El Tío Tungsteno: 24) Luz brillante

Grabado de Flammarion, C. (1888), L'atmosphère: météorologie populaire. Paris: Librairie Hachette et cie., 808 p.

Comienza el capítulo con una cuestión metafísica: ¿cuántos elementos necesitaría Dios para construir un universo? William Prout conjeturó en 1815, al observar que las masas atómicas eran casi números enteros, que el hidrógeno ―con masa atómica uno― era el elemento primordial y que todos los demás habían sido construidos a partir de él. A pesar de los inconvenientes que las masas atómicas con decimales planteaban, esta hipótesis era tan hermosa, tan sencilla, que muchos físicos y químicos creían que contenía  una verdad esencial.

Un sigo más tarde, un ayudante del gran Rutherford, Harry Moseley comprendió tras varios experimentos que había una propiedad del átomo más fundamental que la masa atómica, la carga del núcleo. A pesar de que su propuesta no fue aceptada al principio por algunos colegas, lo cierto es que el número atómico ―el número de protones del núcleo― indicaba la identidad de cada elemento químico de una manera absoluta y segura (permitiendo comprender la naturaleza de los isótopos).

Los nuevos avances no hicieron sino permitir que surgieran nuevas preguntas para las que no se tenía respuesta. Quizás la más importante fuera comprender qué permitía que los elementos fueran estables, que permanecieran inmutables durante miles de millones de años. Para ello hubo que superar el modelo atómico de Rutherford (llamado del sistema solar) gracias a los trabajos de otro de sus ayudantes, Niels Bohr, quien unificó el modelo atómico de su mentor con los trabajos de Max Planck.

Bohr postuló que cada átomo tenía un número limitado de órbitas que podían ocupar los electrones cada una de ellas con un nivel de energía específico. En el “estado básico”, el menos energético, un electrón podía permanecer orbitando el núcleo de forma indefinida sin perder energía. Por otra parte, los electrones podían desplazarse brevemente a “estados estacionarios” de energía más elevada. Así, si un átomo absorbía energía de una frecuencia determinada, podía desplazar un electrón de su estado de reposo a una órbita superior, volviendo en un breve lapso de tiempo a su estado básico emitiendo energía de la misma frecuencia que la absorbida.

Los experimentos corroboraron los postulados teóricos de Bohr y ello permitió avanzar en la comprensión de la teoría cuántica. A medida que la carga del núcleo aumentaba ―su número de protones― había que añadir un número igual de electrones para que la carga del átomo siguiera siendo neutra. Sin embargo, esta suma se hacía de manera jerárquica y ordenada: primero se ocupaba la órbita de menor energía y así de forma sucesiva. De esta forma se logró comprender que las órbitas de Bohr se correspondían con los periodos de Mendeléiev: la tabla periódica de los elementos cobraba un nuevo significado.

De este modo, la posición de cada elemento en la tabla periódica representaba el número de electrones de sus átomos, y la reactividad y unión de cada elemento podían verse en términos electrónicos, según los electrones que había en la órbita exterior, los así llamados electrones valencia.

Oliver describe la sensación que le causó comprender la profundidad de estos descubrimientos: “Todo era divinamente hermoso, lógico, simple, económico, el ábaco de Dios en funcionamiento”.

Ahora cobraban significado el poder, por ejemplo, de la luz azul o violeta (una luz de onda corta) para velar una película fotográfica frente a la luz roja o de onda larga. Gracias a las conclusiones de Bohr y Planck, comprendió que un cuanto de luz de onda corta poseía más energía que uno rojo; así como un cuanto de rayos X o rayos gamma tenía aún mucha más energía. Cada átomo o molécula precisaba cierto nivel específico de energía para provocar una reacción.

Una vez comprendido el funcionamiento de los átomos, el planteamiento del funcionamiento de las estrellas del universo era el siguiente paso lógico. Las reacciones químicas no podían explicar la enorme energía de radiación de nuestro Sol; tampoco la radiactividad parecía una fuente plausible de energía así que, ¿cuál podía ser el origen de las estrellas?

Hasta 1929 no surgió la idea de la energía termonuclear: la de que los átomos de los elementos ligeros, dada la enorme presión y temperatura del interior de las estrellas, podían llegar a fusionarse para generar átomos más pesados que los del hidrógeno. Había que bombear una enorme cantidad de energía hacia el interior de los núcleos ligeros para lograr su fusión, pero una vez que sucedía, se liberaba más energía aún, lo que provocaba una retroalimentación y la nueva fusión de más y más elementos.

Así, mediante una emocionante convergencia, se solucionaban al mismo tiempo dos antiguos problemas: el brillo de las estrellas y la creación de los elementos. Bohr había imaginado una Aufbau [del alemán Aufbauprinzip: principio de construcción] una construcción de todos los elementos comenzando por el hidrógeno, como un modelo puramente teórico, pero resultaba que tal Aufbau tenía lugar en las estrellas. El hidrógeno no era sólo el combustible del universo, era su componente básico, el átomo primordial, tal y como Prout había pensado ya en 1815.

De nuevo como hiciera Juan Carlos la semana pasada, no voy a proponer unas cuestiones formales para el debate. Creo que este capítulo es lo suficientemente bello e interesante como para que cada uno exponga lo que mejor le parezca.

En mi caso, me ha dejado un regusto amargo porque es me ha dado la sensación de ser el eslabón que viene a cerrar una cadena. No solo por la circularidad de la exposición (de Prout a Prout) sino porque creo que Oliver, al llegar a este punto, ha cerrado un ciclo en su vida.

Del mismo modo me ha dado mucho que pensar: ¿no tendrían razón los antiguos alquimistas cuando afirmaban que era posible transmutar unos elementos en otros? Técnicamente la física nuclear dice que sí: añadiendo o quitando protones a un núcleo lo podemos transformar en el de otro elemento, aunque el método pueda ser enormemente difícil y costoso.