Movimiento browniano: de los granos de polen a los átomos

¿No nos recuerda nuestra vida a un movimiento browniano? ¿No es nuestro existir, con frecuencia errático, una sucesión de movimientos caóticos, sin un rumbo fijo? ¿Tiene significado y propósito nuestra vida? ¿Sabemos qué rumbo debemos tomar, o simplemente dejamos que los múltiples impactos externos nos desplacen sin fin, azarosamente, no alcanzando jamás una meta, no llegando a ninguna parte? 

Creo que la mayoría de nosotros somos, no pocas veces, meros granos de polen en browniana agitación. La filósofa y pionera feminista británica Mary Wollstonecraft (1759 - 1797), madre de Mary Shelley (la autora de Frankenstein), escribió certeramente: "Nada contribuye más a tranquilizar la mente como un firme propósito, un punto en el que el alma pueda fijar su ojo intelectual".

Al margen de la metáfora que podamos establecer, con mayor o menor acierto, verbigracia, esta de la existencia como una suerte de movimiento browniano, el caótico movimiento descubierto por el escocés Robert Brown hace doscientos años es de extraordinario interés histórico, pues encontramos una sutil conexión entre la botánica y la física y la química. En concreto, la meticulosa observación bajo el microscopio de las partículas de polen en agua llevó, ochenta años después, a concebir los átomos como entes físicos de existencia real y no como un mero artificio intelectual de la teoría atómica.

[Robert Brown, gran botánico escocés]

Robert Brown (1773 - 1858), médico y botánico escocés, hizo su importante descubrimiento en 1827 cuando observaba al microscopio una suspensión en agua de granos de polen de Clarkia pulchella (de forma triangular y con poros en los vértices), una planta herbácea perenne. Estas partículas de polen, lejos de permanecer quietas, se movían continuamente, al azar, cambiando su posición sin cesar en un movimiento realmente errático. Este movimiento aleatorio es debido a los impactos de las partículas invisibles constituyentes del agua, las moléculas, con las partículas relativamente grandes que forman la suspensión (en este caso, los granos de polen). Albert Einstein (1879 - 1955) explicó teóricamente el movimiento browniano, que así se denomina al caótico fenómeno, en 1905 y el francés Jean Perrin (1870 - 1942) llevó a cabo posteriormente (1908) las experiencias definitivas. La teoría cinética de la materia tenía entonces una importantísima prueba experimental a su favor,  y ello poco después del suicidio de Boltzmann.

Robert Brown estudió Medicina en las universidades escocesas de Aberdeen y Edimburgo y, en sus primeros años de profesión, ejerció como médico militar, aficionándose a coleccionar plantas. Gracias al explorador y botánico inglés Joseph Banks (presidente de la Royal Society entre 1778 y 1820), al que había conocido en Irlanda, embarcó  Brown en 1801 como naturalista en una expedición científica a Australia, regresando cuatro años más tarde con un valioso cargamento botánico de unas 4000 especies de plantas que, tras un arduo trabajo, describió posteriormente. Las aportaciones a la Botánica del médico escocés fueron realmente relevantes. Así, por ejemplo, hay que destacar que señaló la diferencia entre las gimnospermas y las angiospermas, investigó el polen como criterio para la clasificación de las plantas y, memorable, acuñó el término núcleo para designar el pequeño cuerpo que observaba en el interior de las células vegetales (advirtió que era algo característico de todas las células). Es interesante la etimología de la palabra núcleo, que proviene del latín "nucleus", una forma diminutiva de "nux" o "nucis", es decir, nuez; por tanto, núcleo vendría a significar, según su origen latino, "nuez pequeña" (núcleo es una palabra polisémica empleada en diferentes ramas de la ciencia, como la biología, la astronomía, la física, o la geología, siempre con la idea general de parte central de algo). No es de extrañar pues que el término "núcleo" fuese acuñado por un botánico, que vio con su microscopio óptico, en el interior de las diminutas células, una estructura que le recordaba, en pequeño, al fruto del nogal, la nuez comestible encerrada en la dura cáscara. En 1912 recuperó Ernest Rutherford la palabra núcleo para referirse a la parte central del átomo, de carga positiva y donde se concentra casi toda su masa, descubierta un año antes tras analizar los resultados del célebre experimento de bombardeo de una finísima lámina de oro con partículas alfa. De hecho, Rutherford no eligió el término inglés "core" para referirse al núcleo del átomo (muy usado, como en "Earth's core", núcleo de la Tierra) sino que prefirió "nucleus" ("atomic nucleus").

Pero, si la mayoría de nosotros recordamos hoy al ilustre botánico de Montrose, es por el caótico movimiento de las pequeñas partículas de polen en suspensión que lleva su nombre, el movimiento browniano, epónimo que comenzó a ser utilizado por los físicos y químicos años después de la muerte de Robert Brown, popularizándose en la década de 1870, en el contexto de la teoría cinética de la materia. Digamos que, aunque el descubrimiento de Brown en las suspensiones de polen es de 1827, ya   en 1785 Jan Ingenhousz (considerado el descubridor de la fotosíntesis) describió el movimiento irregular de polvo de carbón en la superficie del alcohol. Según nos cuenta Isaac Asimov en su Enciclopedia Biográfica de Ciencia y Tecnología (Alianza Ed., 1987), Robert Brown, tras su observación con el microscopio óptico de una suspensión de polen en agua, dedujo inicialmente que el errático movimiento de las partículas de polen debía ser consecuencia de la vida que había encerrada en dichos granos, pero él mismo refutó su explicación cuando observó similar movimiento caótico en partículas de colorante, carentes de vida, en suspensión acuosa. Largo tiempo después, en 1887, el físico francés Louis G. Gouy (1854 - 1926) llegó a la acertada conclusión de que el movimiento browniano era una manifestación de la agitación térmica de las partículas del disolvente, conforme a la teoría cinética (dichas partículas o moléculas están en movimiento continuo, de manera que la temperatura es una medida directa de la energía cinética promedio de las partículas que forman el sistema).

 

[Movimiento browniano. Del artículo de Jean B. Perrin, "Mouvement brownien et réalité moléculaire" Ann. de Chimie et de Physique (VIII) 18, 5-114, 1909 ]

Nuestro gran físico Luis Bru (notable experimentador y divulgador de la excelente labor científica de investigadores españoles como Blas Cabrera, Arturo Duperier o Miguel Catalán) describe en su manual de Física (Librería Internacional de Romo; 1969) el movimiento browniano con estas sencillas palabras: 

"Cuando se observa una suspensión al microscopio puede comprobarse que las partículas que la forman no están quietas, sino animadas de un rápido y desordenado movimiento que se realiza tanto más de prisa cuanto más pequeñas son las partículas. El origen del fenómeno estriba en que las moléculas líquidas [del líquido] empujan en sus desplazamientos a las partículas suspendidas, las cuales chocan unas con otras, originándose un desordenado movimiento en zig - zag".

Albert Einstein (1879 - 1955),  en 1905 (su annus mirabilis), describió matemáticamente con éxito el movimiento browniano en su artículo Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen ("Sobre el movimiento postulado por la teoría cinético - molecular del calor de pequeñas partículas suspendidas en un líquido estacionario"),  cuyos resultados suponían confirmar indirectamente la existencia de átomos y moléculas. Hay que señalar que Einstein hizo su estudio teórico y matemático del fenómeno con un conocimiento muy vago de las observaciones de Robert Brown.

[Muro de Berlín. Albert Einstein, Goethe ("la historia de la ciencia es la ciencia misma") y otros ilustres alemanes. Foto: B. Rivero]

Einstein supo explicar el movimiento browniano matemáticamente basándose en la teoría cinética de Maxwell y Boltzmann, demostrando que el movimiento caótico de las partículas en suspensión tenía que ser consecuencia del movimiento al azar de las moléculas del agua en la que se encontraban suspendidas. Einstein comprendió que la velocidad de la partícula en suspensión no es una magnitud definida (choca multitud de veces y, por tanto, cambia de velocidad, en módulo y dirección, haciéndose nula con frecuencia). Llegó a la conclusión de que el movimiento errático de las partículas en suspensión, como los granos de polen de Robert Brown, está provocado por las múltiples colisiones con las moléculas del líquido en el que están inmersas y, además, este movimiento es tan complicado que ha de ser descrito probabilísticamente. Es decir, en 1905 Einstein proponía una teoría del movimiento browniano basada en las fluctuaciones estadísticas del número y la velocidad de las moléculas de líquido que colisionan con la partícula browniana. 

El tamaño de las partículas en suspensión es un factor muy importante a la hora de observar, o no, el movimiento browniano pues estas no pueden ser demasiado pequeñas (si están en la escala atómica o molecular no formarían una suspensión sino que serían parte de la disolución) ni demasiado grandes (sufrirían las partículas billones de impactos por segundo repartidos uniformemente por toda su gran superficie y no sería observable el efecto y, además, la fuerza gravitatoria, su propio peso, haría que precipitaran, cayendo al fondo). Se suele establecer un rango de tamaño de partícula que va de 1 nanómetro a 5 micrómetros (o a lo sumo 10 micrómetros) para que el movimiento browniano sea claramente detectable. En rigor, diremos que Robert Brown no observó en 1827 con su microscopio el movimiento aleatorio de los granos de polen de Clarkia pulchella (demasiado grandes, de unos 80 micrómetros) sino el de las pequeñas partículas liberadas de su interior al agua (como amiloplastos y esferosomas), con un tamaño comprendido entre 1 y 5 micrómetros (o milésimas de milímetros).

El académico Jesús Santamaría Antonio nos enfatiza que el movimiento browniano es un fenómeno mesoscópico (conforme a la idea de Einstein, la escala meso iría desde el milímetro a la millonésima del metro, es decir, el micrómetro):

"El movimiento browniano es un proceso mesoscópico, compatible con el equilibrio termodinámico, que explica las fluctuaciones de magnitudes termodinámicas y fundamenta la Teoría  Atómico-Molecular del siglo XX y la Teoría Matemática de los procesos al azar".

Y me parecen muy interesantes sus conclusiones respecto a las relaciones entre el movimiento browniano, la dinámica de fluctuaciones y la Biología (un camino de ida y vuelta que conecta la Biología con la Física y la Química):

"En la materia condensada y en Biología, ambas gobernadas por estructuras de mesoescala y fluctuaciones importantes, el movimiento browniano determina la dinámica de fluctuaciones que une lo microscópico rápido con lo macroscópico lento".

Toda teoría científica ha de partir de los hechos observados y, para que sea aceptada, debe estar refrendada por los experimentos. La explicación teórica de Einstein del movimiento browniano encontró su confirmación en los meticulosos trabajos experimentales del físico francés Jean B. Perrin (1870 - 1942), y con ello se hacía  evidente la existencia real de los átomos y las moléculas que forman la materia, quedando resuelta la larga controversia que dominó el siglo XIX desde la teoría atómica de Dalton y que, en sus últimas décadas, adquirió gran resonancia.

[Jean Perrin, físico francés que en 1909 demostró la existencia de átomos y moléculas]

Anteriormente, Jean Perrin había investigado la naturaleza de los rayos catódicos observados por Crookes y llegó a la conclusión en 1895 de que eran partículas cargadas negativamente y no ondas (estudios culminados por J. J. Thomson en 1897 con el descubrimiento de los electrones). Incluso, en 1901, años antes que Rutherford, propuso un modelo alternativo al de Thomson, un modelo planetario del átomo, con una región central positiva y los electrones en la periferia, girando alrededor como los planetas lo hacen en torno al Sol.

Pero fue en 1908, tres años después de la teoría de Einstein sobre el movimiento browniano, cuando Jean Perrin se pone a la tarea de intentar determinar el tamaño de las moléculas mediante la observación sistemática. Asimov nos cuenta así el gran logro del físico francés: "Con el microscopio, contó el número de pequeñas partículas de resina suspendidas a diferentes alturas en una gota de agua. Encontró la manera por la cual se ajustaban perfectamente a las ecuaciones de Einstein, y, por primera vez, el tamaño aproximado de átomos y moléculas pudo ser calculado por medio de la observación real". Así quedaba confirmada la existencia de átomos y moléculas, cerrando el largo debate decimonónico. Además, por si todo esto fuera poco, Perrin determinó el número de Avogadro con gran exactitud (fue precisamente él quien lo llamó constante de Avogadro). Su estudio experimental quedó reflejado en diferentes artículos científicos, entre los que destaca Mouvement brownien et réalité moléculaire ("Movimiento browniano y realidad molecular"), de 1909, traducido poco después al inglés y al alemán.

Añadir a lo ya dicho que Jean B. Perrin propuso en 1919 que los procesos nucleares (fusión nuclear del hidrógeno) pueden proporcionar la fuente de energía en las estrellas. Su hijo, Francis Perrin, fue un gran especialista en fisión nuclear (¿recuerdan quién propuso por vez primera la palabra núcleo como término científico?). Francis Perrin se doctoró con una tesis sobre el estudio matemático del movimiento browniano de rotación. A su padre, Jean B. Perrin, le fue concedido el premio Nobel de Física en 1926 (justamente hace ahora cien años) por sus investigaciones sobre la estructura discontinua de la materia y el equilibrio de sedimentación.

Apenas tres años antes de la publicación de los cruciales trabajos experimentales de Jean Perrin, en los que queda patente la existencia real de los átomos, moría trágicamente uno de los científicos más relevantes del siglo XIX, al que me atrevería a llamar, sin embargo, "primer físico del siglo XX": Ludwig Boltzmann (1844 - 1906).

[En la Universidad de Viena, junto al busto de L. Boltzmann.

Foto: B. Rivero]

Boltzmann se suicidó en Duino en 1906. Se ahorcó en esta pequeña localidad de la costa adriática, próxima a Trieste (célebre por aquellas elegías que escribiera el gran poeta Rainer María Rilke), mientras su mujer e hija se bañaban. Las causas que llevaron a tan destacado físico teórico, pionero en conectar el mundo microscópico de los átomos con las leyes macroscópicas de la física (mecánica estadística), a una decisión drástica e irreversible como esta no están claras. El físico austríaco tenía un carácter cambiante y una personalidad depresiva (probablemente padecía un trastorno bipolar) y, a la fatal determinación, debió de contribuir sin duda la dureza de los ataques que recibieron sus ideas atomistas por parte de algunos de sus colegas (Mach y Ostwald principalmente) y el progresivo deterioro de su salud física (a veces, las buenas noticias o las recompensas llegan demasiado tarde, como se nos recuerda en el epílogo de Bartleby, el escribiente, deliciosa obra maestra de Herman Melville). El autor  de Teoría cinética de los gases (1895 - 1899), entre otras importantísimas obras, fue además un notable filósofo de la ciencia, muy apreciado por Karl Popper, quien lo consideraba "uno de los grandes físicos del siglo XIX y, al mismo tiempo, un ardiente, y casi militante, realista y objetivista". 

Aquí, sobre todo, quiero destacar su tenaz defensa del atomismo físico, pues creía Boltzmann en la existencia real de los átomos (más allá de su utilidad en los modelos teóricos), lo cual suponía encontrar la dura oposición de los positivistas, para quienes los átomos eran meros entes metafísicos. Es el debate y la tensión entre dos concepciones filosófico - científicas rivales: el atomismo y el energetismo. La primera saldría triunfante en el siglo XX pero la segunda, con Wilhem Ostwald a la cabeza, se mostraba muy vigorosa en la época del desdichado Boltzmann.

 

Hacia 1890 el químico alemán (nacido en Riga, Letonia) Wilhelm Ostwald (1853 - 1932) era un destacadísimo defensor de las posturas energetistas, sosteniendo firmemente que era la energía, y no la materia, lo único real en la naturaleza. Para Ostwald, la energética debía sustituir a la teoría cinética y la teoría atómica como fundamento de la física. Sin embargo, con buen espíritu científico, tras los estudios sobre el movimiento browniano de Einstein (1905) y los definitivos resultados experimentales de Jean Perrin (1909), el eximio químico de Riga (de los bálticos "bosques del este") aceptó, por fin, la teoría atómica. Muestra de ello es lo escrito por Ostwald en Einführung in die Chemie: ein Lehrbuch zum Selbstunterricht und für höhere Lehranstalten ("Introducción a la Química: un libro de texto para el autoaprendizaje y para centros de enseñanza superior"), de 1910, que podemos leer en español gracias a la traducción del profesor Modesto Bargalló en "Elementos de Química" (Gustavo Gili Editor, Barcelona, 1917). En el capítulo dedicado al oxígeno encontramos el epígrafe "Teoría atómica", donde queda clara la nueva postura de Ostwald respecto a los átomos:

"Además, de la ley de la conservación de los elementos se deduce que un átomo no puede transformarse en otro: si esto fuese posible, también lo sería la transformación mutua de los elementos, con lo cual desaparecerían unos para dar origen a otros. por consiguiente, el fenómeno de la combinación no se puede concebir más que como unión de los átomos de los elementos, y así se explica que puedan obtenerse, de nuevo, los elementos, de los cuerpos compuestos.

[...]

Con la hipótesis de la existencia del átomo dotado de las propiedades antes indicadas, se explica, pues, claramente la proporcionalidad de pesos en los compuestos químicos, lo cual viene en apoyo de la misma hipótesis. Admitiremos, por consiguiente, que todos los cuerpos están realmente compuestos de átomos; concepto que han venido a confirmar todavía diversos descubrimientos de otras ciencias. En lo sucesivo nos serviremos bastante de dicha teoría".

Pues sí, todos admitieron, como Ostwald, que los átomos formaban realmente la materia.

["Elementos de Química", de Ostwald (traducción de 1917)]

BIBLIOGRAFÍA:

- ALFONSECA, Manuel. Grandes científicos de la humanidad. Espasa. Madrid, 1998.

- ASIMOV, Isaac. Enciclopedia biográfica de ciencia y tecnología. Alianza Ed. Madrid, 1987.

- BRU, Luis. Física. Librería Internacional de Romo, S. L. Madrid, 1969.

- BYNUM, W. F.; BROWNE, E. J.; PORTER, Roy. Diccionario de historia de la ciencia. Ed. Herder. Barcelona, 1986.

- OSTWALD, Guillermo. Elementos de Química. Gustavo Gili Ed. Barcelona, 1917.

- SANTAMARÍA ANTONIO, Jesús. El movimiento browniano: un paradigma de la materia blanda y de la biología. Rev. R. Acad. Cienc. Exact. Fís. Nat. (Esp). Vol. 106, Nº. 1-2, pp 39-54, 2013.

https://rac.es/ficheros/doc/01099.pdf.

- Jean Perrin; el Nobel al que no suele atribuirse el descubrimiento del modelo atómico planetario.

Tycho Brahe, un astrónomo sin telescopio

Los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando situado el Sol en uno de los focos. El radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales (ley de las áreas). Por tanto, cuando el planeta en su órbita alrededor del Sol se encuentra en el afelio (posición más alejada) su velocidad es menor que cuando está en el perihelio (más próximo al Sol). Esta ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular del planeta (L = momento angular = m r v = constante). Para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital, o tiempo que tarda en completar una vuelta alrededor del Sol, es directamente proporcional al cubo de la distancia media al Sol. Señalemos que estas leyes también se aplican a otros astros que interaccionen gravitatoriamente, como el sistema Tierra – Luna. Estas son las célebres leyes de Kepler, enunciadas por el matemático y astrónomo alemán algunos años después de la muerte del más grande astrónomo observacional que había escrutado los cielos hasta entonces: Tycho Brahe (Knudstrup, en su época de Dinamarca, hoy de Suecia, 1546 – Praga, 1601), a veces llamado “el Leonardo de Dinamarca”, pues encarna perfectamente el espíritu del Renacimiento. 

Johannes Kepler (Weil, Alemania, 1571 – Ratisbona, 1630) enunció las dos primeras leyes en Astronomia Nova (“Nueva astronomía”), 1609, y la tercera diez años más tarde en Harmonices Mundi (“La armonía de los mundos”). No podría haberlo hecho sin contar con las numerosas y precisas observaciones realizadas por Brahe, cuyos datos constituían un auténtico tesoro astronómico. Las leyes de Kepler describieron el movimiento planetario pero también, a partir de ellas, Newton dedujo la ley de la gravitación universal. Como señala el historiador de la ciencia A.C. Crombie, Kepler tuvo asimismo el mérito de hacer las primeras sugerencias de una nueva cosmología física acorde con sus leyes sobre el movimiento de los planetas alrededor del Sol; mas este asunto, de extrema dificultad, sólo fue resuelto cuando Isaac Newton, aquel genio que había visto más lejos al estar “de pie sobre los hombros de gigantes”, unió las leyes de Kepler con la dinámica terrestre de Galileo “por medio de la ley puente de la gravitación universal”. Como se ha indicado, fueron las precisas observaciones celestes de Tycho Brahe (sin precedentes) las que posibilitaron la cadena de cruciales descubrimientos.

[TYCHO BRAHE, gran astrónomo del Renacimiento]

Tycho Brahe (Tyge Ottesen Brahe) nació en el seno de una familia de la nobleza danesa. El padre de Tycho era una figura relevante de la corte real danesa. El joven Tycho comenzó sus estudios en la Universidad de Copenhague en la primavera de 1559, donde, para satisfacer los deseos familiares, estudió derecho, junto con otras disciplinas. Pronto se sintió atraído por la astronomía. Parece ser que el hecho de que se confirmaran las predicciones del eclipse del 21 de agosto de 1560 le produjo una gran impresión. Esto le motivó de manera extraordinaria y comenzó a estudiar astronomía, la cual se convertiría en su gran pasión. Sin embargo, no tardó en advertir que los datos astronómicos disponibles no eran suficientemente precisos y había discrepancias que él, meticuloso y exigente, no podía tolerar: “hay tantas medidas y métodos como astrónomos hay, y todos ellos difieren”, se quejaba el joven Tycho. Y es que el 17 de agosto de 1563 observó que Júpiter y Saturno estaban tan próximos el uno al otro que casi no podía distinguirlos. Se apresuró a consultar las tablas planetarias y comprobó que las tablas alfonsíes (medievales, del siglo XIII, elaboradas por iniciativa del rey Alfonso X "El Sabio") tenían un error de nada menos que un mes en la previsión de dicha efeméride astronómica. Las tablas copernicanas se aproximaban más, aunque el error era también importante pues era de varios días. La inquieta mente de Tycho rápidamente se dio cuenta de que la única forma de avanzar en el conocimiento del cosmos era emprender una observación sistemática muy rigurosa, en búsqueda de la máxima precisión. Si era necesario construir nuevos instrumentos, no había tiempo que perder; debía hacer todo lo que estuviera en sus manos y agudizar el ingenio.

Todas las observaciones que realizó Tycho Brahe fueron hechas sin telescopio, cuya invención es algunos años posterior a la muerte del astrónomo danés. En 1608, un óptico, Lippershey, había construido en Holanda un tubo con lentes que acercaba la imagen de los objetos lejanos. Galileo se hizo de uno de estos anteojos y lo perfeccionó notablemente. Para ello, el propio Galileo nos cuenta que tuvo que realizar un profundo estudio de la refracción. En 1609 comenzó a utilizar su telescopio refractor y no tardó en apuntar hacia el cielo. La Luna le deparó interesantes sorpresas al construir un telescopio que aumentaba los objetos casi un millar de veces, aparentando estar más de treinta veces más cerca. Galileo publicó sus valiosos hallazgos en Sidereus Nuncius (“El mensajero sideral”) en 1610, su primera obra científica (escrita en un estilo claro y conciso, algo muy novedoso para la época). Tycho por su parte, mucho antes de que el sabio de Pisa perfeccionase los anteojos para construir sus telescopios refractores, se dedicó a mejorar y agrandar los instrumentos existentes, además de usar su talento renacentista para construir otros completamente nuevos.

Una anécdota importante de la vida de Tycho Brahe, que nos muestra su carácter fogoso, es el duelo que mantuvo con un tal Parsbjerg, noble danés, en 1566, tras una fiesta con abundante bebida. Ambos jóvenes discutieron acaloradamente y se retaron a un duelo en la oscuridad de la noche. La espada de su oponente le rebanó la nariz. A raíz del suceso, parece ser que Tycho comenzó a interesarse por la medicina y la alquimia (además de ser el mejor astrónomo de su tiempo, llegó a convertirse en un practicante de la iatroquímica o química médica y en su observatorio tenía una dependencia como laboratorio, con hornos, alambiques y todo el instrumental necesario para elaborar sus preparados químicos). Debido al grave incidente, Tycho tuvo que usar una prótesis nasal metálica (se ha escrito frecuentemente que hecha de una mezcla de oro y plata, aunque hay indicios de que fuera de latón, una aleación de cobre y zinc, más ligera y confortable) fijada con una sustancia adhesiva. Es posible incluso que usara diferentes prótesis, según las ocasiones, de distintas aleaciones. Algunos estudiosos han señalado que la prótesis nasal debió producirle a Tycho úlceras y, tal vez, alguna infección.

En 1572, en la noche del 11 de noviembre, cuando Tycho daba un paseo antes de cenar, quedó impactado al dirigir la mirada hacia la constelación de Casiopea y ver una nueva estrella brillar en el cielo con gran intensidad. ¿Era posible? La doctrina aristotélica afirmaba que las estrellas formaban parte de un cielo inmutable. “Caí en tal perplejidad, por lo increíble del suceso, que empecé a dudar de mis propios ojos”, narró Tycho. Hoy sabemos que lo que dejó estupefacto al inquieto danés fue una supernova (una estrella en violenta explosión que se hace visible en el espacio nítidamente). Esta supernova que apareció en la constelación de Casiopea llegó a superar el brillo de Venus, siendo visible incluso en pleno día. De la nada parecía surgir una nueva estrella; bien sabía Tycho que podría ser tomado por loco si contaba alegremente su descubrimiento. Debía asegurarse y comprobar si aquel intenso y sorprendente punto luminoso se encontraba más allá de la Luna. Tycho Brahe observó que en varios meses la “nueva estrella” no había cambiado su posición “ni un solo minuto” del lugar en que la vio por primera vez. Puesto que permanecía fija en el mismo punto del cielo y no mostró ningún cambio en la perspectiva al ser triangulada por observadores muy distantes, podía concluirse que dicha “nueva estrella” estaba más allá de la Luna, en el cielo “eterno e inmutable” de Aristóteles (que, por tanto,  no podía ser como pensaba el gran sabio de la antigüedad); incluso más allá de cualquier órbita planetaria. Tycho, después de las cuidadosas observaciones, no tuvo dudas: la “nueva estrella” que había irrumpido en el cielo (sin permiso de los seguidores de Aristóteles) se debía encontrar en “la octava esfera, entre las otras estrellas fijas”. Una segunda supernova apareció pocos años después, en 1604, siendo observada por Kepler. Dos “proyectiles” en poco tiempo contra la teoría de Aristóteles. También Brahe demostró que el brillante cometa de 1577 se encontraba más allá de la Luna. Sin duda, el cielo era cambiante y no como pensaba Aristóteles.

De esta manera, “por la puerta grande”, Tycho Brahe se hizo un sitio entre los astrónomos ilustres. El rey Federico II de Dinamarca, mecenas de filósofos y artistas, quedó impresionado con los descubrimientos de Tycho y le concedió la isla de Hven, en el estrecho de Oresund, que separa la costa danesa de la sueca (en aquella época ambas orillas pertenecían a la corona danesa), financiando la construcción de dos observatorios: Uraniborg (en honor de Urania, musa de la Astronomía y de la Geometría, que es representada con un compás y una esfera), que también contaba con un laboratorio de alquimia (iatroquímica), y Stjerneborg (este observatorio fue construido cuando la fama de Tycho era tan grande que acudían a trabajar con él numerosos ayudantes, siendo subterráneo la mayor parte del edificio con la finalidad de proteger los instrumentos). Uraniborg fue construido por un arquitecto alemán y, tanto el edificio principal como los jardines, parecen más un suntuoso palacio que un observatorio astronómico. Parece ser que hizo época en la arquitectura escandinava. Koestler describe el palacio-observatorio como un “cruce entre el Palazzo Vecchio y el Kremlin”. Las torres del magnífico observatorio tenían techo móvil y en ellas situó Tycho sus instrumentos. En las galerías había relojes, cuadrantes, globos y figuras alegóricas. En el sótano se encontraba la prensa para imprimir, el horno de alquimista e incluso una prisión particular por si algún vasallo se rebelaba (Brahe era un auténtico señor feudal en Hven). Asimismo tenía su propia farmacia. El edificio estaba lleno de aparatos y autómatas, y un sistema de comunicaciones permitía hacer sonar una campanilla en la habitación de cualquiera de sus ayudantes. Los banquetes con invitados distinguidos eran frecuentes y en ellos, como no podía ser de otra manera, se bebía abundantemente. Tycho tenía un enano como bufón, Jepp, que se sentaba a sus pies bajo la mesa y al que consideraba como alguien con ciertos poderes de clarividencia. Al parecer, el extravagante astrónomo danés había tenido con anterioridad un alce domesticado, que cierto fatal día subió las escaleras que llevaban a una estancia en la que bebió el pobre animal gran cantidad de cerveza, dándose un batacazo al bajar y muriendo como consecuencia de la caída. Según cuenta Koestler, la vida en Uraniborg se asemejaba más a una corte del Renacimiento que a una comunidad intelectual. Y sin embargo allí se hicieron numerosísimas observaciones astronómicas, sin telescopio, de una precisión sin precedentes y que, más tarde, cambiarían la visión del mundo: trabajo riguroso y titánico; diversión y placer, por otro lado, a raudales.

[Observatorio astronómico de Uraniborg]

Tycho buscó por toda Europa los mejores instrumentos astronómicos para su observatorio y, además, como mente privilegiada y audaz del Renacimiento (y aquí nos recuerda a Leonardo), diseñó él mismo cuadrantes, para medir con gran precisión la altura o ángulo de los astros respecto al horizonte y seguir el movimiento de los planetas o "astros errantes" (en particular de Marte), y esferas armilares, incorporando en su palacio-observatorio de Uraniborg un ingenioso sistema de comunicaciones, como se ha dicho, y una fábrica de papel para surtir a su imprenta. Contaba en el observatorio con una pieza fundamental para su trabajo: un globo celeste de bronce (de un metro y medio de diámetro); en él se fueron grabando las estrellas fijas, una a una, durante veinticinco años, hasta un total de un millar. Del millar de estrellas fijas, las posiciones de 777 estaban determinadas con gran exactitud, colocándose las 223 restantes de forma apresurada poco antes de verse obligado a abandonar su observatorio en la isla danesa de Hven. De esta manera alcanzaba la cifra redonda del millar. Los datos obtenidos por Tycho Brahe en la meticulosa observación de estrellas y planetas tenían una exactitud de más del doble que los disponibles hasta entonces.

Tycho Brahe no fue nunca un defensor de la teoría heliocéntrica de Copérnico. El que fuera eminente (y polémico) astrónomo, Fred Hoyle, pensaba que Tycho Brahe se oponía a la teoría copernicana sin prejuicios religiosos. Según Hoyle, su oposición al heliocentrismo provenía más bien de la propia psicología de los grandes observadores (“el mundo tiene para ellos, tal como lo ven, una realidad emocional más inmediata que para una persona corriente, y muchísimo más que para el teórico”): el observador tiende a dudar de la realidad de situaciones en las que no puede él mismo establecer contacto físico (por ejemplo, cuando la luz penetra en el ojo). Así, un observador no tiene conciencia directa e inmediata del movimiento de la Tierra, mientras que lo que sus sentidos le dicen es que los demás astros son los que se mueven y eso le llevaría a considerar a la Tierra inmóvil. Cualquiera con conocimientos elementales de Astronomía diría hoy: “las apariencias engañan …” Brahe se atrevió a proponer un modelo cosmológico: un modelo de compromiso entre los modelos copernicano y tolemaico. En dicho modelo (el modelo tychónico) todos los planetas conocidos entonces (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno) giran en torno al Sol, girando éste (al igual que la Luna) alrededor de la Tierra. Es decir, el sistema de Tycho es geocéntrico. Este fue su gran fracaso teórico pues, como indica Timothy Ferris, el modelo propuesto por Brahe “creaba tantos problemas como los que resolvía”. Sería necesario esperar a que un hombre de sólida formación en matemáticas y de prodigiosa intuición, el alemán Johannes Kepler, defensor de la teoría de Copérnico, resolviera satisfactoriamente el complejo rompecabezas que constituían los numerosos datos acumulados por Tycho Brahe. Y esto sucedería después de la muerte del astrónomo danés, quien guardaba con excesivo celo su tesoro. 

[Modelo cosmológico de compromiso, aunque geocéntrico, de Tycho Brahe]

Ambos astrónomos, Brahe y Kepler, se habían encontrado en Praga, pues tras la muerte de Federico II, su protector, Brahe perdió su pensión y los derechos que el rey le había concedido respecto a la isla de Hven. Esto le obligó a abandonar tierras danesas, instalándose definitivamente en el castillo de Benatky, próximo a Praga, al servicio del emperador Rodolfo II (en cuya corte no faltaban los astrólogos y alquimistas). Allí, en 1600, se produjo uno de los más importantes, y misteriosos, encuentros de la historia de la ciencia. Johannes Kepler, un joven matemático de oscura personalidad (ebrio de idealismo y de misticismo), llegó a Praga para trabajar con Tycho Brahe, el célebre astrónomo. Fue un encuentro de dos científicos complementarios pero de antagónicas personalidades; una colaboración breve y difícil pero que fructificó espléndidamente. El secreto de las órbitas planetarias alrededor del Sol fue desvelado por Kepler pocos años después del fallecimiento de Tycho Brahe. 

Carl Sagan nos cuenta en el capítulo III de su memorable obra Cosmos ("La armonía de los mundos") que Kepler se imaginó que con Tycho Brahe, en Praga, encontraría refugio y podría confirmar su modelo cosmológico (su Misterio Cósmico: seis esferas para los seis planetas y los cinco sólidos platónicos entre ellas), aspirando a convertirse en su colega pero, para su desgracia y sufrimiento personal, estas expectativas nunca se cumplieron. Llegó a decir de Tycho que, siendo extraordinariamente rico, no sabía hacer uso de su riqueza, "uno cualquiera de sus instrumentos vale más que toda mi fortuna y la de mi familia reunidas", se quejaba amargamente el matemático alemán. Tycho Brahe apenas le proporcionaba información de sus observaciones: "Tycho no me dio oportunidad de compartir sus experiencias. Se limitaba a mencionarme, durante una comida y entre otros temas de conversación, como si fuera de paso, hoy la cifra del apogeo de un planeta, mañana los nodos de otro... ". Esto, sin duda, debió de resultar desesperante a Kepler. Denuncia Sagan que Tycho Brahe no estaba dispuesto a regalar toda la ingente labor astronómica de su vida a un joven rival en potencia. "El nacimiento de la ciencia moderna -hija de la teoría y de la observación- se balanceaba al borde de este precipicio de desconfianza mutua", apunta certeramente Sagan. Tycho Brahe murió en 1601, en Praga, por complicaciones de una enfermedad renal (durante algún tiempo se ha especulado que pudo haber muerto debido a una intoxicación por mercurio, muy empleado en las prácticas alquímicas, o incluso envenenado, pero esto ha sido descartado). Parece ser que en su lecho de muerte legó, por fin, sus valiosísimas observaciones a su frustrado colaborador, Johannes Kepler, quien, gracias a su talento matemático, sacaría el máximo provecho de ellas: las leyes de los movimientos planetarios alrededor del Sol. "Que no crean que he vivido en vano...", repetía Brahe una y otra vez, delirando, en su última noche en este mundo bajo las estrellas.

Respecto al telescopio (instrumento fundamental para la observación astronómica, que no tuvo la oportunidad de utilizar Tycho Brahe) no está del todo clara la autoría de su invención. Según nos cuenta Arthur Koestler en su biografía de Kepler (Biblioteca Salvat de Grandes Biografías, Barcelona, 1985), el 2 de octubre de 1608, el fabricante de lentes holandés (de Middleburg) Lippershey solicitó al gobierno de su país una licencia por treinta años para manufacturar telescopios con lentes simples y dobles. Parece ser que durante el siguiente mes vendió varios de sus catalejos, pero no le fue concedida la licencia en exclusiva debido a que en el intervalo otros dos hombres habían presentado el mismo invento.

No obstante, recientes investigaciones llevadas a cabo por Nick Pelling, atribuyen la autoría del invento a un español, el catalán Juan Roget en 1590. El catalejo de nuestro compatriota habría sido copiado por Zacharias Janssen, quien intentó patentarlo el 17 de octubre. Éste y Jacob Metius, que intentó patentarlo el día 14, serían los dos hombres a los que se refería Koestler. El informático Nick Pelling defiende su tesis apoyándose en las pesquisas de José María Simón de Guilleuma (1886 - 1965), quien no llegaría a concluir su investigación.

En 1609 varios telescopios holandeses llegaron a Italia y fueron copiados. Galileo, que había tenido noticias del invento, decidió construir un instrumento similar, para lo cual se vio obligado a estudiar profusamente la teoría de la refracción. Lo cierto es que, dadas su habilidad y capacidad intelectual, Galileo perfeccionó notablemente el catalejo, convirtiéndolo en un verdadero telescopio refractor capaz de escrutar los cielos como nunca se había hecho antes. 

Cuenta Koestler que Galileo, tras sucesivas mejoras de su telescopio, comenzó a apuntarlo hacia la Luna y las estrellas (que anteriormente no le habían atraído demasiado). Según palabras del propio sabio pisano, logró construir un instrumento tan superior que los objetos vistos a través de él aparecían aumentados casi un millar de veces, y parecían estar más de treinta veces más cerca que vistos simplemente con los ojos (como hizo Brahe). Afirmaba esto Galileo en Sidereus Nuncius ("El mensajero sideral"), publicado en Venecia en marzo de 1610. Fue esta la primera obra científica de Galileo, en la que no sólo describía su telescopio y los descubrimientos efectuados con él, sino que el libro, como indica Koestler, estaba escrito en un estilo nuevo, claro y conciso que ningún erudito había empleado antes (se vislumbra ya aquí al gran Galileo, el que sería considerado padre de la nueva ciencia, basada en el método experimental). Con su telescopio observó la Luna (con sus "mares" de polvo, cráteres y cadenas montañosas), el Sol (con sus zonas oscuras o manchas) y los planetas. De gran trascendencia es el descubrimiento de cuatro lunas de Júpiter el 7 de enero de 1610, satélites que giraban alrededor del más gigante de los planetas exteriores. Pruebas evidentes a favor de la teoría heliocéntrica de Copérnico (aunque a la sazón no tan evidentes para muchos).

¡Ay, Tycho Brahe, si hubieras vivido un poco más para poder usar el telescopio en tus observaciones astronómicas!

BIBLIOGRAFÍA:

- CROMBIE, Alistair C. Historia de la ciencia: de San Agustín a Galileo. Alianza Editorial (Alianza Universidad); 1996.

- FERRIS, Timothy. La aventura del universo. De Aristóteles a la teoría de los cuantos; una historia sin fin. Editorial Crítica; 2009.

- HOYLE, Fred. Astronomía. Ediciones Destino; 1967.

- KOESTLER, Arthur. Kepler. Salvat. Biblioteca Salvat De Grandes Biografias, 46; 1988.

- SAGAN, Carl. Cosmos. Editorial Planeta; 1982.

La cafetera mágica

Es de lo más agradable y enriquecedor darse un paseo por alguna de esas librerías de viejo y ferias de libro antiguo, o subir la célebre y barojiana Cuesta de Moyano en Madrid, con sus quioscos repletos de variopintos volúmenes en los que uno rebusca con la ilusión de encontrar una perla libresca. En la Feria del Libro Antiguo y de Ocasión de Sevilla adquirí un otoño cierto ejemplar de la revista de divulgación Alrededor del Mundo, dirigida por Manuel Alhama. Se trataba del número 266, de 7 de julio de 1904. Algunos de los sugerentes artículos que incluía eran: "Sucedidos curiosos de perros", "Ida y vuelta a América en una semana" (sobre los grandes trasatlánticos de vapor con turbinas), "Cómo se hace el cristal", "¿Ha sido y volverá a ser cometa la Tierra?", "La Piedra Filosofal y la Química", "Una hormiga que vale millones" (sobre cierta clase de hormiga roja que vive en Guatemala y que parece ser que extermina al gorgojo del algodón), "Cómo es el polen de las flores" y "Secretos de grandes inventos (cómo se pierden; cómo se roban)", entre otras curiosas noticias y comentarios.

Entre las curiosidades de las que se hacía eco este número de Alrededor del Mundo, a comienzos del crucial siglo XX, traemos aquí "La cafetera mágica (huevos hervidos en hielo)", que espero interese al amable lector. He aquí la noticia:

"LA CAFETERA MÁGICA.

Huevos hervidos en hielo

Pocos espectáculos tienen tanta importancia científica como el que está presentando en estos días al público neoyorkino, con el título de La Cafetera Mágica, el notable prestidigitador José Yarrik.

En el escenario no hay más que algunas elegantes mesillas, sobre las cuales se ve una porción de variadísimos objetos, y una gran cafetera, cuyo contenido hierve a pesar de hallarse, no sobre un fogón ni una estufa, sino encima de un bloque de hielo. Con estos accesorios, el prestidigitador hace una porción de cosas que no pueden menos de asombrar al público.

Empieza por echar parte del contenido de la cafetera en un sombrero, y en presencia de todo el mundo lava algunos pañuelos, que pide prestados a los espectadores, y que devuelve inmediatamente sin el menor rastro de humedad. Luego mete unas uvas en la cafetera, y las saca duras como cantos; echa un chorro del hirviente líquido sobre un trozo de hielo, y éste comienza a arder con brillante llama y, por fin, coloca un huevo sobre el hielo, echa encima el agua de la cafetera, y lo presenta pasado por agua al admirado público.

El secreto de tan maravillosos experimentos no consiste en otra cosa sino en que el agua de la cafetera no es tal agua, sino aire líquido, cuyas misteriosas propiedades hacen posibles todas aquellas aparentes maravillas".

El aire líquido se obtiene al someterse el aire, mezcla gaseosa, a altas presiones y muy bajas temperaturas. Si se quiere conservar a temperatura ambiente debe mantenerse en un vaso Dewar (un recipiente de vidrio o de metal, con cierre hermético, que aísla térmicamente su contenido del exterior gracias a sus paredes dobles metalizadas separadas por espacio vacío; invento del escocés James Dewar de finales del siglo XIX). El aire líquido hierve a unos -194 ºC, a la presión atmosférica normal (al ser una mezcla, el aire hierve en un rango de temperaturas, que podemos establecer entre –196 ºC, punto de ebullición del nitrógeno, y los –183 ºC, temperatura de ebullición del oxígeno). Puede observarse cómo se desprende del nitrógeno (o del aire) líquido una niebla cuando hierve. Esta niebla es en realidad vapor de agua del ambiente, que condensa en pequeñas gotitas cuando el nitrógeno (que es un gas incoloro) enfría el aire circundante. Por otro lado, cuando se echa nitrógeno líquido sobre un huevo, este parece cocerse. Aunque aparente ser un huevo duro ordinario no es así, pues no se ha producido una desnaturalización irreversible de las proteínas (albúminas) de la clara, sino que el huevo recupera su estado líquido cuando se calienta.

La licuefacción del aire fue un importante reto culminado por científicos polacos. Efectivamente, en la Universidad de Cracovia coincidieron en 1883 Zygmunt Wroblewski y Karol Olszewski, enfrascados en la tarea de licuar gases. Wroblewski venía de París y conocía bien los trabajos de Louis Cailletet (1832 – 1913), quien en 1877 había logrado obtener oxígeno líquido comprimiendo el gas hasta unas 300 atm de presión y enfriándolo con dióxido de azufre líquido (la temperatura de ebullición normal de este gas es de -10 ºC). Cailletet expandió bruscamente el gas y observó las gotitas de oxígeno licuado (había aplicado el “efecto Joule – Thomson”, descubierto por los grandes físicos británicos James Joule y William Thomson, Lord Kelvin, a mediados del siglo XIX, mediante el cual, aplicando sucesivos ciclos de expansión – compresión, se pueden  enfriar los gases cuanto sea necesario). Hay que decir que el físico suizo Raoul Pictet (1846 – 1929) también había logrado licuar el oxígeno por las mismas fechas, de forma independiente a Cailletet, utilizando un aparato similar al de Carl von Linde en el que empleaba como líquido refrigerante dióxido de azufre y dióxido de carbono de forma combinada, en vez de amoníaco. Por su parte, los polacos Wroblewski y Olszewski emplearon un método estático consistente en una botella de oxígeno a elevada presión conectada a un tubo de ensayo inmerso en etileno (eteno) licuado a baja presión (consiguiendo así rebajar su temperatura de ebullición hasta -130 ºC) como refrigerante. Así, en aquel año de 1883, consiguieron estos científicos de la Universidad de Cracovia obtener primero oxígeno líquido y posteriormente aire líquido. Finalmente, empleando el método físico de destilación, separaron el oxígeno del nitrógeno de la mezcla (el aire). Es esta una época en la que eclosiona la ciencia y tecnología de las bajas temperaturas, la criogenia.

[Zygmunt Wroblewski, 1845 - 1888, físico polaco]

[Karol Olszewski, 1846 - 1915, pionero de la criogenia]

Este interés por alcanzar temperaturas muy bajas y licuar los gases continuó en los siguientes años. Lo que no se imaginaba el mago Yarrik en los albores del siglo XX era que un centenar de años después el nitrógeno líquido sería profusamente utilizado en crioterapia dermatológica o, más sorprendente aún, formaría parte de una auténtica revolución gastronómica.

De la alquimia a la ciencia química. La incipiente química en los tratados del siglo XVII

La naturaleza, para ser dominada, debe ser obedecida; y aquello que en la contemplación es la causa, en la práctica es la regla.

[FRANCIS BACON; Novum Organum Scientiarum (1620)]

[The Sceptical Chymist (1661), “El químico escéptico”, de Robert BOYLE]

Es comúnmente aceptado que la química moderna nace con Antoine Lavoisier y su célebre "Tratado elemental de química" (Traité Elémentaire de Chimie) de 1789. Al químico francés le debemos, entre otras aportaciones clave, el estudio de las oxidaciones y la combustión y, por supuesto, la ley de conservación de la masa en las reacciones químicas, que todos hemos estudiado (además de dar relevancia capital a la medida con la balanza, haciendo la química una ciencia experimental y cuantitativa). En este punto quiero recordar también al ruso Mijaíl Lomonósov (1711  1765). No mencionaré aquí las numerosas aportaciones científicas verdaderamente pioneras del eximio químico, polímata y poeta ruso, tan solo decir, por su gran relevancia, que se anticipó a Lavoisier (en cuarenta años) en la ley de la conservación de la masa en las reacciones químicas (que debería ser enseñada como la ley de Lomonósov-Lavoisier) y que sostuvo un modelo corpuscular de la materia, precursor de la teoría atómica y de la teoría cinética de los gases. Además, se anticipó a su época cuando propuso una teoría del calor, considerado como una forma de movimiento, en sintonía con la posterior de Rumford, y una teoría ondulatoria de la luz, como la que establecería Young.

Pero la transición hacia una nueva química, aunque aún enraizada en la alquimia, podemos afirmar que se inicia más de cien años antes de la obra capital de Lavoisier. A lo largo del siglo XVII van apareciendo importantes obras en Europa en las cuales se aprecia una clara evolución hacia una ciencia química moderna. Eso sí, de forma tardía, pues en la todavía llamada filosofía natural (la física) se produce en este siglo la Revolución Científica, y la rigurosa ciencia física del XVIII se construye ya bajo el paradigma newtoniano. Estas obras deben considerarse precursoras y de gran importancia para el ulterior desarrollo de la química.

Pionero es el texto de Andreas Libavius (nombre latinizado de Andreas Libau), Alchemia , 1597, que contribuyó decisivamente a la posterior escisión entre química y alquimia. El alquimista alemán (ca. 1550 – 1616) resumió en este libro los conocimientos alquímicos de su época, describiendo los fenómenos y procedimientos químicos con un lenguaje claro y sencillo (una verdadera inflexión para su tiempo), al margen de toda fantasía y hermetismo (seña de identidad de las clásicas obras de alquimia). Seguidor de las ideas de Paracelso en lo que respecta a la aplicación de la alquimia al tratamiento de las enfermedades, se basa sin embargo en la experimentación y no en meras hipótesis imaginativas (o incluso estrafalarias). La Alchemia de Libavius fue una obra con gran influencia  y fue una referencia para todos los alquimistas (o protoquímicos) del siglo XVII. Isaac Asimov afirma que este tratado puede “ser considerado el primer libro de texto de química que merece este título”. Como se ha dicho, la experimentación tiene un papel muy relevante en la obra de Libavius. Así, por ejemplo, describe la preparación de ácidos fuertes como el ácido sulfúrico (el “aceite de vitriolo”) o de sustancias como el volátil tetracloruro de estaño (SnCl4), conocido como “espíritu fumante de Libavio”. Asimismo a él le debemos el desarrollo de una primitiva marcha analítica y un método sencillo basado en la técnica de evaporación – cristalización para determinar el grado de mineralización del agua. Sin embargo, siendo todo ello de gran interés, hay que destacar que Andreas Libavius, consciente de las necesidades específicas y los peligros del trabajo alquímico, elaboró planos para la construcción de laboratorios químicos adecuados para las labores a las que estaban destinados, con diferentes salas: para las cristalizaciones, para los hornos, para preparaciones, almacén, etc. Algo realmente novedoso para la época. Hay que señalar, no obstante, la ausencia de una sala de balanzas en el diseño de sus “casas químicas”, pues la protoquímica tardaría aún tiempo en ser una disciplina verdaderamente cuantitativa (Lavoisier es considerado el padre de la ciencia química, experimental y cuantitativa). Libavius, alquimista práctico (creía en la transmutación para fabricar oro), dio unos primeros pasos muy a tener en consideración para entender la evolución de la química, que finalmente eclosionaría como ciencia a finales del siglo XVIII.

["Casa alquímica" o laboratorio diseñado por Libavius]

Surge pues en el siglo XVII una literatura química que conduce de forma irreversible de la alquimia a la ciencia química. No obstante, tengamos en cuenta que la entonces llamada “Chymica” era considerada fundamentalmente como un arte, el “Arte Noble”. Nicolas Le Févre (o Le Febure), químico del Jardin du Roi y excelente farmacéutico, miembro de la Royal Society, en su Traicté de la Chymie (1660) afirma:

“La contemplación es el único motivo de una ciencia, y su único objeto el de llegar al conocimiento por medio de esta contemplación, por lo que debe quedar satisfecha sin emplear la mente en ulteriores pesquisas; el arte, en cambio, se inclina siempre a obrar  y no descansa jamás, aunque los propósitos del Artista hayan alcanzado su meta”.

Le Févre y sus contemporáneos consideran a la “chymica” en cierta manera como ciencia y arte al mismo tiempo, es decir, como una ciencia práctica u operativa (es un conocimiento fundamentalmente empírico y práctico).

Entre las novedosas obras de química que van apareciendo a lo largo del siglo XVII a la estela de la Alchemia de Andreas Libavius destacan:

- Tyrocinium chymicum (1610) o “Química para principiantes”, de Jean Beguin, iatroquímico y estudioso de la minería, el cual adoptó los tres principios esenciales de la materia de Paracelso: sal, azufre y mercurio. La iatroquímica, impulsada por el disruptivo Paracelso, es una forma de alquimia o química aplicada a la medicina, una suerte de primitiva farmacología no exenta de ideas que hoy consideraríamos extravagantes.

- Philosophia pirotécnica, seu curriculus chymiatricus (“Filosofía pirotécnica o curso de química espagírica”), 1633 – 1635, del escocés William Davidson.

- Furni novi philosophici (“Nuevos hornos filosóficos”), 1650, del gran químico práctico Johann R. Glauber, que a pesar de este extraño título es un libro escrito con claridad sobre preparados químicos (instrucciones para su obtención y manipulación, así como la descripción de los aparatos necesarios para las operaciones químicas).

- Traité  de la Chymie (1663), del boticario y médico suizo, trasladado a París, Christopher Glaser (libro que alcanzó enorme popularidad en las últimas décadas del siglo, apareciendo más de treinta ediciones, la mayoría en francés, algunas en alemán y una en inglés).

Por último, entre otras obras de “artistas químicos”, destacamos el Cours de Chymie (1675), de singular calado para la época, del boticario y químico francés Nicolas Lemery, quien fue discípulo de Glaser y alcanzó gran fama y reputación como comentarista químico popular, claro y ameno. Lemery fue un verdadero químico, impartiendo clases y conferencias con demostraciones experimentales. El Cours de Chymie tuvo un enorme éxito popular, siendo considerado durante mucho tiempo como el mejor tratado de Química. Se publicaron numerosas ediciones en francés, varias en inglés y fue traducido también al latín, alemán, italiano y al español por Félix Palacios. Además de su ameno carácter divulgativo, la obra de Lemery tiene extraordinario interés teórico y experimental, con aportaciones verdaderamente originales. Sus ideas teóricas están muy próximas a las de Boyle, siendo también defensor de la concepción corpuscularista de la materia. Así, este librepensador de la química, independiente y lúcido, sostiene una curiosa teoría en la cual relaciona las propiedades de las sustancias con las supuestas formas de sus partículas. En esta concepción atomista primitiva, por ejemplo, las partículas de los ácidos tienen puntas agudas, capaces de agujerear los metales, explicándose de esta manera la disolución de un metal por un ácido. El aumento de peso de un metal por la calcinación lo explica diciendo que las partículas ígneas se introducen en sus poros.

[Nicolas Lemery (1645 - 1715)]

Entre estos pioneros de la incipiente ciencia química destacan por encima del resto Jan B. van Helmont (1580 – 1644), influido por Paracelso como es característico de la época y riguroso experimentador, y Robert Boyle (1627 – 1691), autor del célebre e imprescindible libro, punto de inflexión en la trayectoria del saber químico, The Sceptical Chymist (1661), “El químico escéptico”.

Jan Baptista van Helmont, médico y alquimista flamenco, se mueve entre la mística y la química experimental. Rechazaba la teoría aristotélica de los cuatro elementos (agua, aire, tierra y fuego) y también las tres sustancias fundamentales (tria prima) de Paracelso: el mercurio (principio de fusibilidad y volatilidad), azufre (principio de inflamabilidad) y sal (principio de incombustibilidad y no volatilidad). Para Jan B. van Helmont los dos principios esenciales de los cuerpos son el agua y el fermento (principio organizativo activo), los cuales darían lugar a las diferentes formas y propiedades de las sustancias.

[Jan B. van Helmont, alquimista y médico flamenco]

El alquimista flamenco, aunque con tendencia al misticismo (dice Isaac Asimov que Helmont “buscó la piedra filosofal y quiso fundir la religión con la química en algo que no fuera ni lo uno ni lo otro”), fue un serio experimentador que hacía observaciones cuantitativas y controlaba variables que pudieran afectar a los resultados (como hizo en su célebre experimento del sauce relativo a la nutrición y crecimiento de las plantas). Van Helmont usó de forma sistemática la balanza para su trabajo experimental (¡pesaba las sustancias reaccionantes y los productos de las transformaciones químicas!), estudió los gases (la palabra gas, nombre que él propuso, significa “caos”), llamando “espíritu silvestre” al gas que se desprendía en la combustión del carbón vegetal (el dióxido de carbono), y trató de introducir, siempre con lo que llamaríamos espíritu científico, sus ideas iatroquímicas en la medicina. Sin embargo, a pesar del enorme valor de sus aportaciones metodológicas en la primitiva química, no se desligó de su misticismo y “espiritualizó la materia” (se negó a separar el alma de la materia), lo cual atrajo el interés de ciertos grupos religiosos puritanos ingleses. William H. Brock resume muy bien la valía científica del alquimista flamenco en estas palabras: “Pero junto a esta ideología se encontraba la ciencia “positiva” de van Helmont: gases, cuantificaciones y medidas, y la iatroquímica”. Las obras completas del médico y químico de Bruselas, Ortus medicinae (“Orígenes de la medicina”), fueron publicadas en 1648 con este título por su hijo.

Por su parte, Robert Boyle (1627 - 1691), hijo del conde de Cork, es el máximo exponente de la química, como disciplina científica, en el siglo XVII y sus aportaciones experimentales y teóricas (defensor de las interpretaciones mecanicistas y corpusculares de la materia) son de indiscutible valor. En “El químico escéptico” (The Sceptical Chymist; 1661) Boyle exige demostraciones y una rigurosa metodología de trabajo, planteando los experimentos de laboratorio con un meticuloso control de las variables. Es decir, una metodología genuinamente científica. La idea de los cuatro elementos aristotélicos, las explicaciones de los fenómenos físicos mediante “fuerzas ocultas y misteriosas” y los principios de Paracelso (mercurio, azufre y sal “filosóficos”) son atacados por Boyle. Es pues un escepticismo altamente productivo. Se ha dicho que a pesar de la importancia de algunos de los descubrimientos científicos de Boyle (por ejemplo, sus experiencias con los gases) su metodología es de superior relieve.

[Robert Boyle, un "químico escéptico" del siglo XVII]

“El químico escéptico” de Boyle está escrito en forma de diálogo entre un escéptico, un aristotélico, un seguidor de Paracelso y un interlocutor neutral, aunque en su mayor parte es un monólogo del escéptico que expresa las ideas de Boyle. En esta obra fundamental expone Robert Boyle su concepto de elemento. Manifiesta el filósofo de la naturaleza anglo-irlandés: “No veo por qué hemos de creer que existan cuerpos primigenios y simples, a partir de los cuales la naturaleza estuviera obligada a formar todos los demás, como si de elementos preexistentes se tratara”. Para Boyle, los elementos son “ciertos cuerpos primitivos y simples” que “al no estar formados por ningún otro cuerpo, son los ingredientes constitutivos de los que se componen todos aquellos cuerpos denominados perfectamente mixtos, y en los que se descomponen en en última instancia”. En sintonía con la definición de Boyle, hoy se explica a los estudiantes de química que el agua no es un elemento sino un compuesto (una combinación química de elementos) ya que se puede descomponer en sustancias más simples, los elementos que la forman (hidrógeno y oxígeno), mediante electrólisis o descomposición por la corriente eléctrica. Asimismo es destacable la clasificación experimental propuesta por Boyle para distinguir entre soluciones ácidas y alcalinas. Utilizó jarabe de violetas a modo de indicador, ya que observó que viraba hacia el rojo en solución ácida y hacia el verde en medio básico (hoy sabemos que las violetas contienen antocianinas que son pigmentos naturales que cambian su estructura según el pH, provocando cambios de color). A pesar de todo lo anterior, Boyle sigue arrastrando antiguas ideas alquimistas, de hecho siempre estuvo convencido de la posibilidad de transmutación de los metales en oro. 

¿Cuál es la aportación española a la nueva química experimental que abandona el hermetismo y que emprende una transición lenta pero progresiva a lo largo del siglo XVII desde los antiguos saberes alquímicos?

A mediados del siglo XVII ve la luz una obra muy importante sobre minería y beneficio de los metales (de tanta importancia práctica). Su autor es Álvaro Alonso Barba (Lepe, Huelva, 1569 - Sucre, 1664), metalúrgico importantísimo en su época. En su célebre Arte de los metales (1640) trata sobre el beneficio del oro y la plata con azogue (mercurio), su fundición, refinado y técnicas de separación. Esta obra es considerada como la más relevante del siglo XVII, a nivel mundial, en minerometalurgia (traducida al inglés, alemán y francés).

[Instrumentos para la amalgamación. Arte de los metales de Alonso Barba (1640)]

Y, ya a comienzos del siglo XVIII, es obligado mencionar a Félix Palacios y Bayá (1677 – 1737), quien introdujo las ideas y conocimientos prácticos de Lemery en España al traducir el importante libro del químico de Rouen (esta primera versión española es de 1703, tan sólo tres años antes de que Palacios publicase su Palestra pharmaceutica, chymico-galenica).

Palacios, como genuino representante del “movimiento novator”, critica la medicina arábigo-galénica imperante y, en la línea de Lemery y los iatroquímicos, propugna la innovación con la aplicación terapéutica de preparados químicos.  La Palestra pharmaceutica de Félix Palacios es, sin duda, una obra importante de la literatura científica hispana, la cual sigue un esquema similar al Cours de Chymie de Lemery, de cuyas lecciones aprendió el boticario toledano. El título completo del libro es Palestra pharmaceutica, chymico-galenica. Título significativo, pues de una lucha o discusión se trata: las antiguas concepciones médicas, clásicas, las basadas en las doctrinas de Galeno, frente a las modernas o iatroquímicas. Se públicó por primera vez la Palestra pharmaceutica en 1706 y tuvo varias ediciones a lo largo de todo el siglo XVIII.  El imprescindible libro de Palacios, en la edición de 1737, lleva el siguiente subtítulo, casi un prólogo: “ En la cual se trata de la elección de los simples, sus preparaciones químicas, y galénicas, y de las más selectas composiciones antiguas, y modernas, usuales, tanto en Madrid, como en toda Europa, descritas por los antiguos, y modernos, con las anotaciones necesarias, y más nuevas, que hasta lo presente se han escrito, tocantes a su perfecta elaboración, virtudes, y mejor aplicación en los enfermos. Obra muy útil, y necesaria para todos los profesores de la Medicina, médicos, cirujanos, y en particular boticarios: muy añadida en esta tercera impresión”. También pues, en nuestro país, no sin la oposición de los núcleos académicos más reticentes a la modernización, comenzaba a surgir una química más racional y experimental que pretendía dejar atrás los saberes clásicos.

[Lámina de la Palestra pharmaceutica de Félix Palacios]

BIBLIOGRAFÍA:

- ASIMOV, Isaac; Enciclopedia biográfica de Ciencia y Tecnología; Alianza Editorial, Madrid, 1987.

- BLAS, L. Biografías y descubrimientos químicos; Aguilar Ed. Madrid, 1947.

- BROCK, William H. Historia de la química; Alianza Editorial, Madrid,  1998.

- REICHEN, Charles Albert; Historia de la química (Historia ilustrada de las ciencias y de las invenciones); Editorial Continente, Madrid, 1965.

En Internet:

-  RIVERO,  Bernardo; La Química a la palestra. Una aproximación a los orígenes de la ciencia química en España; El rincón de la ciencia:

http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid2/rc-101/rc-101a.htm

Laura, estudiante universitaria en los años treinta

La química lo afirma; pero se engaña. No existe la saturación. 

[MARÍA CEGARRA. Cristales míos. Poemas de laboratorio (1935)]

La química y poeta de la minera localidad murciana de La Unión, María Cegarra (1899 – 1993), es un claro ejemplo de aquellas mujeres pioneras de las primeras décadas del siglo XX que tuvieron que abrirse paso en el mundo universitario español en una época donde la sociedad, aún, les tenía reservadas a las mujeres las tareas del hogar y el cuidado de la familia. Fue María Cegarra la primera perito químico de España, obteniendo su titulación en 1928. Esto le permitió ponerse al frente de su propio laboratorio de análisis de minerales y dedicarse profesionalmente a la química, también como profesora, de la que se fue enamorando. Y hoy afortunadamente se va reconociendo cada vez más su valiosa y original aportación a la poesía, en la que enlaza magistralmente la química con la evocación y sensibilidad propias de la creación poética, de lo cual son buena muestra sus Poemas de laboratorio, incluidos en su libro Cristales míos, de 1935.

[María Cegarra, química y poeta. Mural de Clara Ledo en Cartagena, 2021]

Dando un salto al mundo de la ficción novelesca hay que destacar la aparición, o más bien rescate, en 2018 de una interesante novela protagonizada por una mujer, una joven estudiante de Medicina en la España de los años treinta del pasado siglo, cuando ya es un hecho evidente la lenta pero progresiva incorporación de la mujer al mundo universitario, incluidas las carreras de ciencias. En 2018 la editorial Caro Raggio sacó a la luz la primera edición completa, sin las mutilaciones que en el pasado hizo la censura, de Laura o la soledad sin remedio, que escribiera el gran novelista vasco Pío Baroja en su exilio de París (1936 - 1940), durante la tragedia española de la Guerra Civil. La novela, que ahora podemos disfrutar plenamente, es considerada por muchos como la mejor de nuestro gran escritor después de la Guerra Civil (publicada por vez primera en 1939 en Argentina y posteriormente en Barcelona en 1942). 

La novela nos narra las vivencias de Laura Monroy, una estudiante de Medicina en la antigua Facultad madrileña de San Carlos. La personalidad de Laura, de naturaleza melancólica, tendente al decaimiento de ánimo y al sentimiento de soledad, contrasta con el vigor de Mercedes, que lucha y se esfuerza tenazmente para superar las duras circunstancias que le ha tocado vivir. En cierto modo el tema de esta novela tiene elementos comunes con la gran novela filosófica de Baroja, El árbol de la ciencia (1911). Comprenderá el lector que uno, que es barojiano y descubrió un nuevo mundo de pensamiento en su juventud con El árbol de la ciencia, no haya pasado por alto la publicación íntegra de Laura o la soledad sin remedio. 

Laura o la soledad... me resulta una novela muy atractiva por diferentes motivos: el ya mencionado de su relación temática con El árbol de la ciencia, la presencia de personajes de formación científica (médicos no podían faltar; el padre de Laura era catedrático de Geología y esta se casó con un astrónomo y matemático), tan frecuente en la obra de Baroja, médico de formación, y, muy destacable, el hecho de que la protagonista, Laura, sea una joven estudiante de medicina en aquellos agitados años treinta del pasado siglo cuando, además, la mujer española comenzaba a incorporarse con pleno derecho a los estudios universitarios. La propia madre de Laura no ve con buenos ojos al principio la extraña dedicación de su hija. Para doña Paz, la madre de la joven estudiante de medicina, Laura debería haber continuado sus estudios de piano y dedicar su tiempo a las tareas de la casa y a la familia pues para ella "las mujeres no servían para estudios científicos". Opinión esta que no debería  de diferir mucho de la de la mayoría de hombres y mujeres de aquella época.

En la narración nos dice Baroja que Laura se alegraba de haber estudiado la carrera de Medicina, pues esta le supuso una “lección de realismo duro y fuerte” que “le convenía para su carácter un poco soñador e idealista”. Los estudios de medicina y fisiología y, sobre todo, la práctica y la experiencia hospitalaria “la acercaron a la vida con sus necesidades y sus durezas” (algo que bien conocía Pío Baroja).

Hasta 1910 no se permitió oficialmente en España la matriculación de mujeres en todos los niveles educativos, haciendo posible su culminación con los estudios universitarios. La universidad que se encontraron estas estudiantes pioneras mantenía sin duda aún fuertes dosis de machismo. Nos dice Baroja que no faltaban en la Facultad estudiantes con aires chulescos, impropiamente llamados "castizos", que no escatimaban comentarios a y sobre las chicas del tipo "está que chuta", etc. Había otros estudiantes aficionados a los deportes (que seguían en la prensa las noticias referentes a partidos de fútbol, ciclismo, carreras o combates de boxeo; siendo cada vez menos los apasionados por la tauromaquia en los estudiantes universitarios). Asimismo, buen reflejo de la convulsa y crítica época (los años treinta del siglo XX) en la que se desarrolla la trama, Baroja cuenta que habían dejado la Facultad buena parte de los estudiantes revolucionarios que conoció Laura al entrar en ella, quedando solo algunos comunistas y fascistas.

La obra de Baroja, producto de la avidez lectora del escritor vasco y de su formación científica durante sus estudios de medicina, está llena de referencias científicas (Laura o la soledad... no es una excepción). Pío Baroja sabía bien que la ciencia, como conocimiento objetivo de la realidad con valiosas aplicaciones en diversos campos (entre ellos la salud), puede ser la mejor herramienta para el progreso de una nación y para el bienestar social. 

[Felisa Martín, primera doctora en Ciencias Físicas en España. Autora del retrato: Maitane Azurmendi]

No quiero concluir estas líneas sin recordar a algunas de esas pioneras en los estudios científicos en nuestro país, mujeres decididas y tenaces que abrieron camino para las demás, ejemplo para todos, cuando no faltaban trabas y críticas. María Sordé fue la primera licenciada en Ciencias en España (1914), alumna muy brillante que durante el curso 1906 – 07 fue la única chica en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Barcelona. Isabel Ovín fue la primera mujer licenciada en Química en España (1917). El fallecimiento de su madre le impidió realizar el doctorado en Madrid y se dedicó a la enseñanza (uno de sus alumnos fue Manuel Losada Villasante, eminente bioquímico especialista en fotosíntesis y bioconversión de la energía, que obtuvo el Premio Príncipe de Asturias en 1995). Felisa Martín leyó su tesis doctoral en 1926, siendo la primera mujer en hacerlo en Ciencias Físicas en nuestro país y, en 1931, es la primera en ingresar en el Servicio Meteorológico (un año después fue becada para estudiar espectroscopía de rayos X en Cambridge, asistiendo a las clases de Rutherford).

Pioneras valientes en una época, las primeras décadas del siglo XX, en la que la presencia femenina en las aulas universitarias es todavía minoritaria.

PARA SABER MÁS:

Las primeras mujeres universitarias en España (1870-1936) | Archivos de la Historia

CIENTÍFICAS PIONERAS ESPAÑOLAS - Mujeres Ingeniosas