Por: R. Pérez
20 ago 2015
Lista de los 10 experimentos que cambiaron la historia
Por: R. Pérez
Desde
que Arquímides gritó su famoso "¡Eureka!", si es que realmente lo
hizo, hasta los sofisticados y a veces enormes experimentos en los que trabajan
hoy los físicos de partículas, sería imposible señalar cuál ha sido el momento
más importante. El saber científico no se construye en momentos puntuales, sino
como una carrera de fondo continuada en el que los investigadores trabajan
sobre los resultados anteriores, poniéndolos a prueba e imaginando qué más
queda por descubrir.
Por eso
esta lista de experimentos que cambiaron la historia, recogidos por Chris Woodford, escritor
y divulgador científico, está necesariamente incompleta, ya que siempre
habrá otros que se quedaron fuera, y faltan por supuesto los que están por
venir. Pero son un buen repaso de algunos de los grandes momentos en el que un
científico, o un equipo, pusieron su ingenio a trabajar para demostrar una
teoría. Algunos son simples momentos de inspiración, mientras que otros
tuvieron que trabajar para inventar una máquina que les permitiese poner a
prueba sus ideas.
1. Galileo demuestra que todos los objetos
caen a la misma velocidad (1589)
En la
Italia del siglo XVI en la que vivía Galileo Galilei, el saber científico
estaba mayoritariamente formado por teorías que no habían sido modificadas
significativamente desde la altigua Grecia. Uno de esos antiguos griegos,
Aristóteles, había postulado que los objetos caen a distinta velocidad según su
peso: cuanto más pesados, más rápida la caída.
Uno de
los experimentos más famosos de Galileo demostró que Aristóteles estaba
equivocado: se subió a la torre de Pisa y lanzó desde lo alto varias bolas de
distinto peso, que llegaron al suelo al mismo tiempo. Galileo postuló que si
una pluma tarda más en cae que una piedra no tiene que ver con su peso, sino
con la resistencia que ejerce el aire en su camino hacia el suelo.
De
hecho, cuando los astronautas estadounidenses de la misión Apolo 15 llegaron a
la Luna, donde la falta de atmósfera hace que el rozamiento con el aire sea
inexistente, pusieron a prueba la hipótesis de Galileo: uno de ellos soltó a
aproximadamente un metro de altura y al mismo tiempo un martillo y una pluma.
Y, efectivamente, ambos cayeron a la misma velocidad. Galileo 1 - Aristóteles
0.
2. Newton divide la luz blanca en sus siete
colores (1672)
Solemos
representar a Isaac Newton acompañado de su inseparable manzana, pero quizá
tendríamos que incluir en la estampa un arco iris. Y es que él fue el primero
en demostrar cómo se forma ese bonito fenómeno meteorológico.
En
1672, Newton hizo pasar la luz que entraba por su ventana a través de un trozo
de cristal con forma triangular, o un prisma. El resultado fue la aparición de
un espectro de siete colores, que se correspondían con los colores del arco
iris. Así demostró que cuando la luz blanca pasa a través de un cristal, ésta
se descompone en luz de distintos colores según sus longitudes de onda.
3. Henry Cavendish pesa la Tierra (1798)
En el
siglo XVIII, el físico británico asumió la titánica tarea de pesar nuestro
planeta. Para ello, midió su densidad, de forma que pudiese a partir de ese
dato calcular su masa.
Para
hacerlo, construyó su propio experimento, una balanza con un brazo horizontal
de madera de casi 2 metros de longitud, de cuyos extremos colgaban dos esferas
de plomo de la misma masa. La vara estaba suspendida por una larga cuerda.
Cerca de las esferas, dispuso otras dos esferas de plomo de 175 kg cada una,
cuya acción gravitatoria debía atraer las masas de la balanza, produciendo un
pequeño giro.
La
atracción mutua de las esferas grandes y las pequeñas hacía que el brazo de
madera girase, retorciendo a su vez el alambre que lo sostenía. Cuando el alambre alcanzaba un ángulo en el que la fuerza de torsión equilibraba la
fuerza de atracción de las esferas, el brazo dejada de girar. Midiendo ese
ángulo, y conociendo la fuerza de torsión del alambre para un ángulo dado,
Cavendish pudo determinar la fuerza de atracción entre los dos pares de masas.
Puesto que la fuerza gravitacional de la Tierra sobre cada bola pequeña podía
medirse pesándolas, la relación entre ambas permitió calcular la densidad de la
Tierra gracias a la ley de la gravitación universal de Newton.
Con
este experimento, Cavendish determinó que la densidad de la Tierra era,
exactamente, de 5.448 +/- 0,033 veces la del agua.
4. Thomas Young demuestra que la luz es una
onda... ¿o no? (1803)
Isaac
Newton pensaba que un rayo de luz era una especie de tren o cadena de
partículas diminutas, o corpúsculos, que navegaban a través del espacio y del
cielo, hasta que otro gran experimento demostró que no era así en absoluto. A
principios del siglo XIX, Thomas Young diseñó el siguiente experimento: cogió
una tabla plana, le hizo dos aberturas estrechas y situó una fuente de luz
entre las dos, de forma que los rayos atravesasen ambas aberturas
simultáneamente y se proyectasen en la pared tras ella.
Ese
patrón de interferencia demostraba que los rayos de luz no viajaban como partículas,
sino como ondas
Si
Newton hubiese tenido razón, Young habría visto dos puntos brillantes en la
pared y todo el espacio entre ellos completamente a oscuras. Pero no fue así.
Lo que Young vio fue un patrón de zonas iluminadas y zonas oscuras allí donde
los rayos de ambas aberturas coincidían. En algunas partes, la luz
de una abertura se sumaba a la de la otra, iluminando brillantemente un área;
en otras, la luz de ambas se sustraía, dejando un área más oscura. Ese patrón
de interferencia demostraba que los rayos de luz no viajaban como partículas,
sino como ondas.
Pero
este no fue el final de la historia. En 1905, Albert Einstein entró en escena,
demostrando que la luz sí que podía comportarse como una partícula: si diriges
un rayo de luz hacia un metal, puedes formar una corriente eléctrica (el
fenómeno del efecto fotoeléctrico le valió un Nobel a Einstein en 1921). Como
resultado de ambos experimentos, los científicos han aceptado que la luz se
comporta al mismo tiempo como una partícula y como una onda. Este fenómeno es
una de las bases de la teoría cuántica.
5. James Prescott Joule demuestra el principio
de conservación de la energía (1840)
La ley
de conservación de la energía es una ley básica de la física que dice que
cualquier cosa que ocurre necesita la energía que requiere hacerla. Por
ejemplo: si vas a conducir de Madrid a Barcelona necesitas el equivalente a 621
kilómetros en gasolina; o si vas a correr una maratón, necesitas el equivalente
a 42 kilómetros en calorías.
En
cualquier caso, la energía que necesitas es equivalente al trabajo que quieres
hacer (entendiendo trabajo como la aplicación de una fuerza durante una
determinada distancia).
James
Prescott Joule demostró experimentalmente este principio a mediados del siglo
XIX. Para hacerlo, ideó el siguiente experimento: situó un gran contenedor
lleno de agua, con una hélice en su interior.
La hélice estaba conectada a un eje que salía del contenedor y entorno al cual se
había enrollado una cuerda muchas veces. La cuerda corría por una polea y tenía
atada una pesa en su otro extremo. Al soltar la pesa, ésta tiraba de la cuerda
que a su vez hacía girar el eje y con ello la hélice del contenedor, calentando
con ello el agua.
Joule
liberó la pesa unas 20 veces, de forma que el agua se calentase lo suficiente
para medir el aumento de la temperatura. Una vez hechas las mediciones, Joule
demostró que la cantidad de energía potencial perdida al soltar la pesa era
exactamente la misma cantidad de calor generado en el agua.
6. Hippolyte Fizeau mide la velocidad de la
luz (1851)
Cuando
no había relojes tan precisos como los que tenemos ahora, y lo máximo que se
podía concretar el tiempo con precisión era en segundos, el físico francés
Hippolyte Fizeau consiguió medir la velocidad de la luz, pero tuvo que hacerlo
en grandes distancias.
Para
ello realizó el siguiente experimento. Lanzó un rayo de luz hacia un espejo,
que lo desvió haciéndolo pasar por entre los dientes de una rueda dentada
que giraba cientos de veces por segundo. Fizeau colocó un espejo a unos 8,5
kilómetros de su aparato, de forma que la luz viajase hasta él y volviese hasta
el telescopio por el que miraba. Él sabía lo lejos que había viajado la luz,
así que solo tenía que medir cuánto tardaba en hacerlo. La rueda dentada era su
reloj: sabiendo cuántos dientes tenía y a qué velocidad giraba, podría ajustar
esa velocidad hasta bloquear la luz del espejo más lejano.
Así,
sabía que la luz solo había viajado una vez desde la lámpara hasta el espejo y
de vuelta hasta él, y todo lo que tenía que hacer era dividir la distancia
entre el tiempo que había tardado para calcular la velocidad de la luz. El
resultado que obtuvo fue un 5% más alto de lo que conocemos hoy, pero aún así
fue un resultado más que notable para los medios de los que disponía.
7. Robert Millikan mide la carga del electrón
(1909)
La
unidad mínima de electricidad es igual a la carga de un solo electrón, pero
¿cómo medir algo tan pequeño? A principios del siglo XX, Robert Millikan dio
con la clave. Roció gotas de aceite entre dos placas eléctricamente cargadas
que estaban suspendidas horizontalmente, una debajo de la otra. Después de
aplicar sobre ellas una carga eléctrica, descubrió que podía moverlas
arriba y abajo al ajustar el voltaje de las placas, y midiendo la velocidad de
su movimiento, podía calcular la carga que tenían.
Entendió
que las gotas debían portar varias únidades de carga eléctrica y que eso
afectaba a la cómo de rápido caían o se elevaban al activar la corriente.
El
experimento funcionaba de la siguiente forma: las gotas de aceite, al tener
masa como cualquier otro objeto, eran atraídas hacia abajo por la fuerza de la
gravedad hasta alcanzar su velocidad terminal, que Millilankan podía medir.
Después les aplicó carga negativa, de forma que pudiese detener su caía aplicando
un voltaje negativo a la placa de arriba, o, en otras palabras, conseguir que
su peso fuese compensado con una fuerza de atracción eléctrica que tirase de
ellas hacia arriba.
Con la
corriente activada, descubrió que algunas gotas comenzaban a caer más despacio,
otras se detenían y algunas incluso comenzaban a ascender. Entendió que las
gotas debían portar varias únidades de carga eléctrica (varios electrones) y
que eso afectaba a la cómo de rápido caían o se elevaban al activar la
corriente. Al medir su velocidad terminal con la corriente activada, y
comparándola con la velocidad terminal sin corriente, pudo calcular la unidad
básica de carga eléctrica, conocida ahora como la carga del electrón, con una
precisión admirable. Por este trabajo ganó un Nobel en 1923.
8. Ernest Rutherford, y sus
colaboradores, dividen el átomo (1897-1932)
Los
antiguos griegos creían que la materia estaba formada por unos bloques básicos
que llamaron átomos, una palabra que significa "que no puede ser
dividido". Sin embargo, a finales del siglo XIX los científicos comenzaron
a darse cuenta de que los átomos estaban formados por partículas aún más
pequeñas. La división del átomo se consiguió con una serie de experimentos que
tuvieron lugar entre 1897 y 1932, en los que se estudió de qué partes constaba
un átomo y cómo estaban organizadas.
Mientras
daba clases en la Universidad de Manchester, Ernest Rutherford pidió a dos de
sus alumnos, Hans Geiger y Ernest Marsden, que disparasen partículas con carga
positiva (alfa) a una fina lámina de oro. Como era de esperar, la mayoría la
atravesaron, pero una pequeña parte, una de cada ocho mil, se desviaban o
incluso rebotaban. Rutherford y compañía estaban atónitos. "Es como si
disparases balas de cañón a una hoja de papel y rebotasen contra
ti".
Su
conclusión fue que el hecho de que la mayoría de las partículas atravesase la
lámina de oro indicaba que gran parte del átomo está vacía, que la desviación
de las partículas alfa indicaba que tanto el deflector como las partículas
poseen carga positiva (pues la desviación siempre es dispersa) y que el rebote
de esas pocas partículas indicaba que se habían topado con una zona fuertemente
positiva del átomo. Este experimento confirmó el modelo moderno que tenemos del
átomo, con un núcleo centro y los electrónes girando a su alrededor.
9. Enrico Fermi demuestra la reacción atómica
en cadena (1942)
A
mediados del siglo XX, los científicos ya tenían claro cuál era la estructura
del átomo, y gracias a los trabajos teóricos de Einstein, sabían también que la
materia y la energía son la misma cosa y que una pequeña cantidad de energía
podía, en teoría, ser convertida en una enorme cantidad de energía. Es decir,
que de alguna manera debía ser posible dividir átomos para liberar gigantescas
cantidades de energía.
El
italiano Enrico Fermi puso a prueba esta idea con un experimento que llamó
"la pila atómica". Lo que hizo fue disparar un neutrón hacia un átomo
del isótopo uranio 235 con el objetivo de convertirlo en un átomo de uranio aún
mayor. El uranio 236 tendría una unidad de masa más, gracias al neutrón añadido,
pero es tan inestable que inmediatamente se divide en dos átomos más pequeños y
dos neutrones. La masa total de los átomos menores sumada a la de los neutrones
era inferior a la masa del isótopo de uranio 236 que los había generado, y esa
masa perdida se había convertido en energía, según la famosa ecuación de
Einstein E=mc².
Los dos
neutrones se dispararon, chocando con otros dos átomos de uranio 235,
provocando dos reacciones idénticas a la anterior, que liberaron cuatro
neutrones, que volvieron a chocar con cuatro átomos de uranio 235... Esta es la
famosa reacción en cadena que se produce en las centrales nucleares o en la
explosión de una bomba atómica.
10. Rosalind Franklin fotografía el ADN con
rayos X (1953)
Aunque
el descubrimiento de la estructura del ADN, con su forma de doble hélice, fue
merecedora de un Nobel en 1962, un miembro del equipo científico sin el que el
descubrimiento nunca hubiese sido posible quedó fuera del reconocimiento. Se
llamaba Rosalind Franklin y había muerto de cáncer en 1958 a los 37 años.
Franklin fue la autoda de una importante fotografía tomada por difracción de
rayos X que sirvió para revelar una gran cantidad de información sobre la
estructura del ADN.
Franklin
utilizó la difracción de rayos X porque la molécula del ADN es tan pequeña que
no sería posible analizarla con simples rayos X. Como si se tratase de bolas de
pinball, los rayos C pasan a través de las estructuras moleculares que forman
el ADN, rebotando contra ellas en su camino y dispersándose, o difractándose,
en distintas dirección. Cuando los rayos X salen del ADN, dejan un patrón sobre
el papel fotográfico. Según las leyes de la difracción, los rayos X que se
moviesen a través de una estructura en hélice se dispersarían en ángulos
perpendiculares a la hélice, creando un patrón en forma de X. Eso fue
precisamente lo que captó Franklin.
PÉREZ, R. [sin fecha]. Los diez experimentos de la física que cambiaron la historia. Noticias de Tecnología. El Confidencial [en línea]. [Consulta: 20 agosto 2015]. Disponible en: http://www.elconfidencial.com/tecnologia/2015-08-09/los-diez-experimentos-fisicos-que-cambiaron-el-mundo_956989/.
Suscribirse a:
Enviar comentarios
(
Atom
)
No hay comentarios :
Publicar un comentario