Grave Gravitación

La trama de siempre. Cuando el físico inglés Isaac Newton dio a conocer los resultados de sus investigaciones sobre las leyes de la fuerza de gravedad, decenas de científicos se volcaron en intentar medir la constante de gravitación universal que está presente en la naturaleza y que sirve para determinar la fuerza de atracción gravitatoria entre todos los cuerpos con masa. Esta constante serviría para explicar los grandes movimientos que se observan en el universo y conocerla significaba, por tanto, determinar las masas del Sol, la Luna, la Tierra y los cuerpos celestes.

De entre los primeros intentos formales destaca el de John Michel (1724-1793), quién elaboró por primera vez una balanza de torsión. Ésta tiene una estructura simple: consiste en una barra colgada de un hilo metálico que puede torcerse. Cuando la barra gira el alambre tiende a regresarla a su posición original. Esto hace que su mecanismo sea muy sensible para medir fuerzas. Sin embargo no tuvo resultado.

El modelo creado por Michel llegó a manos del físico Henry Cavendish (1731-1810) quien lo mejoró y con él construyó su famosa balanza de torsión. Cavendish era un conocido físico y químico nacido en Francia pero de padres ingleses que había egresado de Cambridge con notas muy altas, fue considerado un estudiante prodigio y para la fecha era famoso por declarar que el agua no era un elemento y descubrir su composición. También era conocido por sus experimentos eléctricos. Se cuenta que era excéntrico y como no contaba con los instrumentos adecuados para sus investigaciones, medía la fuerza de una corriente eléctrica de una forma directa: se sometía a ella y calculaba su intensidad por el dolor.

Su balanza de torsión consistía en una vara horizontal de dos metros de longitud colgada de un hilo. En cada extremo había dos esferas metálicas de 5 centímetros de diámetro y 700 gramos de peso. A unos 23 centímetros de cada una colocó otras esferas del mismo material, pero más grandes, de 30 cm. de diámetro y 150 kg de peso. La atracción que ejercían sobre las esferas pequeñas hizo rotar el brazo del que estaban suspendidas y, en consecuencia, que se torciera el hilo metálico. El brazo dejó de rotar cuando la fuerza de atracción gravitatoria entre las esferas grandes y las esferas pequeñas se equilibró. Al medir el ángulo de la barra y conocer el coeficiente de torsión (que mide la tendencia de una fuerza para hacer rotar a un objeto alrededor de un eje), logró determinar la fuerza entre los dos pares de esferas. El valor que obtuvo fue casi exacto, difería un 1% del que se conoce hoy en día. Tras encontrar la constante, Cavendish la aplicó a cualquier objeto que se encuentra en la superficie de la Tierra y de allí pudo determinar las masas del Sol, la Luna y la Tierra.

Tras su fallecimiento a los casi 80 años dejó abundantes notas, cajas repletas de experimentos de todo tipo (muchos de ellos eléctricos) y una cuantiosa fortuna.

Prof. Servando Macías Fermín

A dos de tres caídas

Una mañana agradable, Galileo Galilei, antiguo estudiante y entonces profesor de la Universidad de Pisa caminaba presuroso hacia la famosa torre inclinada de esa ciudad italiana. Su intención era la de comprobar la teoría de Aristóteles, uno de los pensadores más importantes de la antigüedad y que pocos se atrevían a cuestionar; en la cual postulaba que los objetos pesados caían más rápido a la tierra que los ligeros, porque la caída se daba en función de su peso

Lo acompañaban alumnos, quienes acudían para aprender una lección de la naturaleza preparada por su maestro; sus colegas quienes lo más probable iban a burlarse del fracaso que creían iba a ocurrirle a Galileo, pues no estaban de acuerdo en que osara oponerse a las ideas del tiempo.

Según los relatos de su secretario particular Vincenzo Viviani, el científico italiano Cuando llegaron a la torre, Galileo traspasó la puerta de la torre, ascendió los siete pisos y se situó en el lado inclinado más próximo al suelo. Entonces sacó de su bolsa dos objetos que había elegido cuidadosamente para intentar el experimento: el primer objeto era una bala esférica de cañón hecha de hierro fundido; el segundo de los objetos era otra bala pero de fusil, diez veces más ligera que la primera. Aunque los historiadores afirman que quizá no lo llevó a cabo realmente es una de las grandes leyendas de la ciencia.

La intención de Galileo era la de demostrar con este experimento que los cuerpos caen a la Tierra con la misma velocidad aunque sus pesos sean distintos. Si tenía razón, las dos esferas que participaban llegarían al suelo casi al mismo tiempo. El experimento se realizó. Galileo soltó simultáneamente las dos balas desde una altura de aproximadamente cincuenta metros, sin ningún obstáculo que las detuviera.

Los espectadores sorprendidos miraban a Galileo asomarse desde el filo del séptimo piso: las balas habían caído al mismo tiempo. Durante el experimento se comprobó que todos los objetos llegaban igual a tierra, independientemente de sus tamaños y materiales. Una fuerza misteriosa (que luego se identificaría como gravedad) provocaba la misma aceleración en cada una de ellas.

Al parecer el experimento ya era común entre otros científicos contemporáneos a Galileo. Mito o verdad, a Galileo se atribuye el descubrimiento de lo que hoy conocemos como “Universalidad de la Caída Libre” o “Principio de Equivalencia”, una de las bases de la física moderna, retomaba por Albert Einstein al postular su Teoría General de la Relatividad.

Prof. Servando Macías Fermín

Ratas de Tuskegee

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La historia de la medicina estadounidense, así como ha tenido sus logros, también posee lo que muchos llaman la cara oculta, la parte vergonzosa. Los casos más sonados han sido las múltiples ocasiones en que se ha experimentado con gente de color como si fuesen auténticas ratas humanas. La lista la encabeza el experimento Tuskegee, en el estado de Alabama, considerada la mayor prueba no terapéutica llevaba a cabo en seres humanos en la historia pues duró de 1932 a 1972, cuarenta años. El experimento corrió a cargo del Instituto Médico de la universidad de Tuskegee y el servicio de Salud Pública de los Estados Unidos. Hasta la fecha se sigue cuestionando sobre los motivos éticos que llevaron a estos científicos a usar seres humanos como sujetos de experimentación.

El proyecto comenzó en 1932 y su razón principal: estudiar el progreso de la sífilis y los efectos de la sífilis en el organismo utilizando autopsias. Estimado señor: Hace cierto tiempo, usted recibió una cuidadosa exploración médica que esperamos que le haya servido para obtener un buen tratamiento para la sangre mala. Ahora, usted va a recibir una última oportunidad para recibir una nueva revisión. Esta revisión va a ser muy importante y, tras ella, usted recibirá un tratamiento especial si se considera que está en condiciones de resistirlo”; era más o menos el contenido de las cartas que el gobierno estadounidense envió a 400 hombres negros de bajos recursos, enfermos de sífilis del condado de Macon, Alabama, con la intención de reclutarlos para su estudio. El documento, que se refería a la sífilis como la “mala sangre”, ofrecía a cambio de las revisiones alimentación gratuita y traslado al hospital de la universidad y 1000 dólares de ese tiempo para gastos funerales. Considerando el nivel de analfabetismo de esa región, la incidencia de la enfermedad y la calidad de vida, era un ofrecimiento que no se podía rechazar.

Al inicio del estudio la penicilina no estaba disponible, pero ya en 1947 se usaba con efectividad en el tratamiento de la sífilis. A pesar de eso, no se les administró a los participantes del experimento. Los doctores y las enfermeras, algunos de raza negra también, de vez en cuando les daban tan sólo una aspirina, pues lo intención era seguir la enfermedad hasta la muerte para luego diseccionar sus cadáveres e indagar si la sífilis producía efectos diferentes en los blancos y en los negros. Con los años, de las 400 ratas de laboratorio humanas 128 murieron entre graves sufrimientos como parálisis, ceguera, tumores y locura. Además 40 esposas resultaron infectadas y 19 niños nacieron con sífilis congénita.

El 25 de julio de 1972, Jean Heller reveló los hechos en un artículo publicado en el The Washington Star, que marcó el inicio de un escándalo mediático en el que se reveló la participación de doctores y autoridades negras e indignó a la comunidad médica de todo el globo. El gobierno de Estados Unidos suspendió el experimento y los sobrevivientes recibieron un tratamiento adecuado. Tras entablar un juicio las familias de las víctimas recibieron una indemnización de nueve millones de dólares. En 1997, el presidente Bill Clinton invitó a los sobrevivientes a la Casa Blanca y públicamente les pidió excusas por los hechos sólo comparables a los experimentos de los nazis con los internos judíos en los campos de concentración: “No podemos revertir lo que se hizo. Pero podemos poner fin al silencio. Podemos dejar de voltear la cabeza. Podemos verlos a los ojos y reconocer que lo que hizo nuestro gobierno es vergonzoso”.

Servando Macías Fermín

El Principio de Rotación

Corría el siglo XIX, y a pesar de que era de todos conocido que la Tierra giraba alrededor de su propio eje aún no se había logrado demostrar la teoría con certeza. Astrónomos, médicos, físicos, eruditos de todas las materias observaban noche tras noche la bóveda celeste tratando de encontrar un indicio que pudiera reforzar al movimiento de rotación que nuestro planeta efectúa para separar el día de la noche. La verdad, estaban muy equivocados tratando de resolver el dilema en el cielo pues la respuesta, como muchas veces estaba más cerca de lo que pensaban: al ras del suelo. Entonces apareció Jean Bernard León Foucault (1819-1868) quien con un experimento sencillo tuvo el mérito de comprobar una hipótesis para muchos maravillosa.

En uno de los experimentos más conocidos de la ciencia, Foucault tuvo la gran idea de que la mejor forma de probar la existencia de un eje imaginario sobre el que gira la Tierra, era utilizando un péndulo, pues se sabía que éste mantiene el mismo plano de oscilación aunque gire su punto de unión. Se dispuso a realizar cientos de pruebas preliminares que no arrojaron resultado alguno. Sin embargo, la información recabada en ellos le permitió llevar a cabo el célebre experimento del péndulo en el Panteón de París. Fue la tarde del 26 de marzo de 1581, cuando, ante un público vasto entre el que se encontraba el emperador Napoleón III, quedo demostrado de una vez y por todas, que nuestro planeta tenía un movimiento de rotación determinado y que éste se podía medir con total precisión.

Para construir su péndulo empleó una bala de cañón de plomo de 28 kilogramos sostenida de un hilo de acero que medía 67 metros y con una pequeña aguja en la parte inferior. El suelo del panteón fue cubierto de arena húmeda para poder así registrar el movimiento de oscilación del péndulo. Conforme pasaron los minutos, las marcas que dejaba la aguja en la arena se iban moviendo a razón de dos milímetros a la izquierda cada dieciséis segundos porque la Tierra estaba, por puro sentido de la lógica, girando. Los asistentes pudieron notar que el movimiento ocurría a pesar de que la tensión del hilo que soportaba la esfera y la fuerza gravitatoria mantenían su plano vertical. Sin embargo el plano de oscilación aparentaba girar en el sentido de las manecillas del reloj. El dibujo en la arena era definitorio; demostraba que el suelo se movía ligeramente, es decir, que el planeta se desplazaba sobre su propio eje.

Con este experimento logró demostrarse la aceleración angular o Fuerza de Coriolis: en el hemisferio norte las masas se desvían hacia le derecha, en el hemisferio sur hacia la izquierda. De acuerdo con el punto de la Tierra donde se realice esta prueba, el péndulo registra diferentes periodos (en el ecuador no rota mientras que en los polos lo hace sólo una vez por día). De esta forma se puede conocer la latitud de un lugar sin necesidad de observar al cielo.

Servando Macías Fermín

Naranjas Médicas

El paso de James Lind por la historia de la medicina fue definitivo en dos importantes campos: erradicó un mal que cobraba muchas vidas en su tiempo y realizó la primera prueba clínica de todos los tiempos. Lind nació en Edimburgo, Escocia en 1716. Estudió medicina en el Royal College of Surgeons of Edinburgh y se unió a la marina en 1739 como médico. Y fueron esos años en los que realiza la prueba que resolvió el mal del escorbuto. Los datos más antiguos sobre el escorbuto pertenecen a las obras del médico griego Hipócrates (460-380 a.C.). Este mal, presenta síntomas como manchas en la piel, sangrado de las membranas mucosas, palidez, pérdida de las piezas dentales, ceguera, alucinaciones y la muerte. Era muy común entre los marineros y piratas que pasaban grandes temporadas en alta mar.

Lind estuvo a bordo del Salisbury, un buque que surcaba el atlántico en trayectos de 10 y 11 semanas, entre los años 1746 y 1747. Durante estos viajes, observó cómo el escorbuto se desarrollaba alarmantemente entre los marineros y que de 350 de ellos sólo 80 lograban sobrevivir. James Lind llegó a creer que el escorbuto era el resultado de la putrefacción del cuerpo por falta de ácidos y así que se dispuso a incluirlos en la dieta para detener la enfermedad. Lind era un fanático de la higiene y a él se deben muchos avances en este campo.

Para su experimento reunió a doce marineros y los dividió en seis grupos de dos integrantes. Todos recibían la misma dieta con la diferencia de que a cada pareja se le administraba un suplemento diferente para observar las variaciones. Durante el experimento un grupo tomaba un cuarto de cidra; otro 25 gotas de elixir de vitriolo (ácido sulfúrico); otro más 6 cucharadas de vinagre; otro media pinta de agua de mar; otro más, dos naranjas y un limón y al último agua de cebada. Conforme la prueba clínica avanzó, Lind descubrió que el grupo que tomaba las naranjas presentaba los mayores signos de mejoría. Las naranjas y los limones eran el mejor remedio contra el escorbuto. Lind publicó sus hallazgos hasta en 1753, en una obra que tituló “Tratado sobre la naturaleza, las causas y la curación del escorbuto”, que pasó inadvertida.

Sin embargo, Lind convenció al Capitán Cook de que debía alimentar a su tripulación con frutas frescas. Y fue hasta 1789 fue cuando se dio crédito a las investigaciones del médico y la armada británica comenzó a tomar medidas contra este mal. Aún faltaba más de un siglo para que el químico polaco Kazimierz Funk (1884-1967) desarrollara el concepto de vitaminas o micro-nutrimentos esenciales para la salud. Y que se supiera que el escorbuto es provocado por falta de Vitamina C. Aunque la teoría de la putrefacción de Lind era falsa, su experimento fue un hecho clave en la historia de la medicina.

Servando Macías Fermín.

Dolly

Hay animales famosos en la vida: el gato con botas, los renos de Santa, el conejo de Alicia y muchos otros más. Pero también los hay en la ciencia. Y quien encabeza la lista de los animales más famosos en el mundo de la investigación, es sin lugar a dudas Dolly, la renombrada oveja clonada. Dolly entró en la historia de la ciencia, desde su nacimiento el 5 de julio del año 1996, por ser el producto de la clonación a partir de una célula adulta de otra oveja. Este descubrimiento fue de gran relevancia en el campo de la biotecnología y además fue la clave para iniciar el debate, aún vigente, sobre la polémica clonación humana.

Todo comenzó con el descubrimiento del código genético. Los biólogos del mundo desarrollaron varios proyectos de clonación, entendiendo la misma como la creación de la copia idéntica de un organismo vivo a partir de su propia cadena de A. D. N. El Instituto Roslin, ubicado en Edimburgo, capital de Escocia, era ya uno de los centros más afamados en manipulación de embriones y estudios del mapa genético. Hasta antes la clonación se había practicado con ranas, vacas, ovejas y otros animales pero siempre a partir de células embrionarias, y no de la célula de un adulto. Sin embargo el objetivo más ambicioso era clonar a los seres humanos y desde esa medida enfocaron su atención en los mamíferos. El equipo de biólogos Ian Wilmut (1944) y Keith Campbell (1954) fue el responsable del experimento.

Lo hecho por los científicos fue, básicamente, aislar una célula de una glándula mamaria de una oveja de seis años de edad (adulta, reproductivamente hablando) y de allí tomar el núcleo celular, estructura donde se concentra la información genética. Del mismo ejemplar retiraron un óvulo, célula sexual sin fecundar y desecharon el núcleo. Pero aquí lo importante fue conservar el citoplasma de la célula porque allí se encuentra la maquinaria bioquímica que se necesita para fabricar las células y dentro de ella unir las dos células manipuladas.

Cuando tuvieron el material listo, incitaron la unión de ambas células al interior del citoplasma mediante la aplicación de una ligera corriente eléctrica. La nueva célula que crearon dio origen a un embrión que fue colocado dentro del útero de la donadora, donde la gestación progresó normalmente en el curso de seis meses. Entonces, Dolly, el primer mamífero clonado después de 277 intentos, nació en ese año 1996, aunque la noticia fue dada hasta 1997 por su creador Ian Wilmut pues pretendían guardar el secreto hasta conseguir la patente de la técnica utilizada. Para cuando Dolly nació ya tenía seis años genéticos pues era la edad de la célula de donde se obtuvo. La hermana de Dolly, Oveja Monka, no pudo ser clonada.

Su apariencia exterior era absolutamente normal, similar a cualquier oveja, aunque realmente había nacido con algunas anomalías cromosómicas. Fue diagnosticada con artritis a una edad muy prematura. Un estudio demostró que la edad de sus cromosomas era mucho mayor de lo debido; es decir, Dolly estaba envejeciendo demasiado pronto. A los seis años enfermó de un cáncer pulmonar, una enfermedad que es común en las ovejas de once o doce años y especialmente en las que viven en recintos cerrados. Las investigaciones de Ian Wilmut, uno de los creadores de le oveja, demostraron que todos los animales clonados en el mundo sufren malformaciones genéticas y físicas, y frecuentemente envejecen a un paso mucho más veloz de lo normal. El Instituto alertó al mundo en diciembre del 2002 sobre los peligros de la clonación de seres humanos, justo un día después del anuncio del nacimiento de un bebé clonado por parte de la secta de raelianos (el grupo religioso de ideologías extremas) en Estados Unidos.

Pero lo más importante fue demostrar que la clonación era posible. Dolly pasó toda su vida en el instituto Roslin, donde se cruzó y tuvo seis crías. Murió el 14 de febrero del 2006. Entre duros debates sobre sus implicaciones éticas, se han realizado varios experimentos exitosos de clonación en otras especies con éxitos similares a los de la oveja Dolly.

Servando Macías Fermín

Eratóstenes y la Estaca

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El boleto de Eratóstenes hacia la inmortalidad fue la medición de la circunferencia de nuestro planeta. Su historia es simple: nació en Grecia en el 276 antes de la era cristiana y estudió en Alejandría. Después de ser alumno de algunos pensadores como Quíos, Lisanias, Cirene y Calímaco se dedicó por completo a la física, astronomía y geografía. También cabe mencionar que fue uno de los primeros científicos el mundo antiguo que recurrieron a conciencia al método experimental. Fue uno de esos pensadores que podían llegar a grandes conclusiones mediante experimentos realmente sencillos. Es decir, deducir hipótesis basadas en lo más simple y elemental.

La medición de la Tierra se dio porque en ese tiempo la creencia general aseguraba que el planeta era un cuerpo plano. Sin embargo, Eratóstenes, entre otros muy contados científicos, estaba seguro de que era más bien esférica y no descansaría hasta demostrarlo. Tenía como base los antecedentes de cálculo trigonométrico y las ya establecidas nociones de latitud y longitud que habían sido postuladas por el famoso Dicearco. Entonces, tras pensarlo detenidamente y por mucho tiempo, pensó que si clavaba dos estacas de forma totalmente vertical sobre el mismo meridiano, a varios kilómetros de distancia entre sí, arrojarían sombras distintas al mismo tiempo por el grado de curvatura que, pensó, la Tierra tenía.

El griego sabía que en Siena, Egipto, durante el solsticio de verano los objetos no arrojaban sombra alguna. Dedujo entonces que la ciudad se hallaba situada justo en la línea del Trópico. También asumió que Alejandría, más al norte y en la costa del Mediterráneo, se encontraba en la misma longitud de Asuán (no estaba equivocado). El mismo día del solsticio midió la sombra de la estaca en Alejandría y encontró que en ambos cenit distaban 7.2°.

Lo siguiente fue calcular la distancia entre las dos ciudades. Versiones señalan que consiguió el dato de un libro de geografía, otras que de reportes de las caravanas comerciales o de un grupo de soldados a los que encargó caminaran de una ciudad a otra. De esta forma logró determinar la diferencia de latitud. Cuando ya contaba con ambos datos pudo medir el arco de la circunferencia. Conocido éste y elevado el resultado de la circunferencia completa (360°) era posible conocer las dimensiones de la Tierra. Eratóstenes encontró que la circunferencia medía el equivalente a 39, 614 kilómetros. Comparado con las mediciones actuales su margen de error fue del 1 % (40, 008 km.)

Prof. Servando Macías Fermín

El Virus de la Vaca Boba

Edward Jenner vivió en carne propia una de las más sentidas representaciones de aquella famosa frase de “nadie es profeta en su propia tierra” gracias al amor que sentía por la ciencia. Su padre, reverendo Stephen Jenner, murió cuando él tenía 5 años. Siempre sintió especial atracción por las observaciones de la naturaleza, y especialmente dentro de la rama de la zoología. Su pasión por la medicina nació con el médico cirujano de Sodbury, donde aprendió la ciencia médica. En1770 inició sus estudios en el Hospital San Jorge de Londres y fue allí donde se transformó en discípulo de John Hunter, un importante cirujano y naturista, juntos se dedicaron al estudio de la anatomía, y forjaron una amistad que duraría hasta la muerte de su Hunter. En 1771 rechazó un ofrecimiento para trabajar en el puesto de naturalista en la famosa expedición del capitán Cook, que lo llevaría a realizar investigaciones en el océano Pacífico, prefirió retornar a Berkeley para ejercer la medicina donde se hizo conocido por su trato y afabilidad.

En una ocasión, estando Edward Jenner de visita en una granja escuchó que una joven decía: Yo no voy a enfermarme nunca de viruela porque estoy vacunada (vacunada porque se dedicaba a ordeñar vacas). De aquí Jenner investigó que todos los que realizaban esta tarea se habían inmunizado contra el virus ya que habían contraído la "viruela boba", que es una leve manifestación de viruela que se produce casi siempre en las ubres de las vacas y que no afecta tan gravemente al hombre. Jenner, notó entonces que los que habían sufrido previamente la viruela vacuna demostraban resistencia a la humana, por lo que extrajo pus de una pústula de la mano de Sarah Nelmes, una ordeñadora que había contraído la viruela de su vaca lechera, y el 14 de mayo de 1796 vacunó por primera vez en la historia. El paciente fue un joven llamado James Phips (el cual no había padecido la afección), y quien quedó inmune.

A pesar del buen resultado en la experiencia con el joven James; los científicos de la época, otros médicos, e Incluso la Asociación Médica de Londres (que incluso lo expulsó) se opusieron al tratamiento de Jenner; con un argumento utilizado por el doctor Rowley, que contenía una viñeta en que se representaba a un niño con cabeza de buey. Ésta, según dicho autor había tomado tal forma a raíz de haberse vacunado al pequeño que aquellos que utilizasen dicho método, llegarían -poco a poco - a asemejarse a un vacuno. Por otra parte, la iglesia anunciaba que la vacuna era una acción anticristiana.

Confiado en su descubrimiento y para probar que eran infundadas las afirmaciones de quienes lo combatían, Jenner aplicó la vacuna a su propio hijo de 5 años creyendo con esto poder aplacar y convencer a sus adversarios, pero el método no le resultó y se mantuvieron duras discrepancias durante el término de 20 años.

Pero con los años llegó el reconocimiento: Italia, América, Alemania pero principalmente Francia. Napoleón dio la orden de vacunar a toda su tropa, en el año 1805. . Recibió gran número de títulos de instituciones como la Sociedad de Medicina de Paris, el Instituto de Francia y de muchas otras agrupaciones en todo el mundo. Allí se quiebra definitivamente el círculo de opositores al científico y es entonces que lo invitan a establecerse en Londres y ganar mucho dinero, pero Jenner declina la propuesta manifestando que: Si en la aurora de mis días busqué los senderos apartados y llanos de la vida, el valle y no la montaña; ahora que camino hacia el ocaso, no es un regalo para mi prestarme como objeto de fortuna y de fama. No obstante lo expuesto recibe del Parlamento distinciones en dinero que le permiten pasar una vida holgada.

El 24 de enero de 1823 visitó a un enfermo de parálisis; al día siguiente apareció también paralítico y un día después falleció. Sus restos se depositaron en el santuario de la iglesia de Berkeley.

Para que se tenga una idea de la importancia que tuvo para la humanidad el descubrimiento de Jenner, sería bueno mencionar que la viruela daba lugar a una mortalidad de 15 000 personas al año en Francia; 72 000 en Alemania, y en Rusia llegó a ser la viruela responsable de 2’000,000 de muertes en un solo año.

Servando Macías Fermín

Un Empuje Vertical

Cuenta el arquitecto romano Vitruvio que en alguna vez Hierón II, rey de Siracusa, entregó a un orfebre una determinada cantidad de oro puro para que éste elaborara una corona. El artesano llevó a cabo la tarea y entregó un trabajo que fue celebrado por su calidad artística. Pero Hierón desconfiaba de la honradez de aquel hombre y algo le decía que no había utilizado todo el oro que se le entregó, así que asistió con el único hombre que podía responderle la cuestión: Arquímides.
Arquímides (287-212 a. C.) gozaba de mucho prestigio como científico, filósofo y matemático, así que le resultaría fácil resolver si se había utilizado todo el oro o no. Le entregó la corona y le indicó que no la dañara. El sabio griego pasó varios días pensando en la manera de encontrar la solución y probó varias alternativas sin tener éxito. En una ocasión, tras algunas semanas, decidió tomar un baño de tina. Al sumergirse en el depósito de agua se percató de que ésta subía de nivel tirando algo de agua. Advirtió que el agua derramada podía tener similitud con la densidad de su cuerpo. Así que pensó que en el caso de los objetos que no flotan, el volumen de agua desplazado corresponde a la densidad del objeto que se introduce en ella. Entonces salió de la tina y, corriendo desnudo por las calles de Siracusa gritaba ¡Eureka! ¡Eureka!, expresión que significa “lo he encontrado” en griego y que hoy es una de las palabras más importantes en el desarrollo de la ciencia.
El paso siguiente fue realizar su experimento. Consiguió la misma cantidad de oro que el rey le había entregado al artesano, lo sumergió en un recipiente con agua y marco el punto hasta donde subía el nivel del líquido. Después repitió el procedimiento con la misma cantidad de agua sólo que esta vez utilizó la corona. Entonces halló que el agua no alcanzaba el mismo nivel que en el caso anterior. La corona y el metal puro tenían una masa distinta porque la primera no era de oro puro. Como el volumen era igual, la única explicación era que tenían distintas masas; es decir, que la corona NO era de oro puro. El orfebre confesó que había quitado oro y agregado la misma cantidad de plata. No se sabe qué suerte corrió.
El principio de Arquímides es una importante ley de la física según la cual un cuerpo sumergido en un fluido estático experimenta un empuje vertical igual al peso del fluido que desaloja. Pero más importante se considera como el primer científico en usar cabalmente el método experimental científico.

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También se dice que Arquímedes dedicaba todo su tiempo a investigar (es decir, todo su tiempo)... y que le molestaba perder tiempo en tareas banales tales como bañarse. Muchas veces sus amigos y sirvientes lo metían a la tina mientras él gritaba y se resistía; y cuando se daba por vencido y se dejaba bañar, usaba su cuerpo enjabonado como pizarrón para seguir ocupado en el problema que estaba resolviendo.
Hay otra anécdota. De Arquímedes es aquella frase: "dadme un punto de apoyo, y moveré el mundo'', refiriéndose al uso de las palanca y poleas. Su amigo, el rey Hierón, lo puso en duda. Entonces, Arquímedes para demostrarlo pidió que en un barco pusieran todo el peso posible de armamento. Entonces desde una silla, cómodamente sentado, sacó el barco cargado del mar, usando un complejo sistema de poleas. Dicen que a partir de eso, Hierón publicó un edicto según el cual, de ese día en adelante, todo lo que Arquímedes dijera sería considerado como una verdad innegable.
La muerte de Arquímedes en 212, fue mientras Siracusa estaba siendo tomada por los romanos. Arquímedes estaba resolviendo un problema en el suelo, cuando un soldado romano se acercó a él y le ordenó levantarse e irle a presentar sus respetos al general romano Marcelo. Arquímedes, evidentemente molesto porque el soldado había pisado su dibujo, le gritó: "!No arruines mis esferas!''; la reacción fue inmediata: el soldado lo mató. Marcelo, que había encargado explícitamente que no mataran a Arquímedes pues sabía de su fama de gran sabio, le realizó un funeral de honor.
El descubrimiento del que él más se sintió orgulloso fue que el volumen de cualquier esfera representa dos terceras partes del volumen de un cilindro que la circunscriba. De allí que en la lápida de su tumba se grabó el signo π y la siguiente figura: 2:3

Servando Macías Fermín

El otro lado de la luz blanca

Newton estaba fascinado por la luz pues conocía los estudios que el filósofo francés René Descartes había hecho sobre ella. Así que desarrolló una serie de experimentos durante los años que Newton duró en esa casa de campo y que lo llevaron a importantes conclusiones. Algunos de sus primeros descubrimientos fueron sobre la naturaleza del color. En esa época se consideraba que los colores eran el resultado de modificar la luz blanca –a decir verdad, del hecho de mezclar lo oscuro con la luz blanca en mayor o menor medida–. Newton pudo comprobar que el fenómeno era exactamente al revés. Usó primero un prisma para separar la luz blanca en el rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta y enseguida otra prisma para reunir los colores en luz blanca para demostrar que la luz estaba hecha de los colores y no al revés. También comprobó que el color no tiene nada que ver con el negro.
Usando esta teoría de luz y color Newton pudo continuar con el estudio de la óptica. Trabajo incansablemente para producir un pequeño pero efectivo telescopio usando espejos en vez de lentes. El experimento fue exitoso y toda Inglaterra estaba asombrada, incluyendo al mismo Rey. En 1672 Newton fue elegido miembro de la Real Sociedad. Entonces él pudo hablar sobre todas sus inéditas teorías sobre la luz y el color que lo hicieron llegar al telescopio.
Desgraciadamente, el filósofo y físico inglés Robert Hooke era el curador de los experimentos de la Real Sociedad, y era bien sabido por todos que no sentía simpatía por Newton. Entonces Hooke, a la sazón famoso por sus microscopios, discutió que Newton estaba mal en sus pesquisas y que en aquello que estaba correcto era porque había tomado prestadas algunas ideas del mismo Hooke en las que no había tenido tiempo para experimentar. Desde luego Newton enfureció. Cartas llegaban de algunos científicos de toda Europa expresando su disentir sobre las nuevas ideas de Newton y en apoyo de Hooke. Entonces toda Inglaterra dudó de Newton, tomó cuatro años para que la Real Sociedad repitiera el experimento de Newton demostrando que siempre había estado en lo correcto. Pero fueron cuatro años en los que Newton vivió una especie de infierno pues era tildado de loco y él no podía creer que la gente dudara sobre sus teorías especialmente cuando eran tan obvias.
Tras algunos años Newton escribía un libro sobre las ciencias de la óptica. Su idea era presentas sus teorías, explicar sus evidencias y asentar sus argumentos. Desafortunadamente el destino tenía otra cosa planeada para él. Cuando estaba por terminar el manuscrito salió a dar un paseo. Cuando regresó se percató que una de las velas que usaba para escribir había caído sobre el texto quemándolo en su totalidad. Su frustración fue tal que dejó completamente de trabajar en ópticas por mucho tiempo.
Finalmente publico su obra en 1704, que cambiaría la ciencia completamente y en todos esos años nunca dejó de discutir con Hooke ni le pudo perdonar que por su culpa hubieran desconfiado de él por tanto tiempo. Jamás se dejaron de odiar el uno al otro.
Robert Hooke era un hombre pequeño y deforme que tenía una inmensa joroba y unos ojos saltones. Así que, años después, muchos creyeron que Newton lo insultaba directamente cuando dijo su conocida frase: Si he vista más allá de lo que otros hombres han visto, es porque me he parado en los hombros de gigantes. Hooke era el opositor de un verdadero gigante.

Prof. Servando Macías Fermín.

Un sacerdote armado

La historia de las ciencias acústicas y la medición de la velocidad del sonido debe gran parte de su iniciación y desarrollo al francés Pierre Gassendi (1592-1655) un gran pensador, científico, físico, astrónomo, matemático, crítico y que aparte de todas estas dotes se daba tiempo para ser sacerdote cristiano.
---La historia de la acústica tiene sus primeras bases en el siglo IV antes de la era cristiana. Aristóteles fue el primero en considerar que las ondas sonoras se propagaban por el aire a través de ciertas ondas o movimientos, suposición que fue correcta, pero que estaba más basada en ideas filosóficas o metafísicas que en la sistemática observación de la naturaleza. Él también aseguró, de manera errada, que las frecuencias altas se propagaban con mayor rapidez que las bajas, un error que persistió por muchos siglos en la comunidad científica. Ya en el siglo I a. C., el arquitecto latino, Vitruvio, logró determinar el mecanismo exacto de transmisión de las ondas sonoras; más de mil años después Galileo Galilei retomó esas ideas y fundó esta llamada ciencia de la acústica.
---En el siglo XVII los científicos estaban convencidos de que el sonido se transmitía por ondas pero no sabían exactamente con qué velocidad así que intentaron medirla. El experimento más importante y que sentaría las bases para la futura medición exacta, fue llevado a cabo por Gassendi. Éste, que ya era famoso por defender el sistema epicúreo y el atomismo y por la correspondencia que se tenía con Descartes y que le rebatía sus Meditaciones metafísicas, partió de una idea acertada: si la velocidad de la luz era infinita (y eso se creía para entonces) se podría utilizar para determinar con precisión la velocidad del sonido. A partir de esto realizó un experimento. En la localidad francesa de Puy de Dôme, en un día claro y tranquilo, hizo que sus ayudantes dispararan a lo lejos un rifle cargado con pólvora y midió la diferencia entre el momento en que veía la chispa del disparo (instantáneamente gracias al supuesto de la velocidad de la luz) y el momento en que escuchaba la detonación: tomando en cuenta la distancia del punto donde se había llevado a cabo y el lugar desde donde observaba, el valor que obtuvo fue de 474.4 metros por segundo (valor errado por poco pues futuras investigaciones arrojarían el resultado real). Sin embargo, Gassendi fue el primer científico en realizar esta medición bajo ese procedimiento. Su modelo experimental fue adelantado para su siglo y además permitió comprobar que la velocidad del sonido es independiente de si su frecuencia es alta o baja.
---Pocos años después, en 1738, la Academia de Ciencias de Paris realizó una medición mucho más correcta: 332 metros por segundo (hoy la medida aceptada es de 331. 29) utilizando un método similar al del sacerdote francés. En 1808 el físico Jean-Baptiste Biot (1774-1862) realizó otro experimento relativo al tema de la acústica. Comparó la velocidad de transmisión que se daba en un cilindro de acero con la velocidad de transmisión en el aire libre. Concluyó que la transmisión de sonido en los cuerpos sólidos es mucho más rápida que en el vacío (por ejemplo, en un rollo de aluminio la velocidad es de 5,000 metros por segundo y en uno de cobre se da a 3,750, depende la densidad de los metales).
---Otros logros destacados de Gassendi fueron sus observaciones que durante 34 años hizo del tránsito de Mercurio, que había predicho Kepler. También a Gassendi se debe el nombre de aurora boreal que después de observar durante un tiempo este fenómeno lo bautizó con el nombre de Aurora, la diosa del amanecer en la mitología romana. Lo llamativo es que todos estos logros los llevó a cabo sin nuca dejar de oficiar misas los domingos hasta poco antes de su muerte, acaecida a sus 63 años de edad.

Prof. Servando Macías Fermín

La Sopa de Proteínas

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EL 20 de Mayo del año pasado, 2007, murió Stanley Miller de un infarto fulminante en una clínica de California, donde pasó los últimos meses sufriendo tras varios infartos y una embolia. Miller fue uno de los científicos en el campo de la biología y la química más brillantes del siglo XX.
---Verán, la teoría de la generación espontanea había sido desechada por Pasteur con numerosas evidencias (esta teoría fue creída ciegamente durante décadas y postulaba le generación de materia orgánica a partir de materia no viva o inorgánica por obra casi de Dios, es decir, que aparecía de la nada), mientras un ruso aprovechando las condiciones ateas de su país comenzó a hablar de una “sopa primigenia” donde pudo haberse generado la vida; su nombre era Aleksandr Oparin. En 1922, con apenas 28 años presentó sus ideas en una reunión de la Sociedad Botánica de Moscú. Aunque sus ideas se publicaron 2 años más tarde, nadie les hizo mucho caso en ese entonces, tomaron varias décadas reconocer la importancia de sus teorías.
---Stanley Miller aún siendo un joven estudiante de doctorado, asistió a un seminario en el que Harold Urey (Premio Nobel de Química en 1934 por el descubrimiento del deuterio) exponía su idea de que la atmósfera de la Tierra primitiva debía parecerse a la de los planetas exteriores del sistema solar: es decir, que estaría formada por metano, amoniaco, hidrógeno molecular y vapor de agua. Urey sostenía que, en presencia de las fuentes de energía adecuadas, esta atmósfera sería un medio favorable para la sopa primigenia de Oparin. Esto fue en 1951.
---Miller visitó a Urey tan sólo un año después y le pidió que trabajaran juntos en la simulación de las síntesis abióticas que había propuesto en su conferencia. A pesar de las negaciones de Urey, Miller consiguió convencerle de que lo intentaría por unos meses con el compromiso de cambiar de tema si fracasaba.
---Así que seleccionaron las moléculas que supuestamente formaron la atmosfera temprana de la Tierra: metano, amoniaco e hidrógeno que junto con agua hirviendo y unos electrodos donde saltaban chispas en un matraz colocaron en un sistema cerrado. Con la aplicación de los electrodos emulaban a las tormentas eléctricas que ya se sabía abundaban en las condiciones de el joven planeta. Esperaron una semana con suma paciencia. Cuando Miller preguntó a Urey qué creía que iban a encontrar éste le contestó: "El Beilstein" (una especie de manual iniciado por Friedrich Konrad Beilstein en 1881 que describe cientos de millones de compuestos orgánicos). A la semana después analizaron los resultados del experimento con la técnica de cromatografía de gases en papel que les arrojo la presencia de ácidos carboxílicos, es decir, el grupo de los aminoácidos con los que se forman las proteínas y con ellas los ladrillos de la vida misma. El experimento (en el que Miller aún era sólo un estudiante) se llamó Experimento Miller-Urey y es uno de esos experimentos de la ciencia que logran impactar y cambiar la visión de toda la sociedad incluyendo la científica; repercutiendo no sólo en la historia sino en las futuras generaciones de experimentos de esa naturaleza. En tan poco unas semanas habían producido 13 de los 21 aminoácidos necesarios para la vida.
---La teoría principal que resultó de su experimento se basa en el hecho de que si se producen estos resultados en unas semanas dentro de un matraz podríamos deducir lo que pasaría en todo un océano en millones de años. La conclusión es que la aparición de la vida no se debió a contaminación orgánica y que sí es posible producir materias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas siempre que las condiciones sean propicias. Urey renunció por humildad a la coautoría de la publicación de los resultados en la revista Science, por lo que sólo apareció el nombre de Miller.
---Análisis posteriores de algunos meteoritos demostraron que los elementos elegidos por estos dos científicos había sido la correcta, sin embargo, aún se les refuta que su experimento requirió enormes cantidades de energía continua mientras que las tormentas eléctricas sólo producen descargas esporádicas.

Prof. Servando Macías Fermín