Grandes ideas de la cienciaIsaac Asimov

Alianza Editorial

Título original: Great Ideas of Science. Traductor: Miguel Paredes Larruca

©  1996 by Isaac Asimov©  Ed. cast.: Alianza Editorial, S. A., Madrid

ISBN: 84­206­3981­8 Depósito Legal: M. 13.268­2004Impreso en Closas­Orcoyen, S.L. Polígono Igarsa Paracuellos de Jarama (Madrid)Printed in Spain

Capítulo 5Demó crito y los Á tomos

Demó crito y los Á tomosLe   llamaban  el   «filósofo   risueño»  por   su  eterna   yamarga sonrisa ante la necedad humana.   Su nombre era Demócrito y nació hacia el año 470a.   C.   en   la   ciudad   griega   de   Abdera.   Susconciudadanos puede que tomaran esa actitud suyapor síntoma de locura, porque dice la leyenda que letenían por lunático y que llegaron a recabar la ayudade doctores para que le curaran.    Demócrito   parecía   albergar,   desde   luego,   ideasmuy peregrinas. Le preocupaba, por ejemplo, hastadónde se podía dividir una gota de agua. Uno podíair obteniendo gotas cada vez más pequeñas hastacasi  perderlas  de  vista.  Pero  ¿había  algún   límite?¿Se llegaba alguna vez hasta un punto en que fueseimposible seguir dividiendo?

¿El final de la escisió n?

   Leucipo, maestro de Demócrito, había intuido queesa  escisión   tenía   un   límite.  Demócrito   hizo   suyaesta idea y anunció finalmente su convicción de quecualquier   sustancia  podía  dividirse  hasta  allí   y   nomás. El trozo más pequeño o partícula de cualquierclase de sustancia era indivisible, y a esa partículamínima la llamó átomos, que en griego quiere decir«indivisible».  Según  Demócrito,  el  universo  estabaconstituido   por   esas   partículas   diminutas   eindivisibles.  En el universo no había otra cosa quepartículas y espacio vacío entre ellas.   Según él, había distintos tipos de partículas que, alcombinarse   en   diferentes   ordenaciones,   formabanlas   diversas   sustancias.   Si   la   sustancia   hierro   seaherrumbraba   —es   decir,   se   convertía   en   lasustancia   herrumbre—   era   porque   las   distintasclases   de   partículas   que   había   en   el   hierro   sereordenaban.  Si  el  mineral   se   convertía  en  cobre,otro   tanto  de   lo mismo;  e   igual  para   la  madera alarder y convertirse en ceniza.    La mayoría de  los  filósofos  griegos se rieron deDemócrito.   ¿Cómo   iba   a   existir   algo   que   fuera

indivisible?   Cualquier   partícula,   o   bien   ocupabaespacio,  o no  lo ocupaba.  En el primer caso teníaque   dejarse   escindir,   y   cada   una   de   las   nuevaspartículas ocuparía menos espacio que la original. Yen   el   segundo   caso,   si   era   indivisible,   no   podíaocupar   espacio,   por   lo   cual   no   era   nada;   y   lassustancias ¿cómo podían estar hechas de la nada?    En  cualquier   caso,   dictaminaron   los   filósofos,   laidea del átomos era absurda. No es extraño que lasgentes miraran a Demócrito de reojo y pensaran queestaba   loco.   Ni   siquiera   juzgaron   convenienteconfeccionar,   muchos   ejemplares   de   sus   escritos.Demócrito escribió más de setenta obras; ninguna seconserva.    Hubo   algunos   filósofos,   para   ser   exactos,   enquienes   sí   prendió   la   idea   de   las   partículasindivisibles.  Uno de ellos  fue Epicuro,  otro  filósofo,que fundó una escuela en Atenas, en el año 306 a.C, casi un siglo después de morir Demócrito. Epicuroera un maestro de gran renombre y tenía numerososdiscípulos. Su estilo filosófico, el epicureismo, retuvosu importancia durante siglos. Parte de esta filosofíaeran las teorías de Demócrito sobre las partículas.    Aun   así,   Epicuro   no   logró   convencer   a   suscoetáneos,   y   sus   seguidores   permanecieron   enminoría.   Lo  mismo   que  en  el   caso   de   Demócrito,ninguna de las muchas obras de Epicuro ha logradosobrevivir hasta nuestros días.   Hacia el año 60 a. C. ocurrió algo afortunado, y esque   el   poeta   romano   Lucrecio,   interesado   por   lafilosofía epicúrea, escribió un largo poema, de títuloSobre la naturaleza de las cosas, en el que describíael   universo   como   si   estuviera   compuesto   de   laspartículas indivisibles de Demócrito. La obra gozó degran   popularidad,   y   se   confeccionaron   ejemplaresbastantes   para   que   sobreviviera   a   los   tiemposantiguos  y  medievales.  Fue  a   través  de  este   librocomo el mundo tuvo noticia puntual de las teorías deDemócrito.   En los tiempos antiguos, los libros se copiaban a

mano y eran caros. Incluso de las grandes obras sepodían   confeccionar   solamente   unos   cuantosejemplares,   asequibles   tan   sólo   a   las   economíasmás saneadas. La invención de la imprenta hacia elaño   1450   d.   C.   supuso   un   gran   cambio,   porquepermitía   tirar   miles   de   ejemplares   a   precios   másmoderados.   Uno   de   los   primeros   libros   que   seimprimieron fue Sobre la naturaleza de las cosas, deLucrecio.

De Gassendi a Boyle

   Así fue como hasta los sabios más menesterososde   los   tiempos   modernos   tuvieron   acceso   a   lasteorías   de   Demócrito.   En   algunos,   como   PierreGassendi,   filósofo   francés   del   siglo   XVII,   dejaronhuella  indeleble.  Gassendi  se convirtió  en epicúreoconvencido y defendió a capa y espada la teoría delas partículas indivisibles.    Uno de  los discípulos de Gassendi  era el  inglésRobert  Boyle,   quien  en  1660  estudió   el   aire  y   sepreguntó por qué se podía comprimir, haciendo queocupara menos y menos espacio.    Boyle  supuso  que  el   aire  estaba  compuesto  departículas  minúsculas   que  dejaban   grandes   vanosentre   ellas.   Comprimir   el   aire   equivaldría   a   juntarmás las partículas, dejando menos espacio vacío. Laidea tenía sentido.   Por otro lado, el agua podría consistir en partículasmuy juntas, tan juntas que estaban en contacto. Poreso, razonó  Boyle, el  agua no se puede comprimirmás, mientras que, al separar las partículas, el aguase convertía en vapor,  sustancia tenue parecida alaire.    Boyle   se   convirtió   así   en   nuevo   seguidor   deDemócrito. Como vemos, durante dos mil años hubouna cadena ininterrumpida de partidarios de la teoríade   las   partículas   indivisibles:   Demócrito,   Epicuro,Lucrecio,   Gassendi   y   Boyle.   La   mayoría,   sinembargo,   jamás   aceptó   sus   ideas.   «¿Qué?   ¿Unapartícula que no puede dividirse en otras menores?¡Absurdo!»

Vigilantes del peso

   Pero llegó el siglo XVIII y los químicos empezarona  reconsiderar   la  manera  en  que  se  formaban   loscompuestos químicos. Sabían que eran producto dela   combinación   de   otras   sustancias:   el   cobre,   eloxígeno y el carbono, pongamos por caso, se uníanpara formar el compuesto llamado carbonato cúprico.Pero por primera vez en la historia se hizo el intentode   medir   los   pesos   relativos   de   las   sustanciascomponentes.    Joseph   Louis   Proust,   químico   francés,   realizómediciones  muy cuidadosas  hacia   finales  de siglo.Comprobó, por ejemplo, que siempre que el cobre, eloxígeno y el carbono formaban carbonato de cobre,se combinaban en las mismas proporciones de peso:cinco unidades de cobre por cuatro de oxígeno poruna   de   carbono.   Dicho   de   otro   modo,   si   Proustusaba   cinco   onzas   de   cobre   para   formar   elcompuesto, tenía que usar cuatro de oxígeno y unade carbono.   Y aquello no era como hacer un bizcocho, dondeuno puede echar una pizca más de harina o quitarun   poco   de   leche.   La   «receta»   del   carbonato   decobre era  inmutable;  hiciese uno  lo que  hiciese  laproporción era siempre 5:4:1, y punto.    Proust ensayó  con otras sustancias y constató elmismo hecho:  la receta inflexible. En 1779 anunciósus  resultados,  de   los  cuales  proviene   lo  que  hoyconocemos   por   «ley   de   Proust»   o   «ley   de   lasproporciones fijas».   ¡Qué extraño!, pensó el químico inglés John Daltoncuando supo de los resultados de Proust. «¿Por quéha de ser así?»    Dalton  pensó   en   la  posibilidad  de   las  partículasindivisibles.  ¿No sería que   la  partícula  de oxígenopesa siempre cuatro veces más que la de carbono, yla  de  cobre  cinco  veces  más que  ésta?  Al   formarcarbonato   de   cobre   por   combinación   de   unapartícula   de   cobre,   otra   de   oxígeno   y   otra   decarbono,   la   proporción   de   pesos   sería   entonces5:4:1.    Para   alterar   ligeramente   la   proporción   delcarbonato de cobre habría que quitar un trozo a una

de las tres partículas; pero Proust y otros químicoshabían   demostrado   que   las   proporciones   de   uncompuesto no podían alterarse, lo cual quería decirque   era   imposible   romper   las   partículas.   Daltonconcluyó   que   eran   indivisibles,   como   pensabaDemócrito.    Dalton,   buscando   nuevas   pruebas,   hallócompuestos   diferentes   que,   sin   embargo,   estabanconstituidos por las mismas sustancias; lo que diferíaera la proporción en que entraba cada una de ellas.El anhídrido carbónico, pongamos por caso, estabacompuesto por carbono y oxígeno en la proporción,por   pesos,   de   3   unidades   del   primero   por   8   delsegundo. El monóxido de carbono también constabade carbono y oxígeno, pero en la proporción de 3 a4.   He aquí algo interesante. El número de unidadesde   peso   de   carbono   era   el   mismo   en   ambasproporciones:   tres unidades en el  monóxido y  tresunidades en el anhídrido. Podría ser, por tanto, queen  cada  uno  de   los  dos  compuestos  hubiese  unapartícula de carbono que pesara tres unidades.   Al mismo tiempo, las ocho unidades de oxígeno enla   proporción   del   anhídrido   carbónico   doblabanexactamente   las  cuatro  unidades  en   la  proporcióndel   monóxido.   Dalton   pensó:   si   la   partícula   deoxígeno   pesara   cuatro   unidades,   entonces   elmonóxido de carbono estaría compuesto, en parte,por una partícula de oxígeno y el anhídrido por dos.    Puede   que   Dalton   se   acordara   entonces   delcarbonato   de   cobre.   La   proporción   de   pesos   delcarbono y el oxígeno eran allí  de 1 a 4 (que es lomismo que 3 a 12). La proporción podía explicarse siuno   suponía   que   el   carbonato   de   cobre   estabacompuesto  de  una  partícula  de  carbono  y  tres  deoxígeno. Siempre se podía arbitrar un sistema quehiciese   aparecer   números   enteros   de   partículas,

nunca fracciones.    Dalton   anunció   su   teoría   de   las   partículasindivisibles hacía el año 1803, pero ahora en formaalgo diferente. Ya no era cuestión de creérsela o no.A   sus   espaldas   tenía   todo   un   siglo   deexperimentación química.

Á tomos por experimento

    El   cambio   que   introdujo   Galileo   en   la   cienciademostró   su   valor   (véase   el   capítulo   4).   Losargumentos   teóricos   por   sí   solos   nunca   habíanconvencido a la humanidad de la existencia real departículas   indivisibles;   los   argumentos,   más   losresultados   experimentales,   surtieron   casi   deinmediato el efecto apetecido.   Dalton reconoció que su teoría tenía sus orígenesen   el   filósofo   risueño,   y   para   demostrarlo   utilizóhumildemente la palabra átomos de Demócrito (queen castellano es átomo). Dalton dejó establecida asíla teoría atómica.   Este hecho revolucionó la química. Hacia 1900, losfísicos   utilizaron   métodos   hasta   entonces   insólitospara descubrir que el átomo estaba constituido porpartículas aún más pequeñas, lo cual revolucionó asu   vez   la   física.  Y   cuando   se  extrajo   energía  delinterior del átomo para producir energía atómica, loque   se   revolucionó   fue   el   curso   de   la   historiahumana.