¿Qué hay fuera de mí?

Cuando el estudiante preguntó cómo saber si lo que vemos es "realmente" lo que hay ahí fuera, el profesor no entendió la pregunta. Y era la pregunta que describía toda ciencia, pero el profesor increpó de tal absurdo, y volvió a nombrar las partes constitutivas del ojo. Quizás en su día, para la ciencia contemporánea, hubiese sido más eficaz evitar este tipo de preguntas. Sin embargo, la ciencia que dispone ciertos criterios de acción, nunca irrebatibles por supuesto, ha sido encasillada mediante la técnica y se ha diluido entre tantas otras técnicas.Al no querer responder este tipo de preguntas se confunde tanto el objeto como el sentido de la ciencia, creyendo que el discurso científico reducido al lenguaje que interpreta los experimentos, es la única base que la sostiene. Quizás sea cierto que hay parte de irracionalidad en la génesis de la ciencia, como lo hay antes de la razón. O acaso, ¿no es más primitiva la irracionalidad que racionalidad? En definitiva, hoy para la ciencia es necesario responder la pregunta del estudiante, para establecer su valor absoluto fuera de del lenguaje que lo relativiza.

Vemos tan poco de lo que hay ahí fuera, que lo que hay fuera de mí y de ti, es mucho más de lo que podríamos imaginar. La ventana de nuestros sentidos es tan estrecha, que nos perdemos tanto del vasto mundo, de aquello que por no pertenecer a la realidad propia no podemos entender con el lenguaje. Pero sepan que hemos dado cuenta de ello hace ya cierto tiempo, y que hemos buscado y encontrado señales indirectas de aquello que no percibimos, y mediante el lenguaje las hemos hecho comprensibles, al menos vagamente. Mediante algo que hemos denominado cambio,  que es la evidencia más directa de la existencia del tiempo, obtenemos información difusa para relacionarlo con otro cambio. Si no hubiese cambio alguno en nada, el tiempo no existiría, pues ningún suceso sería diferenciable de otro, acabándose por cierto, el antes, el después y el ahora. Así, gracias al cambio en todo, hemos podido sentir que hay objetos que pueden cambiar más allá de lo que nuestros sentidos perciben como cambio. Y entonces, si tenemos la fortuna de encontrar a partir de cambios perceptibles los efectos indirectos de los cambios no perceptibles, apreciamos la existencia de una realidad, aunque difusa, como un sueño, como una representación simplificada o un boceto y la observamos detenidamente intentando aprender algo.  

Los colores sólo existen en nuestro cerebro

Isaac Newton dijo:  "Indeed rays, properly expressed, are not coloured" (En realidad, la radiación electromagnética no es de colores; éstos (los colores) sólo existen en nuestro cerebro).

Nada es de colores ahí fuera en aquello que llamamos realidad. Los colores aparecen cuando nuestros ojos detectan señales de ondas electromagnéticas de distinta longitud de onda y entonces el cerebro las interpreta construyendo la percepción humana. Así que percibir no sólo es detectar, sino interpretar. Podemos entender entonces que un daltónico detecta todos los colores, sus ojos funcionan perfectamente, sin embargo, la interpretación en el cerebro que hacen de ellos es distinta a la mayoría. Pero esto es una convención, es decir, que un daltónico perspicaz de la "contracorriente" podría decir "en este mundo todos son daltónicos menos yo".
 La evolución ha hecho que nuestros ojos sean una pequeña ventana hacia la realidad. Unos agujerillos como las pupilas, una pantalla como la retina y unos cables que impulsan señales eléctricas al cerebro es el esquema simplificado del sistema natural que los humanos utilizan para detectar ondas electromagnéticas, que son habituales en la superficie terrestre debido a la emisión por parte del Sol. Sin embargo, por motivos evolutivos que se podrían justificar en otro artículo, sólo podemos percibir directamente con nuestros ojos una pequeña parte de estas ondas electromagnéticas. Un estrecho intervalo de frecuencias de las ondas electromagnéticas es lo que detectamos con los ojos y por tanto, lo que el cerebro puede interpretar. Así que los ojos del ser humano son una pequeña ventana del cerebro por la que sólo pasa ese intervalo de frecuencias de ondas electromagnéticas llamadas luz visible, o espectro visible pero,...¿pasa lo mismo con los ojos de los loros? No. La evolución en animales como los loros ha favorecido que sus ojos puedan detectar luz ultravioleta cosa que los ojos de los humanos no están preparados para ella. Otra cosa es como ellos perciben está luz, es decir, cómo su cerebro las interpreta y cómo la hacen consciente.

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El determinismo científico

La ciencia moderna surge de utilizar matemáticas en lo que antes se denominaba filosofía natural. Antes de este proceso, por un lado existía un conjunto de leyes de los diversos campos del conocimiento de la naturaleza que se basaban en la observación cualitativa de hechos. Tras esta observación se recurría a la argumentación justificar la ley. Es lo que se llamaba filosofía natural, cuyo origen y apogeo se dio en la Grecia Clásica. Por otro lado, los métodos matemáticos ya existían en las culturas de Egipto y Mesopotamia. No era una matemática formal ni teórica sino totalmente aplicada a problemas concretos. ¿Cómo ocurrió esta convergencia que dio lugar a la ciencia actual?

 A mi entender  tuvo que darse en un proceso largo de varios siglos de duración. Fue en el XVI cuando se registra históricamente los primeros indicios de la ciencia tal y como la conocemos hoy. En el proceso de transición se desarrollaron las matemáticas, no sólo  los objetos matemáticos que permiten resolver problemas (aritméticos, geométricos, algebracios,etc...) si no que también la interpretación del aparato matemático. Así aparecieron elementos como los límites, los ejes de coordenadas, el cálculo infinitesimal. Estos elementos no nacieron por casualidad, sino que evidencian la inquietud de los matemáticos de expresar la realidad mediante relaciones matemáticas. A la par, la propia argumentación racional encontraba razones para creer que ella misma no se bastaba para trascender más allá del lenguaje. La razón no escapa de sí misma para llegar a lo que no es parte de ella. Es necesario por tanto que el lenguaje no tenga verdadero significado. Ya no se trata entonces de calificar la realidad si no de cuantificarla. Porque de ésta manera se reduce a una trivialidad esencial. Hay algo más que y. En ello, puedo diferenciar y clasificar, puedo entonces contar. Y ello corresponde al empeño de hacer números la realidad.

 Pero falta algo principal, ¿cómo voy a poder introducir la realidad en la maquinaria matemática? ¿Cómo observar números en la realidad? La solución fue el arte de la medida. Y aunque la respuesta sea corta no está exenta de una enorme complejidad. Podemos entender fácilmente que el científico no mide indiscriminadamente. Tiene que responder a una cuestiones fundamentales que son la esencia de la ciencia. ¿Qué mido? ¿Cómo lo mido? Se trata de redefinir la idea de observación. La primera pregunta la van respondiendo los científicos clásicos midiendo la masa, la velocidad, la intensidad de corriente...El sentido común se ha apropiado de estos conceptos, pero si trascendemos de él comprenderemos que el verdadero conocimiento se esconde en la elección de estas magnitudes y de su posterior relación. Es la esencia del conocimiento científico, obtener las mínimas magnitudes posibles de observar que describen el comportamiento de determinado hecho. Encontrar mediante la medida las leyes que relacionan estas magnitudes. Estas leyes se introducirán en la maquinaria matemática que fertilizará las leyes para dar lugar a teorías. Así que la ciencia no son simplemente números relacionados sino que una vez transcritos al papel, son combustible de una maquinaria matemática que deriva una cantidad enorme de información. Esta información se reutiliza para seguir buscando qué medir y cómo hacerlo. Esto conforma el cuerpo teórico de una gran teoría y su comprobación mediante la experimentación no sólo del valor númerico de las relaciones sino de la óptima elección de las magnitudes esenciales. De esta manera la ciencia fue acrecentando su influencia. Adquirió no sólo la capacidad de explicar lo que ocurría sino que también la capacidad de explicar lo que iba a acontecer. La ciencia determina previamente el suceso antes de que ocurra, pero no de cualquier manera, sino que lo hace estableciendo leyes de evolución de magnitudes medidas convenientemente elegidas. Esto es lo que se llama determinismo en la ciencia. Las leyes como puntos discretos del hecho, adquirieron evolución para conformar un conocimiento predictivo. Para entender la ciencia no podemos obviar por tanto que la primera cuestión a resolver es en qué magnitudes medibles nos apoyamos para transcribir el lenguaje de las ideas y de los números. Son cuestiones que, por ejemplo la Economía obvia y por tanto no predicen ni describen, sólo ofrecen relaciones matemáticas en casos particulares se aproximan a una construcción ad hoc de la realidad.

Polaridad del agua

A continuación vamos a observar el siguiente fenómeno, tras electrizar un globo mediante frotamiento se acerca a un chorro de agua:



Este fenómeno lo explica la teoría electromagnética aplicada a las moléculas. La molécula de agua tiene dos átomos de hidrógenos unidos a un átomo de oxígeno. Al igual que nuestra piel representa un límite frontera, un interfase entre dos medios, el interno y el externo, que es donde se producen los intercambios de información entre los dos medios (interacción), los electrones más externos al átomo (última capa electrónica) serán los importantes a la hora de analizar cómo interaccionaran estos átomos con otros. En concreto, según las características del átomos que forman la molécula del agua, la unión entre los átomos de hidrógeno con el de oxígeno es una unión covalente, es decir, los electrones de la frontera de los átomos se comparten mediante formación de pares (entre el oxígeno y los hidrógenos). Sin embargo, el átomo de oxígeno es capaz de atraer al par y situarlo más cerca de su núcleo que los átomos de hidrógeno. En esta situación la distribución de carga hace que se genere una parte parte positiva, el átomo de hidrógeno, frente a una parte negativa, el átomo de oxígeno más el par de electrones. Esto genera dos dipolos, uno por cada átomo de hidrógeno, y como consecuencia de la disposición geométrica de los átomos, un dipolo resultante resultado de la suma vectorial de los otros dos.

Según la disposición particular de los átomos de hidrógeno con una separación entre sí de 104,45 grados, el momento dipolar resultante es no nulo, sino que adquiere un valor, dirección y sentido determinado, y por tanto la molécula de agua se dice que es polar. Nótese que si los átomos de hidrógeno estuvieran separados por 180 grados, el momento dipolar resultante sería cero y por tanto, la molécula sería polar. La mayor capacidad de atraer la distribución de carga negativa por parte del átomo de oxígeno, hace que el reparto no sea equitativo y que la distribución de carga no sea homogénea. Una distribución poco homogénea hace perder simetrías a la forma geométrica de la molécula. Una pérdida de simetría en la molécula se traduce en que en vez de ser una molécula lineal, sea una especie de triángulo. El triángulo tiene menos simetrías que la línea. La molécula adquiere entonces la propiedad de responder frente a una interacción eléctrica (un tipo de información) en una dirección concreta. Si consideramos los campos eléctricos como propiedades del espacio, podemos decir que esta propiedad geométrica rompe la isotropía del espacio (no he tenido en cuenta la ruptura previa de isotropía debida al campo gravitatorio, estoy simplemente describiendo la situación ideal para dar finalmente la explicación, un poco rebuscada, del fenómeno).

A continuación voy al hecho en concreto, al frotar el globo lo he cargado de electrones en la región frotada. Como el material del globo es no conductor, la carga adquirida por el globo no se distribuye por toda la superficie, por lo que una pequeña región se queda con bastante carga eléctrica como para que se noten ciertos efectos (atracción de pelos, papeles, etc...) Esa región del globo cargada negativamente genera una propiedad del espacio, un campo eléctrico notorio en sus proximidades. Cuando acerco el globo al chorro de agua, la parte positiva de las moléculas es atraída por las cargas negativas del globo. De otra manera, la anistropía del espacio generada por la polaridad, hace que frente a una perturbación eléctrica del espacio (acercamiento del globo), la trayectoria del chorro de agua que debiera ser recta, se curve en una determinada dirección.

La Luz del Calor

Durante la década de 1830 se realizaron varios experimentos para explicar cómo era posible que el calor del Sol llegase a la Tierra a través del vacío existente entre ambos. Que el calor se pudiera transmitir sin un medio material, tenía como consecuencia que el calor podía viajar como la luz. Entonces se prepararon dispositivos experimentales para comprobar que la energía calorífica puede transmitirse como una onda electromagnética. El italiano Macedonio Melloni fue uno de los investigadores que en este tiempo, experimentaba con las ondas térmicas. Como la luz y estas ondas térmicas compartían propiedades, el banco de Melloni tenía componentes parecidos o iguales al banco óptico que se utilizaba para estudiar las propiedades ondulatorias de la luz. Se estudiaban en este banco la transmisión, reflexión, absorción, polarización del calor o de las ondas que soportan la energía calorífica. Todos estos conceptos son propios del estudio ondulatorio por lo que se iba descubriendo esa naturaleza ondulatoria de la transmisión de energía calorífica, así como una nueva idea de lo que es el calor a nivel microscópico. En concreto, para la experimentación, se colocaba en un extremo del banco una fuente de calor, generalmente una lámpara de Locatelli y diversas muestras de diferentes materiales que se disponían en el banco para comprobar sus propiedades diatermas. Una termopila en el otro extremo o detrás del material con el que se quería experimentar. La termopila transforma calor en señal eléctrica por lo que se podían hacer las oportunas mediciones.

Banco de Melloni 1830-1853. Exposición de instrumentos científicos del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología.

Muestras para el Banco de Melloni 1845-1850. Exposición de instrumentos científicos del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología.

EOLIPILA EN FUNCIONAMIENTO

Alejandría y su máquina de vapor

Alejandría, la ciudad fundada en Egipto por Alejandro Magno en el año 331 A.C. se convirtió en el centro de conocimiento más importante del Mundo Antiguo. La ciudad disponía de un Museo, centro donde se enseñaban ciencias, se mostraban y guardaban todo tipo de artilugios científicos y se recopilaban los libros de la ciencia y filosofía natural griega, convirtiendo la biblioteca del centro, en la más famosa de sus aportaciones. LA biblioteca de Alejandría, junto con la de Pérgamo, se consideran los principales núcleos antiguos del saber racionalista, que desembocaría tras el Renacimiento del siglo XVI en la Ciencia Moderna. En el Museo de Alejandría los más respetables heruditos, científicos, inventores y naturistas, herederos de la filosofía natural originada tres siglos antes en las colonias jónicas de Grecia, daban clases y conferencias a aquellos que querían o podían aprender esta materia.

Personajes importantes en el desarrollo de la ciencia y matemática antigua como Euclides, Arquímedes, Hiparco y otros posteriores como Ptolomeo e Hipatia de Alejandría fueron miembros docentes del centro o hicieron diversas aportaciones de la que destacamos en particular en este artículo el invento de la Eolipila de Herón.
Fue Herón de Alejandría el primero en construir en dicha ciudad la primera máquina de vapor que posteriormente se llamo eolipila. En el Museo se podía ver en funcionamiento el mecanismo que conseguía convertir la energía calorífica en energía mecánica. Se llenaba la esfera de la eolipila con agua y se calentaba por la parte inferior. Cuando el agua llegaba a ebullición el vapor mantenía a presión dentro de la esfera. Alcanzada determinada presión, el vapor salía por el extremo de las varillas, provocando el giro del molinete. Más de mil años después Newton dio explicación a este fenómeno con la teoría de acción-reacción de su mecánica.

Molinete de Eolipila perteneciente a la colección de instrumentos científicos del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología. Molinete de Eolipila 1858-1890

Fryderyk Franciszek Chopin

"[...] me veo introducido en el gran mundo, en medio de embajadores, príncipes, ministros, y no sé porqué milagro pues no he hecho nada para penetrar en él. Pero se dice que para mí es algo indispensable aparecer allí, porque de ahí se afirma, viene el buen gusto. En el acto eres dueño de un gran talento, si has sido escuchado en la embajada de Inglaterra o en la de Austria. Tocas mejor si la princesa de Vaudemont, la última de los Montmorency, te ha protegido. En verdad no puedo decir «te protege» pues esta anciana dama ha muerto hace ocho días [...]"