Tsunami solar

Ayer una nube gigante de raudas partículas con carga eléctrica proveniente del sol se tragó a la tierra. 

Suena horrible, ¿no?, pero es un acontecimiento común, que se hace más frecuente por ciclos. Durante sus periodos de actividad más intensa, que ocurren aproximadamente cada 11 años, el sol despide bocanadas de material súper caliente en todas direcciones. Este gas de altísima temperatura viene en forma de plasma, que es una especie de puré de átomos: en vez de átomos completos, con un núcleo positivo bien empacadito en un cascarón de electrones negativos para formar un conjunto eléctricamente neutro, los electrones vienen revueltos con los núcleos y muy agitados. A veces esos soplos de plasma pasan por la tierra. Para las partículas con carga eléctrica que forman la nube, el campo magnético terrestre es como una cerca de alambre de púas en la que se enzarzan cuando se aproximan a nuestro planeta. El impacto del plasma solar deforma la cerca de púas y se produce lo que se conoce como tormenta geomagnética: aumenta la actividad de las auroras polares, que se hacen más intensas y se dejan ver más lejos de las regiones polares que de costumbre, y a veces se sobrecargan los cables de alta tensión, lo que puede dañar y desconectar las redes de suministro de electricidad. En 1989 una extensa región de Canadá se quedó sin energía eléctrica por  varias horas debido a una tormenta geomagnética; ¡y era invierno!

Cuando el aliento abrasador del sol nos rodea las capas superiores de la atmósfera se calientan y se expanden. Como consecuencia, la atmósfera se extiende a alturas mayores, como una marea que sube, y les moja los pies a algunos satélites meteorológicos, de comunicaciones, militares y de investigación. Este baño de pies metafórico aumenta la fricción entre el satélite en movimiento y las capas altas de la atmósfera. El satélite pierde un poco de altitud y se hace necesario corregir su curso. Pero el vaho solar tiene efectos más graves sobre los satélites. Estos aparatos son cascarones metálicos con equipo electrónico dentro. Cuando llega la  bocanada de plasma solar, las partículas cargadas se acumulan en las piezas del satélite que no son conductoras de la electricidad y acaban produciendo descargas eléctricas que pueden hacer fricassé los componentes electrónicos del satélite o producir errores en las computadoras del aparato.

Si algún incauto se encuentra en las capas más elevadas de la atmósfera —o fuera de la atmósfera—, se arriesga a absorber dosis de radiación más altas de lo que conviene. Las tormentas solares son un peligro especial para los astronautas. Y también para las personas que viven en latitudes elevadas de la tierra porque las líneas del campo magnético están más concentradas en los polos, como los tallos paralelos de un ramo de flores. Las partículas cargadas se quedan atoradas haciendo espirales alrededor de las líneas de campo y emitiedo radiación. A las regiones polares, donde las líneas de campo se reúnen en gavillas, llegan más partículas y más radiación.

Cada ciclo solar de 11 años se espera que aumente la frecuencia de estas expulsiones de masa del sol, las cuales se clasifican según su intensidad. La del jueves pasado fue  intensa, pero no extrema como la de 1989 que dejó sin electricidad a una buena parte de Canadá en pleno invierno. Desde los años 90 se reconoce un área de investigación científica llamada “estado del tiempo espacial”  (space weather) que abarca todos los efectos del sol en las inmediaciones de la tierra, además de las  lluvias de estrellas.

El golpe al campo magnético de la tierra también puede alterar las señales de los satélites del Sistema Mundial de Localización igual que se altera  la imagen de un objeto sumergido si agitamos el agua, o sea que si hoy su teléfono inteligente le indica que se encuentra usted en la Patagonia, mientras que  a usted le consta  que no se ha movido de la colonia Portales, no le eche la culpa a su proveedor de teléfono celular. Tampoco le eche la culpa si las redes de teléfonía tienen fallas hoy: posiblemente no se deban a la incompetencia de la compañía.

Anticipo y contesto algunas de las dudas más frecuentes: ¿Hay peligro? ¿Esto produce cáncer? ¿Hay que quedarse en casa? ¿Nos vamos a convertir en monstruos verdes con ojos saltones y pelos en las orejas? ¿Esto es culpa de los mayas? ¿se va a acabar el mundo? Y las respuestas son:

No

No

No

No

No y

Sí, pero faltan miles de millones de años.

Invitación del Jardín Botánico

Hola. El Jardín Botánico de la UNAM nos invita a un curso de bonsái. Ahora sí sabremos si es moralmente condenable o no... yo digo que no.

Grillos caníbales y árboles estresados

El entomólogo Jeff Lockwood, de la Universidad de Wyoming, estudiaba un tipo de grillo grande y agresivo de la familia Gryllacrididae. Los individuos de esta especie atacan todo lo que se les acerca y si dos machos se encuentran, luchan hasta la muerte. Lockwood tenía sus grillos en unos recipientes especiales que metía en el refrigerador por la mañana antes de empezar a trabajar con ellos. Los grillos son de sangre fría y se vuelven lentos con las temperaturas bajas. Lockwood enfriaba sus ejemplares para tranquilizarlos antes de manipularlos porque los grillos de esa familia tienen fuertes mandíbulas que pueden sacar sangre. En resumen, una especie violenta y desagradable (para nosotros, por lo menos).

Pero tenían una característica que, en opinión de Lockwood, los hacía casi simpáticos: cada ejemplar construía un nido que luego podía reconocer por el olor (estos animales secretan una feromona personal, podríamos decir). Es muy raro que un insecto tenga algo parecido a sentido de la identidad. Para eso normalmente se necesitan funciones mentales que no poseen los insectos. La capacidad de identificar el nido los acercaba un poquito a la humanidad, sentía Lockwood.

Un día el investigador cerró la tapa del recipiente donde tenía los grillos sin fijarse en que su ejemplar preferido estaba parado en el borde y le aplastó el vientre. Del abdomen del grillo salió una sustancia amarillenta y grasosa, seguida de varias vísceras. Lockwood sintió una punzada de dolor en el corazón. ¡Si hubiera sido más cuidadoso! Ahora el grillo iba a morir. No era precisamente como la muerte de un amigo, pero Lockwood había llegado a encariñarse con estos animales. ¿Estaría sufriendo el insecto?

El grillo inclinó la cabeza, abrió las mandíbulas y, ante la mirada horrorizada de Lockwood, empezó a comerse sus propias entrañas. Tratando de serenarse, el investigador recordó lo que le había dicho un profesor muy querido cuando era estudiante: es un error proyectar los sentimientos humanos en un organismo de otra especie. El científico debe andar con cautela: lo que parece un comportamiento humano puede tener causas completamente ajenas a las que lo motivan en las personas. El que "antropomorfiza" (da forma humana) a los animales corre el riesgo de no ver con claridad y pasar de largo la explicación correcta de un comportamiento.

Ya con la mente más fría, Lockwood se puso a pensar en las posibles causas del autocanibalismo de su grillo preferido, que masticaba vorazmente al tiempo que agonizaba.

El investigador dio con una explicación natural y descarnada: las grasas son alimentos muy preciados en la naturaleza porque contienen mucha energía y porque son escasas en la vida silvestre. Así, muchos organismos tienen el instinto de devorar todos los alimentos grasosos que encuentran. Ese impulso primigenio estaba dominando el comportamiento del grillo autocaníbal. Ni hablar de sufrimiento ni de tristeza de abandonar el mundo tan joven: comer, ése era el imperativo del sencillo sistema nervioso del insecto. Lockwood recordó con cariño a su maestro y con esto  pudo dominar su sentimiento de compasión (sin borrarlo del todo).

El consejo del maestro de Lockwood es fundamental para el biólogo y podría elevarse a la categoría de mandamiento: "no antropomorfizarás a otras especies", so pena de no entender nada de lo que ocurre en la naturaleza. La historia, que escuché en el magnífico podcast de Radiolab, me recordó todos esos documentales y películas que se ven por estos días, en los que un pingüino expresa amor paternal, una orca es cruel, un koala es cariñoso... A mis amigos biólogos se les ponen los pelos de punta cuando oyen semejantes afirmaciones.

Ayer mi amiga y colega Elaine Reynoso me contó otra historia del mismo tipo. Hace muchos años, Elaine era la encargada de las exposiciones (y muchas otras cosas) en Universum, museo de ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México, donde ambos trabajamos. Un día Araceli Zárate, colega nuestra que hoy trabaja en el jardín botánico de la UNAM, le propuso a Elaine hacer una exposición sobre bonsáis. Mi amiga se quedó dudando: una exposición, para presentarse en Universum, tenía que contener algo de ciencia, ¿dónde estaba la ciencia en los bonsáis? Elaine decidió convocar un panel de artesanos del bonsái y biólogos de la UNAM.

Jamás se imaginó lo que iba a ocurrir.

Los bonsaistas expusieron muy ufanos la delicada y laboriosa técnica de hacer arbolitos enanos que podían considerarse verdaderas obras de  arte, y afirmaron que los bonsáis son los árboles más cuidados, protegidos y amados. Los biólogos pusieron el grito en el cielo: ¿amor?, ¡aquello era vil tortura! Los bonsaistas hacían sufrir a las plantas, las mutilaban... en pocas palabras, aquello era  contra natura. Creo que no les faltaba razón: los biólogos estudian la materia viviente tal cual es para entender de dónde vienen las especies, cómo funcionan individualmente, cómo operan en conjunto en los ecosistemas. Un árbol al que se le podan constantemente las raíces y las ramas, se le limitan los nutrientes y el espacio y se le separa de su hábitat natural es, para ellos, una monstruosidad. Ante la mirada horrorizada de Elaine, se desató una batalla digna de los grillos de la familia Gryllacrididae. Los expertos de ambos campos se destriparon metafóricamente y devoraron las entrañas de sus enemigos. Al final, la exposición de bonsáis resultó ser el pretexto ideal para  presentar el aspecto más importante de la manera científica de pensar: la discusión abierta, el debate  continuo. Ahí estaba la ciencia. La exposición se presentó como una mirada crítica al arte del bonsái, con los dos puntos de vista para que el visitante eligiera el más cercano a su conciencia.

La discusión de los bonsáis y el grillo que devora sus propias entrañas suscita esta duda, que habrá que responder atendiendo a la recomendación de reprimir el impulso de ver rasgos humanos en otras especies: ¿sufren los grillos y las plantas? Definir el sufrimiento y saber qué organismos son capaces de sufrir es fundamental para resolver asuntos bioéticos: ¿con qué animales se puede experimentar sin producir sufrimiento?, ¿se deben permitir las corridas de toros?...

¿Se debe permitir hacer bonsáis?

Está claro que la respuesta sería "no" si los organismos sufren en el sentido humano de la expresión, es decir, si se puede pensar que estas alteraciones de su funcionamiento normal les producen dolor y angustia por su salud y su supervivencia. En el caso del toro es relativamente simple concluir que sí hay sufrimiento, y que, por lo tanto, la corrida tiene algo de moralmente condenable, pero ¿sufren los grillos y los bonsáis?

Los expertos en bioética están de acuerdo en que para sufrir hay que tener en algún grado conciencia del "yo", de la identidad. Desde este punto de vista, creo que está claro que las plantas no sufren. Los biólogos hablan a veces del "estrés" al que está sometido un organismo; por ejemplo, un árbol se estresa en este sentido biológico si hay sequía, cuando cambia la temperatura mundial, cuando se instala una presa en su entorno; pero el estrés del que hablan los biólogos no es el mismo que el de usted y el mío: el árbol no se pone tenso por tener que entregar un trabajo urgente ni conducir en el tráfico. El árbol no teme por su empleo ni por su supervivencia. El estrés del árbol es más bien una alteración de su funcionamiento normal que puede restringir su crecimiento y hasta matarlo sin que se pueda decir que un "yo" está sufriendo. Es un poco como el estrés al que está sometida una columna que sostiene un edificio: el material está soportando presiones tremendas (y a veces durante siglos), pero a casi nadie se le ocurriría afirmar que la columna sufre y que, por lo tanto, la construcción es moralmente condenable. En ese caso, torturar un árbol sería como torturar una piedra. Mientras no se extermine una especie ni se talen bosques (lo que es moralmente condenable por otras razones), los bonsaistas podrían seguir ejerciendo su arte sin cargo de conciencia. En cuanto al grillo, comerse sus propias entrañas no muestra precisamente una gran conciencia del "yo". Posiblemente ni siquiera tiene mecanismos de dolor que den la voz de alarma cuando se le salen las entrañas como para que el organismo tome medidas evasivas. El grillo de Lockwood no sufrió.

El que sí sufrió fue Lockwood. Por justificado que le pareciese mitigar su compasión con argumentos racionales en esta circunstancia, no la pudo apagar. A cada quien sus impulsos instintivos.

El asunto del sufrimiento no es tan fácil de resolver en otros casos y por eso hoy existen los comités de bioética que vigilan que ningún "yo" padezca innecesariamente en los experimentos científicos.

"Yo nunca me equivoco"

Hace muchos años mi amigo Luis Miguel Lombana, actor y director escénico, montó una versión muy chistosa de una ópera cómica que compuso Mozart a los 12 años. La ópera se titula Bastián y Bastiana, y es posible que nunca se haya interpretado en vida del compositor. Uno de los personajes es un mago charlatán llamado Don Colás, que en la versión de Luis Miguel decía una frase que se me quedó grabada: “Yo nunca me equivoco, especialmente cuando estoy seguro de que estoy seguro”.

Suena a lo que podría decir uno de esos próceres que pueblan la historia de la ciencia mal contada. Galileo, Newton, Einstein, Stephen Hawking —y los científicos en general— se nos muestran como genios infalibles cuyas palabras y pensamientos no pueden contener errores… un poquito como el propio Mozart, de quien se dice que componía de un tirón, sin borrones ni enmendaduras, como si tomara dictado de los ángeles. Así pues, parecería que en el mundo hay gente común y corriente, por un lado, y genios que todo lo saben o lo adivinan, por el otro. En esta visión sobresimplificada de la creatividad extraordinaria los genios son una especie de monstruo con el cerebro conectado a la mente de Dios, o al sistema operativo del universo (versión 1.0 sin actualizaciones desde hace 13,700 millones de años).

Si fuera cierto que los científicos geniales de la historia son infalibles cual papas renacentistas, entonces habría bastado uno de ellos para decírnoslo todo y, por supuesto, esos monstruos jamás dudarían ni se equivocarían; pero no es así, y por eso vemos caducar hoy las teorías de ayer y esperamos que las del futuro superen a las del presente. Los diamantes pueden ser para siempre, pero las ideas científicas no.

Desde luego, hay de errores a errores. No es lo mismo tener una idea que sirve durante cierto tiempo y luego se desecha por obsoleta, como el modelo astronómico de los antiguos griegos, que pergeñar un esperpento intelectual, como el atribuir los fósiles a la malicia divina en vez de considerarlos evidencia de formas de vida del pasado ya extintas. Entre estos extremos hay una gama de maneras de errar en las que cualquiera puede caer. Los científicos no son magos como Don Colás. He aquí algunos ejemplos:

Galileo apuntó su telescopio a Saturno y vio una forma oblonga. Como hacía poco había descubierto que Júpiter tiene cuatro satélites girándole alrededor, Galileo naturalmente interpretó la extraña forma telescópica de Saturno como dos grandes satélites dispuestos a uno y otro lado del planeta. Más tarde escribió un libro completo para demostrar que los cometas son fenómenos atmosféricos, no objetos astronómicos.

Isaac Newton inventó una técnica matemática para describir el cambio y la usó para explicar todos los movimientos con los que uno se puede topar en la vida cotidiana y más allá, en el espacio. Pieza fundamental de este aparato teórico era su ley de la gravitación universal que dice, en esencia, que todas las cosas con masa se atraen. Luego se dio cuenta de que, en ese caso, las estrellas deberían estar cayendo todas unas hacia las otras. Como no era así, Newton no tuvo más remedio que invocar la voluntad divina: las estrellas se atraían, sí, pero Dios las mantenía separadas. En las últimas décadas de su vida, Newton se dedicó a interpretar la Biblia y entre otras cosas calculó que la Creación ocurrió hace unos 6000 años.

En la obra de teatro Copenhague, del dramaturgo británico Michael Frayn, el físico Werner Heisenberg le dice a su antiguo mentor, Niels Bohr, “tú eras el papa de la física”. En otra escena, Bohr cuenta de una reunión internacional de físicos donde se esperaba que Albert Einstein diera su opinión acerca de la nueva teoría cuántica. Bohr narra que esperó esa reunión con ansia y dice: “Si yo era el papa, Einstein era Dios”. Es sólo una forma colorida de expresarse, claro. Para los físicos no hay papas ni dioses —nadie es infalible, por encumbrado que esté—, pese a lo cual, Einstein goza de una consideración especial: tuvo razón tantas veces y de manera tan espectacular, que hasta los físicos le conceden poderes extraordinarios. Quizá por eso nos gusta tanto poder decir “Einstein se equivocó” con sonrisa socarrona y un guiño malicioso.

Voy a contarles algunos posibles errores de Einstein, pero no me gustaría que suene a que quiero presumir de osado ni de blasfemo. En la ciencia siempre ha sido fundamental equivocarse, ¿cómo podríamos generar explicaciones de una cosa tan complicada como el universo si no disparamos en todas las direcciones posibles, la mayoría de las cuales no darán en el blanco? Así pues, la figura de Einstein no queda desacreditada por haber cometido errores porque errar es lo más común en la ciencia; dicho lo cual, pasemos a la sustancia.

1)   La constante cosmológica. Cuando Einstein publicó en 1915 su nueva teoría de la gravedad, llamada teoría general de la relatividad, se vio en un apuro parecido al que inquietó a Newton: sus matemáticas indicaban que el universo debería estar expandiéndose o contrayéndose, no podía ser estático. Como eso no era lo que mostraban las observaciones astronómicas, Einstein pensó que se había equivocado y se sintió obligado a introducir en su bonito modelo una fuerza de repulsión gravitacional de la que no había ningún indicio. La nueva e incómoda fuerza quedaba caracterizada por un término matemático que Einstein llamó “constante cosmológica”. Quince años más tarde, y con nuevas observaciones hechas por Edwin Hubble, resultó que el universo sí se está expandiendo. Einstein soltó un suspiro de alivio y retiró la constante cosmológica, llamándola “el error más grave de mi vida”. Pero la vida está llena de ironías, y en 1998 otras observaciones astronómicas mostraron que el universo no sólo se expande, sino que la expansión se está acelerando, lo que exige que exista una fuerza de repulsión muy parecida a la constante cosmológica. Así pues, Einstein se equivocó al pensar que estaba equivocado. ¿Contamos esto como un error, o será que dos equivocaciones seguidas se pueden anular y Einstein tuvo razón?

2)   La teoría unificada. Einstein, como Newton, también dedicó sus últimas décadas a perseguir quimeras. Desde los años 20 hasta su muerte, en 1955, estuvo tratando de construir una teoría para unificar las descripciones, hasta entonces independientes, de los fenómenos electromagnéticos, la gravedad y la mecánica cuántica. A diferencia de Newton, Einstein no se apoyó en las Sagradas Escrituras sino en la física, pero tampoco consiguió nada. La ciencia es una amante sin corazón.

3)   La velocidad de la luz. El más reciente error posible de Einstein tiene que ver con un artículo de septiembre del año pasado, que discutí en Imagen en la ciencia. Un grupo de investigación de un laboratorio italiano anunció en ese artículo haber encontrado partículas que viajan más rápido que la luz, lo que contradice un resultado muy importante de la teoría especial de la relatividad de Einstein, según el cual nada debería poder propagarse más rápido que la luz en el vacío. La comunidad física ha puesto el resultado en tela de juicio y el consenso hasta hoy es que debe haber algún error en el experimento. A las pocas semanas, una parte del equipo de investigación se retractó y el artículo no se publicó formalmente, pero si llegara a comprobarse (y ya hay quien se está ocupando de repetirlo), entonces habría que modificar la teoría especial de la relatividad y podríamos decir con toda confianza “Einstein se equivocó” —lo cual puede tener valor como noticia para la prensa amarillista, pero para los científicos no será nada del otro jueves.

Top models

Máquina expendedora de pizzas. ¿Pueden deducir cómo está hecha por dentro observando sólo su funcionamiento externo?

Presentamos lo último en tecnología: la máquina expendedora de pizzas. Uno selecciona las características de la pizza que quiere y pone dinero en la máquina. Al cabo de unos minutos, la máquina saca la pizza deseada. ¿Cómo funciona esta maravilla? He aquí una explicación: dentro de la máquina hay unos enanitos cocineros con todos los ingredientes y un horno; cuando ponemos dinero en la máquina, los enanos preparan la pizza y la sacan por la ranura expendedora.

Esta explicación del funcionamiento interno de la máquina es lo que los científicos llaman un modelo: una representación de una realidad más o menos inaccesible, como el interior de la máquina de pizzas. Esta representación debe explicar el comportamiento de lo que se modela; por ejemplo, el modelo de los enanos cocineros explica bastante bien lo que hemos visto hasta ahora del funcionamiento de este aparato, pero un buen modelo no sólo explica; también debe permitir predecir lo que hará la máquina en distintas circunstancias. Si sus predicciones se cumplen, entonces damos por bueno el modelo hasta que ocurra cualquiera de estas dos cosas:

1. Una predicción del modelo no se cumple, o
2. La máquina hace algo que el modelo no puede explicar

Por ejemplo, el modelo de los enanos predice que de vez en cuando veremos salir de la máquina un enanito que va al baño, o a comer (quizá está harto de tanta pizza). Si observamos la máquina durante muchos días y no se producen estos acontecimientos, tal vez perdamos confianza en nuestro modelo. O bien podríamos modificarlo; irlo adaptando a las nuevas observaciones: quizá la máquina cuenta con sanitarios para enanos y éstos sólo comen pizza; en ese caso no tendrían que salir nunca y el modelo seguiría funcionando, hasta nuevo aviso.

He aquí otro modelo que también explica lo que hace la máquina de pizzas: en el interior hay un mecanismo automático que aplana la masa, aplica los ingredientes, hornea la pizza y la saca por una ranura. Podríamos ser más precisos, pero de momento esto basta como modelo alternativo. Un mecanismo no se cansa, ni come ni va al baño, lo que explicaría que no veamos salir a nadie de la máquina de pizzas. Quizá este modelo es mejor que el de los enanos. ¿Cómo decidirlo?

Modelos del universo

Durante mucho tiempo el universo fue para nosotros como la máquina de pizzas (y quizá lo sigue siendo): vemos puntos en el cielo y estos puntos se mueven de diversas maneras (ver en estas páginas La bóveda celeste): llamamos estrellas a los puntos que giran todos juntos como si estuvieran pintados en una pelota de cristal.

Movimiento de la bóveda celeste. Las estrellas se mueven todas juntas, como si estuvieran engarzadas en una esfera, y dan una vuelta completa en 24 horas. Hoy sabemos que este movimiento aparente se debe al movimiento de rotación de la Tierra. Los destellos rápidos que se ven en este video hecho con exposición cuadro por cuadro son aviones.

Los planetas, además del movimiento del conjunto, se desplazan entre las estrellas fijas a lo largo de los días.

http://youtu.be/cSU5VwIQTNI

He aquí el modelo que perfeccionó Claudio Tolomeo, astrónomo griego que vivió en el siglo II d.C.:

http://www.youtube.com/watch?v=FHSWVLwbbNw&feature=related

La Tierra se encuentra fija en el centro del universo. Alrededor de ella giran todos los astros en este orden: luna, Mercurio, Venus, sol, Marte, Júpiter, Saturno y las estrellas fijas. La luna y el sol giran en una órbita simple, mientras que Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno están pegados a unas ruedas que van girando al tiempo que orbitan la Tierra. La combinación de esos dos movimientos produce los rizos que vemos que hacen los planetas en el cielo.

El modelo de Tolomeo explicaba bastante bien los movimientos de los planetas. Permitía predecir aproximadamente en qué parte del cielo se iban a encontrar en una fecha determinada, así como predecir eclipses lunares y solares con bastante precisión. Cuando los astrónomos inventaron instrumentos más precisos, se dieron cuenta de que las predicciones del modelo de Tolomeo eran insuficientes. Poco a poco, y con mucho trabajo, idearon otro modelo que se ajustaba mejor a las nuevas observaciones. Ese modelo está basado en el trabajo de Nicolás Copérnico. En el modelo copernicano es el sol el que se encuentra en el centro y todo lo demás gira a su alrededor. Las estrellas fijas no giran; las vemos girar por el movimiento de rotación de la Tierra. El modelo copernicano explicaba los movimientos del cielo igual de bien que el de Tolomeo, pero en el modelo de Copérnico la esfera de las estrellas no tiene que girar, lo que lo hace un poco más creíble. Con el tiempo, el modelo de Copérnico se impuso y a lo largo de los siglos se ha ido modificando para adaptarse a los nuevos conocimientos que hemos ido adquiriendo.

Manipular la realidad

Usamos modelos cuando no tenemos acceso directo al fenómeno que queremos entender. Los astrónomos antiguos sólo tenían, para guiarse, los movimientos de la bóveda celeste. Sobre esos movimientos elaboraban sus hipótesis.

Un globo terráqueo representa la superficie curva de la Tierra. He aquí un modelo de los contornos de los continentes elaborado por Gerardus Mercator en el siglo XVI.

Un globo más moderno. Hoy en día tenemos información más precisa acerca de los contornos de los continentes (además de mejores instrumentos y técnicas de medición, hoy tenemos también fotos tomadas desde el espacio). Los modelos pueden adaptarse a los conocimientos nuevos.

Los modelos nos sirven no sólo para entender, sino para manipular la realidad. Hoy en día los modelos también pueden convertirse en simulaciones por computadora. Los videos de los movimientos planetarios que vimos más arriba son ejemplos de simulaciones basadas en el sistema de Tolomeo y en el sistema de Copérnico. Con estas manipulaciones podemos explorar las predicciones del modelo e idear maneras de probar si se cumplen.

Observen que un modelo puede funcionar bien sin ser “verdadero”. En el modelo planetario de Tolomeo los planetas se movían montados sobre esferas de cristal y ruedas que se asemejaban al mecanismo de un reloj mecánico. Hoy sabemos que esas ruedas no existen, pero el modelo tolemaico dio resultados pasablemente buenos durante muchos siglos (hasta que la precisión de los instrumentos reveló sus limitaciones). Asimismo, el modelo de los enanos cocineros explica bien por lo menos algunos aspectos del comportamiento de la máquina de pizzas. En las ciencias un modelo se usa hasta que los nuevos conocimientos revelan un comportamiento incompatible con la explicación que da el modelo. Las naves espaciales que hemos enviado a otros planetas no atravesaron esferas de cristal. Otra razón para cambiar de modelo puede ser la simplicidad: entre dos modelos que explican igual de bien un fenómeno conviene elegir el más sencillo.

Los modelos son como barandales a los que nos aferramos, o bien como el entramado de alambres por el que trepa la enredadera del conocimiento científico.

Dos planetas parecidos a la tierra

Ya hace más de dos años que el telescopio espacial Kepler está buscando planetas en órbita alrededor de otras estrellas y no va nada mal: ha encontrado cerca de 2000 candidatos. ¿Por qué candidatos? Los planetas son objetos relativamente pequeños, y por ser opacos se pierden en el resplandor de sus estrellas. Por si fuera poco, hasta la estrella más cercana al sol está muy lejos. Ver directamente los planetas extrasolares es imposible por la misma razón que lo sería ver directamente un grano de arena suspendido en el resplandor de un foco de 100 watts a 50 kilómetros de distancia, de modo que hay que recurrir a técnicas indirectas más o menos ingeniosas.

La primera que se usó para detectar por primera vez con toda certeza planetas girando alrededor de otras estrellas (en 1995) consiste en observar la estrella durante mucho tiempo para ver si se bambolea al desplazarse por el espacio. El bamboleo es señal de que otro objeto le está girando alrededor. De paso, el tamaño y la frecuencia del bamboleo sirven para sacar conclusiones acerca de la masa del planeta y la distancia a su estrella. Lo malo es que este método sólo sirve para detectar planetas de masas muy grandes, del tamaño de Júpiter, por ejemplo, que es 320 veces más masivo que la tierra. Por eso conocemos muchísimos planetas de dimensiones jovianas, pero, hasta hace poco, ninguno del tamaño del nuestro.

Para detectar planetas de tamaños terrestres se está usando otro método que consiste en observar las variaciones del brillo de la estrella. Si tiene planetas que le pasan enfrente, estos pasos se verán en los datos como una disminución periódica del brillo debida a que el planeta obstruye parte de la luz que nos llega de la estrella. Éste es el método que emplea el Telescopio Espacial Kepler, de la NASA, lanzado en marzo de 2009 para encontrar planetas extrasolares, y específicamente para encontrar planetas parecidos al nuestro. El aparato es tan sensible que podría detectar el cambio de luminosidad que produce una persona al obstruir una ventana en un rascacielos con todas las ventanas iluminadas. Este "método de los tránsitos" (porque los astrónomos llaman "tránsito" al paso de un cuerpo pequeño y opaco frente a uno luminoso y grande) tiene la ventaja de dar también el tamaño del planeta. Pero no todo cambio periódico de brillo es señal inequívoca de un planeta: puede ser que uno esté observando, sin saberlo, un par de estrellas que giran una alrededor de la otra (un sistema binario) de las cuales una es ligeramente menos brillante. Hay muchas otras posibles fuentes de confusión, por lo que los científicos del equipo del telescopio Kepler nunca declaran el descubrimiento de un planeta antes de haberlo confirmado por otros medios (por ejemplo, el del bamboleo, que por razones técnicas se llama "método espectroscópico").

Esta semana un equipo de investigadores asociados con el telescopio Kepler y dirigidos por François Fressin, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, publicó en la revista Nature un artículo en el que informan del descubrimiento confirmado de dos planetas de tamaño terrestre en órbita alrededor de la estrella llamada Kepler-20, a la cual ya se le conocían planetas jovianos. Uno de los planetas es ligeramente más pequeño que Venus y el otro es prácticamente del mismo tamaño que la tierra. Lo interesante del artículo es el método de confirmación. Los planetas Kepler-20e y Kepler-20f, como los llamaron, son demasiado pequeños para darle a su estrella tirones significativos: no se puede usar el método espectroscópico como validación independiente. Fressin y sus colaboradores recurrieron a una método estadístico llamado BLENDER (que quiere decir "licuadora"): simularon por computadora todas las situaciones imaginables que podrían generar la misma señal que se observa con el Kepler y luego calcularon las probabilidades de que esta señal no se deba al tránsito de un planeta de dimensiones terrestres. En ambos casos la probabilidad resultó muy baja, lo que los investigadores toman como confirmación de que los dos planetas existen.

El método del bamboleo permitiría obtener, además del tamaño que ya conocemos por el método de tránsitos, la masa de estos planetas, y de ahí se podría obtener su densidad. Con esto, sabríamos si están hechos de roca, como la tierra, pero falta esta información. No queda más remedio que especular informadamente. Con esos tamaños, los planetas Kepler-20e y Kepler-20f deben ser rocosos, pero en esto no hay certeza.

Lástima que estos gemelos de la tierra en cuanto a tamaño no lo sean en cuanto a nada más: de las variaciones de brillo de la estrella se deduce que uno le da una vuelta completa en poco más de seis días y el otro en unos 20, lo que quiere decir que ambos están mucho más cerca de su estrella que Mercurio del sol... lo que a su vez quiere decir que deben estar a temperaturas altísimas: a uno se le calculan unos 800 grados y al otro 500 grados C. Definitivamente, no son planetas habitables, pero, como señala David Charbonneau, otro miembro del equipo de Fressin, encontrar un planeta del tamaño del nuestro es una especie de hito en la búsqueda de planetas extrasolares parecidos a la tierra.

"Vamos a esperar a que haya más datos"

La antinoticia científica de la semana es que en el Gran Colisionador de Hadrones otra vez NO encontraron el bosón de Higgs. Uso la palabra "antinoticia" sin intención despectiva. Una noticia es un acontecimiento novedoso que implica una transformación de estado: "los neutrinos viajan más rápido que la luz" sería una noticia porque lo que anuncia transformaría nuestro conocimiento de la naturaleza si fuera verdad. Una antinoticia, en cambio, anuncia que todo sigue igual: "las dooooooce y todo sereeeeeeno", por ejemplo.

La semana pasada alegué que en ciertas circunstancias un experimento que da como resultado una página en blanco puede ser tan importante como otro que revela cosas positivamente. Esta semana los investigadores de los proyectos ATLAS y CMS, dos grandes detectores instalados en el GCH para desenmarañar choques de partículas y entender sus productos, convocaron una reunión con sus colegas de la Organización Europea de Investigaciones Nucleares. En esa reunión presentaron sus análisis estadísticos de los miles de millones de choques de protones que hasta hoy se han producido en ese acelerador de partículas, choques encaminados a buscar la partícula llamada "bosón de Higgs". Esta partícula es una pieza muy importante de la teoría física más fundamental y más precisa de la historia, llamada con recato modelo estándar. Por modesto que sea su nombre, la teoría aspira a explicar todas las maneras que tienen de jalarse, empujarse y transformarse las partículas más pequeñas que forman todo lo que existe en el universo. El modelo estándar explica los mecanismos microscópicos que están detrás, esencialmente, de todo. Los físicos están muy contentos con el modelo estándar porque sus predicciones se cumplen cabalmente en todos los experimentos... o casi: falta encontrar el bosón de Higgs. La teoría sólo sugiere cómo buscarlo y para eso, principalmente, el CERN se ha gastado más de 8000 millones de euros. En la reunión de esta semana los investigadores anunciaron que tenían acorralado al bosón de Higgs en una esquina donde podría encontrarse, pero sin certezas todavía. Una página en blanco diría "no existe el bosón de Higgs, así que a ponerse a construir teorías nuevas". Ésta es, más bien, una página con letras borrosas.

No es la primera vez que los experimentos en aceleradores de partículas ofrecen atisbos de posibles sombras del bosón de Higgs: en 2000 el antecesor del GCH (acelerador llamado LEP) dio pistas sugerentes que luego se desmintieron; en 2007 el Tevatron del Laboratorio Fermi, en Estados Unidos, también insinuó resultados emocionantes, pero nada. Los físicos, como todo el mundo, son sensibles a las decepciones y prefieren mostrarse cautos: en vez de anunciar con clarines que han descubierto el bosón de Higgs, discretamente proponen que hay buenas razones para sospechar que los datos podrían estar sugiriendo que se ha encontrado el bosón de Higgs. ¿Notan la gran diferencia? ¿Todos esos términos condicionales? Es muy difícil construir una noticia sabrosa con ingredientes tan insípidos.
Tras la conferencia de esta semana la línea de acción que se adoptó por unanimidad fue ésta: "vamos a esperar a que haya más datos".

Nosotros también.