"Creo que los físicos son los Peter Pan de la
especie humana. Nunca crecen, y conservan su curiosidad."
Isidor Isaac Rabi
Una tarde de 1944, Feynman fue a unos puestos de
feria con su padre y se encontró el espectáculo de un clarividente. El sujeto
estaba sentado en el escenario de espaldas al público. Pese a ello, era capaz
de adivinar el color de las prendas de los espectadores. Según el showman,
gracias a su percepción extrasensorial.
El proceso es el siguiente: un ayudante correteaba
entre el público, diciendo cosas como "¡oh, gran maestro! ¿De qué color es
este libro?", a lo cual el mago respondía siempre de manera correcta.
Para dos personas tan curiosas como Feynman y su
padre, este espectáculo no pasó desapercibido. Como hombre de ciencia, Feynman
hijo no podía aceptar la hipótesis de la percepción extrasensorial, aunque el
clarividente no fallase nunca.
Su padre, posiblemente incluso más curioso que él,
ya había tenido experiencia con otros magos de este estilo, así que ya conocía
los principales trucos, pero este no. De esta manera, rápidamente, llegar a
entender el mecanismo oculto por el cual el mago conseguía saber el color de
las prendas se convirtió casi en una necesidad para estos dos caracteres tan
sumamente curiosos.
En el fondo, esta situación no difería mucho de su
curiosidad por conocer cómo podía volar un frisbee. O por cómo se
comportaba la materia en última instancia, lo que hizo que se interesara por la
Física.
Esencialmente, lo que le gustaba a Feynman era la
aventura que suponía el proceso de averiguar misterios y enigmas. Él sabía que
había siempre un mecanismo que quedaba oculto, que no se mostraba a simple
vista, pero que regía el comportamiento de todos esos fenómenos. En el caso del
clarividente se trataba de un código por el cual el ayudante debía comunicarse
con él para hacerle saber el color. Y en el de la Física, a Feynman le llamaba
particularmente la atención el comportamiento de los átomos, que al final son
las "piezas" a partir de las cuales se construye la materia, y que
explican los fenómenos que vemos.
Tal era para Feynman la importancia de los átomos,
que una vez se le planteó el siguiente escenario: "Imagínese que ocurre un
cataclismo mundial donde fuera destruido todo el conocimiento científico y solamente
pudiera pasar una frase a la siguiente generación. ¿Qué enunciado contendría el
máximo de información con el mínimo de palabras?" [1] Y fue a esta idea de
los átomos a la que le concedió el privilegio de sobrevivir al cataclismo: Yo creo que es la hipótesis atómica, que todas las
cosas están formadas por átomos, pequeñas partículas que se mueven con
movimiento perpetuo, atrayéndose unas a otras cuando están separadas por una
pequeña distancia, pero repeliéndose cuando se las trata de apretar una contra
otra.
"Física es la creencia de que una descripción
simple y consistente de la Naturaleza es posible."
Niels Bohr
En sus enseñanzas, Feynman trató de transmitir este
placer por descubrir y comprender los "mecanismos ocultos" detrás de
los fenómenos de la Naturaleza. De esta manera, empezó la primera lección de
sus "Feynman Lectures" con esta idea de los átomos. Esta teoría
reflejaba toda su filosofía. Simplemente, suponiendo que toda la materia estaba
formada por minúsculas "pelotitas de tenis", llamadas átomos, era
capaz de explicar una gran cantidad de sucesos naturales. Muchos de ellos
aparentemente paradójicos: "¿cómo es que el ciclo del agua requiere que el
agua del mar se evapore?". Según se nos enseña en el colegio, para que
empiece este famoso proceso, el mar debería llegar a 100 grados y las langostas
ya las pescaríamos cocidas. O, "¿cómo se seca la ropa mojada si su
temperatura tampoco se eleva hasta dicho punto?". O, “¿por qué un botijo
enfría agua como por arte de magia?”
Para entender estos extraños fenómenos, tan solo se
requiere imaginar que toda la materia está formada por minúsculas
"pelotitas de tenis" de un radio aproximado de 1 Angstrom (lo que
supone 0,00000001 cm), llamadas átomos. Como él decía, para ayudar a imaginar este
diminuto tamaño, si una manzana se aumentase al tamaño de la Tierra, entonces
los átomos de la manzana serían aproximadamente del tamaño de la manzana
original.
Siguiendo con esta idea, una gota de agua no es otra
cosa que un gran conjunto de estas "pelotitas", que se mueven y
agitan; pero, en promedio, se mantienen a una distancia fija las unas de las
otras pues, como hemos dicho antes, se atraen entre ellas cuando están lejos,
pero se repelen cuando están cerca.
Fig. 1 Agua aumentada mil millones de veces [1].
Para el agua, esta "pelotita" sería la
molécula entera de H2O, compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno
de oxígeno, como puede apreciarse en la figura 1. De esta manera, la gota
entera de agua puede cambiar su forma, pero manteniendo su volumen, pues,
aunque las moléculas que la constituyen se mueven y agiten, lo hacen en
conjunto, debido a la atracción mutua entre ellas. Sería algo así como un saco
lleno de estas pelotas de tenis; su forma es variable, pero su volumen se
mantiene constante.
Además, esta agitación media de las partículas, esta
energía que tiene cada una por estar en movimiento, es lo que llamamos
temperatura. De manera que, si subimos la temperatura, estamos diciendo que la
energía de cada partícula está creciendo, por lo que, la velocidad media de
cada una, está aumentando. Si seguimos aumentando la temperatura hasta 100ºC,
la energía promedio de cada partícula será suficiente para que, una a una,
escapen de las fuerzas de atracción entre ellas y ya no se mantengan unidas,
como puede apreciarse en la figura 2. Las pelotitas ahora se mueven a gran
velocidad de manera individual, sin mantener constante el volumen total. Desde
el punto de vista macroscópico, acabamos de evaporar el agua, que está ahora en
estado gaseoso, es decir, que el agua líquida se ha transformado en vapor.
Fig. 2 Agua evaporándose al aire [1].
Nos fijamos ahora en lo que pasa en un vaso de agua.
Sobre la superficie del agua está el aire. Éste, ante todo, está formado por
vapor de agua, que siempre se encuentra sobre agua líquida (existe un
equilibrio entre el vapor y el agua líquida que será descrito a continuación).
Además, el aire contiene otros gases, como nitrógeno (N2) y oxígeno
(O2), como se muestra en la figura 2, aunque esto no es relevante
para entender la evaporación del agua.
Hemos hecho hincapié en que la temperatura es la
energía promedio de las "pelotitas". Pero, como hay tantas (3,34 x 1034
moléculas por cada gramo de agua), por probabilidad, algunas tendrán más
energía que la media, y otras, menos. Puede pasar que una de estas “pelotitas”
reciba un golpe más fuerte de lo usual y provoque que ahora tenga más velocidad
que la media. Y, consecuentemente, escape. Es decir, por mera probabilidad, habrá
un flujo constante de moléculas de agua que son golpeadas hacia afuera del vaso
y salga "volando" hacia el aire. De este modo, molécula tras
molécula, el agua líquida desaparece poco a poco, se evapora a ritmo constante,
aunque no esté a 100ºC.
Si ahora cerramos el recipiente por arriba, las
moléculas de agua no escaparán de la parte gaseosa del vaso, pues
"rebotan" contra la tapadera superior como si fueran pelotas de
tenis. Tras un tiempo, hallaremos una gran cantidad de moléculas de agua
"volando" entre las moléculas de aire. Desde el punto de vista
macroscópico, veremos que tenemos gran cantidad de agua en estado gaseoso, es
decir, de vapor de agua. Pero, de vez en cuando, también una de estas moléculas
de vapor viene volando hacia abajo, hacia el agua, y queda aprisionada de nuevo
entre las moléculas que forman el agua en estado líquido, como se muestra en la
figura 3.
Fig. 3 Esquema de la evaporación del agua (izquierda) y del equilibrio dinámico entre agua líquida y aire saturado cuando tapamos el vaso (derecha) [2].
Pero, ¿por qué si tapamos un vaso de agua no vemos
este flujo de moléculas de agua pasando de estado líquido a gaseoso y viceversa?
Como expresa Feynman con gran entusiasmo, ¡porque tantas moléculas abandonan como regresan! A la larga nada sucede. En promedio, el mismo número de moléculas de agua líquida pasa a estado
gaseoso, que se condensa del gas al líquido. Lo que parece ser una cosa muerta,
sin interés, un vaso de agua con una tapa, que ha estado ahí quizás veinte
años, realmente contiene un mecanismo dinámico que no se puede ver con nuestros
imperfectos ojos.
Si pudiéramos verlo ampliado mil millones de veces,
veríamos este perfecto "baile" entre las moléculas, donde millones y
millones de ellas pasan del agua al aire, pero, a la vez, exactamente el mismo
enorme número de ellas, pasan del aire al agua. Este fenómeno se conoce como
equilibrio dinámico, y al aire en estas condiciones de equilibrio con el
líquido, se le llama aire saturado. La humedad relativa del aire se define
asignando el valor del 100% al aire saturado, ya que, en estas condiciones, no
puede haber más vapor de agua. Si lo hubiera, la condensación ganaría a la evaporación
y la cantidad de vapor de agua disminuiría.
Si ahora quitamos la tapa del recipiente y soplamos
el aire húmedo a otra parte, reemplazándolo por aire seco, el número de
partículas que abandona el líquido es el mismo, pues esto depende de la agitación
del agua. Pero el número de las que regresan está fuertemente reducido porque
ahora hay muchas menos moléculas de vapor sobre el líquido. Por consiguiente,
salen más de las que entran y, en promedio, el líquido se evapora. De esta
manera, como dice Feynman, siempre con gran asombro e ilusión, ¡si desean evaporar agua, echen a andar el
ventilador! Pero, igualmente, si quieren secar la ropa antes,
pónganla donde corra viento. E igualmente, el agua del mar se irá evaporando,
aunque éste nunca esté a 100ºC. Incluso más agua se evaporará cuanto más viento
haya y más seco sea, aunque su temperatura no sea superior a la del agua.
Fig. 4 Esquema del ciclo del agua, que requiere de la evaporación del agua del mar, aunque no esté a 100ºC [3].
Pero todavía hay más. Cuando una molécula escapa del
líquido se debe a una acumulación de energía accidental extra en ella. La
molécula necesita tener un poco más de energía que la media para abandonar el
líquido, pues la media de energía a la que todas las partículas escapan es a la
temperatura de 100ºC. De esta manera, si las moléculas que escapan tienen más
energía que la media, el promedio de la energía de las que se quedan ahora, es
menor.
Consecuentemente, como efecto neto, una evaporación
de agua hace que su temperatura baje. Así que, una vez más, podemos imaginar a
Feynman con brillo en sus ojos diciendo a sus alumnos ¡Por lo tanto, sople a la sopa para enfriarla!, aunque el aire que sople no esté a menos temperatura que la sopa.
Igualmente, si quiere refrescarse, dese una ducha, aunque el agua no esté más
fría, pues al evaporarse sobre su piel, bajará su temperatura. O, igualmente,
si quiere enfriar agua, use un botijo.
Fig. 5 Esquema de funcionamiento del botijo. La evaporación del agua hace que ésta se enfríe [4].
Es
posible reconocer la verdad por su belleza y simplicidad.
Richard Feynman
Otra cosa importante fue reflejar que todos estos
mecanismos regían el orden de nuestro día a día. De este modo, el estudiante no
siente este fenómeno como algo ajeno a él. No ve la teoría atómica como un
rollo teórico sin relevancia en su vida, y del que solo hablan los científicos.
En cambio, contado así, el lector se siente inmerso en ese mecanismo. Se da
cuenta que ese baile entre átomos siempre estuvo ahí, delante suya cada vez que
llenaba un vaso de agua. Así, incluso cuando Feynman habla del tamaño de los
átomos, se encarga de hacer la analogía de la manzana. De esta manera, para el
estudiante, 1 Angstrom ya no es un número con muchos ceros escrito sobre el
papel, sino que es una idea. La idea de lo pequeña que es una manzana en
comparación con la Tierra.
Esto mismo hacía el padre de Feynman con él cuando,
al leerle una enciclopedia de dinosaurios, se preocupaba de decirle que el
tamaño de la cabeza del dinosaurio era algo menor al de la ventana de su salón.
De esta forma, el pequeño Feynman podía imaginarse al dinosaurio metiendo la
cabeza en su casa por aquella ventana. Podía verlo como algo real. No como algo
ficticio y ajeno a su día a día; un ser vivo que realmente habitó la Tierra
durante millones de años.
Además, contado así, el estudiante no solo conocerá
el carácter explicativo de la ciencia, sino también su carácter predictivo,
pudiendo usarla en su beneficio. Cuando necesite secar la ropa rápido, buscará
el rincón de su casa donde más aire corra y sea más seco. Ya no verá igual al
botijo, ahora se acordará de esto cada vez que necesite beber de él.
No
leas mucho, mira a tu alrededor y piensa en lo que ves allí.
Richard Feynman
Conociendo ahora la filosofía de la enseñanza de
Feynman, podemos entender su queja al sistema educativo de Brasil (donde fue
profesor en 1951). Allí se quejaba de que la docencia estuviese enteramente
orientada a la memorización. Si preguntaba a los alumnos cualquier definición,
eran capaces de recitarla de memoria; pero si les hacía la misma pregunta
aplicada a un fenómeno de la Naturaleza, entonces no sabían la respuesta.
Esto estaba claramente en contra de los principios
de Feynman, para quien la ciencia era la aventura de conocer estos mecanismos
subyacentes que gobiernan el comportamiento de las cosas. No se trata de recitar
su nombre, sin tener un real y profundo conocimiento del mismo. Esto era para
Feynman como decir que alguien conoce un libro solo por haber visto su portada,
en vez de por el hecho de haber leído su interior.
Ésta es la filosofía que refleja el famoso
"método Feynman" que tan de moda está ahora. Conocer el verdadero
contenido, al margen de los nombres y las superficialidades. Y es que él llegó
a tomarse esto tan en serio que, cuando una vez quiso conocer la anatomía de un
gato, fue a la biblioteca a preguntar por el "mapa de un gato", en
vez de por un diagrama anatómico [5]. Le daban igual los nombres, quería
obtener un conocimiento real de aquello.
No
me interesa tanto la mente humana como la maravilla de una Naturaleza que es
capaz de obedecer una ley tan simple y tan elegante como la ley de la gravedad.
Richard Feynman
Pero es que a Feynman no solo le motivaba la
aventura de descubrir nuevos misterios y mecanismos subyacentes, sino que
consideraba a estos últimos como intrínsicamente bellos. Así, llegó a decir una
vez: Hay belleza no solo en la
apariencia de la flor, también en poder apreciar su funcionamiento interno y en
cómo ha evolucionado para tener los colores adecuados que atraen a los insectos
para que la polinicen. La ciencia solo hace enriquecer el entusiasmo y el
asombro que provoca la flor.
Fig. 6 Feynman, explicando, con el brillo en los ojos propio de las personas a las que les apasiona aquello de lo que hablan, y son capaces de transmitirlo [6].
Feynman veía que estos mecanismos son bellos en sí
mismos. Todas las partes danzan en una armonía de perfecta compenetración. Como
un péndulo siguiendo la ecuación que rige su movimiento, o como los millones de
partículas que pasan del líquido al gas, mientras el mismo número de ellas
pasan del gas al líquido.
"No tengo ningún talento especial, simplemente
soy apasionadamente curioso."
Albert Einstein
Esta curiosidad por resolver misterios, la paradoja
de que el clarividente adivine el color de las prendas, pero, al mismo tiempo,
no puede ser que esté usando "poderes extrasensoriales", es lo que
Feynman trataba de transmitir a sus alumnos. Sabía que esta era la verdadera
mentalidad del científico, que tiene a su curiosidad como motor que guía sus
descubrimientos. Así llegó a decir No hay gente milagrosa. Yo era una persona ordinaria que estudió duro.
Simplemente pasa. La gente se interesa en estas cosas y aprende todo esto.
Él sabía que éste es el valor que debía transmitir a
sus alumnos para que encontraran interés en la Física. Darles a probar un
bocadito de entender el mecanismo
subyacente a los extraños fenómenos del día a día y el dulce
postre de la belleza del baile de
átomos o el de el funcionamiento interno de la flor. De esta manera, se
irían enamorando de la Física, y, poco a poco, convirtiéndose en científicos,
que son las personas que siguen jugando a adivinar el porqué de las cosas,
movidos por su curiosidad.
En este sentido, el padre de Feynman, pese a ganarse
el pan actuando como comercial, era también un científico, y se encargó de
trasmitir esta mentalidad a sus dos hijos (la hermana de Richard también fue
Física).
Curiosamente, en mi caso, fue también mi padre quien
en un principio me transmitió esa "mentalidad de científico", pese a
ser funcionario. Casualmente, como le sucedió a Feynman, cuando era pequeño, en
ocasiones me leía los tomos que consideraba más interesantes de una
enciclopedia, para que todo esto no fuera ajeno a mí, como el dinosaurio que
podía meter la cabeza por la ventana. Así trató de plantar en mí una semilla de
curiosidad que, aunque quizás esperaba que creciera convirtiéndome en un gran
conocedor de la Historia (pues es lo que a él más le gusta y de lo que más me hablaba),
acabó germinando como algo más parecido a un árbol de la ciencia, y acabé
convirtiéndome en físico.
La
civilización occidental, me parece, está a la par de dos grandes herencias. Uno
es el espíritu científico de la aventura: la aventura hacia lo desconocido, una
incógnita que debe ser reconocida como desconocida para ser explorada.
Richard Feynman
Como no podía ser de otra manera, Feynman Senior y
Feynman Junior se las ingeniaron para resolver el misterio del clarividente. Su
padre consiguió hablar con éste y, tras caerle en simpatía, le hizo muchas
preguntas hasta que desveló el método secreto. Ayudante y clarividente tenían
un código secreto, de forma que cuando el primero le preguntaba al segundo y le
decía "¡oh, gran maestro!", la prenda era azul; cuando empezaba la
frase con "¡oh, el más sabio de todos!", era verde. Y así,
sucesivamente. De este modo fue desvelado otro misterio para los Feynman.
No hay comentarios:
Publicar un comentario