03 | Tema 19 | La Física Exacta

Pues vamos allá. Hoy vamos a hablar de una de esas revoluciones que aunque silenciosas lo cambiaron absolutamente todo en la ciencia. Pensemos en la física a mediados del siglo XVII. En ese momento pasó de ser, digamos, un arte de describir cosas a convertirse en una ciencia exacta, matemática, superigurosa. Fue ni más ni menos el momento en que aprendimos a medir lo que no se ve. Y para entender bien esta transformación, la hoja de ruta es bastante clara. Primero hay que ver el cambio de chip, el cambio de mentalidad que lo puso todo en marcha y después nos vamos a meter de lleno en tres de los grandes misterios de la época, la electricidad, el magnetismo y el calor. ¿Por qué? Porque fue precisamente intentando resolverlos como se forjó una manera totalmente nueva de hacer ciencia que terminó claro en el nacimiento de la física exacta. Bueno, pues nos situamos más o menos a partir de 1760. En Europa empieza a pasar algo, hay como un nuevo espíritu geométrico, ¿no?, que lo va empapando todo. Y es que de repente ya no vale con solo mirar y observar, ¿no? Ahora lo que se exige es medir, cuantificar, ponerle números a las cosas. Fijaos la precisión, que hasta entonces era algo casi exclusivo de los astrónomos, empieza a ser una exigencia en la ingeniería, en la industria y lo que es clave para nuestra historia en la física experimental. Y es que este cuadro lo resume a la perfección. O sea, fijaos en el cambio. Se pasó de hablar de cosas como efluvios o vórtices, que son conceptos muy visuales, sí, pero super vagos, a usar el lenguaje del álgebra y las tablas de datos. La física de repente dejó de ser una especie de colección de curiosidades para convertirse en una ciencia de verdad, una ciencia de magnitudes, de relaciones numéricas, de control en el laboratorio. Pero claro, aquí venía el problemón. A ver, ¿cómo le pones un número a una fuerza que no puedes ver como la electricidad o a una sensación como el calor? Es que el reto era enorme, no era solo un cambio de mentalidad, es que hacían falta herramientas. Había que inventar desde cero aparatos totalmente nuevos como los electrómetros o los calorímetros que fueran capaces de, bueno, de traducir esas fuerzas ocultas en números, en mediciones con las que se pudiera trabajar. Venga, pues vamos con el primer gran misterio, la electricidad. Aquí el primer salto conceptual, el que lo cambió todo, fue dejar de verla como, no sé, como un estado de excitación de los cuerpos y empezar a pensar en ella como una sustancia. Sí, sí. Como un fluido que se podía acumular, que se podía pasar de un sitio a otro y lo más importante de todo, que se podía medir, se podía saber cuánta había. Y así es como nació la idea de carga eléctrica. Boom. De repente, la electricidad tenía una magnitud. Ya no era solo cosa de chispas y de que los pelos se pusieran de punta, ¿no? Ahora se podía hablar de procesos de carga, de descarga, de acumulación, de transferencia. O sea, la electricidad se había convertido, al menos en teoría, en algo que se podía calcular. Y lo que es fascinante de esta historia es la velocidad a la que todo avanza. Es como una carrera de relevos. Primero, Franklin, que propone un marco general, la teoría de un solo fluido, pero bueno, dejaba algunas cosas sin explicar. Luego llega Penus y básicamente le quita toda la paja, todas las metáforas y lo convierte en pura matemática. Empieza a hablar de acción a distancia, un concepto muy alo Newton. Después, ojo, tenemos a Cavendis, que va incluso más allá y deduce la ley correcta, la de la inversa del cuadrado, pero ¿qué pasa? Que no publica su trabajo. Así que la gloria al final, la gloria de demostrarlo en el laboratorio se la llevaría a Culom. Claro, pero aquí es donde se encontraron con el muro. A ver cómo mides eso. Las fuerzas eléctricas y magnéticas son increíblemente débiles. Son casi fantasmales. Todos los intentos de medirlas con balanzas normales, pues fracasaban uno tras otro. Hacía falta un instrumento de una sensibilidad que no existía, algo radicalmente nuevo para poder de una vez por todas resolver el misterio. Y ese instrumento fue la balanza de torsión, una invención de Charles Couomb. Y la genialidad del aparato es que era en el fondo muy simple, pero a la vez muy profundo. La idea es que la fuerza que necesitas para torcer un hilo muy fino es pequeñísima, pero se puede calcular muy bien. Así que midiendo cuánto se retorcía ese hilo por la repulsión entre dos esferitas cargadas, Coulón por fin pudo medir esa fuerza invisible y con una precisión que era para la época alucinante. Y el resultado fue espectacular. Lo que Coulom demostró es que la fuerza eléctrica seguía exactamente la misma regla que la gravedad de Newton, la elegantísima ley de la inversa del cuadrado de la distancia. O sea, que si doblas la distancia, la fuerza no se reduce a la mitad, no, se reduce a una cuarta parte. Era una ley matemática, precisa y que valía para todo. La física exacta acababa de conquistar la electricidad. Vale, dejamos la electricidad y vamos ahora con el magnetismo, porque a ver, el magnetismo se había quedado como atascado, ¿sabes? Mientras la electricidad iba a toda pastilla hacia las matemáticas, el estudio de los imanes seguía anclado en modelos supervisuales, casi poéticos, que venían de la época de Descartes. El modelo antiguo, el de toda la vida, hablaba de vórtices. Se imaginaban como un fluido invisible que giraba alrededor del imán. Y la verdad es que si pones limaduras de hierro, pues parece que la idea encaja, ¿no? Pero la propuesta de Coulón fue, vamos, un giro de 180º. Él se imaginó que el magnetismo no estaba fuera, sino dentro del material, que cada molécula era como un imán diminuto y que cuando el material se imantaba, todos esos pequeños imanes se ponían en fila, se alineaban. Y aquí es donde viene el verdadero golpe de efecto, porque Coulom coge su balanza de torsión, el mismo instrumento, y la usa para medir la fuerza magnética. ¿Y qué descubre? Pues que obedecía exactamente a la misma ley matemática que la eléctrica, la ley de la inversa del cuadrado. La misma. De repente, dos fenómenos que parecían no tener nada que ver quedaban unidos por el mismo principio matemático, por la misma ley cuantitativa. Bueno, y nuestra última parada en este viaje nos lleva al calor, un concepto que nos parece superfiliar, claro, pero que desde el punto de vista científico era un auténtico caos. Para poner un poco de orden en todo esto, fue imprescindible hacer una distinción clave, una separación entre dos ideas que todavía hoy a veces mezclamos. Por un lado, tenemos la temperatura. ¿Y qué es la temperatura? Pues sencillamente la intensidad del calor, el grado de calor que tiene algo. Es básicamente lo que nos marca el termómetro. Pero, y esta es la idea revolucionaria, la cantidad de calor es otra cosa completamente distinta. Pensemos en ello. Materiales diferentes pueden guardar cantidades de calor muy distintas, aunque estén a la misma temperatura. El termómetro, por sío, no nos dice cuánto calor hay en total, solo nos dice cómo de intenso es ese calor. Y la prueba del algodón, la demostración final de que esto era así, vino con el descubrimiento del calor latente gracias a Joseph Plack. Él se dio cuenta de algo increíble. Cuando el hielo se está derritiendo, está absorbiendo un montón de calor, pero su temperatura no sube, se queda fija en 0. Y ese calor no se ha perdido, está ahí latente, escondido, dedicado a la tarea de transformar el hielo en agua. ¿Vale? Entonces, si el calor es una cantidad que se puede medir, la pregunta es, ¿cómo la medimos? Pues con otra herramienta superingeniosa, el calorímetro de hielo ideado por la Wasier y la PL. La lógica detrás del aparato era impecable. La cantidad de calor que suelta un objeto caliente es directamente proporcional a la cantidad de hielo que consigue derretir. Así de simple, simple, elegante y lo más importante era un método cuantitativo. Y así es como al ir resolviendo estos tres grandes misterios, los científicos del siglo XVII consiguieron algo más que unas cuantas leyes nuevas. Forjaron algo mucho, mucho más importante, un método completamente nuevo para hacerle preguntas a la naturaleza. Y esta es, digamos, la caja de herramientas de la nueva física exacta. Se trata de pensar casi como un detective. Primero defines con total precisión qué es lo que vas a medir. Luego aíslas el experimento de cualquier cosa que pueda molestar o interferir. Controlas todas las variables y al final construyes un puente matemático sólido y refutable que una tu teoría con los datos que has obtenido. Este método, esta forma de trabajar se convirtió en la base en el ADN de toda la física que vino después. Y esta cita lo resume todo, es el gran cambio filosófico. La pregunta importante ya no era, ¿qué es la electricidad en su esencia más profunda? No. La pregunta pasó a ser, ¿qué modelo matemático nos sirve para medir, para calcular y para predecir cómo se va a comportar? Se pasó de buscar las causas últimas de las cosas a construir modelos que funcionaran, que fueran predictivos. Y todo esto, claro, nos deja con una pregunta final flotando en el aire. Al apostar toda a la medición, a los números, la física ganó un poder de predicción y de control que no tenía precedentes. Pero se perdió algo por el camino. Al centrarnos tanto en el cómo, en lo que se puede medir, quizá dejamos un poco de lado el por qué más profundo. Es una tensión. esa tensión entre medir y entender el significado, que en el fondo sigue muy presente en la ciencia de hoy.