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Moléculas
derechas e izquierdas
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| Isaac Skromne | |||||||||||||
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En 1961, por primera vez se relacionó el efecto una
sustancia con algunas malformaciones congénitas. Se trataba de la talidomida, un sedante que se recomendaba a las madres embarazadas para disminuir las molestias propias de su estado y que resultó ser el agente causal de que los recién nacidos, cuyas madres habían tomado la droga durante los dos primeros meses del embarazo, nacieran con deformaciones en los brazos y las piernas.
En estudios posteriores se demostró que una forma de la talidomida tenía propiedades sedativas, y otra tenía propiedades teratógenas (del griego, que significa engendrar monstruos). Como se trataba de una molécula, ¿cómo explicar que ella sola fuera capaz de producir efectos tan distintos?
En la estructura de la talidomida existe un átomo de carbono unido a cuatro distintos radicales; es lo que en química se conoce como átomo quiral. De manera análoga, las manos son una especie de átomo quiral. Si se las observa se vera que son idénticas, porque poseen cinco dedos distribuidos en el mismo orden. Sin embargo si se intenta sobreponerlas de modo que cada dedo esté sobre otro, mientras se tienen ambas palmas de las manos hacia el frente, es imposible. Cuatro de los dedos se encimarán, pero los pulgares quedaran orientados en dirección contraria. La única forma de lograr esa superposición es empalmando las manos. En eso se basa la quiralidad de las moléculas. Al igual que las manos, son empalmables pero no se pueden sobreponer porque una, con respecto a la otra son imágenes al espejo, es decir, tienen una orientación distinta en el espacio.
Para saber si una molécula es derecha o izquierda, se prepara una solución de cada molécula pura, y se hace pasar un haz de luz polarizado. Si la luz se desvía a la derecha, la molécula se llama dextrógira (D) y si se desvía a la izquierda, levógira (L). Así, la talidomida resultó ser, no una molécula, sino dos, que poseen la misma fórmula química pero distinta orientación en el espacio, lo que les atribuye distintas actividades metabólicas. Mientras que la forma dextrógira posee el efecto sedante, la forma levógira tiene el efecto teratógeno.
Este descubrimiento suscitó que, tanto la Administración de Alimentos y Drogas de los Estados Unidos (FDA), como las agencias homólogas en el resto del mundo, prohibieron la venta de medicamentos en cuya composición se mezclaran la forma dextrógira y la levógira de una misma molécula (a esta mezcla se le conoce con el nombre de mezcla racémica), a menos que se demostrara que la combinación de ambas formas posee cualidades superiores a las que brindaría cada molécula por separado.
Esta prohibición fue un gran impedimento para la industria farmacéutica, ya que las sustancias químicas, que poseen carbonos quirales, y que se emplean como medicamentos, son más comunes de lo que podría suponerse (por ejemplo: el Ibuprofeno, es una sustancia ampliamente utilizada para tratar el dolor de cabeza y posee carbones quirales). Además, el proceso para separar una mezcla racémica es sumamente costoso. Actualmente se está tratando de sustituir la síntesis química de los medicamentos por síntesis enzimática, ya que las enzimas son específicas para el proceso de síntesis de una forma espacial de las moléculas quirales.
Una de las preguntas que surge enseguida es: ¿por qué si una de las formas de la talidomida es teratógeno, no se prohibió desde un principio su venta al público? La talidomida se sometió a todas las pruebas a que se somete cualquier nuevo medicamento antes de que el público tenga acceso a él. En este caso la talidomida aprobó satisfactoriamente tanto las pruebas químicas como las biológicas; los modelos animales que se emplearon para probar en ellas fueron la rata y el ratón. Cuando se les administró este medicamento a animales preñados, los ratoncitos nacieron sanos, sin defectos, aun cuando el efecto sedante prevalecía; por consiguiente, se aprobó su uso público. Posteriormente, y debido a las consecuencias de la talidomida en seres humanos, se practicaron estudios en conejos y en micos que demostraron que, efectivamente, la talidomida era teratógena, aunque las malformaciones que se observaban en los conejos eran distintas a las producidas en los micos y en los humanos.
Este hecho tiene consecuencias enormes, ya que la tragedia de la talidomida demostró los límites que tiene el uso de modelos animales, y también dejó muy claro que no todas las especies metabolizan los compuestos químicos de la misma manera y, por ende, los efectos son distintos en cada caso.
Hasta la fecha, el mecanismo molecular para la toxicidad selectiva de la talidomida es aún desconocido, pero teniendo ahora un modelo animal más confiable para su estudio, seguramente se obtendrán conocimientos mas detallados en poco tiempo.
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lsaac Skromne
Estudiante de licenciatura del
Instituto de Investigaciones Biomédicas,
Universidad Nacional Autónoma de México.
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cómo citar este artículo →
Skromne, Isaac. 1992. Moléculas derechas e izquierdas. Ciencias, núm. 27, julio-septiembre, pp. 28-29. [En línea].
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| Horacio Merchant Larios |
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Desde un punto de vista biológico, el plan de desarrollo
del embrión humano sigue estrictamente el de los demás animales. En la figura 1 se muestran embriones representativos de los diversos grupos de vertebrados, en diferentes etapas de desarrollo. En un cuidadoso estudio de ellos, Karl E. von Baer (siglo XIX) propuso algunos conceptos fundamentales sobre el plan de desarrollo de los vertebrados, aún vigentes, a pesar de ser poco conocidos. Básicamente Von Baer encontró que al inicio del desarrollo todos los embriones de vertebrados se diferencian en forma similar, al extremo de que es imposible distinguir a un pez de un humano y entre ellos, a toda la gama de los diversos grupos (ver figura 1, línea 1). Conforme avanza el desarrollo, empiezan a aparecer gradualmente las características de cada clase, orden, familia, género y finalmente la especie (figura 1, líneas II y III).
Si se quisiera expresar esta antigua observación en términos de la biología moderna, se podría decir que los genes que controlan el establecimiento de los primordios embrionarios, son altamente conservados y posiblemente sean los mismos en todos los vertebrados. De manera que esta observación ontogenética verificable en nuestros días, junto con la evidencia paleontológica que demuestra el desarrollo gradual de los vertebrados a partir de los peces, constituyen la evidencia más clara sobre la comunidad de origen del hombre con el resto de las especies animales.
En biología, sin embargo, no existen reglas simples, fáciles de generalizar. Los embriones de mamífero, antes de recapitular el patrón común de vertebrados, desarrollan adaptaciones que les son propias, debido a su precoz dependencia de la madre. Es evidente entonces que los organismos en su evolución, han sido capaces de introducir variaciones antes y después de los patrones que les son comunes. De manera que durante el desarrollo de la especie humana, encontramos también características que le son propias y muchas otras que comparte con los vertebrados y demás especies de mamíferos.
Antes de la fecundación
Aunque es común considerar que el desarrollo de un organismo se inicia a partir de la fecundación del óvulo, en sentido estricto, la identidad de cada individuo se inicia a partir de la diferenciación del óvulo mismo.
Asombrosamente, cada uno de nosotros inicia su singularidad ¡en los ovarios fetales de nuestra madre! (Ver artículo en este mismo número).
A partir de la fecundación
Aunque en el humano no se sabe con certeza, se asume que el óvulo permanece viable entre 24 y 36 horas después de abandonar el folículo ovárico.
En términos generales, se consideran 23 etapas en el desarrollo intrauterino de la especie humana. Las primeras ocho etapas comprenden desde la fertilización (etapa 1) hasta la formación de la notocorda (primordio filogenético de la columna vertebral). Estas etapas cubren alrededor de los primeros 19 días de los cuales los primeros 6 se ilustran en la figura 2.
La fecundación ocurre en el tercio superior de la trompa de Falopio, desde donde continúa su descenso hacia el útero (o matriz). Durante el trayecto, el óvulo fecundado (huevo o cigoto) se subdivide (segmentación), en cada vez más pequeños compartimentos (blastómeros) que constituyen los precursores de todas las células del embrión y las diferentes estructuras extraembrionarias. Alrededor del 4° día después de la fecundación, llega al útero en forma de blastocisto (llamado así por la presencia de una cavidad) y al 6° día esta primera formación inicia la invasión de la pared uterina en el proceso llamado implantación (etapa 4).
La plancenta
A partir de la implantación se inicia la diferenciación de la placenta (órgano formado por derivados del embrión y del útero), cuya función será el sostenimiento del desarrollo a expensas de la madre. Como se mencionó al principio, esta estructura característica de los mamíferos, aparece antes que los mismos readquieran el patrón de desarrollo propio de los vertebrados en general, hecho por el cual no fue posible sostener la llamada ley biogenética de Haeckel, quien postuló que la “ontogenia es la recapitulación de la filogenia”. No obstante, es innegable que existe una recapitulación de varios aspectos ancestrales durante el desarrollo embrionario.
Retomando el patrón de los vertebrados
En forma un tanto simplificada, podríamos decir que el embrión humano alcanza la etapa de analogía estructural del resto de los vertebrados (figura 1) alrededor del día 24 de la gestación (en la etapa 11 mide 4 mm). En los 10 días siguientes, el embrión humano adquiere características anatómicas que son comunes a los demás mamíferos (figura 1, línea II), momento en que alcanza la etapa 14 y mide alrededor de 7 mm.
Identidad con otros primates y fin del desarrollo embrionario
Alrededor del día 50 de la gestación, el embrión humano alcanza la etapa 20, con una talla de 20 mm aproximadamente. Aunque al llegar a esta etapa, ya es posible distinguirlo de otros mamíferos alejados filogenéticamente (por ejemplo: roedores, bovinos, etcétera), todavía no puede distinguirse con claridad de los embriones de otros primates (compare figuras 3 y figura 4). Es decir, basados exclusivamente en patrones embriológicos que por su complejidad no es posible detallar aquí, es claro que el embrión humano sigue estrictamente el principio de desarrollo establecido por Von Baer. Ahora bien, por su aspecto externo, un embrión humano puede distinguirse con relativa facilidad de otros primates alrededor de la etapa 23 de la gestación (compare figuras 5 y figura 6), la cual se alcanza al final del segundo mes de la gestación.
Crecimiento y desarrollo fetal
A partir del segundo mes de la gestación y durante los siguientes siete meses, el desarrollo ontogénico del ser humano consiste esencialmente de un activo crecimiento. Aunque simultáneamente en cada uno de los diversos órganos fetales se llevan a cabo complejos procesos de diferenciación celular, el plan general y particular del desarrollo de cada uno de ellos, quedó establecido ya en la etapa embrionaria.
El ritmo de desarrollo de los diferentes aparatos y sistemas sigue un programa armónico de interacciones, a partir de las cuales emergen cada vez más claras las características genéticas propias de cada individuo. Sin embargo, este proceso no se restringe a la vida intrauterina, algunos procesos de maduración tan importantes como el del sistema nervioso, se continúan después del nacimiento. De manera que muchas de las características de nuestra especie, cuyo sustrato anatómico y funcional radica en el tejido neural, modularán su desarrollo según el contexto ambiental en el que nazca cada individuo.
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Horacio Merchant Larios
Departamento de Biología del Desarrollo,
Instituto de Investigaciones Biomédicas,
Universidad Nacional Autónoma de México.
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cómo citar este artículo →
Merchant Larios, Horacio. 1992. El desarrollo embrionario. Ciencias, núm. 27, julio-septiembre, pp. 30-33. [En línea].
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| Luis Estrada | |||||||||||
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La ciencia es uno de los elementos que caracterizan al siglo
que está por terminar, producto típico de los tiempos modernos, ha crecido aceleradamente en años recientes y cada día influye más en la vida cotidiana, aunque tal influencia no sea clara para la mayor parte de la gente y aunque lo que se ha logrado con la investigación científica sea prácticamente desconocido. Casi nadie duda de la importancia que tiene la ciencia, pero la mayor parte de la gente tiene una visión muy limitada de ella, ya que la ven a través de la tecnología y sólo buscan saber más cuando necesitan adaptarse a cambios tecnológicos o cuando pretenden dominar nuevos aparatos y sistemas de ellos.
La principal dificultad para acercarse actualmente a la ciencia, radica en que se trata de un campo enorme, diverso y muy especializado. Las publicaciones y otros medios encargados de la difusión de la investigación científica, generalmente son incomprensibles para un público no especializado, lo que hace que sea casi imposible saber lo que sucede en el mundo de la ciencia y qué consecuencias podría acarrear. Los mismos científicos se enfrentan a problemas semejantes cuando tratan de incursionar en especialidades distintas a la suya. Por otra parte, es muy difícil comprobar la veracidad de una aseveración científica, ya que para ello es necesario establecer una cadena de aclaraciones cuyos eslabones se enlazan de manera deficiente y dan lugar a lo que llamamos “teléfono descompuesto”.
La ciencia es en realidad parte oculta de la cultura contemporánea, fenómeno que urge corregir. Una buena forma de contribuir a ello es haciendo una correcta y amplia divulgación de la ciencia. El propósito de este artículo es delinear en qué consiste esta actividad y cómo se realiza. Antes de iniciar el tema trataré de aclarar algunos de los términos que comúnmente se utilizan en esta labor. Así, cuando se trata de la propagación del conocimiento entre especialistas, por ejemplo, cuando se publican los resultados de una investigación, se emplea la palabra difusión, por ello la presentación de trabajos en un congreso científico es una actividad de difusión de la ciencia. Pero cuando se trata de presentar la ciencia al público en general, se emplea la palabra divulgación. Por lo tanto las conferencias organizadas por las asociaciones científicas para dar a conocer los resultados de una investigación reciente o de la situación actual de un campo científico, enfocadas al público en general, son actividades de divulgación de la ciencia. Es importante señalar que esta labor incluye entre sus destinatarios a los científicos ya que parte de la divulgación de la ciencia se hace para que unos especialistas conozcan lo que sucede en el campo de otra especialidad. Es claro que tanto la difusión como la divulgación son actividades de comunicación, aunque lo común es que los destinatarios se comporten de manera pasiva. Por lo tanto cuando en la participación del conocimiento científico se busca el diálogo, esto es el intercambio de saberes y experiencias, se emplea el término comunicación. Así las mesas redondas organizadas para presentar y discutir un asunto científico, entre especialistas de distintos campos y el común de la gente, constituye un ejemplo de comunicación de la ciencia.
Las cualidades indispensables
En una buena divulgación de la ciencia son las siguientes: en primer término está la claridad del mensaje y el apego fiel al conocimiento que se quiere transmitir. Aunque esto parecería una cualidad natural, en realidad es algo poco usual y más bien difícil, especialmente en el caso de la divulgación del conocimiento más reciente. Las dificultades provienen no solo de que el lenguaje científico es muy especializado, sino también de que el conocimiento está expresado en un contexto poco conocido. Quizá por esto en la divulgación, la forma tradicional de superar tales dificultades ha sido el empleo de analogías, metáforas y otros recursos semejantes, con el consecuente riesgo de deformar el mensaje. La práctica ha demostrado que el buen uso de estas técnicas guarda una estrecha relación con el dominio que el divulgador tenga del tema que va a comunicar, así como con su sensibilidad para satisfacer los intereses de su auditorio. La divulgación de la ciencia no es la traducción del discurso científico, sino una versión de la ciencia, por lo que para hacerla hay que elaborar explicaciones adecuadas a los conocimientos e intereses del auditorio. Al divulgar un tema científico no se busca que el público lo domine como lo hace el especialista, sino que adquiera una idea clara de lo que se trata, cuidando el no deformar el conocimiento científico. En realidad lo que hay que lograr con esta labor es poner en manos del público la misma ciencia que manejan los científicos, aunque no con la misma precisión ni con los mismos detalles.
La segunda cualidad que debe tener la divulgación de la ciencia es la de mostrar al público cómo se elabora el conocimiento científico, ya que la ciencia es una actividad que está permanentemente en construcción, así como el método científico. Este método es una de las partes esenciales del quehacer científico por lo que también debe divulgarse, para que la gente pueda entender que la ciencia es un proceso en continua construcción y cómo lo hace. Dar esta idea de forma entendible para el público en general, resulta complicado, pero la práctica muestra que se le facilita más a quienes han realizado alguna labor de investigación científica. Con la divulgación de la ciencia no solo se busca dar datos, presentar hechos y dar información, sino también dar las pautas necesarias para comparar, confrontar y valorar conocimientos, reconstruir la información y evaluar las conclusiones. De lo que se trata es de que el público participe del mundo de la ciencia en una forma activa e integral.
La tercera cualidad de la divulgación de la ciencia es poner al alcance del público los elementos necesarios para que pueda integrar el conocimiento científico a la cultura. Debo aclarar que por cultura entiendo la obra humana; esto es, el producto entero de la labor del hombre realizada en un lugar y en una época. En esta forma entenderemos ese término de la misma manera que cuando hablamos de la cultura china o de la olmeca. Así pues, la divulgación de la ciencia debe presentar a ésta dentro en un amplio contexto, ya que no se trata de una actividad separada de otros esfuerzos humanos, lo que no es en sí una tarea fácil y trivial y requiere de la ayuda de conocimientos y experiencias que casi siempre están fuera de los medios científicos, por lo que la divulgación de la ciencia no puede reducirse al medio científico y que es necesario realizarla en colaboración con personas ajenas a él. En los ambientes académicos estas personas son generalmente las dedicadas a la difusión cultural o a ciertas disciplinas humanísticas y, en otros ambientes, es la gente conocida ahora como comunicólogos. La importancia de lograr que la divulgación de la ciencia tenga esta característica es evidente, ya que no hay que olvidar que la ciencia es una parte de la cultura.
Un análisis más profundo
De las cualidades de la divulgación de la ciencia que mencioné como indispensables, se muestra que esos rasgos sólo representan el aspecto externo de una labor más trascendental. La primera de ellas, en la que señalé que la divulgación de la ciencia debe ser clara y fiel a fin de comunicar la ciencia de los científicos, no es más que una amable y atractiva forma de abrir al público el mundo de la ciencia, ya que éste es un conocimiento y, como tal, un patrimonio universal. Si partimos de la base de que todos tenemos derecho a saber y de que sólo se aprende mediante un esfuerzo personal, debemos lograr que todo mundo tenga la oportunidad de acercarse a la ciencia. En nuestra época el acceso al conocimiento científico ha estado en poder de unos cuantos y es necesario que la nueva imagen del universo que con ella se ha creado sea del dominio público. Por otra parte, la ciencia ha contribuido a que la vida sea en gran medida artificial y hay que completar esta tarea haciendo que el hombre común entienda esa parte. La conciencia del hombre actual no podrá formarse sin el conocimiento científico por lo que hay que hacerlo accesible a todos. No es inútil reiterar aquí que el conocimiento al que me refiero sólo puede ser distinto al de los científicos en enfoques y detalles, ya que con la divulgación no se trata de que todos seamos científicos sino de que todos podamos conocer la ciencia.
En relación a la divulgación del método científico diré que ésta apunta al aprovechamiento de la experiencia científica, esencialmente en forma personal. Con la ciencia el hombre ha encontrado una manera eficaz de conocer el universo y algunas formas de modificarlo y aprovecharlo mejor. Una parte importante de estos logros se debe a la experiencia adquirida en el ejercicio de hacer y revisar la ciencia de manera sistemática y continua. La formación de un científico se caracteriza por la adquisición de una habilidad para plantear problemas, buscar alternativas de solución y lograr una seguridad en sus conclusiones. El científico aprende también a usar y diseñar equipo muy refinado, a confrontar sus ideas con las de sus colegas, a publicar sus conclusiones y a trabajar en grupo. Esta formación es una experiencia humana, valiosa también en otras actividades, por lo que es conveniente y útil divulgarla. Por lo tanto, si se desea que el público participe de la ciencia de los científicos, es claro que su divulgación deberá ayudar a que la experiencia formativa antes mencionada se aproveche en los medios extracientíficos. De esta manera el hombre común dispondrá de una escuela que le permita adquirir habilidades, capacidades y pericias que los científicos han desarrollado con éxito. La divulgación de la ciencia ofrece por lo tanto una manera personal de aprovechar la ciencia y puede decirse que ese es el mensaje principal que se quiere transmitir cuando se dice que la ciencia es útil.
Respecto al sentido profundo de buscar que la divulgación de la ciencia dé elementos para integrar el conocimiento científico a la cultura, comenzará recordando que la ciencia es una de las muchas actividades humanas, que su lugar entre ellas no está dado de antemano y que no es un dominio aislado. La ciencia tiene un amplio y profundo sentido social que hay que hacer efectivo. Hasta ahora la influencia del quehacer científico en la vida humana se ha realizado casi siempre de manera indirecta, por lo que se manifiesta tardíamente y sólo por sus efectos. Esta situación causa tensiones y conflictos que obstruyen tanto el buen aprovechamiento del conocimiento, cuanto el mismo desarrollo del quehacer científico. Los resultados han sido que, por un lado, la ciencia le parezca a mucha gente algo inútil y sospechoso y, por el otro, que el apoyo al quehacer científico sea accidental y pobre. Es insensato e injusto mantener tal situación, especialmente en países como el nuestro, por lo que hay que buscar un mayor acercamiento de la ciencia a las otras actividades humanas, a fin de situarla bien y relacionarla con ellas. Para esto se requiere de una mayor “actitud científica” por parte de la gente común, y una mayor participación activa en las “preocupaciones de la vida cotidiana” por parte de los científicos. La divulgación de la ciencia puede ayudar mucho a este acercamiento, especialmente si se realiza como un proceso de comunicación. Es claro que esta aproximación deberá no solo crear mecanismos prácticos que apoyen y orienten el desarrollo científico, sino también establecer instancias para que los científicos informen satisfactoriamente al público de las labores que se están realizando. La ciencia es un asunto de todos, por lo que necesita del apoyo público y de que los mecanismos empleados para desarrollarla sean patentes. La divulgación es una de las alternativas más viables para hacer que la ciencia pueda desarrollarse correcta y ampliamente y, especialmente, en beneficio de todos.
La labor de la divulgación de la ciencia
Es amplia y compleja, por lo que su descripción, por ambiciosa que sea, implica una selección. Para continuar elegiré los componentes que a mi juicio le son esenciales, aunque en vez de hacerlo para intentar una buena descripción de ella, lo haré para discutir la importancia de esos componentes. Antes de entrar en materia revisaré brevemente los medios empleados para realizar la divulgación de la ciencia, ya que esto ayudará a situar los temas que deseo tratar. Los medios tradicionales de la divulgación de la ciencia han sido la organización de conferencias, la edición de revistas y la operación de museos. De las primeras se han derivado muchas variantes dentro de las cuales la más conocida, quizá, sea la “mesa redonda”. Este tipo de actividad tiene la virtud de acercar a los científicos con el público general, lo cual propicia una buena comunicación de la ciencia. Las revistas tienen la ventaja de fijar el mensaje y propiciar que se presente en forma más elaborada. Muy relacionados con este medio de divulgación están los libros, cuyo mensaje aunque más lento y menos flexible que el de las revistas, es más estable. Los museos, que tomados en un amplio sentido incluyen planetarios, zoológicos, acuarios y jardines botánicos, han sido los medios idóneos para extender la observación del mundo en que vivimos, tanto a otros lugares como al pasado. Con esta extensión los museos propician que muchos aspectos de la ciencia puedan presentarse en condiciones más naturales y atractivas. La experiencia obtenida con los museos, ha permitido que amplíen sus funciones y ahora muchos puedan ofrecer actividades paralelas a los servicios que les son propios; entre ellas están los ciclos de conferencias, los talleres, los cursos temporales, los servicios bibliotecarios, etcétera. También, gracias a la experiencia museológica se han podido crear los centros de ciencias, nuevas instituciones destinadas a dar la oportunidad al público, especialmente al juvenil e infantil, de experimentar y de participar en la observación de muchos fenómenos naturales.
En la actualidad, los medios más atractivos y prometedores para divulgar la ciencia son los llamados medios de comunicación masiva: periódicos, radio, cine y televisión. Sin embargo, hasta el momento, estos medios le han dado poco espacio a la ciencia y a otras actividades de difusión cultural, por lo que la experiencia ganada con su uso es todavía muy poca. Es claro que tienen un gran poder de penetración y que cuentan con posibilidades técnicas superiores a las de los otros medios, pero los mensajes que transmiten son efímeros y en muchos casos sospechosos, ya que ellos, en especial la televisión, cuentan con mucha capacidad de manipulación. No es este el lugar para discutir tal tema y sólo añadiré que la práctica de la divulgación de la ciencia ha mostrado la conveniencia de emplear todos los medios de comunicación, así como la necesidad de hacerlo de manera organizada. Por lo tanto, si se logra establecer un sistema formado por varios medios de comunicación, habrá que dotarlo de alguna estructura que coordine sus actividades, a fin de asegurar un funcionamiento ordenado que propicie una buena programación que pueda llegar al mayor público posible. Es claro que de esta manera se aprovecharían mejor las ventajas de cada medio, se aumentaría la capacidad de los divulgadores y se lograría más eficacia.
Para lograr una divulgación de la ciencia como la que ha delineado, lo esencial es tener los divulgadores adecuados. Es fácil estar de acuerdo con mi afirmación, aunque no lo es tanto el caracterizar a tales personas, máxime cuando el campo en que laboran es tan extenso y variado. Lo primero que se puede decir al respecto es que en casi ningún país se reconoce esta actividad como una profesión definida; que no hay carreras para formar divulgadores, ni otros caminos que permitan obtener un título con semejante nombre. En muchos países desarrollados, los que ejercen esta actividad en forma profesional son personas que se han especializado en ella después de cursar alguna carrera que les sirve como base. Así, gran parte de la divulgación por escrito está hecha por los periodistas científicos y la atención de los museos de ciencias está a cargo de museólogos especializados en temas científicos. Para muchos la divulgación de la ciencia es una especialidad de algo más general que hay que buscar en las llamadas ciencias de la comunicación. Sin embargo, lo natural es considerar la divulgación de la ciencia como parte del quehacer científico, aunque esto implicaría aceptar que algunos divulgadores son científicos. Es indudable que esta aceptación crearía confusiones, ya que ahora por científico se entiende únicamente al investigador profesional. No abundaré más en este aspecto del tema y sólo añadiré que el reconocimiento del público del divulgador de la ciencia, como profesionista responsable de la labor que nos ocupa, es indispensable para consolidar y mejorar tal labor. Sin este reconocimiento será imposible situar bien a los divulgadores y resolver el problema de su formación.
En algunos países como el nuestro, casi toda la divulgación ha sido realizada por egresados de las escuelas de ciencias, principalmente por investigadores y profesores. Para la mayoría de ellos esta actividad es secundaria y muchos la consideran como una especie de labor social, a veces con carácter de apostolado. Casi todos los divulgadores son autodidactas, aun los egresados de las escuelas de ciencias, ya que éstas no imparten clases relacionadas con el tema. Sin embargo, ya hay quien ha aprendido de sus antecesores y existen actividades de divulgación que permiten el aprendizaje como se acostumbra en los talleres artesanales tradicionales. Para precisar las dificultades que se presentan en la formación de un divulgador distinguiré de su labor, por una parte, lo relativo al contenido del mensaje que desea comunicar y, por la otra, el manejo del medio que utiliza para lograrlo; además me ceñiré al caso de nuestro país. Si los aspectos que he distinguido se consideran por separado no hay problema, al menos en principio. Por un lado, el conocimiento científico se puede adquirir en las escuelas de ciencias y, por otro, hay formas de dominar cada una de las técnicas de comunicación, ya que hay cursos de redacción, de museografía, de televisión, etcétera. Los problemas aparecen cuando se tratan de combinar e integrar esos conocimientos, ya que si éstos se toman como elementos separados entre sí, será difícil encontrar quien pueda dominarlos todos, y si se busca lograr una síntesis que cubra satisfactoriamente un área de divulgación, sólo se encontrará tanto lo especializado de la formación científica, como el desconocimiento completo de la ciencia. No es aquí el lugar para ampliar este tema por lo que añadiré que una solución al problema de la formación de divulgadores ha sido la formación de grupos de trabajo integrados por científicos especialistas de otros campos, especialmente del área de la comunicación. Para que la labor de estos grupos sea satisfactoria, hay que centrarla en un esfuerzo permanente de integración de su personal, el cual deberá basarse en la comunicación interna del conocimiento científico de manera que el primer beneficiado sea el mismo grupo.
Hay otros aspectos importantes en la divulgación de la ciencia, que quiero considerar. En la realización de su labor, los divulgadores juegan el papel de intermediarios entre los científicos y el público general. En la mayoría de los casos prácticos el mensaje está dado por los primeros, y los segundos sólo se ocupan de adecuarlo al nivel e intereses de su auditorio. Aunque la divulgación la hacen muchas veces los propios científicos, el papel de intermediario no desaparece. Una muestra de ello es que muchos intentan la divulgación como si fueran traductores de idiomas: repiten lo que aprendieron en la escuela de ciencia pero utilizando términos del lenguaje ordinario. Es obvio que reducir la labor de divulgación al funcionamiento de un canal de transmisión hace que tal divulgación no se realice de manera profunda, consecuente, debemos exigir mucho más de esta labor. En algunos países, y el nuestro es uno de ellos, muchos de los divulgadores son académicos, lo cual puede ayudar a satisfacer esa exigencia. La labor de divulgación es una labor creativa ya que consiste en dar al público una versión de la ciencia elaborada para él. No hay que olvidar que aunque se trate de presentar la misma ciencia de los científicos, las necesidades y los intereses del público son diferentes a los de esos especialistas. Cabe añadir que la divulgación se empobrece más cuando se realiza considerando que el público es poco inteligente. Hay que reconocer que en gran medida el desconocimiento de la ciencia no se debe a la falta de inteligencia.
La labor de divulgación de la ciencia sí tiene mucho de intermediación, lo cual no significa que sea una actividad de índole dependiente. Se acostumbra comparar a la divulgación con un puente que une el mundo científico con el de la vida cotidiana y este símil es bueno mientras no se convierta en una trivialidad. Lo menos que en él se puede reconocer es la libertad que hay para hacer un puente y que éste establece caminos de ida y vuelta. La divulgación de la ciencia es una labor autónoma y tiene un lugar propio en el quehacer científico, ya que éste no se agota con la investigación y la docencia. Es necesario señalar aquí que la divulgación contribuye a la creación del conocimiento científico, no solo porque al comunicar a los científicos con sus congéneres les proporciona elementos para orientar y situar sus investigaciones, sino también por el esfuerzo de hacer accesible el conocimiento y permite revisarlo y perfeccionarlo. Cabe también mencionar que al tener buenos divulgadores tendremos además críticos de la ciencia, lo cual enriquecerá al medio científico. No necesito explicar la función de tales críticos, ya que sería semejante a la que realizan los críticos de arte. No hay que olvidar que en toda actividad creativa, y la ciencia es un importante ejemplo, la crítica es una parte del proceso necesario para la producción de una obra original, la que es el resultado de la relación entre el creador y los beneficiarios de su obra.
Ya señalé que la divulgación de la ciencia es una parte de la labor educativa. Como en otras actividades de este campo es necesario preocuparse y estar atentos a que los beneficiarios de la divulgación, al haberla entendido bien por estar bien divulgada, la puedan aprovechar correctamente en su beneficio y superación. Aunque esto conduce naturalmente al tema de la evaluación en esa actividad no lo trataré aquí y aprovechará lo dicho para señalar que una buena divulgación de la ciencia deberá ofrecer varios niveles de presentación de sus temas al público. La necesidad de los tratamientos elementales es clara, pero no hay que reducirse a eso, es más, la conveniencia de buscar los aspectos fáciles y atractivos de la ciencia para acercarse al público es indiscutible, pero tampoco hay que quedarse ahí. Por tanto es necesario establecer programas de divulgación de la ciencia más elaborados, enfocados a los que ya han aprovechado los niveles elementales y buscan saber más. Por otro lado, y también como parte educativa, hay que exigir al público que haga un esfuerzo por acercarse más al medio científico, para lo cual deberá aprender algo del lenguaje que en él se usa, así como estudiar por su cuenta lo necesario para comprender mejor lo que se divulga. La divulgación de la ciencia es una parte del esfuerzo que actualmente se hace para multiplicar las oportunidades educativas, el cual incluye el dar clases fuera de las aulas y otras actividades extraescolares que se agrupan en la llamada “educación informal”.
Otro aspecto esencial de la divulgación de la ciencia es la realización de la investigación en su campo. La divulgación, como cualquier otra actividad creativa, requiere de un estudio sistemático y de una reflexión permanente de su propio quehacer. Aprovechando la distinción que antes hice en la labor de la divulgación, diré que la investigación en este campo puede separarse en dos grandes líneas: el estudio y análisis de las disciplinas científicas mismas y de las formas y medios para comunicar la ciencia. En el primer tipo de investigación el divulgador comparte con el científico el interés directo por el avance de la ciencia. Sin embargo, sus propósitos son diferentes a los de éste ya que lo que el divulgador busca, principalmente, es encontrar en las tramas conceptuales de las disciplinas científicas los elementos para establecer una comunicación con el público. El segundo tipo de investigación está muy vinculado a los hallazgos del primero, ya que la exploración de las formas y los medios de comunicación está condicionada por las características del tema que se desea divulgar. La investigación sobre el uso del texto escrito, de las imágenes, de los espacios y los ambientes, pertenecen a este segundo tipo y en él hay que incluir la averiguación de las características e intereses del público al que se dirige el mensaje, estudiar las respuestas a este mensaje y buscar la retroalimentación en el proceso comunicativo. En síntesis, la investigación en la divulgación de la ciencia es lo que permite crear modelos de comunicación del conocimiento científico, cuyos contenidos estén determinados tanto por su trascendencia intrínseca, como por su interés cultural.
La divulgación de la ciencia en México
Ha sido establecida esencialmente por personas relacionadas con la UNAM. La preocupación de los universitarios por divulgar la ciencia es tan remota como la de hacer investigación científica. Esto no es extraño ya que quien es consciente de la necesidad de hacer ciencia, también lo es de que hay que comunicar el conocimiento logrado. Por lo mismo la divulgación de la ciencia en nuestra universidad se inició como una extensión de la enseñanza de las ciencias. Al principio consistió en organizar conferencias que fueron dictadas por los más distinguidos profesores, quienes también publicaban, ocasionalmente, artículos de divulgación en periódicos y en revistas culturales. Posteriormente, gracias al entusiasmo de algunos universitarios, la mayoría profesores de la Facultad de Ciencias, y al apoyo de algunas sociedades científicas, la labor de divulgación empezó a organizarse con mayores ambiciones y a extenderse. Paralelamente a los congresos y a otras reuniones científicas, se realizaron actividades dirigidas al público general y se fundaron revistas de divulgación de la ciencia. A partir del decenio de los setentas, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, algunas dependencias de la Secretaria de Educación Pública y otras instituciones como la Academia de la Investigación Científica, empezaron a apoyar esta labor y la UNAM las institucionalizó al incluirlas oficialmente entre sus tareas de difusión cultural. Parte de las actividades de los grupos de divulgadores que se habían formado en el Distrito Federal gracias al apoyo mencionado, empezaron a realizarse en otros lugares de la república, y algunas instituciones de educación superior de los estados iniciaron actividades en este campo, con lo que la divulgación de la ciencia empezó a tomar una dimensión nacional.
La historia que he relatado a muy grandes rasgos y con el riesgo de dar una imagen muy parcial de lo sucedido, nos ha llevado a una situación que también describiré en líneas gruesas y con el mismo riesgo de parcialidad. Hay algunas instituciones que cuentan con dependencias dedicadas a la divulgación de la ciencia y hay algunos divulgadores profesionales. Hay también programas de actividades sistemáticas y permanentes de divulgación, destinadas a públicos específicos, principalmente a los niños. Contamos con varias revistas de divulgación y con programas editoriales en el mismo campo. Varias estaciones de radio difunden programas sobre temas científicos y la televisión ha transmitido algunos, incluso elaborados en el país. Cada día se ofrecen más conferencias al público, muchas impartidas por notables científicos. En fin, las oportunidades de encontrar actividades de divulgación de la ciencia han aumentado mucho, y no solo en el Distrito Federal. Debo mencionar aquí la fundación de la Sociedad Mexicana para la Divulgación de la Ciencia y la Técnica. Hace veinte años casi no había nada de esto.
Veamos ahora cuáles son las características de la divulgación hecha en México. Lo más destacado de ella es que casi toda ha sido realizada por los mismos científicos. Ellos dan conferencias, se presentan en radio y en televisión, escriben artículos y libros, preparan y se responsabilizan de los contenidos de las exposiciones y de los programas de cine y televisión en los que se divulga el conocimiento científico. Con ello la divulgación de la ciencia ha adquirido un gran prestigio y mucha autoridad, aparte de que ha establecido un contacto entre la comunidad científica y el público. Es por tanto natural que la mayoría de los temas que se divulgan estén relacionados con la investigación básica y con los intereses personales de los divulgadores, así como que su presentación se derive en gran medida de la experiencia docente. Aunque el conocimiento de estos divulgadores está muy por encima de su público, los resultados no son completamente satisfactorios. En el caso de las conferencias, por ejemplo, es frecuente que los científicos se dirijan al público como acostumbran hacerlo con sus alumnos, aunque finalmente salen airosos gracias a su buena disposición para responder las preguntas que se les hacen. Es importante mencionar que casi nadie cobra por estas actividades y que muchos consideran que esta labor no es propia de un científico.
No necesito seguir revisando cómo se realiza la divulgación de la ciencia en nuestro país para afirmar que en esta labor casi todos los logros son recientes y que aún hay problemas que resolver. No es éste el lugar para analizar estas conclusiones y sólo las menciono para situar algunos puntos que quiero señalar. El primero es la urgencia de consolidar lo logrado a fin de contar con una base firme para que pueda continuar la divulgación de la ciencia en nuestro país. El segundo es advertir que una causa importante de los problemas en la labor de divulgación es el escaso valor que se da a ésta en los medios académicos. En ellos casi no se le asigna valor curricular y muchos aseguran que divulgar es quitar un tiempo valioso a la investigación científica. No hace mucho que en nuestra facultad se consolaba a quienes veían difícil ser investigadores o profesores diciéndoles que todavía les quedaba la posibilidad de llegar a ser divulgadores. El tercero es reconocer que por ahora el futuro es incierto para el que quiera ser divulgador profesional. Como ya antes lo mencioné, la mayor parte de la divulgación se realiza de manera gratuita, por lo que muchos esperan que esta situación cambie. Es obvio que este asunto está íntimamente relacionado con el anterior: en nuestro país no se valora la labor cultural ni por sus beneficiarios ni por sus realizadores. Ya que el desarrollo de una labor profesional en una sociedad depende de las expectativas económicas y del prestigio que ella tiene, la divulgación de la ciencia en México se encuentra, al menos por el momento, en seria desventaja. Para resumir diré que en nuestro país la labor que nos ocupa está en crisis y que si no se hace pronto algo drástico por ella la situación será endémica.
A manera de conclusión
Quiero reiterar que la divulgación es un elemento esencial del quehacer científico. Tiene en éste una función que puede distinguirse por sus aspectos internos y externos cuando se mira en relación a los científicos. Hacia el interior establece una comunicación especial entre ellos y hacia el exterior los relaciona con sus congéneres. Aunque ambas funciones son importantes, la segunda es de mayor urgencia, especialmente en los países como el nuestro. Con la divulgación de la ciencia podemos distribuir una riqueza cultural que, además de hacer justicia, llena una necesidad en nuestros tiempos. No seremos libres ni capaces de lograr una buena calidad de vida mientras permanezcamos al margen del conocimiento científico. He sostenido que la divulgación de la ciencia es una ayuda para distribuir dicho conocimiento, así como que esta actividad no es un remedio automático. Para lograr con ella tal ayuda es necesario realizarla en forma profunda y sistemática, pues en otro caso puede ser el disfraz de un peligro. Así como su versión genuina puede ayudar a la superación humana, una simulación de ella no será más que otro instrumento de enajenación, ya sea por entretenimiento o por manipulación.
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Luis Estrada
Centro de Comunicación de la Ciencia,
Universidad Nacional Autónoma de México.
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cómo citar este artículo →
Estrada, Luis. 1992. La divulgación de la ciencia. Ciencias, núm. 27, julio-septiembre, pp. 69-76. [En línea].
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| Nacho López | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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En desorden he escrito imágenes sin pretensión ni propósito
anticipado. Tiempo después descubrí ciertas afinidades y correspondencias con algunas fotografías producidas en el curso de mi oficio.
El escribir y el fotografiar no fueron simultáneos. Los textos son labor de años sin fecha y las fotos pertenecen a ciclos identificables.
Conjugar fotos y textos de un solo autor es un experimento para avecindarse, quizá, a otras posibilidades de comunicación a través de la voz que escuchamos cuando sentimos nuestra voz en la lectura silenciosa o parlante con las voces que surgen de la imagen fotográfica, todas percibidas en estado de alerta.
El ejercicio consiste en el intercambio de nuestras vivencias así como nuestras voces particulares son también resonancia del mundo que habitamos.
México, 1983.
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| Nacho López | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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López, Nacho. 1992. Fotopoemáticos. Ciencias, núm. 27, julio-septiembre, pp. 77-79. [En línea].
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| Ana María Cetto y Luis de la Peña | |||||||||||||||||
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Una de las más grandes y prolongadas controversias
en el terreno de la física clásica es la que surgió en el siglo XVII en torno a la naturaleza de la luz: ¿es la luz un fenómeno ondulatorio?, o ¿está hecha de corpúsculos? Entre la doctrina corpuscular de Newton1 y la teoría ondulatoria de Huygens no parecía haber conciliación posible; los dos conceptos involucrados son desde el punto de vista clásico opuestos e incompatibles, y no parece que puedan referirse simultáneamente a un mismo sistema.
Aun a la luz de los famosos experimentos de interferencia de Young, y ya en pleno siglo XIX, resultaba difícil que los físicos se sacudieran el enorme peso de la doctrina newtoniana y aceptaran la evidencia del carácter ondulatorio de la luz; fue necesario que la teoría ondulatoria alcanzara una forma matemática muy desarrollada para que se le tomara en serio. Este esfuerzo formalizador pronto empezó a rendir excelentes frutos: no sólo sirvió para describir con detalle la propagación de la luz, sino que permitió explicar y predecir diversos fenómenos propios de la óptica física, que pudieron comprobarse de manera experimental, validando con ello de manera definitiva el modelo ondulatorio. Pero también ofreció frutos mucho más allá de lo previsto: el formalismo se pudo extender por analogía al estudio del movimiento de un sistema de partículas con masa, lo que contribuyó de manera significativa al desarrollo de la poderosa mecánica analítica. La analogía fue llevada muy lejos por Hamilton en el siglo XIX, quien mostró que a cada función que describe la propagación de una onda corresponde una función asociada al movimiento de partículas.
He aquí una elegante forma de conciliar ondas y partículas: a través de un formalismo común. El problema de esta conciliación, sin embargo, es su carácter puramente formal. En tanto que, por ejemplo, la función de onda tiene un claro significado físico en el caso ondulatorio, para un sistema mecánico la correspondiente función de acción es un ente meramente matemático. En el caso luminoso, la óptica geométrica —la que se sirve del simple trazado de rayos para representar la trayectoria de la luz en la formación de imágenes por espejos, lentes, etcétera— se obtiene como limite de la descripción ondulatoria cuando la longitud de onda es muy pequeña, comparada con el tamaño de los objetos y pueden despreciarse los efectos de la difracción, interferencia, etcétera; lo cual está bien y lo podemos entender intuitivamente. Pero en el caso de las partículas, ¿qué sentido puede tener una formulación ondulatoria, cuál puede ser su significado físico? En otras palabras, si tomáramos la analogía como físicamente significativa, cabría preguntamos: ¿la mecánica newtoniana que describe la trayectoria de las partículas, es caso límite de qué teoría, de qué situación física?
Dejando de lado especulaciones de este tipo, puede decirse que el siglo XIX casi concluye exitosamente con una idea clara de que las ondas son ondas —la luz entre ellas— y las partículas son partículas, y de que se trata de entes diferentes y fácilmente distinguibles, al menos en principio. En la última década del siglo, J. J. Thomson establece que los rayos catódicos, ya muy famosos en esos tiempos, están constituidos por partículas con carga y masa, los llamados electrones. Pero casi al mismo tiempo Roentgen y Becquerel descubren otras emisiones; sabiamente se les llama rayos X, alfa, beta, gama… en lo que se determina si son ondas o partículas.
En cuanto a los rayos alfa y beta, con el tiempo queda claro que son partículas con carga y masa: núcleos de helio y electrones, respectivamente. La situación de los rayos X (y los rayos gama), sin embargo, se complica, porque de manera alternada se van encontrando en el laboratorio evidencias en un sentido y en el otro. Los rayos X se difractan, como las ondas; pero también ionizan la materia a su paso y se propagan de manera unidireccional, como corpúsculos. Pero además viajan con la velocidad de la luz y son de naturaleza electromagnética, como la luz…
W. H. Bragg, justo en la época en que realizaba las primeras pruebas de difracción de rayos X por cristales, hacia finales de 1912, comentó proféticamente y un tanto salomónicamente: ‘Me parece que el problema no está en optar por una de las dos teorías sobre los rayos X, sino en encontrar una teoría que posea la capacidad de ambas’.2
La teoría fotónica de la luz propuesta por Einstein a partir de 1905 constituye precisamente un esfuerzo en esta dirección. En particular, su estudio del comportamiento estadístico de la radiación lo conduce a un resultado difícil de comprender cabalmente: a las fluctuaciones de la energía de esta radiación contribuyen dos términos, uno de naturaleza corpuscular, cuántica, y otro de naturaleza clásica, ondulatoria. Si el primer término domina (por ejemplo, a muy bajas temperaturas), el sistema tiene un comportamiento cuántico; pero cuando es el segundo el dominante, la descripción puede hacerse en términos clásicos y ondulatorios. Comienza a cambiar el esquema conceptual; la gente habla de que la luz y los rayos X, y las otras radiaciones electromagnéticas son combinaciones de onda y partícula; la dualidad onda-partícula irrumpe en el lenguaje de los físicos, y rápidamente se difunde.
Partículas ondas
En el laboratorio de Maurice de Broglie, dedicado al estudio de los rayos X, también se empleaba el lenguaje de la dualidad onda corpúsculo. Intrigado por esta dualidad, y atraído por la teoría fotónica de Einstein, su hermano Louis de Broglie buscó la conciliación: reconozcamos que la luz está hecha de corpúsculos, pero éstos llevan asociado un fenómeno interno de naturaleza periódica. Al periodo se asocia una frecuencia, a la frecuencia una onda… A mayor frecuencia de la onda se asocia mayor contenido energético del corpúsculo, de acuerdo con la fórmula de Planck E = hν (h es la constante de Planck y ν la frecuencia). O bien, a mayor momento del corpúsculo corresponde una menor longitud de onda: λ = h/p.3
Pronto se le ocurre a De Broglie una observación brillante: estas fórmulas que relacionan parámetros ondulatorios con parámetros mecánicos no contienen ninguna referencia específica al fotón. ¿Qué impide que se apliquen a otros corpúsculos, como los electrones, por ejemplo? ¿No será posible que la materia tenga también un carácter dual? De Broglie se aventura a dar el paso: propone, para completar el esquema, que todas las partículas llevan asociada una onda, de longitud de onda λ = h/p. Aquí no se trata ya de una solución formal: para de Broglie estas ondas tienen un carácter físico, y debe ser posible exhibirlas mediante un experimento de difracción de electrones por un cristal. Esto es lo que se atrevió a afirmar ante una pregunta del profesor Perrin durante el interrogatorio de su examen doctoral, en 1924. De manera simultánea e independiente, Einstein llega a la misma conclusión y habla de los fenómenos de difracción que deberán producir los haces moleculares.
Y De Broglie y Einstein tenían razón. Curiosamente, los primeros testimonios experimentales del carácter ondulatorio del electrón ya los habían obtenido previamente C. Davisson y C. Ramsauer en diferentes situaciones, sin saberlo. Los caprichosos resultados obtenidos en experimentos de dispersión de electrones comienzan a encontrar explicación.
Una larga serie de experimentos subsecuentes con electrones difractados por cristales y por láminas delgadas confirmaron la hipótesis y la fórmula de De Broglie: los haces de electrones se comportan como paquetes de ondas. La dualidad onda-corpúsculo se consolida. Irónicamente, la dualidad se presenta aun a nivel familiar: en 1906, J. J. Thomson había recibido el premio Nobel por las investigaciones que lo condujeron a la conclusión de que los rayos catódicos están hechos de partículas, los electrones; en 1937 su hijo G. P. Thomson recibe, junto con Davisson, el premio Nobel por los trabajos experimentales que probaron el carácter ondulatorio de los mismos electrones.
Enterado de los trabajos de Einstein y De Broglie, E. Schrödinger se propuso construir una ecuación para una función de onda que rigiera el comportamiento de las ondas de De Broglie asociadas a partículas. Buscaba una descripción que sirviera no sólo para las partículas libres, sino también las ligadas a un centro atractivo, como los electrones atómicos, y su famosa ecuación, que dio a conocer en 1926, produjo de inmediato resultados correctos para una gran cantidad de problemas atómicos, moleculares, etcétera.
¿Qué clase de ondas?
Pero ahora surge la pregunta: ¿de qué son estas ondas representadas por la función de onda, estas ondas que según De Broglie acompañan al electrón y le sirven de guía? He aquí una pregunta nada trivial; un par de observaciones muy simples bastarán para darnos cuenta de ello.
Según la fórmula de De Broglie λ = h/p = h/mν, la longitud de onda asociada a un electrón es inversamente proporcional a su velocidad, de manera que depende de su estado de movimiento, o mejor dicho, del movimiento relativo entre el electrón y el laboratorio (o entre el electrón y el cristal, por ejemplo, en un experimento de difracción). Luego no se trata de una onda intrínseca al electrón.
Pero, por otro lado, según la ecuación de Schrödinger, la función de onda Ψ(x) asociada al electrón depende de las condiciones de frontera a las que está sujeto el sistema. Esto indica que hay efectos no locales sobre el movimiento; por ejemplo, un electrón que se mueve en una cierta región del espacio registra (por medio de la onda) la presencia de un obstáculo, una rendija, etcétera, en otra región (conectada) del espacio sin necesidad de pasar por ella.
Schrödinger mismo ofreció una interpretación física de la función de onda que difiere de la idea original de De Broglie; pensó en un principio que el cuadrado de esta función puede representar la densidad electrónica en el espacio. Pero al poco tiempo esta interpretación fue descartada —porque los electrones siguen siendo partículas de pequeñísimo tamaño, mientras que la función Ψ tiende a extenderse a todo el espacio accesible— y sustituida por la que propuso Max Born, según la cual el cuadrado de Ψ representa la densidad de probabilidad electrónica, es decir, determina cómo se distribuyen los electrones en el espacio.
Nadie puede negar que Born tenga razón. Por ejemplo, si en una larga serie de experimentos equivalentes se mide la posición de los electrones, se reproduce el cuadrado de la Ψ correspondiente. Esto le da un sentido estadístico a la función de onda, pero también la desprovee de su contenido físico. ¿Cómo puede entenderse una onda de probabilidad difractada por un cristal?
Las interpretaciones de Ψ que ganaron terreno con la consolidación de la mecánica cuántica se fueron apartando más y más de las nociones realistas iniciales de de Broglie, Einstein y Schrödinger, y se fueron haciendo cada vez más abstractas o hasta subjetivas, al grado de que para no pocos físicos, y no representa más que el estado de ignorancia del observador.4
De manera que seguimos en la misma situación: sin saber de qué naturaleza física es la onda asociada a la partícula. Pero ahora con el agravante de que se cuestiona la legitimidad de la pregunta misma.
El electrón interfiere con…
Mientras tanto las manifestaciones ondulatorias del electrón se multiplican en el laboratorio. Se logran producir haces coherentes, más o menos ‘monocromáticos’, de electrones; se determina con alta precisión su longitud de onda; se desarrolla la óptica electrónica y se construye el microscopio electrónico. Se realizan con electrones el experimento de las dos rendijas —el famoso experimento de interferencia de Young— y todos los experimentos clásicos que en el siglo pasado condujeron al triunfo de la teoría ondulatoria de la luz. Se desarrollan la interferometría y la holografía electrónica. Cada nuevo experimento es una confirmación adicional de la hipótesis de De Broglie; pero cada nuevo experimento es también un reto a nuestro entendimiento del fenómeno cuántico.
Una pregunta que surgió una y otra vez a la luz de estas observaciones es: ¿por qué algunas veces el electrón se comporta como onda, y otras como partícula? Tomemos el clásico ejemplo del experimento de las dos rendijas, el que, según una famosa frase de R. Feynman, “es absolutamente imposible de explicar clásicamente,5 y contiene el corazón de la mecánica cuántica”. En este sencillo experimento, el haz de electrones pasa por las dos ranuras e incide sobre una pantalla formando el típico patrón de interferencia con zonas alternas de superposición constructiva y destructiva, como se ilustra esquemáticamente en la figura 1: los electrones fueron enviados inicialmente como partículas, pero se comportaron después como ondas.
Se han realizado muchas variantes de este experimento, con resultados similares. Lo interesante fue cuando se aprendió a controlar la emisión electrónica de manera que se pudo regular la intensidad del haz. Resulta que al disminuirse la intensidad lo suficiente, deja de observarse el patrón de interferencia y aparece una imagen granular, formada por los electrones conforme inciden uno a uno erráticamente sobre la pantalla (Figura 2). Si se prolonga el experimento, pero sin cambiar las condiciones, se puede observar la formación gradual del patrón de interferencia. De aquí puede concluirse que los electrones nunca dejan de comportarse como partículas con un movimiento individual impredecibles aunque un conjunto estadístico de ellas exhibe el patrón ondulatorio perfectamente regular y determinista.
Pero estos experimentos conducen a otra observación interesante. A muy bajas intensidades podemos estar seguros de que normalmente no hay más de un electrón en vuelo entre la fuente y la pantalla; en consecuencia, la interferencia no se realiza entre los electrones del pero entonces, ¿entre quiénes se realiza? Ante esta situación, se ha corrido la voz entre los físicos de que “el electrón interfiere consigo mismo”.
… y también los neutrones interfieren
Las cosas no se han quedado ahí. En 1974 se inició la interferometría de neutrones, empleando para ello un monocristal recortado de dimensiones macroscópicas (10 x 7 x 7 cm) que divide en dos partes un haz de neutrones y superpone después las partes produciendo su interferencia (Figura 3). Los neutrones son partículas con masa y espín, al igual que los electrones, aunque no poseen carga eléctrica. Normalmente se emplea como fuente de neutrones el combustible de un reactor nuclear, el flujo de neutrones detectados es tan bajo que, una vez más, se considera a los fenómenos observados en el interferómetro como producto de la “autointerferencia” del neutrón. Se pueden producir diversos fenómenos de interferencia, según la naturaleza del objeto que se inserte en el camino de uno de los haces (Figura 3).
Los resultados de los experimentos son espectaculares, y no dejan de sorprender, a pesar de que verifican al pie de la letra las predicciones de la mecánica cuántica. Por ejemplo, con la introducción de una placa retardadora (un material transparente) se obtiene un típico patrón de interferencia espacial como el dibujado en la figura 1. Con la inserción adicional de un imán en uno de los caminos se altera tan profundamente el comportamiento del sistema, que el resultado se interpreta como producto de la modificación del estado de espín de todos los neutrones aún de los que no pasan por la zona del imán.
Ondas de vacío
Antes de ofrecer una posible explicación de la naturaleza física de la onda representada por Ψ, regresamos una vez más a De Broglie.
En sus trabajos relacionados con el tema, De Broglie consideraba que a cada corpúsculo cuántico acompaña una onda de fase de muy alta frecuencia,6 la que a través del fenómeno Doppler7 da origen a una modulación (la onda de De Broglie) que satisface la fórmula λ = h/p. Sin embargo, como ya hemos visto, para que este efecto pueda darse, se requiere de un sistema de referencia respecto al cual se especifica el movimiento del corpúsculo; en otras palabras la onda de De Broglie es un efecto relativo de naturaleza relacionado con la onda estacionaria asociada a la partícula en movimiento y descrita desde un sistema en reposo respecto al observador. No deja de ser un tanto extraño que esta onda tan mal definida desde sus inicios y nunca bien conocida, se convierta en elemento central de la teoría cuántica, al comprobarse que ella satisface la ecuación de Schrödinger, la más importante de las ecuaciones que rigen el comportamiento de los electrones y todos los otros corpúsculos.
En los últimos tiempos ha comenzado a esbozarse un posible camino de solución a este problema, con la ayuda de una teoría que hace uso del postulado de que el espacio está ocupado por campos de fondo reales, de diversas naturalezas, cuyo valor instantáneo varía constantemente de manera azarosa e impredecible. Aunque esta idea pueda parecer extraña en un principio, es congruente con las concepciones cuánticas contemporáneas. Naturalmente la materia, al conectarse a estos campos, adquiere un movimiento azaroso o, en lenguaje más técnico, estocástico.
De los diversos campos que pueden concebirse como llenando el vacío, el verdaderamente importante para nuestra discusión es el electromagnético.8 En la teoría llamada electrodinámica estocástica se intenta demostrar que es la interacción entre este vacío fluctuante electromagnético y los electrones atómicos, lo que da a los átomos su estabilidad y todas sus propiedades cuánticas, incluido el espín. Dicho de otra forma, los electrones no son cuánticas per se, sino por su interacción con el campo electromagnético de fondo. Entonces también es de esperarse que las propiedades ondulatorias no sean intrínsecas de las partículas, sino una manifestación de su interacción con este campo de fondo. Aunque el programa de la electrodinámica estocástica no se ha cumplido cabalmente, podemos afirmar que algunos de sus resultados le dan credibilidad suficiente como para hacerla atractiva y plausible. Veamos cómo abordar el problema del origen de la onda de De Broglie desde la perspectiva de esta teoría.
Cuando se estudia el electrón como una partícula relativista en interacción con el vacío electromagnético, usando para ello los modelos más simples posibles, se encuentra que el electrón se pone a vibrar con frecuencia muy alta, dependiendo un tanto del modelo, puede ser más o menos cercana o incluso coincidir con la frecuencia ωc antes mencionada.
De hecho, este resultado no es en sí novedoso, pues recuerda un familiar fenómeno relativista de las partículas cuánticas conocido por su nombre alemán de zitterbewegung, que podemos traducir libremente como bailoteo. Sin embargo, en el nuevo contexto esto significa que el electrón vibrante interacciona con las ondas del campo electromagnético de vacío de alta frecuencia ωc, y la sobreposición de estas ondas con sus frecuencias desplazadas por efecto Doppler da lugar a una onda modulada, que coincide justamente con la onda de De Broglie.
Lo interesante es que la teoría usual de las ondas electromagnéticas, al ser empleada para la descripción de esta onda modulada, conduce de manera natural a la ecuación de Schrödinger. El cálculo en sí es viejo, pero la física es nueva: la onda de De Broglie queda identificada como una onda electromagnética del campo de punto cero, a la que se acopla el electrón según su particular estado de movimiento. Como esta onda recibe influencias de los bordes, obstáculos, etcétera, las que a su vez transmite al electrón, le imprime a la partícula un comportamiento caprichoso y una respuesta aparentemente no local frente a las condiciones del entorno. Esta onda puede difractarse, interferir, etcétera, y el electrón acoplado a ella exhibirá, estadísticamente hablando, los efectos de tales fenómenos ondulatorios. Naturalmente, sin haber perdido en lo absoluto su carácter de partícula.
Una característica atractiva de la presente explicación, aparte del hecho de darle un sentido físico concreto a uno de los elementos fundamentales de la teoría cuántica, es que en ella aparecen reunidos diversos aspectos conocidos de la física que tradicionalmente son considerados ajenos entre sí: la relativista y su característico zitterbewegung, la onda de fase asociada a la partícula, el campo de vacío, etcétera.
A la vez que esta teoría explica las propiedades ondulatorias del electrón como un fenómeno físico real debido al acoplamiento del electrón con el campo de vacío de muy altas frecuencias, la interacción con los componentes de bajas frecuencias ópticas o similares determina el comportamiento típicamente cuántico del electrón como corpúsculo, de acuerdo con la teoría usual de la electrodinámica estocástica. De esta manera, la dualidad onda-corpúsculo tan característica de la mecánica cuántica, tan inexorable, tiene como origen la coexistencia del corpúsculo y del campo, cada uno de éstos contribuyendo con sus propiedades esenciales.
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Notas
1. Esta afirmación es un tanto esquemática y corresponde más a la versión popular que a los hechos. En realidad, durante sus últimos trabajos sobre óptica, Newton elaboró una teoría de la luz muy compleja, que combinaba corpúsculos con ondas con el objeto de dar cuenta de una gama lo más amplia posible de los fenómenos por él conocidos.
2. Más ilustrativa aún de la situación en que se encontraban los físicos de la época es una frase posterior del propio Bragg: ‘La teoría clásica se usaba los lunes, miércoles y viernes, mientras que los martes, jueves y sábados se usaba la teoría cuántica de la radiación’ (antes de que los científicos ingleses adoptaran la semana inglesa de trabajo). 3. La relación entre estas dos expresiones es muy estrecha, pues al corpúsculo luminoso (fotón en el lenguaje actual) de energía E corresponde una cantidad de movimiento p dada por la relatividad como p = E/c, donde c es la velocidad de propagación de la luz en el vacío; luego p = hv/c = h/λ, puesto que λh = c. 4. A este tipo de interpretaciones se refería Schrödinger cuando habló despectivamente de la Ψ-cología. 5. Clásicamente quiere decir aquí: según las leyes de la probabilidad aplicadas al movimiento de partículas clásicas. 6. Esta frecuencia viene dada por la expresión wc = mc2/h, que da valores extraordinariamente altos, muchos órdenes de magnitud arriba de lo que la tecnología contemporánea permite artificialmente. 7. Este es el conocido efecto por el cual oímos que la frecuencia de una sirena cambia de tono conforme se acerca o aleja de nosotros. 8. El vacío electromagnético o campo de punto cero es un campo remanente, que persiste aun en ausencia de fuentes; es el que aparece representado por el término atérmico (independiente de la temperatura) en la fórmula completa de Planck para la distribución de la radiación del cuerpo negro. |
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Ana María Cetto
Instituto de Física,
Universidad Nacional Autónoma de México.
Luis de la Peña
Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional Autónoma de México.
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cómo citar este artículo →
Cetto, Ana María y Luis de la Peña, 1992. ¿Cómo entender las ondas de la materia? Ciencias, núm. 27, julio-septiembre, pp. 63-68. [En línea].
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