Algunos cambios del átomo

Esta historia inconclusa del átomo nos muestra que suponer que hallamos alguna verdad del mundo de las ideas no es útil. Lo que se entiende por un fenómeno en ciencia puede cambiar con rapidez al haber más datos experimentales, incluso una mejor interpretación basta para cambiar lo que se entiende por el fenómeno.

 atomo1

Por: Yotas

Una habilidad que tiene la ciencia es la capacidad de autorefinamiento. No solo entre las teorías que se desarrollan con tal de explicar algo sino en la manera en que se piensa la ciencia. Esto puede parecer innecesario a muchas personas que desarrollan ciencia, puesto que las aclaraciones sobre qué es la ciencia, cómo se hace ciencia y preguntas de este estilo se acercan más a la filosofía que a la realización misma de la ciencia.

Sin embargo, cada científico si bien no forma por sí mismo sus posiciones filosóficas sobre la ciencia es común que se hereden del ambiente en el que está comenzando a formarse como científico. Es decir, que incluso considerando innecesarias las reflexiones filosóficas sobre la ciencia el científico tendrá alguna respuesta provisoria de aquellas preguntas comunes en su lugar de formación. Además, lo que se entiende por ciencia suele tener homogeneidad entre los científicos de la misma época, pero discrepar bastante entre científicos de épocas distintas.

Podemos hacer un paralelo con los cambios éticos ocurridos en nuestra cultura: en los últimos años hemos visto que el modo de percibir el racismo ha cambiado. Si tomamos una gran población occidental, el racismo estará mal visto actualmente, en cambio a principio del siglo XX todavía se vería como una actitud común y no mal vista. Esto muestra que dentro de nuestras posiciones éticas hay homogeneidad en ciertas opiniones en unas épocas que pueden tener grandes diferencias con opiniones de otra época. Lo mismo sucede con la concepción de ciencia por parte de los científicos.

Lo dicho en el párrafo anterior no debería sorprender demasiado, es la afirmación de que las cosas cambian con el tiempo y decir que los cambios se notan más en épocas, que año tras año, es darnos cuenta que los cambios suceden de forma gradual y con lentitud. Los momentos en lo que ciertas actitudes o costumbres cambian con mucha rapidez a veces se le llaman coyunturales. Entre los occidentales parece que los cambios graduales son difíciles de asumir y en ocasiones llegamos a opinar que las cosas siempre han sido igual.

Según Richard Dawkins, parte de esta incapacidad para aceptar cambios graduales es que tenemos una filosofía platónica, en la que creemos que el mundo que percibimos es una representación de un mundo perfecto: el mundo de las ideas. Culpa a esta manera de pensar el tardío descubrimiento de la teoría de la evolución, comentando que nos será más difícil imaginar que un conejo evolucionó de una forma más primitiva no solo si pensamos insistentemente que el conejo es una representación imperfecta de un conejo en el mundo de las ideas.

atomo2El mundo de las ideas es tal cual, inmutable y perfecto, por tanto buscar verdades se convirtió en “descubrir” cómo se comportaba el mundo de las ideas. Esta posición no fue del todo infructuosa, bajo este modo de pensar se desarrollaron teorías como la gravitación universal de Newton y el electromagnetismo de Maxwell. Sin embargo, estas teoría intentaban describir las leyes del universo como habiendo encontrado algo de aquel mundo de las ideas. En general, un gran impulso para hacer ciencia era descubrir las leyes con que Dios describe el universo.

A mediados del siglo XIX y comienzos del siglo XX surgieron muchas revoluciones científicas que invadieron gran parte de la filosofía occidental, en particular la manera de entender la ciencia. A modo de ilustración contaré algo de la historia del concepto del átomo.

La primera vez que se pensó en átomos nos remonta al siglo V a.C con los filósofos Leucipo y Demócrito quienes propusieron que la materia estaba hecha de partículas elementales indivisibles llamados átomos. Pero esta posición tuvo muy poca aceptación entre los griegos y no importó durante siglos. Fue retomada a comienzos del siglo XIX d.C cuando el químico John Dalton publicó su obra Un nuevo sistema de filosofía química, en el que introducía el concepto de átomo y señalaba que muchas leyes químicas podrían explicarse con facilidad si considerábamos que a cada elemento químico le correspondía un tipo particular de átomo. Los átomos de Dalton como los de Demócrito eran indivisibles. Pero con Dalton los átomos entraron dentro de los conceptos de la ciencia para no volver a salir.

A mediados del siglo XIX se realizaron experimentos para determinar propiedades eléctricas de los gases. Se usaba en particular un tubo de vidrio alargado cuyo interior consistía casi de vacío y que en cada extremo llevaba una placa metálica. Lo interesante de este experimento es que al aplicar una diferencia de potencial entre las placas se forma una fina línea de gas brillante cerca de la placa cargada negativamente y se extendía hacia la placa cargada positivamente.  Se determinó que esta línea fina emitida debería transportar “alguna cosa” a través del tubo.

A este elemento desconocido se le llamó rayo catódico. Las investigaciones se concentraron en conocer su naturaleza, es decir, si los rayos catódicos eran ondas electromagnéticas o partículas con masa. En  1897 el físico inglés J.J Thompson acabó con la discusión al encontrar en un experimento que la velocidad de los rayos catódicos era cerca de  metros por segundo, esto es cerca del 10% de la velocidad de la luz, esto implicaba que los rayos catódicos estaban constituidos de partículas. El nombre dado a estas partículas fue electrones. Una de las consecuencias atractivas de este descubrimiento era que los electrones provenían del átomo y por tanto el átomo debía tener alguna estructura.

A comienzo del siglo pasado el físico Ernest Rutherford se hizo conocido estudiando uno de los problemas de la química de los elementos radioactivos. Uno de los campos de estudios era determinar qué tipo de partículas radiaban. Se conocían tres tipos de partículas, que llamaron alfa, beta y gamma, cada una de estas partículas poseían propiedades distintas. Las partículas beta eran electrones y las gamma eran fotones de alta energía. Rutherford determinó que las partículas alfa eran átomos de helio, aislando las radiaciones de modo que solo entraran estas partículas. Por sus estudios en elementos radioactivos Rutherford recibió el premio Nobel de Química en 1908.

Rutherford1De acuerdo con las ideas de la época, el átomo era un material positivamente cargado y que tenía dentro los electrones como pasas en un pastel. Al ganar el Nobel, Rutherford se trasladó a la universidad de Manchester donde continuó con sus experimentos con partículas alfa. Junto con sus colegas encontraron que al disparar partículas alfa a un átomo este podía devolver algunas de las partículas disparadas. Esto contradecía la noción que se tenía de átomo, puesto que si el átomo fuera como un pastel de pasas las partículas alfa no deberían verse desviadas. De allí nació el concepto de núcleo, siendo este el lugar en que se concentraban las partículas con carga positiva y rebotaban las partículas alfa.

Como hemos visto, Rutherford ayudó mucho a desarrollar del concepto de átomo. Para continuar con sus hazañas, en 1919 Rutherford utilizó una técnica similar a la usada para detectar partículas alfa, para demostrar que al colisionar estas partículas con núcleos atómicos se obtienen núcleos de hidrógeno. Él consideró este descubrimiento como importante y llamó a estos núcleos protones. En 1920, tras observar que la mayoría de los átomos parecían pesar cerca del doble de lo esperado al sumar las masas de los protones y electrones, sugirió que probablemente habría otro elemento en el núcleo que sería eléctricamente neutro. Años después se descubrió el protón.

Estos hechos resumen y testifican el desarrollo del concepto del átomo: como estructura indivisible, como estructura difusa y compuesta de electrones, como estructura compuesta de núcleo y de electrones, como estructura con electrones y un núcleo compuesto de protones y neutrones. Esta historia cuenta el desarrollo de este concepto hasta el año 1932 que coincide con el descubrimiento del neutrón. Hoy en día el átomo se encuentra mucho más desbaratado.

Esta historia inconclusa del átomo nos muestra que suponer que hallamos alguna verdad del mundo de las ideas no es útil. Lo que se entiende por un fenómeno en ciencia puede cambiar con rapidez al haber más datos experimentales, incluso una mejor interpretación basta para cambiar lo que se entiende por el fenómeno. En cambio, parece tener utilidad asumir por el momento alguna teoría o alguna manera de pensar que dé cuenta de los hecho conocidos y que se pretenden explicar. A este tipo de idea se le llama modelo y bajo esta manera de pensar se desarrolla la ciencia actualmente.

Un modelo será adecuado si puede explicar los fenómenos que pretende de manera coherente, además de poder dar algún resultado experimental y verificable. Esta manera de hacer ciencia renuncia a muchas ideas platónicas y podemos ver a la ciencia como una manera humana de hacer aproximaciones sucesivas a la realidad.