La cristalografía: esa aventura fantástica que no acaba.

Autor: 

Dr. Ernesto Estévez Rams*
|
17 Febrero 2015
| |
0 Comentarios

Me gusta: 

Hay ciertas áreas del conocimiento que, por remotas a las sensaciones, sólo son asequibles a través de la ciencia. Desde que Leucipo y Demócrito postularan la existencia del átomo y pasando por el azar de Epicuro los seres humanos hemos andado un buen camino para entender cómo está formada la sustancia. En última instancia, de que están formadas todas las cosas ha sido una de las preguntas primordiales del género humano. Cuando en 1912 Laue comprendió que los rayos X eran la herramienta para “observar” los disputados átomos,  cerraba un ciclo extraordinario de la evolución del pensamiento humano y abría otro.

Los rayos X fueros descubiertos por Roetgen en 1895, justo el año que en Cuba comenzaba la segunda gran guerra por la independencia. El nombre de “X” venía dado por el misterio de no saber qué era esa radiación que ennegrecía placas fotográficas. Mientras los alumnos de Rutherford, físico neozelandés, se inclinaban por pensar que eran partículas, otros científicos de la escuela alemana, pensaban que era radiación electromagnética como la luz. Incluso el físico austríaco Wien había estimado la frecuencia de los rayos X y su longitud de onda rondaba la diez millonésima del milímetro.

Paul Ewald era un joven físico que hacía sus tesis de doctorado en el tema matemático de cómo la luz "bordearía" (difracta, dirían los científicos) objetos ubicados de manera periódica en el espacio. A sugerencia de Sommerfeld, otro premio Nobel de Física, Ewald fue a consultar con el profesor Laue, algunas dudas de su trabajo.

Narra Ewald que Laue le preguntó si su trabajo aplicaba a los átomos, si es que estos estaban ubicados periódicamente en los cuerpos sólidos, y a los rayos X si es que esta era luz. Después de la respuesta positiva de Ewald, Laue, según cuenta el entonces estudiante, parecía estar con la mente ausente. Lo próximo que Ewald oyó fue que Laue y un grupo de dos experimentadores acababan de demostrar la difracción de los rayos X por la sustancia.  Después de este impresionante experimento queda poco de argumento para disputar la existencia de los átomos y el carácter de “luz” de la radiación de Roetgen.  

El descubrimiento de Laue, también vino a unir todo el aparato matemático creado por Bravais,  Schoenflies, Fedorov con la realidad experimental que recién se descubría. Estos matemáticos, junto a otros, habían desarrollado todo el instrumental necesario para estudiar los objetos periódicos en el espacio. Ahora sus aparatos matemáticos se erigían en el lenguaje de los sólidos cristalinos. La humanidad había descubierto una de sus herramientas más poderosas para entender a la sustancia.

La revolución que sobrevino sólo puede describirse como extraordinaria. Desde lo inorgánico hasta lo vivo, la cristalografía se ha usado y se sigue usando para explorar toda las sustancias conocidas;  pasó a ser la ciencia de la arquitectura de los átomos y bajo su martillo, saltaron por los aires los cofres que custodiaban el secreto de la sal común y del ADN, del cobre y de la insulina, del hielo y de la hemoglobina. No solo en la Tierra quedó su saber, también cayeron a su empuje las rocas lunares y los meteoritos.

Pero con el triunfo vienen los peligros. El éxito incontestado de la cristalografía durante casi todo el siglo XX, hizo que se asumiera como verdad postulada, pero no demostrada, que en un sólido el único arreglo atómico posible que preservaba el orden de largo alcance era la repetición periódica de un conjunto finito de átomos. 

Para los científicos, orden de largo alcance es la noción de que el conocimiento de una parte finita de un todo, nos permite predecir cómo será ese todo aún si es infinito. Por ejemplo, que conocer la manera en que están ubicados diez cajones en un almacén gigantesco, nos permite calcular con toda precisión dónde estarán los miles de cajones que el almacén guarda. La cristalografía y la ciencia habían asumido que esto sólo era posible si los cajones estaban ubicados de manera repetitiva. Así, pensábamos que era la única posibilidad para los átomos en un cuerpo.

 

Era tan bella la teoría de la cristalografía con sus 230 grupos espaciales periódicos, sus tablas tan absolutas como las de Moisés. Pero ya lo dijo Shakespeare: “Hay más entre el cielo y la tierra que en tu filosofía, Horacio”. En 1984 Schechtman removió las bases de la cristalografía al descubrir, como un nuevo Laue, que podía haber orden sin periodicidad. Por esa hazaña el también mereció el premio Nobel de Química en el 2011. Con el descubrimiento de Schechtman esta vez, le tocó a la propia cristalografía sentir que su edificio se removía desde los cimientos. Los científicos respiraron con alivio.

Una ciencia que se vuelve catecismo deja de ser ciencia. Las verdades anquilosadas solo crean artritis en las coyunturas de la ciencia. Las rupturas no deben asustarnos sino aliviarnos, quiere decir que aún hay mucho más por conquistar.

Después del descubrimiento de los cuasicristales por Schechtman, nos hemos dado a la tarea de mirar con más detenimiento las bases mismas de la disciplina. Hemos descubierto que no sabemos realmente cuándo un sistema difracta. Los matemáticos lo dicen con más fineza: no sabemos las condiciones necesarias y suficientes para la difracción discreta.

El abrir de la nanotecnología ha traído un número creciente de estructuras nuevas, arquitecturas inexploradas de los átomos: fullerenos, nanotubos, grafenos, tantas otras. Estructuras que nos obligan a pensar en términos diferentes, nos obligan a repensar toda la matemática de los sólidos, nos obligan a desandar caminos nuevos y misteriosos. Hoy somos como ese niño que describía el gran físico Isaac Newton que recoge alguna piedra aquí, otra allá y contempla fascinado el mar de lo desconocido que se abre frente a él.

*Facultad de Física, Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales, Universidad de la Habana, estevez@imre.oc.uh.cu

 

0 Comentarios

Añadir nuevo comentario