'Biografía del mundo', de Jaume Terradas

Un libro de Jaume Terradas que trata de todo lo que tiene que ver con la realidad del hombre, desde lo infinitamente pequeño, hasta lo infinitamente grande y lo infinitamente complejo, que desemboca en las partículas subatómicas y los orígenes del universo.

Fragmento de la novela

El mundo está hecho de procesos y cosas que se dan a unas escalas increíblemente pequeñas, a otras tremendamente gigantescas, o se envuelven y enlazan en una maravillosa complejidad. Para entender la vastedad de lo pequeño, lo inmenso y lo complejo necesitamos herramientas, las más paradigmáticas de las cuales son, respectivamente, el microscopio, el telescopio y el ordenador. En lo infinitamente pequeño, el mundo no parece igual que el que vemos con nuestros ojos o que el que tratan de comprender los cosmólogos. Tomemos una regla de dibujo. Las divisiones más pequeñas son milímetros: 1 mm (= 0,001 m); es algo visible, aunque pequeño. Con un microscopio, dividimos un milímetro en mil partes. La milésima parte de un milímetro es una micra (1 µm), o sea una millonésima de metro, 10-6 m (el exponente negativo indica que la cifra es cero coma cinco ceros y un uno; si fuese positivo, significaría un uno seguido de seis ceros). Supongamos que aún somos capaces de afinar más y dividir la micra en diez mil partes. La unidad resultante, la diezmilésima de una micra y la diezmillonésima de un milímetro, se llama ángstrom y equivale, por tanto, a 10-10 m. Un átomo medio tiene un diámetro ligeramente inferior a un ángstrom. Es inimaginablemente pequeño y, sin embargo, está casi vacío, ya que el núcleo del átomo, con protones y neutrones, es otras diez mil veces menor (del orden de 10-14 m). La tan poderosa fuerza nuclear fuerte, que mantiene unido el núcleo y que desencadenamos en las bombas atómicas y las centrales nucleares, tiene un alcance ridículo, la cienmilésima parte del diámetro del átomo (10-15 m). Los electrones son mucho más pequeños que los núcleos, del orden de 10-18 m, y su peso es del orden de 10-30 kg (cero coma veintinueve ceros y un uno…), pero son unos gigantes comparados con los neutrinos, un millón de veces menores. Nos acercamos al límite inferior del mundo conocido. Allí, los átomos pueden ser prácticamente eternos (una vida de quizás 1035 años o más), pero algunas partículas son muy fugaces (del orden de 10-23 seg).

La vida, la parte más fascinante del reino de lo complejo, se mueve en otras dimensiones. Los mayores virus alcanzan el tamaño de las bacterias más pequeñas, en la frontera inferior de la vida, 0,1 µm (10-7 m). Las bacterias de tipo medio, como la más conocida de todas, Escherichia coli, pueden medir 2-6 µm de largo, pero hay bacterias 100 veces mayores (Epulopiscium fishelsoni), ya en el límite de lo que el ojo puede percibir. Los unicelulares eucariotas más pequeños son casi del tamaño de Escherichia: Nanochlorum eukaryotum tiene un diámetro de 1-2 µm y, sin embargo, contiene núcleo, un cloroplasto y una mitocondria. Por lo tanto, dentro de los eucariotas, de los que formamos parte hongos, plantas y animales, encontramos un rango de variación fantástico. El menor de los vertebrados es un pez, Schindleria brevipinguis, 6-9 mm de largo y 1 mg de peso. Un niño de 1 m de altura es un millón de veces más «alto» que Nanochlorum. Una ballena azul pasa de 30 m de largo, una secuoya puede medir casi 120 m de altura. Si considerásemos el volumen o el peso en lugar de la longitud, las variaciones de escala se harían más abrumadoras. El mundo de las bacterias es, claro, muy distinto al de los hombres o al de las secuoyas. Las vidas de los seres vivos pueden durar horas o milenios, pero ninguno es tan fugaz como una partícula ni tan duradero como un átomo. Sin embargo, los números de vértigo en la vida no son los de tamaño y tiempo, sino los de complejidad, desde los organismos unicelulares a los que tienen miles de millones de células o a los cerebros, con billones de conexiones entre neuronas.

El mundo de los astros está, a su vez, en otra escala muy diferente. La Tierra pesa unos 6 1024 kg y su diámetro es de 12.600 km, o sea, 1,26 107 m. La distancia de la Tierra a la Luna es algo menos de 400.000 km (4 108 m). La distancia de la Tierra al Sol es de 150 millones de kilómetros (1,5 1011 m), más de diez mil veces el diámetro terrestre. La distancia a la siguiente estrella más cercana conocida, Proxima Centauri, es de 35 billones de kilómetros (3,5 1016 m). El diámetro de la Vía Láctea es del orden de 1021 m, unas diez mil millones de veces la distancia entre la Tierra y el Sol. El Universo visible tiene un diámetro de 1,5 1027 m. Para medir el Universo no visible puede que tuviéramos que escribir un exponente en millones…

Nadie puede comprender lo que significan ni lo extremadamente pequeño ni lo inmensamente grande. Es casi un milagro que la ciencia haya llegado a concebir la existencia de partículas como el neutrino, que ningún microscopio podría ver, a determinar propiedades de objetos remotísimos, a saber algo de lo que acaeció en el primer segundo tras el Big Bang, hace unos 13.700 m.a., cuando nuestra vida no suele alcanzar un siglo y la de toda la especie humana seguramente no llega a 200.000 años. A la vista de la vastedad de escalas del mundo, lo sorprendente sería que se pudieran hallar reglas sencillas cuya validez la traspasara. ¡Hay tantas incógnitas en todas direcciones, en cada uno de estos dominios! El subatómico, el de la vida en la Tierra, el del espacio, parecen difíciles de relacionar, y sin embargo lo enorme está hecho de lo minúsculo y lo extremadamente complejo florece a partir de lo más sencillo. Y mucho se ha ido desvelando… Lo apasionante de la ciencia es que permite siempre plantearse nuevos retos y resolver provisionalmente algunos. Vale la pena intentar pasearnos por los infinitos de lo pequeño, lo inmenso y lo complejo, ver qué ideas navegan a la vez por los tres océanos, frágiles barquichuelas guiadas por la razón, la observación y la prueba, en la mayor aventura del hombre, la aventura del conocimiento.

Estos tres océanos están hechos con los mismos mimbres, pero descubriremos que todo sucede en cada uno de ellos de un modo diferente. Si nos movemos a la escala de las partículas, nuestras más sólidas convicciones, útiles para la vida cotidiana, resultan inoperantes. En nuestra realidad, una cosa es una cosa y no dos, pero cuando se lanza un fotón sobre una pantalla a través de un muro con dos rendijas, genera en la pantalla unas bandas «como si» el fotón hubiera atravesado simultáneamente ambas rendijas e interferido consigo mismo después. Se han dado dos «explicaciones». Una es que hay dos estados posibles (el paso por una u otra rendija), pero tenemos que suponer que el fotón se halla en una «superposición de estados»: mientras no sabemos dónde está, puede estar simultáneamente en los dos. El segundo argumento aún suena más extraño: como que el fotón tiene dos posibilidades, el Universo se divide en dos universos, en uno el fotón pasa por la primera rendija y en el otro por la segunda, y los dos universos interfieren dando lugar a bandas. Según el principio de incertidumbre de Heisenberg, la posición y la velocidad de electrones o fotones no pueden determinarse sin interferir con ellos. Hoy, los físicos cuánticos creen que, cuando no medimos estas variables, el electrón o el fotón no tienen velocidad ni posición, sino que son entidades no locales que ocupan simultáneamente todo el espacio… Para estas cosas no disponemos de símiles adecuados en el mundo macroscópico, aunque los físicos creen que el mundo macroscópico es un caso particular del cuántico. Einstein decía que el sentido común es el depósito de prejuicios que se sedimentan en la mente antes de los dieciocho años.

Hay demasiados átomos para medir el estado de cada uno, pero los de un mismo elemento son idénticos: podremos estudiar sus propiedades medias, usar la estadística. Cuando se trata del océano de los astros, Newton y Einstein nos bastan para predecir, con gran exactitud, cuándo se va a producir el siguiente eclipse solar o el paso de Venus ante el Sol, o qué trayectoria y propulsión necesita un cohete para llegar a Marte. Así pues, indeterminismo esencial en lo muy pequeño, estadística para los grandes números, determinismo mecánico-relativista en átomos y astros. En el tercer océano, el de lo complejo, vida, sociedad, mente, debemos armar naves preparadas para las sorpresas, porque quizás haya determinismo, pero predecir es muy difícil.

Todo cambia, nada desaparece

El principio de conservación de la energía y de la materia.

Para empezar la navegación, no escogeré un principio sino tres, tres leyes de la naturaleza que se cumplen en cualquiera de los ámbitos de los que vamos a ocuparnos: los astros, la química de la vida, el organismo, la ecología, las sociedades. Los tres principios son, en esencia, los dos primeros de la termodinámica y otro que se refiere a la tendencia de la materia a la autoorganización, a la complejidad. Los complementaremos con otras regularidades que parecen funcionar de modo muy general en el mundo.

El primero de los principios dice que la energía y la materia no se crean ni se destruyen, sólo se transforman. Empezaremos por la energía y luego hablaremos de la materia, que, al cabo, es lo que más nos ocupará en este libro. Leibniz, a fines del siglo xvii, hablaba de la vis viva (luego la llamaron energía) que impulsaba una pelota hacia arriba, disminuía hasta cero en la altura máxima y volvía a aumentar en la caída. La vis viva se conservaba. La ley de conservación de la energía no recibió su primera formulación clara hasta 1847, de un alemán, Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz: la energía puede ser transferida de sitio o adoptar diversas formas, pero ni se crea ni se destruye. A la vista del primer principio, es obvio que se habla incorrectamente de producir, generar o consumir energía, aspectos importantes de la economía y de la problemática ambiental. Se trata, más bien, de generar o consumir energía útil. Antoine Laurent de Lavoisier, padre de la química moderna, estableció el principio de conservación de masas, con experimentos decisivos que constataron que en las reacciones químicas la suma de las masas de los productos de la reacción era la misma que la de los reactivos. La igualdad se observaba sólo si se tomaban las precauciones necesarias para que nada escapara a las mediciones, ya que en las reacciones podían intervenir no sólo los materiales que se ponían en el matraz, sino también gases presentes en el aire, y podían liberarse otros gases y vapores. Si nada escapaba al control, la masa total permanecía la misma.

Lavoisier no conocía la desintegración de los materiales radiactivos, en que la materia se transforma en energía, según la célebre expresión de Einstein (E = mc2), pero materia y energía son dos aspectos de lo mismo. Materia y energía cambian, pero la suma total es constante.