historiador cristiano coetáneo de Hipatia; el segundo es de Juan, Obispo de Nikiu, dos siglos más tarde:
Cayó víctima de las intrigas políticas que en aquella época prevalecían. Como tenia frecuentes entrevistas con Orestes (el Prefecto de Alejandría), fue proclamado calumniosamente entre el populacho cristiano que fue ella quien impidió que Orestes se reconciliara con el obispo (Cirilo). Algunos de ellos, formando parte de una fiera y fanática turba, cuyo líder era un tal Pedro (Pedro el Lector), la aprehendieron de camino a su casa, y arrastrándola desde su carro, la llevaron a una iglesia llamada Cesareo, donde la desnudaron completamente, y la asesinaron con tejas (la palabra griega original, ostrakoi no deja claro si se trató de tejas o de ostras). Después de desmembrar su cuerpo, llevaron sus restos a un lugar llamado Cinaron, y allí los quemaron. Este asunto dejó caer el mayor de los oprobios, no sólo sobre Cirilo, sino sobre toda la iglesia de Alejandría. Y seguramente nada puede haber más lejos del espíritu cristiano que permitir masacres, luchas y hechos de este tipo. Esto sucedió en el mes de Marzo durante la Cuaresma, en el cuarto año del episcopado de Cirilo, bajo el décimo consulado de Honorio y el sexto de Teodosio.
Sócrates Escolástico (s. V dC). Historia Ecclesiatica. Libro VI, capítulo 15
… Una multitud de creyentes en Dios se levantaron guiados por Pedro el Magistrado, y procedieron a buscar a la mujer pagana que había engañado a la gente de la ciudad y al prefecto (Orestes) con sus encantamientos. Y cuando descubrieron el lugar donde se encontraba, la fueron a buscar y la hallaron cómodamente sentada; habiéndola hecho descender, la arrastraron por todo el camino hasta la iglesia mayor, llamada Cesareo. Esto sucedió en los días de Cuaresma. Le arrancaron la ropa y la arrastraron por las calles de la ciudad hasta que le provocaron la muerte. La llevaron a un lugar llamado Cinaron y quemaron su cuerpo. Todo el mundo rodeó al patriarca Cirilo y le aclamaron como “el nuevo Teófilo”, ya que él había acabado con los últimos restos de idolatría de la ciudad.
Juan, Obispo de Nikiu. Crónica 84.87-103
La historia de Hipatia de Alejandría contada por Carl Sagan en «Cosmos»
BIBLIOGRAFÍA
“El legado de Hipatia. Historia de las mujeres en la ciencia desde la Antigüedad hasta fines del siglo XIX” Alic, M.
“Las damas del laboratorio: Mujeres científicas en la historia” M. J. Casado
“Hipatia de Alejandría” M. Dzielska
“De les revolucions dels orbes celestes” N. Copérnico
“La muerte de Hipatia” G. Fernández
“Hipatia. La estremecedora historia de la última gran filósofa de la Antigüedad y la fascinante ciudad de Alejandría.” C. Martínez Maza
En esta entrada he editado el material de Brian Cox que Second Spin tan amablemente nos facilitó en su comentario de respuesta a Videoteca Biran Cox. Dada la cantidad de videos aportados, me pareció conveniente publicar esta segunda entrada. También he añadido la entrevista que «Por amor a la Ciencia» les hizo a él y a Jeff Forshaw.
«Einstein ha sido el llamado a proseguir la revolución iniciada por Copérnico: liberar a nuestra concepción de la naturaleza del sesgo terrestre injertado en ella por las limitaciones de nuestra experiencia, intrínsecamente ligada a la tierra» Arthur Eddington
A principios de 1919 la Ley de la Gravitación Universal de Newton aún dominaba el discurso científico. Sin embargo, veía amenazada su supremacía por una nueva teoría de la gravitación publicada en 1916 por el físico alemán Albert Einstein. La física newtoniana llevaba más de 200 años en el trono y para derrocarla, la teoría de la Relatividad General debía obtener pruebas experimentales de su validez.
El germen de la teoría de Einstein había sido la generalización, más allá de la mecánica, del descubrimiento de Galileo de que los cuerpos caen con la misma aceleración con independencia de cuál sea su masa: «Esta ley, que puede formularse también como la ley de equivalencia de las masas inercial y gravitatoria, hizo que me diera cuenta cabal de toda su significación. Me asombré en grado sumo de su existencia e intuí que en ella debía estar la clave de una comprensión más profunda de la inercia y de la gravitación.» La ampliación de la tesis galileana se conoce como Principio de Equivalencia y afirma que es imposible distinguir, mediante ningún tipo de experimento, si estamos en un sistema uniformemente acelerado o en un sistema bajo la acción de un campo gravitatorio. Este primer estadio de la teoría evolucionó gracias a la intuición e ingenio de Einstein así como a la inestimable ayuda de matemáticos como Marcel Grossmann, dando lugar a las ecuaciones de la relatividad general que determinan la métrica del espacio-tiempo, entendido como un conjunto, a partir de una distribución conocida de materia y energía. Con la Relatividad General, por tanto, la teoría newtoniana quedaba reformulada. La gravedad ya no era una fuerza que actuaba directamente sobre un objeto sino una distorsión geométrica del espacio-tiempo. La teoría era revolucionaria y amenazaba el dominio de Sir Isaac Newton, pero debía demostrarse su autenticidad.
LA DESVIACIÓN DE LA LUZ
Una de las predicciones de la Relatividad General que podía comprobarse experimentalmente era el desvío de la luz por efecto de la gravedad. Este fenómeno ya había sido mencionado por el propio Isaac Newton en un adendum a su «Opticks». En él se lamentaba de no poder tratar el tema con mayor profundidad y proponía un conjunto de cuestiones con el fin de que otras personas investigasen más sobre ellas. Según su Ley de la Gravitación Universal, la trayectoria de una partícula material, con independencia de su composición, moviéndose a una velocidad finita se veía afectada por la atracción gravitatoria. Sin embargo, en los tiempos de Newton no estaba establecido el valor de la velocidad de la luz y distaba mucho de estar clara la naturaleza corpuscular que defendía. Estas incertidumbres impidieron a Newton establecer predicciones definitivas sobre la influencia de la gravedad en la curvatura del haz luminoso. No fue hasta el 1804 que el astrónomo Johann George Von Solder aplicó la teoría newtoniana para calcular el valor de la deflexión de la luz de una estrella que pasase cerca de la superficie del Sol. EL resultado obtenido, 0.85” (segundos de arco), cayó en el olvido en una época en la que la luz se interpretaba como una onda y como tal, según la física clásica, no podía verse curvada por la gravedad.
Einstein, por su parte, en 1911, cuando la teoría de la relatividad general aún no había sido formulada y creía que la desviación era causada por la equivalencia entre masa y energía, estimó un valor para la desviación de 0.85”, que coincidía plenamente con el valor de Solder, cuya existencia desconocía. Albert estaba convencido de que su valor era correcto y necesitaba que fuese comprobado. Pero se equivocaba. No fue hasta 1915, con la teoría de la relatividad general bien establecida, que se dio cuenta del error cometido en su primera medida. La curvatura del espacio-tiempo provocado por la presencia de la masa solar determinaba la trayectoria del haz luminoso y la deflexión debía ser el doble de la calculada en su anterior predicción: 1.75”. En ese momento, con un valor distinto para la teoría newtoniana y la relatividad general, el cálculo experimental de la desviación podría dilucidar cuál de las dos teorías era la correcta.
La presencia del Sol curva el haz de luz y las estrellas se ven en una posición aparente E’
Las observaciones del efecto eran difíciles de llevar a cabo dado que las estrellas próximas al Sol únicamente son visibles durante los eclipses totales e incluso entonces, la brillantez de la corona solar no permite ver estrellas cuyos rayos pasan a una distancia inferior a dos radios solares. El método para contrastar la predicción teórica con la realidad consiste en fotografiar un campo de estrellas alrededor del Sol eclipsado y compararlo con una fotografía nocturna de la misma zona unos meses después, cuando el Sol no se interpone entre ellas y la Tierra.
PRIMERAS EXPEDICIONES
Los primeros intentos de poner a prueba la teoría de Einstein se vieron truncados por la guerra y las condiciones meteorológicas desfavorables. Esto impacientó al físico que aguardaba que el astrónomo Erwin Freundlinch del Observatorio de Berlín comprobase su teoría en el eclipse de 1914. Lo que no podía sospechar Albert es que su predicción era incorrecta y que había sido muy afortunado al no tener que confrontarla con resultados observados. Si Freundlich u otros astrónomos hubieran tenido éxito antes del 1915, podría haberse revelado públicamente que Einstein se equivocaba.
Charles Perrine, director del Observatorio Nacional de Argentina, fue el primero que en 1912 se dispuso a probar el desvío de la luz durante un eclipse en Brasil. Para ello, pidió prestada al Observatorio de Lick del norte de California, que era el principal centro de estudio de eclipses, una cámara especial «intramercurial» que habían construido para buscar planetas próximos al Sol. Desafortunadamente para Perrine, la experiencia fue pasada por agua.
El eclipse del 21 de agosto de 1914 de Crimea fue más concurrido pero las condiciones adversas se multiplicaron. Los integrantes de la expedición alemana del Observatorio de Berlín, conducida por Erwin Freundlinch, se vieron sorprendidos por la guerra y fueron tomados como prisioneros antes siquiera de instalar el equipamiento en Teodosia. Como podría esperarse, no fueron capaces de convencer al ejército ruso de que con todas aquellas potentes cámaras y dispositivos de localización, no eran más que astrónomos que planeaban observar las estrellas.
Por su parte, la delegación del Observatorio de Lick, comandada por su director, W. W. Campbell, contaba con Heber Curtis, interesado desde 1911 en las teorías de Einstein de la gravitación, para realizar las mediciones. Pero no hubo desviaciones que calcular, las nubes impidieron ver el fenómeno en el último momento. Por lo que se refiere al conflicto bélico, los norteamericanos tuvieron problemas con las autoridades rusas en el momento del regreso a Lick, cuando se les obligó a depositar sus instrumentos en el Observatorio de Pulkovo.
Dos años más tarde hubo un eclipse en Venezuela al que Charles Perrine envió un equipo para que hiciera observaciones rudimentarias, pero no disponían de medios para llevar a cabo la prueba de Einstein.
Todos estos fracasos hicieron que el eclipse que tendría lugar en el estado de Washington el 8 de junio de 1918 se convirtiera en la gran oportunidad einsteniana. Sin embargo, la retención del instrumental norteamericano, que aún se encontraba en Rusia, entorpeció la verificación de las teorías de Einstein e hizo que Curtis se viese obligado a construir una cámara con las lentes de un observatorio estudiantil de Oakland. Por desgracia, el improvisado equipo óptico no cumplió con los requisitos de calidad astrográfica necesarios y las imágenes de las estrellas fueron muy borrosas. Su análisis además, tuvo que esperar. Curtis fue convocado para el servicio militar y dejó las fotografías sin medir en una caja fuerte de Lick.
LA EXPEDICIÓN DE 1919
Sello conmemorativo de la expedición de Sir Arthur Eddington a la isla de Príncipe. Créditos de la imagen: Ian Ridpath (www.ianridpath.com).
Los intentos infructuosos no afectaban al físico británico Arthur Eddington que aceptaba la teoría general de la relatividad sin necesitar más pruebas que su propio razonamiento.
Era un hombre reservado, estudioso y aficionado al misticismo. Había sido criado por su madre Sarah Ann Stout, de familia cuáquera, tras la muerte de su padre por fiebre tifoidea. Los recursos económicos de la familia eran escasos por lo que hizo su carrera académica gracias a las becas que se le otorgaron por su brillante currículum. Estudió matemáticas en el Owens College de Manchester donde se graduó el 1902 con un Bachelor in Science con mención de primero de la clase. A continuación, también becado, accedió al Trinity de Cambridge e investigó en el Laboratorio Cavendish la emisión termoiónica. Tras abandonar Cambridge, entró a trabajar en el Observatorio Real de Greenwich como ayudante del astrónomo real, Frank Dyson.
Su fervor y defensa de Einstein no estaba bien vista en Gran Bretaña en ese momento. Finalizada la Primera Guerra Mundial los científicos alemanes habían sido desterrados de la comunidad científica internacional y ni siquiera se les invitaba a congresos. El aislamiento era tal que en 1919, los artículos de relatividad general, aún no se habían publicado en inglés. Sólo había las reseñas originales de De Sitter y un informe de Eddington oponiéndose radicalmente a este comportamiento irracional. Afortunadamente para Arthur, otro de los grandes admiradores angloparlantes de Einstein era Frank Dyson.
Eddington, a parte de un brillante astrónomo, era todo un personaje. Cuando en 1917, fue requerido por el ejército, como cuáquero, se negó en rotundo a alistarse. En aquel momento una negativa de estas características suponía una afrenta grave al espíritu patriótico y a las autoridades de Cambridge no les sedujo la idea de ver a uno de sus miembros entre rejas. Por ello, hicieron las gestiones oportunas para posponer el reclutamiento por motivos científicos. Eddington aceptó firmar la carta solicitando tal aplazamiento pero tuvo la brillante idea de añadir un codicilo en el que aseguraba que en caso de que no se lo concediesen, se negaría de todos modos a alistarse. Como era previsible, el Ejército no encajó demasiado bien la postura de Arthur y retiraron la oferta de prórroga. Finalmente Dyson salió al rescate de su ayudante y consiguió que aceptaran de nuevo el aplazamiento con la condición de que Eddington prometiese que iba a llevar a cabo una empresa científica de máxima importancia. Se estipuló que esta tarea consistiría en dirigir la expedición del eclipse del 29 de mayo de 1919 que tendría lugar en el Atlántico sur, con el fin de obtener una prueba concluyente de la teoría de la relatividad general. Este eclipse era ideal, ya que iba a ocurrir cuando el sol se encontrara en una región del cielo repleta de estrellas brillantes (el clúster de las Hyades, en la constelación de Tauro).
En esta ocasión iban a por todas y enviaron dos expediciones para tratar de evitar que el mal tiempo volviese a frustrar la observación estelar. Una de ellas estaba formada por Arthur Eddington y E. Cottingham y su destino era la isla Príncipe; la otra, integrada por el director del Observatorio de Greenwich, Andrew Crommelin y Charles Davidson, debía ir a Sobral, una población situada a ochenta kilómetros de la costa de Brasil. La oportunidad parecía favorable ya que la zona no contaba con turbulencias atmosféricas que pudiesen convertir las estrellas en puntos borrosos de mayor tamaño. Además, el sol aparecería justo en medio del grupo de estrellas y por tanto, si se obtenían imágenes, muchas de ellas serían potencialmente medibles.
Antes de zarpar Eddington escribió: «La presente expedición podría por primera vez demostrar el peso de la luz (valor newtoniano), la extraña teoría del espacio no euclideano, o llegar a un resultado de mayores consecuencias: ninguna curvatura».
Hyades, el cúmulo medido por Eddington. Créditos Fotográficos: Joe Robert (www.rocketroberts.com).
Eddington llegó a la isla el 23 de abril con sus colaboradores y durante un mes se dedicaron a montar el complejo equipo de observación. El eclipse comenzaría en el Pacífico oriental, avanzaría a través de América del Sur y el Atlántico sur, y terminaría al atardecer en África, donde el cielo se oscurecería durante cinco minutos.
El tiempo parecía reñido con los ansiosos astrónomos y el 29 de mayo en Príncipe, amaneció con tormenta. La expectación era máxima, el eclipse empezaba a las dos de la tarde. Eddington y Cottingham disponían de un astrógrafo de Greenwich. A pesar de que dejó de llover una hora y media antes del eclipse total, el cielo no se llegó a despejar. Eddington, contrariado, no dejó de hacer fotografías con la esperanza de que se filtrara algo de luz a través de las nubes y pudiese obtener las tan ansiadas imágenes. En sus propias palabras: «Dejó de llover a eso del mediodía y cerca de la una y media pudimos atisbar el sol entre las nubes. Por estar ocupado cambiando placas no vi el eclipse más que al principio, cuando eché un vistazo para ver si ya había empezado, y a la mitad para ver qué tan nublado estaba el cielo. Tomamos 16 fotografías. El sol se ve bien en todas, mostrando una protuberancia notable; pero las nubes han afectado las imágenes de las estrellas. Las últimas fotografías muestran unas cuantas imágenes que, espero, nos darán lo que necesitamos.»
Las fotografías eran de mala calidad. En dos de las 16 placas impresionadas, se veían cinco estrellas borrosas. Se sentía decepcionado pero aún mantenía la esperanza de poder calibrar el desplazamiento en el material que tenía y así se lo comunicó a Dyson en un telegrama. Se pasó todo el día midiendo imágenes y al final le pareció distinguir el tan anhelado desvío.
En el Sobral el aspecto meteorológico no pintaba mucho mejor. El cielo no se despejó hasta la noche anterior al eclipse. Crommetin y Davidson contaban con una cámara astrográfica de Greenwich y un gran telescopio irlandés con un objetivo de diez centímetros de diámetro. Su observación fue más provechosa que la de Príncipe, obtuvieron en total unas dos docenas de placas, en cada una de las cuales se veían de siete a nueve estrellas.
En el Observatorio de Lick no habían conseguido fondos para hacer la expedición pero Campbell no estaba dispuesto a quedarse de brazos cruzados mientras los británicos publicaban sus descubrimientos. Habían hecho un gran esfuerzo para ser los primeros en realizar la comprobación del fenómeno y aún contaban con medios para calcularlo. Su as en la manga eran las placas que había hecho Curtis en el eclipse de 1918. Así que Campbell logró sacarle de Washington D.C. y ponerlo a medirlas. La borrosidad de las imágenes dificultaba el proceso pero el tiempo apremiaba y se ingenió un método alternativo para obtener la información deseada. Finalmente, en junio de 1919 anunció los resultados en una reunión celebrada en Monte Wilson: el efecto Einstein no existía. Campbell, informado telegráficamente, lo notificó el 11 de julio en una reunión especial de la Real Sociedad Astronómica.
Einstein esperaba noticias de Eddington. Finalmente en septiembre, éste dio señales de vida en un congreso de astronomía celebrado en Bournemouth. Comunicó que el análisis preliminar indicaba una curvatura de la luz de entre 0.9” y 1.8”, valor consistente con el predicho por la relatividad general que, por tanto, quedaba confirmaba. En seguida la prensa se hizo eco de la noticia y en el Berliner Tageblatt apareció un artículo anunciando la verificación de la teoría de Einstein como “la auténtica constitución del universo”. Llegados a este punto Albert tomó cartas en el asunto y en una carta al Naturwissenschaften dejó claro que aún no se había demostrado nada ya que la teoría exigía un valor exacto de 1.7”, y por el momento los resultados experimentales se encontraban en un intervalo de 0.9” a 1.8”. Se debía determinar el desvío de la luz con exactitud y cada vez parecía una tarea más difícil.
El equipo de Eddington disponía de tres conjuntos de datos de los tres telescopios que habían llevado al eclipse. Las siete placas del telescopio irlandés de diez centímetros de Sobral eran las mejores con diferencia, y daban una desviación de 1.98”, con un error de 0.12”. Le seguían en calidad las imágenes del astrógrafo de Sobral que, a pesar de contar con muchas estrellas, estaban difuminadas debido a que el espejo del instrumento se había visto afectado por el calor del sol. En éstas el valor era de 0.86”, casi exactamente la predicción newtoniana, con un mayor margen de error. Por último, el tercer conjunto de datos y el menos fiable pertenecía a las placas de la isla Príncipe que se habían tomado a través de las nubes. Únicamente contaban con cinco estrellas borrosas. Tras un minucioso proceso de cálculo Eddington obtuvo un valor de 1.61” con considerables incertidumbres, que era el más parecido a la predicción de Einstein. Con este plantel de resultados tan dispar parecía más que dudoso que se pudiese obtener un valor fidedigno de la desviación. En realidad, siendo rigurosos, el valor obtenido de las imágenes de mayor calidad refutaba la teoría de la relatividad general.
Sin embargo Eddington estaba totalmente seguro de que la relatividad general era correcta e incluso declaró en una ocasión, que él no se hubiese molestado en organizar la expedición al eclipse para comprobarlo. Por este motivo, quizás, resolvió la cuestión de la diversidad de resultados de una forma un tanto discutible: descartó el 0.86” del astrógrafo de Sobral y calculó el valor medio de los otros dos. El resultado obtenido, 1.75”, encajaba a la perfección con los criterios relativistas confirmando la teoría.
Ilustración del London News del 22 de noviembre de 1919
Einstein fue informado de la noticia en casa de Ehrenfest, a través de una carta que Eddington había enviado al astrónomo Ejnar Hertzsprung. En seguida escribió a Max Planck: “Es un regalo del destino que se me permita experimentar esto.” Dos días después era aclamado como un héroe en Amsterdam durante la celebración de una reunión de la Real Academia Holandesa.
Para entronarle definitivamente faltaba la aprobación de los físicos que habían crecido pensando que la teoría de Newton era la única verdadera y servía para describir cualquier fenómeno, aquellos que podían albergar reticencias ante el hecho de que la gravitación newtoniana fuese un caso particular de la gravitación de Einstein. En este sentido, el evento que despertó más expectativa fue el encuentro conjunto de la Royal Society y la Royal Astronomical Society del 6 de noviembre de 1919 en Burlington House. Thomson, como presidente de la Royal Society inició la reunión hablando del descubrimiento de la relatividad general: “No es el descubrimiento de una isla remota, sino de todo un continente de nuevas ideas científicas.” A continuación Dyson, Crommelin y Eddington, de forma individual, describieron el eclipse y presentaron los datos por los que habían apostado. De los tres, sólo Eddington mencionó los de la isla de Príncipe y, como sabemos, omitió los del astrógrafo de Sobral. Este hecho desconcertó a Campbell que afirmó que “la lógica de la situación no parece del todo clara.” Eddington se defendió argumentando que había desechado las placas astrográficas de Sobral porque tenían errores sistemáticos debidos al calentamiento del espejo por el sol. En realidad, el calentamiento sólo había alterado la posición del foco del astrógrafo con la consiguiente borrosidad de las imágenes. Y, a pesar de que realmente éstas eran difusas, lo eran mucho menos que las de Príncipe. A parte de esta duda de Campbell, sólo hubo una objeción relevante de la mano de Ludwig Silberstein, quien alegó que no se podía dar por demostrada la relatividad general hasta que no se pudiese detectar el desplazamiento al rojo. Este efecto constituía la tercera de las predicciones de la teoría de Einstein. Eddington salió del paso aclarando que ellos no habían confirmado la teoría de Einstein sino “la ley de gravitación de Einstein”, que describía la trayectoria de un rayo de luz.
La reunión, por tanto, fue un éxito y los titulares del Times de Londres del 7 de noviembre fueron una buena prueba de ello:
Revolución en la ciencia
¿nueva teoría del Universo?
Las ideas de Newton, derrocadas
Bajo estas líneas, en un artículo a dos columnas, se relataban las últimas noticias en estos términos: “habrá que alterar radicalmente nuestros conceptos sobre la trama del universo”; “Pero los principales expertos están convencidos de que se ha hecho lo suficiente para echar por tierra una certidumbre de siglos y para que sea necesaria una nueva filosofía del universo, una filosofía que barre casi todo lo que hasta ahora se aceptaba como base axiomática del pensamiento.” Sin embargo, se aportaba muy poca información de Einstein, de quien ni siquiera se mencionaba su nombre de pila, su nacionalidad o que vivía en Berlín.
El día siguiente de la publicación del Times, el 8 de noviembre, fue el New York Times quien dedicó una crónica a la expedición hablando de un resultado “de los que hacen época”. Y por si fuera poco, reincidió y al día siguiente, contó toda la historia por medio de una serie de titulares.
En Berlín, sabían quién era Einstein y la prensa había cubierto la noticia del eclipse, pero no eran conscientes de hasta qué punto tenía notoriedad. Era considerado como un científico local, un profesor pacifista con ideas de izquierdas. De hecho, la mañana del día 7 de noviembre la ciudad se despertó con las celebraciones del segundo aniversario de la Revolución rusa y no se apreciaban consecuencias de la proclamación del gran descubrimiento. Pero a medida que el día fue avanzando la noticia corrió y los periodistas se agolparon en Haberlandstrasse. Einstein ya era una celebridad y el 14 de diciembre, la portada del Berliner Illustrierte Zeitung mostraba un primer plano gigantesco de la cara de Albert: “Un nuevo gigante en la historia del mundo”.
Cuando Einstein coincidió con Eddington por primera vez en un acto oficial, le insistió en que la teoría de la relatividad no estaría confirmada hasta que pudiese detectarse el desplazamiento al rojo: “Si se demostrara que este efecto no existe en la naturaleza, habría que renunciar a toda la teoría” Lo que desconocía Einstein, es que en aquellos momentos el descubrimiento la desviación (o la curvatura) de la luz también era más que discutible.
El eclipse del 29 de mayo del 1919 no probó de forma rigurosa la curvatura de los haces luminosos por influencia del campo gravitatorio pero fue el acontecimiento que marcó el nacimiento de la fama de Albert Einstein.
Para la posteridad: la rúbrica de Carlos sobre el disco que forma parte de la marca del Polo Sur Geográfico durante todo 2013
El investigador Carlos Pobes ocupó el puesto de Winter Over del proyecto IceCube durante 2012. Desde la base Amundsen-Scott compartió sus experiencias a través del blog El día más largo de mi vida: un año en el Polo Sur a la caza de neutrinos (Premio Accésit del concurso de Divulgación del CPAN) y su página de Facebook. Las entradas minuciosas y extensas sobre la experiencia, permitieron que muchos nos sintiésemos partícipes de su aventura.
Ahora ya ha vuelto de la Antártida y para mí es un verdadero honor que haya accedido a mantener esta conversación para los lectores de Los Mundos de Brana.
EL PUESTO DE WINTER OVER
En estos momentos está abierta la convocatoria para optar al puesto de Winter Over, ¿qué consejo te hubiese gustado que te hubieran dado y que, tras vivir la experiencia, crees que es importante?
Para mí lo más importante fue ser natural. No tenía ninguna esperanza de que me cogieran, incluso no tenía claro si quería que me cogieran, porque no sabía si era algo que iba a ser capaz de hacer, así que me sentí en todo momento muy tranquilo y no me costó hablar tanto de mis virtudes como de mis defectos. Yo no quería que me cogieran si no era la persona adecuada para el puesto. Fue raro, porque normalmente cuando vas a una entrevista de trabajo es porque quieres el puesto y entonces estas nervioso e intentas maquillar un poco tus defectos, pero fue genial ir allí con esa mentalidad de ‘ver qué pasa’.
El consejo que podría dar es que si tienes alguna habilidad que tengas un poco abandonada, que la retomes, (clases de guitarra, salsa, dibujo, lo que sea). Buscan gente que no solo vaya a mantener la moral alta allí, sino que pueda ayudar a mantener un buen ambiente en la base. Aunque bueno, me cogieron a mí, así que tampoco es imprescindible… En lo profesional, si quieres reforzar algo, un curso acelerado de administración Linux viene bien. Y en mi caso creo que ayudó bastante mi compromiso con la divulgación.
26 de Octubre de 2011: Empieza el viaje desde la estación de tren de Zaragoza.
En tu caso ¿cómo te enteraste de la convocatoria? ¿Conocías a alguien que había vivido la experiencia?
IceCube es uno de los experimentos estrella en el campo de la Física de Astroparticulas. Sabía de él y supongo que siempre había fantaseado con ir allí. Mirando en su página web descubrí el puesto de Winter Over y me animé a pedirlo.
Supongamos que tenemos una pizarra: a la derecha ventajas y a la izquierda desventajas. Si tuvieses que poner tres a cada lado serían…
Son más fáciles de poner las ventajas… Conocer un sitio fascinante, trabajar para un experimento espectacular o conocer gente extraordinaria en un lado. Vivir pendiente de una radio y las alarmas, algunos problemas de sueño, la lejanía de familia y amigos en el otro.
Todo empaquetado después de probar cada cosa y de meter mi equipaje personal en las bolsas que les facilitan.
Dada la situación un poco claustrofóbica ¿no se generó ningún conflicto al convivir todo el día con las mismas personas?
Si, como mucha gente dice, aquello es una especie de Gran Hermano. Y naturalmente surgen conflictos.
Pero estoy segura de que ninguno como para nominar a alguien para “abandonar” la casa. ¿Seguís en contacto?
¡Claro! No con todo el mundo, pero sí con la gente con la que tenía más trato.
Gracias a la red podíais conocer las noticias internacionales. En la base, que la mayoría erais de diferente procedencia, ¿cómo las vivíais?
Nos informábamos a través de la red, pero además se imprimía el Times Digest y se solían comentar más esas noticias en el comedor. Prácticamente un día sí y otro también, salían noticias de la delicada situación en Europa, era un poco desalentador.
Después de volver ¿has tenido alguna “secuela” psíquica o física por el cambio de vida? ¿Se hace algún tipo de estudio médico con los Winter Over para valorar cómo les afectan dichos cambios?
Existen algunos artículos sobre estancias prolongadas en aislamiento, pero teniendo en cuenta el gran laboratorio social que es aquello, no está aprovechado en ese sentido, no hay un gran seguimiento sistemático. Secuelas psíquicas imagino que sí deja, aunque uno no sea del todo consciente. Todavía me siento algo raro. La secuela física más evidente es el subidón de glóbulos rojos. Es posible que vaya ya en declive, pero estoy disfrutando de un buen estado de forma físico.
Sven (compañero del proyecto IceCube) y Carlos tras terminar uno de los entrenamientos antiincendios
¿Existe algún entrenamiento previo u os dan algunas indicaciones específicas?
Antes de viajar al Polo pasas un par de meses en EEUU. En Madison te enseñan a manejar el experimento y todo lo que creen que vas a necesitar para hacer frente a los problemas más típicos que pueden surgir con él. Luego pasas dos semanas en Denver donde recibes entrenamiento en primeros auxilios y en extinción de incendios. También te dan algunas charlas sobre el aspecto psicológico. Antes de todo eso, en el proceso de selección, están también las pruebas médicas, que incluyen un montón de exámenes, pero ninguna prueba de esfuerzo, por ejemplo.
LA LABOR DIVULGATIVA
“Katie, la manager de la estación durante este invierno, entregándome la bandera que ha estado ondeando todos estos meses en la terraza de la estación como reconocimiento a las labores de divulgación que he realizado desde aquí. Todo un privilegio difícil de agradecer con palabras.” Carlos Pobes
¿Qué piensas cuando relees las entradas del blog?
No las releo a menudo, pero sí que recurro a ellas o al Facebook de vez en cuando y me doy cuenta de que aunque pensaba haber escrito más, hay bastante material. El Facebook lo tenía más a modo de diario y es una buena fuente para recordar el día a día. Y luego están los comentarios de la gente que me habéis estado siguiendo y apoyando todo este tiempo. ¡Ha sido una buena forma de conocer gente y hacer nuevas amistades!
Carlos, ¿Cuándo te planteaste crear el blog y la página de Facebook? ¿Te esperabas que tuviese tan buena acogida?
Cuando me cogieron supe que era algo que tenía que hacer, no podía ir allí, vivir esa experiencia y no contarlo. Era mi primera incursión en la red, así que no tenía referencias, pero haciendo un ejercicio de abstracción pensaba, «si yo supiera de alguien que está viviendo una experiencia así me encantaría leer y saber más sobre ello», por eso sí confiaba en que hubiese un cierto seguimiento.
Antes de empezar con este proyecto ¿hacías divulgación o te lo habías planteado en algún momento?
Sí, llevo ya unos cuantos años haciendo divulgación. Me he implicado bastante en proyectos que han surgido desde la propia comunidad de Astroparticulas española y he participado también en proyectos europeos, pero nunca me había atrevido con las redes sociales en solitario.
Creo que el blog puede ser una fuente de información muy valiosa para cualquier persona que se plantee solicitar el puesto de Winter Over. ¿Ha contactado alguien contigo a ese respecto? ¿Has pensado en editar un libro basado en los escritos del blog?
Felipe, uno de los Winter Over 2013 dijo que me iba siguiendo y leyó la entrada que puse sobre el proceso de selección antes de decidirse a solicitarlo. No sé si le resultó de mucha utilidad, porque seguro que lo hubiese conseguido de todas formas.
Lo del libro me lo comenta la gente, y material hay, pero está la situación algo complicada y no he definido todavía una idea clara de lo que me gustaría sacar. Lo estoy rumiando.
A parte del blog y la página de facebook también llevaste a cabo una gran tarea divulgativa en la base. ¿En qué consistió? ¿Cuál era el público al que iba destinada? ¿La hiciste para diferentes públicos? Y si es así, ¿cuál de ellos tuvo una mejor respuesta?
Me enteré de que se podían organizar videoconferencias y pensé que era una oportunidad excelente para motivar a jóvenes y en general hablar de lo que allí se hace y dar visibilidad a la Ciencia o dar a conocer los neutrinos. En conjunto hubo todo tipo de público, desde familias a universitarios, pero en su mayoría fueron colegios e institutos, y esos tuvieron muy buena acogida.
“Bueno, ya he tenido la primera videoconferencia. Se hace un poco raro hablarle a una cámara, pero detrás, a miles de kilómetros había un buen grupo de gente y la calidad de la conexión no ha sido mala del todo, así que creo que ha resultado bastante bien. Después de una pequeña presentación y de contar lo que hay aquí y lo que hacemos, ha habido un turno de preguntas.” Carlos Pobes
¿Cuál es la pregunta que más veces te han hecho?
No he llevado la cuenta, pero me preguntan muchísimo si voy a volver.
Seré original entonces: ¿Vas a volver?
Depende de cómo estén las cosas por aquí. Al principio no me lo planteaba, pero es una experiencia que me encantaría repetir. De momento este año quiero estar por España, pero si las cosas siguen tan mal creo que lo volvería a pedir, lo cual tampoco garantiza que fuese a conseguirlo.
De vuelta de la Antártida, ¿has organizado alguna charla?
¡Sí! Esa era casi otra obligación. Muchos chavales han seguido la aventura y quería que pudieran conocerla también de primera mano. Así que la mayoría, al igual que las videoconferencias, han sido en colegios e institutos, pero hay mucha gente interesada, así que tengo programadas charlas para distinto público, universidades, foros de aventura, asociaciones astronómicas, etc.
LA CIENCIA
¿Cuáles son los principales experimentos que se realizan allí? ¿Poníais en común vuestras investigaciones?
El área donde esta ubicada la base se divide en varios sectores según los experimentos que hay allí. El ‘Dark Sector’ es donde están los telescopios. A parte de IceCube están los telescopios de microondas para estudio del CMB (fondo cósmico de microondas) como el SPT. Luego está el ‘Clean Sector’ donde está el observatorio atmosférico ARO, que hace estudios del aire y la atmosfera. También está el ‘Quiet Sector’, en el que hay algunas antenas para estudio de la ionosfera, por ejemplo, o instrumentos para estudios de sismología. En el tejado de la propia base hay otros instrumentos, como cámaras para el estudio de auroras. Hay bastante variedad, y es muy interesante. Tienes la oportunidad de conocer otros experimentos si lo deseas, y a veces se hacen charlas. En verano todos los domingos hay una charla científica de alguno de los experimentos que operan allí.
Y centrándonos más en la Física ¿Cuándo te planteaste estudiar esta carrera?
En el último año de instituto. Estaba indeciso entre matemáticas y física, pero tuve un gran profesor de física ese año, que inclinó la balanza.
Antes has comentado que habías oído hablar del proyecto IceCube pero ¿estabas al tanto de las investigaciones que se llevaban a cabo? Si no es así, ¿os pusieron al día del estado de los resultados y de lo que buscaban?
Durante la carrera, no supe de IceCube (de hecho el proyecto es posterior, aunque ya existía su antecesor AMANDA). Lo conocí mucho más tarde, pero no conocía los detalles. Cuando me contrataron tampoco nos pusieron particularmente al día de resultados, tu trabajo en el Polo es cuidar del detector y no es sencillo involucrarse en los análisis, pero por interés personal sí que voy siguiendo los avances que se producen. Es una oportunidad única poder conocer desde dentro lo que se va cociendo en un experimento así.
A parte de vigilar que no sucediese ningún imprevisto ¿cuál era la rutina de actuación con el detector?
Parte importante de tu trabajo es realizar calibraciones periódicas, sustituir las cintas magnéticas en las que se guardan parte de los datos, testear nuevas configuraciones o nuevas versiones del software de adquisición, etc. Semanalmente teníamos que enviar un informe con un resumen de lo más relevante que había sucedido con el detector, estadísticas varias, y sobre todo, fotos, que era lo que más cautivaba a la gente.
¿Estabais al tanto de los datos que se detectaban o se envían directamente a un ordenador central?
El proceso de filtrado de datos es totalmente automático. Hay más de 20 ordenadores procesando en tiempo real los casi 3000 sucesos por segundo que ve el detector. Esa tasa de sucesos produce aproximadamente 1Tb de datos brutos al día, pero no se puede enviar todo eso por satélite. Por eso existe esa granja de ordenadores que filtra la información y se quedan con lo más interesante según ciertos criterios que se han definido previamente y programado en los algoritmos. En total se envían por satélite entre 100Gb y 200Gb de datos al día hasta Madison desde donde se distribuyen al resto de la colaboración para su análisis.
Lo que si veíamos casi en tiempo real eran las alarmas de supernovas. Como te puedes imaginar, fueron todas falsas, pero de vez en cuando hubo alguna con una relevancia estadística importante que generó algo de revuelo y por unas horas fue excitante pensar que quizá habíamos sido las primeras personas en haberla visto.
Debió ser muy emocionante. Ahora, una vez se abandona el puesto de Winter Over, ¿se queda vinculado de alguna manera al experimento? ¿se puede trabajar en algún aspecto relacionado con el mismo?
Supongo que después de un trabajo así uno siempre se siente ‘icecuber’ y de hecho sigues recibiendo correos y estando al tanto de cosas. Además nos han invitado a dar una charla como Winter Overs a Sven y a mí en alguna de las próximas reuniones de la colaboración. Pero profesionalmente no tenemos vinculación, tu contrato se acaba y para seguir vinculado tendrías que conseguir un nuevo puesto en alguna de las instituciones participantes en IceCube.
Finalmente, cuando uno vuelve a hacer vida normal, ¿valora más algunas comodidades que daba por sentadas o piensa que tenemos demasiadas cosas prescindibles e inútiles?
Yo en particular ya era una especie de hombre ‘desactualizado’, nunca había tenido móvil y soy bastante austero. Quizá por eso no hay muchas cosas que haya echado de menos allí. No soy contrario a la tecnología, creo que es una gran ayuda, pero a veces nos hace demasiado dependientes. Realmente, prescindible es prácticamente todo, por eso no soy un nostálgico de tiempos pasados, yo al menos no tengo ganas de irme a vivir a una cueva sin luz ni agua corriente; me gusta la tecnología aunque no siempre la use. Pero creo que la gente no valora toda la ciencia básica que hay detrás de la tecnología. Si se te corta la comunicación del móvil maldices la falta de cobertura, nadie se para a pensar que está hablando con alguien que puede estar en la otra punta del mundo (y es comprensible, porque está pagando por ese servicio, pero lo alucinante es que exista ese servicio!).
En cualquier caso, yo pienso que la felicidad es un estado mental y uno siempre puede decidir vivir en ese estado mental independientemente de lo que tengas. Por eso, poder, se puede ser feliz prácticamente en cualquier circunstancia. Es cuando dejamos nuestra felicidad en manos de cosas que no dependen de nosotros cuando podemos ser muy desgraciados incluso teniéndolo todo.
Las imágenes de esta entrada han sido cedidas por Carlos Pobes.
MATERIAL COMPLEMENTARIO
– Dos grandes entradas de Carlos Pobes sobre los neutrinos de alta energía detectados en el Ice Cube: Epi, el neutrino extraterrestre (I y II)
– Fantástica entrevista a Carlos en el podcast de ciencia, tecnología y frikadas: Science Bitches presentado por Fer @gomobel y Jesús Ángel Sami @eckelon
Para Sebastià Albacar, el mejor profesor que he tenido.
Tiene casi ochenta años. Sentada al lado de la ventana ve pasar unas estudiantes…recuerda los tiempos de su juventud…¡cuántos problemas existían entonces en la vida de las niñas corrientes que ahora parecen casi inimaginables!. Piensa en las dificultades que tuvo que superar para formarse, y en la posterior felicidad que sintió en sus años universitarios. Han pasado ya cincuenta años desde entonces pero parece que fue ayer, nunca ha olvidado las clases de Boltzmann.
Eran lo más bello y estimulante que jamás había escuchado. … Él mismo era tan entusiasta acerca de todo lo que nos enseñaba tras cada conferencia que uno quedaba con la sensación de que le había sido revelado un mundo completamente nuevo y maravilloso.
Lise Meitner nació en Viena en 1878. El día no se conoce con exactitud. Si bien en el registro de nacimientos de la comunidad judía de Viena aparece el día 17 de noviembre de 1878, en el resto de documentos figura el día 7 de noviembre, que era la fecha que ella celebraba. Incluso su nombre también experimenta una ligera variación respecto al original que era Elise. Los Meitners provenían del pueblo de Meiethein en Moravia. Cuando la reforma administrativa del emperador José II requirió un nombre de familia, el tatarabuelo de Lise tomo el apellido Meietheiner, indicativo de que habían vivido en el pueblo y lo acortó a Meitner.
Sus padres, Hedwig y Philipp Meitner contrajeron matrimonio en 1873. Philipp se licenció como abogado a principios de los 1870 para participar en la creación de un nuevo orden político. Como librepensador y humanista estaba comprometido con las ideas liberales sobre la razón y el progreso cívico. Nunca solicitó una oficina, por ello, su casa se convirtió en un punto de encuentro de personalidades destacadas del ámbito cultural. Los niños podían permanecer en el salón escuchando las conversaciones y Lise siempre recordó la estimulante atmosfera intelectual en la que sus hermanos y ella habían crecido. El idealismo y la fe en el progreso que Philipp y Hedwig Meitner inculcaron a sus hijos dio su fruto y todos ellos cursaron estudios avanzados, lo cual era realmente extraordinario en aquellos tiempos.
El apartamento familiar estaba situado en el número 27 de Kaiser Josefstrasse en el distrito de Leopoldstadt, antiguo gueto convertido en una confortable zona residencial. Fue la tercera de ocho hermanos, de los cuales Walter, el pequeño era su favorito. A pesar de que el hermano con mayor talento musical era Auguste, el segundo, Lise también tocaba el piano y sintió siempre una gran pasión por la música.
Sin embargo, aquello que le despertaba una especial curiosidad, eran las matemáticas y la ciencia. Con tan solo ocho años se sentía intrigada por los efectos de la difracción de la luz y guardaba celosamente bajo su almohada un libro de matemáticas. Ya presentaba un pensamiento racional y un cierto escepticismo. Buena prueba de ello es la reacción que tuvo cuando su abuela le advirtió que si cosía en Sabbath el cielo se desplomaría. Lise no podía creerlo y decidió hacer la prueba. Clavó la aguja en el bordado mientras miraba el cielo con ansiedad y viendo que tal y como imaginaba no había ninguna manifestación divina, siguió con su labor complacida. A partir de entonces bordaría en sábado durante toda su vida.
Lise recibió el Jahres Zeugnis, o certificado conforme había completado sus estudios en la MädchenBürgerschule, el 15 de Julio de 1892. Había aprendido aritmética básica (no álgebra), un poco de historia, geografía, ciencia, dibujo, canto, “labores femeninas”, francés y gimnasia. Las calificaciones fueron buenas y su comportamiento apropiado, sin embargo su actividad fue calificada simplemente como satisfactoria. Para Lise, la escuela no resultaba estimulante, no suponía un reto. Firmada en la parte inferior de su Jahres Zeugnis se encontraba la línea: «vom weiteren Schulbesuch befreit» (liberada de más escolarización).
Sus opciones intelectuales eran mínimas. Hasta finales del siglo XIX las mujeres estaban excluidas por ley de las universidades austriacas, y, por el mismo criterio, de las rigurosas escuelas de secundaria que preparaban para el Matura o examen de ingreso a la universidad. La escolarización pública, en el caso de las mujeres, finalizaba a los catorce años. El único camino que tenía una chica joven de clase media para seguir estudiando era matricularse a un höhere Töchterschule privado. La única profesión a la que podía aspirar y que no requería formación universitaria, era enseñar una materia no reglada. Lise eligió el francés, aunque no existe prueba alguna de que sintiese un interés especial en esta lengua. Esta formación era un seguro vital que le había prometido a su padre. Pero la mayor parte de su tiempo lo destinaba al cuidado de su hermano favorito Walter. Para ayudarle a pagar las lecciones avanzadas de música hacía de tutora de chicas más jóvenes. Asimismo, fue voluntaria en organizaciones de socorro y en escuelas para pobres. Lise siempre experimentaría una sensación de pérdida por no haber contado con una formación intelectual regular como la que tenían los chicos.
En Austria, hacia finales del siglo XIX, la resistencia a la escolarización universitaria de las mujeres empezó a disminuir gracias a la perseverancia de colectivos de mujeres que pidieron de forma regular una mejor educación secundaria. En 1897 el Gobierno austríaco concedía el acceso de las mujeres a las facultades de filosofía (letras y ciencias) y unos años más tarde, a las de medicina. La necesidad de mujeres universitarias preparadas para ser profesoras, hizo que las universidades se vieran obligadas a admitir mujeres de forma inmediata, incluso sin la asistencia y preparación en un gymnasium. Discriminación positiva que tanto Lise como sus hermanas pudieron aprovechar.
Su hermana Gisela fue quien se estrenó. Superó el Matura tras dos años de lecciones privadas e ingresó en la escuela médica en 1900. Durante ese tiempo, Lise completó su formación como maestra y en 1899 inició su preparación para superar el Matura junto a otras dos jóvenes. Comprimieron los ocho años que se precisaban en la escuela en dos. Lise se dedicó en cuerpo y alma al estudio, era una oportunidad demasiado deseada para desperdiciarla. El tutor de física y matemáticas del grupo fue el primero de los profesores que marcaron a Lise, su primer verdadero maestro. Arthur Szarvassy, era un joven físico que acababa de terminar su doctorado en la Universidad de Viena.
Lise obtuvo el Matura en julio de 1901 en el Akademisches Gymnasium, una distinguida escuela para chicos en Beethovenplatz. Las condiciones en las que se desarrolló el examen como Externisten (estudiante externo) fueron muy duras y de catorce alumnos que se presentaron, sólo aprobaron cuatro. Tres fueron las estudiantes del Dr. Szarvassy y la cuarta fue Henriette Boltzmann, cuyo padre tendría la máxima influencia formativa en la vida de Lise, su gran profesor.
Lise entró en la Universidad de Viena en octubre de 1901. Sentía que finalmente había encontrado su sitio y estaba dispuesta a recuperar el tiempo perdido. Por aquel entonces el Instituto de Física se erigía en lo que había sido una pequeña casa de apartamentos, y sus condiciones eran deplorables: «Muchas veces pensé, si un día ocurriese un incendio aquí, muy pocos de nosotros saldríamos vivos». Con todo, la enseñanza que se impartía y la investigación tenían una gran calidad.
El profesor del curso de física al que Lise asistió impartía la materia con una claridad excepcional. La asignatura, en un principio, había sido diseñada para estudiantes de farmacia, pero las dotes docentes del Profesor Franz Exner hacían que acudiesen a sus clases estudiantes de todas las disciplinas. Aunque sólo era profesor de los estudiantes de primer año, dirigió los laboratorios de física avanzada y supervisó a un gran número de doctorandos. Exner era amigo de Wilhelm Röntgen y había introducido la investigación de rayos X y sus aplicaciones médicas en Viena. También fue uno de los primeros en interesarse en la radiactividad.
En su segundo año de Universidad, inició sus estudios de física con fervor, matriculándose los primeros seis meses a mecánica analítica, electricidad y magnetismo, elasticidad e hidrodinámica, acústica, óptica, termodinámica y teoría cinética de gases, así como a física matemática cada semestre y a un curso de filosofía de la ciencia. Una selección de asignaturas muy común que contaría, no obstante, con un aspecto inusual que marcaría su carrera científica: todas las materias eran impartidas por un único profesor, el físico teórico Ludwig Boltzmann.
Ludwig Boltzmann
Boltzmann tenía cincuenta y ocho años de edad. Era un hombre corpulento, miope, con cabello castaño rizado y una barba rojiza. Alguien que despertaba el cariño y la admiración de sus estudiantes. Comenzó el curso de mecánica de 1902 con unas palabras que cautivaron a Lise, que siempre le recordaría. Les ofreció «todo lo que tengo: yo, mi entera forma de pensar y de sentir», y les pidió lo mismo: «su confianza, su cariño, su amor —en una palabra— lo máximo que tenéis la capacidad de entregar: vosotros mismos».
Boltzmann aceptaba mujeres como estudiantes oficiales ya que era totalmente contrario a la discriminación por género. En 1872, mucho antes de que las mujeres ingresaran en las universidades austríacas, conoció a Henriette von Aigentler, una aspirante a profesora de matemáticas y física en Graz, que deseaba asistir extraoficialmente a la Universidad. Al negársele ese permiso, Boltzmann le aconsejó que apelase, y lo hizo con éxito. Más tarde contrajeron matrimonio. Lise conoció a su esposa e hijas y siempre consideró que su vida familiar era armoniosa.
En esa época, Boltzmann había vuelto finalmente a la Universidad de Viena después de un periplo por las universidades de Graz, Munich y Leipzig. La Universidad le había mantenido el cargo abierto con la esperanza de su regreso. A su llegada solicitó el Curso de Filosofía de la Ciencia que había impartido su principal adversario, el defensor del positivismo científico Ernst Mach. Éste se había opuesto a la teoría cinética de los gases de Boltzmann, basada en el movimiento molecular, y había desestimado la existencia de los átomos. La sucesión, por tanto, encendió las hostilidades entre los teóricos atomistas y los seguidores de Mach.
En su vida académica era un profesor modélico. Era proverbial el gran esmero con que preparaba todas sus clases e intervenciones. Para él la acogida entusiasta de sus jóvenes alumnos era fundamental y contribuía de forma determinante en su entrega en la actividad docente.
Ludwig Boltzmann
Su relación con los estudiantes era muy personal…No se limitaba únicamente a evaluar sus conocimientos en física, sino que trataba de entender su carácter. Los pocos estudiantes que participaron en el Seminario avanzado fueron invitados a su casa de vez en cuando. Las formalidades no significaban nada para él y no presentaba inhibición alguna para mostrar su entusiasmo cuando hablaba, y esto, naturalmente, arrastraba a sus oyentes. Le gustaba introducir observaciones de carácter completamente personal en sus conferencias. Recuerdo especialmente cómo nos explicó la dificultad y oposición que había encontrado al describir la teoría cinética de los gases.. Estaba convencido de la existencia real de los átomos y había sido atacado desde el lado filosófico sin entender nunca lo que los filósofos sostenían en su contra. … Recuerdo cómo se quejaba amargamente de la gran extensión de la materia de física y de la sobreespecialización resultante. Afirmó categóricamente que Helmholtz [Hermann] fue el último físico que había podido tener una visión global de todo el tema.
Lise Meitner
Pero la voluntad de Boltzmann de comunicar la ciencia a los demás no se limitaba a su tarea académica. También contaba con un gran talento para la divulgación. Una buena prueba de ello son sus Escritos Populares. Uno de los más genuinos, El viaje de un Profesor alemán a Eldorado, cuenta de forma distendida y personal el último de sus viajes (en 1905). En este escrito se refleja la gran importancia que daba a sus intervenciones públicas. Con el fin de que su primera clase fuese exitosa se declaró enfermo y pospuso el curso un par de días. De esta manera consiguió recuperarse del largo viaje y adaptarse mejor al inglés.
El problema de Boltzmann era su delicada salud. Padecía varias patologías siendo la más grave y la que finalmente acabó con su vida, una depresión que incluyó varios intentos de suicidio. Sus alumnos eran conscientes de su enfermedad que achacaban a la disputa sobre la existencia de los átomos. Si bien los científicos jóvenes apostaban por su teoría, existía una fuerte resistencia a aceptarla por parte de los físicos más veteranos. Sin embargo, la causa de la dolencia de Boltzmann era más profunda y todo apunta a que padecía un trastorno maníaco-depresivo unido a una personalidad extremadamente sensible.
[él] puede haberse sentido herido por muchas cosas que otra persona más fuerte difícilmente hubiese notado. … Creo que fue un maestro tan poderoso sólo por su humanidad fuera de lo común
Lise Meitner
Pero a pesar de sus muchas tensiones psicológicas, con su espíritu e intelecto, creó una comunidad a la que Lise perteneció completamente.
Nunca exhibió su superioridad. Cualquiera era libre de hacerle preguntas e incluso de criticarle. La conversación se desarrollaba tranquilamente y el estudiante era tratado como un igual. Sólo más tarde uno se daba cuenta de lo mucho que había aprendido de él. No medía a los demás con la vara de su propia grandeza. También juzgaba con benevolencia logros más modestos, en tanto que le diesen pruebas de un esfuerzo serio y honesto.
Fritz Hasenörhl
Acabada la carrera en el verano de 1905, Lise comenzó su investigación doctoral, que en las universidades austríacas y alemanas acostumbraba a realizarse en unos meses. Para adquirir más experiencia de laboratorio, se decantó por un proyecto dirigido por Franz Exner y su ayudante, Hans Benndorf, quienes elogiaron la complejidad de su investigación y su habilidad experimental. Su tesis doctoral, «Prueba de una fórmula de Maxwell,» fue publicada bajo el título «Conducción del Calor en Sólidos No Homogéneos» en los anales del Instituto de Física de Viena.La influencia de Exner, sin embargo, parece escasa apareciendo únicamente de forma fortuita en sus memorias. Es muy probable que la personalidad de Boltzmann hubiese eclipsado a todos los demás. Tanto Exner como Boltzmann tomaron parte en los exámenes orales que pasó en diciembre de 1905, su Rigorosen, con la calificación de summa cum laude. Obtuvo su doctorado el 1 de febrero de 1906.
En ese momento el curso estaba a la mitad y Lise aún no había tomado ninguna decisión sobre su futuro inmediato. Afortunadamente, el físico teórico Paul Ehrenfest, que había realizado su doctorado bajo la tutela de Boltzmann unos años antes, impresionado por los detallados apuntes que había tomado Lise de todas las lecciones de éste, le sugirió que trabajasen juntos en el estudio de la dinámica analítica. La doctora pudo disfrutar de nuevo de un profesor con tanto talento para la enseñanza como Boltzmann. «Fue un profesor excelente y estimulante. Estoy segura que trabajar con él ha sido de gran ayuda para mi desarrollo científico». Meitner era aún muy tímida y el encanto y sociabilidad de Ehrenfest a veces la descolocaban. «Debo confesar, que a veces, me sentía incómoda por su inclinación a tratar temas personales».
Paul Ehrenfest
Ehrenfest también le habló de un experimento de óptica que el físico británico Lord Rayleigh no había podido explicar. Meitner no sólo lo interpretó sino que predijo y demostró experimentalmente algunas de sus consecuencias. Describió su estudio en el informe «Algunas Conclusiones Derivadas de la Fórmula de Reflexión de Fresnel». Esta investigación la convenció de que era capaz de realizar un trabajo científico independiente.
Mientras participaba en el estudio de la óptica, decidió aprender los procedimientos experimentales que se utilizaban en el nuevo campo de la radiactividad. Había asistido a un seminario avanzado de Egon von Schweidler sobre el tema, el año anterior, y había despertado su interés. Para instruirse contactó con Stefan Meyer, un ayudante en el Instituto de Boltzmann que, a pesar de su juventud, era bastante bien conocido en este campo. En junio completó su investigación, introduciendo varias sustancias radiactivas nuevas y un nuevo instrumento, el electroscopio de hojas. Hay que tener en cuenta que por aquel entonces se creía que cada nueva sustancia radiactiva era un nuevo elemento dado que la existencia de isótopos no fue aceptada plenamente hasta alrededor de 1913.
Stefan Meyer
El verano de 1906, fue el momento de evaluar su futuro. El hecho de haberse convertido en la Dra. Lise Meitner no le garantizaba un porvenir mejor del que tenía a los 14 años. Como la segunda mujer que había obtenido un doctorado en física por la Universidad, sabía que no había ninguna perspectiva para una mujer de trabajar como científica. En Austria aún no había Assistent femeninas, la primera posición en el escalafón académico; no existían colegios para mujeres como los de América con posiciones para unas pocas mujeres científicas, y no había grandes probabilidades de trabajar en la industria.
Una posible oportunidad era trabajar en el laboratorio de Marie Curie pero su solicitud fue rechazada por falta de plazas disponibles. Lise no se tomó demasiado bien la negativa y creyó que se debía a que la señora Curie no quería a alguien que pudiese competir en talento con su hija Irene. Así que parecía que debería seguir otra vez los consejos de su padre y obtener las credenciales necesarias para ganarse la vida. Se inscribió para practicar la docencia en una escuela de niñas pero la enseñanza no satisfizo su vocación. Grandes, tal vez insuperables, obstáculos se interponían en el camino de una mujer en la ciencia. Lise percibía que no había ningún camino a seguir.
El 5 de septiembre de 1906 la comunidad científica se conmocionó. Ludwig Boltzmann había puesto fin a su vida. En un homenaje a su amigo y adversario científico, Wilhelm Ostwald describió a Boltzmann como una víctima de los inmensos sacrificios de salud y fuerza que se exigen a los que luchan por la verdad científica. Lise era más realista y atribuyó su suicidio a la «inestabilidad mental» que padecía. La tragedia le marcó profundamente y le llevó a tomar una determinación: continuaría su carrera científica a pesar de las dificultades/obstáculos. No abandonaría la física, siempre estaría viva la chispa que Boltzmann había encendido en ella.
Fue de algún modo ‘un alma pura’, llena de bondad, idealismo y reverencia por la maravilla del orden natural de las cosas.
En otoño simultaneó su actividad como docente en la escuela femenina con su trabajo como investigadora junto a Stefan Meyer, que asumió temporalmente el Instituto de Boltzmann. A finales de año, Meitner experimentó sobre la interacción de las partículas alfa con la materia. Descubrió que la dispersión aumenta con la masa atómica de los átomos de los metales. En unos pocos años, la dispersión alfa llevaría a Rutherford a formular el modelo del átomo nuclear. Presentó su informe a la Physikalische Zeitschrift el 29 de junio de 1907.
A finales de año, Lise volvió a estar ante una decisión importante. En Viena, su futuro parecía no tener otra opción que la enseñanza. Así que, con el coraje que le habían dado las tres investigaciones que había completado trabajando de forma independiente, decidió proseguir su carrera en Berlín. La Universidad Federico Guillermo era una de las más punteras de Europa. Era un mundo de hombres y los inicios fueron complicados, pero su entusiasmo y persistencia hicieron que se acabase convirtiendo en una figura de primer nivel en el campo de la Física Nuclear.
De Boltzmann, Lise Meitner aprendió que la física es un compromiso apasionado del intelecto, esfuerzo, e integridad. En palabras de su sobrino Otto Robert Frisch «Boltzmann le mostró la física como una batalla por la verdad última, una visión que nunca perdió».
BIBLIOGRAFÍA:
L.E. Boltzmann. El cientifico que se adelanto a su tiempo, el hombre que lo vivió intensamente, Joaquín Sánchez Guillén
En esta entrada he reunido las conferencias y videos divulgativos de Brian Cox que me parecen más interesantes para que podáis pasar un rato entretenido. Todos ellos tienen la virtud de explicar la Física de forma amena y atractiva.
EN BUSCA DE GIGANTES – LOS LADRILLOS DE LA MATERIA (sub. castellano)
Brian Cox nos guía a través de los hallazgos más importantes de la física de partículas en la búsqueda de los bloques fundamentales del universo.
THE UNIVERSE (inglés)
En esta lección, Brian Cox habla sobre los primeros instantes del Universo y la creación del mismo. También trata temas tan interesantes como la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad.
EL LHC DEL CERN. TED 2008 (sub. castellano)
En esta charla, Brian Cox comenta su labor profesional y científica en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, al tiempo que expone los aspectos más importantes del proyecto.
THE BIG BANG MACHINE (sub. castellano)
En este documental de la BBC se hace una explicación detallada del Gran Colisionador de Hadrones, GCH (en inglés Large Hadron Collider, LHC). Se muestran tanto los aspectos técnicos relativos a su construcción como los objetivos científicos.
BRIAN COX BUILDS A CLOUD CHAMBER – WONDERS OF LIFE – BBC Two (inglés)
En este capítulo, Brian Cox construye una cámara de niebla (artículo de Mario Herrero), que es un detector de partículas de radiación ionizante.
A NIGHT WITH THE STARS (sub. castellano)
Un show televisivo científico en el que se tratan algunos de los principales conceptos de la física cuántica, en el aula de lectura de la Royal Intitution de Gran Bretaña. En la audiencia hay rostros famosos, científicos y un público entregado. Un acercamiento entretenido de la Física a la sociedad.
Su explicación sobre el Principio de Exclusión de Pauli ha suscitado polémica. Me gustaría conocer vuestra opinión.
Un lector de Los Mundos de Brana, Second Spin, ha tenido la amabilidad de facilitarnos estos dos vídeos en los que trata de aclarar qué quiso decir:
¿POR QUÉ NECESITAMOS LOS EXPLORADORES? TED 2010 (sub. castellano)
En tiempos económicos adversos los programas de exploración científica son lo primero que sufre recortes presupuestarios. Brian Cox resalta el papel de la ciencia como motor de innovación y generador de una profunda apreciación por nuestra existencia.
BRIAN COX EXPLAINS HIGGS BOSON GOD PARTICLE, SUB-ATOMIC PHYSICS/QUANTUM MECHANICS. (inglés)
Una explicación sobre el famoso bosón de Higgs, las partículas subatómicas y la mecánica cuántica.
PRIMERA ESCENA: OFICINA CENTRAL DEL CONSEJO SUPERIOR DE SUPERHÉROES. DESPACHO DEL DIRECTOR GENERAL
El DIRECTOR GENERAL está sentado en su despacho con un ataque de productividad moviendo unos papeles de un lado a otro de la mesa.
INSPECTORA DE ASUNTOS INTERNOS: Toc, toc
DIRECTOR GENERAL: Adelante.
INSPECTORA: Me han dicho que quería verme
DIRECTOR GENERAL: Sí, es sobre la revocación de licencia de superhéroe de Radiactivo Man. Desde que usted ocupa el cargo se han anulado muchas licencias y ya ha habido quejas de algún alto cargo.
INSPECTORA: El anterior inspector Iker Milenius había concedido tantas que empezaba a ser complicado encontrar un solo humano sin superpoderes. Todas ellas presentaban irregularidades.
DIRECTOR GENERAL: Puede que esté siendo demasiado estricta. Además, ponerse en contra de Radiactivo Man puede ser peligroso.
INSPECTORA: ¿Peligroso? ¿Por los poderes que le digo que no tiene?
DIRECTOR GENERAL: Él asegura que es radiactivo.
INSPECTORA: Por supuesto que es radiactivo. Y yo también.
DIRECTOR GENERAL: ¿Usted tiene superpoderes?
INSPECTORA: Podría parecerlo puesto que aún conservo el cargo con tantos amigos como me estoy haciendo, pero no. Usted también es radiactivo.
DIRECTOR GENERAL: ¿Yo?
INSPECTORA: Sí, usted, pero tampoco tiene superpoderes. Lo siento.
DIRECTOR GENERAL: ¿El qué?
INSPECTORA: Que no tenga superpoderes, igual le hacía gracia… En cualquier caso, creo que para explicarle porqué hemos revocado la licencia de Radiactivo Man es imprescindible que le recuerde algunos aspectos básicos sobre la radiactividad.
DIRECTOR GENERAL: Me parece bien, no veo demasiado claro esto de que soy radiactivo. A ver si va a resultar que brillo en la oscuridad y he hecho el tonto comprándome una lamparita para la mesita de noche.
INSPECTORA: Vayamos a la sala de reuniones y le iluminaré con mi sabiduría.
La INSPECTORA y el DIRECTOR GENERAL acondicionando mínimamente la sala de reuniones del edificio para su sesión formativa.
INSPECTORA: Bueno, si le parece repasaremos que es la radiactividad, cómo se cuantifica y, finalmente, los tipos de radiación a las que estamos expuestos.
La radiactividad puede definirse como la emisión espontánea de partículas o radiación electromagnética de alta energía por parte de núcleos atómicos inestables con el fin de aumentar su estabilidad. En la desintegración radiactiva los núcleos atómicos realizan la transición desde un estado energético inicial a un estado final de menor energía.
DIRECTOR GENERAL: ¿A qué se debe la inestabilidad del núcleo?
INSPECTORA: Principalmente a dos causas:
En primer lugar, a un balance inadecuado entre el número de protones (número atómico, Z) y el de neutrones (número neutrónico N) del núcleo, que impide mantener el equilibrio dinámico entre la repulsión electrostática que experimentan los protones y la fuerza nuclear atractiva entre nucleones (protones y neutrones). Un elemento químico, definido por su número atómico, puede tener isótopos (átomos con el mismo Z y diferente N) estables e isótopos radiactivos.
La fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos a los protones y neutrones actúa sobre las partículas que los componen, los quarks. La interacción entre quarks se realiza a través de las partículas llamadas gluones.
DIRECTOR GENERAL: ¿Y la otra causa de inestabilidad nuclear?
INSPECTORA: El núcleo también es inestable cuando se encuentra en un estado excitado y pasa a su estado fundamental o a un estado excitado de menor energía emitiendo rayos gamma.
DIRECTOR GENERAL: ¿Mmm…el núcleo está “excitado”?
INSPECTORA: Sí, puede encontrarse en un estado más energético por diversas causas, por ejemplo por una reacción nuclear. ¡No sonría! Qué tiene ¿dos años?
Sigamos…
En una desintegración radiactiva, se denomina padre o precursor al nucleido radiactivo inicial e hijo o descendienteal nucleido residual. El caso más simple es aquél en que el hijo es estable. Si el hijo es a su vez radiactivo o si varias generaciones de nucleidos hijos son radiactivos, se dice que se trata de una cadena de desintegración radiactiva.
DIRECTOR GENERAL: ¿Qué tipos de radiación producen las desintegraciones radiactivas?
INSPECTORA: Radiación alfa, beta y gamma.
La radiación alfa está formada por partículas pesadas constituidas por dos protones y dos neutrones (núcleos de Helio-4) emitidas por la desintegración de átomos con un elevado número de nucleones (número másico, A). Debido a su masa, cuentan con un poder de penetración muy pequeño: no pueden recorrer más que un par de centímetros en el aire, y no son capaces de atravesar una hoja de papel, ni la epidermis. Por el contrario, el hecho de que transmitan toda la energía en un recorrido tan corto hace que su incorporación en el cuerpo proporcione una elevada dosis interna al liberar toda su energía a las células circundantes.
La radiación beta está compuesta por electrones y positrones, lo que le confiere un mayor poder de penetración. Aún así, se detiene en algunos metros de aire o unos centímetros de agua, y es frenada por una lámina de aluminio o el tejido subcutáneo. Puede dañar la piel desnuda. En el interior del cuerpo, las partículas emisoras de beta, irradian los tejidos internos.
La radiación gamma es de carácter electromagnético y se situa en la parte más energètica del espectro. Cuenta con un poder de penetración considerable. En el aire llega muy lejos, y para detenerla se hace preciso utilizar barreras de materiales densos, como el plomo o el hormigón.
Desde el momento en el que la radiación gamma entra en una sustancia, su intensidad empieza a disminuir de forma exponencial con la distancia debido a su interacción con los átomos del medio.
Pulsa sobre la imagen para ver el espectro con mayor detalle.
Estos tres tipos de radiaciones se conocen también como radiaciones ionizantes porque tienen suficiente energía como para ionizar un átomo (arrancarle un electrón) de forma directa o indirecta. Otras dos radiaciones que también pertenecen a este grupo son:
Los rayos X, también de naturaleza electromagnètica, que se producen en un tubo de vacío a partir de un material que no tiene radiactividad propia. Su activación y desactivación, tiene un control fácil e inmediato.
La radiación de neutrones que se genera en las reacciones nucleares. Los neutrones tienen mayor capacidad de penetración que los rayos gamma, y sólo puede detenerlos una gruesa barrera de hormigón, agua o parafina.
Las reacciones nucleares consisten en el bombardeo de un núcleo blanco con partículas ligeras obteniéndose un núcleo residual radiactivo y otras partículas ligeras emergentes.
INSPECTORA: Para resumir lo dicho hasta ahora veámos este vídeo
DIRECTOR GENERAL: ¿A parte del tipo de desintegraciones que experimentan, qué otros parámetros se necesitan para caracterizar las fuentes radiactivas?
INSPECTORA: Se deben conocer dos parámetros fundamentales: la actividad y el periodo de semidesintegración.
La actividad se define como el número de transformaciones nucleares por unidad de tiempo y es proporcional a la cantidad de sustancia radiactiva existente. Su unidad de medida es el Bequerelio: Bq = nº de desintegraciones/s.
El periodo de semidesintegración T1/2, es el tiempo que tarda una cantidad inicial de radionucleido en reducirse a la mitad, o, lo que es equivalente, el tiempo que ha de transcurrir para que la actividad de la muestra decaiga a la mitad. Puede tener valores muy distintos de uno a otro nucleido.
DIRECTOR GENERAL: ¿Cómo podemos saber si nos hemos irradiado mucho o poco?
INSPECTORA: Ahora lo veremos. Es importante establecer magnitudes y unidades que nos permitan cuantificar la radiación. Calificaciones como “el triple”, “diez veces más” o “mucha”, que aparecen en algunos medios, no aportan ningún tipo de información y generan desconcierto y pánico.
Para estudiar las acciones de la radiación sobre un objeto sometido a ella, se define la magnitud dosis absorbida, que es la energía que transfiere la radiación a la unidad de masa del material irradiado. La unidad de dosis absorbida en el sistema SI es el gray (J/kg), cuyo símbolo es Gy.
Sin embargo, esta primera magnitud no nos aporta suficiente información sobre los efectos biológicos de las radiaciones ya que éstos no dependen únicamente de la dosis absorbida, sino del tipo de radiación empleado. Es decir, dosis absorbidas iguales de dos radiaciones diferentes producen unos efectos biológicos distintos. Para tener en cuenta esto, se define una nueva magnitud, la dosis equivalente, que es el producto de la dosis absorbida por un factor de ponderación para cada tipo de radiación. Este factor es 1 para las radiaciones X, gamma y beta; entre 5 y 20 para los neutrones, 5 para los protones, y 20 para la radiación alfa y otras partículas con varias cargas. La unidad de dosis equivalente en el sistema SI es el sievert, cuyo símbolo es Sv.
Al referirse a los efectos de la radiación sobre un organismo vivo hay que considerar también la diferente radiosensibilidad de los órganos y tejidos que la reciben. La dosis efectiva expresa el riesgo global que las radiaciones ocasionan en el organismo debido a una dosis de radiación del cuerpo entero y es independiente de si la totalidad del organismo se ha irradiado en forma uniforme o, por el contrario, no ha existido tal uniformidad. Esta dosis es la suma ponderada de las dosis equivalentes recibidas por cada uno de los tejidos, según adecuados factores de ponderación. Se mide en Sv.
Finalmente, en el caso de que se produzca la incorporación de una cantidad concreta de radionucleido en el organismo hablaremos de dosis comprometida, siendo ésta la dosis efectiva que recibirá una persona durante los próximos 50 años (70 años en el caso de los niños) a consecuencia de dicha incorporación.
DIRECTOR GENERAL: ¿Y qué niveles son los “normales”?
INSPECTORA: Las radiaciones ionizantes forman parte de nuestra vida cotidiana. Pueden ser de origen natural o artificial. Contrariamente a lo que mucha gente piensa, la radiación artificial causada por intervención humana, representa únicamente un 15% de la radiación total a la que estamos expuestos. El otro 85% proviene de causas naturales y escapa a nuestro control.
El hombre produce y utiliza radiaciones ionizantes para numerosas aplicaciones médicas e industriales. La radiación artificial es fruto de estas actividades humanas. Se pueden obtener núcleos radiactivos artificialmente mediante reacciones nucleares.
La radiación natural tiene tres orígenes principales: los rayos cósmicos, los elementos radiactivos de la corteza terrestre, y los radioisótopos que absorbemos al respirar o alimentarnos. Representa una dosis media de 2.4 mSv anuales, si bien hay lugares donde puede ascender a 10 mSv. Estos valores nos indican que, a pesar de que las radiaciones son perjudiciales, existe una cierta tolerancia.
La radiación cósmica primaria es aquella que se origina en el espacio exterior y está constituida por protones y partículas alfa de energía muy elevada. Al pasar a través de la atmósfera interactúa con elementos presentes en ésta, originando radiación gamma, electrones, neutrones, mesones y otras partículas energéticas, cuyo conjunto constituye lo que se conoce con el nombre de radiación cósmica secundaria. La dosis debida a los rayos cósmicos depende la latitud (mayores dosis en los polos que en el ecuador) y la altitud (mayores dosis en las montañas que a nivel del mar). La dosis media que una persona recibe al año por esta radiación oscila entre 0,2 y 0,3 mSv. Si bien, una persona que viaje habitualmente en avión realizando vuelos transoceánicos estará más expuesta a estos rayos, ya que su cuantía aumenta con la altura (10 mSv. a 15 Km. de altitud).
Los elementos radiactivos naturales se encuentran distribuidos en forma bastante uniforme en las rocas y suelos de la corteza terrestre. La mayor parte de esta radiactividad proviene de las series radiactivas naturales formadas por los radionucleidos presentes en la formación de la tierra con un periodo de semidesintegración comparable con la edad de la misma y sus descendientes. Existen cuatro familias radiactivas naturales: las series del torio, uranio-radio, uranio-actinio y neptunio. El análisis del contenido de elementos que son productos de una cadena radiactiva natural, efectuado sobre muestras terrestres, permite establecer interesantes métodos para la estimación de la edad de la Tierra.
Además de los radionucleidos de las cuatro series radiactivas naturales también existen un cierto número de isótopos radiactivos naturales que no dan lugar a cadenas de desintegración.
Del total de radiación natural que recibimos, el 12% es radiactividad interna. Esta radiación proviene de las sustancias radiactivas presentes en los alimentos, en el agua y en el aire, las cuales, al ser ingeridas o inhaladas, se absorben en los tejidos vivos. Los principales isótopos radiactivos que contiene el cuerpo humano son el potasio-40, el carbono-14 y el tritio, pero también pueden encontrarse cantidades menores de algunos elementos pesados como el radio, el plomo o el uranio.
La fuente más importante de irradiación interna la constituye la inhalación del gas radón que se produce en las desintegraciones radiactivas del uranio y del torio y es a su vez inestable, transformándose en una partícula alfa y un núcleo de polonio. Si el radón es respirado y no se desintegra, puede volver a salir junto con el aire expirado. Pero si se desintegra mientras se encuentra en los pulmones, el núcleo de polonio radiactivo, puede quedarse adherido al tejido pulmonar y desde ahí continuar emitiendo radiación.
Pulsar sobre la imagen para poder verla con mayor detalle.
Es decir, que tal y cómo le dije, todos nosotros tenemos material radiactivo en nuestro interior y no somos especiales por ello ni vamos con una capa creyéndonos superhéroes. De hecho, Radiactivo Man ha sido sometido a controles minuciosos de radiación externa y contaminación superficial e interna, con los detectores de dosis apropiados y se han obtenido resultados negativos.
DIRECTOR GENERAL: Aunque no sea más radiactivo que nosotros ¿los valores elevados de dosis a los que dice que fue expuesto no pueden haberle dado superpoderes?
INSPECTORA: No. De todos los efectos asociados a la exposición a radiaciones ionizantes ninguno es tener superpoderes. De hecho, el señor Tsutomu Yamaguchi, sobrevivió a las bombas de Hiroshima y Nagasaki y le aseguro que no se compró un traje rojo con capa ni se apuntó la liga de la justicia o donde se suponga que está apuntado Radiactivo Man.
DIRECTOR GENERAL: ¿Que el señor Yamaguchi estuvo en las dos explosiones?
INSPECTORA: Sí. De hecho, oficialmente, es el único superviviente de ambas bombas a pesar de que se estima que hubo unos 160 más. Él era de Nagasaki y figuraba en la lista de los afectados de allí, pero en 2009 el gobierno japonés reconoció que también había sobrevivido a la de Hiroshima, donde se encontraba de viaje de negocios el 6 de agosto de 1945. En los dos casos se encontraba a tres kilómetros del hipocentro. En la última etapa de su vida manifestó los efectos tardíos de su exposición a las detonaciones. Sufrió leucémia y a los 93 años, murió de càncer de estómago.
DIRECTOR GENERAL:¿Qué es eso de efectos tardíos, qué efectos biológicos produce la radiación?
El estudio de la radiobiología es complejo. La interacción de la radiación con la materia viva puede producir cambios moleculares celulares o muerte celular. En general, estos cambios moleculares pueden repararse, y en caso de ser así, el efecto de la irradiación es nulo. En el caso de no producirse la reparación, aparecerá una alteración en el funcionalismo o en la estructura celular y se producirá un daño celular. Atendiendo a la naturaleza del daño producido por la radiación en las células, clasificamos los efectos biológicos en estocásticos y deterministas.
Los efectos deterministas aparecen a partir de una dosis umbral, por debajo de la cual no se producen. Por encima de la dosis umbral, un número muy importante de células muere o deja de dividirse. Esta pérdida supone una lesión morfológica y funcional para un tejido. Pueden ser precoces o tardíos y la gravedad depende de la dosis recibida.
Los efectos estocástcios o probabilísticos, por el contrario, no tienen dosis umbral y su gravedad es independiente de la dosis. En cambio, el riesgo o probabilidad de que se produzcan sí que depende de ésta. Tienen un periodo de latencia largo ya que son fruto de transformaciones celulares y los pueden sufrir tanto las personas irradiadas como sus descendientes.
El modelo que mide los efectos estocásticos en función de las dosis recibidas, de forma conservadora, se ha extrapolado a partir de los datos obtenidos de exposiciones a dosis elevadas (supervivientes de Hiroshima y Nagasaki, pacientes de radioterapia, etc…). Por ello, existen radiobiólogos que no creen que dicho modelo sea aplicable en el caso de dosis muy bajas (del orden de 0.2 Sv) y apuestan por la existencia de una dosis umbral, por debajo de la cual, no se producirían efectos para la salud.
Finalmente, apuntar que en el caso de querer comparar los efectos letales producidos por diferentes niveles de dosis es muy útil emplear el concepto de dosis letal porcentual en función del tiempo, con una notación de la forma DL50/60. Representa la dosis necesaria para producir la muerte al 50% de la población expuesta al cabo de 60 días. La DL50/60 está en el orden de los 3-5 Gy para el hombre (irradiación de cuerpo entero), en ausencia de cuidados médicos especiales.
DIRECTOR GENERAL: Entonces eso de que pueda aumentar la fortaleza y…
INSPECTORA: Es una tontería. El único efecto biológico positivo, que aún no cuenta con datos concluyentes y está bajo estudio, es la hormesis que estimula algunas funciones celulares favoreciendo la reparación de los daños causados por una radiación anterior, disminuyendo sus consecuencias. Pero no da poderes especiales a la célula, que le veo yo venir…
DIRECTOR GENERAL: Bien, de acuerdo. Aprovechando que tenemos esta sesión formativa y por si el Sr. Radiactivo se persona en mi despacho, ¿podría explicarme a qué radiaciones se expuso en el caso de haber sobrevivido a una bomba atómica?
INSPECTORA: Por supuesto. Pero antes, si hablamos de bombas atómicas, es necesario recordar, a grandes rasgos, el significado de dos términos: fisión y activación.
La fisión nuclear es una reacción en la cual un núcleo pesado, bombardeado con neutrones, se convierte en inestable y se descompone en dos núcleos de tamaño parecido, liberando cierto número de neutrones (en general, dos o tres). Es una reacción altamente exoenergética.
Estos neutrones, a su vez, pueden ocasionar más fisiones al interaccionar con nuevos núcleos que emitirán nuevos neutrones y así sucesivamente. Este efecto multiplicador se conoce con el nombre de reacción en cadena y puede ser controlado (energía nuclear) o incontrolado (armas nucleares).
La activación es un mecanismo por el cual un átomo que no es radiactivo se convierte en otro que lo es mediante el bombardeo con neutrones o partículas cargadas. La activación por rayos gamma solo se da cuando estos tienen mucha energia.
Bomba de Hiroshima. El poder destructivo de una bomba está relacionado directamente con la energía que se libera durante la explosión. El poder explosivo de una bomba nuclear, llamado rendimiento, se expresa mediante la comparación con el poder destructivo del TNT, y así se habla de bombas de un kilotón (un kt) si la energía liberada es la misma que se produce al detonar 1 000 toneladas de TNT. Si el rendimiento es de 1 000 kt, se trata de una bomba de un megatón (un Mt). TNT: trinitrotolueno
Las reacciones nucleares que ocurren durante la explosión de una bomba atómica producen radiaciones ionizantes. Algunas son emitidas de inmediato y otras, tiempo después de la detonación.
Los únicos productos de las reacciones nucleares que escapan fuera del material que forma la bomba tan pronto explota, son los rayos gamma y los neutrones.
En el caso de una bomba de alto rendimiento (megatones), la zona de dosis letal se sitúa dentro de la región devastada por el calor y la presión, por lo que la radiación inmediata no contribuye con nuevas víctimas. Para bombas pequeñas (pocos kilotones), la zona de dosis superior a los 4 Gy coincide con la zona donde los efectos de la onda de choque y del calor son causa probable de muerte.
La lluvia radiactiva es la caída sobre la superficie terrestre del material radiactivo producido por la bomba atómica. Tras la detonación, los núcleos radiactivos resultantes permanecen localizados en la zona que ocupaba la bomba y son vaporizados por la alta temperatura de la bola de fuego. Los neutrones liberados escapan a gran velocidad y activan materiales sobre la superficie que, a partir de ese momento, empiezan a emitir radiación espontáneamente. Gran parte del material situado cerca del hipocentro de la explosión (para una detonación de baja altura) es aspirado por la corriente de aire ascendente creada por la bola de fuego y sube a la atmósfera a través del tallo del hongo nuclear. Este material radiactivo regresará a la superficie terrestre. El tiempo que tarde en hacerlo dependerá del tamaño de la partícula a la cual se ha incorporado. Las partículas grandes —de algunos milímetros— ascienden hasta la baja atmósfera y caen en uno o dos meses arrastradas principalmente por la lluvia y la nieve mientras que el polvo más fino —de milésimas de milímetro— logra llegar a la alta atmósfera, y puede tardar en regresar a la superficie entre uno y tres años. El lugar de la superficie en el que cae la lluvia radiactiva viene determinado por los vientos y la circulación del aire entre las capas atmosféricas.
La lluvia radiactiva origina altos niveles de radiación que disminuyen de forma proporcional al tiempo transcurrido. El principal riesgo biológico lo constituyen los rayos gamma emitidos por el material activado ya que las partículas alfa y beta emitidas son poco penetrantes y el grosor de la ropa o la piel las detiene. Sólo causarían quemaduras si se depositaran directamente sobre la piel. Un riesgo especial lo constituye la incorporación de núcleos radiactivos a la cadena alimentaria, ya sea a través de la comida ingerida por los animales o en forma directa por el ser humano. En este caso, la radiación poco penetrante libera toda la energía en una pequeña región del organismo y el riesgo de enfermedades genéticas y de cáncer es muy alto, incluso para dosis pequeñas de radiación.
DIRECTOR GENERAL: Vaya, visto así parece que todo el mundo recibe dosis muy elevadas
INSPECTORA: No es así, depende del lugar en el que se esté. Si nos fijamos en el caso de Hiroshima, los cánceres atribuibles a la exposición a radiaciones ionizantes son muy superiores para aquellos que se encontraban cerca del hipocentro que para los que estaban más alejados y recibieron dosis inferiores. El aumento de incidencia de cánceres en estos últimos es tan pequeño que podría asociarse a otras causas.
DIRECTOR GENERAL: Bueno, creo que ahora ya tengo instrumentos como para argumentar ante la comisión la decisión que ha tomado.
INSPECTORA: Las justificaciones estaban desarrolladas punto por punto en el documento que le entregué y que por lo que veo, se leyó a conciencia.
DIRECTOR GENERAL: Le dediqué el tiempo que estimé conveniente. Buenas tardes.
TERCERA ESCENA: DESPACHO DE LA INSPECTORA DE ASUNTOS INTERNOS
La INSPECTORA se encuentra en su despacho desarrollando una valiosa acción de márketing a través de la búsqueda del aumento de contactos. Mirando el Facebook.
RADIACTIVO MAN: Toc, toc, Inspectora
RADIACTIVO MAN: Toc, toc, Inspectora
RADIACTIVO MAN: Toc, toc, Inspectora
INSPECTORA: Adelante. Vaya… si lo llego a saber me hubiese traído el pijama.
RADIACTIVO MAN: Es mi traje y siempre lo llevo. Vengo a que…
INSPECTORA: Sé a qué viene
RADIACTIVO MAN:¿Sí?
INSPECTORA: Soy vidente. Ayer le llegó un comunicado conforme le habíamos revocado la licencia de superhéroe, no está de acuerdo y viene a reclamar.
RADIACTIVO MAN: Exacto.
INSPECTORA: Lo sé, soy muy buena. Aquí está el informe completo y al final los resultados de los controles médico y dosimétrico. Puede leer usted mismo las conclusiones.
RADIACTIVO MAN: “Problema grave de ictericia”
INSPECTORA: Más abajo.
RADIACTIVO MAN: ¿ictericia?
INSPECTORA: Señor, si no se había dado cuenta es usted amarillo. Se lo ruego, lea más abajo.
RADIACTIVO MAN: “No se ha detectado contaminación superficial ni contaminación interna.”
INSPECTORA: Usted tiene la misma radiactividad que cualquiera.
RADIACTIVO MAN: A mi me cayó una bomba atómica y me dio superpoderes.
INSPECTORA: Sí, ya, por curiosidad, ¿de qué potencia era la supuesta bomba? y ¿dónde estaba usted?
RADIACTIVO MAN: Pues no sé, la bomba sería como la de Nagasaki o la de Hiroshima, más o menos y yo estaba muy cerca.
INSPECTORA: La de Hiroshima y la de Nagasaki ni tenían la misma potencia ni estaban construidas igual puesto que la primera era de uranio y la segunda de plutonio. Y “muy cerca” no sé que distancia es en metros. En cualquier caso, ninguna irradiación provoca los poderes que usted dice que tiene. Y si no le acaban de convencer mis razonamientos le aconsejo que vaya al final del pasillo, al despacho que pone Director. Allí un señor muy amable estará encantado de atenderle.
RADIACTIVO MAN: Está bien
INSPECTORA: Ah, otra cosa, ya que me ha caído usted simpático…
RADIACTIVO MAN: No me ha dado esa impresión
INSPECTORA: Le daré un consejo: hágame caso, cámbiese de ropa y empiece una nueva vida
RADIACTIVO MAN: No puedo, soy un superhéroe y también puedo volar
INSPECTORA: Tenemos a un tal Supermán que dice que vuela en la UVI. Sea bueno, no despegue desde muy alto.
Los Mundos de Brana 