La entropía no es desorden: la ordenación espontánea de poliedros.

Hay ocasiones en las que un artículo científico, independientemente del interés intrínseco del hallazgo o comprobación que describe, pone de manifiesto cómo las simplificaciones que se hacen, incluidas las de los libros de texto, al intentar hacer comprensibles las ideas científicas tienen el efecto de que después sea mucho más difícil entender nuevos desarrollos. A éstos se les suele llamar contraintuitivos. Una de los conceptos más recurrentes entre los afectados es el de entropía y, por extensión, el de orden.

Un artículo publicado en Science por el equipo encabezado por Pablo Damasceno, de la Universidad de Michigan en Ann Arbor (EE.UU.), nos recuerda que ni la entropía, ni los procesos termodinámicos espontáneos, están relacionados per se con lo que intuitivamente entendemos por desorden. La entropía está relacionada con el número de “posibilidades” para un sistema, lo que muchas veces se traduce en “desorden” pero, como muestra esta investigación, no siempre.

Y es que la naturaleza no entiende de orden o desorden, que son conceptos puramente de la mente humana en su afán por hacer inteligible el entorno. La naturaleza entiende de minimización de la energía y maximización de posibilidades.

Pero vayamos por partes.

La organización espontánea de distintas unidades elementales en estructuras ordenadas se encuentra en todas las escalas. Ejemplos evidentes son los cristales a nivel atómico, los cristales plásticos y líquidos a nivel molecular o las superceldillas de nanopartículas o los coloides. En ciencia de materiales es crítico conocer la relación entre las ordenaciones y sus constituyentes ya que las propiedades físicas de aquellas dependen en gran manera de la estructura.

Lo que han conseguido Damasceno et al. mediante simulaciones por ordenador es poder predecir las estructuras que formarán partículas de distintas formas, en concreto 145 poliedros convexos distintos. De hecho, los autores demuestran que la forma en que se orientan depende sólo de su forma anisótropa. Pero, y esto es lo que consideramos interesante resaltar, este estudio demuestra también que existe una llamativa tendencia a la auto-organización y a la diversidad estructural. Es decir, que haciendo mediciones simples de la forma de la partícula y el orden local (orden a corto) en un fluido se puede predecir si esa forma se organizará espontáneamente como un cristal líquido, como un cristal plástico, como un cristal en sentido estricto o si no se organizarán en absoluto.

Pero, ¿cómo se forman estructuras ordenadas espontáneamente? Muy fácil, diréis algunos, el sistema se enfría, formándose las estructuras ordenadas y la entropía del universo aumenta aunque la del sistema disminuya. Pero, no. No existe variación de temperatura. Tal y como están planteadas las simulaciones, partículas sólidas que no interactúan más allá de su geometría, no existe variación energética, tan sólo maximización entrópica. Nos explicamos.

Sabemos por la segunda ley de la termodinámica que, todo lo demás constante, el sistema evolucionará espontáneamente hacia la configuración que consiga el máximo incremento en la entropía. Habitualmente, como decíamos más arriba, esto coincide con el máximo desorden. Así, un libro de texto puede decir que “los sistemas evolucionan espontáneamente en el sentido en el que aumenta el desorden”, en abierta contradicción con lo que vemos aquí.

La clave está en el espacio disponible. Si las partículas tuviesen todo el espacio del mundo no cabe duda de que se dispersarían tomando posiciones al azar. Pero si el espacio es muy limitado la cosa cambia. En estas circunstancias las posibilidades distintas de acoplamiento aumentan si las partículas se orientan cara a cara, lo que nosotros interpretamos como orden.

Dado que la eficiencia en el empaquetamiento aumenta con el área de contacto, la ordenación puede ser interpretada como el resultado de una fuerza entrópica efectiva, direccional y multicuerpo. Esta fuerza aparece a partir del mayor número de configuraciones disponibles para el conjunto del sistema, lo que trae como consecuencia que los poliedros con un número adecuado de caras se ordenen de determinada manera. Esta idea de fuerza entrópica direccional es la que sugiere que la forma de las partículas puede usarse para predecir las estructuras.

No es que el desorden (entropía) cree orden. Es una cuestión de opciones disponibles: en este caso las disposiciones ordenadas son las que producen el máximo número de posibilidades. Pero no hay que circunscribirse al mundo nanoscópico. Este fenómeno es conocido para cualquiera que haya trasladado una caja de naranjas (de esferas en general): si se agita tiende a ordenarse.

Por ello esta sería una buena ocasión para abandonar esa aproximación a la entropía como desorden y empezar a asimilar la definición estadística de la entropía, mucho más útil a la larga aunque menos intuitiva para algunos al principio: la entropía de un sistema es proporcional* al número de estados posibles en los que puede estar.

Volviendo a los resultados de Damasceno et al., de los 145 poliedros estudiados el 70 por ciento produjeron estructuras cristalinas de algún tipo. Algunas de estas estructuras eran realmente complejas, con hasta 52 partículas en el patrón que se repetía.

Como siempre con un hallazgo interesante, estos resultados nos sugieren muchas más preguntas. La más inmediata es ¿por qué el 30 por ciento no forma estructuras ordenadas quedándose con estructura vítrea (de vidrio)? ¿Por qué se resisten al orden? Un hilo misterioso del que tirar.

[*] En sentido estricto proporcional logarítmicamente: S = k ln W donde S es entropía, W el número de estados accesibles del sistema y k una constante (de Boltzmann). Esta es la forma de Planck de la ecuación de Boltzmann.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVII Edición del Carnaval de Química que organiza Un geólogo en apuros.

Referencia:

Damasceno PF, Engel M, & Glotzer SC (2012). Predictive self-assembly of polyhedra into complex structures. Science (New York, N.Y.), 337 (6093), 453-7 PMID: 22837525

Nanobiomática, la revolución que marcará el siglo XXI

El 15 de abril de 2010 volvía a casa después de asistir a una demostración de un nuevo equipo industrial en una ciudad del centro de Suecia. Cuando llegamos mi compañero y yo al aeropuerto de Estocolmo nos encontramos con el caos. Al parecer un volcán en Islandia, el Eyjafjallajökull, había entrado en erupción y las cenizas que arrojaba a a la atmósfera obligaban a cerrar el espacio aéreo por tiempo indefinido. Nuestro vuelo a Madrid aún no estaba cancelado aunque sí muchos otros. Yo, siguiendo un instinto de supervivencia peculiar, entré en la bien surtida librería a comprarme un par de libros.

Nuestro vuelo fue el último en despegar de Estocolmo antes del cierre del espacio aéreo sueco y nuestro piloto nos llevó a España dando un rodeo por Polonia. En ese tiempo comencé a leer uno de los libros que más me ha hecho pensar en los dos últimos años: The Black Swan, The Impact of the Highly Improbable, de Nassim Nicholas Taleb.

Un cisne negro, citando a Taleb, es un acontecimiento que reúne tres características. Primero, es completamente inesperado, ya que nada en el pasado puede apuntar de forma convincente a esa posibilidad. Segundo, tiene un impacto enorme. Tercero, a pesar de ser inesperado, nuestra capacidad humana para la racionalización a posteriori hace que lo veamos como algo explicable y predecible.

Los cisnes negros son el tipo de acontecimientos que marcan las revoluciones científico-técnicas; pensemos en el descubrimiento de los rayos X o en la penicilina o, y perdonad que aquí cite una afición, los cuasicristales. En las próximas décadas serán los cisnes negros los que marquen la evolución de la ciencia y la técnica concretas. Por definición no podemos saber cuáles serán. Nosotros, en lo que sigue, no vamos a intentar predecir qué desarrollos concretos habrá en la ciencia y la técnica en lo que queda de siglo, ya dejamos a otros que se equivoquen en eso, sino que vamos a explorar brevemente, y sin ánimo de ser exhaustivos, las áreas en las que podrían producirse esos avances. Puede que te sorprendan.

La instrumentalización de la química y el recorrido limitado de la física.

La química, como ciencia que permite conocer el universo, está agotada. No habrá sorpresas químicas relevantes, si bien cabe esperar de ella una enorme variedad de contribuciones prácticas. La química es como una lengua que cuesta dominar: a lo largo de los siglos hemos ido aprendiendo su gramática, su vocabulario, sus modismos, cada uno de estos descubrimientos permitiéndonos conocer más el universo y a nosotros. Pero un idioma, una vez dominado, sirve para expresar ideas. Este es el futuro papel de la química, un instrumento sofisticado que facilitará mucho de lo que sigue.

La física sólo es un poco más estimulante desde esta perspectiva que hablamos. Aunque aún haya mucho que aprender acerca de la estructura fundamental del universo, las máquinas necesarias para realizar esta exploración son cada vez más grandes y caras. Existe un concepto económico crítico para estas situaciones, el de rendimientos decrecientes y, aunque el descubrimiento de una partícula compatible con el bosón de Higgs pueda estimular durante un tiempo breve el imaginario colectivo de los que administran el dinero, no cabe esperar muchas inversiones en algo que tiene de entrada pocas aplicaciones prácticas desde su punto de vista.

En las próximas décadas, salvo hallazgos no previstos en el modelo estándar que nos depare el LHC (más improbables si la partícula descubierta se confirma que, efectivamente, es el bosón de Higgs del modelo estándar), la física fundamental estará centrada en comprender la materia oscura (partículas fundamentales que interactúan con la de materia ordinaria aparentemente sólo a través de la gravedad) y en encontrar ondas gravitacionales (lo que permitiría unir la gravedad, explicada actualmente por la torre de marfil que es la teoría general de la relatividad, con la física cuántica que explica el resto de la física). Para conseguir ambos fines bastarían en principio instrumentos relativamente baratos comparados con un megaacelerador de partículas lineal, por ejemplo.

La otra gran incógnita de la física es la energía oscura, eso que hace que el universo se expanda aceleradamente. A diferencia de las dos anteriores, su resolución requiere de una revolución teórica previa más que de nuevos datos. Y esto entra de lleno en el dominio de los cisnes negros. Puede que ahora, mientras lees esto, un parado esté garabateando, en un parque de Málaga, la que podría ser la solución a este problema.

La revolución nanobiomática.

Para el año 2050, parece bastante probable que sepamos, más allá de la certeza estadística, que la vida es abundante en el universo. El estudio de los planetas extrasolares con nuevos telescopios espaciales parece que es algo que tiene la financiación poco menos que garantizada: la pregunta de si estamos solos en el universo es fácilmente entendible por los administradores y también interesante para ellos.

Un aspecto relacionado es el origen de la vida en la Tierra. La respuesta puede que venga del mejor conocimiento del funcionamiento celular y la identificación de sus partes más primitivas, y de la experimentación, es decir, de la creación de organismos vivos en el laboratorio a partir de moléculas químicas sencillas.

Pero los descubrimientos en biología están entrando en una fase exponencial que nosotros atribuimos a cuatro motivos principales:

1. La capacidad desarrollada recientemente de secuenciar el ADN rápidamente y en cantidades enormes.
2. Las mejoras en microscopia, en el sentido más amplio, desde sistemas de tinción a fotografías a nivel atómico, que permiten una mejor comprensión de los procesos celulares.
3. Las técnicas para el estudio específico del encéfalo y su funcionamiento, probablemente el objeto de estudio científico más interesante del universo.
4. La asunción generalizada de que la investigación biológica tiene que tener una perspectiva evolutiva.

Cabe esperar que en próximo par de décadas la caracterización genética de todas las especies esté completa. Alrededor del año 2030, dependiendo de la financiación, la mayor parte de la vida conocida habrá sido caracterizada, incluyendo la microbiológica marina o la subterránea profunda (de existir). En el proceso es posible que nos encontremos grandes sorpresas (asumimos que con más fundamento que la vida basada en arsénico).

Lo anterior, completar el álbum de cromos de la vida terrestre, es fascinante e intelectualmente atractivo. Pero esta base de datos genéticos gigantesca y el conocimiento biológico derivado de ella, abriría la puerta a la explotación industrial, lo mismo que ocurrió con la química en el XIX. En esto trabajan ya activamente personas como Craig Venter, ya sea por la vía de crear de vida sintética de diseño, ya por la creación de nuevos organismos transgénicos o directamente por el uso de nuevas especies.

Pero, sin duda, el punto de inflexión lo marcará la combinación de la biología con la nanociencia y la informática: la nanobiomática.

Digámoslo claramente, y citando a un sabio malagueño: la nanotecnología ha tenido un arranque de caballo andaluz y un parón de burro manchego. Durante los últimos veinte años se ha hablado mucho de nanotecnología pero, a fin de cuentas, salvo algunas estructuras que quedan muy espectaculares en fotografía y la alteración de las propiedades de algunos materiales, ya sea por la incorporación de otros o por técnicas de encapsulación, poco más se ha conseguido. Estamos a años-luz de esos ejércitos colaborativos de micromáquinas que prometían los visionarios de los años noventa. Pero esto cambiará cuando se conozca mejor el comportamiento de las células.

Las proteínas, el ARN o el ADN son moléculas grandes y tienen exactamente el tamaño típico de los objetos con los que opera la nanociencia: mayor que el de la química tradicional, pero aún suficientemente pequeños como para que la influencia de las interacciones supramoleculares electrostáticas sea crítica impidiendo que la ingeniería mecánica clásica pueda lidiar con ellas. De hecho, fueron estas interacciones las que arruinaron las predicciones de los visionarios: los engranajes y levas de las micromáquinas se veían alterados por las fuerzas de van der Waals y otros efectos mal comprendidos.

Pero, hete aquí que los sistemas vivos, obviamente, funcionan. Una vez que se analicen apropiadamente aparecerá todo un abanico de aplicaciones tecnológicas: ya sean organismos altamente modificados, o sistemas completamente artificiales que simplemente toman sus fundamentos de la biología, como los robots de Karel Capek, el inventor del término en 1921.

Pero unos robots así requerirían también la intersección de la biología, además de con la nanotecnología, con la informática y la inteligencia artificial, lo que hemos dado en llamar nanobiomática. La unión de una mejor compresión del funcionamiento del cerebro con una capacidad de computación artificial mucho más sofisticada. Las nuevas técnicas para el estudio del cerebro pondrán de manifiesto cómo se organiza el cerebro a nivel celular (conectoma). Los ordenadores, más rápidos y potentes, permitirán modelar como software esa nueva información. Así sabremos cómo funciona el cerebro de verdad, lo que permitirá la construcción de cerebros artificiales que trabajarán con los mismos principios, pero mucho más potentes y sin errores. Cerebros artificiales nanobiomáticos que puede que funcionen conscientemente.

Curiosamente, según la teoría de Taleb, nadie podrá hacer una fortuna apostando a nada de lo anterior: lo previsible no es novedoso realmente. Y es que el futuro lo conformarán los cisnes negros.

Una aproximación a la leyenda del mecanismo de Higgs (relato fragmentario)

En el comienzo sólo existía una, unificada y todopoderosa fuerza llamada la Superfuerza para gobernar el Universo. Pero una fracción minúscula de segundo después de que el universo comenzase a ser, la Superfuerza comenzó a descomponerse, proveyendo sucesivamente para la Gravedad que actúa en todo el Universo y la Forzuda (la lamada Carcelera, la que mantiene atrapados a los Quarks dentro de las prisiones Protón y Neutrón). 

Tras parir a Gravedad y Carcelera, la Superfuerza quedó reducida a tres hermanos mellizos: Electricidad, Magnetismo, y Debilucha (una radioactivista que establecería la vía de escape de las macroprisiones Núcleo conocida como desintegración beta). Los tres hermanos eran en esta época como si fuesen uno y sus sirvientes llamados Fotón, W+, W- y Z, vivían con ellos en paz y armonía. Los sirvientes se parecía mucho entre sí y se comportaban igual.

Los Mellizos dentro de Superfuerza. Debilucha de pie. Nótese la mirada libidinosa de Electricidad a Magnetismo.

Pero no seguirían así mucho tiempo. Un campo misterioso permeaba el Universo. Un campo extraño que, como Magnetismo o Gravedad, podía rodear a un objeto pero que, a diferencia de ellos no asociaba una dirección. No apuntaba a ninguna parte, simplemente estaba. A diferencia de los hijos de la Superfuerza, los orgullosos y omnipotentes Vectoriales, ese campo era un humilde Escalar. Su nombre revelaba su baja extracción: Campo de Higgs.

El Campo de Higgs tenía problemas psiquiátricos. Los especialistas dirían después que tenía rasgos esquizoides y paranoides o, según otros, doble personalidad compleja. Esto quería decir que tenía aspectos de sí mismo que eran imaginarios entrecruzados con otros que eran reales. La cuestión es que familiares y amigos para poder entenderlo y relacionarse con él lo trataban como si fuese cuatro (en la escuela, los campiños, crueles, le cantaban “Higgs tiene cuatro dimensiones, Higgs tiene cuatro dimensiones”) y hacían la vista gorda porque tuviese un sirviente capaz de satisfacer sus cuatro facetas, un sirviente cuatridimensional, que en realidad eran cuatro.

Y entonces ocurrió. La Gran Guerra que cambió el Universo. El Campo de Higgs interactuó con los Mellizos.

Fue una guerra noble, en la que los señores mandaron a sus sirvientes a luchar. Debilucha, cuyo nombre es harto engañoso, hizo gala de las habilidades que después la harían famosa y dirigió a sus tres sirvientes (W+, W- y Z) en el combate con tal destreza que cada uno de ellos salió triunfante de su colisión con un sirviente del Campo de Higgs, enguyéndolo. Por esta victoria les fue concedido el más alto honor, tomar botín, la masa.

Sin embargo Electricidad y Magnetismo, centrados en lo que después se supo que era un amor incestuoso, fracasaron miserablemente. Como resultado de la Gran Guerra W+, W- y Z consiguieron masa, Fotón huyó cobardemente a la máxima velocidad permitida y quedó libre, aunque oculto y huidizo, el cuarto sirviente del Campo de Higgs.

Algunos trovadores comenzaron a contar la leyenda del “mecanismo de Higgs”, ya se sabe el atractivo que para algunos tienen los perdedores. Según ella el Campo de Higgs dio masa a los sirvientes, que dijeron pertenecer a la tribu de los Bosones, los portadores de fuerza, W+, W- y Z y no sólo a éstos, sino a los Quarks y a los Electrones. La leyenda también afirmaba que el sirviente de Higgs era un bosón. A partir de aquí ya los libros de historia ortodoxos coinciden más.

Cuando el Universo comenzó a enfriarse ligeramente, los Quarks vivían en una comuna gigantesca, la famosa Sopa de Quarks, pero con el tiempo y el enfriamiento consiguiente, Forzuda, acusándolos de colaboracionistas empezó a encerrarlos de tres en tres en las prisiones Neutrón y Protón. La eficiencia administrativa llevó a la creación de asociaciones carcelarias llamadas Hidrógeno, Helio y Litio. Gravedad entró a colaborar y empezó a unir esas primeras asociaciones en centros de concentración llamados Estrellas. Las agrupaciones territoriales de Estrellas fueron llamadas Galaxias.

Las condiciones de hacinamiento en las cárceles estelares llevaron a fusiones y adquisiciones de las asociaciones carcelarias menores, creando nuevas más grandes y complejas: Carbono, Oxígeno, Hierro. En esta época comenzaron a producirse motines en algunas estrellas. Se volvieron tan comunes que hasta recibieron un nombre, Supernovas. Aún así los Quarks huían de sus prisiones gravitatorias, pero no de las forzudas. Y eso que Debilucha permitía ya escapar a algunos rebeldes vía desintegración beta.

La leyenda no cuenta en qué batallas los Electrones o los Quarks ganaron su masa. Sí sabemos que los sirvientes del Campo de Higgs, aislados y huidizos, eran higgsófagos, peleaban y se comían entre sí, dándose masa entre ellos, deshonrándose. El Fotón cuando no hay nadie alrededor sigue huyendo a máxima velocidad, sólo cuando atraviesa materia la baja algo, como para disimular.

[El Universo mismo escribió la historia original usando Matemáticas. Los humanos estamos aprendiendo el lenguaje para intentar leer el libro completo y no tan sólo fragmentos inexactos e inconexos como éste]

El agua y otros volátiles terráqueos proceden de asteroides (y no de cometas)

Estos días han aparecido en distintos medios noticias que afirman que “un nuevo estudio apunta a que elorigen del agua y de los componentes orgánicos que dieron origen ala vida procede del interior del Sistema Solar” como hace Materia o que “los meteoritos sonla fuente más probable del agua de la Tierra”  como afirma Astrobiology Magazine de la NASA. Todas estas noticias se hacen eco de un estudio que publica en Science un equipo encabezado por Conel Alexander, de la Institución Carnegie (EE.UU.). Sin embargo, al leerlas uno se queda con la sensación de que falta algo, de que se produce un salto en el vacío hacia unas conclusiones que los datos presentados no sustentan o que, directamente, el titular es erróneo. Vamos a intentar solucionar el problema.

Parto de la base de que el inteligente lector leerá los artículos enlazados más arriba en algún momento, por lo que me limitaré a señalar lo importante del estudio con énfasis en la secuencia lógica que, entiendo yo, falta en esas noticias. Señalo con un * las discrepancias con esos artículos.

1. Aún no está claro cómo determinados compuestos volátiles, mayormente de H, N y C llegaron a la Tierra primitiva. Estos compuestos, entre los que se encuentra el agua, es evidente que son críticos en la aparición de la vida.
   
   
2. Las fuentes que se barajan como origen de esos compuestos son:
   
   
   2.1. Asteroides: están en órbitas entre las de Marte y Júpiter
   
   
   2.2. Cometas: provienen del exterior del Sistema Solar
   
   
3. Los modelos actuales sugieren que en un momento dado un cambio en las órbitas de Saturno Y Júpiter habría propiciado que material cometario llegase en primer lugar a lo que hoy es el cinturón de asteroides y, de ahí, a la Tierra aportando los volátiles.
   
   
4. El estudio de Alexander et al. intenta comprobar si esto es así. Para ello emplean el análisis isotópico de muestras de meteoritos (condritas carbonáceas).
   
   
5. El equipo de investigadores comparó en primer lugar la proporción entre deuterio e hidrógeno (PDH). En el exterior del Sistema Solar, lugar de procedencia de los cometas, el frío extremo hace que el hielo de agua tenga una proporción de deuterio mayor que el que se forma en regiones menos frías. La PDH se mide en los meteoritos tomando muestras de ellos y analizándolas por espectrometría de masas* y en los cometas por espectroscopia*. El hidrógeno en los meteoritos se encuentra en forma de silicatos hidratados, restos del agua primitiva* que contenían. Un análisis de la PDH indicará si estos meteoritos* provenían de cometas o asteroides.
   
   
6. El análisis de 85 meteoritos indica que la PDH es menor que la medida en cometas. De aquí el equipo concluye que el origen de los meteoritos está en los asteroides.
   
   
7. Un análisis isotópico adicional* del nitrógeno junto a sus PDH pone de manifiesto que un tipo concreto de condrita carbonácea, las CI o Ivuna, posee la composición isotópica más parecida a la que hay en la Tierra, lo que indicaría que serían los asteroides de origen de este tipo de meteoritos la fuente principal de los compuestos volátiles terráqueos de los que hablábamos en 1.

Esto es lo que dice el estudio, y no otra cosa.

Cabe resaltar que el hecho de que asteroides y cometas tengan una PDH diferente ya es un hallazgo significativo. No debe extrañarnos que el artículo aparezca en Science : tanto metodológicamente como desde el punto de vista de resultados, además de las cuestiones que plantea, es muy interesante. Lástima que no se tenga todo el cuidado en divulgarlo bien.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVII Edición del Carnaval de Química que organiza Un geólogo en apuros

Referencia:

Alexander CM, Bowden R, Fogel ML, Howard KT, Herd CD, & Nittler LR (2012). The Provenances of Asteroids, and Their Contributions to the Volatile Inventories of the Terrestrial Planets. Science PMID: 22798405

La estabilidad de la silla y tu pareja ideal

¿Hasta qué punto nuestras decisiones están determinadas por las circunstancias? Es probable que respondas que bastante pero porque asumes que eres consciente de esas circunstancias y que las sopesas, también conscientemente, a la hora de tomar una decisión que tú crees racional. Permíteme que te lo plantee de una forma ligeramente diferente: ¿hasta qué punto influye en tu posicionamiento político o en tus preferencias a la hora de elegir pareja la silla en la que estás sentado? ¿Te parece absurda la pregunta? Si influyese de alguna manera, ¿qué nos diría eso de tu libertad individual? Sigue leyendo, puede que te sorprendas.

En los últimos años se han realizado experimentos en los que se ha tratado de dilucidar cómo hechos circunstanciales, aparentemente intrascendentes, afectan a nuestra interpretación de las intenciones de los demás y a nuestra toma de decisiones, reforzando la idea (como si hiciese falta) de que buena parte de nuestros juicios y decisiones se toman a nivel inconsciente, por algo que alguien describió como automatismos de mamífero. Así, si a una persona se le ofrece una bebida con hielo en circunstancias en las que una caliente también tendría sentido, ésta interpreta que los presentes no la acogen, mientras que si se le ofrece una caliente se siente bienvenida. Si esto suena extraño aún lo es más el que si haces que votantes se sienten en sillas que se inclinan hacia la izquierda consigues que simpaticen más con políticas asociadas con la izquierda [1].

Acaba de aparecer otro estudio [2] encabezado por David Kille, de la Universidad de Waterloo (Canadá), que ha sido aceptado para publicación en Psychological Science, que también se centra en el efecto del mobiliario. Sugiere que algo tan trivial como la estabilidad de sillas y mesas tiene su efecto en nuestras percepciones y deseos.

Los investigadores pidieron a la mitad de sus 47 voluntarios, estudiantes sin vínculos sentimentales, que se sentasen en una silla ligeramente coja frente a una mesa tampoco demasiado estable mientras realizaban la tarea asignada. La otra mitad se sentaron en sillas frente a mesas que eran idénticas a las del otro grupo pero sin que ni unas ni otras cojeasen.

Una vez sentados los participantes tenían que juzgar la estabilidad de las relaciones de cuatro parejas de famosos: Barack y Michelle Obama, David y Victoria Beckham, Jay-Z y Beyoncé y Johnny Depp y Vanessa Paradis [me informan de que esta pareja parece ser que ya se habría disuelto]. Para emitir su juicio los participantes valoraban en una escala del 1 al 7 la probabilidad de que la pareja se rompiese en los próximos cinco años, siendo 1 “muy poco probable” y 7 “con toda probabilidad”.

Tras haber hecho esto, los participantes tenían que calificar sus preferencias por varios rasgos de una posible pareja. Los rasgos incluían algunos que un estudio piloto previo indicaba que se asociaban con el sentido de estabilidad psicológica (por ejemplo, digna de confianza o responsable), otros asociados con inestabilidad psicológica (espontanea, aventurera) y un tercer grupo sin asociación con la estabilidad o la inestabilidad (cariñosa, divertida). Los sujetos valoraron cada rasgo en una escala del 1 al 7, con 1 siendo “para nada deseable” y 7 “extremadamente deseable”.

Los resultados ponen de manifiesto que, igual que las bebidas frías nos llevan a la percepción de que las condiciones sociales también lo son, las sensaciones de inestabilidad física nos llevan a percepciones de inestabilidad social. Los participantes que se sentaron en sillas cojas a mesas cojas otorgaron a las parejas de famosos una puntuación de estabilidad promedio de 3,2, mientras que los que usaron mobiliario estable dieron un 2,5.

Pero lo que llama particularmente la atención es que los que se sentaban en las sillas inestables no sólo veían inestabilidad en las relaciones de los demás sino que valoraban más la estabilidad en las propias. Dieron a los rasgos que se relacionan con la estabilidad en sus posibles parejas un promedio de 5,0, mientras que los que usaron mobiliario estable dieron a estos mismos rasgos 4,5. No es una gran diferencia, pero es estadísticamente significativa.

Si sólo un poco de inestabilidad ambiental parece favorecer el deseo de una roca emocional a la que aferrarse, no quiero ni pensar lo que pueden estar pasando algunas parejas en los tiempos en que vivimos.

Referencias:

[1] Daniel M. Oppenheimer, & Thomas E. Trail1 (2010). Why Leaning to the Left Makes You Lean to the Left: Effect of Spatial Orientation on Political Attitudes Social Cognition, 28 (5), 651-661 : 10.1521/soco.2010.28.5.651

[2] David Kille, Amanda Forest, Joanne Wood (2012) Psychological Science [Título definitivo y DOI pendientes]

Primera detección de flúor elemental natural en la Tierra (que no en la naturaleza)

Antozonita de Wölsendorf. En su interior hay burbujas de flúor elemental.

En mi vieja copia del “Guti” (apelativo digamos que cariñoso de “Química Inorgánica” de Enrique Gutiérrez Ríos, 2ª Edición revisada, Editorial Reverté, 1984) se afirma categóricamente (pág. 183):

Como era de prever por su gran actividad química, los halógenos no se encuentran libres en la naturaleza. En cambio, los iones halogenuros X^- son, con la excepción del I^-, muy estables.

Esta afirmación, si aplica a algún elemento en especial, es al flúor, tremendamente reactivo. Sin embargo, tal y como está redactada, era falsa cuando se escribió y, tras una investigación digna de un químico del XIX publicada en Angewandte Chemie, es falsa de forma general en lo que respecta al flúor. Para hacer las cosas más interesantes (o enrevesadas), la redacción del artículo de Angewandte Chemie es incorrecta. Nos explicamos.

Los químicos han tenido la costumbre de identificar “naturaleza” con las partes del planeta Tierra accesibles para el hombre directa o indirectamente. Por ello, tenemos que entender la afirmación del Guti encuadrada en este contexto. No creo que ni el profesor Gutiérrez Ríos ni ninguno de sus ayudantes en una época en la que aún no existía Internet ni las bases de datos consultase los abstracts de astronomía y astrofísica para comprobar que el flúor elemental fue detectado en el espacio interestelar en 1981 [1]. En este sentido la afirmación del libro era incorrecta desde su publicación.

Pero habrá quien argumente que en el sentido “químico tradicional” de la palabra naturaleza era correcta y, en efecto, lo era. Porque ahora un equipo encabezado por Jörn Schmedt auf der Günne de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich (Alemania) ha detectado flúor elemental en la Tierra. Siguiendo la mejor tradición de las novelas de Agatha Christie, se escondía, literalmente, delante de nuestras narices, en el mineral de flúor más abundante, la fluorita (fluoruro cálcico).

La fluorita no sólo es el mineral de fluoruro más común, también es la principal fuente de flúor para usos comerciales. Algunos minerales de fluorita se conocen como “fluorita fétida” porque desprenden un olor característico, se entiende que no especialmente agradable, cuando se rompen o trituran. Esta variedad tiene una característica coloración violeta y se encuentra cerca de menas de minerales ricos en uranio como la pecblenda. Se la suele denominar antozonita y es común en Baviera, en el sur de Alemania (aunque el que esto escribe ha recogido muestras de ella en la mina de uranio de Saelices el Chico, Salamanca). Se atribuye tradicionalmente el olor característico a la liberación de flúor elemental (a mi así me lo dijeron durante mi visita a las instalaciones de ENUSA en Saelices hace ya la friolera de 23 años) pero no se ha podido probar. Hasta ahora.

El autor principal del artículo que nos ocupa [2], Florian Kraus, de la Universidad Técnica de Múnich, es una autoridad a nivel mundial en la química del flúor inorgánico. Kraus estaba repasando unas notas para un seminario cuando se topó con la historia de la antozonita. Aunque ya la había leído otras veces, en esta ocasión decidió investigar. Viajó a la mina abandonada de Wölsendorf, a 180km de Múnich, y recogió personalmente muestras del mineral.

De vuelta al laboratorio procedió a un primer análisis en la mejor tradición química alemana del XIX: cogió un martillo y pulverizó algunas muestras y, en vez de usar un espectrómetro artificial, usó el que el científico trae de serie y olió el resultado. Para su nariz entrenada aquello no podía ser otra cosa que flúor. Pero para asegurarse se dedicó a oler flúor puro, fluoruro de hidrógeno, fluoruro de xenón y difluoruro de oxígeno. El autor se apresura a recalcar que a concentraciones muy bajas y muy brevemente. [Ni se te ocurra hacerlo a ti, querido lector. Los daños pueden ser muy graves e irreparables.]

Convencido por su nariz pero consciente de que estos resultados del XIX no eran publicables en el XXI, Kraus intentó usar espectroscopia de masas para determinar la naturaleza del gas. El problema es que el flúor es tan reactivo que reacciona con los componentes del espectrómetro (reacciona hasta con el vidrio), por lo que el espectrómetro decía que no había nada cuando era obvio que había algo. Los otros autores son especialistas en resonancia magnética nuclear (RMN). El flúor es monosisotópico (F-19) por lo que se detecta bastante bien con esta técnica en muestras sólidas de antozonita. Los resultados mostraban claramente el pico del diflúor en las muestras de mineral.

Pero, ¿cómo puede existir flúor elemental en el interior del mineral con lo reactivo que es? Kraus propone como mecanismo el efecto de la radiación de las trazas de uranio presentes en el mineral: la radiación beta de la desintegración del uranio y demás nucleidos de su familia es capaz de arrancar el electrón extra del ion fluoruro F^-, convirtiéndolo en un átomo de flúor F, que se combina con otro para formar burbujas, vistas con microscopia electrónica, de hasta 200nm de diámetro de F₂.

Este resultado, aparte de cambiar libros de texto, pone de relieve la capacidad de la RMN para analizar inclusiones gaseosas en minerales.

Finalmente, en la mejor tradición del XIX que impregna esta investigación, los autores afirman que la suya es “la primera prueba directa de que el flúor elemental existe en la naturaleza”, pero ya sabemos que no es así, ¿no?

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVII Edición del Carnaval de la Química que organiza Un geólogo en apuros.

Referencias:

[1] Snow, T. P., Jr., & York, D. G. (1981). The detection of interstellar fluorine in the line of sight toward Delta Scorpii Astrophysical Journal, 247 (07) DOI: 10.1086/183585

[2] Schmedt auf der Günne, J., Mangstl, M. and Kraus, F. (2012), Occurrence of Difluorine F2 in Nature—In Situ Proof and Quantification by NMR Spectroscopy. Angew. Chem. Int. Ed.. DOI: 10.1002/anie.201203515

 

La "partícula de dios" como dosis ínfima de arsénico

¿Cuál era el medio de propaganda más potente del hitlerismo? ¿Eran los discursos de Hitler y de Goebbels, sus declaraciones sobre este o aquel tema, su agitación contra el judaísmo, contra el bolchevismo?

[…]

No, el efecto más potente no lo conseguían ni los discursos, ni los artículos, ni las octavillas, ni los carteles, ni las banderas, no lo conseguía nada que se captase mediante el pensamiento o el sentimiento conscientes.

El nazismo se introducía más bien en la carne y en la sangre de las masas a través de palabras aisladas, de expresiones, de formas sintácticas que imponía repitiéndolas millones de veces y que eran adoptadas de forma mecánica e inconsciente.

Esto escribía Victor Kemplerer, un filólogo judío que sobrevivió en Dresde (Alemania) al terror nazi, en “LTI: la lengua del Tercer Reich” publicado en 1947. Traducción de Adan Kovacsics.

Y esto es lo que está pasando con la expresión “partícula de dios” aplicada al bosón de Higgs y al uso oportunista que de esta expresión publicitaria, infundada y propagada por periodistas papanatas, están haciendo religiosos de todo tipo, sin entender de qué hablan, pero arrimando el ascua a su sardina de forma interesada.

Sabiendo que el nombre “partícula de dios” no es más que el título de un libro de divulgación científica y que lo colocó un editor con visión comercial sin que hubiese otro fundamento para ello, su uso extendido, repetido y torticero sólo tiene fines propagandísticos y revelan, no un interés en la verdad, sino en “ganar”.

Veamos a título de ejemplo las declaraciones del portavoz de la Conferencia Episcopal Española que extraigo de aquí y su traducción:

1. "Es bienvenido que se hable de Dios en la física" porque demuestra que "cuando el ser humano busca el origen de las cosas no puede menos que hablar de Dios"
   
   
2. Tras reconocer su desconocimiento sobre la naturaleza de esta teórica partícula, Martínez Camino ha asegurado que "llama la atención que, al menos en el lenguaje divulgativo, físicos y cosmólogos hablen mucho de Dios".
   
   
3. "Nos viene bien que se hable de Dios, del origen del por qué existe algo. A esa pregunta, la física nunca podrá dar respuesta del todo", ya que "la física no tiene medios específicos para escuchar a Dios", ha dicho.
   
   
4. Así, ha explicado que la física puede dar respuestas sobre "las cosas que se puede medir y pesar, y el amor no se puede medir y pesar, por eso no es objetivo de la física". […] "Y el amor infinito del que todo procede tampoco es objeto de la física, sin embargo esa es la razón de que existe algo. Dios es amor y ha sacado de la nada todas las cosas. Por amor", ha concluido.

El punto 1 es una falsedad, así de claro. En la física no se habla de la “partícula de dios”, se habla del bosón de Higgs. Es en los medios de comunicación sin rigor, en los que el titular lo es todo, donde se habla de partícula de dios. El portavoz de la misma Iglesia que acusa a los medios de distorsionarsu imagen  ahora no tiene empacho en tomar como cierta la imagen que dan los medios generalistas de un acontecimiento complejo que, en la mayoría de los casos, les supera.

El punto 2 es una muestra clara del importante uso manipulativo de las palabras. No entiende, pero aprovecha la oportunidad y la usa, y se apoya en el punto 1 para darle proyección.

El punto 3 ya es puramente apologético y posiciona a la fe, primero, como conocimiento de la realidad y, segundo, como medio de conocimiento superior al proporcionado por las ciencias físicas. Hasta aquí es compatible con cualquier creencia religiosa.

El punto 4 es doctrinal y establece que la fe auténtica es la cristiana por la definición del hecho diferencial de su dios.

La lógica propagandística del portavoz es digna de Goebbels, que era un nazi asqueroso, pero buenísimo en su trabajo. No influirá en una persona formada, pero sí llegará a una mayoría que verá reafirmadas sus creencias.

La visión del mundo tras los creyentes monoteístas en general (dios el artesano), y que rezuma en las declaraciones del portavoz, la explica estupendamente la directora del máster en bioética de la Universidad Católica de Ávila en esta mini entrevista.

En la guerra por el conocimiento que se viene librando desde el origen de los tiempos, el descubrimiento de una partícula compatible con el bosón de Higgs puede estar resultando, con la colaboración imprescindible de periodistas incompetentes, una batalla propagandística perdida frente a los que lo saben todo porque viene en su libro.

Para finalizar no me resisto a citar de nuevo a Kemplerer:

Pero el lenguaje no solo crea y piensa por mi, sino que guía a la vez más emociones, dirige mi personalidad psíquica, tanto más cuanto mayores son la naturalidad y la inconsciencia con que me entrego a él. […] Las palabras pueden actuar como dosis ínfimas de arsénico: uno las traga sin darse cuenta, parecen no surtir efecto alguno, y al cabo de un tiempo se produce el efecto tóxico.