El siglo de los ¨¢tomos

A Montserrat Casas Ametller (1955-2013), f¨ªsica at¨®mica y nuclear que, siendo rectora de su universidad, dese¨® que el costo de las flores que le enviar¨ªan a su funeral se dedicara a financiar una beca de investigaci¨®n.

Lucrecio, quiz¨¢ el m¨¢s grande poeta y fil¨®sofo romano, en el siglo I a.C describi¨® con belleza sin par todo el atomismo cuyas semillas plantaron unos siglos antes Leucipo y Dem¨®crito. En De rerum natura, sobre la naturaleza de las cosas, no pocos de sus miles de versos los dedic¨® Lucrecio a c¨®mo tendr¨ªan que ser los ¨¢tomos y las uniones entre ellos. Veinte siglos despu¨¦s, entre la primavera y el oto?o de 1913, un f¨ªsico dan¨¦s, Niels Bohr, public¨® tres art¨ªculos, al primero de los cu¨¢les le puso el lucreciano t¨ªtulo Sobre la constituci¨®n de los ¨¢tomos y las mol¨¦culas. ?Por qu¨¦ aquella formidable intuici¨®n tard¨® tanto en hacerse evidencia? Por muchas razones, pero la principal quiz¨¢ fuera la hegemon¨ªa arrolladora del aristotelismo, enemigo ac¨¦rrimo del concepto de ¨¢tomo. Siempre hubo atomistas, algunos tan convincentes como el sacerdote Pierre Gassendi, que trat¨® de armonizar el cristianismo con la idea de un n¨²mero finito de ¨¢tomos creados e impulsados por Dios. Pero incluso el gran Kant sostuvo que el estudio de la materia nunca ser¨ªa una ciencia genuina, porque los ¨¢tomos no se podr¨ªan matematizar y por ello jam¨¢s surgir¨ªa un Newton que formulara leyes at¨®micas universales.

La transformaci¨®n de la alquimia en qu¨ªmica hizo que el concepto de ¨¢tomo mostrara su potencial aunque todos, incluidos los qu¨ªmicos, dudaban de su existencia. Fue Einstein, en uno de sus cuatro gloriosos art¨ªculos de 1905, quien demostr¨® que los ¨¢tomos exist¨ªan, pues no otros entes pod¨ªan impulsar el misterioso movimiento ca¨®tico de peque?as part¨ªculas de polen inmersas en agua. Exist¨ªan los ¨¢tomos, s¨ª, pero ?c¨®mo eran?

A finales del siglo XIX todo el mundo estaba familiarizado con la electricidad, aunque nadie sab¨ªa en qu¨¦ consist¨ªa. Hasta 1897 no se descubri¨® el electr¨®n, la part¨ªcula responsable ¨²ltima de la electrificaci¨®n de calles, casas y f¨¢bricas. El electr¨®n no pod¨ªa surgir m¨¢s que de los ¨¢tomos, pero entonces estos eran cualquier cosa menos indivisibles. Ser¨ªan como esponjitas esf¨¦ricas de carga el¨¦ctrica positiva con electrones negativos embebidos en ellas que las neutralizaban y pod¨ªan escapar con facilidad. No eran as¨ª, porque el neozeland¨¦s Rutherford demostr¨® que los ¨¢tomos ten¨ªan un min¨²sculo n¨²cleo en torno al cual deb¨ªan girar los electrones. Las proporciones eran pasmosas: si un ¨¢tomo tuviera el porte de una catedral, su n¨²cleo tendr¨ªa el tama?o de una mosca en el centro. Y con toda la masa concentrada en ¨¦l, porque los electrones son muy livianos. El alborozo que produc¨ªa la idea de ¨¢tomos como peque?¨ªsimos sistemas solares dur¨® muy poco, porque aquello era tan inestable que, simplemente, el mundo material no pod¨ªa existir.

Rutherford recibi¨® en su laboratorio de M¨¢nchester a un joven dan¨¦s que pretend¨ªa hacer la tesis doctoral con ¨¦l. La inclinaci¨®n te¨®rica de Niels Bohr le daba pavor a Rutherford. Se dec¨ªa de ¨¦ste que cuando escuchaba a un disc¨ªpulo pronunciar la palabra universo era cuesti¨®n de tiempo que lo despidiera. Pero Bohr dej¨® fascinado a Rutherford, porque explic¨® c¨®mo pod¨ªan ser estables los minisistemas solares que ¨¦l concibi¨®: combinando la f¨ªsica cl¨¢sica con la mec¨¢nica cu¨¢ntica recientemente enunciada y en v¨ªas de construcci¨®n.

En esencia, el ¨¢tomo de Bohr se sosten¨ªa en dos postulados. El primero, que el equilibrio de los electrones en torno al n¨²cleo se pod¨ªa describir en t¨¦rminos cl¨¢sicos, pero los cambios entre sus estados estacionarios, no. El segundo, que esos cambios de estado de los electrones eran provocados por, o ten¨ªan como consecuencia, la absorci¨®n y la emisi¨®n homog¨¦nea de radiaci¨®n. La frecuencia de esa radiaci¨®n (la luz es la franja de la radiaci¨®n a la que es sensible el ojo humano) y la energ¨ªa puesta en juego en estos saltos las defin¨ªan el cu¨¢nto de Planck, es decir, el embri¨®n de la mec¨¢nica cu¨¢ntica. La formulaci¨®n matem¨¢tica sencilla de estas ideas aplicadas al ¨¢tomo m¨¢s simple y abundante del universo, el de hidr¨®geno, dio resultados en coincidencia pasmosa con los datos experimentales. Cuando a Rutherford le reprocharon jocosamente su admiraci¨®n hacia un f¨ªsico te¨®rico, respondi¨® que el caso de Bohr era distinto porque era futbolista. Ha le¨ªdo bien el lector.

Niels Bohr naci¨® en 1885 (ten¨ªa 28 a?os cuando hizo el descubrimiento anterior) en el seno de una familia ilustrada y rica: su padre era catedr¨¢tico de fisiolog¨ªa y su madre, tambi¨¦n muy culta, hija de un gran banquero jud¨ªo. Niels fue el segundo de tres hijos, y siempre dijo que ¨¦l era el m¨¢s torpe. De Jenny es dif¨ªcil opinar, pero Harald, el menor de los tres hermanos, fue un matem¨¢tico que alcanz¨® el doctorado antes que Niels y, como futbolista, perteneci¨® a la selecci¨®n danesa, cosa que no alcanz¨® su hermano mayor.

Albert Einstein y Stephen Hawking posiblemente sean los f¨ªsicos m¨¢s famosos del siglo XX, pero Niels Bohr fue sin duda el m¨¢s influyente. En lugar de micr¨®fonos, c¨¢maras, grandes audiencias y presencia en los peri¨®dicos, Niels Bohr utiliz¨® la conversaci¨®n para conseguir sus objetivos. Y eso a pesar de que sosten¨ªa que cada frase suya se deb¨ªa entender como una duda y no como una afirmaci¨®n.

Antes incluso de recibir el premio Nobel en 1922, Bohr hab¨ªa conseguido fondos para la construcci¨®n de un instituto de f¨ªsica te¨®rica en Copenhague. Por all¨ª pasaron todos los j¨®venes brillantes del mundo que construyeron la mec¨¢nica cu¨¢ntica al albur de explicar la estructura de los ¨¢tomos. Y despu¨¦s la del n¨²cleo at¨®mico. De ah¨ª a la fisi¨®n nuclear hubo pocos pasos.

Bohr, que tuvo que huir de la Dinamarca ocupada por los nazis a causa del origen jud¨ªo de su madre, particip¨® en el inicio del proyecto Manhattan. Cuando vio que la bomba at¨®mica podr¨ªa ser usada como arma y no como disuasi¨®n, puso en juego toda su habilidad para evitarlo. Tambi¨¦n salv¨® a infinidad de f¨ªsicos brillantes perseguidos por los nazis.

La gran capacidad de persuasi¨®n de Niels Bohr no siempre le dio frutos, porque algunas de sus memorables conversaciones fueron infructuosas. La que tuvo en el parque vecino al instituto con Heisenberg, el gran f¨ªsico del que hab¨ªa sido amigo y que a la postre dirigi¨® el proyecto de bomba at¨®mica nazi, solo sirvi¨® para distanciarlos. De aquella misteriosa conversaci¨®n se ha hecho hasta una obra de teatro representada por todo el mundo: Copenhague. Sus conversaciones con los presidentes Roosevelt y Churchill casi le cuesta la libertad por no decir algo peor, porque ambos pol¨ªticos consideraron peligrosa su propuesta de compartir la informaci¨®n sobre la bomba at¨®mica con todos, en particular con los rusos. El ingenuo Bohr cre¨ªa que las guerras se har¨ªan as¨ª obsoletas, pero al menos, en su lucha por lo que ¨¦l llamaba un Mundo Abierto apoy¨® con fuerza y ¨¦xito la idea de crear el CERN, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares y la aplicaci¨®n pac¨ªfica de la energ¨ªa nuclear.

El siglo XX bien podr¨ªa definirse como el siglo de los ¨¢tomos porque casi ninguna tecnolog¨ªa actual escapa del dominio de esos entes que tantos siglos cost¨® dilucidarlos. Esto que parece tan prosaico e incluso terrible si se piensa en el armamento nuclear, puede tener una componente po¨¦tica. Para Bohr, el lenguaje de la f¨ªsica at¨®mica y nuclear no distaba de la poes¨ªa, porque ¡°el poeta no trata de describir los hechos sino de crear im¨¢genes y establecer conexiones; el f¨ªsico, como el poeta, no trata de averiguar c¨®mo es la Naturaleza sino entender lo que esta le dice¡±.