10 argumentos para la ciencia básica

-  Por Lis Tous.  Fotos: Juan Pablo Vittori  -  

Serge Haroche, Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la manipulación de sistemas cuánticos individuales, brindó una conferencia en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. El título de la presentación Cómo la investigación sobre el azul del cielo y la tecnología se nutren mutuamente es el disparador de una idea que Haroche defiende con ahínco: “para hacer ciencia se necesita tiempo y confianza”.

El investigador francés reconstruyó una genealogía de la tecnología moderna;  describió una serie de momentos claves en la historia que permitieron las tecnologías de hoy. Su paso por el país se dio en el marco de su rol como jurado en los premios a la investigación científica que otorga la Fundación Bunge & Born cada año.

 1 El equilibrio

“¿Por qué hacer investigación científica? Bueno, hay dos tipos de respuestas. La primera, para tratar de entender mejor el mundo que nos rodea, no sólo el mundo natural sino también los sistemas vivientes. Esto se llama investigación del azul del cielo, es decir, investigación que no está relacionada directamente a ningún tipo de utilidad práctica, a ningún tipo de ganancia. Y, como segunda respuesta, para poder realizar tareas útiles y satisfacer algunas necesidades sociales como reducir el cambio climático o desarrollar energías alternativas. Hablo de las combinaciones que existen entre la ciencia básica, aquella motivada por la mera curiosidad y la investigación aplicada que tiene por objetivo producir objetos, dispositivos que sean comercializables e importantes para el desarrollo económico de las sociedades”.

 2 Contra la miopía

“ En este momento donde en muchas partes del mundo estamos viviendo crisis económicas, los políticos tienen una tendencia muy marcada a favorecer la utilidad a corto plazo; a considerar que la investigación científica debe ser redituable, que debe dar una ganancia inmediata. En este sentido, muchos políticos dicen que la curiosidad a largo plazo es una especie de lujo que debe dejarse para cuando haya vacas gordas; dicen que la ciencia básica hay que hacerla en Estados Unidos, mientras nosotros, oportunamente, podemos utilizar las patentes y desarrollar alguna aplicación. Busco dar argumentos sólidos frente a administradores de no valoran o conocen el valor de la ciencia básica”.

 3 La historia

“La historia de la ciencia muestra que no se puede separar la investigación del azul del cielo de la de otro tipo de tecnología. Son las dos caras de la misma moneda, si se hace una y no la otra se pierde el equilibrio, se entra en terrenos difíciles. Por ejemplo, entre los siglos XVI y XVII se trató de medir la velocidad de la luz, uno de los científicos que intentó hacerlo fue Galileo Galilei con un experimento un poco inocente; después hubo estimaciones astronómicas; pero las primeras mediciones precisas fueron realizadas a mediados del siglo XIX por Fizeau y Foucault. Ellos, utilizaron ruedas rotatorias e hicieron experimentos que fueron posibles porque contaban con objetos mecánicos. Este es un ejemplo de cómo la ciencia básica tiene que ser desarrollada cuando uno tiene la tecnología necesaria para poder hacer las mediciones. Por otro lado, hacia fines del siglo XVII los científicos estaban tratando de responder preguntas con respecto a la naturaleza de la luz y de la materia. No tenían absolutamente ninguna idea acerca de las aplicaciones que podrían surgir. La luz, ¿está compuesta por partículas como pensaba Newton?, o ¿la luz es una onda que se propaga a través del espacio como sostenía Huygens?. Los dos eran físicos y vivieron hasta principios del siglo XVIII. Esta pregunta fue resuelta mucho tiempo después”.

 4 La naturaleza de las cosas

“Para mediados del siglo XIX se conocían muchas cosas con respecto a la luz y al mismo tiempo se plantearon dudas respecto a la naturaleza de la materia y sus propiedades electromagnéticas. Y, nuevamente, gran parte de la investigación guiada por la curiosidad fue realizada en este rumbo: Coulomb que descubrió las leyes de la electrostática, y después, Faraday y Ampère que fundaron las leyes del magnetismo, plantearon así la relación entre esta fuerza y la electricidad. Esta línea de investigación llegó a su fruición, fue coronada con el trabajo de Maxwell hacia fines del siglo XIX. De sus hallazgos surge que la luz es una onda electromagnética, una combinación de campos electromagnéticos que se propaga a una enorme velocidad, independientemente del observador”.

 5 El manuscrito de Maxwell y la mano de Röntgen

“Las ecuaciones de Maxwell que describen cómo los campos eléctricos y magnéticos interactúan y evolucionan de una manera combinada, permiten computar la velocidad de estos campos electromagnéticos. En un manuscrito conservado en la Royal Society of London, Maxwell concluye su trabajo afirmando que el acuerdo de los resultados parece demostrar que la luz y el magnetismo son afecciones de la misma sustancia y que la luz es una perturbación electromagnética que se propaga a través del espacio según las leyes electromagnéticas. Esta tal vez es la frase más importante de la física porque es la primera instancia de unificación de diferentes tipos de fuerzas. Hasta mediados del siglo XIX, se pensaba que la electricidad, el magnetismo y la óptica eran tres cosas diferentes”.

“Lo que descubrió Maxwell es que la luz es una onda electromagnética, pero la luz que es visible, la luz a la cual son sensibles nuestros ojos proviene de una pequeña ventana del espectro de frecuencias. Diez años después de la muerte de Maxwell, Hertz descubrió las ondas de radio; Röntgen fue la primera persona en hacerse una radiografía, la imagen de su mano fue posible gracias a su descubrimiento que él bautizó como rayos x, se tardó quince años en saber que estos rayos eran radiaciones de alta frecuencia. Hoy tienen muchísimas aplicaciones: diagnósticos médicos, todo tipo de estudios de la materia, cristalografía, etc.”.

 6 La revolución de la relatividad

“Personas como Planck y  Einstein se sintieron motivadas por entender el mundo, es decir, hicieron ciencia básica. Ellos no tenían idea de hacia dónde podían conducir sus descubrimientos y aún así, han inducido a innovaciones que nos cambiaron la vida. La energía nuclear, por ejemplo, no hubiera sido posible; la manera en que nos comunicamos; la manera de almacenar y poseer información; la forma en que se realizan diagnósticos médicos. No es un solo hallazgo lo que condujo a estas aplicaciones, si no la conjunción de aciertos en diferentes áreas de la ciencia, luego de un largo período de maceración”.

 7 La revolución cuántica

“Otro aspecto importante es que la luz es al mismo tiempo un conjunto de partículas y una onda, lo que de alguna manera reconcilia a Huygens y a Newton. Este aspecto combinado era muy difícil de entender para ellos, el entendimiento fue posible luego en el ámbito de la física cuántica. Después de muchos desarrollos realizados a principios del siglo XX se descubrió que la luz y la materia obedecen a una serie de leyes que son muy contraintuitivas como la dualidad onda-partícula: la materia está hecha de átomos, un núcleo cargado positivamente con electrones que se mueven en órbitas a su alrededor, y que tienen niveles energéticos cuantizados. A su vez, los electrones y el núcleo llevan spín, así se explican las propiedades magnéticas de la materia”.

 8 El futuro que nadie imagina

“Entre finales del siglo XIX y principios del XX los físicos y los químicos pensaban que la ciencia y la física en particular ya se conocía enteramente, que ya se conocía todo sobre sus leyes. En el año 1900 en la gran feria de ciencia universal que tuvo lugar en París, que se realizaba cada veinte o treinta años, tenía como temática el progreso. La idea era que la ciencia iba a conducir a un montón de aplicaciones que nos cambiarían la vida. Entonces se le pedía a la gente que tratara de imaginar cómo se iba a ver el mundo  en el año 2000. Se publicaron postales en todo el mundo donde se puede ver cómo se imaginaban el futuro. Son postales extremadamente ingenuas, nadie ni ningún científico fue capaz de predecir el origen de las computadoras, el advenimiento del láser o toda la tecnología celular. Las postales son extrapolaciones de lo que ya se conocía en el siglo XIX”.

 9 El reloj más preciso del mundo

“El reloj atómico es una aplicación que tiene origen en el experimento de Rabi [los efectos de los campos magnéticos externos sobre el núcleo de las partículas].  Este reloj mide el tiempo mediante la frecuencia a la cual los electrones se están moviendo en el átomo. Se miden los fenómenos periódicos que ocurren en los átomos porque son mucho más estables en frecuencia que lo que se puede ver en un reloj de cuarzo o en un reloj de péndulo. Un reloj atómico estándar tiene un grado de incertidumbre es de 1 segundo en un millón de años”.

“A su vez, estos relojes son la base para la tecnología del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), donde una gran cantidad de satélites están en órbita alrededor del planeta, y cada satélite porta un reloj atómico sincronizado a los otros. A través de la medición del tiempo, de la triangulación se puede encontrar la posición de una determinada persona con precisión menor al metro. Esta es una derivación no sólo de la física cuántica, sino que  también está altamente vinculada a la relatividad porque los relojes que giran en órbita alrededor de La Tierra tienen una velocidad respecto de nuestro planeta, de acuerdo con la relatividad especial la tasa al cual los relojes miden el tiempo depende de su velocidad y de acuerdo con la relatividad general el hecho de que se encuentre en un campo gravitacional diferente genera una corrección. Si no fueran tomadas en cuenta estas correcciones el GPS fallaría por kilómetros de distancia. Otro ejemplo de un sistema que utiliza ciencia básica, investigaciones que podrían haberse considerado como totalmente inútiles a principios del siglo XX y hoy tienen aplicaciones bien prácticas”.

 10 El láser, la luz domesticada

El láser es otro descubrimiento de la ciencia, en este caso por curiosidad de Einstein.

“Tiene que ver con la emisión estimulada, lo que Bohr había descubierto a principios del siglo XX era que un átomo en un estado excitado puede bajar a un estado de baja energía emitiendo un fotón, un paquete de luz. Este fotón es emitido espontáneamente, en cualquier dirección y con un alto rango de posibles frecuencias. Lo que Einstein describió es que por encima de este proceso de emisión espontánea hay otro proceso que corresponde a una luz que tiene propiedades mucho más definidas.  Lo que él descubrió es que si un fotón viene de un átomo excitado, el átomo va a tener una alta probabilidad de emitir  otro fotón en exactamente el mismo modo, es decir, otro fotón con la misma frecuencia, la misma dirección y la misma polarización. Este es un proceso de amplificación, mediante el cual la luz ‘pide’ luz con las mismas propiedades. Einstein quería comprender cómo la luz y la materia llegaban a un equilibrio, y vislumbró que era necesario tener en cuenta la emisión estimulada para entender este proceso. Así llegamos al máser el dispositivo de microondas y después al láser”.

“Los láseres se volvieron una herramienta muy fundamental para las investigaciones en física, química y biología y para aplicaciones en meteorología, medicina y la comunicación”.