En el año 2023 se cumplieron los 60 años de la
culminación de un proyecto con un objetivo ambicioso, aunque de alcance
relativamente limitado, pero que más tarde se convertiría en un fenómeno famoso
en todo el mundo, al menos en ciertos ámbitos. Me estoy refiriendo a la
finalización de la serie de conferencias que Richard Feynman accedió a impartir
sobre multitud de aspectos de la Física en el California Institute of
Technology (Caltech). El proyecto buscaba renovar el temario de aquella
universidad de Pasadena, y, sobre todo, aumentar la curiosidad de los
estudiantes acerca de la Física. Y ello aprovechando dos hechos. Por un lado,
numerosos avances científicos en los últimos tiempos habían tenido lugar en esa
universidad, aunque aún no aparecían en el temario oficial. Por otro, que uno
de los científicos más ilustres del momento, Feynman, que se hallaba en la cima
de su popularidad, era investigador en Caltech. Los responsables de la
realización de aquel proyecto grabaron todo, fotografiando incluso los diagramas
que Feynman realizaba, y entre 1964 y 1966 verían la luz en forma de libro de
texto, en tres volúmenes, The Feynman Lectures on Physics (FLoP).
El mismo Feynman era pesimista en cuanto al éxito de
aquellas conferencias, en particular en conseguir el deseado estímulo en los
estudiantes. De hecho, su objetivo, más que atraer a nuevos estudiantes hacia
una carrera de investigación en Física, era la motivación de estudiantes que ya
hubieran comenzado esos estudios, y que por alguna razón al cabo de uno o dos
años hubieran sentido que flaqueaba su vocación. Esto se refleja en el
contenido de las FLoP, que resulta a veces duro, o ligeramente avanzado, para
estudiantes universitarios de primer año, y más asequible, y sobre todo
inspirador, para estudiantes de años posteriores. Ello se tradujo en que los
profesores, en la mía y en otras universidades, desaconsejaban a los alumnos de
primer año el uso de las FLoP para el estudio de los conceptos que en un
momento dado se abordaban, cosa que a priori nos sorprendía a todos un poco en
la facultad.
He de reconocer que cuando comencé mi carrera
universitaria, yo no conocía a Richard Feynman, y mucho menos sus FLoP. Mi
vocación fue variando a lo largo de mi juventud. Mientras estudiaba la EGB me
comenzaron a interesar la electrónica y los ordenadores. Con buen criterio,
visto a posteriori, mi padre me orientó hacia la enseñanza universitaria, en
lugar de hacia la formación profesional. Y, a la vez, saciaba mis ganas de
conocer más sobre electrónica y sobre el incipiente mundo de la computación
personal de manera ciertamente elegante. Por un lado, bajó un día a hablar con
el técnico que tenía un pequeño local debajo de nuestra casa, donde realizaba
reparación de televisores, y consiguió que me tomase como aprendiz, a los 13
años. Por otro lado, habiendo perdido la ola del Spectrum, me compraría, un par
de años después, mi primer ordenador personal, un Amstrad PCW 8256. Con
impresora y todo.
Pero, como digo, aunque mi interés por los
ordenadores y mis inquietudes por la electrónica continuaron, mi pasión por la
Física, y sobre todo por la Astrofísica, comenzó a fraguarse. No entraré muy en
detalle, baste decir que el artífice de todo ello fue el protagonista de una
serie de televisión que ha merecido que se le dedicase otro volumen de esta
serie de libros CIENCIA, y..., como el que el lector tiene ahora en sus
manos. Me refiero a Carl Sagan, protagonista de CIENCIA, y el “Cosmos” del
siglo XXI, homenaje al 40° aniversario de COSMOS, el libro que recoge la
semilla de la divulgación plantada por Sagan, y que te recomiendo
encarecidamente.
El caso es que mi interés por la Física superó
cualquier otro interés anterior, y aunque tenía nota suficiente tras la
Selectividad para cursar otros estudios, Ciencias Físicas fue mi primera
opción. Y en el primer año, como ya mencioné, las FLoP no eran vistas como los
libros de texto ideales para alumnos de primero. Tras echarles un vistazo, yo
mismo estuve de acuerdo con mis profesores, pero de un modo diferente. Por un
lado, me parecía que la manera en que se explicaban los distintos conceptos era
interesante, muy visual, como ya había escuchado acerca de la enseñanza en
Estados Unidos. Pero, por otro lado, me parecía que carecía de la profundidad
que yo esperaba. Esta era, sin embargo, una percepción sesgada. Venía
influenciada por mi observación de otros libros de texto, donde la explicación
de las distintas ideas se mostraba apoyada fundamentalmente en una retahíla de
ecuaciones; el encadenamiento de igualdades matemáticas pretendía ayudar a la
comprensión de los fenómenos. Algo totalmente opuesto al enfoque de las FLoP.
En efecto, fue en segundo y en tercer curso cuando
pude disfrutar del contenido de estos libros. La materia que veíamos en clase,
apoyada ya sobre ideas estudiadas anteriormente, y la avanzadilla que, de
manera particular, uno obtenía al leer libros de divulgación, permitían que las
explicaciones conceptuales expresadas en las FLoP tuviesen alguno de estos dos
efectos, ambos gratificantes: podían hacer que uno se deleitase al ver una
explicación elegante de algún fenómeno, que a pesar de bien conocido siempre
puede ser complejo de abordar; o podían, directamente, hacer saltar ese click
de entendimiento, ese momento ¡Eureka! en el que varios conceptos,
varias piezas de un rompecabezas más amplio, encajan de manera prístina ante
tus ojos.
La lectura de las FLoP está repleta de esos clicks.
Miles de estudiantes en todo el mundo han experimentado esos instantes de
conciencia preclara, en la que un fenómeno se percibe de forma transparente. Si
uno creyese en las almas, diría que en momentos así el alma aprehende esos
conceptos. Por eso las FLoP son unos libros tan relevantes, y por ello a
Richard Feynman algunos le apodaban el Gran Explicador (The Great
Explainer). Una de las explicaciones que más me ha gustado y estimulado
siempre en las FLoP, de esas que te lleva a uno de esos momentos de absoluto
entendimiento, es la del Principio de Equivalencia de Einstein. Un
principio que nos muestra que la sencillez en la naturaleza nos puede guiar, si
sabemos aferrarnos fuertemente a las bases que nos sustentan y nos conducimos
de manera estricta, sin desfallecer, por los vericuetos del razonamiento, al
descubrimiento de nuevos fenómenos y nuevas reglas que gobiernan nuestro
universo. Y en las FLoP, Feynman consigue explicar este principio y aplicarlo
de manera increíblemente sencilla.
Junto con esos instantes de total lucidez, de
regocijo ante el completo entendimiento de una idea, están los momentos de
maravilla ante algún fenómeno. Estos pueden darse al ver algo explicado en una
exposición, en unas conferencias o en la clase de un profesor, o simplemente
narrado en un libro de divulgación. Estos momentos son verdaderos creadores de
motivación, incluso diría de vocaciones. Yo he tenido muchos de ellos.
No puedo decir que haya tenido un profesor que
sobresaliese por encima de los demás en términos de motivación o de influencia
en mi vocación. Mis profesores resultaron ser todos una influencia de perfil
más bien bajo. Yo ya tenía suficiente motivación leyendo los libros de diversos
divulgadores e investigadores. Además, durante mis años de carrera universitaria
me ganaba la vida como programador en una empresa dedicada a estudios y
proyecciones de mercado en el ámbito farmacéutico, y la mayoría de las veces
tenía que salir corriendo tras finalizar las clases por la mañana, para
trabajar en la oficina por la tarde. Ello limitaba mucho mi interacción, tanto
con alumnos como con profesores, fuera de los horarios de clase.
Pero sí recuerdo dos o tres libros como los que más
me inspiraron. Dos de ellos eran de divulgación, ensayos escritos por
investigadores, mientras que el tercero era un libro de texto que no utilizamos
oficialmente en la carrera. Ni siquiera lo teníamos en la biblioteca. Aunque yo
sí lo usé en alguna ocasión. Me refiero al primer volumen del Mecánica
Cuántica, de Albert Messiah (creo que eran tres volúmenes), Editorial
Tecnos. Por cierto, me está viniendo a la cabeza el Mecánica Cuántica Teoría
No-Relativista , de Landau y Lifshitz, Editorial Reverté, gran libro también.
Por otro lado, los libros de divulgación a los que
me refería, que siempre me han inspirado, con el permiso del Cosmos de
Carl Sagan (edición en libro de su serie de televisión), y que he leído en
varias ocasiones, son El nacimiento del tiempo, del nobel Ilya
Prigogine, y La búsqueda del principio del tiempo, de Heinz R. Pagels. Es
en este último donde leí por primera vez la historia del nacimiento, vida y
muerte de una estrella, dependiendo de su masa. Su lectura me dejó fascinado, y
supe que quería ser astrofísico.
Y esto engancha con otra de las actividades que más
me motivaban, y que realizaba como terapia para cargarme de energía, frente a
exámenes o ante una etapa complicada. Y eran mis visitas al Planetario de
Madrid. Me iba en autobús y metro un sábado cualquiera por la mañana, y pasaba
el tiempo observando las filmaciones, las exposiciones que tuvieran
habilitadas, y asistiendo a alguna proyección. Fue una de estas proyecciones la
que me dejó marcado para siempre.
He traído a colación mis escapadas al Planetario
porque fue allí donde tuve una de las experiencias relacionadas con la
Astrofísica más impactantes que he tenido en toda mi vida. En una de las
proyecciones en la cúpula nos comenzaron a hablar de la vida de las estrellas.
Por si el lector no lo sabe, la vida, y sobre todo la muerte, de una estrella
viene fundamentalmente determinada por su masa inicial, la masa que tiene esa
estrella al encenderse, al comenzar, contraída por su propia gravedad, el
proceso de fusión de los átomos que la componen. La estrella vivirá quemando su
masa por fusión termonuclear, transformando su material genético particular,
por así llamarlo, los átomos de que está compuesta, para hacerlo cada vez más
complejo. Primero convierten su hidrógeno en helio. En el proceso se desprende
energía, que se invierte en contrarrestar la presión gravitatoria. Esta fase
puede durar cientos de millones de años para estrellas como nuestro Sol, o
bastante menos para estrellas con más masa. Este es el período de la infancia y
adolescencia de una estrella. Y durante todo él la estrella ha estado rugiendo
y vibrando.
Cuando casi todo el hidrógeno ha sido ya gastado en
su interior, el núcleo de la estrella se contrae, debido a que ya no se genera
la energía suficiente para mantener su propio peso. Pero esto hace que se
caliente aún más su corazón, ahora rico en helio, y que se alcance la
temperatura suficiente para que el helio se recombine y forme núcleos de
carbono. Con esta reacción, en la que también se desprende energía, la estrella
logra frenar su caída.
Para estrellas poco masivas, en algún momento las
capas exteriores se hincharán, y una fase de reprocesado de hidrógeno y helio
producirá una serie de pulsos térmicos que desembocarán en la expulsión de esas
capas exteriores. Lo que queda es una nebulosa planetaria de gas ionizado, en
expansión, que rodea el núcleo desnudo de la estrella, que poco a poco se
convertirá en enana blanca.
Sin embargo, para estrellas masivas, de más de unas
10 masas solares, al agotarse el helio, el núcleo de la estrella volverá a
contraerse, y comenzará a convertir su carbono en oxígeno. El oxígeno a su vez
se transformará en magnesio, el magnesio en azufre. En estos procesos la
estrella se ha ido contrayendo, recalentando, y su densidad interna ha ido
creciendo. Todas las reacciones de fusión ocurridas hasta ese momento eran
exotérmicas, generaban energía suficiente para frenar las sucesivas
contracciones de la estrella. Este es el período de madurez de una estrella. Y
durante todas sus etapas la estrella ha cantado con un tono cada vez más grave.
Hasta que llega un momento en el cuál la temperatura del interior de la
estrella es suficiente como para comenzar la recombinación del azufre para dar
hierro. La diferencia terrible es que esta reacción es endotérmica, se absorbe
energía. En consecuencia, ya no se genera la energía necesaria para frenar la
contracción gravitatoria de la estrella. El canto de la estrella se hace más
lúgubre, profetizando su final. Su destino está marcado. Desde el momento en
que una estrella comienza a crear hierro en su núcleo, los acontecimientos siguientes
ocurren en un lapso de tiempo muy breve en relación a su vida anterior. Hasta
ese momento había logrado mantenerse en equilibrio, compensando su propio peso
gravitatorio con la energía liberada de sucesivas etapas de fusión
termonuclear, y reviviendo como un ave fénix, de sus propias cenizas, en cada
una de ellas.
Fig.1 Imagen de los restos de la supernova Cassiopeia A: una supernova que explotó en el siglo XVII. El polvo de una supernova de este tipo, que explotó hace miles de millones de años, también es detectable en nuestro sistema solar, en cantidades mayores de lo que se pensaba anteriormente. © NASA/JPL-Caltech/STScI/CXC/SAO.
Pero en el momento en que comienza a transmutarse el
azufre en hierro, el soporte que contrarrestaba la presión gravitatoria
desaparece en gran medida. A estas alturas, la estrella está formada por una
serie de capas diferenciadas, como una cebolla, constituida cada una por un
tipo de núcleos atómicos, de los más ligeros en el exterior hasta el hierro en
el interior. Al formarse una determinada cantidad de hierro, toda la masa que
se había mantenido en un mortal equilibrio durante millones de años gracias a
la presión interna, se colapsa en segundos. El resultado es una inconmensurable
onda de choque que dispara al exterior las zonas externas de la estrella, y la
liberación en un instante de una energía equivalente a la generada por la
estrella durante millones de años, lo que hace brillar a la estrella como mil
millones de soles. Y en esta explosión se crean como meros residuos los
materiales más complejos, como el oro, la plata, o el uranio. Así es la
majestuosidad de una supernova. Lo que queda en el lugar de la estrella
original será una estrella de neutrones.
Eso es lo que nos mostraron en el Planetario.
Mientras nos contaban el largo proceso de fusión nuclear en la estrella,
observábamos la imagen de esta en el centro de la bóveda, rugiendo y emitiendo
luz y energía. Y disminuyendo de cuando en cuando de tamaño. Hasta que, en un
segundo, colapsó. Una luz cegadora inundó la bóveda. Tras aquello, restos de
las capas exteriores de la estrella alejándose de su núcleo desnudo, lo que
quedaba de ella. Allí nos representaron uno de los acontecimientos más
apoteósicos que pueden ocurrir en el universo: la explosión de una supernova.
Una imagen, seguida de montones de aplausos, que me seguirá toda la vida y que,
estoy seguro, ayudó a reforzar o a sacar a la luz la vocación de más de uno.
Son esos momentos de epifanía, donde la grandeza de
un experimento o los resultados de un problema le maravillan a uno, junto con
esos clicks, esos instantes de clarividencia, que se pueden dar en
cualquier situación, y de los que las Feynman Lectures of Physics está
lleno, los que hacen que amemos la ciencia, y que, ya sea de forma profesional
o como aficionados, una vida dedicada a ella resulte tan sorprendente y tan
satisfactoria.
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