La cuántica y yo 1/3

La física, en pocas palabras, es la ciencia que se encarga de estudiar la naturaleza. Lo primero que tenemos que definir para estudiar cualquier fenómeno, es los elementos con los que vamos a trabajar, es decir, el modelo a seguir.
Por ejemplo, si fuéramos a jugar al fútbol de los play-móvil, primero necesitamos decir que hay cierto número de muñecos play-móvil, una canica que funciona como pelota y una cancha en la que todo sucede. Después ya decimos o definimos cuales son las reglas del juego. Esto, en términos científicos es el modelo (los muñecos, la pelota y la cancha) y luego podemos ya hablar de reglas del juego, que desde el punto de vista científico, son las leyes físicas.

A lo largo de la historia, hasta principios del siglo xx, poco se había hablado del modelo; parecía siempre muy natural pensar que cualquier elemento tenía sus fronteras bien definidas, una pelota era un sólido redondo y ya. Por otro lado se estudiaban también ondas de sonido, que eran ondas y ya.
La luz, que siempre fue motivo de discusiones, era entendida como una onda, incluso el físico Thomas Young en 1804 había demostrado que interfería consigo misma, lo cual era una característica exclusiva de las ondas. Pero nuestro entendimiento fue sacudido cuando en los años 20 el físico estadounidense Arthur Compton demostró que la luz chocaba con otras partículas, lo cual era entendido como exclusivo de las partículas.
A partir de ese momento, se hicieron muchos experimentos relacionados, queriendo desambiguar esta situación, pero el resultado era siempre el mismo, la luz se comporta como una onda y como una partícula. Así que se decidió cambiar el modelo, entendiendo la luz como una “onda-partícula”, lo cual era un cambio radical.

Los experimentos continuaron y poco a poco se fue entendiendo mejor la situación. Quizás la contribución conceptual más grande vino de parte del francés De Broglie que llevo la idea de la onda-partícula a otro nivel, afirmando que todas las partículas son en realidad ondas-partículas, aunque la parte ondular es casi imperceptible por ser una onda tan pequeña. De Broglie no fue tomado muy en serio al principio, un poco porque fue su tesis de doctorado (normalmente no se proponen cosas tan aventuradas ahí) y un poco porque su nombre completo era: Louis-Víctor-Pierre-Raymond, 7mo duque de Broglie y pertenecer a la realeza jugaba en su contra en el ambiente científico. Pero los experimentos continuaron y confirmaron su tesis.

Una de las dificultades que presentaba este modelo de onda-partícula, es la localización. Una partícula es fácil de localizar, pero una onda es más complicada. Tras mucho pensar y experimentar, se concluyó que era imposible decir exactamente donde se localizan las ondas-partículas a un cierto tiempo. Este es el principio de incertidumbre de Heisenberg, que todos vimos en la preparatoria de una forma simplificada. Ese “exactamente donde” es importante entenderlo bien; claro que es posible saber dónde está algo, aunque con un error de ±.00000000001 cm aproximadamente, y algo por el estilo sucede para el tiempo en el que se hace la medición.

Así que ahora el modelo que tenemos del mundo, está compuesto de ondas-partículas que ni siquiera sabemos bien donde están… sí, eso es el modelo fundamental de la física moderna, en la segunda parte hablaré un poco de las reglas del juego, de las leyes físicas que gobiernan este mundo cuántico y finalmente sobre sus implicaciones filosóficas e incluso teológicas. Hasta la quincena que viene.

Seremos Biónicos

En los últimos años, las dos áreas de mayor interés para la comunidad científica han sido la nanociencia (el desarrollo de dispositivos tan pequeños como para medirlo en nanómetros) y la biofísica (estudiar sistemas biológicos con herramientas típicamente de la física). Aunque más recientemente se ha podido vislumbrar el siguiente paso: la unión de estas dos áreas. Ya han comenzado ha darse investigaciones muy ambiciosas con esta combinación. Las consecuencias pueden ser fabulosas.

Hablemos un poco del desarrollo en la nanoescala. Hay básicamente dos formas de construir dispositivos de este tamaño: Miniaturizar los procedimientos que conocemos a escalas mayores (como se hacen los microchips), o inducir interacciones moleculares a niveles muy pequeños (que es un área nueva para la tecnología).

La inducción de interacciones moleculares parece ir ganando la carrera; Esto porque con las condiciones adecuadas, se puede inducir el “auto ensamblaje”, es decir, con los materiales necesarios en el lugar adecuado, el dispositivo podría ensamblarse solo, tal como se ensamblan las proteínas. Además se piensa podrían ser más compatibles con sistemas biológicos ya existentes, como nuestros cuerpos o los de cualquier especie.

Dentro de los principales objetivos a mediano plazo, se encuentra el desarrollo de membranas sintéticas compatibles con sistemas biológicos y que puedan desarrollar funciones útiles, como el transporte eléctrico y de señales, modulación de presiones y flujos en general, reconocimiento molecular y generación de energía.

En particular, un proyecto que me parece muy interesante, es el de una batería biocompatible, que pueda recargarse por medio de un metabolismo natural. Es decir, se quiere generar electricidad por medio de un proceso que ya existe en el cuerpo humano. Ahora, lo más interesante es la aplicación que se le quiere dar: fuente de energía para implantes permanentes, como una cámara que transforme la luz que entra al ojo en señal cerebral… Entre los avances que se tienen hasta ahora en esta línea, el grupo del doctor Eric Jakobsson en la Universidad de Illinois, ha desarrollado una red de células sintéticas que producen un voltaje entre ellas. El mecanismo es el mismo que el de la anguila eléctrica. El reto actual está en la conexión con la retina sintética, que ha sido desarrollada con anterioridad en varios grupos como el del Dr. Mark Humayun de la Universidad del Sur de California.

Como podemos ver, existe una línea de investigación seria, con resultados preeliminares existentes, para tener un ojo completamente biónico… fabricado por el hombre, obviamente copiando el modelo natural; pero el punto es que en unos años, no sabemos cuantos, se podría erradicar la ceguera.

Así como este, muchos problemas se están atacando con la colaboración de científicos de todas las áreas convergiendo en un proyecto con un fin común. Sin lugar a dudar la revolución tecnológica que veremos gracias a la unión de la nanotecnología y la biofísica será increíble.