© Libro N° 6256.
Errores Geniales Que Cambiaron El
Mundo. Livio, Mario.
Emancipación. Julio 27 de 2019.
Título
original: © Errores Geniales Que Cambiaron El Mundo. Mario Livio
Versión Original: © Errores Geniales Que Cambiaron El Mundo. Mario
Livio
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© Edición, reedición y Colección Biblioteca Emancipación: Guillermo Molina
Miranda
LEAMOS SIN RESERVAS,
ANALICEMOS SIN PEREZA Y SOMETAMOS A CRÍTICA TODA LA CULTURA
ERRORES GENIALES QUE CAMBIARON EL MUNDO
Mario Livio
CONTENIDO
Prefacio
Errores
y grandes errores
El
origen
Y
con él quienes lo hereden, han de disolverse
¿Qué
edad tiene la Tierra?
La
certidumbre suele ser una ilusión
El
intérprete de la vida
Pero
¿de quién es el ADN?
B de
Big Bang
¿Lo
mismo para toda la eternidad?
El
«mayor error»
A
partir del espacio vacío
Coda
Bibliografía
Para
Noga y Danielle
Prefacio
Durante
el tiempo que dediqué a escribir este libro, alguien me preguntaba cada pocas
semanas de qué trataba. Siempre respondía lo mismo: «Trata de errores, ¡pero no
es una autobiografía!». Así provocaba algunas risas y la ocasional aprobación:
«Qué idea más interesante». Mi objetivo era simple: corregir la impresión de
que los grandes avances de la ciencia son historias de éxito redondas. Lo
cierto es que nada puede estar más lejos de la verdad. No es tanto que el
camino que lleva al triunfo esté jalonado de errores; es que cuanto mayor es el
premio, mayor puede ser la metedura de pata.
Hay una cita célebre de Immanuel Kant, el gran filósofo alemán, que dice: «Dos
cosas llenan el ánimo de una admiración y un respecto crecientes y renovados
cuanto más y con más ahínco reflexionamos sobre ellas: el cielo
estrellado sobre mi cabeza y la ley moral en mi interior». Desde la
publicación de su Crítica de la razón práctica (1788), hemos
hecho progresos impresionantes en nuestra comprensión de lo primero, pero, en
mi humilde opinión, hemos avanzado bastante menos en esclarecer lo segundo. Al
parecer, es mucho más difícil conseguir que la vida o la mente sean
comprensibles para sí mismas. Con todo, las ciencias de la vida en general, y
la investigación sobre el funcionamiento del cerebro humano en particular,
están ganando velocidad, y ya no nos parece del todo inconcebible que algún día
lleguemos a entender incluso por qué la evolución ha conducido hasta una
especie consciente.
Aunque
este libro trata de algunos de los más notables empeños por comprender la vida
y el cosmos, se ocupa más del viaje que del destino. He intentado centrar mi
atención en el proceso del pensamiento y en los obstáculos del camino hacia el
descubrimiento antes que en los propios logros.
Son
muchas las personas que me han ayudado a lo largo del viaje, algunas tal vez
sin saberlo. Gracias a Steve Mojzsis y Reika Yokochi por discusiones sobre
temas relacionados con la geología. Mi agradecimiento también para Jack Dunitz,
Horace Freeland Judson, Matt Meselson, Evangelos Moudrianakis, Alex Rich, Jack
Szostak y Jim Watson por conversaciones sobre química, biología y,
especialmente, sobre el trabajo de Linus Pauling. Estoy en deuda con Peter
Eggleton, John Faulkner, Geoffrey Hoyle, Jayant Narlikar y lord Martin Rees por
sus útiles discusiones sobre astrofísica y cosmología, así como sobre las
investigaciones de Fred Hoyle.
Me gustaría expresar mi gratitud también hacia todos los que me proporcionaron
algún material valioso para este libro, en particular a Adam Perkins y el
personal de la Biblioteca de la Universidad de Cambridge, por materiales sobre
Darwin y lord Kelvin; a Mark Hurn, del Instituto de Astronomía de Cambridge,
por materiales sobre lord Kelvin y sobre Fred Hoyle; a Amanda Smith, del Instituto
de Astronomía de Cambridge, por materiales sobre Fred Hoyle y por procesar
fotografías relacionadas con Watson y Crick; a Clifford Meade y Chris Petersen,
del Departamento de Colecciones Especiales de la Universidad Estatal de Oregón,
por materiales sobre Linus Pauling; a Loma Karklins, de los Archivos de
Caltech, por materiales sobre Linus Pauling; a Sarah Brooks, de Nature
Publishing Group, por materiales sobre Rosalind Franklin; a Bob Carswell y
Peter Hingley por materiales sobre Georges Lemaître de la Real Sociedad
Astronómica; a Kathryn McKee, de St. John’s College, de Cambridge, por
materiales sobre Fred Hoyle; y a Barbara Wolff, de los Archivos de Albert
Einstein, a Diana Kormos Buchwald, de Einstein Papers Project, a Daniel
Kennefick, de la Universidad de Arkansas, a Michael Simonson, del Instituto Leo
Baeck, a Christine Lutz, de la Universidad de Princeton, y a Christine Di
Bella, del Instituto de Estudios Avanzados, por materiales sobre Albert
Einstein.
Debo un agradecimiento especial a Jill Lagerstrom, Elizabeth Fraser y Amy
Gonigam, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, y al personal de la
Biblioteca Universitaria de Johns Hopkins, por su continuada ayuda
bibliográfica. Gracias también a Sharon Toolan por su asistencia profesional
durante la preparación del manuscrito, a Pam Jeffries por la hábil composición
de algunos dibujos, y a Zak Concannon por limpiar algunas de las figuras. Como
siempre, mi esposa, Sofie, ha sido mi más paciente y comprensiva aliada.
Por último, quiero agradecer a mi agente, Susan Rabiner, sus incansables
expresiones de ánimo; a mi editor, Bob Bender, sus reflexivos comentarios; a
Loretta Denner, su ayuda durante la corrección de pruebas; y a Johanna Li, su
dedicación durante todo el proceso de producción de este libro.
Capítulo
1
Errores y grandes errores
Los
grandes errores, como las grandes cuerdas, suelen estar hechas por un gran
número de hebras. Tomad el cable hilo a hilo, tomad por separado todos los
pequeños motivos determinantes; los romperéis uno tras otro y exclamaréis:
¡esto no vale nada! Pero si los trenzáis y torcéis juntos, el resultado es una
enormidad.
Victor Hugo, Los Miserables
Cuando
el voluble Bobby Fischer, posiblemente el jugador más famoso de la historia del
ajedrez, se personó por fin en Reikiavik, en Islandia, en el verano de 1972
para enfrentarse a Boris Spassky en el campeonato mundial[1], el
nerviosismo era tan denso en el mundo del ajedrez que se podía cortar con un
cuchillo. Gente que nunca antes había mostrado el menor interés por el juego se
sentía ahora expectante ante lo que ya se conocía como el «duelo del siglo».
Sin embargo, en el vigésimo noveno movimiento del primer encuentro, en una
posición que parecía conducir a unas tablas, Fischer escogió un movimiento que
incluso un ajedrecista aficionado habría rechazado instintivamente como un
error. Esta podría haber sido una manifestación típica de lo que se conoce como
«ceguera ajedrecística», un error que en la literatura del juego se denota con
«??» y que habría supuesto la desgracia para una criatura de cinco años en un
club local de ajedrez. Lo más sorprendente era que aquel error lo cometía un
hombre que había machacado a sus rivales de camino al enfrentamiento con el
ruso Spassky con una extraordinaria secuencia de veinte victorias sucesivas
contra los mejores jugadores del mundo. (En la mayoría de los campeonatos
mundiales, es fácil que haya tantas tablas como victorias). ¿Es este tipo de
«ceguera» algo que solo ocurre en el ajedrez? ¿O acaso hay otras empresas
intelectuales igualmente propensas a los errores sorprendentes?
Oscar Wilde escribió que «la experiencia es el nombre que le damos a nuestros
errores». Sin duda todos cometemos muchos en nuestra vida diaria. Nos dejamos
las llaves dentro del coche, invertimos dinero en los valores equivocados (o en
los buenos, pero en el peor momento), sobreestimamos enormemente nuestra capacidad
para realizar múltiples tareas, y a menudo le echamos la culpa de nuestras
desgracias a las causas más absolutamente equivocadas. Este error de atribución
es, por cierto, una de las razones por las que pocas veces aprendemos de
nuestros errores. En todos los casos, por supuesto, nos damos cuenta de los
errores solo después de cometerlos; de ahí la definición de Wilde como
«experiencia». Además, somos mucho mejores juzgando a los otros que
analizándonos a nosotros mismos. En palabras del psicólogo y premio Nobel
Daniel Kahneman, «no soy demasiado optimista sobre la capacidad de la gente
para cambiar su modo de pensar, pero bastante optimista sobre su capacidad para
detectar los errores de los otros».
Incluso
procesos construidos con el mayor cuidado y atención, como los relacionados con
el sistema de justicia criminal, fallan ocasionalmente, y a veces de la forma
más desgarradora. Por ejemplo, Ray Krone, de Phoenix, Arizona[2], pasó más de
diez años entre rejas, sentenciado a la pena de muerte, tras haber sido
condenado dos veces por un brutal asesinato que no había
cometido. Al final fue exculpado totalmente (y el verdadero asesino condenado)
gracias a unas pruebas de ADN.
Este
libro, sin embargo, no se ocupa de este tipo de errores, por graves que sean,
sino de los errores científicos. Por «errores científicos» me
refiero a errores conceptuales que pueden llegar a poner en peligro grandes
esquemas y teorías completas o que, al menos en principio, pueden retrasar el
progreso de la ciencia.
La historia humana está repleta de ejemplos de pifias monumentales en un gran
abanico de disciplinas. Algunos de estos errores con consecuencias
significativas se remontan a las Escrituras, o a la mitología griega. En el
libro del Génesis, por ejemplo, el primerísimo de los actos de Eva, la madre
bíblica de todos los mortales, fue rendirse a la seductora serpiente y probar
la fruta prohibida. Este colosal descuido de su buen juicio condujo nada más y
nada menos que a la expulsión de Adán y Eva del Jardín del Edén, y, al menos en
la opinión del teólogo del siglo XIII Tomás de Aquino, a que a los humanos nos
esté vetado para siempre el conocimiento de la verdad absoluta. En la mitología
griega, la desacertada fuga de Paris con la bella Helena, la esposa del rey de
Esparta, causó la destrucción total de la ciudad de Troya. Pero estos ejemplos
apenas llegan a arañar la superficie. A lo largo de la historia, ni los más
renombrados militares ni los filósofos más célebres ni los más originales
pensadores estuvieron a salvo de errores calamitosos. Durante la segunda guerra
mundial, el mariscal de campo alemán Fedor von Bock repitió estúpidamente el
malhadado ataque de Napoleón contra Rusia de 1812. Ambos militares fueron
incapaces de valorar el insuperable poder del «General Invierno», el largo y
duro invierno ruso para el que tan mal pertrechados estaban. El historiador
británico A. J. P. Taylor[3] resumió
de este modo las calamidades de Napoleón: «Como la mayoría de quienes estudian
la historia, [Napoleón] aprendió de los errores del pasado cómo cometer otros
nuevos».
En el ámbito de la filosofía, las ideas erróneas del gran Aristóteles (como la
de creer que todos los cuerpos se mueven hacia su lugar «natural») erraron el
blanco tanto como las desatinadas predicciones de Karl Marx sobre el fin del
capitalismo. De igual manera, muchas de las especulaciones psicoanalíticas de
Sigmund Freud, ya fuese sobre el «instinto mortal» —un supuesto impulso a
regresar a un estado de sosiego anterior a la vida— ya sobre el papel de un
pueril complejo de Edipo en las neurosis de las mujeres, han resultado ser
patéticamente equivocadas, por decirlo con suavidad.
El lector pensará que, de acuerdo, la gente comete errores, pero que sin duda
cuando se trata de algunos de los grandes científicos de los
dos últimos siglos, como Linus Pauling, dos veces galardonado con el premio
Nobel, o el formidable Albert Einstein, al menos habrán acertado en las teorías
por las que hoy más los conocemos. ¿O no? Al fin y al cabo, ¿no radica la
gloria de los tiempos modernos precisamente en el establecimiento de la ciencia
como una disciplina científica, y de las matemáticas a prueba de errores como
el «lenguaje» de la ciencia fundamental? Entonces, ¿se libraron realmente las
teorías de estas mentes ilustres y de otros pensadores comparables de los
yerros más graves? ¡En absoluto!
El
propósito de este libro es presentar de manera detallada algunos de los errores
más sorprendentes de algunos científicos de auténtica talla, y seguir las
consecuencias inesperadas de esos errores. Al mismo tiempo, me propongo
analizar las posibles causas de esos errores y, en la medida que sea posible,
desvelar las fascinantes relaciones entre aquellos errores y las
características o limitaciones de la mente humana. En último término, sin
embargo, confío en poder demostrar que el camino hacia el descubrimiento y la
innovación puede construirse incluso a lo largo del improbable sendero de los
errores.
Como
veremos, las delicadas hebras de la evolución se entretejen en todos los
errores concretos que he seleccionado para explorar a fondo en este libro. Así,
me ocuparé de grandes errores relacionados con las teorías de la evolución de
la vida en la Tierra, de la evolución de la propia Tierra y de la evolución de
todo nuestro universo.
Los errores de la evolución y la evolución de los errores
Una
de las definiciones de la palabra «evolución» en el Oxford English
Dictionarydice así: «Desarrollo o crecimiento, según sus tendencias
inherentes, de cualquier cosa que pueda compararse con un organismo vivo…
También, el surgimiento o generación de cualquier cosa por desarrollo natural,
a diferencia de su producción por un acto específico». No es este el
significado original de la palabra. En latín, evolutio se
refería a desenrollar y leer de un libro en forma de rollo. Incluso cuando la
palabra comenzó a hacerse popular en biología, al principio solo se utilizaba
para describir el crecimiento de un embrión. La primera utilización de la
palabra «evolución» en el contexto del origen de las especies se encuentra en
los escritos del naturalista suizo del siglo XVIII Charles Bonnet, quien
sostenía que Dios había preorganizado el nacimiento de nuevas especies en los
gérmenes de las primeras formas de vida que había creado.
A lo largo del siglo XX, la palabra «evolución» ha quedado tan íntimamente
vinculada al nombre de Darwin que a más de uno le extrañará descubrir que en la
primera edición, de 1859, de su obra maestra, El origen de las especies,
Darwin no menciona la palabra «evolución» ¡ni siquiera una vez! Aun así, la
última palabra de El origen es «evolucionado»[4].
Desde la publicación de El origen, la evolución ha asumido el
significado más amplio de la definición que hemos reproducido más arriba, de
manera que hoy podemos hablar de la evolución de cosas tan diversas como la
lengua inglesa, la moda, la música, las opiniones, además de la evolución
cultural, la evolución de los programas informáticos, etc. (Basta con ver
cuántas páginas web se dedican a «la evolución de los hipster»)[5]. El presidente
Woodrow Wilson[6] hacía
hincapié en que la manera correcta de entender la Constitución de Estados
Unidos era por medio de la evolución: «El gobierno no es una máquina, sino un
ser vivo […] Rinde cuentas a Darwin, no a Newton».
Que centre mi atención en la evolución de la vida, la Tierra y el universo no
debe interpretarse como indicación de que estos sean los únicos ámbitos en los
que se ha metido la pata. Si he escogido estos temas concretos es por dos
razones principales. La primera es que deseaba hacer una revisión crítica de
los errores cometidos por algunos de los estudiosos que casi todos situamos en
las primeras líneas de nuestra lista de grandes mentes. Las pifias de tamañas
luminarias, aunque sean de un siglo pasado, son extraordinariamente relevantes
para las cuestiones que se plantean hoy los científicos (y, de hecho, la gente
en general). Como espero poder mostrar, el análisis de estos errores conforma
un cuerpo de conocimiento vivo que resulta cautivador por derecho propio, pero
que también puede utilizarse para guiar las acciones en ámbitos tan dispares
como la práctica científica y el comportamiento ético. La segunda razón es
simple: las cuestiones relacionadas con la evolución de la vida, la Tierra y el
universo han intrigado a los humanos (y no solo a los científicos) desde los
albores de la civilización y han inspirado incansables indagaciones para
desvelar nuestros orígenes y nuestro pasado. La curiosidad intelectual de los
humanos hacia estas cuestiones se encuentra, al menos en parte, en las raíces
de las creencias religiosas, de los relatos mitológicos de la creación y de las
indagaciones filosóficas. Además, la vertiente más empírica, más basada en la
evidencia, de esta curiosidad es lo que con el tiempo condujo al nacimiento de
la ciencia. Los progresos que ha realizado la humanidad al descifrar algunos de
los complejos procesos que intervienen en la evolución de la vida, la Tierra y
el cosmos son poco menos que milagrosos. Resulta difícil de creer, pero hoy
pensamos que podemos reconstruir la evolución cósmica hasta el momento en que
la edad de nuestro universo era de apenas una fracción de segundo. Aun así, nos
quedan muchas preguntas por responder, y la pregunta de la evolución sigue
siendo un tema candente aún en nuestros días.
Me llevó bastante tiempo decidir a cuáles de los grandes científicos debía
incluir en este periplo por profundas aguas intelectuales y prácticas, pero al
final me decanté por los errores de cinco personajes. Mi lista de «cometedores
de errores» sorprendentes incluye al celebrado naturalista Charles Darwin; al
físico lord Kelvin (el mismo que da nombre a una escala de temperatura); a
Linus Pauling, uno de los químicos más influyentes de la historia; al famoso
astrofísico y cosmólogo inglés Fred Hoyle; y a Albert Einstein, que no requiere
presentación. En cada uno de los casos, abordo el tema central desde dos
perspectivas bastante distintas, aunque complementarias. Por un lado, este es
un libro sobre algunas de las teorías de estos grandes sabios y sobre las
fascinantes relaciones entre esas teorías, examinadas en parte desde el punto
de vista inusual de sus debilidades y, en algunos casos, incluso de sus fallos.
Por otro lado, examinaré brevemente los diversos tipos de errores e intentaré
identificar sus causas psicológicas (y, a ser posible, neurocientíficas). Como
veremos, no todos los errores son iguales, y de hecho los cometidos por los
cinco científicos de mi lista son de naturaleza bastante distinta. El error de
Darwin consistió en no comprender las verdaderas implicaciones de una hipótesis
determinada. Kelvin erró por ignorar posibilidades imprevistas. La pifia de
Pauling fue el resultado de un exceso de confianza nacido de sus éxitos
anteriores. Hoyle se equivocó en su obstinada defensa de la disconformidad con
la corriente mayoritaria de la ciencia. Einstein falló a causa de un sentido
equivocado de lo que constituye la simplicidad estética. Lo principal, en
cualquier caso, es que a lo largo del camino descubriremos que los errores no
solo son inevitables sino que constituyen una parte esencial del progreso de la
ciencia. El desarrollo de la ciencia no es una andadura directa hacia la
verdad. De no ser por los falsos inicios y los callejones sin salida, los
científicos llegarían demasiado lejos por caminos equivocados. Todos los
errores que se describen en este libro han actuado de un modo u otro como
catalizadores de progresos realmente revolucionarios, de ahí que los describa
como «errores geniales». Sirvieron para disipar la niebla por la que avanzaba
la ciencia, con su habitual sucesión de pasos pequeños ocasionalmente jalonados
por saltos espectaculares.
He organizado el libro de modo que, para cada uno de los científicos, primero
presento la esencia de algunas de las teorías por las que es
más conocido. Se trata de resúmenes concisos que tienen el propósito de servir
de introducción a las ideas de estos maestros y de proporcionar el contexto
apropiado para los errores, pero que no pretenden ser descripciones cabales de
sus respectivas teorías. Además, he decidido centrarme en cada caso en uno solo
de sus errores en lugar de pasar revista a la lista de todas las pifias que
estos sabios pueden haber cometido a lo largo de sus largas carreras. Comenzaré
con el hombre de quien el New York Times escribió
acertadamente en su obituario (publicado el 21 de abril de 1882) que «ha dado
mucho que leer, pero más aún ha dado que hablar».
Hay
grandeza en esta visión de que la vida, con sus diversas potencias, haya sido
alentada en su origen en unas pocas formas o en una sola, y que mientras este
planeta ha seguido girando de acuerdo con la ley fija de la gravedad, a partir
de tan simple principio hayan evolucionado y evolucionen todavía formas
innumerables, las más bellas y maravillosas.
Charles Darwin
Lo
más sorprendente de la vida en la Tierra es su prodigiosa diversidad. Durante
un paseo casual de una tarde de primavera es muy probable que nos encontremos
con varios tipos de pájaros, muchos insectos, quizá una ardilla, unas cuantas
personas (algunas acompañadas por sus perros) y una gran variedad de plantas.
Incluso en lo que respecta a las propiedades más fáciles de discernir, los
organismos de la Tierra difieren en tamaño, color, forma, hábitat, alimento y
capacidades. En un extremo están las bacterias, con una longitud de apenas una
centésima de milésima de un centímetro, y en el otro las ballenas azules, de
más de 30 metros de largo. Entre los miles de especies descritas de los
moluscos marinos que se conocen con el nombre de nudibranquios, muchas tienen
un aspecto de lo más anodino mientras que otras exhiben algunos de los colores
más suntuosos que se puedan ver entre los seres vivos de la Tierra. Las aves
pueden volar hasta una altitud extraordinaria en la atmósfera: el 29 de
noviembre de 1975[7], un gran
buitre fue succionado por un motor a reacción a una altura de 11 500 metros
sobre Costa de Marfil, en África occidental. Otras aves, como los ánsares
indios o los cisnes cantores, durante sus migraciones suelen volar a más de
7000 metros. Para no ser menos, los organismos marinos alcanzan récords
parecidos de profundidad. El 23 de enero de 1960, el explorador Jacques Piccard[8] y el
lugarteniente Don Walsh de la marina de Estados Unidos batieron un récord al
descender lentamente en un vehículo especial llamado batiscafo hasta el lugar
más profundo del océano Pacífico, la Fosa de las Marianas, al sur de Guam.
Cuando por fin tocaron fondo a la profundidad récord de 10 912 metros, quedaron
anonadados al descubrir a su alrededor un nuevo tipo de gamba abisal a la que
no parecía molestar en absoluto la presión de 1157 atmósferas. El 26 de marzo
de 2012, el director de cine James Cameron alcanzó el punto más hondo de la
Fosa de las Marianas en un submarino especialmente diseñado. Lo describió como
un paisaje gelatinoso tan desolado como la Luna. Sin embargo, también dijo
haber visto unos organismos con aspecto de camarón de no más de dos o tres
centímetros de longitud.
Nadie sabe a ciencia cierta cuántas especies viven en la Tierra en la
actualidad. Un catálogo reciente[9], publicado en
septiembre de 2009, formalmente describe y da nombre a alrededor de 1,9
millones de especies. Pero como la mayoría de las especies son microorganismos
o invertebrados de muy pequeño tamaño, muchos de ellos difíciles de observar o
capturar, la mayoría de las estimaciones del número total de especies no pasan
de ser conjeturas más o menos informadas. Por lo general, las estimaciones
varían entre 5 millones y alrededor de 100 millones de especies diferentes,
aunque se considera probable una cifra de entre 5 y 10 millones. (El estudio
más reciente predice[10] alrededor
de 8,7 millones). Esta gran incertidumbre no puede sorprender a nadie que
comprenda que una cucharada de la tierra que pisamos[11] puede
albergar muchos miles de especies de bacterias.
La segunda cosa sorprendente que caracteriza la vida en la Tierra, además de su
diversidad, es el increíble grado de adaptación que demuestran
tanto plantas como animales. Desde el hocico alargado del oso hormiguero y la
larga y veloz lengua del camaleón (capaz de golpear a su presa en apenas ¡30
milésimas de segundo!), al potente pico del pájaro carpintero, de forma tan característica,
o la lente del ojo de un pez, los seres vivos parecen amoldarse perfectamente a
los requerimientos que les impone la vida. No solo las abejas están construidas
de tal manera que su cuerpo se aloja confortablemente en las flores de las
plantas de las que extraen el néctar, sino que las propias plantas se
aprovechan de las visitas de estas abejas para su propia propagación pegando su
polen al cuerpo y las patas de las abejas, que así lo transportan a otras
flores.
Hay muchas especies biológicas distintas que viven gracias a una portentosa
interacción del tipo de «ráscame la espalda y yo te la rasco a ti»: una simbiosis.
El pez payaso[12], por
ejemplo, habita entre los urticantes tentáculos de la anémona magnífica. Los
tentáculos protegen al pez payaso de sus depredadores, y el pez devuelve el
favor escudando a la anémona de otros peces que se alimentan de ellas. Una
mucosidad especial del cuerpo del pez lo protege de los venenosos tentáculos de
su hospedador, perfeccionando así esta armónica adaptación. Las relaciones de
mutualismo se han desarrollado incluso entre bacterias y animales. Por ejemplo,
en las chimeneas hidrotermales del fondo marino se encontraron unos mejillones
bañados por los fluidos ricos en hidrógeno; si vivían allí era gracias a que
alojaban y explotaban una población interna de bacterias que consumían
hidrógeno. De modo parecido, se descubrió que una bacteria del género Rickettsia confería
ventajas para la supervivencia de la mosquita blanca del boniato, y de paso
para la suya propia.
Por cierto que un ejemplo popular de una relación simbiótica extraordinaria
probablemente no pase de mito. Muchos textos describen la relación recíproca
entre el cocodrilo del Nilo y una pequeña ave conocida como pluvial o chorlito
egipcio. Según el filósofo griego Aristóteles[13], cuando el
cocodrilo bosteza, esta pequeña ave «vuela hasta el interior de su boca y le
limpia los dientes», con lo que el pluvial consigue alimento y el cocodrilo
«obtiene alivio y bienestar». Una descripción parecida[14] aparece
también en la influyente Historia Natural de Plinio el Viejo,
un filósofo natural del siglo I. Sin embargo, no disponemos de una sola
observación de esta simbiosis en la literatura científica moderna, ni existe
tampoco ninguna fotografía o filmación que documente este comportamiento. Tal vez
no debiera sorprendernos tanto si tenemos en cuenta el cuestionable historial
de Plinio el Viejo: ¡muchas de sus afirmaciones científicas resultaron ser
erróneas!
La prolífica diversidad, unida al intrincado encaje y adaptación de una
prodigiosa riqueza de formas de vida, convencieron a muchos teólogos naturales,
desde Tomás de Aquino en el siglo XIII a William Paley en el siglo XVIII, de
que la vida en la Tierra requería la mano experta de un arquitecto supremo.
Ideas como estas ya hicieron su aparición en el primer siglo de nuestra era. El
famoso orador romano Marco Tulio Cicerón[15] argumentaba
que el mundo natural tenía que haber surgido de alguna «razón» natural:
Y si
la estructura del mundo en todas sus partes es tal que no podría haber sido
mejor ni en cuanto a utilidad ni en cuanto a belleza […] Si, pues, los
productos de la naturaleza son mejores que los del arte y si el arte no produce
nada sin la ayuda de la razón, tampoco se puede pensar que la naturaleza
carezca de razón.
Cicerón
fue también el primero en recurrir a la metáfora del relojero que más tarde se
convertiría en el argumento clave a favor de un «diseñador inteligente». En
palabras de Cicerón:
Cuando
ves una estatua o una pintura, reconoces allí la mano o presencia del arte;
cuando ves a distancia marchar una nave no vacilas en suponer que su movimiento
es guiado por la razón y por el arte; cuando miras a un reloj de sol o a una
clepsidra, infieres que eso te indica el tiempo gracias al arte y no por
casualidad; ¿cómo puede, pues, ser lógico o consecuente suponer que el mundo,
que incluye en sí las obras de arte de que hablamos, los artífices que las
hicieron, y cualquier otra cosa además, pueda carecer de plan y razón?
Esta
fue precisamente la argumentación adoptada por William Paley[16] casi
dos mil años más tarde: un invento implica un inventor del mismo modo que un
diseño implica un diseñador. Un complicado reloj, sostenía Paley, es testimonio
de la existencia de un relojero. Por consiguiente, ¿no deberíamos concluir lo
mismo sobre algo tan exquisito como la vida? Al fin y al cabo, «Toda indicación
de un artilugio, toda manifestación de un diseño, que existe en el reloj,
existe en la obra de la naturaleza; con la diferencia, en el caso de la
naturaleza, de ser más y mayor, y ello en un grado que supera todo cálculo».
Esta ferviente defensa de la necesidad imperativa de un «diseñador» (pues se
consideraba que la única pero inaceptable alternativa era la casualidad o el
azar) convenció a muchos filósofos naturales casi hasta el principio del siglo
XIX.
Implícito en el argumento del diseño había aun otro dogma: se creía que las
especies eran absolutamente inmutables. La idea de la existencia
eterna hundía sus raíces en una larga cadena de convicciones sobre otras
entidades que se consideraban resistentes e inalterables. En la tradición
aristotélica, por ejemplo, la esfera de las estrellas fijas se suponía
totalmente inviolable. Solo en tiempos de Galileo esta idea se hizo añicos del
todo con el descubrimiento de estrellas «nuevas» (que en realidad eran supernovas,
estrellas viejas que habían explotado). Los impresionantes progresos de la
física y la química durante los siglos XVII y XVIII llevó a pensar, sin
embargo, que algunas esencias eran ciertamente más básicas y más permanentes
que otras, y que unas pocas, en la práctica, podían considerarse casi eternas.
Así, se comprendió que elementos químicos como el oxígeno y el carbono eran
constantes (al menos a lo largo de la historia humana) en sus propiedades
básicas; que el oxígeno que respiró Julio César era idéntico al que exhaló
Isaac Newton. De igual modo, las leyes del movimiento y de la gravitación
formuladas por Newton se aplicaban a todo, desde la caída de las manzanas a las
órbitas de los planetas, y parecían ser decididamente inmutables.
Figura 1
Sin
embargo, a falta de directrices claras sobre cómo determinar qué cantidades o
conceptos naturales eran verdaderamente fundamentales y cuáles no lo eran (pese
a algunos esforzados intentos por parte de físicos como John Locke, George
Berkeley y David Hume), muchos de los naturalistas del siglo XVIII optaron
simplemente por adoptar la antigua concepción griega de las especies ideales e
inmutables.
Estas eran las corrientes y mareas de pensamiento que prevalecían acerca de la
vida hasta que un hombre tuvo el desparpajo, la visión y la comprensión
profunda que le permitieron tejer, con un enorme ovillo de hilos dispares, un
magnífico tapiz. Este hombre fue Charles Darwin (que en la figura 1 aparece
hacia el final de su vida), y su gran concepto unificador se ha convertido en
la más inspiradora teoría no matemática de la humanidad. Darwin literalmente
transformó las ideas sobre la vida en la Tierra de un mito en una ciencia.
Revolución
La primera edición de la obra de Darwin[17]El origen
de las especies, se publicó el 24 de noviembre de 1859 en Londres, y aquel
día la biología cambió para siempre. (La figura 2 muestra la página del título
de la primera edición; Darwin se refería a su obra como «mi hija» tras su
publicación). Antes de adentrarnos en las argumentaciones centrales de El
origen, es importante entender qué no se discute en ese
libro. Darwin no dice ni siquiera una sola palabra sobre el origenreal
de la vida o sobre la evolución del universo en su conjunto.
Además, en contra de algunas creencias populares, tampoco discute en absoluto
la evolución de los seres humanos, salvo en un párrafo profético y optimista
hacia el final del libro, en el que dice: «En el futuro lejano veo cómo se
abren los campos a investigaciones más importantes. La psicología se sostendrá
sobre un nuevo cimiento, el de la necesaria adquisición de cada potencia y
capacidad mental de manera gradual. Se arrojará luz sobre el origen del hombre
y sobre su historia»[18]. Solo en un
libro posterior, El origen del hombre y la selección en relación al
sexo, que se publicó una docena de años después de El origen,
decidió Darwin dejar claro que creía que sus ideas sobre la evolución también
se aplicaban a los humanos. En realidad fue mucho más concreto, llegando a la
conclusión de que los humanos eran los descendientes naturales de alguna
especie simiesca que probablemente viviera en los árboles del «Viejo Mundo»
(África): Llegamos así a conocer que el hombre[19] desciende
de un cuadrúpedo peludo y con cola, probablemente de hábito arbóreo, que vivía
en el Viejo Mundo. Si un naturalista examinara toda la estructura de esta
criatura, la clasificaría entre los cuadrumanos [primates con cuatro manos,
como los simios] con tanta seguridad como a los progenitores, aún más antiguos,
de los monos del Viejo y del Nuevo Mundo.
No obstante, la mayor parte del trabajo intelectual de peso sobre la evolución
ya se había hecho en El origen. De un solo golpe, Darwin había
acabado con el concepto de diseño, había disipado la idea de que las especies
fuesen eternas e inmutables, y había propuesto un mecanismo que permitía
explicar la adaptación y la diversidad.
En términos sencillos, la teoría de Darwin está constituida por cuatro pilares[20]principales
sostenidos por un singular mecanismo. Los pilares son: evolución, gradualismo, descendencia
común y especiación. El mecanismo crucial que mueve todo y
enlaza estos elementos dispares para que cooperen es la selección
natural, que, como hoy sabemos, está complementada hasta cierto punto por
unos pocos mecanismos más de cambio evolutivo, algunos de los cuales Darwin no
podía haber llegado a conocer.
Veamos de manera muy sucinta en qué consisten los distintos componentes de la
teoría de Darwin. La descripción seguirá las ideas propias de Darwin más que
una versión moderna y actualizada de estos conceptos. No obstante, en algunos
momentos será prácticamente imposible eludir la presentación de observaciones y
pruebas acumuladas desde los tiempos de Darwin.
Como descubriremos en el próximo capítulo, sin embargo, Darwin cometió un grave
error que podría haber invalidado completamente su idea más nueva e importante,
la de la selección natural. La raíz del error no fue culpa de Darwin, puesto
que nadie en el siglo XIX entendía la genética, pero Darwin no llegó a
comprender que la teoría genética con la que trabajaba era letal para el
concepto de selección natural.
Figura 2
El
primer aspecto esencial de la teoría es la propia evolución. Aunque algunas de
las ideas de Darwin sobre la evolución tenían un historial más antiguo[21], los
naturalistas franceses e ingleses que lo precedieron (entre los que destacan
figuras como Pierre-Louis Moreau de Maupertuis, Jean-Baptiste Lamarck, Robert
Chambers y el propio abuelo de Darwin, Erasmus Darwin) no lograron proponer un
mecanismo convincente que explicara la evolución. He aquí cómo describía la
evolución el propio Darwin: «La concepción que sostiene la mayoría de los
naturalistas, y que yo mismo he sostenido, a saber, que cada especie fue creada
de manera independiente, es errónea. Estoy plenamente convencido de que las
especies no son inmutables, sino que aquellas que pertenecen a lo que conocemos
como los mismos géneros son descendientes lineales de otras especies, por lo
general extintas». En otras palabras, las especies que vemos hoy no existieron
siempre. Son descendientes de otras especies anteriores que se extinguieron.
Los biólogos modernos tienden a distinguir entre microevolución y macroevolución[22]. La
microevolución comprende cambios pequeños (como los que a veces se observan en
bacterias) que son el resultado del proceso evolutivo a lo largo de periodos de
tiempo relativamente cortos, por lo general dentro de poblaciones locales. La
macroevolución se refiere a los resultados de la evolución a lo largo de
escalas temporales más amplias y por lo general entre especies, y puede incluir
también episodios de extinción en masa, como el que acabó con los dinosaurios.
Durante los años transcurridos desde la publicación de El origen,
la idea de la evolución se ha convertido en el principio director de toda la
investigación de las ciencias de la vida, hasta tal punto de que en 1973
Theodosius Dobzhansky, uno de los biólogos evolutivos más eminentes del siglo
XX, publicó un ensayo titulado «Nada en la biología tiene sentido si no es a la
luz de la evolución»[23]. Al final de
su artículo, Dobzhansky observaba que el jesuita y filósofo francés del siglo
XX Pierre Teilhard de Chardin «era un creacionista, pero entendía que en este
mundo la Creación se realiza por medio de la evolución».
Darwin tomó prestada la idea plasmada en su segundo pilar, la del gradualismo,
principalmente de los trabajos de dos geólogos. Uno fue el geólogo del siglo
XVIII James Hutton, y el otro fue Charles Lyell, un coetáneo de Darwin que
llegaría a ser un amigo cercano. El registro geológico mostraba patrones
formados por bandas horizontales que cubrían grandes áreas geográficas. Esto,
unido al descubrimiento de distintos fósiles dentro de estas bandas, sugería
una progresión de cambio paulatino. Hutton y Lyell fueron los principales
responsables de la formulación de la moderna teoría del uniformitarianismo[24], la idea de
que las tasas con las que ocurren procesos como la erosión y la sedimentación
en el presente son parecidas a las del pasado. (Volveremos a ver este concepto
en el capítulo 4, cuando hablemos de lord Kelvin). Darwin argumentó que del
mismo modo que la acción geológica modela la Tierra de forma lenta pero segura,
los cambios evolutivos son el resultado de transformaciones que se extienden a
cientos de miles de generaciones. Por consiguiente, uno no debería esperar ver
alteraciones significativas en menos de decenas de miles de años, salvo tal vez
en organismos que se multiplican con mucha frecuencia, como las bacterias, las
cuales, como hoy sabemos, pueden desarrollar resistencia a los antibióticos en
periodos verdaderamente breves. En contra del uniformitarianismo, sin embargo,
la tasa de los cambios evolutivos por lo general no es uniforme a lo largo del
tiempo para una especie determinada, y puede variar aún más de una especie a
otra. Como veremos más adelante, es la presión ejercida por la selección
natural lo que determina de manera más importante lo rápido que se manifiesta
la evolución. Algunos «fósiles vivientes», como la lamprea[25] (un
vertebrado marino sin mandíbulas, con la boca en forma de embudo), no parece
que hayan evolucionado apenas en 360 millones de años. Como digresión
fascinante, debo observar que la idea del cambio gradual ya la había propuesto
en el siglo XVII el filósofo empiricista John Locke, quien escribió con
clarividencia que «los límites de las especies, los que utiliza el hombre para
clasificarlas, están hechos por los propios hombres».
El siguiente pilar de la teoría de Darwin, el concepto de un antepasado
común[26], es lo que
en su encarnación moderna se ha convertido en el principal motivador de todas
las búsquedas realizadas en nuestros días del origen de la vida. Darwin primero
argumentó que no hay duda de que todos los miembros de cualquier clase
taxonómica, por ejemplo, todos los vertebrados, se originaron a partir de un
antepasado común. Pero su imaginación lo llevó mucho más lejos que esta idea.
Aunque su teoría precedía a cualquier conocimiento de que todos los organismos
vivos comparten características tales como su código de ADN, un pequeño número
de aminoácidos y la molécula que sirve de moneda de cambio en la producción de
energía, Darwin todavía tuvo el coraje de proclamar: «La analogía me llevaría a
dar un paso más, a creer que todos los animales y las plantas descendieron de
algún prototipo único». Luego, tras reconocer con prudencia que «la analogía
puede ser una guía engañosa», concluyó de todos modos que «probablemente todos
los seres orgánicos que hayan vivido en algún momento sobre la Tierra descendieron
de alguna forma primordial, a la que en un principio se infundió la vida».
Uno se preguntará, sin embargo, que si toda la vida de la Tierra tuvo su origen
en un único antepasado común, ¿de qué manera surgió la extraordinaria
diversidad que vemos? Al fin y al cabo, esa es la primera característica de la
vida que nos ha parecido que requería una explicación. Darwin no se amilanó y
cogió el toro por los cuernos; no es ninguna casualidad que el título de su
obra lleve la palabra «especies». En la solución de Darwin al problema de la
diversidad[27] intervenía
otra idea original: la de la ramificación, o especiación. Darwin razonó que la
vida debía haber comenzado a partir de un antepasado común del mismo modo que
un árbol tiene un único tronco. De la misma manera que de un tronco nacen
ramas, que luego se dividen en otras más pequeñas, el «árbol de la vida»[28]evolucionó
por medio de muchos eventos de ramificación, creando especies distintas en cada
uno de los nodos de bifurcación. Muchas de estas especies se extinguieron,
igual que se rompen y mueren las ramas de un árbol. Sin embargo, como en cada
ramificación se duplica el número de especies descendientes de un antepasado,
el número de especies distintas puede crecer enormemente. Pero ¿cuándo se
produce la especiación? De acuerdo con las teorías actuales, sobre todo cuando
un grupo de miembros de una especie determinada queda separado geográficamente.
Por ejemplo, un grupo puede desplazarse hacia la vertiente lluviosa de una
cadena de montañas mientras el resto de la especie se queda en el vertiente
seca. Con el tiempo, estos ambientes tan distintos dan lugar a vías evolutivas
diferentes que, tarde o temprano, conducen a dos poblaciones que ya no se
pueden reproducir entre ellas, o lo que es lo mismo, son especies distintas. En
algunas ocasiones más raras, la especiación podría crear especies nuevas que
surgen del cruce entre dos especies. Parece que así ocurrió en el caso del
gorrión alpino[29], que en 2011
se demostró que era genéticamente intermedio entre el gorrión moruno y el
gorrión común. El gorrión alpino y el moruno se comportan como especies bien
diferenciadas, pero el gorrión alpino y el común forman zonas híbridas allí
donde coinciden las áreas de distribución de las dos especies.
Curiosamente, en 1945, al escritor Vladimir Nabokov[30], autor
de Lolita y de Fuego pálido, se le ocurrió una
hipótesis revolucionaria para explicar la evolución de un grupo de mariposas
diurnas, Polyommatus y afines, popularmente conocidas como
niñas. Nabokov, que siempre cultivó un interés por la mariposas, especuló que
estas habían llegado al Nuevo Mundo desde Asia en una serie de oleadas que se
sucedieron a lo largo de varios millones de años. Para su sorpresa, en 2011 un
grupo de científicos confirmó la conjetura de Nabokov con la ayuda de
tecnología de secuenciación. Lo que estos científicos descubrieron fue que las
especies del Nuevo Mundo compartían un antepasado común que vivió hace unos
diez millones de años, pero que muchas especies del Nuevo Mundo estaban más
emparentadas con mariposas del Viejo Mundo que con sus vecinas.
Darwin era lo bastante consciente de la importancia que revestía el concepto de
especiación para su teoría como para incluir un diagrama esquemático de su
árbol de la vida. (La figura 3 muestra el bosquejo original de su cuaderno de notas
de 1837). De hecho, esta es la única figura que aparece en todo el libro. ¡Lo
más fascinante es que Darwin escribió un cauteloso «Esto creo» en lo alto de la
página!
En muchos casos, los biólogos evolutivos han podido identificar la mayoría de
los pasos intermedios de un proceso de especiación, desde pares de especies que
probablemente se hayan escindido a partir de una sola especie, a pares de
especies que están casi a punto de ser empujadas a separarse. A un nivel de más
detalle, una combinación de datos moleculares y paleontológicos ha permitido
dibujar, por ejemplo, un árbol filogenético[31] con una
resolución y datación relativamente finas de todas las familias de mamíferos
actuales o extinguidos en tiempos muy recientes.
Llegados a este punto no puedo evitar una digresión para hacer notar que desde
mi perspectiva personal hay otro aspecto de las ideas sobre un antepasado común
y sobre la especiación que hace que la teoría de Darwin sea verdaderamente
singular. Hace más o menos una década, mientras trabajaba en el libro The
Accelerating Universe[32], intentaba
identificar los ingredientes que hacen que una teoría física del universo sea
«bella» a los ojos de los científicos. Al final, llegué a la conclusión de que
dos de los constituyentes absolutamente esenciales eran la simplicidad y
algo que se conoce como principio copernicano. (En el caso de la
física, el tercer ingrediente es la simetría). Por «simplicidad» me
refiero al reduccionismo[33], en el
sentido en que lo entiende la mayoría de los físicos: la capacidad de explicar
tantos fenómenos como sea posible con el menor número de leyes posible. Esta ha
sido siempre, y lo sigue siendo, la meta de la física moderna. Los físicos no
se quedan satisfechos con una teoría extraordinariamente buena del mundo
subatómico (la mecánica cuántica) y otra igualmente buena para el universo a
gran escala (la relatividad general), sino que querrían tener una «teoría de
todo» unificada que dé cuenta de todo el conjunto.
El principio copernicano debe su nombre al astrónomo polaco Nicolás Copérnico,
que en el siglo XVI expulsó a la Tierra de la posición privilegiada que ocupaba
en el centro del universo. Las teorías que obedecen el principio de Copérnico
no requieren que los humanos ocupen ningún lugar especial para que las teorías
funcionen.
Figura 3
Copérnico
nos enseñó que la Tierra no es el centro del sistema solar, y todos los
hallazgos posteriores de la astronomía no han hecho más que reforzar nuestra
convicción de que, desde una perspectiva física, los humanos no desempeñamos
ningún papel especial en el cosmos. Vivimos en un planeta diminuto que da
vueltas en torno a una estrella normal y corriente de una galaxia que contiene
cientos de miles de millones de estrellas parecidas. Nuestra insignificancia
física va aún más lejos. No solo hay unos doscientos mil millones de galaxias
en el universo, sino que, además, la materia ordinaria, la sustancia de la que
estamos hechos nosotros y las estrellas y el gas de todas las galaxias, no
constituye mucho más del 4 por ciento de toda la energía que contiene el
universo. O sea, que no tenemos nada de especial. (En el capítulo 11 me ocuparé
de algunas ideas que sugieren que tampoco deberíamos llevar demasiado lejos la
humildad copernicana).
Tanto el reduccionismo como el principio copernicano son auténticas características
de la teoría de la evolución de Darwin. Con una concepción unificada, Darwin
nos explicó casi todo lo concerniente a la vida en la Tierra (salvo su origen).
Difícilmente se puede ser más reduccionista. Pero, además, su teoría era
copernicana hasta la médula. Los humanos evolucionaron del mismo modo que
cualquier otro organismo. En la analogía del árbol, todas las yemas jóvenes
están separadas del tronco principal por un número parecido de nodos de
bifurcación; solo difieren en que apuntan en direcciones distintas. De manera
equivalente, en el esquema evolutivo de Darwin, todos los organismos vivos en
la actualidad, incluidos los humanos, son el producto de rutas evolutivas
parecidas. Los humanos decididamente no ocupan un lugar excepcional o único en
este esquema: no son los señores de la creación, sino producto de la adaptación
y el desarrollo a partir de sus antepasados en la Tierra. Este fue el fin del
«antropocentrismo absoluto». Todos los seres vivos de la Tierra forman parte de
la misma gran familia. En palabras del influyente biólogo evolutivo Stephen Jay
Gould, «la evolución darwiniana es más un arbusto que una escalera». En buena
medida, lo que durante más de 150 años ha alimentado la oposición a Darwin ha
sido precisamente ese temor a que la teoría de la evolución expulse a los
humanos del pedestal sobre el que ellos mismos se han colocado. Darwin nos ha
obligado a repensar la naturaleza del mundo y de los humanos. Fijémonos en que
en un esquema en el que solo sobreviven los «mejor adaptados» (como enseguida
discutiremos en el contexto de la selección natural), uno podría argumentar que
los insectos claramente han sobrepasado a los humanos, puesto que son muchos
más. Suele citarse a este respecto al genetista británico J. B. S. Haldane[34] quien
(posiblemente la historia sea apócrifa) le replicó a un teólogo que le acababa
de preguntar si a partir del estudio de la creación se podía concluir algo
sobre el Creador, con la observación de que Dios «siente debilidad por los
escarabajos». Hoy sabemos que incluso en términos del tamaño del genoma (el
conjunto de la información que se hereda), los humanos, se crea o no, nos
quedamos por debajo de un ameboide de agua dulce[35] llamado Polychaos
dubium. Con 670 miles de millones de pares de bases de ADN según las
mediciones actuales, el genoma de este microorganismo podría ser ¡más de
doscientas veces mayor que el genoma humano!
La teoría de Darwin, por consiguiente, satisface ampliamente los dos criterios
aplicables (que debo admitir que son un tanto subjetivos) para que una teoría
sea realmente hermosa. No es de extrañar, entonces, que El origen haya
instigado el que tal vez sea el cambio más drástico del pensamiento jamás provocado
por un tratado científico.
Volviendo ahora a la teoría en cuestión, Darwin no estaba satisfecho con hacer
afirmaciones sobre los cambios evolutivos y la producción de la diversidad.
Creía que su principal tarea consistía en explicar cómo se
habían producido esos procesos. Para alcanzar su meta, tuvo que concebir una
alternativa convincente al creacionismo que explicase el aparente diseño de la
naturaleza. Su idea, la selección natural, ha sido considerada por el filósofo
Daniel C. Dennett, de la Universidad Tufts, como nada menos que «la mejor idea
que nadie haya tenido jamás».
La selección natural
Uno de los retos que planteaba el concepto de la evolución concernía a la
adaptación, es decir, la observación de que las especies parecen estar en
perfecta armonía con su ambiente, y del ajuste mutuo de los rasgos de los
organismos, desde las partes de su cuerpo a los procesos fisiológicos. Esto
resultaba enigmático incluso para los naturalistas más inclinados a la
evolución que precedieron a Darwin: si las especies se encuentran tan bien
adaptadas, ¿cómo pueden evolucionar y aun así mantenerse bien adaptadas? Darwin
era muy consciente de este problema, y se preocupó porque su principio de la
selección natural lo explicara de una manera satisfactoria.
La idea básica que subyace a la selección natural es bastante sencilla (¡cuando
se la explican a uno!). Como a menudo pasa con los descubrimientos cuyo momento
ha llegado, el naturalista Alfred Russel Wallace formuló de manera
independiente y más o menos al mismo tiempo unas ideas muy parecidas. No
obstante, Wallace fue muy claro acerca de quién creía que merecía la mayor
parte del crédito. En una carta a Darwin[36] del 29
de mayo de 1864, escribió:
Por
lo que atañe a la teoría de la selección natural en sí, siempre sostendré que
es vuestra y solo vuestra. Usted la ha desarrollado en aspectos sobre los que
yo nunca había pensado, años antes de que yo mismo viese un rayo de luz sobre
este asunto, y mi artículo nunca hubiera convencido a nadie ni se le hubiera
tenido por nada más que una ingeniosa especulación, mientras que su libro ha
revolucionado el estudio de la historia natural.
Intentemos
seguir la línea del pensamiento de Darwin. En primer lugar, se dio cuenta de
que las especies tienden a producir más descendientes de los que pueden
sobrevivir. En segundo lugar, los individuos de una especie determinada nunca
son del todo idénticos. Si algunos poseen algún tipo de ventaja en cuanto a su
capacidad para enfrentarse a la adversidad de su entorno, y si
suponemos que esa ventaja es heredable y se transmite a sus descendientes,
debemos concluir que, con el tiempo, la población irá cambiando de forma
paulatina hacia los organismos que están mejor adaptados. He aquí cómo lo
expresa el propio Darwin[37] en el
capítulo 3 de El origen:
A
causa de esta lucha por la existencia, cualquier variación, por pequeña que sea
y sea cual sea la causa de la que proceda, si en alguna medida resulta
provechosa para un individuo de una especie en sus infinitamente complejas
relaciones con otros seres orgánicos y con la naturaleza de su entorno, tenderá
a preservar a ese individuo y por lo general será heredada por sus
descendientes. Estos, a su vez, gozarán de este modo de una mayor probabilidad
de sobrevivir, pues de los muchos individuos de una especie que nacen cada
cierto tiempo, solo puede sobrevivir un pequeño número. A este principio, por
el que cada pequeña variación, si es útil se preserva, lo he llamado selección
natural.[38]
Con
la terminología moderna de los genes (de la que Darwin no sabía absolutamente
nada), diríamos que la selección natural enuncia sencillamente que aquellos
individuos cuyos genes sean «mejores» (en cuando a supervivencia y
reproducción) serán capaces de producir más descendientes, y que esos
descendientes también tendrán genes mejores (en términos relativos). Dicho de
otro modo, a lo largo de muchas generaciones, las mutaciones beneficiosas
acaban imponiéndose mientras que las perjudiciales son eliminadas, lo que tiene
como resultado la evolución hacia una mejor adaptación. Por ejemplo, es fácil
ver que ser más rápido puede beneficiar tanto al depredador como a su presa. Es
así como en las amplias llanuras del Serengueti, en África oriental, la
selección natural ha producido algunos de los animales más veloces de la
Tierra.
Hay varios elementos que se combinan de manera efectiva para configurar el
concepto completo de la selección natural. En primer lugar, la selección
natural tiene lugar en las poblaciones, es decir, las comunidades
de individuos que se reproducen entre sí en localidades geográficas concretas,
y no en los individuos. En segundo lugar, las poblaciones suelen tener un
potencial reproductor tan alto que, si no estuviera sometido a algún tipo de
limitación, conduciría a un crecimiento exponencial. Por ejemplo, la hembra del
pez luna (Mola mola) produce hasta trescientos millones de huevos de
cada vez. Si tan solo un 1 por ciento de esos huevos fuese fecundado y
sobreviviera hasta la edad adulta, no tardaríamos en tener los océanos repletos
de peces luna (cada uno con un peso medio de más de 1000 kilos). Por suerte, a
causa de la competencia con otras especies, los enfrentamientos con
depredadores y otras adversidades de su entorno, de una pareja de progenitores
de cualquier especie, por término medio solo sobreviven hasta reproducirse dos
descendientes.
Esta descripción deja claro que la palabra «selección», en la formulación de
Darwin de la selección natural, en realidad se refiere más a un proceso
de eliminación de los miembros «más débiles» (en términos de
supervivencia y reproducción) de una población, que a una selección de
naturaleza antropomórfica. De manera metafórica, podemos ver el proceso de
selección como una criba por un enorme cedazo. Las partículas más grandes (que
corresponden a los individuos que sobreviven) se quedan en el cedazo, y las que
lo atraviesan quedan eliminadas. El entorno es el agente que sacude el cedazo.
Por eso, en una carta que Wallace le escribió a Darwin[39] el 2 de
julio de 1866, llegó a sugerirle que considerara la posibilidad de cambiar el
nombre del principio:
Deseo,
por ello, sugerirle la posibilidad de evitar por completo esta fuente de
confusión […] y creo que puede hacerse sin dificultad y de manera muy eficaz
adoptando el término de Spencer (que suele utilizar de preferencia al de
selección natural), a saber, «supervivencia del más apto». Este término es la
expresión llana de los hechos; la «selección natural» es una expresión
metafórica de los mismos, hasta cierto punto indirecta e incorrecta, pues, aun
personificando a la Naturaleza, no es tanto que seleccione variaciones
especiales como que extermine a las menos favorecidas.
Darwin
adoptó esta expresión acuñada en 1864 por el erudito Herbert Spencer como
sinónimo de la selección natural en su quinta edición de El origen.
No obstante, los biólogos actuales apenas utilizan esta expresión porque puede
dar la impresión errónea de que solo sobreviven los individuos fuertes y sanos.
De hecho, «supervivencia de los más aptos» significaba para Darwin exactamente
lo mismo que «selección natural». Es decir, los organismos con características
favorecidas por la selección y heredables son los que con mayor éxito
las transmiten a su descendencia. En este sentido, aunque Darwin admitía la
inspiración que había recibido de las ideas de filósofos radicales como el
economista político Thomas Malthus[40] (una
suerte de economía biológica en un mundo de libre competencia), existen
diferencias importantes.
Cabe destacar un tercer aspecto de extrema importancia sobre la selección
natural, y es que realmente consiste en dos pasos que se producen en secuencia,
el primero de los cuales implica principalmente a la casualidad o el azar,
mientras que el segundo es decididamente no aleatorio. En el primer paso se
produce una variación heredable. En el lenguaje moderno de la
biología, entendemos esto como una variación genética introducida por
mutaciones aleatorias, por el barajado de los genes y todos los procesos
asociados con la reproducción sexual y la generación de un huevo fecundado. En
el segundo paso, la selección, aquellos individuos de la población
que estén mejor dotados para competir, ya sea con miembros de su propia
especie, ya con miembros de otras especies, o en términos de su capacidad para
hacer frente a su entorno, tienen una mayor probabilidad de sobrevivir y
reproducirse. En contra de lo que llevan a pensar algunas interpretaciones
equivocadas de la selección natural, el azar desempeña un papel mucho menor en
el segundo paso. Con todo, el proceso de selección no es del todo determinista:
no hay genes buenos que puedan ayudar a una especie de dinosaurio exterminada
por un meteorito gigante, por poner un ejemplo. Dicho en pocas palabras,
evolución es el cambio en el tiempo de la frecuencia de genes.
Hay dos rasgos principales que distinguen a la selección natural del concepto
de «diseño». El primero es que la selección natural carece de un fin último, de
un «plan estratégico» a largo plazo. (No es teleológica). En lugar de
esforzarse por alcanzar algún ideal de perfección, se limita a hacer chapuzas
mediante la eliminación, generación tras generación, de los peor adaptados, y a
menudo cambia de dirección o incluso lleva a la extinción de linajes enteros.
No es eso lo que uno esperaría de un diseñador maestro. Lo segundo es que, como
la selección natural se ve limitada a operar sobre lo que ya existe, el abanico
de sus posibilidades es restringido. La selección natural comienza con la
modificación de especies que ya han evolucionado hasta cierto estado; no puede
en ningún caso volver a diseñarlas desde cero. Es como pedirle a un sastre que
haga algunas modificaciones en un vestido viejo en lugar de pedirle a la casa
de moda de Versace que diseñe uno nuevo. En consecuencia, la selección natural
deja bastante que desear en cuestión de diseño. (¿No estaría bien tener cuatro
manos o un campo visual de 360 grados? ¿Y de verdad fue tan buena idea eso de
tener nervios en los dientes o una próstata que rodea totalmente a la uretra?).
Así pues, aunque ciertas características confieran una ventaja en términos de
aptitud biológica, mientras no haya una verdadera variación heredable que
alcance ese resultado, la selección natural no tiene manera de producir esas
características. Las imperfecciones son, de hecho, la marca inconfundible de la
selección natural.
El lector se habrá dado cuenta ya de que, por su propia naturaleza, la teoría
de la evolución de Darwin es difícil de demostrar mediante observaciones
directas, pues por lo general actúa a una escala de tiempo tan larga que, en
comparación, mirar cómo crece la hierba es ver una película de acción. El
propio Darwin escribió al geólogo[41] Frederick
Wollaston Hutton el 20 de abril de 1861: «La verdad es que estoy harto de
decirle a la gente que no pretendo aducir pruebas del paso de una especie a
otra, pero que creo que, en lo principal, esta concepción es correcta, puesto
que permite agrupar y explicar tantos fenómenos». No obstante, biólogos,
geólogos y paleontólogos han acumulado un gran número de pruebas
circunstanciales de la evolución, algo que en su mayor parte queda fuera de las
pretensiones de este libro, puesto que no influyeron directamente sobre el
error de Darwin. Bastará con llamar la atención sobre el hecho siguiente: el
registro fósil revela de manera inconfundible una evolución desde la vida
simple a la vida compleja. Específicamente, en el curso de miles de millones de
años de tiempo geológico, cuanto más antigua es la capa geológica en la que se
descubre un fósil, más simple es la especie.
Es importante mencionar de manera sucinta algunas de las pruebas que apoyan la
idea de la selección natural, puesto que el aspecto de la teoría de Darwin que
más profundamente inquietó a sus coetáneos fue precisamente la idea de que la
vida podía evolucionar y diversificarse sin que hubiera una meta hacia la
cual evolucionar. Ya he mencionado una de las pistas que apuntan a la realidad
de la selección natural: la resistencia a los fármacos que desarrollan diversos
patógenos. La bacteria Staphylococcus aureus, por ejemplo, es la
causa más común de las llamadas infecciones nosocomiales o intrahospitalarias,
que cada año afectan a no menos de medio de millón de pacientes[42] de los
hospitales de Estados Unidos. A principios de la década de 1940, todas las
cepas conocidas de estafiloco eran susceptibles a la penicilina; sin embargo,
con el paso de los años, a causa de mutaciones que producen resistencia y de la
posterior selección natural, la mayoría de las cepas se han tornado resistentes
a la penicilina. En este caso, el proceso entero de evolución se ha comprimido
drásticamente en el tiempo (en parte debido a la presión selectiva ejercida por
los humanos), gracias a que las generaciones de las bacterias son muy cortas y
sus poblaciones enormes. Desde 1961, una cepa específica de estafilococo
conocida como MRSA (el acrónimo en inglés de Staphylococcus aureus resistente
a la meticilina) ha desarrollado resistencia no solo a la penicilina, sino
también a la meticilina, la amoxicilinia, la oxacilina y a toda una serie de
antibióticos. Es difícil encontrar una manifestación mejor de la selección
natural en acción.
Otro ejemplo fascinante, aunque controvertido, de la selección natural es la
evolución de la mariposa del abedul[43]. Antes de la
revolución industrial, los colores claros de esta mariposa nocturna (que los
biólogos conocen como Biston betularia betularia morpha typica) le
proporcionaban un buen camuflaje contra el fondo de su hábitat: líquenes y
árboles. La revolución industrial en Inglaterra trajo consigo altísimos niveles
de contaminación que mataron muchos líquenes y oscurecieron muchos árboles con
hollín. A consecuencia de ello, las mariposas de cuerpo blanco quedaron
súbitamente expuestas a una gran presión de depredación, que casi las llevaron
a la extinción. Al mismo tiempo, la forma melánica (carbonaria) de esta
mariposa, de color oscuro, comenzó a prosperar alrededor de 1848 gracias a su
mejorada capacidad de camuflaje. Como si quisieran demostrar la importancia de
las políticas «verdes», las mariposas de color claro comenzaron a reaparecer en
cuanto se adoptaron controles ambientales. Aunque algunos estudios sobre la
mariposa del abedul y el fenómeno que acabamos de describir («melanismo
industrial») hayan sido criticados por varios creacionistas, hasta algunos de
los críticos conceden que este es un caso claro de selección natural, aunque
sostienen que eso no prueba la evolución, puesto que el resultado neto es
simplemente el paso de un tipo de forma a otro, no a una nueva especie.
Otra objeción común, y más filosófica, a la selección natural es que la
definición de Darwin es circular o tautológica. Dicho en términos
sencillos, este juicio adverso se puede expresar así: la selección natural
significa «supervivencia del más apto». Pero ¿cómo se definen «los más aptos»?
Como aquellos que sobreviven mejor; por tanto, la definición es una tautología.
Esta argumentación tiene su origen en un equívoco, y es absolutamente errónea.
Darwin no usó «el más apto» para referirse a los que sobreviven sino a aquellos
que, comparados con otros miembros de la especie, tenían una mayor esperanza de
sobrevivir porque estaban mejor adaptados a su entorno. La
interacción entre una característica variable de un organismo y el medio en el
que este habita es crucial en esta definición. Como los organismos compiten por
unos recursos limitados, algunos sobreviven y otros no. Además, para que la
selección natural pueda actuar, las características que confieren adaptación
tienen que ser heredables, es decir, tienen que poder transmitirse
por vía genética.
Sorprendentemente, hasta el propio filósofo de la ciencia[44] Karl
Popper planteó una sospecha de tautología contra la evolución por selección
natural (aunque su objeción era más sutil). Popper básicamente cuestionaba el
poder explicativo de la selección natural basándose en la siguiente
argumentación: si cierta especie existe, entonces es que estaba adaptada a su
entorno (puesto que las que no lo estaban se habrían extinguido). En otras
palabras, lo que Popper decía era que la adaptación se define simplemente
como la cualidad que garantiza la existencia, y no se descarta nada. Sin
embargo, desde que Popper publicó este argumento, diversos filósofos han
demostrado que es incorrecto. En realidad, la teoría de la evolución de Darwin
descarta más posibilidades de las que permite. Por ejemplo, según Darwin, no
puede aparecer ninguna especie nueva que no tenga una especie ancestral. De
manera parecida, en la teoría de Darwin quedan descartadas todas las
variaciones que no puedan alcanzarse por medio de pasos graduales. En
terminología moderna, «alcanzar» se refiere a procesos gobernados por las leyes
de la genética y la biología molecular. Una cuestión crucial es la naturaleza
estadística de la adaptación: no pueden hacerse predicciones sobre individuos,
solo sobre probabilidades. Dos gemelos idénticos no tienen por qué producir el
mismo número de descendientes, o incluso sobrevivir ambos. Popper, por cierto,
reconoció su error[45] años
después, declarando: «He cambiado de opinión sobre la posibilidad de contrastar
la selección natural y sobre su estatus lógico; me complace tener la
oportunidad de retractarme».
Por último, para no dejar ningún fleco, debo mencionar que si bien la selección
natural es el principal motor de la evolución, hay otros procesos que también
pueden ocasionar cambios evolutivos. Un ejemplo (que Darwin no pudo conocer) es
lo que los modernos biólogos evolutivos denominan deriva genética[46], un cambio
causado por el azar o un efecto de muestreo, en la frecuencia relativa con la
que una variante de un gen (un alelo) aparece en una población.
Este efecto puede ser significativo en poblaciones pequeñas, como demuestra el
siguiente ejemplo. Cuando se lanza una moneda, lo que se espera es que salga
cara más o menos la mitad de las veces. Eso significa que si se tira una moneda
un millón de veces, el número de ocasiones en que sale cara andará cerca de
medio millón. Sin embargo, si se tira una moneda tan solo cuatro veces, existe
una probabilidad no despreciable (alrededor del 6,2 por ciento) de que salga
siempre cara, desviándose de este modo de lo esperado de una manera sustancial.
Ahora imaginemos una gran población de organismos de una isla en la que solo un
gen aparece con dos variantes (alelos): X o Z. Los alelos se presentan en la
población con la misma frecuencia; o sea, la frecuencia de X y Z es 1/2 para
cada uno de los alelos. Pero antes de que estos organismos tengan ocasión de
reproducirse, un enorme tsunami arrasa la isla y mata a todos los individuos
menos cuatro. Los cuatro individuos que sobreviven pueden tener cualquiera de
las siguientes dieciséis combinaciones de alelos:
XXXX,
XXXZ, XXZX, XZXX, ZXXX, XXZZ, ZZXX, XZZX, ZXXZ, XZXZ, ZXZX, XZZZ, ZZZX, ZXZZ,
ZZXZ, ZZZZ.
El
lector habrá observado que en diez de estas dieciséis combinaciones, el número
de alelos X no es igual al número de alelos Z. Dicho de otro
modo, en la población superviviente hay una probabilidad mayor de deriva
genética (un cambio en la frecuencia relativa de alelos) que de mantener el
estado inicial de frecuencias iguales.
La deriva genética puede causar una evolución relativamente rápida en el acervo
genético de una población pequeña, y de forma totalmente independiente de la
selección natural. Un ejemplo de deriva genética que se suele citar concierne a
la comunidad amish del este de Pensilvania. Entre los amish, la polidactilia
(dedos supernumerarios en manos o pies) es mucho más común que entre la
población general de Estados Unidos. Esta es una de las manifestaciones del
infrecuente síndrome de Ellis-van Creveld[47]. Las
enfermedades asociadas a genes recesivos, como el síndrome de Ellis-van
Creveld, requieren dos copias del alelo para provocar la enfermedad; es decir,
los dos progenitores tienen que ser portadores del gen recesivo. La razón de la
frecuencia anormalmente elevada de estos alelos entre los amish es que los
miembros de esta comunidad tienden a casarse entre ellos, y la propia población
tuvo su origen en un grupo de unos doscientos inmigrantes alemanes. El pequeño
tamaño de esta comunidad permitió a los investigadores buscar los orígenes del
síndrome de Ellis-van Creveld hasta llegar a una sola apareja, Samuel King y su
esposa, que llegaron en 1744.
Hay tres aspectos de la deriva genética que conviene resaltar. El primero es
que los cambios evolutivos que se deben a la deriva genética se producen
completamente como consecuencia del azar y de efectos de muestreo, es decir, no
vienen impulsados por una presión de selección. En segundo lugar, la deriva
genética no produce adaptación, que sigue siendo un resultado propio únicamente
de la selección natural. De hecho, al ser completamente aleatoria, la deriva
genética puede llevar a la evolución de ciertas propiedades cuya utilidad es,
por lo demás, difícil de explicar. Por último, mientras que claramente la deriva
genética se produce en cierta medida en todas las poblaciones (pues todas
tienen un tamaño finito), sus efectos son más pronunciados en poblaciones
pequeñas y aisladas.
Estas son, de manera muy sucinta, algunas de las características fundamentales
de la teoría de la evolución por selección natural que enunció Darwin. Este
biólogo revolucionó el pensamiento de dos maneras principales. No solo
reconoció que unas creencias, aunque se hubieran mantenido durante siglos,
podían ser falsas, sino que demostró que la verdad científica se puede alcanzar
mediante la paciente recolección de datos y observaciones, combinada con unas
hipótesis osadas sobre la teoría que enlaza a todas esas observaciones. Como el
lector ya habrá apreciado, la teoría de Darwin explica muy bien por qué la vida
en la Tierra es tan diversa y por qué los seres vivos tienen las
características que tienen. La sufragista y botánica[48] de la
Inglaterra del siglo XIX Lydia Becker describió de una forma muy bella lo que
Darwin había logrado:
¡Qué
poca importancia parecen tener los movimientos de los insectos mientras se
arrastran adentro y afuera de las floras en busca del néctar del que se nutren!
Si viéramos un hombre que pasara su tiempo observándolos y fijándose en su
trajín con mirada curiosa, se nos podría perdonar por pensar que se estaba
entreteniendo, pasando una hora ociosa en la observación de cosas, aunque
curiosas, del todo nimias. Pero ¡cuánto nos podríamos equivocar al suponer tal
cosa! Pues esos pequeños mensajeros alados llevan a la mente del filósofo
naturalista noticias de misterios hasta ahora nunca revelados; y del mismo modo
que Newton vio la ley de la gravitación en la caída de una manzana, Darwin
encontró, en la conexión entre las moscas y las flores, algunos de los hechos
más importantes que sustentan la teoría que ha promulgado sobre la modificación
de formas específicas en los seres animados.
En
efecto, Darwin fue para el siglo XIX lo que Newton había sido para el siglo
XVII y lo que Einstein sería para el siglo XX. Es curioso que la teoría de
la evoluciónconstituyera una de las revoluciones más
drásticas de la historia de la ciencia. En palabras del biólogo e historiador
de la ciencia Ernst Mayr, «provocó en el pensamiento del hombre un trastorno
mayor que cualquier otro avance científico desde el resurgimiento de la ciencia
en el Renacimiento». La cuestión, entonces, es: ¿dónde se equivocó Darwin?
Capítulo 3
Y con él quienes lo hereden, han de disolverse
La
vida quizá sea el único enigma ante el cual no queremos rendirnos.
William Schwenck Gilbert, The Gondoliers
El
título de este capítulo está tomado en parte de La tempestad, de
William Shakespeare, pero como pronto veremos, recoge de manera poética la
esencia del error de Darwin. La fuente del error fue el hecho de que la teoría
de la herencia que predominó durante el siglo XIX estaba fundamentalmente
equivocada. El propio Darwin era consciente de sus deficiencias, según confesó
con candidez en El origen[49]:
Las
leyes que gobiernan la herencia nos son bastante desconocidas; nadie sabe decir
por qué la misma peculiaridad en individuos distintos de la misma especie, y en
individuos de especies distintas, a veces se hereda y a veces no; por qué a
menudo en los niños vuelven a aparecer los rasgos del abuelo o de la abuela o
de algún antepasado aún más lejano; por qué a menudo una peculiaridad se
transmite de un sexo a los dos sexos, o solo a uno de ellos, por lo general al
mismo sexo, aunque no de manera exclusiva.
Decir
que las leyes de la herencia nos eran «bastante desconocidas» probablemente
constituya, de todo el libro, el enunciado que de forma más notoria subestimaba
la realidad. Darwin había sido educado en la creencia, entonces muy extendida,
de que las características de los dos padres se mezclan físicamente en sus
descendientes, como en una mezcla de pinturas. De acuerdo con esta «teoría del
bote de pintura»[50], la
contribución hereditaria de cada uno de los antepasados se vería reducida a la
mitad en cada generación, y se esperaba que los descendientes de cualquier
pareja sexual presentasen características intermedias. En palabras del propio
Darwin: «Al cabo de doce generaciones[51], la
proporción de sangre, por usar una expresión común, de cualquiera de los
antepasados es de solo 1 en 2048». Como en un gin-tonic: si se va
mezclando la bebida con más tónica, al final ni se nota la ginebra. A pesar de
que evidentemente Darwin comprendía esta inevitable dilución, de algún modo
todavía esperaba que la selección natural funcionase. Por ejemplo, al hablar de
los lobos que depredan sobre los ciervos, concluye: «Si cualquier ligero cambio
innato de hábito o estructura beneficiase a un lobo, este tendría una mayor
probabilidad de sobrevivir y dejar descendencia. Algunos de sus hijos
probablemente heredarían los mismos hábitos o estructura, y mediante la
repetición de este proceso, podría llegar a formarse una nueva variedad». Pero
a Darwin no se le ocurrió el simple hecho de que esta expectativa fuese
absolutamente insostenible bajo la suposición de una teoría de la herencia por
mezcla. Quien primero llamó la atención sobre esta incoherencia fue el
ingeniero escocés Fleeming Jenkin.
Jenkin fue una persona de múltiples talentos[52] con
ocupaciones tan variadas como pintar retratos de transeúntes y diseñar cables
submarinos para el telégrafo. Su crítica de Darwin era bastante simple. Jenkin
argumentó que la selección natural sería del todo ineficaz para «seleccionar»
una característica singular (una novedad infrecuente que
apareciese por azar, lo que entonces se conocía como «capricho» y hoy
llamaríamos mutación), porque cualquier variación de este tipo se vería desbordada y
diluida por todos los tipos normales de la población y al cabo de unas pocas
generaciones quedaría borrada por completo.
No se puede culpar a Darwin por no conocer nada mejor que la teoría de la
herencia científicamente aceptada en su tiempo. En consecuencia, no considero
un error que adoptase la idea de la herencia por mezcla. Donde Darwin erró fue
en pasar completamente por alto (al menos en un principio) el hecho de
que, bajo la suposición de la herencia por mezcla, su mecanismo de selección
natural simplemente no podía funcionar como él creía. Examinemos con mayor
detalle este grave error y sus consecuencias potencialmente devastadoras.
Dilución
Fleeming Jenkin publicó su crítica[53] a la
teoría de Darwin en una reseña anónima a la cuarta edición de El origen
de las especies. El artículo apareció en el North British Review en
junio de 1867. Aunque el ensayo atacaba la teoría de la evolución por varios
flancos, me centraré en la argumentación que dejaba al descubierto el error de
Darwin. Para ilustrar su crítica, Jenkin supuso que cada individuo tenía un
centenar de descendientes, de los cuales, por término medio, solo uno
sobrevivía para reproducirse. Luego pasaba a comentar el caso de un individuo
con una mutación rara (un «capricho») que tuviera la ventaja de una
probabilidad dos veces mayor de sobrevivir y reproducirse que cualquier otro.
De forma apropiada para el riguroso ingeniero que era (obtuvo no menos de
treinta y siete patentes entre 1860 y 1886), la manera en que Jenkin abordó su
argumentación fue cuantitativa:[54] quería
calcular el efecto de ese «capricho» sobre la población general:
Se
reproducirá y engendrará una progenie de, digamos, 100, y esta progenie, en
términos generales, será intermedia entre el individuo promedio y el capricho.
[Puesto que los caprichos son raros, cabe esperar que se apareen con individuos
promedio]. Las probabilidades a favor de un individuo de esta generación de la
nueva raza serán, pongamos por caso, de 1,5 contra 1 [bajo la suposición de la
mezcla], en comparación con un individuo promedio; por tanto, su ventaja será
menor que la de su progenitor, pero gracias a su mayor número, las
probabilidades son que alrededor de 1,5 de estos individuos sobrevivirán. A no
ser que se apareen entre ellos, lo cual es muy improbable, su progenie se
acercará nuevamente al individuo promedio; serán 150 [1,5 por 100], y su
superioridad se quedará en la razón de 1,25 a 1 [otra vez a causa de la
mezcla]; es probable entonces que casi dos de ellos sobrevivan [1 por ciento de
1,25 por 150] y tengan 200 descendientes con una octava parte de la
superioridad. Más de dos de estos sobrevivirán, pero nuevamente la superioridad
quedará mermada, hasta que al cabo de unas pocas generaciones ya no podrá
percibirse, y no contará más en la lucha por la existencia que cualquiera de
los cientos de ligeras ventajas que de manera natural aparecen en los órganos.
Jenkin
argumentaba que incluso bajo la forma más extrema de selección, no podía
esperarse que una característica bien establecida, como el color de la piel, se
transformase en una nueva, si esa característica solo se introducía una sola
vez en la población. Para ilustrar este efecto de dilución, Jenkin escogió un
ejemplo sorprendentemente cargado de prejuicios: el de un hombre blanco con
rasgos superiores que naufragara en una isla habitada por hombres negros. El
tono racista e imperialista del pasaje hoy nos deja anonadados, pero
posiblemente fuese bastante habitual en la Inglaterra tardovictoriana: aunque
esta persona «mataría muchos negros en la lucha por la existencia» y «tendría
muchas esposas e hijos», y «en la primera generación habría varias docenas de
jóvenes mulatos inteligentes», argumentaba Jenkin, «¿se puede creer que poco a
poco la isla entera adquiriría una población blanca, o siquiera amarilla?».
Pero resulta que Jenkin cometió un grave error lógico en sus cálculos: supuso
que cada pareja sexual tenía cien descendientes, de los cuales, por término
medio, solo sobrevivía uno hasta la reproducción. Sin embargo,
dado que solo se reproducen las hembras, se sigue que de cada pareja
reproductora deberían sobrevivir por término medio dos de los
descendientes (un macho y una hembra), pues de lo contrario el tamaño de la
población se reduciría a la mitad en cada generación, lo cual es una receta
segura para una rápida extinción. Sorprendentemente, solo Arthur Sladen Davis[55], un ayudante
de profesor de matemáticas de Leeds Grammar School[56], descubrió
este error obvio, que explicó en una carta a la revista Nature en
1871.
Davis demostraba que cuando se hacía la corrección para mantener la población
con un tamaño aproximadamente constante, el efecto del capricho no se
desvanecía (como sostenía Jenkin), sino que se distribuía por toda la
población, aunque diluido. Por ejemplo, un gato negro introducido en una
población de gatos blancos engendraría (de acuerdo con la suposición de
herencia por mezcla) dos gatos grises por término medio, y estos engendrarían
cuatro gatos un poco más grises, y así sucesivamente. Una tras otra, las
generaciones se irían haciendo más claras, pero la tonalidad de gris no
acabaría de desaparecer nunca. Davis también llegó a la conclusión correcta de
que «si bien un capricho favorable que aparezca una única vez, y nunca más, si
no es por herencia, apenas provocará un cambio en una raza, ese mismo capricho
podría producir un cambio considerable si apareciera de manera independiente en
varias generaciones, aunque nunca más de una vez por generación».
A pesar del error matemático de Jenkin, su crítica general era correcta: bajo
la suposición de la herencia por mezcla, incluso en las condiciones más
favorables, un gato negro que aparezca en una sola ocasión no puede convertir
una población entera de gatos blancos en gatos negros, por muy ventajoso que
sea el color negro.
Antes de examinar a fondo la cuestión de cómo pudo Darwin pasar por alto este
defecto aparentemente fatal para su teoría de la selección natural, resultará
útil entender la teoría de la herencia por mezcla desde la perspectiva de la
genética moderna.
El error de Darwin y las semillas de la genética
En el contexto del conocimiento actual de la genética, la molécula conocida
como ADN (ácido desoxirribonucleico) proporciona en todos los seres
vivos el mecanismo responsable de la herencia. A muy grandes rasgos, el ADN
está formado por genes, que contienen la información que codifica
las proteínas, y por algunas regiones no codificadoras. Físicamente, el ADN se
encuentra en unos elementos llamados cromosomas, de los que cada
organismo de una especie con reproducción sexual posee dos conjuntos, uno
heredado de la madre (la hembra) y el otro heredado del padre (el macho). En
consecuencia, cada individuo posee dos copias de todos sus genes, y estas dos
copias pueden ser idénticas o pueden variar ligeramente. Las distintas formas
de un gen que pueden estar presentes en una posición determinada de un
cromosoma son las variantes que conocemos como alelos.
La teoría genética moderna[57] nació
en la mente de un insólito explorador, un monje del siglo XIX llamado Gregor
Mendel que realizó una serie de experimentos de apariencia sencilla que
consistían en hacer la polinización cruzada de miles de unas plantas de
guisante que solo producían semillas verdes con otras plantas que solo
producían semillas amarillas. Para su sorpresa, la primera generación de
descendientes solo produjo semillas amarillas. Sin embargo, en la siguiente
generación apareció una relación de 3:1 entre semillas amarillas y semillas
verdes. A partir de estos desconcertantes resultados, Mendel tuvo la habilidad
de destilar un teoría de la herencia atomista o particulada.
En claro contraste con la teoría de la mezcla, la teoría de Mendel decía que
los genes (que él llamaba «factores») eran entidades discretas que no solo se
preservaban durante el desarrollo sino que además se transmitían totalmente
intactas a la siguiente generación. Mendel añadió, además, que cada
uno de los descendientes hereda uno de esos genes («factores») de cada uno de
sus progenitores, y que una característica determinada podía no manifestarse en
un descendiente y aun así pasar a las generaciones siguientes. Estas
deducciones, como los propios experimentos de Mendel, eran absolutamente
geniales. Nadie había llegado a conclusiones parecidas en casi diez mil años de
agricultura. Los resultados de Mendel hacían añicos de un solo golpe la idea de
la mezcla, pues ya en la primera generación de descendencia, ninguna de las
semillas era un promedio de los dos progenitores.
Un ejemplo simple ayudará a clarificar[58] las
diferencias fundamentales entre la herencia mendeliana y la herencia por mezcla
con relación a sus efectos sobre la selección natural.
Aunque obviamente la herencia por mezcla nunca usó el concepto de gen, podemos
utilizar este lenguaje y aun así preservar la esencia del proceso de mezcla.
Imaginemos que los organismos que poseen cierto gen A son
negros mientras que los que poseen el gen a son blancos,
cuando ambos tienen dos copias del gen respectivo (como en la figura 4).
Figura 4
Si
ninguno de los dos genes dominase sobre el otro, tanto en la herencia con
mezcla como en la herencia mendeliana los hijos de una de estas parejas serían
grises, puesto que tendrían la combinación de genes (o genotipo) Aa.
Ahora viene la diferencia fundamental. En la teoría de la mezcla, A y a se
mezclarían físicamente creando un nuevo tipo de gen que confiere el color gris
a quienes lo llevan. A este nuevo gen lo llamaremos A(1).
Este tipo de mezcla no ocurriría en la herencia mendeliana, donde cada gen conservaría
su identidad. Como muestra la figura 4, en la generación de los nietos todos
los descendientes son grises si la herencia es por mezcla, mientras que si la
herencia es mendeliana, los nietos pueden ser negros (AA), blancos (aa)
o grises (Aa). Dicho de otro modo, la genética mendeliana transmite los
tipos genéticos extremos de una generación a la siguiente, manteniendo de este
modo la variación genética de una forma muy eficiente. En la herencia por
mezcla, en cambio, la variación se pierde inevitablemente, pues todos los tipos
extremos se desvanecen rápidamente en una suerte de promedio. Como Jenkin
señaló correctamente, y como el siguiente ejemplo (muy simplificado) demuestra
claramente, esta característica de la herencia por mezcla era catastrófica para
las ideas de Darwin sobre la selección natural.
Supongamos que empezamos con una población de diez individuos. Nueve tienen la
combinación de genes aa (y por lo tanto son blancos) y uno
tiene la combinación Aa (por ejemplo, por una mutación), que lo
convierte en gris. Supongamos además que ser negro resulta ventajoso para la
supervivencia y la reproducción, y que incluso tener un color un poco más
oscuro es mejor que ser completamente blanco (aunque la ventaja se reduce a
medida que se reduce el tono gris). La figura 5 intenta seguir de manera
esquemática la evolución de una población de estas características si la
herencia es por mezcla. En la primera generación, la mezcla de A y a producirá
un nuevo «gen» A(1), que en un cruce con aa dará A(1)a,
que de nuevo se mezclará produciendo el gen A(2),
correspondiente a un color todavía más claro y menos ventajoso. Es fácil ver
que después de un gran número (n) de generaciones, lo más que puede
ocurrir es que la población se transforme en otra con las combinaciones A(n)A(n),
que solo será ligeramente más oscura que la generación blanca original. En
particular, el color negro se extingue ya en la primera generación, cuando, al
mezclarse, el gen que lo codifica deja de existir.
En cambio, en la herencia mendeliana (figura 6), como el gen A se
preserva de una generación a la siguiente, tarde o temprano dos Aa se
aparearán y producirán la variedad negra, AA. Si el negro confiere
una ventaja en aquel entorno, dado un tiempo suficiente la selección natural
podría llevar a que toda la población fuese negra.
La conclusión es simple: para que realmente funcione la teoría de la evolución
de Darwin por medio de la selección natural, necesita la herencia mendeliana[59]. Pero en un
momento en que este conocimiento genético todavía no se había descubierto,
¿cómo respondió Darwin a la crítica de Jenkin?
Lo que a unos mata, a otros, sana
Darwin fue un genio en muchos sentidos, pero decididamente no fue un buen
matemático. Él mismo lo reconoció en su autobiografía:[60] «Intenté
hacerme con las matemáticas, e incluso durante el verano de 1828 estudié con un
tutor privado (un hombre muy aburrido) en Barmouth, pero avancé muy despacio.
El trabajo me repugnaba, sobre todo porque no era capaz de ver ningún sentido
en los primeros pasos del álgebra […] No creo que hubiese llegado nunca a pasar
de los niveles más bajos». Siendo este el caso, las argumentaciones de El
origensuelen ser más cualitativas que cuantitativas, especialmente cuando
se trata de la producción del cambio evolutivo. En los pocos lugares de El
origen en los que Darwin intenta hacer unos pocos cálculos, en más de
una ocasión acaba metiendo la pata. Por eso no es extraño que en una de sus
cartas a Wallace, después de leer la crítica bastante matemática de Jenkin,
confiese: «Estaba cegado cuando creía[61] que las
variaciones singulares se podrían preservar con mucha más frecuencia de lo que
ahora veo que es posible o probable». Aun así, resulta casi impensable que
Darwin no fuera en absoluto consciente del potencial efecto de dilución de la
herencia por mezcla hasta el momento en que leyó el artículo de Jenkin. No fue
así. Ya en 1842, veinticinco años antes de la publicación de la reseña de
Jenkin, Darwin había observado: «Si en algún país o distrito[62] todos
los animales de una especie pudieran cruzarse libremente, cualquier pequeña
tendencia a variar que hubiera en ellos quedaría contrarrestada». Hasta cierto
punto, Darwin incluso contaba[63] con el
efecto de la dilución para garantizar la integridad poblacional frente a la
tendencia de los individuos a apartarse de su tipo a causa de variaciones.
Entonces, ¿cómo pudo no comprender lo difícil que sería para un «capricho» (una
variación singular) superar la fuerza igualadora de la mezcla? El error de
Darwin y su tardanza en reconocer la crítica planteada por Jenkin probablemente
reflejasen, de un lado, sus dificultades conceptuales con la herencia en
general, y, por otro lado, su excesiva fijación residual con la idea de que las
variaciones tenían que ser escasas. Esto último podría haber sido en parte una
consecuencia de su teoría general de la reproducción y el desarrollo, en la que
suponía que solo las presiones durante el desarrollo desencadenaban
variaciones. El desconcierto de Darwin con la herencia era mucho más profundo,
como puede apreciarse en la siguiente incoherencia. En cierto lugar de El
origen, Darwin observa lo siguiente:
Figura 5 y 6 (Figura 26a y 26b)
Cuando
un carácter que se ha perdido en una raza reaparece tras un gran número de
generaciones, la hipótesis más probable no es que los descendientes de repente
saquen parecido con un antepasado de varios cientos de generaciones atrás, sino
que en cada generación sucesiva se ha producido una tendencia a reproducir el
carácter en cuestión, y por fin este, en unas condiciones favorables que
ignoramos, adquiere dominancia.
Esta idea de una «tendencia» latente[64] se
alejaba de forma manifiesta de la habitual herencia por mezcla, y de diversas
maneras era más cercana en lo esencial a la herencia mendeliana. Sin embargo,
no parece que, al menos en un principio, a Darwin se le ocurriera apelar a esta
idea de la latencia en sus intentos por responder a Jenkin. En vez de eso,
Darwin decidió cambiar el énfasis del papel que previamente había asignado a
las variaciones singulares para situarlo sobre las diferencias
individuales (el amplio abanico de diminutas diferencias que se
producen con frecuencia, que suponía que se distribuían de manera continua por
toda la población), como fuente de «materia prima» sobre la que actuaría la
selección natural. En otras palabras, Darwin confiaba ahora en todo un continuo
de variaciones para producir la evolución por selección natural a lo largo de
muchas generaciones.
En una carta a Wallace fechada el 22 de enero de 1869[65], un turbado
Darwin escribía: «Me he visto interrumpido en mi trabajo habitual de preparar
una nueva edición del Origen, que me ha costado mucho esfuerzo, y
que confío en haber mejorado considerablemente en dos o tres aspectos
importantes. Siempre he considerado que las diferencias individuales eran más
importantes que las variaciones singulares, pero ahora he llegado a la
conclusión de que aquellas [las diferencias individuales] tienen una
importancia suprema, y en esto creo que concuerdo con usted. Los argumentos de
Fleeming Jenkin me han convencido». Para reflejar su nuevo énfasis, Darwin
enmendó El origen desde la quinta edición cambiando los
singulares que se referían a individuos en plurales, por ejemplo cambiando
«cualquier variación» por «variaciones» y «un individuo» por «diferencias
individuales». También añadió a la quinta edición algunos párrafos nuevos, dos
de los cuales, en particular, revisten un enorme interés. En uno, admite
abiertamente:
Observaba
también que la preservación[66] en
estado natural de una desviación ocasional de estructura, como la
monstruosidad, era un suceso raro, y que, cuando se preservaba, por lo general
se perdía en los cruzamientos posteriores con individuos normales. No obstante,
fue al leer un autorizado y valioso artículo del North British
Review (1867), cuando comprendí hasta qué punto es infrecuente que las
variaciones singulares, poco o muy marcadas, se perpetúen.
En
el otro párrafo, Darwin presentaba su propio resumen conciso del argumento de
la dilución de Jenkin. Este párrafo es fascinante por contener dos diferencias
aparentemente pequeñas pero muy significativas con respecto al texto original
de Jenkin. En primer lugar, Darwin supone en él que una pareja de animales
tiene doscientos hijos, de los que dos sobreviven hasta
reproducirse[67]. Así pues, a
pesar de su débil preparación matemática, Darwin parece adelantarse ya en 1869
a la corrección a Jenkin que A. S. Davis señalaría en su carta a Nature de
1871: para que la población no desaparezca, tienen que sobrevivir por término
medio dos hijos. En segundo lugar, y esto es lo más curioso, Darwin supone en
su resumen que solo la mitad de los hijos del «capricho» heredan la variación
favorable. Pero ¡esta predicción es contraria a las predicciones de la teoría
de la mezcla! Lamentablemente, Darwin no supo aun entonces desarrollar las
consecuencias de una teoría de la herencia sin mezcla, y aceptó las
conclusiones de Jenkin sin más discusión.
Existen, no obstante, bastantes indicaciones de que Darwin no estaba satisfecho
con la teoría de la herencia con mezcla desde hacía tiempo. En una carta que
escribió en 1857 al biólogo Thomas Henry Huxley, su amigo y defensor en los
debates públicos, le explicaba:
Al
abordar el tema [de la evolución] desde el ángulo que más me atrae, a saber, la
herencia, últimamente me he visto inclinado a especular de manera muy tosca y
confusa que la propagación por fecundación verdadera resultará en una especie
de mezcla, y no en una auténtica fusión de dos individuos diferenciados, o más
bien de innumerables individuos, pues cada progenitor tiene sus progenitores y
antepasados. No puedo entender de otro modo que las formas resultantes de los
cruces reviertan con tanta frecuencia a formas ancestrales. Pero todo esto,
naturalmente, es infinitamente tosco.[68]
Tosco
o no, su observación era extraordinariamente perspicaz. Darwin reconocía aquí
que la combinación del material hereditario materno y paterno se parecía más al
resultado de barajar dos juegos de cartas que al de mezclar dos pinturas.
Aunque las ideas que expresa Darwin en esta carta se pueden considerar
definitivamente como un impresionante predecesor de la genética mendeliana, la
frustración de Darwin con la herencia por mezcla lo llevó finalmente a
desarrollar una teoría completamente errónea conocida como pangénesis.
En la pangénesis de Darwin, se suponía que el cuerpo entero enviaba
instrucciones a las células reproductoras. «Supongo», escribió en su
libro La variación de los animales y las plantas bajo domesticación[69], que las
células, antes de convertirse en una «materia formada» completamente pasiva,
desprenden unos gránulos minúsculos o átomos que circulan libremente a través
del sistema, y cuando reciben el nutrimento adecuado se multiplican por
autodivisión, yendo a desarrollarse posteriormente en células como aquellas de
las que se derivaron. […] Por consiguiente, en rigor, no son los elementos
reproductores […] los que generan nuevos organismos, sino las propias células a
través de todo el cuerpo.
Para Darwin, la gran ventaja que ofrecía la pangénesis en comparación con la
mezcla era que si se producía algún cambio evolutivo durante la vida de un
organismo, los gránulos (o «gémulas», como las llamaba) podían tomar nota del
cambio, alojarse en los órganos de la reproducción y garantizar que el cambio
se transmitiese a la siguiente generación. Por desgracia, la pangénesis llevaba
a la herencia justamente en la dirección contraria a la que pronto habrían de
llevarla los genéticos modernos: es el huevo fecundado el que da las
instrucciones para el desarrollo del cuerpo entero, y no al contrario.
Confundido, Darwin se aferró a su equivocada teoría con una convicción parecida
a la que antes había demostrado aferrándose a su teoría correcta de la
selección natural. Pese a los ataques vehementes de la comunidad científica,
Darwin escribió a su gran defensor Joseph Dalton Hooker en 1868: «Estoy
convencido de que cada célula realmente desprende un átomo o gémula de su
contenido; pero de un modo u otro, esta hipótesis sirve para establecer un útil
enlace entre varias de las grandes clases de observaciones fisiológicas que en
la actualidad se mantienen absolutamente aisladas». Añadía también con
seguridad que incluso «si ahora la pangénesis se ha malogrado, en algún momento
del futuro reaparecerá, gracias a Dios, engendrada por algún otro padre y
bautizada con algún otro nombre». Este es un ejemplo perfecto de una idea
brillante (la herencia particulada) que fracasó de manera estrepitosa porque se
había asociado con el mecanismo equivocado para su implementación: la
pangénesis.
En ningún lugar articuló Darwin con más claridad sus ideas atomísticas,
esencialmente mendelianas, que en un intercambio que mantuvo con Wallace en
1866. Al principio, en una carta escrita el 22 de enero, observó: «Conozco un
buen número de variedades, pues así debemos llamarlas, que no se mezclan ni
combinan, sino que producen descendencia bastante parecida a alguno de los
progenitores». Sin comprender lo que Darwin le decía, Wallace le respondió el 4
de febrero: «Si dice que "conozco un buen número de variedades que no se
mezclan ni combinan, sino que producen descendencia bastante parecida a alguno
de los progenitores", ¿no es esa la mismísima prueba fisiológica de una
especie que faltaba para la demostración completa del
"origen de las especies"?».
Consciente del equívoco, Darwin se apresuró a corregir a Wallace en su
siguiente carta[70]:
No
creo que entienda usted lo que quiero decir al referirme a ciertas variedades
que no se mezclan. No se trata de la fertilidad. Un caso lo clarificará. Crucé
guisantes Painted Lady y Purple, que son variedades de colores muy distintos, y
obtuve, incluso en la misma vaina, ambas variedades perfectas, pero ninguna
intermedia. Me imagino que algo por el estilo debe ocurrir al principio con sus
mariposas y las tres formas de Lythrum; aunque en apariencia estos casos
sean tan portentosos, no sé si realmente lo son más que el hecho de que cada
hembra del mundo produzca descendientes que son machos o hembras, tan distintos
unos de otras.
Esta
carta es notable en dos aspectos. El primero es que Darwin describe aquí los
resultados de unos experimentos parecidos a los que realizó Mendel; de hecho,
los mismos experimentos que llevaron a Mendel a formular la herencia
mendeliana. El propio Darwin se acercó bastante al descubrimiento de la razón
mendeliana de 3:1. Tras cruzar la boca de dragón (de simetría bilateral) con su
forma pelórica (de simetría radial), la primera generación de la descendencia
estaba compuesta únicamente por el tipo común, mientras que en la segunda
aparecieron ochenta y ocho comunes y treinta y siete pelóricas (una razón de
2,4:1). En segundo lugar, Darwin señala el hecho obvio[71] de que
la simple observación de que todos los descendientes sean machos o hembras, y
no algún hermafrodita intermedio, en sí mismo ¡es un argumento en contra de la
mezcla del «bote de pintura»! Así que Darwin tuvo ante sus ojos la prueba de la
forma correcta de la herencia. Como ya había señalado en El origen:
«El ligero grado de variabilidad de los híbridos del primer cruzamiento o de la
primera generación, en contraste con su extrema variabilidad en generaciones
posteriores, es un hecho curioso que merece atención». Nótese también que toda
la correspondencia anterior entre Darwin y Wallace se desarrolló antes de
la publicación de la reseña de Jenkin. En cualquier caso, aunque Darwin llegó a
estar escalofriantemente cerca del descubrimiento de Mendel, no llegó a
comprender su enorme generalidad y no logró reconocer su importancia vital para
la selección natural.
Para acabar de entender la actitud de Darwin hacia la herencia particulada, hay
unas cuantas preguntas inquietantes a las que hay que dar respuesta. Gregor
Mendel presentó su artículo fundacional[72] en el
que describía sus experimentos y su teoría genética, «Versuche über
Pflanzen-Hybriden» («Experimentos sobre hibridación de plantas») ante la
Sociedad de Historia Natural de Brno (Moravia) en 1865. ¿Es posible que Darwin
leyera ese artículo en algún momento? ¿Cabe la posibilidad de que sus cartas a
Wallace de 1866 se vieran influidas (al menos en parte) por los trabajos de
Mendel, en lugar de reflejar sus propias ideas? Si había leído el artículo de
Mendel, ¿por qué no comprendió que los resultados de Mendel proporcionaban la
respuesta definitiva a las críticas de Jenkin?
Curiosamente, no menos de tres libros[73] publicados
entre 1982 y 2000 afirman que se habían encontrado copias del artículo de
Mendel en la biblioteca de Darwin, y un cuarto libro[74] (publicado
en 2000) llegó incluso a asegurar que Darwin había proporcionado el nombre de
Mendel para que se incluyera en la Encyclopaedia Britannica, en la
entrada de «hibridismo». Obviamente, si esta última afirmación resultase ser
cierta, significaría que Darwin era plenamente consciente del trabajo de
Mendel.
En 2003, Andrew Sclater, del Darwin Correspondence Project de la Universidad de
Cambridge[75], respondió
de una manera definitiva todas estas preguntas. Por lo visto, el nombre de
Mendel (como autor) no aparece ni una sola vez en la lista entera de libros y
artículos que poseía Darwin. Esto no debe sorprender, toda vez que el artículo
original de Mendel apareció en las actas, de poca difusión, de la Sociedad de
Historia Natural de Brno, a las que Darwin nunca se había suscrito. Además, el
trabajo de Mendel languideció sin que prácticamente nadie lo leyera durante
treinta y cuatro años, hasta su redescubrimiento en 1900, cuando los botánicos
Carl Correns de Alemania, Hugo de Vries de Holanda y Erich von
Tschermak-Seysenegg de Austria publicaron de manera independiente observaciones
a favor de aquella teoría. No obstante, dos de los libros que sí poseía Darwin
hacían referencia a los trabajos de Mendel. En Los efectos de la
fecundación cruzada y la autofecundación en el reino vegetal, Darwin
incluso cita uno de esos libros: Untersuchungen zur Bestimmung des
Werthes von Spezies und Varietät (Exámenes para determinar el valor
de especie y variedad), de Hermann Hoffmann, publicado en 1869. Sin
embargo, Darwin nunca citó el trabajo de Mendel ni hizo en el libro de Hoffmann
ninguna anotación en la que citase a Mendel. Tampoco esto debe sorprender,
puesto que el propio Hoffmann no supo comprender el verdadero significado del
trabajo de Mendel y resumió las conclusiones de este con un enunciado más bien
prosaico: «Los híbridos poseen la tendencia a revertir a sus progenitores en
generaciones sucesivas». Los experimentos de Mendel con los guisantes se
mencionaron también en otro libro que Darwin poseía: Die
Pflanzen-Mischlinge (Los híbridos de las plantas), de Wilhelm
Olbers Focke. La figura 7 muestra la página del título, en la que Darwin
escribió su nombre. Como he podido ver con mis propios ojos, este libro tuvo un
destino aún menos distinguido: las páginas precisas en las que se describe el
trabajo de Mendel ¡siguen sin cortarse en la copia del libro que poseía Darwin!
(En las viejas encuadernaciones, las páginas estaban unidas por su margen
externo y había que cortarlas). La figura 8 muestra una imagen de la copia de
Darwin, realizada a petición mía, donde se pueden ver las páginas sin cortar.
No obstante, si Darwin hubiese leído esas páginas, tampoco es mucho lo que
habría esclarecido, puesto que Focke no logró comprender los principios de
Mendel.
Todavía nos queda una pregunta: ¿es cierto que Darwin sugirió el nombre de
Mendel a la Encyclopaedia Britannica? Sclater no dejó sombra de
duda en su respuesta: de ninguna manera. En realidad, cuando el naturalista
George Romanes le pidió que leyera un borrador sobre el hibridismo para
la Britannica y proporcionara referencias, Darwin le envió su
copia del libro de Focke (con las páginas sin cortar), ¡y le sugirió a Romanes
que aquel libro podría «ayudarle más de lo que yo mismo podría»!
Figura 7
En
contraste con la total falta de familiaridad de Darwin[76] con los
trabajos de Mendel, las teorías de Darwin sí que ejercieron una clara
influencia sobre las ideas de Mendel, aunque no en 1854-1855, cuando Mendel
comenzó sus experimentos con los guisantes. Mendel tenía la segunda edición
alemana de El origen, que se publicó en 1863. En su copia, resaltó
ciertos pasajes con líneas en el margen, y otros subrayando partes del texto.
Las marcas de Mendel demuestran un gran interés por asuntos como la aparición
repentina de nuevas variedades, la selección artificial y natural, y las
diferencias entre especies. No cabe duda de que ya en 1866 la lectura de El
origen había afectado de manera significativa a los escritos
originales de Mendel, pues su artículo refleja en muchos lugares aspectos
diversos de los conceptos de Darwin. Por ejemplo, al discutir el origen de la
variación heredable, Mendel escribe:
Si
el cambio en las condiciones de la vegetación fuese la única causa de
variabilidad, uno esperaría que las plantas agrícolas que durante siglos se han
cultivado en condiciones casi constantes nunca revertieran de nuevo a la
estabilidad. Como bien se sabe, no es así, pues precisamente entre esas plantas
se encuentran no solo las más variadas sino las más variables[77].
Figura 8
Podemos
comparar este lenguaje con el utilizado en uno de los párrafos de Darwin
en El origen: «No se conoce ni un solo caso de un organismo que
haya dejado de variar al ser cultivado. Nuestras plantas cultivadas más
antiguas, como el trigo, todavía producen variedades nuevas, y nuestros
animales domésticos más antiguos todavía pueden modificarse o mejorarse con
rapidez»[78]. Pero lo más
importante es que, por lo que parece, Mendel podría haberse dado cuenta de que
su teoría de la herencia podía solucionar el principal problema de Darwin: un
suministro adecuado de variaciones heredables sobre las que la evolución podía
actuar. Es precisamente en este aspecto donde fallaba la herencia por mezcla,
como había señalado Jenkin. Mendel escribió:
Si
se acepta que el desarrollo de los híbridos tiene lugar de acuerdo con la ley
establecida para Pisum [guisantes], cada experimento debe realizarse
con un gran número de individuos… En Pisum se ha demostrado mediante
experimentación que los híbridos producen óvulos y granos de polen de distintas
constituciones, y que esta es la razón de la variabilidad de su descendencia[79].
En
otras palabras, variación heredada y nada de mezcla. Además, Mendel intentó
varias veces crear variaciones de plantas sacándolas de su hábitat natural y
trayéndolas a su huerta en el monasterio. Cuando de este modo no logró producir
cambio alguno, Mendel le dijo a su amigo Gustav von Niessl: «Esto al menos me
parece claro: que la naturaleza no modifica las especies de este modo, así que
debe actuar alguna otra fuerza». Mendel aceptó, por tanto, al menos algunas
partes de la teoría de la evolución. Esto, sin embargo, plantea otra
interesante pregunta: si Mendel estaba de acuerdo con los conceptos de Darwin y
tal vez llegó incluso a reconocer la importancia de sus propios resultados para
la evolución, ¿por qué en sus escritos no menciona a Darwin por su nombre? Para
responder a esta pregunta tenemos que entender las especiales circunstancias
históricas que rodearon a Mendel. El 14 de septiembre de 1852, el emperador
austriaco Francisco José I dio autoridad al príncipe-obispo Rauscher para que
actuase en representación suya en la negociación de un concordato con el
Vaticano. Este concordato se firmó en 1855, y como reacción a los vientos de
cambio que soplaban en Europa en 1848, contenía algunas reglas estrictas como:
«Toda la instrucción escolar de los niños católicos se hará de acuerdo con las
enseñanzas de la Iglesia católica… Los obispos tienen derecho a condenar libros
injuriosos con la religión y la moral, y a prohibir que los católicos los
lean».
A consecuencia de estas restricciones, por ejemplo, al paleontólogo Antonén
Frič no se le permitió siquiera dictar conferencias en Praga, en
Checoslovaquia, sobre sus impresiones acerca de un congreso científico
celebrado en Oxford en 1860 en el que Huxley presentó la teoría de Darwin.
Aunque el propio Vaticano[80]postergó
durante muchas décadas un pronunciamiento oficial sobre la teoría de Darwin, un
consejo de obispos católicos alemanes se pronunció de este modo en 1860:
«Nuestros padres primeros fueron formados inmediatamente por Dios, por lo tanto
declaramos que la opinión de aquellos que no temen aseverar que este ser humano
[…] surgió al final de un cambio continuo y espontáneo de la naturaleza
imperfecta a la más perfecta, es claramente contraria a las Sagradas Escrituras
y a la Fe». En esta atmósfera tan opresiva, Mendel, que había sido ordenado
sacerdote en 1847 y elegido abad del monasterio en 1868, probablemente no
creyera prudente expresar ningún tipo de apoyo explícito a las ideas de Darwin.
Aún podemos preguntarnos qué habría pasado si Darwin hubiese leído el artículo
de Mendel antes del 21 de noviembre de 1866, cuando acabó de escribir su
capítulo sobre la descaminada pangénesis. Por supuesto, nunca lo sabremos, pero
creo que no habría cambiado nada. Ni Darwin estaba preparado para pensar en
términos de variación que afectasen solamente a una parte de un organismo y no
a las otras, ni tenía la habilidad suficiente con las matemáticas para entender
y valorar en su justa medida el enfoque probabilístico de Mendel. Desarrollar
un mecanismo específico y universal a partir de unos pocos casos aislados de
una razón 3:1 en la transmisión de algunas propiedades de una planta
determinada no era el fuerte de Darwin. Además, la obstinada defensa que hizo
Darwin de su teoría de la pangénesis sugiere que en aquel momento de su vida
quizá estuviera afectado por lo que los psicólogos modernos denominan ilusión
de confianza[81], un estado
común en el cual las personas sobrestiman sus capacidades. Aunque en principio
se aplica a las personas que carecen de una habilidad pero no son conscientes
de ello, en algún nivel puede afectar a cualquiera. Hay estudios que
demuestran, por ejemplo, que la mayoría de los jugadores de ajedrez creen que
pueden jugar mucho mejor de lo que indica su posición en la clasificación
formal. Si Darwin realmente hubiera sufrido una ilusión de confianza,
resultaría bastante irónico, pues él mismo en una ocasión había tenido la
perspicacia de observar que «la ignorancia engendra confianza con mayor
frecuencia que el conocimiento».
Hicieron falta setenta años para resolver las complejidades que entraña el
desarrollo de un enfoque cuantitativo de los fenómenos de la variación y las
tasas de supervivencia, así como la integración plena de la selección
darwiniana y la genética mendeliana. En un principio, en los años que siguieron
al redescubrimiento, en 1900, del artículo pionero de Mendel de 1865, las leyes
de la herencia de Mendel llegaron a considerarse incluso opuestas al
darwinismo. Los genetistas argumentaban entonces que las mutaciones, que eran
la única forma aceptable de variación heredable, eran abruptas y producían
directamente el cambio final, en lugar de seleccionarse gradualmente. Esta
oposición comenzó a disiparse hacia la década de 1920 como consecuencia de
varios proyectos de investigación que abrieron nuevos caminos. En primer lugar,
los experimentos de cruzamientos con la mosca del vinagre, Drosophila,
que realizaron el biólogo Thomas Hunt Morgan y su grupo, demostraron sin lugar
a dudas que los principios de Mendel eran universales. En segundo lugar, el
genetista William Ernest Castle logró demostrar que se podían producir cambios
heredados por medio de la acción de la selección natural sobre pequeñas
variaciones en los rasgos de una población de ratas. Por último, el genetista
inglés Cyril Dean Darlington descubrió los mecanismos que permiten el
intercambio cromosómico de material genético. Todos estos estudios, y otros
parecidos, mostraban que las mutaciones se producían con poca frecuencia y que
en la mayoría de los casos conferían desventajas. En las raras ocasiones en que
aparecían mutaciones ventajosas, se identificó a la selección natural como el
único mecanismo que podía permitir que se propagasen por la población. Además,
los biólogos poco a poco fueron comprendiendo también que la actuación
independiente de un gran número de genes puede dar como resultado la variación
continua de una característica. El gradualismo de Darwin, por el que la
selección natural producía adaptación al actuar sobre diferencias diminutas,
acabó por imponerse.
El error de Darwin y la crítica de Jenkin tuvo otra consecuencia inesperada: en
esencia, prepararon el camino para el desarrollo de la teoría de genética de
poblaciones de la mano de Ronald Fisher, J. B. S. Haldane y Sewall Wright. Este
fue el trabajo que aportó la prueba definitiva de que la genética mendeliana y
la selección darwiniana eran complementarias y mutuamente indispensables.
Teniendo en cuenta que Darwin se equivocó en la cuestión fundamental de la
genética, es absolutamente prodigioso lo mucho que sí acertó.
La historia de la evolución no es, pues, una narración simple que vaya del mito
al conocimiento, sino una colección de desviaciones, errores y caminos
tortuosos. Con el tiempo, todos estos hilos entrelazados se unieron en una
única conclusión: para entender la vida hace falta entender algunos procesos
químicos tremendamente intrincados en los que intervienen algunas moléculas muy
complejas. Recogeremos este hilo de nuevo en los capítulos 6 y 7, cuando nos
ocupemos del descubrimiento de la estructura molecular de las proteínas y el
ADN.
He mencionado antes que el artículo de Jenkin planteaba algunas otras
objeciones a la teoría de la evolución de Darwin. En particular, Jenkin se basó
en cálculos de su amigo y compañero, el famoso físico William Thomson (que más
adelante sería lord Kelvin), que parecían demostrar que la edad de la Tierra
era mucho más corta que los enormes periodos de tiempo que Darwin necesitaba
para su teoría de la evolución. La controversia que siguió nos permitirá hacer
algunas apreciaciones fascinantes no solo sobre las diferencias entre las
metodologías utilizadas en diferentes ramas de la ciencia, sino también (aunque
debo admitir que de forma mucho más especulativa) sobre cómo funciona la mente
humana.
Capítulo 4
¿Qué edad tiene la Tierra?
En
el principio, Dios creó el Cielo y la Tierra […] Este principio del tiempo
corresponde, de acuerdo con nuestra cronología, a la entrada de la noche que
precedió al día 23 de octubre del año 710 del calendario juliano.
James Ussher, 1658
Los
humanos han sentido curiosidad por la edad de la Tierra desde el principio de
la historia. A fin de cuentas, no es habitual que un solo número, la edad de la
Tierra, pueda tener implicaciones importantes en campos tan diversos como la
teología, la geología, la biología y la astrofísica. En todas estas disciplinas
ha habido personajes con opiniones vehementes, de manera que no debería
sorprendernos que hacia el siglo XIX los intentos por estimar la edad de la
Tierra ya hubieran provocado más de una controversia agria.
El concepto de un tiempo universal y lineal no surgió de inmediato. En la
antigua tradición hindú[82], por
ejemplo, el tiempo esencialmente carecía de límites y, como el antiguo símbolo
del uróboros (la serpiente que se muerde la cola), se suponía que el universo
experimentaba ciclos continuos de destrucción y regeneración. A pesar de ello,
las sagas hindúes de la antigüedad llegaron a dar una cifra bastante «precisa»
de la edad de la Tierra, que en 2013 habría sido de 1.972.949 114 años. En la
tradición occidental, a Platón y Aristóteles les preocupaba más el porqué y
el cómo del orden de la naturaleza que el cuándo,
pero incluso ellos jugaron con la idea de los ciclos recurrentes, en sintonía
con los movimientos celestiales. En la cristiandad, en cambio, se rechazó el
tiempo circular a favor de una línea recta única, que no se repetía y que
conducía desde la Creación al Juicio Final. En este contexto religioso, las
determinaciones de la edad de la Tierra habían sido durante siglos la
prerrogativa de los teólogos. En una de las primeras estimaciones[83], en el año
169, Teófilo, el sexto obispo de Antioquía, llegó a la conclusión de que el
mundo se había creado unos 5698 años antes. Su motivación para calcular la
edad, según declaró, no era «proveer mera materia para mucha discusión» sino
«arrojar luz sobre el número de años desde la fundación del mundo». Aunque
Teófilo admitía cierto margen de error en sus cálculos, no pensaba que este
fuese mayor de unos 200 años.
Muchos de los cronólogos que le siguieron tendieron a sumar simplemente los
intervalos de tiempo entre acontecimientos bíblicos señalados, las edades de la
muerte de ciertos individuos de acuerdo con las Escrituras o la duración de las
generaciones. Entre estos estudiosos de la Biblia destacaron John Lightfoot[84],
vicecanciller de la Universidad de Cambridge en el siglo XVII, y James Ussher,
nombrado arzobispo de Armagh en 1625. Aunque Lightfoot elaboró con sumo cuidado
el título del breve libro que publicó en 1642, Unas pocas y nuevas
observaciones basadas en el libro del Génesis, la mayoría de ellas ciertas, el
resto probables, todas inocuas, extrañas y raramente escuchadas hasta ahora,
no dudó en proclamar que la creación del primer ser humano, Adán, ocurrió
precisamente ¡a las nueve en punto de la mañana! Por lo que respecta a la fecha
de creación del mundo, Lightfoot se decidió por 3928 AEC.
Los cálculos de Ussher fueron algo más sofisticados, puesto que complementó los
relatos bíblicos con algunos datos astronómicos e históricos. Su puntillosa
conclusión: el mundo apareció la noche anterior al 23 de octubre del año 4004
AEC. Esta fecha en concreto llegó a ser muy conocida en el mundo anglosajón
porque se añadió en una nota al margen a la Biblia[85] inglesa
de 1701.
Naturalmente, la visión cristiana del tiempo seguía muy de cerca la tradición
judía, que a su vez se basaba sobre todo en una lectura literal del relato del
libro del Génesis. En el contexto de un drama divino en el que supuestamente el
pueblo judío representaba el papel principal, disponer de una historia era
claramente crucial. De acuerdo con esta herencia, el mundo habría sido creado
hace unos 5773 años (respecto a 2013). Proféticamente, uno de los filósofos
judíos más influyentes de la Edad Media, Maimónides (Moshe ben Maimon),
argumentó en contra de una interpretación literal del texto bíblico. Como en
una anticipación de lo que Galileo Galilei diría más de cuatro siglos más
tarde, Maimónides defendió que cuando unos hallazgos científicos precisos
entran en conflicto con las Escrituras, es necesario volver a interpretar los
textos bíblicos. El filósofo judío holandés Baruch de Spinoza se hizo eco del
mismo sentimiento: «El conocimiento de […] casi todo lo que contienen las
Escrituras debe buscarse únicamente en las propias Escrituras, del mismo modo
que el conocimiento sobre la naturaleza se busca en la propia naturaleza»[86]. De hecho,
Maimónides no había sido siquiera el primero en sugerir que los pasajes del
Génesis solamente tenían intención alegórica. En el siglo I, el filósofo judío
helenista Filón de Alejandría (llamado el Judío) escribió con presciencia:
Sería
indicio de gran ingenuidad pensar que el mundo fue creado en seis días, o
siquiera en cualquier tiempo; pues el tiempo no es otra cosa que la secuencia
de días y noches, y estas cosas están conectadas con el movimiento del Sol por
encima y por debajo de la Tierra. Pero el Sol es parte de la bóveda celeste, de
manera que el tiempo debe reconocerse como algo posterior al cosmos. Así pues,
lo correcto no sería decir que el mundo fue creado en el tiempo, sino que el
tiempo debe al mundo su existencia[87]
Como
veremos en el capítulo 10, la última frase de Filón se ajusta de maravilla a
las ideas que Einstein expresa en su teoría general de la relatividad.
El gran filósofo alemán Immanuel Kant fue uno de los primeros en juzgar de
manera crítica el equilibrio entre la interpretación bíblica y las leyes de la
ciencia física. Kant se decantaba de manera decidida por la física. En 1754
llamó la atención[88] sobre
el peligro de basarse en el tiempo de una vida humana para estimar la edad de
la Tierra. Esto es lo que escribió: «El hombre comete el mayor de los errores
cuando intenta utilizar la secuencia de las generaciones humanas que han
transcurrido en un [periodo de] tiempo determinado como medida de la edad de la
grandeza de la obra de Dios». Refiriéndose a un pasaje sarcástico[89]escrito por
el autor francés Bernard le Bovier de Fontenelle en 1686, en el que las rosas
metafóricamente ponderaban la edad de su jardinero, Kant añadió una «cita» de
las rosas: «Nuestro jardinero es un hombre muy viejo; en la memoria de las
rosas tiene el mismo aspecto que siempre ha tenido: no muere, ni siquiera
cambia».
Más o menos al mismo tiempo que Kant reflexionaba sobre la naturaleza de la
existencia, el diplomático y geólogo francés Benoît de Maillet llevó a cabo[90] uno de
los primeros intentos audaces por utilizar observaciones reales y un
razonamiento científico metódico para determinar la edad de la Tierra. De
Maillet aprovechó su posición como cónsul general de Francia en diversos
lugares alrededor del Mediterráneo para realizar observaciones geológicas que
le llevaron al convencimiento de que la Tierra no podía haberse creado
totalmente formada en un instante de tiempo. Al contrario, infirió una larga
historia de procesos geológicos graduales. Consciente del riesgo que suponía
poner en duda el dominio de la ortodoxia eclesiástica, De Maillet compuso su
teoría sobre la historia de la Tierra en una serie de manuscritos que no fueron
compilados, editados y publicados bajo el título de Telliamed («de
Maillet» al revés) hasta 1748, diez años después de su muerte. La obra estaba
escrita como una serie de conversaciones ficticias entre un filósofo indio
(Telliamed) y un misionero francés. Aunque las ideas originales de De Maillet
han quedado un tanto diluidas por la mano de su editor, el abad Jean Baptiste
le Mascrier, todavía es posible discernir el argumento principal. En términos
modernos, se trataba de una teoría de lo que hoy conocemos como sedimentación.
Las conchas fosilizadas en rocas sedimentarias cerca de la cima de algunas
montañas llevaron a De Maillet a la conclusión de que el agua había cubierto
completamente la Tierra. Esta hipótesis ofrecía una posible solución a una
pregunta que dos siglos atrás había llevado de cabeza a Leonardo da Vinci:
«¿Por qué se encuentran huesos de peces y ostras y corales y otras conchas y
caracolas en las altas cimas de montañas que bordean los océanos, del mismo
modo que se encuentran en las profundidades del mar?»[91]. De Maillet
casó su teoría de una Tierra cubierta de agua con la teoría de Descartes sobre
el sistema solar, en la que el Sol residía en un vórtice alrededor del cual
daban vueltas los planetas, para afirmar que la Tierra estaba perdiendo su agua
hacia el interior del vórtice. Tras haber observado en varios puertos antiguos,
como Acre, Alejandría y Cartago, que el nivel del mar había descendido a razón
de unos ocho centímetros por siglo, De Maillet estimó para la Tierra una edad
de unos 2400 millones de años.
En rigor, los cálculos de De Maillet, así como la teoría en los que se basan,
eran erróneos por varios motivos. En primer lugar, el mar nunca cubrió del todo
la Tierra; De Maillet no cayó en la cuenta de que, en lugar de que descendiera
el agua, podía levantarse la tierra. En segundo lugar, su conocimiento de la
formación de las rocas era bastante deficiente, y además debilitó su
argumentación con ocasionales incursiones en la fantasía. Por ejemplo, para
sustentar su aseveración de que todas las formas de vida salieron del mar (una
idea que en realidad es coherente con lo que hoy sabemos), De Maillet se basó
en relatos sobre sirenas y hombres con cola. No obstante, la estimación que
hizo De Maillet de la edad de la Tierra supuso un punto de inflexión en la
manera de enfocar este problema. Por primera vez la edad de la Tierra no se
medía con relación a la vida humana sino con relación al ritmo de los procesos
naturales.
De Maillet humildemente dedicó su obra al dramaturgo romántico francés Cyrano
de Bergerac, que había muerto un día antes del nacimiento de De Maillet[92]. Su
dedicatoria comienza así: «Es a vos, Ilustre Cyrano, a quien dedico esta obra,
pues ¿acaso podría escoger más digno Protector de las extravagancias que
encierra?». Hoy podemos apreciar que la obra de De Maillet era más que una
«extravagancia»: contenía las semillas de la geocronología. Determinar la edad
de la Tierra con métodos científicos estaba a punto de convertirse en un digno
desafío para la ciencia.
La Tierra y la vida ganan una historia
En su obra maestra Principia, publicada originalmente en 1687,
Isaac Newton observa que «un globo de hierro al rojo vivo[93] igual a
nuestra Tierra, es decir, de unos 40.000 000 de pies [12.200 000 metros] de
diámetro, apenas se enfriaría en un número igual de días, o en más de 50 000
años». Consciente de que no podía conciliar fácilmente este resultado con sus
creencias religiosas, Newton se apresura a añadir: «Pero sospecho que, a tenor
de algunas causas latentes, la duración del calor podría aumentar en una
proporción menor a la del diámetro, y me complacería que esa proporción
verdadera se investigara mediante experimentos».
Newton no fue el único científico del siglo XVII que reflexionó sobre este
problema. Los famosos filósofos Descartes y Gottfried Wilhelm Leibniz también
tratan el enfriamiento de la Tierra desde un estado inicial fundido. Sin
embargo, la primera persona que parece haberse tomado seriamente el ruego de
Newton sobre una investigación experimental, y que además disponía del ingenio
suficiente para intentar utilizar el problema del enfriamiento para estimar la
edad de la Tierra, fue el matemático y naturalista del siglo XVIII
Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon.
Buffon fue un personaje verdaderamente prolífico que no solo fue un científico
consumado sino también un hombre de negocios de éxito. Tal vez se le conozca
sobre todo por la claridad y la persuasión con las que presentó un nuevo método
para estudiar la naturaleza. La obra monumental de su vida, Histoire
Naturelle, Générale et Particulière, de la cual se completaron treinta y
seis volúmenes durante su vida (y ocho más se publicaron de manera póstuma), fue
leída por la mayor parte de las personas cultas de la época en Europa y América
del Norte. El objetivo de Buffon era tratar sistemáticamente temas que iban del
sistema solar, la Tierra y la raza humana a los distintos reinos de los seres
vivos.
En su excursión mental al pasado físico de la Tierra, Buffon supuso que nuestro
planeta[94] había
comenzado siendo una esfera fundida después de ser eyectada del Sol a causa de
la colisión con un cometa. Luego, en el más puro estilo de un experimentador,
no quedó satisfecho con un escenario puramente teórico y procedió de inmediato
a fabricar esferas de distintos diámetros y a medir con precisión el tiempo que
tardaban en enfriarse. A partir de estos experimentos, estimó que el globo
terrestre se había solidificado en 2905 años y había tardado 74 832 años en
enfriarse hasta su temperatura actual, aunque sospechaba que el tiempo de
enfriamiento debía ser mucho más dilatado.
Al final, sin embargo, no fue la física newtoniana pura lo que atrajo la
atención sobre el problema de la edad de la Tierra. El creciente interés por el
estudio de los fósiles durante el siglo XVIII convenció a naturalistas como
Georges Cuvier, Jean-Baptiste Lamarck y James Hutton de que los registros tanto
paleontológicos como geológicos requerían de la actuación de fuerzas geológicas
durante periodos de tiempo larguísimos. Tan largos, de hecho, que, según decía
Hutton, no había hallado «vestigios de un principio ni expectativa de un final»[95].
A la vista de la creciente dificultad de intentar embutir toda la historia de
la Tierra en los pocos miles de años bíblicos, algunos de los naturalistas más
religiosos (aunque no solo ellos) optaron por recurrir a catástrofes, por
ejemplo inundaciones, como agentes de cambios rápidos. Si había que negar los
grandes periodos de tiempo, las catástrofes se presentaban como el único
vehículo que podía modelar apreciablemente la superficie de la Tierra de forma
casi instantánea. Desde luego, la distribución de fósiles marinos proporcionaba
pruebas claras de la acción de las inundaciones y de las glaciaciones en el
pasado geológico de la Tierra, pero muchos de los catastrofistas más ardientes
se sentían motivados, al menos en parte, por su inquebrantable lealtad al texto
bíblico más que por el testimonio científico. Richard Kirwan, uno de los
químicos más conocidos de la época, articuló con suma claridad esta posición.
Kirwan confrontó a Hutton directamente con Moisés al describir lo mucho que le
preocupaba observar «cuán fatal ha resultado la sospecha de la gran antigüedad
del globo para el crédito a la historia mosaica, y en consecuencia para la
religión y la moralidad»[96].
La situación comenzó a cambiar de una manera drástica en los años 1830-1833 con
la publicación de los tres volúmenes de los Principios de geología de
Charles Lyell[97], que también
era amigo cercano de Charles Darwin. Lyell argumentaba que las fuerzas que
esculpieron la Tierra (vulcanismo, sedimentación, erosión y otros procesos por
el estilo) se habían mantenido esencialmente inmutables a lo largo de la
historia de la Tierra, tanto en su fuerza como en su naturaleza. Esta era la
idea del uniformitarianismo que inspiró el concepto de Darwin del gradualismo
en la evolución de las especies. La premisa básica era sencilla: si había algo
que todas estas fuerzas geológicas de lenta actuación requerían para tener un
efecto apreciable, era tiempo. Mucho tiempo. Los seguidores de Lyell casi
abandonan la idea de una edad definida para la Tierra a favor de una vaga
noción de un tiempo «inconcebiblemente dilatado». En otras palabras, la Tierra
de Lyell se encontraba casi en un estado estacionario, y sobre
ella, a paso de caracol, actuaban cambios a lo largo de un tiempo casi
infinito. Este principio contrastaba marcadamente con las estimaciones
teológicas de unos seis mil años.
Hasta cierto punto, la perspectiva de una edad geológica inconmensurablemente
grande impregnaba El origen de Darwin, por bien que el intento
del propio Darwin de estimar la edad del Weald (el valle erosionado que se
extiende a lo largo de la región sudeste de Inglaterra) resultase tan
desastrosamente erróneo que más tarde habría de retractarse. Darwin imaginaba
la evolución como una larga secuencia de fases, cada una de las cuales duraba
tal vez unos diez millones de años. Existía, sin embargo, una diferencia importante
entre la posición de Darwin y la de los geólogos. Aunque desde luego hacían
falta largos periodos de tiempo para que la evolución desarrollara su curso,
Darwin insistía en una «flecha del tiempo» con una única dirección; no le
satisfacía un estado estacionario o una progresión cíclica, pues el concepto de
evolución impartía al tiempo una tendencia clara. Sin embargo, comenzaba a
cocerse una controversia. No una personal entre Darwin y Lyell, ni siquiera
entre la geología y la biología en general, sino entre un adalid de la física
de un lado y algunos biólogos y geólogos del otro. Aquí es donde entra en
escena uno de los físicos más eminentes de su tiempo: William Thomson, más
tarde conocido como lord Kelvin.
Enfriamiento global
En 1897, el Vanity Fair Album, un compendio de lo más granado del
famoso semanario de la sociedad británica, publicó un panegírico de lord Kelvin[98], un
fragmento del cual dice así:
Su
padre fue profesor de Matemáticas en Glasgow. Él mismo nació en Belfast hace
setenta y dos años, y se educó en la Universidad de Glasglow y en St. Peter’s,
en Cambridge, de cuyo College, tras llegar a ser Second
Wrangler y Smith’s Prizeman[99], fue
nombrado Fellow. Aunque no escocés, enseguida regresó a Glasgow como
catedrático de Filosofía Natural, y desde entonces es tanto lo que ha inventado
y, pese a su conocimiento matemático, tanto el bien que ha hecho, que su
nombre, William Thomson, es conocido no solo a lo largo y ancho del mundo
civilizado, sino también en todos los mares. Pues siendo un simple caballero
inventó la brújula de marinero de sir William Thomson, así como una
máquina de sondeo para la navegación, que tristemente es menos conocida.
También ha hecho grandes aplicaciones de la electricidad en el mar: como
ingeniero de varios cables atlánticos, como inventor del galvanómetro de espejo
y el registrador de sifón, y de mucho más que no solo es científico sino
también útil. A tal punto es buen hombre que hace cuatro años fue ennoblecido
como barón Kelvin de Largs; y aun así sigue lleno de sabiduría, pues pertenecer
a la nobleza no lo ha malogrado… Sabe todo lo que se puede saber sobre calor,
todo lo que hasta el momento se sabe sobre el magnetismo y todo lo que puede
averiguar sobre la electricidad. Un gran científico, honesto y humilde, que es
mucho lo que ha escrito y más aún lo que ha hecho.
Esta
es una descripción bastante precisa, aunque a veces hilarante, de los numerosos
logros de un hombre al que uno de sus biógrafos apodó como el «victoriano
dinámico». En el momento de su ennoblecimiento, en el año 1892, Thomson adoptó
el título de barón Kelvin de Largs, por el río Kelvin, que discurría cerca de
su laboratorio en la Universidad de Glasgow. Lo de «Second Wrangler» se refiere
a que Kelvin, para su decepción, quedó segundo en la lista final de honores de
la escuela de matemáticas de Cambridge. Se cuenta que la mañana en que habían
de publicarse los resultados de los exámenes, envió a su sirviente para que
averiguase «¿quién es Second Wrangler?» y quedó desolado cuando este le
comunicó «¡Usted, señor!». No cabe duda de que Kelvin fue la figura más
destacada de la época que presenció el fin de la física clásica y el nacimiento
de la era moderna. La figura 9 muestra un retrato de lord Kelvin, posiblemente
realizado a partir de una fotografía tomada en 1876. Como corresponde, tras su
muerte en 1907 fue sepultado en una tumba junto a la de Isaac Newton en la
abadía de Westminster. Lo que el panegírico no reflejaba, sin embargo, fue cómo
en sus últimos años el prestigio de Kelvin en los círculos científicos se había
venido abajo. En su vejez, Kelvin se ganó una reputación como obstruccionista
de la física moderna. A menudo se lo presenta como una persona aferrada con
obstinación a sus ideas anticuadas, que se resistió a los últimos hallazgos
sobre los átomos y la radiactividad. Pero lo más sorprendente es que, aunque
James Clerk Maxwell se basó en algunas de las aplicaciones de Kelvin de los
principios de la energía para desarrollar su impresionante teoría del
electromagnetismo, Kelvin todavía objetaba a la teoría, declarando: «Debo decir
que lo único que en ella me parece inteligible, no me parece admisible»[100]. A pesar
de ser una persona con amplios conocimientos tecnológicos, Kelvin hizo
declaraciones igualmente sorprendentes sobre la tecnología, por ejemplo: «No
tengo ninguna fe en la navegación aérea más allá de los globos aerostáticos».
Fue este enigmático hombre, un científico brillante de joven pero que de viejo
había perdido contacto con la ciencia, quien intentó desacreditar las ideas de
los geólogos sobre la edad de la Tierra.
Figura 9
El
28 de abril de 1862, Kelvin (que entonces todavía era Thomson) leyó ante la
Real Sociedad de Edimburgo un artículo titulado «Sobre el enfriamiento secular
de la Tierra»[101]. Este
artículo seguía el hilo de otro artículo reciente, publicado tan solo un mes
antes con el título «Sobre la edad del calor del Sol»[102]. Thomson
dejaba claro desde la primera frase que aquel no iba a ser un ensayo técnico
fácil de olvidar. Era un ataque frontal contra la suposición de los geólogos
acerca de la naturaleza inmutable de las fuerzas que habían modelado la Tierra:
Durante
dieciocho años me ha inquietado[103] que
principios esenciales de la termodinámica hayan sido ignorados por aquellos
geólogos que de una manera intransigente se oponen a toda hipótesis
paroxística, y mantienen no solo que tenemos ejemplos ahora, en la Tierra, de
todas las distintas acciones por las que su corteza se ha ido modificando a lo
largo de la historia geológica, sino que estas acciones nunca han sido, o en
general no han sido, más violentas en el pasado que en nuestros tiempos.
Aunque
lo de «inquietado» sea una pequeña exageración, sí es cierto que los primeros
artículos de Kelvin sobre la cuestión de la conducción y distribución del calor
por el cuerpo de la Tierra los había escrito mucho antes, en 1844 (cuando no
era más que un estudiante de veinte años) y 1846, respectivamente. Incluso
antes de cumplir diecisiete años, Thomson había logrado detectar un error en un
artículo sobre el calor escrito por un profesor de Edimburgo.
El planteamiento de Kelvin era sencillo: las mediciones realizadas en minas y
pozos indicaban que fluía calor desde el interior de la Tierra hacia su
superficie, lo que implicaba que la Tierra había sido en su origen un planeta
más caliente y se estaba enfriando. En consecuencia, argumentaba Kelvin, salvo que
se pudiera demostrar la existencia de fuentes internas o externas de energía
que compensaran las pérdidas de calor, estaba claro que no era posible ningún
estado estacionario o la repetición de ciclos geológicos idénticos. Charles
Lyell era consciente de este problema, y en sus Principios de geología proponía
un mecanismo que se autosostenía, por el cual creía que se podía intercambiar
energía química, eléctrica y calor de manera cíclica en el interior de la
Tierra. Dicho llanamente, Lyell imaginaba que unas reacciones químicas
generaban calor, el cual impulsaba corrientes eléctricas que a su vez
disociaban los compuestos químicos en sus constituyentes originales, y de este
modo comenzaba de nuevo todo el proceso. Kelvin casi no podía disimular su
desdén. Demostró con toda claridad que un proceso así equivalía a una suerte de
máquina de movimiento perpetuo, violando el principio de disipación (y
conservación) de la energía: cuando la energía mecánica se transforma de manera
irreversible en calor, como en el caso de la fricción. El mecanismo de Lyell
violaba las leyes básicas de la termodinámica. Para Kelvin, esta era la prueba
definitiva de que los geólogos eran unos completos ignorantes de los principios
de la física, y señaló cáusticamente:
Suponer,
como Lyell ha hecho al adoptar la hipótesis química, que las sustancias, tras
combinarse, puedan separarse de nuevo electrolíticamente mediante corrientes
termoeléctricas, y que de ese modo la acción química y su calor prosigan en un
ciclo sin fin, viola los principios de la filosofía natural exactamente del
mismo modo, y en el mismo grado, como creer que un reloj construido con un
movimiento que se dé cuerda a sí mismo pueda satisfacer las expectativas de su
ingenioso inventor de mantenerse en marcha para siempre[104].
En
lo más básico, el cálculo de Kelvin de la edad de la Tierra era simple. Como la
Tierra se estaba enfriando, se podía utilizar la ciencia de la termodinámica
para calcular la edad geológica finita de nuestro planeta: el tiempo que habría
tardado en alcanzar su estado actual desde la formación de la corteza sólida.
La idea en sí no era del todo novedosa; el físico francés Joseph Fourier[105] había
desarrollado la teoría matemática de la conductividad térmica y del proceso de
enfriamiento de la Tierra a principios del siglo XIX. Kelvin comprendió el
potencial de la teoría y en 1849 se dedicó a realizar una serie de mediciones
de temperaturas subterráneas (junto al físico James David Forbes), y en 1855
propuso con vehemencia que se realizara una prospección geotérmica completa,
precisamente para que se pudiera calcular la edad de la Tierra.
Kelvin había supuesto que el mecanismo que transportaba el calor desde el
interior hasta la superficie era el mismo tipo de conducción que transfiere
calor desde una sartén de hierro sobre un fuego hasta su mango. Aun así, para
poder aplicar la teoría de Fourier al enfriamiento de la Tierra, necesitaba
conocer tres cantidades físicas:
1. la
temperatura interna inicial de la Tierra,
2. la
tasa de cambio de la temperatura en función de la profundidad, y
3. el
valor de la conductividad térmica de la corteza rocosa de la Tierra (que
determina lo rápido que puede transportarse el calor).
Kelvin
creía disponer de buenas estimaciones de dos de estas cantidades. Las
mediciones realizadas por diversos geólogos habían mostrado que, aunque los
resultados variaban de un lugar a otro, por término medio la temperatura
aumentaba unos 3 ºC por cada 100 metros de descenso (esta cantidad se conoce
como gradiente geotérmico). En cuanto a la conductividad térmica, Kelvin se
basó en sus propias mediciones de dos tipos de roca y de la arena, con lo que
obtuvo lo que le pareció un promedio aceptable. La tercera cantidad física, la
temperatura del interior profundo de la Tierra, era extremadamente
problemática, puesto que no se podía medir directamente. Pero Kelvin no era un
hombre que se dejara vencer fácilmente por las dificultades. Puso su mente
analítica a trabajar y consiguió al fin deducir una estimación de la
desconocida temperatura interna. Las contorsiones intelectuales que tuvo que
realizar para llegar a este resultado mostraron al mejor Kelvin, pero también
al peor. De un lado, su virtuoso dominio de la física y su capacidad para
examinar alternativas potenciales con una lógica afilada como cuchilla no
tenían parangón. Por otro lado, como veremos en el siguiente capítulo, a veces
su exceso de confianza le llevaba a caer asaltado por sorpresa por posibilidades
que no había contemplado.
Kelvin comenzó a atacar el problema de la temperatura interna de nuestro
planeta analizando varios modelos posibles del enfriamiento de la Tierra. Según
la suposición general, el estado inicial era de roca fundida como consecuencia
del calor generado por alguna colisión, bien con varios cuerpos pequeños, como
los meteoritos, bien con un solo cuerpo de masa casi igual. La posterior
evolución de esa esfera fundida dependía de una propiedad de las rocas que no
se conocía con certeza: si al solidificarse, la roca fundida se expandía (como
el agua al congelarse) o se contraía (como los metales). En el primer caso, se
podía esperar que la corteza sólida flotase sobre el interior líquido, igual
que el hielo flota sobre la superficie de los lagos en invierno. En el segundo
caso, las rocas sólidas, más densas, que se formasen en la superficie más fría
de la Tierra acabarían hundiéndose, hasta que con el tiempo formarían una
especie de andamiaje sólido que sostendría la corteza terrestre. Aunque las
observaciones empíricas eran escasas, los experimentos con rocas fundidas de
granito, pizarra y traquita parecían indicar que la roca fundida se contraía al
enfriarse y al solidificarse. Kelvin utilizó esta información para esbozar una nueva
posibilidad. Propuso que antes de que tuviera lugar la solidificación completa,
el líquido más frío de la superficie se habría hundido hacia el centro,
manteniendo de este modo corrientes de convección parecidas a las que se
generan en el aceite de una sartén. En este modelo, se suponía que la
convección mantenía una temperatura casi uniforme a todas las profundidades. En
consecuencia, Kelvin supuso que en el punto de solidificación, la temperatura
era en todos lados aproximadamente la temperatura de fusión de las rocas, y
esta es la temperatura que atribuyó también al interior de la Tierra
(suponiendo que el núcleo apenas se había enfriado desde entonces). Este modelo
implicaba que la Tierra era casi homogénea en sus propiedades físicas. Por
desgracia, ni siquiera este ingenioso truco acabó de resolver el problema, pues
en tiempos de Kelvin no se conocía el valor de la temperatura de fusión de la
roca. Así pues, se vio forzado a hacer la mejor conjetura que le permitía el
conocimiento disponible, adoptando finalmente una horquilla de valores
aceptables entre 3800 y 5500 ºC. (Unas mediciones sísmicas realizadas en 2007
arrojaron una temperatura de unos 3700 ºC para una región situada a unos 3000
kilómetros bajo la superficie de la Tierra).
Juntando toda esta información, Kelvin por fin calculó una edad para la corteza
de la Tierra: noventa y ocho millones de años. Tras estimar las incertidumbres
en sus supuestos y en los datos de que disponía, Kelvin llegó a la conclusión
de que podía establecer con cierta confianza[106] que
la edad de la Tierra tenía que estar entre veinte millones y cuatrocientos
millones de años.
En muchos sentidos, a pesar de la inseguridad de las suposiciones, se trataba
de un cálculo realmente brillante. ¿Quién hubiera pensado que de verdad se
podía calcular la edad de la Tierra? Kelvin abordó un problema aparentemente
irresoluble y lo descifró. Utilizó principios físicos sólidos tanto en la
formulación del problema como en su método de cálculo, y todo ello con las
mejores mediciones cuantitativas disponibles en su época (algunas de las cuales
realizó él mismo). En comparación con su determinación, las estimaciones de los
geólogos no pasaban de burdas conjeturas y ociosas especulaciones basadas en
procesos pobremente entendidos como la erosión y la sedimentación.
El número que Kelvin produjo (aproximadamente cien millones de años) era muy
coherente con una estimación previa que había hecho de la edad del Sol. Esto
era importante, pues incluso algunos de los coetáneos de Kelvin se dieron
cuenta de que la fuerza de su argumentación sobre la edad de la Tierra se
derivaba al menos en parte de la credibilidad que había ganado con sus cálculos
solares. La premisa básica de Kelvin en el artículo «Sobre la edad del calor
del Sol», y en varios artículos parecidos posteriores, no era demasiado
distinta de la tesis central de su análisis de la edad de la Tierra. La
suposición clave en ambos casos era que la única fuente de
energía a disposición del Sol era la energía gravitatoriamecánica.
Suponía que esta era suministrada bien por la caída de meteoritos, como Kelvin
imaginó inicialmente, para luego rechazar, bien, como propuso más tarde y
reiteró con fuerza en 1887, por la continua contracción del Sol, que provocaba
la disipación de su energía gravitatoria en forma de calor. Sin embargo, como
el aporte de energía claramente no era infinito y el Sol la perdía sin cesar
por radiación, Kelvin llegó a la conclusión, bien justificada, de que el Sol no
podía mantenerse inmutable de manera indefinida. Para calcular su edad, tomó
prestadas algunas ideas de las teorías de la formación del sistema solar
propuestas por el físico francés Pierre-Simon Laplace y por el filósofo alemán
Immanuel Kant, que complementó con algunas ideas importantes sobre la
contracción potencial del Sol que había tomado de los trabajos de su coetáneo
el físico alemán Hermann von Helmholtz. Tras tejer con todos estos hilos una
historia coherente, Kelvin logró obtener una estimación aproximada[107] de la
edad del Sol. El último párrafo del artículo de Kelvin deja claro que era
consciente de las muchas incertidumbres implicadas:
Parece,
pues, que en términos generales lo más probable es que el Sol no haya iluminado
la Tierra durante cien millones de años, y casi cierto que no lo ha hecho
durante quinientos millones de años. En cuanto al futuro, podemos decir, con
igual certidumbre, que los habitantes de la Tierra no podrán seguir disfrutando
de la luz y el calor esenciales para su vida durante muchos millones de años a
no ser que existan en el gran almacén de la creación otras fuentes que hoy
desconocemos.[108]
Tal
como describiré en el próximo capítulo (y explicaré con detalle en el capítulo
8), la última frase resultó ser del todo clarividente.
El hecho de que las edades calculadas para el Sol y la Tierra resultasen ser
comparables aunque se hubiesen estimado de manera independiente, hacía que los
cálculos de Kelvin fuesen más convincentes, pues había buenas razones para
sospechar que todo el sistema solar se había formado más o menos al mismo
tiempo. Aun así, no fueron pocos los geólogos británicos que no quedaron
convencidos. Era casi como si para algunos de ellos resultara más conveniente
explicarlo todo, no mediante las leyes de la física, sino mediante aquello que
en 1899 el geólogo americano Tomas Chamberlin había denominado, no sin cinismo,
«imprudentes letras de cambio en el banco del tiempo». La mejor ilustración de
la actitud escéptica hacia los hallazgos de Kelvin es una fascinante
conversación que Kelvin mantuvo en 1867 con el geólogo escocés Andrew Ramsay.
La ocasión en que se produjo fue una conferencia del geólogo Archibald Geikie
sobre la historia geológica de Escocia. Kelvin describiría más tarde la charla[109] que
mantuvo con Ramsay inmediatamente después de la ponencia, señalando que casi
todas las palabras pronunciadas habían quedado «grabadas en mi mente»:
Le
pregunté a Ramsay qué cantidad de tiempo requería aquella historia. Me
respondió que no podía sugerir un límite. Yo le dije: «¿No supondrá usted que
la historia geológica ha necesitado 1.000.000 000 de años?». «¡Desde luego que
lo pienso!» «¿10.000.000 000 de años?» «¡Sí!» «El Sol es un cuerpo finito. Se
pueden contar las toneladas. ¿Cree usted que lleva brillando un billón de
años?» «Soy tan incapaz de estimar y entender las razones que ustedes, los
físicos, aducen para limitar el tiempo geológico como usted es incapaz de
entender las razones geológicas de nuestras estimaciones sin límites». Le
respondí: «Puede entender perfectamente el razonamiento de los físicos si le
dedica atención».
Kelvin
tenía toda la razón. Dejando de un lado por un momento la cuestión de lo
sólidas que fuesen sus suposiciones físicas y los detalles matemáticos de sus
cálculos, la conclusión principal de Kelvin era accesible. Su argumentación era
que si tanto el Sol como la Tierra estaban perdiendo energía y no poseían
ninguna fuente conocida que pudiera reponer las pérdidas, el pasado geológico
de la Tierra debía haber sido más activo que el presente. Un Sol más caliente
habría causado una mayor evaporación, y consiguientemente una tasa mayor de
erosión por la precipitación. Al mismo tiempo, una Tierra más caliente habría
experimentado más actividad volcánica. Por lo tanto, concluía Kelvin, la
suposición uniformitarianista de una Tierra en un estado estacionario casi
indefinido no se sostenía.
No sorprende, entonces, que en 1868, cuando Kelvin pronunció un discurso[110]ante la
Sociedad Geológica de Glasgow, escogiera como diana de sus mordaces críticas el
primer texto que había llamado la atención de un amplio público hacia el
principio del uniformitarianismo (formulado por James Hutton). Se trataba de la
obra de 1802 Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth (Ilustraciones
de la teoría huttoniana de la Tierra), del científico escocés John
Playfair. De este libro, Kelvin citó un sorprendente pasaje que para él
representaba el paradigma de la opinión ortodoxa de los geólogos de la época:
Con
qué frecuencia se han repetido estas vicisitudes de decadencia y renovación no
es algo que nos sea dado determinar; constituyen una serie de la que, como bien
ha señalado el autor de esta teoría [Hutton], no vemos ni el principio ni el
final, una circunstancia que concuerda bien con lo que se conoce sobre otras
partes de la economía del mundo […] en los movimientos planetarios donde la
geometría ha llevado la mirada tan lejos tanto hacia el futuro como hacia el
pasado, no descubrimos tampoco marca alguna del comienzo o la terminación del
orden actual.
No
es, de hecho, razonable suponer que tales marcas puedan existir en ningún lugar [la
cursiva es mía]. El Autor de la naturaleza no ha dotado al universo de leyes
que, como las instituciones de los hombres, lleven en sí mismas los elementos
de su propia destrucción. No ha permitido en Su obra síntoma alguno de infancia
o vejez, ni signo alguno por el que podamos estimar su duración pasada o
futura. Puede darle fin, pues Él, sin duda, dio un principio al presente
sistema en algún tiempo determinado; pero podemos concluir con seguridad que la
gran catástrofe no será provocada por ninguna de las leyes que
hoy existen, y que no es indicada por nada que podamos percibir.
La reacción de Kelvin hacia este fragmento fue despiadada. «Nada», dijo,
«podría estar más lejos de la verdad». Explicando una vez más sus argumentos en
términos que cualquiera pudiera entender, observó:
Si
perforamos la Tierra en cualquier lugar, está caliente, y si pudiéramos aplicar
esta prueba a la profundidad suficiente, no hay duda de que la encontraríamos
muy caliente. Supongamos que tenemos aquí ante nosotros un globo de arenisca, y
que al perforarlo hallamos que está caliente, si lo perforamos en otro punto
también está caliente, y así siempre, ¿sería razonable decir que ese globo de
arenisca se ha mantenido tal como es ahora durante mil años? Uno diría: «No;
esa arenisca ha estado en el fuego, donde se calentó hace no muchas horas». Tan
razonable sería coger un frasco de agua caliente, como los que se usan en los
carros, y decir que esa botella ha estado así desde siempre, como para Playfair
lo es afirmar que la Tierra podría haber sido siempre tal como es ahora, y que
no muestra indicio alguno de un principio o de un progreso hacia un final[111].
Para
reforzar aún más su argumentación, Kelvin decidió no basarse únicamente en su
antiguo razonamiento sobre la Tierra y el Sol. Se le ocurrió una tercera línea
de argumentación basada en la rotación de la Tierra alrededor de su eje. El
concepto en sí era ingenioso y fácil de entender. Una Tierra inicialmente
fundida habría adquirido, a causa de la rotación, una forma ligeramente
elipsoidal, más achatada por los polos y más abultada por el ecuador. Cuanto
mayor hubiera sido la rotación inicial, menos esférica habría sido la forma
resultante. Esta forma, según infería Kelvin, se habría conservado tras la
solidificación de la Tierra. Por consiguiente, se podían utilizar mediciones
precisas de la desviación de la esfericidad para determinar la tasa de rotación
inicial. Como era de esperar que las mareas provocadas por la gravitación de la
Luna[112] actuaran
como una fricción, ralentizando la rotación, se podía estimar cuánto tiempo se
habría necesitado para reducir la tasa inicial de rotación hasta la actual de
una rotación cada veinticuatro horas.
Aunque la idea era fascinante, convertirla en un valor para la edad de la
Tierra era extremadamente difícil. El propio Kelvin admitía: «Con los datos
imperfectos que poseemos sobre las mareas, es imposible calcular la magnitud de
su efecto sobre la reducción de la rotación de la Tierra»[113]. No
obstante, Kelvin pensaba que el solo hecho de que se pudiera poner
un límite a la edad de la Tierra, por mucha incertidumbre que tuviera, bastaba
para refutar la idea uniformitarianista de un tiempo inconcebiblemente
dilatado. Refiriéndose a su propia estimación numérica de una lentificación de
22 segundos por siglo, llegó a la conclusión de que «[tanto si] el tiempo
perdido por la Tierra es de 22 segundos en un siglo, como si es
considerablemente más, o menos, que 22 segundos, el principio es el mismo. No
puede haber uniformidad. La Tierra está repleta de pruebas de que no ha estado
desde siempre en el estado actual, y de que se produce una progresión hacia un
estado infinitamente distinto del actual».
Para decepción de Kelvin, la estimación basada en la tasa de rotación de la
Tierra no perduró mucho tiempo, por lo menos no de una forma cuantitativa. El
destino quiso que fuese precisamente George Howard Darwin, el quinto hijo de
Charles Darwin, quien demostrase que el argumento no servía para estimar una
edad. George fue un físico[114] de
considerable destreza matemática, y atacó el problema de la rotación de la
Tierra alrededor de su eje con infinita paciencia y atención al detalle. En una
serie de artículos publicados sobre todo entre 1877 y 1879, el joven Darwin
logró demostrar que, contra lo que Kelvin creía, la Tierra podía seguir
cambiando su forma de manera gradual aunque su tasa de rotación se fuese
frenando. Esto era consecuencia de que incluso una Tierra solidificada[115] no
era completamente rígida. La conclusión era inequívoca. Darwin demostró que
dadas las muchas incertidumbres sobre el interior de la Tierra, no había
ninguna forma fiable de calcular la edad del planeta a partir de su tasa de
rotación.
Huelga decir que Charles Darwin estuvo encantado[116] de
saber que su propio hijo había conseguido «hacer tambalear» al gran Kelvin, y
exclamó: «Hurra por las tripas de la Tierra y su viscosidad y por la Luna y por
los cuerpos celestes y por mi hijo George».
Pero las investigaciones de George Darwin no afectaban a las principales
afirmaciones de Kelvin, solo establecían que el tercer argumento de Kelvin (el
concerniente a la rotación de la Tierra) no se podía usar para apoyar el valor de
la estimación de la edad de la Tierra. No obstante, el trabajo de Darwin fue
revelador en otro sentido: demostró que ni siquiera el augusto lord Kelvin era
infalible. Como veremos en el siguiente capítulo, esto podría haber ayudado a
abrir las puertas a otras críticas.
Impacto profundo
Describir la controversia sobre la edad de la Tierra como una batalla a muerte
entre la física y la geología sería un error. Aunque no cabe duda de que
existía tensión en la frontera entre estas disciplinas, tanto se veía Kelvin a
sí mismo como parte de la corriente principal de la geología británica que en
su conferencia ante la Sociedad Geológica de Glasgow de 1878 no dudó en
declarar que «nosotros, los geólogos [la cursiva es mía], tenemos
la culpa de no haber exigido a los físicos experimentos sobre las propiedades
de la materia»[117]. Esta
«flexible» identificación de su persona es un reflejo del mundo científico
menos compartimentalizado del siglo XIX. Los científicos victorianos asistían
libremente a las reuniones de sociedades que formalmente representaban otras
ramas de la ciencia. Más que una disputa entre disciplinas, el debate sobre la
edad de la Tierra era fundamentalmente una confrontación entre Kelvin y la
doctrina de algunos geólogos.
Uno puede preguntarse qué motivó a Kelvin a examinar este problema. La
respuesta es muy simple. El más superficial de los exámenes deja pocas dudas
sobre el hecho de que fue la publicación de El origen de
Darwin en 1859 lo que proporcionó el principal impulso para el ataque directo
de Kelvin a las estimaciones de las edades del Sol y de la Tierra. Una cosa hay
que dejar clara: Kelvin no ponía objeciones a la teoría de la evolución per
se. Por ejemplo, en su discurso presidencial de 1871 ante la Asociación
Británica para el Avance de la Ciencia, apoyó hasta cierto punto algunas de las
conclusiones de Darwin en El origen. Sin embargo, rechazaba de
plano la selección natural porque «siempre había tenido la impresión de que
esta hipótesis[118] no
contiene la verdadera teoría de la evolución, si es que ha habido evolución, en
la biología». ¿Por qué no? Porque, según explicaba, estaba «profundamente
convencido de que en los últimos años[119], en las
especulaciones zoológicas, se ha perdido demasiado de vista el argumento del
diseño». En otras palabras, incluso este decidido físico matemático que
apasionadamente declaraba que «la esencia de la ciencia […] consiste en inferir
las condiciones antecedentes y predecir las evoluciones en el futuro a partir
de fenómenos que realmente se hayan observado», creía que «a todo nuestro
alrededor hallamos pruebas extraordinariamente fuertes de un diseño
inteligente». De hecho, Kelvin sostenía que las propias leyes de la
termodinámica formaban parte de ese diseño universal. Con todo, deberíamos
recordar que incluso si Kelvin se sentía en cierto modo emocionalmente apegado
al concepto de «diseño», no cabe duda de que sus feroces críticas a las
prácticas de los geólogos se basaban enteramente en la física, no en sus
creencias religiosas.
¿Qué impacto tuvo Kelvin en la geología? Hasta la década de 1860, los geólogos
estuvieron mucho más ocupados en discusiones sobre si el interior de la Tierra
era sólido o fluido que preocupados por la cronología de la Tierra. Hacia
mediados de la década de 1860, sin embargo, un número considerable de los
geólogos más influyentes comenzaron a prestar atención de verdad[120] a lo
que había dicho Kelvin. Entre estos, los más destacados fueron John Phillips,
Archibald Geikie y James Croll. Basándose en estudios sobre los sedimentos, el
propio Phillips había sugerido en 1860 una edad para la Tierra de unos noventa
y seis millones de años. Hacia 1865, ya apoyaba públicamente a Kelvin. Geikie,
el nuevo director del Servicio Geológico de Escocia, asumió más o menos el
papel de comunicador y mediador entre la física y la geología. De un lado,
criticaba la afirmación de Kelvin de que el pasado geológico de la Tierra
hubiera sido más activo, para lo cual citaba observaciones empíricas que
parecían mostrar que, en todo caso, «la intensidad […] en términos generales,
ha ido aumentando». Por otro lado, en un artículo publicado en 1871, esencialmente
abandonaba el uniformitarianismo y afirmaba que, basándose en investigaciones
de la física, «alrededor de 100 millones de años es el tiempo asignado dentro
del cual debe incluirse toda la historia geológica». Croll, un impresionante
físico y geólogo autodidacta, estaba completamente convencido por los cálculos
de Kelvin de una Tierra que se estaba enfriando, y aunque se mostraba en
extremo escéptico sobre la estimación que había hecho Kelvin de la edad del
Sol, aceptaba cien millones de años para la edad de la Tierra.
A menudo se puede juzgar si una teoría científica tuvo impacto por la
vehemencia con la que anuncian sus objeciones los pesos pesados que tienen algo
que perder. En el caso de Kelvin, la señal inequívoca de que la oposición había
tomado nota llegó en febrero de 1869, cuando el biólogo Thomas Huxley atacó los
cálculos de Kelvin.
Huxley se había ganado el apodo de «bulldog de Darwin» por su enérgico apoyo de
la teoría de la evolución y el entusiasmo con que la defendía en los debates.
Huxley amaba la controversia tanto como Darwin la detestaba. Es bien conocida
su legendaria y breve confrontación verbal con Samuel Wilberforce, obispo de
Oxford, el 30 de junio de 1860[121]. El
encuentro se produjo en la biblioteca del Nuevo Museo de la Universidad de
Oxford, durante el congreso anual de la Asociación Británica para el Avance de
la Ciencia. La historia apareció relatada[122] con
todo lujo de jugosos detalles, algunos probablemente imaginarios, en el número
de octubre de 1898 de la revista Macmillan’s. El escritor lo
recordaba así:
Tuve
la fortuna de hallarme presente en Oxford en la memorable ocasión en
que Mr. Huxley desafió al obispo Wilberforce […] Entonces el obispo se
alzó, y con un leve tono de burla, florido y fluido, nos aseguró que no había
nada en la idea de la evolución; que las palomas eran hoy lo que siempre habían
sido. Entonces se giró hacia su antagonista y con una sonrisa insolente le
suplicó que le aclarase si cuando afirmaba que descendía de un mono se refería
al linaje de su abuela o al de su abuelo. Mr. Huxley se levantó lenta pero
deliberadamente. Con su alta y esbelta figura, severa y pálida, con gran
tranquilidad y gravedad pronunció ante todos nosotros aquellas palabras
tremendas, unas palabras de las que nadie hoy está seguro, ni creo yo que nadie
pudiese recordar al momento de ser pronunciadas, pues su significado nos dejó
sin aliento, aunque sin ninguna duda sobre lo que eran. No le daba vergüenza
tener un mono como antepasado; pero le avergonzaría estar vinculado con un
hombre que usaba sus grandes dotes para oscurecer la verdad. Nadie dudó de su
significado y su efecto fue formidable. Una dama se desmayó y tuvo que ser
sacada de la sala.
Aunque
hay muchas versiones[123] sobre
las palabras exactas de este improvisado diálogo, las dotes oratorias de Huxley
y el creciente sentimiento en contra de la intromisión de los hombres de la
Iglesia en los asuntos de la ciencia han ayudado a que creciera la leyenda. El
historiador de la ciencia James Moore[124] llegó
incluso a afirmar: «Desde Waterloo, no hay otra batalla del siglo XIX que sea
más conocida».
Huxley decidió asumir la defensa de los geólogos en su discurso presidencial de
1869 ante la Sociedad Geológica de Londres. Para empezar, aprovechó el hecho de
que Kelvin había dirigido sus saetas contra un texto bastante antiguo de
Playfair para hacer la cuestionable declaración de que «yo no creo que en la
actualidad haya ningún geólogo que defienda un uniformitarianismo absoluto»[125]. Prosiguió
preguntándose retóricamente si algún geólogo había necesitado más de cien
millones de años para la acción de la geología, lo que en realidad era un juego
de manos porque el «maestro» de Huxley, el propio Darwin, había estimado para
el Weald, erróneamente, una edad de trescientos millones de años. Por último,
tras unas cuantas declaraciones más, discutibles pero elocuentes, Huxley
pronunció su propio resumen de que «el caso [contra la geología y la biología]
se ha venido abajo completamente».
El discurso de Huxley suscitó la furiosa respuesta de uno de los más acérrimos
defensores de Kelvin: Peter Guthrie Tait. Este matemático, que nunca dejó pasar
una buena pelea, escribió una reseña de los discursos de Kelvin y Huxley en la
cual, envueltos en unas cuantas frases corteses, escondió insultos dirigidos a
Huxley. Entonces, para dar un golpe todavía más lacerante, Tait decidió dar una
cifra para la edad de la Tierra que no solo no tenía ninguna justificación
física sino que además era más pequeña incluso que las más extremas
estimaciones de Kelvin:
Vemos
que podríamos decir, con considerable probabilidad, que la Filosofía Natural ya
apunta a un periodo de unos diez o quince millones de años como el máximo que
cabe permitir para el propósito del geólogo y el paleontólogo; y que no es
improbable que, con mejores datos experimentales, este periodo pueda reducirse
todavía más.[126]
El
resultado neto de las provocadoras declaraciones de Tait fue un creciente
sentimiento de descontento entre los geólogos, que tenían la impresión de que,
pese a sus propios esfuerzos por abordar las limitaciones impuestas por Kelvin,
no parecía que los físicos les correspondieran haciendo la menor concesión a
las pruebas de la geología. En cualquier caso, si dejamos de lado estos
detalles, no cabe duda de que, al menos conceptualmente, Kelvin había ganado la
batalla y había triunfado la idea de un tiempo limitado en lugar de un tiempo
inconmensurable para la edad de la Tierra. Hacia finales del siglo XIX, la idea
de una Tierra en estado estacionario había dado paso a la comprensión de que el
cálculo de la edad de la Tierra con la ayuda de principios físicos era parte de
lo que debía hacer la geología.
Uno podría pensar que estos enormes avances para la geología, unidos a la
multitud de otras contribuciones de Kelvin a la ciencia (publicó más de
seiscientos artículos), lo habrían elevado al rango de los científicos de
impacto imperecedero, como Galileo y Newton. Tristemente la realidad es otra, y
ni siquiera bastó el hecho de que Kelvin se sintiera tan cómodo en el mundo
académico como en el técnico. En 1999 la revista Physical World y Physics
Web (una publicación en Internet del Instituto Británico de Física)
realizaron sendas encuestas en las que pidieron a un centenar de físicos
destacados que nombrasen a los diez físicos más grandes de todos los tiempos[127]. El nombre
de Kelvin no apareció en ninguna de las dos listas. Al menos una de las razones
del deterioro posterior del estatus de Kelvin tiene que ver con el debate sobre
la edad de la Tierra: hoy sabemos que la edad de nuestro planeta es de unos
4540 millones de años[128]. ¡Eso
es unas cincuenta veces más que la estimación de Kelvin! ¿Cómo pudo
equivocarse tanto en unos cálculos supuestamente basados en las leyes de la
física?
Capítulo 5
La certidumbre suele ser una ilusión[129]
La
ciencia solo se vuelve peligrosa cuando cree que ha alcanzado su objetivo.
George Bernard Shaw
El
debate entre Kelvin y Thomas Huxley sobre la edad de la Tierra generó un
considerable interés tanto entre científicos como entre el público en general.
Pocos discutieron la valoración de que, en cualquier caso, la posición de
Kelvin se había visto reforzada hasta cierto punto por esta guerra dialéctica.
Huxley, sin embargo, planteó una cuestión que resultó ser particularmente
perceptiva. De hecho, identificó el núcleo del error de Kelvin:
La
matemática puede compararse con un molino de exquisita factura, que muele con
cualquier grado de finura; sin embargo, lo que da depende de lo que se pone; y
del mismo modo que el mayor de los molinos no extraerá harina blanca de unas
vainas de guisante, tampoco unas páginas de fórmulas darán una respuesta
definitiva a partir de datos imprecisos.[130]
Lo
cierto es que Kelvin tenía un dominio de la matemática tan excepcional que
prácticamente quedaba garantizado que si había cometido algún error, no habría
sido en los cálculos en sí. Fue el conjunto de suposiciones que
alimentaron sus cálculos lo que había que inspeccionar a fondo.
El pupilo valiente
La primera persona que, aunque a regañadientes, probó suerte en la búsqueda de
alguna fisura en los postulados originales de Kelvin fue un antiguo pupilo y
ayudante de este, el ingeniero John Perry[131]. Da la
casualidad de que Perry estudió ingeniería con James Thomson, el hermano mayor
de Kelvin, pero luego pasó un año en el laboratorio de Kelvin en Glasgow.
Aunque la mayor parte de la producción científica de Perry se centró en la
ingeniería eléctrica y en la física aplicada, hoy posiblemente se le conozca
más por su breve incursión en la geología.
En agosto de 1894, Robert Cecil, el Tercer Marqués de Salisbury, pronunció el
discurso inaugural del sexagésimo cuarto congreso de la Asociación Británica para
el Avance de la Ciencia. Salisbury utilizó entonces la estimación que había
hecho Kelvin de la edad de la Tierra (cien millones de años) para argumentar
que la evolución por medio de la selección natural[132] no se
podía haber producido. Pero como suele ocurrir cuando los mensajes son
demasiado dogmáticos, su discurso tuvo justamente el efecto contrario al que
pretendía, al menos en John Perry. La negación por Salisbury de la teoría de la
evolución convenció a Perry de que algo debía estar mal en los cálculos de
Kelvin. Impresionado por la acumulación de datos geológicos y paleontológicos,
Perry le escribió a un amigo físico[133] que
«cuando tuve claro que necesariamente se debía haber producido un error [en las
estimaciones de Kelvin], su descubrimiento dejó de ser una cuestión de suerte».
Perry finalizó la primera versión de su investigación sobre el problema del
enfriamiento de la Tierra el 12 de octubre, y a lo largo de las semanas
siguientes se dedicó a enviarle el artículo[134] a
varios físicos (Kelvin entre ellos) para que le enviasen comentarios.
Respetuoso incluso en sus críticas, Perry firmó la carta que le envió a Kelvin
como «Su afectuoso pupilo». Aunque una media docena de físicos expresó su apoyo
a las conclusiones de Perry, Kelvin ni siquiera se molestó en contestar. Perry
tuvo una segunda ocasión cuando fue invitado a una cena en Trinity College, en
Cambridge, a la que también iba a acudir Kelvin. La oportunidad de hablar con
él cara a cara era demasiado buena para dejarla perder. Al día siguiente le
describía emocionado el acontecimiento a un amigo físico:
Anoche
me senté junto a él[135] [Kelvin]
en Trinity y tuvo que escucharme. Sabía de antemano que no habría leído mis
documentos, y así era, pero le di mucho que pensar y la sonrisa condescendiente
que dirigía a mi ignorancia se le desdibujó en apenas 15 minutos. Creo que
ahora sí que se ocupará del asunto. Geikie [el geólogo Archibald Geikie] estaba
enfrente, y los ojos le brillaban de placer.
La
revista científica Nature publicó al fin el artículo de Perry
el 3 de enero de 1895[136]. El
trabajo comienza en tono apologético: «En varias ocasiones me han pedido amigos
interesados en la geología que criticara los cálculos de lord Kelvin de la edad
probable de la Tierra, y solía contestarles que era inútil esperar que lord
Kelvin hubiera cometido un error en el cálculo». Perry pasa entonces a expresar
sus reservas personales sobre la metodología utilizada en la geología de su
tiempo: «Me desagradó enormemente tomar en consideración un problema
cuantitativo planteado por un geólogo. Casi siempre las condiciones aportadas
son demasiado vagas para que la cuestión resulte en modo alguno satisfactoria,
y a un geólogo no parecen importarle demasiado unos cuantos millones de años en
lo que respecta al tiempo». Por fin, Perry explica lo que a pesar de todo le
había convencido para asumir la abrumadora tarea de desafiar a Kelvin: «Su
cálculo se está utilizando en la actualidad para desacreditar los datos
empíricos recogidos por geólogos y biólogos, y es por ello por lo que he
considerado mi deber cuestionar los supuestos de Kelvin».
Perry centró su atención sobre todo en una de las suposiciones fundamentales de
Kelvin: que la conductividad de la Tierra era la misma a
cualquier profundidad. Dicho de otro modo, Kelvin daba por supuesto que el
calor era transportado con una eficiencia uniforme, ya sea a un kilómetro de
profundidad o a mil kilómetros. Esta hipótesis era crucial. Del mismo modo que
un investigador forense puede determinar el momento de la muerte midiendo la
temperatura de un cuerpo, Kelvin usaba su suposición para determinar la edad de
enfriamiento de la Tierra midiendo en qué medida aumentaba la temperatura del
interior de la Tierra con cada metro de profundidad. El cálculo de Kelvin
demostraba que si la Tierra tuviera más de cien millones de años, la
temperatura aumentaría con la profundidad más lentamente de lo que se
observaba, pues la piel enfriada sería más gruesa.
Perry se preguntó: ¿y si en lugar de ser igual en todos lados, el transporte de
calor fuese más eficiente en el interior que cerca de la superficie?
Claramente, en ese caso la base del pellejo externo de la Tierra se mantendría
caliente durante mucho más tiempo. En concreto, Perry demostró que si el
interior de la Tierra fuese en parte fluido, entonces, igual que pasa con el
agua cuando se la calienta en una olla honda, el calor llegaría por convección a
la corteza superficial de una forma tan eficiente (por el propio fluido) que la
estimación de la edad se podía extender hasta 3000 millones de años. Para
concluir el artículo, Perry abordaba entonces los argumentos basados en la edad
del Sol y la rotación de la Tierra, aunque en realidad no aportaba nada nuevo
en su discusión de estas cuestiones. En lo que atañe a la cuestión del retardo
impuesto por las mareas a la tasa de rotación de la Tierra, Perry llamaba la
atención sobre todo a la demostración de George Darwin de que incluso una
Tierra sólida podía alterar su forma.
Al principio, el artículo de Perry (en la forma en que circuló antes de ser
publicado) suscitó la respuesta no del propio Kelvin, sino de su autoproclamado
«bulldog»: Peter Guthrie Tait. En una carta desdeñosa hasta el insulto, Tait
escribió a Perry el 22 de noviembre de 1894[137]:
[…]
mi absoluto fracaso a la hora de comprender el objeto de
su artículo. Pues me parece recordar que usted no tiene objeciones contra las
matemáticas de lord Kelvin. ¿Por qué, entonces, traer las matemáticas a
colación cuando resulta del todo obvio que cuanto mejor conductor sea el
interior de la Tierra en comparación con la corteza, más atrás debe situarse el
momento en que el conjunto estuviese a 7000 ºF [3900 ºC, la temperatura de
fusión de las rocas aceptada por Kelvin], siendo el estado de la corteza el
actual? No creo que lord Kelvin se moleste en demostrar eso.
Parece
que Tait no entendió el mensaje en absoluto. Como nadie en aquel entonces podía
decir con ningún tipo de certeza cuáles eran realmente las condiciones del
interior de la Tierra, lo que uno supusiera con el propósito
de realizar los cálculos era pura conjetura. La intención de Perry no era otra
que demostrar que si se partía de una suposición distinta de la de Kelvin sobre
el interior de la Tierra, la de que en lo más hondo del planeta el calor se
transportaba con mayor facilidad que en la corteza, entonces los cálculos
basados en principios físicos se podían hacer compatibles con la dilatada edad
que geólogos y biólogos requerían. El error de Kelvin fue no darse
cuenta de que los márgenes que permitían las observaciones existentes podían
introducir en su estimación de la edad una incertidumbre mucho mayor de la que
estaba dispuesto a aceptar.
En su respuesta a Tait, Perry intentó ser cortés: «Dice usted que llevo razón[138], y me
pregunta por mi objeto. No cabe duda de que la aseveración de lord Kelvin
flaquea en cuanto se demuestra que hay otras condiciones posibles [la
cursiva es mía] en el interior de la Tierra que arrojan muchas veces la edad
que es el límite vuestro y el de él». En un lenguaje que probablemente
reflejase la admiración de un antiguo asistente, añadía: «Lo que me turba es
que no puedo ver de ningún modo que la razón esté de su lado, y sin embargo
estoy tan acostumbrado a admirarle a usted y a lord Kelvin que se me antoja que
debo ser poco menos que idiota por dudar, cuando usted y él tenían "tamaña
confianza"».
No parece que Tait se hiciese eco de este tono conciliatorio, pues continuó su
réplica desdeñosa: «Me gustaría tener su respuesta[139] a dos
preguntas: (1) ¿En qué se basa usted para suponer que los materiales del
interior de la Tierra sean mejores conductores que la corteza?». La segunda
«pregunta» no era realmente una pregunta, sino una observación despectiva sobre
las insaciables expectativas de los geólogos: «(2) ¿Se imagina usted que
cualquiera de los geólogos avanzados le agradecerá los diez
mil millones en lugar de los cien millones? Lo menos que exigen es un billón,
¡y eso solo para una parte del periodo secundario!». (La
figura 10 muestra una copia de esta nota). Pero Perry no se amilanó, e
insistió: «Corresponde a lord Kelvin demostrar que la conductividad no es mayor
en el interior.[140]»
Figura 10
No
hace falta decir que Perry tenía razón en su juicio. A falta de datos
experimentales definitivos sobre las condiciones internas precisas de la
Tierra, el hecho de que fuese capaz de demostrar que Kelvin podía estar
equivocado por un factor considerable era más que suficiente.
Cuando por fin decidió responder, Kelvin fue mucho menos agresivo que Tait.
Aunque declaró que «tengo la impresión de que no podemos suponer[141] de
ningún modo probables las enormes diferencias de conductividad y capacidad
térmica a distintas profundidades que usted [Perry] utiliza en sus cálculos»,
también señalaba con un estilo insólitamente conciliador: «Me pareció que mi
horquilla de 20 millones a 400 millones era probablemente lo bastante amplia,
pero es del todo posible que debiera haber situado el límite superior bastante
más arriba, tal vez en 4000 en lugar de 400». Tal vez en ningún otro momento
demostrase Kelvin tanto respeto hacia unas opiniones que contradecían las
suyas. Lo más probable es que esta magnanimidad expresase su sentido de la
obligación por mostrar empatía con un antiguo alumno. No obstante, se apresuró
a insistir en que su estimación de la edad del Sol todavía «negaba la luz solar
durante más de una veintena de millones de años, tal vez unas cuantas
veintenas, del tiempo pasado[142]». Como
veremos más adelante en este mismo capítulo, Kelvin no tenía entonces ninguna
razón para revisar su cálculo de la edad del Sol.
El reto de Perry hizo que Kelvin[143] se
pasase el siguiente par de meses realizando experimentos en los que calentaba
basalto, mármol, halita y cuarzo. Sus experimentos parecían demostrar, en
concordancia con resultados recientes del geólogo suizo Robert Weber, que al
aumentar la temperatura la conductividad no cambiaba mucho o incluso se reducía
ligeramente. Por desgracia para Perry, los nuevos resultados de Weber
contradecían los de sus propios experimentos, los que Perry había utilizado
para defender su propuesta. Henchido de júbilo, Kelvin publicó[144] sus
resultados en Nature el 7 de marzo de 1895, anunciando que «el
profesor Perry y yo mismo no hemos tenido que esperar mucho […] para descubrir
que no hay fundamento para la suposición de que la conductividad de las rocas
sea mayor a temperaturas más altas». Kelvin citaba además la conclusión del
geólogo norteamericano Clarence King, quien (sin considerar la posibilidad de
la convección en un fluido) afirmaba: «No tenemos razón alguna para extender la
edad de la Tierra más allá de 24 millones de años». Kelvin declaró triunfante
que «nada lo llevaba a diferir demasiado de su [refiriéndose a King] estimación
de 24 millones de años».
Perry, sin embargo, no se quedó convencido. Centrándose en las condiciones
internas posibles en lugar de intentar, como Kelvin, hacer
conjeturas sobre las condiciones más probables, señaló que la
conclusión de King todavía estaba restringida por la suposición de una Tierra
sólida y homogénea. En un artículo que apareció en Nature el
18 de abril de 1895, Perry resumía así sus opiniones sobre el punto muerto: «Es
evidente que si en un principio tomamos cualquier ley probable de la
temperatura en un equilibrio de convección y suponemos que debe haber mayor
conductividad en el interior que en las rocas de la superficie, la ingeniosa
prueba de Mr. King sobre la liquidez no nos impedirá prácticamente
ninguna gran edad». La lógica de Perry era clara: su objetivo era demostrar que
la Tierra podía ser más antigua que la estimación de Kelvin aunque las
incertidumbres sobre la estructura interna de la Tierra le impidieran
identificar el fallo preciso en el argumento de Kelvin. Quizá las mediciones de
la conductividad de las rocas calentadas habían refutado una de las maneras en
que el calor se podía transportar más fácilmente a mayores profundidades, pero
quedaban abiertas otras posibilidades. En particular, la convección en una masa
de carácter fluido era una alternativa atractiva.
La intuición de Perry resultó ser visionaria. Siguió manteniendo que el hecho
de que el modelo de Kelvin no lograse producir mayores edades era una
consecuencia directa de la suposición de Kelvin de una Tierra con una
conductividad homogénea, y que esta limitación se podía superar con solo
permitir la posibilidad de convección en el manto de la Tierra. A los geólogos
del siglo XX les llevó varias décadas demostrar que Perry tenía razón. Entender
que la convección era posible incluso dentro de lo que parecía ser un manto
bastante sólido desempeñó un papel importante en la eventual aceptación de la
idea (introducida en 1912 por el científico alemán Alfred Wegener) de la
tectónica de placas y la deriva de los continentes. No solo el calor se puede
transportar por el movimiento fluido sino que, durante largos periodos de
tiempo, pueden desplazarse horizontalmente continentes enteros. Las condiciones
precisas en la frontera entre el núcleo interior de la Tierra y la parte más
externa sigue siendo un tema candente (no es un chiste) de investigación
incluso en la actualidad.
Perry concluyó su último artículo[145] sobre
el tema de la edad de la Tierra con una declaración absolutamente inequívoca:
A
partir de los tres argumentos físicos [el freno físico de la rotación de la
Tierra, el enfriamiento de la Tierra y la edad del Sol], los límites superiores
de Kelvin son 1000, 400 y 500 millones de años, respectivamente. He mostrado
que tenemos razones para creer que la edad, en los tres casos, puede estar
gravemente subestimada. Debe tenerse en cuenta que si excluimos todo salvo los
argumentos de la física pura, la edad probable de la vida en la Tierra es muy
inferior a cualquiera de las estimaciones anteriores; pero si los paleontólogos
tienen buenas razones para requerir un tiempo mucho más dilatado, no veo que
haya nada desde el punto de vista de un físico que les niegue cuatro veces la
mayor de aquellas estimaciones.
Perry
no tenía ningún problema con admitir para la edad de la Tierra una edad de 4000
millones de años, una cifra muy cercada a los 4500 millones de años actualmente
aceptados.
Las investigaciones de Perry abrieron la primera fisura en los cálculos
aparentemente inamovibles de Kelvin al poner en entredicho los postulados de
este sobre la solidez y homogeneidad de la Tierra. Había, no obstante, otra
hipótesis crucial en la estimación de Kelvin de la edad de la Tierra: que no
había ninguna fuente desconocida de energía interna o externa que pudiera
compensar las pérdidas de calor. Hacia el fin del siglo XIX, unos
acontecimientos echaron por tierra también esta premisa.
Radiactividad
En la primavera de 1896, el físico francés Henri Becquerel descubrió que la
desintegración de los núcleos atómicos inestables iba acompañada de la emisión
espontánea de partículas y radiación. El fenómeno pasó a conocerse como radiactividad[146]. Siete
años después los físicos Pierre Curie y Albert Laborde hicieron público que la
desintegración de sales de radio proporcionaba una fuente de calor hasta
entonces desconocida. Desde el anuncio de Curie y Laborde, solo hicieron falta
cuatro meses para que el astrónomo aficionado[147] William
E. Wilson comenzara a especular con que esta propiedad del radio «tal vez nos
proporcione una pista sobre la fuente de energía del Sol y las estrellas». En
la estimación de Wilson, «3,6 gramos de radio por metro cúbico del volumen del
Sol bastarían para suministrar su producción total de energía». Aunque la
brevísima nota de Wilson en Nature tuvo relativamente poco eco
en la comunidad científica, las implicaciones potenciales de una fuente de
energía insospechada no escaparon a la atención de George Darwin[148]. Este
físico matemático que sin cesar buscaba la forma de liberar a la geología de la
camisa de fuerza que le había puesto la cronología de Kelvin, declaró
enfáticamente en septiembre de 1903: «La cantidad de energía disponible [en los
materiales radiactivos] es tan grande que hace que sea imposible decir cuánto
tiempo lleva existiendo el Sol o cuánto durará en el futuro». El físico y
geólogo irlandés[149] John
Joly acogió con entusiasmo esta declaración y la aplicó de inmediato al
problema de la edad de la Tierra. En una carta a Nature publicada
el 1 de octubre, Joly señaló que «una fuente de suministro de calor [los
minerales radiactivos] en cada elemento de material» sería equivalente a un
aumento de la transferencia de calor desde el interior de la Tierra. Eso era
precisamente lo que, como Perry había mostrado, hacía falta para incrementar
las estimaciones de la edad. Dicho de otro modo, en el escenario planteado por
Kelvin, la Tierra se limitaba a perder el calor de sus reservas originales,
pero el descubrimiento de una nueva fuente de calor interna parecía socavar los
cimientos de este esquema.
Una de las figuras clave de la subsiguiente y frenética investigación sobre la
radiactividad fue el joven físico nacido en Nueva Zelanda[150] Ernest
Rutherford, quien más tarde sería conocido como «padre de la física nuclear».
Por aquel entonces, Rutherford trabajaba en la Universidad McGill de Montreal
(más tarde se trasladaría al Reino Unido), donde, tras numerosos experimentos,
llegó a la conclusión de que los átomos de todos los elementos radiactivos
contenían enormes cantidades de energía latente que se podía liberar en forma
de calor. Un periódico publicó el feliz anuncio de Rutherford de que la Tierra
sobreviviría mucho más tiempo de lo que Kelvin había estimado con el titular:
«El Día del Juicio Final, pospuesto».
Por su parte, Kelvin mostró un enorme interés[151] por
los descubrimientos relacionados con el radio y la radiactividad, pero se
mantuvo firme en su convicción de que no alterarían sus estimaciones de la
edad. Negándose a admitir, al menos en un principio, que la fuente de energía
de los elementos radiactivos pudiera provenir del interior, escribió: «Me
atrevo a sugerir que, de algún modo, ondas etéreas podrían suministrar energía
al radio mientras este cede calor a la materia ponderable de su entorno[152]». En otras
palabras, Kelvin proponía que los átomos simplemente recogían energía del éter
(se creía que el éter impregnaba todo el espacio), solo para liberarlo de nuevo
en el momento de desintegrarse. Sin embargo, demostrando una considerable
valentía intelectual[153], abandonó
esta idea en el congreso de 1904 de la Asociación Británica, aunque nunca
publicó una retractación en un medio impreso. Lamentablemente, por alguna razón
poco clara, en 1906 perdió de nuevo el contacto con el resto de la comunidad
física al rechazar la idea de que la desintegración radiactiva transmutase un
elemento en otro, aunque Rutherford y otros habían acumulado sólidas pruebas
experimentales de este fenómeno. Durante este periodo, un antiguo colaborador
de Rutherford, Frederick Soddy, perdió la paciencia. En un acre debate con
Kelvin[154] en
las páginas del Times de Londres, declaró irrespetuosamente:
«Sería una lástima que el público se viera llevado a creer, equivocadamente,
que quienes no han trabajado con cuerpos radiactivos [refiriéndose a Kelvin]
tienen derecho a una opinión de tanto peso como aquellos que lo han hecho».
Incluso antes de este altercado, en un libro que había publicado en 1904, Soddy
no había dudado en declarar con firmeza que «las limitaciones con respecto a la
historia pasada y el futuro del universo se han visto extendidas enormemente».
Rutherford fue algo más generoso. Muchos años más tarde explicó una y otra vez
una anécdota relacionada con una conferencia sobre la radiactividad que había
pronunciado en 1904 en la Royal Institution:
Entré
en la sala, que estaba medio oscura, y al momento vi a lord Kelvin entre el
público y comprendí que tendría problemas con la última parte del discurso, que
trataba de la edad de la Tierra y expresaba opiniones contrarias a las suyas.
Me alivió comprobar que enseguida se quedaba dormido, pero justo cuando llegaba
al punto importante, vi cómo el viejo se incorporaba en su asiento, abría un
ojo ¡y me dirigía una torva mirada! Entonces me vino la inspiración, y dije que
lord Kelvin había limitado la edad de la Tierra, siempre y cuando no se
descubrieran nuevas fuentes de calor. Aquella profética declaración nos remite
a lo que estamos discutiendo hoy, ¡el radio! ¡Ahí es nada! El viejo me dedicó
una sonrisa.[155]
Con
el tiempo, la datación radiométrica se convirtió en una de las
técnicas más fiables para determinar la edad de minerales, rocas y otros
cuerpos geológicos, entre ellos la propia Tierra[156]. Por lo
general, un elemento radiactivo se desintegra en otro elemento radiactivo con
una tasa que viene determinada por su vida media, es decir, el
periodo de tiempo necesario para que la cantidad inicial del material
radiactivo quede reducida a la mitad. La serie de desintegraciones continúa
hasta que se alcanza un elemento estable. Midiendo y comparando las abundancias
relativas de los isótopos radiactivos que aparecen en la naturaleza y de todos
sus productos de desintegración, y combinando esos datos con las vidas medias
conocidas, los geólogos han podido determinar la edad de la Tierra con una gran
precisión. Rutherford fue uno de los pioneros de esta técnica, como bien
documenta el siguiente relato: Rutherford paseaba por el campus universitario[157] con
una pequeña roca negra en la mano cuando se encontró con su colega Frank Dawson
Adams, un geólogo canadiense. «Adams», le preguntó, «¿qué edad se supone que
tiene la Tierra?». Adams le respondió que distintos métodos habían arrojado una
estimación de cien millones de años. Rutherford comentó entonces
tranquilamente: «Sé que este trozo de pechblenda [un mineral que contiene
uranio] tiene 700 millones de años».
La mayoría de las descripciones de la controversia sobre la edad de la Tierra,
si no todas, nos llevan a creer que la estimación de Kelvin, terriblemente
incorrecta, fue una consecuencia directa del hecho de que ignoró la
radiactividad. Si esa fuera toda la verdad, la pifia de Kelvin no habría
figurado en este libro de errores, puesto que Kelvin no podía haber tomado en
consideración una fuente de energía que todavía no se había descubierto. Lo
cierto es que es erróneo atribuir completamente la determinación incorrecta de
la edad a la radiactividad. Es cierto que las desintegraciones radiactivas dentro
del volumen entero del manto de la Tierra (hasta una profundidad de unos 2900
kilómetros) producen calor con una tasa aproximadamente equivalente a la mitad
de la tasa del flujo de calor a través del planeta. Pero no todo ese calor
fluye fácilmente. Un examen meticuloso del problema revela que, dadas las
suposiciones de Kelvin, si hubiese incluido el calentamiento radiactivo, en
realidad solo debería haber considerado el calor generado en los primeros 100
kilómetros de la corteza exterior de la Tierra. La razón de ello es que Kelvin
demostró que solo el calor de esas profundidades podía extraerse de manera
efectiva por conducción en alrededor de un centenar de
millones de años. Los geólogos Philip England, Peter Molnar y Frank Richter[158] demostraron
en 2007 que cuando se toma en cuenta este hecho, al incluir la deposición de
calor radiactivo, no se habría alterado de una manera significativa la
estimación de Kelvin de la edad de la Tierra. El error más grave de Kelvin no
fue el de haber desconocido la radiactividad (aunque, desde luego, una vez
descubierta, no estaba justificado ignorarla), sino el de haber pasado por alto
inicialmente, y objetado a ella más tarde, la posibilidad planteada por Perry
de la convección dentro del manto de la Tierra. Esta fue la verdadera fuente de
su estimación inaceptablemente baja de la edad.
¿Cómo pudo un hombre de la potencia intelectual de Kelvin estar tan seguro de
que tenía razón incluso cuando estaba absolutamente equivocado? Como todos los
seres humanos, Kelvin todavía tenía que utilizar el aparato que llevaba entre
los oídos, y, aunque sea el de un genio, el cerebro tiene limitaciones.
Sobre la sensación de conocimiento
Como ni podemos entrevistar a Kelvin ni captar imágenes del funcionamiento de
su cerebro, nunca sabremos con seguridad las razones exactas de su equivocada
obstinación. Lo que sí sabemos, naturalmente, es que a las personas que pasan
una buena parte de su vida profesional defendiendo ciertas proposiciones no les
gusta admitir que se hayan equivocado. Pero ¿no debería Kelvin, con lo gran
científico que era, haber sido distinto? ¿Acaso cambiar las teorías propias a
raíz de nuevas observaciones experimentales no forma parte del modo de hacer de
la ciencia? Por suerte, la psicología moderna y la neurociencia comienzan a
arrojar algo de luz sobre lo que se ha dado en llamar «sensación de
conocimiento», que casi con seguridad afectó a parte del pensamiento de Kelvin.
En primer lugar, conviene observar que en su aproximación a la ciencia y en su
cruzada por el conocimiento, Kelvin era más afín a un ingeniero que un
filósofo. Siendo, de un lado, un eficaz físico matemático, y de otro, un buen
experimentalista, siempre buscó una premisa desde la que calcular o medir algo,
más que una oportunidad para contemplar distintas posibilidades. Así pues, a un
nivel muy básico, el error de Kelvin fue consecuencia de que creía que siempre
se podía determinar lo que era probable, sin darse cuenta del
omnipresente peligro de pasar por alto algunas posibilidades.
En un estrato algo más profundo, el error de Kelvin probablemente naciera de un
rasgo psicológico bien reconocido: cuanto más comprometidos estamos con cierta
opinión, menos probable es que la abandonemos, aunque nos veamos enfrentados a
una gran cantidad de evidencia en contra. (¿No recuerda esto un poco a aquello
de las «armas de destrucción masiva»?) La teoría de la disonancia
cognitiva[159],
desarrollada originalmente por el psicólogo Leon Festinger, se ocupa
precisamente de esas sensaciones de incomodidad que experimentan las personas
cuando se les muestra información que no es coherente con sus propias
creencias. Varios estudios demuestran que, en muchos casos, para aliviar la
disonancia cognitiva, en lugar de aceptar un error de juicio, la gente tiende a
reformular su forma de pensar de manera que justifique sus viejas opiniones.
La corriente mesiánica del movimiento judío hasídico[160] conocido
como Chabad proporciona un ejemplo excelente, aunque esotérico, de este proceso
de reorientación. La creencia en que el rabí Menachem Mendel Schneerson, un
líder del Chabad, era el mesías judío cogió fuerza durante la década que
precedió a su muerte en 1994. Después de que el rabí sufriera un ictus en 1992,
muchos de los seguidores fieles del movimiento Chabad quedaron convencidos de
que no moriría, sino que «se alzaría» como el Mesías. Cuando finalmente murió,
docenas de sus seguidores, conmocionados por el acontecimiento, cambiaron su
actitud y argumentaron (incluso durante el funeral) que su muerte era, de
hecho, un requisito previo de su vuelta como Mesías.
Un experimento realizado en 1955[161] por
el psicólogo Jack Brehm, entonces en la Universidad de Minnesota, demostró una
manifestación distinta de la disonancia cognitiva. En aquel estudio, a 225
mujeres estudiantes del primer año de universidad (los sujetos clásicos de los
experimentos de psicología) se les pidió primero que ordenasen ocho artículos
manufacturados según una escala de atractivo o deseabilidad entre 1,0 («no
deseable en absoluto») y 8,0 («muy deseable»). En la segunda fase, se permitió
a las estudiantes que eligiesen como regalo uno entre dos artículos de los ocho
que les habían mostrado. Entonces se hizo una segunda ronda de puntuación de
los ocho artículos. El estudio demostró que, en la segunda ronda, las
estudiantes tendían a aumentar la puntuación del artículo que habían escogido y
a reducir la del que habían rechazado. Estos y otros hallazgos parecidos apoyan
la idea de que nuestro cerebro intenta reducir la disonancia entre la cognición
«escogí el artículo número tres» y la cognición «pero el artículo número siete
también tiene algunos rasgos que lo hacen atractivo». Dicho de otro modo, las
cosas nos parecen mejores después de haberlas escogido, una conclusión
corroborada después por estudios de neuroimagen que muestran un aumento de la
actividad en el núcleo caudado, una región del cerebro implicada en «sentirse
bien».
El caso de Kelvin se ajusta como un guante a la teoría de la disonancia
cognitiva. Tras repetir durante más de tres décadas sus argumentaciones sobre
la edad de la Tierra, no era nada probable que Kelvin cambiase de opinión solo
porque alguien sugiriera la posibilidad de la convección. Como
se recordará, Perry no fue capaz de demostrar que la convección tuviese lugar,
ni siquiera que fuese probable. Cuando una década más tarde la radiactividad
apareció en escena, Kelvin probablemente estuviese aún menos inclinado a
publicar una concesión de su derrota; al contrario, prefirió embarcarse en una
complicada estrategia de experimentos y explicaciones con la intención de
demostrar que sus antiguas estimaciones todavía podían considerarse válidas.
¿Por qué es tan difícil abandonar unas opiniones, aun a la vista de
observaciones en contra que dejarían convencido a cualquier observador
independiente? Tal vez se pueda hallar la respuesta en la manera como funcionan
los circuitos de recompensa del cerebro. Ya en la década de 1950, los
investigadores James Olds y Peter Milner[162] de la
Universidad McGill identificaron centros del placer en el cerebro de ratas. Lo
que descubrieron fue que las ratas presionaban la palanca que activaba los
electrodos colocados en aquellos puntos que inducían el placer ¡más de seis mil
veces por hora! La potencia de esta estimulación del placer quedó ilustrada de
una forma espectacular a mediados de la década de 1960, cuando unos
experimentos mostraron que cuando se las obligaba a elegir entre obtener comida
y agua o la gratificante estimulación del placer, las ratas preferían una
inanición que ellas mismas se imponían.
Durante las dos últimas décadas, los neurocientíficos han desarrollado
sofisticadas técnicas de imagen que les permiten ver con todo detalle qué
partes del cerebro humano se encienden como respuesta a gustos placenteros,
música, sexo o a ganar una apuesta de juego. Las técnicas más utilizadas son el
escáner de tomografía por emisión de positrones (TEP), en la que se inyectan
trazadores radiactivos que luego se siguen en el cerebro, y la imagen por
resonancia magnética funcional (IRMf), que permite un seguimiento del flujo de
sangre hacia las neuronas activas. Varios estudios han demostrado que una parte
importante[163] de
los circuitos de recompensa está comprendida por un conjunto de neuronas que
tienen su origen cerca de la base del cerebro (en una región conocida como área
tegmental ventral, o ATV) y se comunican con el núcleo accumbens, una región
situada debajo de la corteza frontal. Las neuronas del ATV se comunican con el
núcleo accumbens mediante la emisión de un neurotransmisor químico llamado
dopamina. Otras áreas del cerebro proporcionan los contenidos emocionales y
relacionan la experiencia con los recuerdos, y con el desencadenamiento de
respuestas. El hipocampo, por ejemplo, «toma notas» mientras la amígdala
«puntúa» el placer implicado.
Entonces, ¿de qué manera se relaciona todo esto con los esfuerzos
intelectuales? Para embarcarse en un proceso de pensamiento relativamente
largo, y persistir en él, el cerebro necesita al menos alguna promesa de placer
por el camino. Tanto si es el premio Nobel como la envidia de los vecinos, una
subida de sueldo o la simple satisfacción de completar un Sudoku calificado de «diabólico»,
el núcleo accumbens de nuestro cerebro necesita algunas dosis de recompensa
para seguir en marcha. Sin embargo, si el cerebro consigue recompensas
frecuentes durante un largo periodo de tiempo, entonces, como en el caso de
aquellas ratas que preferían la inanición, o de las personas adictas a las
drogas, las vías neuronales que conectan la actividad mental con la sensación
de logro se van adaptando de una manera gradual. En el caso de los drogadictos,
necesitan más drogas para obtener el mismo efecto. En el caso de las
actividades intelectuales, puede dar lugar a una necesidad aumentada por tener
razón todo el tiempo y, concomitantemente, una creciente dificultad para
admitir los errores. El neurocientífico y escritor Robert Burton sugirió[164] específicamente
que la insistencia en tener razón podía guardar un parecido psicológico con
otras adicciones. De ser cierto, Kelvin sin duda encajaría con el perfil de un
adicto a la sensación de tener razón. Casi medio siglo de lo que sin duda veía
como una serie de batallas victoriosas con los geólogos debía haber fortalecido
sus convicciones hasta el punto de que aquellos vínculos neuronales ya no
podían disolverse. Con independencia de si, efectivamente, la sensación de
tener razón es adictiva o no, los estudios de IRMf han demostrado que lo que se
conoce como razonamiento motivado, cuando el cerebro converge en juicios que
maximizan los estados de afecto positivos asociados con alcanzar objetivos, no
está vinculado con la actividad neuronal[165] asociada
a frías tareas de razonamiento. En otras palabras, el razonamiento motivado
está regulado por las emociones, no por el análisis desapasionado, y su fin es
minimizar las amenazas al yo. No es inconcebible que al final de su vida, la
«mente emocional» de Kelvin ocasionalmente abrumara a su «mente racional».
El lector recordará que anteriormente me he referido al cálculo de Kelvin de la
edad de la Tierra. No considero que esa estimación sea una pifia. ¿Cómo es eso
posible? Al fin y al cabo, su estimación de menos de un millón de años era
errónea en la misma magnitud que su valor para la edad de la Tierra.
Fusión
En un artículo sobre la edad de la Tierra escrito en 1893, tres años antes del
descubrimiento de la radiactividad, el geólogo norteamericano Clarence King
escribió: «La concordancia de resultados entre las edades del Sol y la Tierra
ciertamente refuerza la causa física y deposita el peso de la prueba sobre
quienes se aferran a la edad vagamente vasta que se deriva de la geología
sedimentaria[166]». Un
comentario sin duda perspicaz. Mientras la edad del Sol se estimase en solo
unas pocas decenas de millones de años, cualquier estimación basada en la
sedimentación tendría un techo, pues para que se produjera la sedimentación, la
Tierra tenía que ser calentada por el Sol.
Conviene recordar que el cálculo de Kelvin de la edad del Sol se basaba
enteramente en la liberación de energía gravitatoria en forma de calor a medida
que el Sol se contrae. Esta idea, que la energía gravitatoria pudiera ser la
fuente de la energía del Sol, es original del físico escocés John James
Waterston, ya en 1845. Inicialmente ignorada, la hipótesis fue reavivada por
Hermann von Helmholtz en 1854, y luego abrazada con entusiasmo y popularizada
por Kelvin. Con el descubrimiento de la radiactividad, muchos dieron por hecho
que se acabaría demostrando que la liberación radiactiva de calor era la fuente
real de la energía del Sol. Pero no resultó ser así. Incluso bajo la suposición
extravagante de que todo el Sol estuviera compuesto de uranio y sus productos
de desintegración radiactivos, la energía generada no habría sido suficiente
para explicar la luminosidad observada del Sol (siempre y cuando no se incluyan
reacciones en cadena desconocidas en la época de Kelvin). La estimación de
Kelvin de la edad del Sol había servido para reforzar su objeción a revisar[167]sus
cálculos de la edad de la Tierra: mientras existiera el problema de la edad del
Sol, la discrepancia con las estimaciones especulativas de la geología no
quedaría plenamente resuelta. Pero no se consiguió dar respuesta a la pregunta
de la edad del Sol hasta unas pocas décadas más tarde. En agosto de 1920[168], el
astrofísico Arthur Eddington sugirió que la fuente de la energía del Sol podría
ser la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio. A
partir de esta idea, los físicos Hans Bethe y Carl Friedrich von Weizsäcker
analizaron diversas reacciones nucleares con el propósito de explorar la
viabilidad de esta hipótesis. Por fin, en la década de 1940, el astrofísico
Fred Hoyle (cuyas investigaciones pioneras estudiaremos en el capítulo 8)
propuso que las reacciones de fusión de los núcleos estelares podían sintetizar
los núcleos del carbono al hierro. Así pues, como ya he comentado en el
capítulo anterior, Kelvin tenía razón cuando declaró en 1862: «En cuanto al
futuro, podemos decir, con igual certidumbre, que los habitantes de la Tierra
no podrán seguir disfrutando de la luz y el calor esenciales para su vida
durante muchos millones de años a no ser que existan en el gran almacén
de la creación otras fuentes que hoy desconocemos [la cursiva es
mía]». La solución al problema de la edad del Sol necesitó nada menos que el
genio combinado de Einstein, que demostró que la masa se podía convertir en
energía, y de los más destacados astrofísicos del siglo XX, que identificaron
las reacciones de fusión nuclear que podían conducir a esa conversión.
A pesar de que el cálculo de Kelvin de la edad de la Tierra fuera un error,
sigue pareciéndome absolutamente genial. Kelvin había transformado
completamente la geocronología de una vaga especulación en una ciencia de
verdad, basada en las leyes de la física. Su trabajo pionero dio inicio a un
diálogo vital entre geólogos y físicos, un diálogo que se mantuvo abierto hasta
que se resolvió la discrepancia. Al propio tiempo, las investigaciones
paralelas de Kelvin sobre la edad del Sol apuntaron claramente a la necesidad
de identificar nuevas fuentes de energía.
El propio Charles Darwin era muy consciente de la importancia de eliminar el
obstáculo a su teoría que suponían los cálculos de Kelvin. En su revisión final
de El origen, Darwin escribió:
Por
lo que respecta a que el lapso de tiempo no haya sido suficiente desde que
nuestro planeta se consolidó para la cantidad supuesta de materia orgánica —y
esta objeción, avanzada por sir William Thomson [Kelvin],
probablemente sea una de las más graves planteadas hasta el momento—, tan solo
puedo decir, en primer lugar, que no conocemos la tasa de cambio de las
especies medida en años, y, en segundo lugar, que muchos filósofos todavía no
están dispuestos a admitir que sabemos lo bastante de la constitución del
universo y del interior de nuestro globo para especular con seguridad sobre su
duración en el pasado.
Darwin
no vivió para ver cómo la idea de Perry de una Tierra convectiva, el
descubrimiento de la radiactividad y la comprensión de las reacciones de fusión
nuclear en el interior de las estrellas echaban por tierra todos los límites
impuestos por Kelvin a la edad de nuestro planeta. Queda el hecho, sin embargo,
de que fue el cálculo de Kelvin, por erróneo que fuera, lo que identificó el
problema que había que resolver.
Desde nuestra perspectiva como humanos, uno de los beneficios fundamentales de
que la Tierra haya disfrutado de 4500 millones de años de energía del Sol ha
sido el surgimiento de la vida compleja. Pero las piezas con las que se
construyen todas las formas de vida son células, y hacia la década de 1880, los
científicos, usando sistemas ópticos cada vez mejores para examinar su
estructura interna, acuñaron el término «cromosoma» para referirse a unos
cuerpos con aspecto de pequeñas cuerdas que encontraban en el núcleo de las
células. Poco tiempo después se redescubrieron las investigaciones de Mendel
sobre los genes (o «factores», como él los llamaba), y los trabajos pioneros de
Thomas Hunt Morgan y sus estudiantes en la Universidad de Columbia permitieron
mapear las posiciones de los genes en los cromosomas. En 1944, una molécula
particular, el ADN, que se encuentra en los cromosomas, comenzó a recibir
atención. No pasó mucho tiempo antes de que los científicos se dieran cuenta de
que todas las células reciben sus instrucciones no de las proteínas, sino de
dos moléculas, los ácidos nucleicos ADN y ARN. Los biólogos identificaron a las
moléculas de ADN como los directores de toda la frenética actividad de las
células y como las moléculas que saben cómo hacer copias idénticas de sí
mismas. Se demostró asimismo que las moléculas de ARN (ácido ribonucleico)
están a cargo de transmitir las instrucciones emitidas por las moléculas del
ADN al resto de la célula. Conjuntamente, estas dos moléculas contienen toda la
información necesaria para que un manzano, una serpiente, una mujer o un hombre
funcionen. Los descubrimientos de las estructuras moleculares de las proteínas
y del ADN son dos de las historias más fascinantes de la búsqueda del origen y
funcionamiento de la vida. Pero también durante estos descubrimientos se
produjeron grandes errores.
Capítulo 6
El intérprete de la vida
En
el ámbito de la observación, la suerte solo favorece a las mentes que están
preparadas.
Louis Pasteur
La
sala de conferencias[169] del
Laboratorio Kerckhoff en Caltech casi nunca había estado tan abarrotada como
aquel día de diciembre de 1950. Corría el rumor de que el famoso químico Linus
Pauling estaba a punto de revelar algo realmente asombroso, tal vez incluso la
solución a uno de los grandes misterios de la vida. Cuando por fin llegó, uno
de sus ayudantes de investigación traía consigo un objeto que parecía una gran
escultura cubierta por una tela y atada con un cordel. La conferencia demostró
una vez más el virtuoso dominio de la química que poseía Pauling y su exquisita
capacidad para el espectáculo. Tras mantener a su audiencia en vilo durante un
tiempo, Pauling por fin utilizó su navaja para cortar el cordel y, como el mago
que saca un conejo de la chistera, desveló lo que ha dado en conocerse
como hélice alfa: un modelo tridimensional de palillos y bolas de
la principal característica estructural de muchas proteínas.
Una de las personas que poco después oyó relatar la pirotécnica conferencia de
Pauling, aunque por aquel entonces se encontraba a miles de kilómetros de
distancia en Ginebra (Suiza), fue James Watson, quien solo tres años más tarde
descubriría (junto a Francis Crick) la estructura del ADN. Watson estaba
visitando al biólogo[170] molecular
suizo Jean Weigle, que acababa de regresar después de pasar el invierno en
Caltech. Aunque Weigle no podía juzgar adecuadamente la corrección del
multicolor modelo de madera de Pauling, su relato sobre la deslumbrante
conferencia fue suficiente para intrigar y envalentonar a Watson. Volveremos a
esta apasionante historia más adelante en este mismo capítulo.
En septiembre de 1951, el relato de los logros científicos de Pauling había
alcanzado incluso las páginas de la revista Life[171], donde la
fotografía de un sonriente Pauling señalando su modelo de la hélice alfa iba
acompañada del titular: «Los químicos resuelven un gran misterio: Determinada
la estructura de la proteína». El artículo de Life no era más
que un breve resumen, en lenguaje popular, del que había sido un año de
milagros en la larga carrera de Pauling. Baste con observar que el número de
mayo de 1951 de Proceedings of the National Academy of Sciences contenía
no menos de siete artículos de Pauling y su colaborador, el químico Robert
Corey, sobre la estructura de proteínas que iban desde el colágeno (la proteína
más abundante en los animales) a las cañas de las plumas. Aquel número marcaba
la culminación de quince años de investigaciones vanguardistas de Pauling.
El camino hacia la hélice alfa
Pauling comenzó a pensar en las proteínas[172] en la
década de 1930. Sus primeros artículos sobre el tema[173] proponían
una teoría para la hemoglobina (la proteína con hierro de los glóbulos rojos de
la sangre) en la que sugería que cada uno de los cuatro átomos de hierro de la
molécula establecía un enlace químico con una molécula de oxígeno. Mientras trabajaba
en aquel asunto, Pauling fue pionero de una nueva técnica experimental. Se le
ocurrió la idea de que midiendo las propiedades magnéticas de algunas proteínas
se podría obtener información importante sobre la naturaleza de los enlaces
formados entre los átomos de hierro y los grupos que los rodeasen. Aquel método
resultó ser una magnífica herramienta para la química estructural. Pauling supo
sacarle partido a las características magnéticas; por ejemplo, para determinar
las tasas de varias reacciones químicas.
Más o menos al mismo tiempo, Alfred Mirsky, un destacado experto en proteínas[174], llegó a
Pasadena para pasar un año trabajando con el grupo de Pauling. Esta casual
colaboración entre los dos científicos acabó siendo el punto de partida de una
búsqueda de enorme éxito. Mirsky y Pauling fueron los primeros[175] en
proponer que una proteína nativa (es decir, una proteína no alterada, en su
estado natural dentro de la célula) está compuesta por cadenas[176] de
aminoácidos conocidos como polipéptidos, que se encuentran plegados
de una forma regular. Muy poco tiempo después, Pauling se dio cuenta de que una
cuestión clave era la naturaleza precisa de este plegamiento. Por suerte, a
principios de la década de 1930 habían comenzado a surgir algunas pistas
gracias a experimentos de difracción de rayos X. En la aplicación de esta
potente técnica, los científicos proyectan un haz de rayos X sobre un cristal,
y luego intentan reconstruir la estructura del cristal (las distancias entre
los átomos y sus orientaciones mutuas) a partir de la forma en que los rayos
invisibles rebotan en la muestra. Pauling tenía a su disposición los patrones
de rayos X obtenidos por el físico William Astbury[177] a
partir de pelo, lana, cuernos y uñas (unas proteínas conocidas como alfa
queratina). Sin embargo, las fotografías de rayos X eran bastante borrosas,
y no permitían una determinación fiable de la estructura. No obstante, las
fotos parecían indicar que la unidad estructural se repetía a lo largo del eje
del pelo cada 5,1 angstroms. (Un angstrom es una unidad de longitud equivalente
a una cien millonésima de un centímetro). Dada la calidad relativamente pobre
de los patrones de rayos X, Pauling decidió atacar el problema desde el otro
extremo: utilizando la química estructural (las interacciones esperadas entre
átomos) para predecir las dimensiones y la forma de la cadena de polipéptidos,
y luego mirar cuál de las distintas configuraciones posibles era coherente con
la información deducida de las imágenes de rayos X.
Pauling se sumergió en la solución[178] del
rompecabezas del plegamiento a principios del verano de 1937, cuando por fin
quedó liberado de sus obligaciones docentes. La figura 11 muestra un dibujo
esquemático[179] del
tipo de estructura general que tenía en mente. Mediante un análisis meticuloso
del enlace químico entre el átomo de carbono (designado con una «C» en la
figura) y su átomo de nitrógeno adyacente (designado con «N»), Pauling llegó a
la conclusión de que el carbono, el nitrógeno y los cuatro átomos vecinos (que
colectivamente se conocen como grupo péptido) tenían que situarse en el
mismo plano. Esta característica general resultó ser extremadamente
importante porque restringía mucho el número de estructuras posibles, y
Pauling, en consecuencia, tenía la esperanza de poder identificar la
configuración correcta. Pero la ciencia raramente progresa exactamente como se
espera. A pesar de varias semanas de intenso trabajo, Pauling no logró hallar
la manera de plegar las cadenas de péptidos de forma que reprodujeran la
repetición cada 5,1 angstroms a lo largo del eje de la fibra tal como parecían
indicar los resultados de rayos X. Frustrado, abandonó el problema.
Figura 11
Cuando
una hipótesis prometedora no acaba de funcionar, los científicos a menudo
intentan mejorar la calidad de los datos experimentales disponibles, pues una
información mejor puede dejar al descubierto pistas que antes habían quedado
ocultas. Con esta esperanza, Pauling convenció a Robert Corey[180] para
que se embarcase en un proyecto a largo plazo dirigido a determinar la
estructura de algunos aminoácidos y péptidos simples (las piezas básicas de las
proteínas) con la ayuda de la cristalografía. Corey se entregó con entusiasmo a
estas investigaciones, y en 1948 él y sus colaboradores de Caltech habían
conseguido desvelar la arquitectura precisa de una docena de estos compuestos.
Tras comprender que todos los hallazgos de Corey sobre las longitudes de los
enlaces químicos y los ángulos entre distintas partes de las moléculas, así
como sobre la planaridad (la situación de los átomos en un
mismo plano) del grupo péptido concordaban con exactitud con sus propias
formulaciones previas, Pauling decidió reexaminar el problema de la estructura
de la proteína alfa queratina. En una narración de los hechos que dictó en su
(ya entonces anticuado) Dictaphone en 1982, Pauling recordaba las
circunstancias:
En
la primavera de 1948, estaba en Oxford, en Inglaterra, en calidad de Profesor
George Eastman de aquel año y como fellow de Balliol College. Pillé
un resfriado y durante unos tres días tuve que quedarme en cama. A los dos días
ya me había cansado de leer historias de detectives y de ciencia ficción, y
comencé a darle vueltas a la estructura de las proteínas.[181]
Pauling
comenzó su nueva arremetida contra el rompecabezas partiendo de la suposición
de que todos los aminoácidos de la alfa queratina debían ocupar una posición
estructuralmente parecida con respecto a la cadena de polipéptidos. Mientras
aún guardaba cama, le pidió a su esposa, Ava Helen, que le trajera un lápiz,
una regla y una hoja de papel. Manteniendo los grupos péptidos sobre el plano
del papel, usando líneas más gruesas o más delgadas para indicar las relaciones
tridimensionales, y rotando alrededor de los dos enlaces sencillos con los
átomos de carbono (conservando el ángulo de rotación de un grupo péptido a
otro), Pauling creó una hélice[182], una
estructura en forma de escalera de caracol, en la que la columna vertebral
formada por el polipéptido constituía el núcleo de la hélice, y los aminoácidos
se proyectaban hacia el exterior (figura 12). Para estabilizar la construcción,
Pauling formó enlaces de hidrógeno entre una vuelta de la hélice y la
siguiente, en paralelo al eje de la hélice. (Figura 12; un enlace de hidrógeno
es un enlace químico en el que un átomo de hidrógeno de una molécula se ve
atraído hacia un átomo de otra molécula). De hecho, encontró dos estructuras
que podían funcionar, una de las cuales denominó hélice alfa, y la otra hélice
gamma. Que Pauling lograse encontrar soluciones al problema con unas
herramientas tan rudimentarias atestigua lo crucial que fueron sus descubrimientos
previos sobre la planaridad del grupo péptido. (La figura 11 representa su
intento de reconstruir el trozo de papel original de 1948). Sin la planaridad,
el número de conformaciones posibles habría sido demasiado grande. Excitado,
Pauling le pidió a su mujer que le trajese una regla de cálculo (aunque
obsoleta desde hacía tiempo, era la herramienta de cálculo más habitual en
aquella época), para poder calcular la distancia de repetición a lo largo del
eje de la fibra. Descubrió que la estructura de la hélice alfa se repetía con
18 aminoácidos en cinco vueltas. Es decir, la hélice alfa tenía 3,6 aminoácidos
por vuelta. Para su decepción, la distancia calculada entre vueltas era de 5,4
angstroms, no los 5,1 angstroms que sugerían los patrones de difracción de
rayos X. La hélice gamma dejaba un hueco en su centro que era demasiado pequeño
para estar ocupado por otras moléculas, así que Pauling centró su atención en
la hélice alfa. Seguro como estaba de la corrección de su solución, Pauling
intentó por todos los medios encontrar la manera de ajustar o bien la longitud
de los enlaces o bien sus ángulos, para así reducir la distancia calculada de
5,4 a 5,1, pero no lo consiguió. Así pues, aunque estaba muy satisfecho con su
hélice alfa, decidió no publicar el modelo hasta entender mejor la razón de la
discrepancia en el espaciado.
Figura 12
Unas
seis semanas más tarde, Pauling visito el Laboratorio Cavendish de Cambridge, y
lo que allí vio lo impresionó vivamente. «Tienen unas instalaciones cinco veces
mejores[183] que
las nuestras», le escribió a su ayudante en Caltech, «con capacidad para tomar
casi 30 imágenes de rayos X al mismo tiempo». Preocupado por la posibilidad de
que todavía hubiera algo equivocado en su modelo, y al mismo tiempo inquieto
porque el grupo de Cavendish pudiera ganar la carrera y analizarlo antes que
él, Pauling guardó silencio sobre la hélice alfa. Incluso durante una discusión
con el famoso químico Max Perutz[184], en la que
este le mostró entusiasmado sus últimos resultados sobre la estructura del
cristal de la hemoglobina, Pauling decidió guardarse sus ideas.
El problema, sin embargo, lo tenía obsesionado. A su vuelta a Pasadena, Pauling
enseguida le pidió a un profesor visitante de física, Herman Branson, que
inspeccionara sus cálculos meticulosamente. A Pauling le interesaba saber
especialmente si Branson podría encontrar[185] la
tercera estructura helicoidal que satisfaría las restricciones de unos enlaces
planos en los péptidos y un máximo de enlaces de hidrógeno que confirieran
estabilidad. Branson y uno de los ayudantes de investigación de Pauling, Sidney
Weinbaum, repasaron con lupa los cálculos de Pauling durante más o menos un año
y llegaron a la conclusión de que realmente solo había dos estructuras (la
hélice alfa y la hélice gamma) que satisficieran todas las restricciones.
Branson y Weinbaum también confirmaron que la hélice alfa, que era la más
apretada de las dos hélices, estaba caracterizada por una distancia de 5,4
angstroms entre vueltas.
A Pauling se le presentaba ahora un dilema: ignorar la incongruencia con los
datos de rayos X y publicar su modelo, o retrasar la publicación hasta que el
misterio quedase resuelto. Un artículo enviado para su publicación en Proceedings
of the Royal Society of London el 31 de marzo de 1950 le ayudó a
decidirse.
Ojalá te hubiera enfurecido antes
El artículo, que llevaba el título «Configuraciones de las cadenas de
polipéptidos de proteínas cristalinas[186]», era la
obra de un terceto ilustre: Lawrence Bragg, premio Nobel de Física de 1915, y
dos biólogos moleculares que más tarde, en 1962, compartirían el premio Nobel
de Medicina: John Kendrew y Max Perutz, todos ellos del Laboratorio Cavendish
de Cambridge. Por aquel entonces, este famoso laboratorio era el centro puntero
de la cristalografía de rayos X. Este método para analizar cristales era en
buena medida la creación de Bragg; él y su padre, sir William
Henry Bragg, habían resuelto conjuntamente las matemáticas que hay detrás de
aquel fenómeno químico y habían desarrollado la técnica experimental.
La idea en la que se basa la cristalografía de rayos X[187] era
la simplicidad hecha genio. Los físicos ya sabían desde principios de siglo XIX
que si proyectaban luz visible sobre una rejilla finamente espaciada, la luz
que la atravesaba formaba un patrón de difracción de manchas claras y oscuras
sobre una pantalla situada al otro lado. Las manchas claras marcaban los
lugares donde las ondas de luz que atravesaban distintos huecos de la rejilla
se combinaban aumentando su brillo, mientras que las manchas oscuras se
producían allí donde las distintas ondas sufrían una interferencia destructiva
(como cuando la cresta de una ola coincide con el valle de otra). Los físicos
también sabían, sin embargo, que para que se formara ese patrón, los espacios
entre los huecos tenían que ser del mismo orden que la longitud de onda de la
luz (la distancia entre dos crestas sucesivas de la onda). Aunque era
relativamente fácil fabricar rejillas lo bastante finas para la luz visible,
era imposible producirlas para los rayos X, cuyas longitudes de onda son varios
miles de veces menores que las de la parte visible del espectro. La primera
persona que se dio cuenta de que los cristales periódicos naturales podían
servir de rejilla en los experimentos de difracción de rayos X fue Max von
Laue. Este físico alemán se percató de que en los cristales, las distancias
entre átomos eran precisamente del orden de la supuesta longitud de onda de los
rayos X. Siguiendo los pasos de Laue, Lawrence Bragg formuló la ley matemática
que describe la difracción de rayos X en una estructura cristalina. Sorprendentemente,
consiguió este importante resultado durante su primer año como investigador
estudiante en Cambridge. El equipo formado por padre e hijo se dedicó entonces
a construir el espectrómetro de rayos X que les permitió analizar la estructura
de muchos cristales. Por cierto que Lawrence Bragg sigue siendo la persona más
joven en recibir un premio Nobel. (¡Lo ganó con veinticinco años!).
Ante tan formidable legado, no es difícil imaginar que cuando Pauling vio el
título del artículo de Bragg, Kendrew y Perutz, el corazón le dio un vuelco.
Los dos primeros párrafos del artículo ciertamente daban la impresión de que
tal vez el equipo de Bragg le había ganado por la mano: «Las proteínas están
formadas por largas cadenas de residuos de aminoácidos […] En este artículo se
intenta adquirir tanta información como sea posible sobre la naturaleza de la
cadena a partir del estudio de rayos X de proteínas cristalinas, además de
explorar los posibles tipos de cadena que sean coherentes con los datos
disponibles[188]». Pauling
leyó con avidez las treinta y siete páginas y quedó aliviado al comprobar que
los investigadores habían descrito unas veinte estructuras, pero la hélice alfa
no era una de ellas. Además, concluían diciendo que ninguna de las estructuras
examinadas constituía un modelo aceptable para la alfa queratina. Pauling no
podía estar más de acuerdo con esta conclusión, sobre todo porque creía que el
equipo de Bragg no había aplicado la restricción más importante a sus
configuraciones y, en cambio, había impuesto una limitación que le parecía del
todo innecesaria. De un lado, ninguno de los modelos de Bragg suponía la
planaridad del grupo péptido, de cuya corrección Pauling estaba absolutamente
convencido. De otro lado, el equipo de Cavendish parecía estar empeñado en la
idea de que en cada vuelta de sus estructuras tenía que haber un número
enterode aminoácidos. La hélice alfa de Pauling acabó con la tradición, con
3,6 aminoácidos por vuelta, y no veía nada malo en ello. A causa de su
formación en cristalografía de rayos X, Bragg también observaba religiosamente
la distancia aparente entre vueltas de 5,1 angstroms que sugerían los datos de
Astbury. Perutz explicaría más tarde que para poner en situación a su equipo,
Bragg había clavado[189] en el
palo de una escoba unas tachuelas que representaban residuos de aminoácidos,
disponiéndolas según una pauta helicoidal con una distancia axial entre vueltas
sucesivas de 5,1 centímetros.
Pauling siempre había tenido una naturaleza muy competitiva. Aunque se había
tranquilizado al ver que el equipo de Cambridge había pasado por alto varias
cuestiones importantes, la publicación del artículo de Bragg lo puso en marcha
por miedo a que se le adelantaran. En octubre de 1950 él y Corey enviaron una
nota breve[190] en la
que describían la hélice alfa y la hélice gamma para su publicación en el Journal
of the American Chemical Society. Más o menos al mismo tiempo, otro grupo
de investigación británico, esta vez de Courtaulds Research Laboratories,
obtuvo algunos resultados alentadores. Clement Bamford, Arthur Elliott y sus
colaboradores habían logrado producir fibras sintéticas de polipéptidos. Para
regocijo de Pauling, las fotografías de difracción de rayos X de aquellas
fibras mostraban claramente que la distancia de repetición a lo largo del eje
era de 5,4 angstroms, en coherencia con los hallazgos de Pauling, y no de 5,1
angstroms. Esto planteaba la posibilidad de que esta última característica de
las fotografías de rayos X del pelo no fuese más que un artefacto producido por
reflexiones superpuestas en lugar de una pista importante sobre su estructura.
Cada vez más convencido de la verdad de su interpretación, Pauling envió un
artículo firmado por él mismo, Corey y Branson que contenía una detallada
explicación[191] de
las hélices alfa y gamma. Fue una feliz coincidencia que este importante
artículo fuese enviado precisamente el día del cincuenta aniversario de
Pauling, el 28 de febrero de 1951.
Por cierto que corre una interesante anécdota sobre el uso del término
«hélice», que yo he oído explicar al químico Jack Dunitz, por aquel entonces un
investigador posdoctoral que trabajaba con Pauling. Dunitz recordaba que en
1950 Pauling utilizaba siempre el término «espiral» para describir la
estructura de la alfa queratina. Incluso en la comunicación breve de Pauling y
Corey al Journal of the American Chemical Society, escribieron
exclusivamente sobre espirales. Un día, me dijo Dunitz, le hizo observar a
Pauling que, según creía, la palabra «espiral» se refería únicamente a la forma
plana bidimensional, mientras que a la forma tridimensional había que llamarla
«hélice[192]». Pauling
le respondió que una espiral podía ser igual de dos o de tres dimensiones, pero
añadió que, bien pensado, la palabra «hélice» le gustaba más. Cuando Pauling,
Corey y Branson enviaron su denso manuscrito, evitaron la palabra «espiral» en
todo el artículo. Su título decía: «La estructura de las proteínas: Dos
configuraciones helicoidales con enlaces de hidrógeno para la cadena de
polipéptido». Pauling se sentía entonces tan seguro de su modelo que siguieron
su artículo sobre la hélice alfa con un aluvión de artículos sobre el
plegamiento de las cadenas de polipéptidos.
Aquella primavera, en Inglaterra, Max Perutz fue a la biblioteca un sábado por
la mañana y allí, en el último número de Proceedings of the National
Academy of Sciences, encontró la serie de artículos de Pauling. Unos
treinta y seis años más tarde describiría lo que había sentido aquella mañana
(con un lenguaje un tanto técnico, aunque las emociones son claras y
transparentes):
El
artículo de Pauling y Corey me dejó atónito. A diferencia de las hélices de
Kendrew y las mías, sus hélices estaban libres de tensiones; todos los grupos
amida eran planares y todos los grupos carboxilo formaban un enlace de
hidrógeno perfecto con un grupo amino cuatro residuos más adelante en la
cadena. La estructura parecía ser absolutamente correcta. ¿Cómo se me podía
haber escapado? ¿Por qué no había mantenido planos los grupos amida? ¿Por qué
había aceptado ciegamente los 5,1 angstroms de repetición de Astbury? Por otro
lado, ¿cómo podía ser correcta la hélice de Pauling y Corey, por hermosa que
fuera, si tenía la repetición equivocada? Mi mente estaba perpleja. Volví a
casa en bicicleta para el almuerzo, y comí inconsciente del parloteo de mis hijos,
sin responder siquiera a las preguntas de mi esposa, que quería saber qué me
pasaba.[193]
Tras
pensar un poco más en el modelo de Pauling, Perutz comprendió que la hélice
alfa se parecía a una escalera de caracol en la que los residuos de aminoácidos
(marcados con una «R» en la figura 12) formaban los peldaños. La altura de cada
peldaño era de unos 1,5 angstroms. La teoría de Bragg de la difracción de rayos
X predecía, por consiguiente, la existencia de unas señales de reflexión de
rayos X que nunca se habían observado, separadas por 1,5 angstroms, debidas a
planos perpendiculares al eje de la fibra. Ninguno de los modelos del grupo de
Bragg habría producido esa marca, mientras que sería una señal inequívoca de la
hélice alfa de Pauling.
Justo cuando estaba a punto de llegar a la conclusión de que la falta de esos
reflejos en los datos de Astbury bastaba para refutar el modelo de Pauling,
Perutz recordó que la particular disposición del experimento de Astbury, con
las fibras orientadas de manera que sus ejes largos fuesen perpendiculares al
haz de rayos X, no habría permitido detectar la señal de 1,5 angstroms. Los
cálculos predecían que las condiciones óptimas para observar la reflexión
habrían requerido que las fibras se inclinasen formando un ángulo de unos 31
grados.
Perutz se sintió ineludiblemente empujado a realizar la prueba definitiva de
inmediato. Pedaleó de vuelta al laboratorio, cogió un pelo de caballo que
guardaba en un cajón, lo insertó en el aparato con el ángulo que, según sus
cálculos, era el mejor para detectar la reflexión, puso la emulsión a su
alrededor (a diferencia de la cámara de placa plana de Astbury, demasiado
estrecha y que, por tanto, podía haber perdido reflexiones de gran ángulo), y
disparó el haz de rayos X. Las pocas horas que transcurrieron antes de que
pudiera revelar la película fueron de auténtica angustia, pero al fin Perutz
obtuvo la respuesta. ¡La fuerte reflexión que predecía la hélice alfa con un
espacio de 1,5 angstroms destacaba sin dejar ninguna duda!
Perutz le enseñó a Bragg la radiografía a primera hora de la mañana del lunes.
Bragg le preguntó qué le había dado tan de repente la idea para realizar la
prueba definitiva. Perutz le contestó que estaba enfurecido consigo mismo por
no haber pensado en la hélice alfa. Bragg le replicó con lo que se ha
convertido en una frase inmortal: «¡Ojalá te hubiera enfurecido antes!».
La marca de la vida
No todo lo que escribió Pauling en aquella famosa serie de artículos de 1951
era correcto. Un examen minucioso de su obra completa de aquel año revela
varias flaquezas. En particular, la hélice gamma acabó por abandonarse. Sin
embargo, estas pequeñas carencias no desmerecen en nada el logro pionero de
Pauling: la hélice alfa y su destacado papel en la estructura de las proteínas.
Las contribuciones de Pauling a nuestro conocimiento de la naturaleza de la
vida fueron considerables. Fue uno de los primeros científicos[194] en
comprender que, a pesar de su inherente complejidad, la biología es, en su
núcleo, ciencia molecular ampliada con la teoría de la evolución. Ya en 1948
había escrito, con clarividencia: «Para entender todos estos grandes fenómenos
biológicos necesitamos entender los átomos y las moléculas que estos forman por
medio de enlaces, y no debemos conformarnos con comprender las moléculas
simples […] Debemos entender también la estructura de las moléculas gigantes de
los organismos vivos[195]».
La influencia de Pauling sobre la teoría general y la metodología de la
biología molecular fue igual de impresionante. Para empezar, en su libro
pionero de 1939, The Nature of the Chemical Bond and the Structure of
Molecules and Crystals: An Introduction to Modern Structural Chemistry («La
naturaleza del enlace químico y la estructura de moléculas y cristales: Una
introducción a la química estructural moderna»), resaltó proféticamente la
importancia del enlace de hidrógeno para las biomoléculas: «Creo que a medida
que los métodos de la química estructural se vayan aplicando a los problemas de
la fisiología, se verá que la importancia del enlace de hidrógeno para la
fisiología es mayor que la de cualquier otra característica estructural[196]». Y así
es: la estructura de muchas moléculas orgánicas, desde las proteínas a los
ácidos nucleicos, confirma plenamente esta predicción.
En segundo lugar, Pauling fue uno de los pioneros de la construcción de
modelos, que convirtió en un arte de la predicción basado en reglas estrictas
de la química estructural. Incluso los modelos tridimensionales de colores[197] desarrollados
en Caltech se convirtieron en objetos codiciados de la investigación
macromolecular. Estos modelos, producidos para otros laboratorios por el taller
de Caltech, alcanzaron en 1956 un valor de 1220 dólares para un conjunto que
contenía unos seiscientos modelos de átomos.
La práctica de Pauling de utilizar los patrones de difracción de rayos X no
como punto de partida sino como árbitro final entre varias conjeturas complejas
pero bien fundamentadas también resultó ser una técnica muy eficaz: Watson y
Crick estaban a punto de aplicar el mismo enfoque para descubrir la estructura
del ADN.
Hay otra observación destacable de Pauling sobre la genética que hizo en 1948
durante una conferencia, aunque al parecer ni siquiera él llegó a comprender en
su momento todas sus implicaciones. En la primera parte de aquella conferencia,
Pauling recordaba a su público:
El
monje gregoriano Mendel observó que en las plantas de guisantes la herencia de
los caracteres, como el hecho de que sean altas o enanas, o el carácter de
tener flores púrpuras o blancas, se podía entender con relación a unidades de
herencia que se transmitían de los progenitores a sus descendientes. Thomas
Hunt Morgan y sus colaboradores reconocieron esas unidades en los genes que se
disponen linealmente en los cromosomas.[198]
Más
tarde, hacia el final de su conferencia, añadía el siguiente comentario:
El
mecanismo detallado por medio del cual un gen o una molécula de virus produce
réplicas de sí mismo no se conoce todavía. En general, el uso de un gen o un
virus como plantilla llevaría a la formación de una molécula con una estructura
no idéntica, sino complementaria. Puede ocurrir, por supuesto, que una molécula
sea a un tiempo idéntica y complementaria de la plantilla sobre la que se ha
modelado. Sin embargo, este caso me parece demasiado improbable para tener una
validez general, si no es de la siguiente manera. Si la estructura que hace de
plantilla (el gen o la molécula de virus) consiste en, pongamos por caso, dos
partes, de modo que una es complementaria de la otra, cada una de estas partes
podría servir de molde para la producción de una réplica de la otra parte, y,
por consiguiente, el complejo formado por dos partes complementarias puede
servir de molde para la producción de duplicados de sí mismo. [la
cursiva es mía][199]
Como
veremos enseguida, si Pauling se hubiera acordado de su propia declaración
cuatro años más tarde, cuando intentaba determinar la estructura del ADN, tal
vez no hubiera cometido un terrible error.
Pauling no comenzó a dirigir su atención al ADN hasta el verano de 1951. Hasta
principios de la década de 1950, la mayoría de los estudiosos de la vida
suscribían el paradigma de las proteínas, según el cual eran estas moléculas,
no los ácidos nucleicos, las que constituían el fundamento de la vida y
desempeñaban un papel crucial en la reproducción, el desarrollo y la
regulación. Las raíces de este paradigma se remontan al biólogo Thomas H.
Huxley (el «bulldog de Darwin»), que creía que el protoplasma (la parte viva de
la célula) era la fuente de todos los atributos de la vida. Las proteínas, que
están hechas de aminoácidos unidos en una larga cadena, constituían una
fracción elevada de todas las células vivas, mientras que los ácidos nucleicos,
como su nombre indica, se encontraron inicialmente solo en el núcleo de las
células.
Los primeros trabajos sobre la estructura y constitución de los ácidos
nucleicos, debidos al bioquímico Phoebus Levene, no ayudaron a despertar el
interés por estas moléculas. Más bien consiguieron todo lo contrario. Levene
consiguió distinguir[200] entre
el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), y descubrió
algunas de sus propiedades. Pero sus resultados generaron la impresión de que
se trataba de unas sustancias bastante simples y aburridas, inadecuadas para
las complejas tareas del gobierno del crecimiento y la replicación. En palabras
del citólogo Edmund Beecher Wilson (en 1925): «Los ácidos nucleicos del núcleo
son, por lo general, notablemente uniformes […] En este sentido contrastan
considerablemente con las proteínas, las cuales, ya sean simples o compuestas,
parecen exhibir una variedad inagotable[201]». Esta
impresión persistió a lo largo de la década de 1940. Para entonces, se sabía
que el ADN estaba compuesto por cadenas no ramificadas de unas unidades
llamadas nucleótidos. Los propios nucleótidos parecían ser también
bastante sencillos, formados como estaban por tres subunidades: un grupo fosfato (un
átomo de fósforo enlazado a cuatro átomos de oxígeno), un azúcar de
cinco carbonos, y una base nitrogenada que podía ser de cuatro
tipos. Las cuatro bases eran: citosina y timina,
que tenían un solo anillo; y adenina y guanina,
con un anillo doble. (Véase la figura 13). Lo que todavía no se sabía, ni
siquiera en 1951, era su verdadera estructura: cómo se conectaban exactamente
las subunidades para formar los nucleótidos, y la naturaleza de los enlaces
entre los propios nucleótidos. Sin embargo, aunque todo esto pudiera parecer
bastante interesante desde el punto de vista de la química, a finales de 1951
la mayoría de los genetistas todavía creían que el único papel que desempeñaba
el ADN era estructural, actuando tal vez como un andamiaje al servicio de las
más sofisticadas proteínas, sin estar directamente implicado en la herencia[202].
Figura 13
Este
hecho era en sí mismo bastante sorprendente, dado que en un artículo publicado
en 1944, los biólogos Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty
proporcionaron sólidas pruebas experimentales de que el material genético de
las células vivas estaba compuesto de ADN. Avery y sus colaboradores[203]cultivaron
grandes cantidades de una bacteria virulenta, y tras conseguir separarlas en
sus constituyentes bioquímicos, llegaron a la conclusión de que los componentes
responsables de convertir las bacterias no virulentas en bacterias virulentas
eran las moléculas de ADN, no las proteínas o los ácidos grasos. En una carta
de mayo de 1943 en la que describe estos resultados a su hermano bacteriólogo,
Roy, Avery concluye diciendo: «Pues esa es la historia[204], Roy;
correcta o incorrecta, ha sido divertido y nos ha llevado un montón de
trabajo». La razón de que los hallazgos de Avery no recibieran la atención que
merecían[205] podría
tener algo que ver con el hecho de que, como ninguno de los tres científicos
era genetista, formularon sus conclusiones con tanta cautela que muchos
científicos no llegaron a comprender su verdadera importancia. Así lo
enunciaban en el artículo: «Si llega a demostrarse más allá de cualquier duda
razonable que la actividad transformativa del material descrito es realmente
una propiedad inherente del ácido nucleico, todavía habría que explicar en
términos químicos la especificidad biológica de su acción». Con todo, los
buenos lectores deberían haber notado lo que decía el resumen del artículo:
«Los datos obtenidos […] indican que, dentro de los límites de los métodos, la
fracción activa no contiene ninguna proteína demostrable […] y consiste
principalmente, si no enteramente, en una forma viscosa y altamente
polimerizada del ácido desoxirribonucleico [ADN]».
Pauling conocía el trabajo de Avery, pero incluso él admitió más tarde, en una
entrevista, que en aquella época no creía que el ADN tuviera demasiado que ver
con la herencia: «Conocía la proposición de que el ADN era el material
genético. Pero no la aceptaba; verá, estaba tan encantado con las proteínas que
creía que estas eran probablemente el material hereditario, no el ácido
nucleico». El químico Peter Pauling, hijo de Linus, también confirmó que esta
había sido la actitud de su padre. En un breve artículo escrito en 1973,
escribió: «Para mi padre, los ácidos nucleicos eran unas sustancias químicas
interesantes, igual que el cloruro de sodio [la sal de mesa] es una sustancia
química interesante, y ambas presentan problemas estructurales interesantes[206]».
No obstante, hacia finales de 1951, un inusual artículo[207] del
bioquímico Edward Ronwin, entonces en la Universidad de California en Berkeley,
intrigó a Pauling lo bastante como para empujarlo a hacer algo. El artículo,
titulado «Una fórmula fosfo-tri-anhídrida para los ácidos nucleicos», apareció
en noviembre de 1951. En él, Ronwin proponía un nuevo «diseño» para el ADN, en
el que cada átomo de fósforo iba ligado a cinco átomos de oxígeno, mientras que
Pauling, el consumado químico estructural, estaba absolutamente convencido de
que tenía que estar enlazado solamente con cuatro. Molesto, Pauling se apresuró
a enviar una comunicación breve al editor del Journal of the American
Chemical Society (junto al químico Verner Schomaker) en la que
comenzaba por observar que «al formular una estructura hipotética para una
sustancia, hay que tener cuidado para elegir elementos estructurales que sean
razonables[208]». Su
conclusión era aún más desdeñosa: «La ligadura de cinco átomos de oxígeno
alrededor de cada átomo de fósforo es una característica estructural tan
improbable», decían, que la fórmula propuesta para el ADN «no merece ninguna
consideración seria». Ronwin replicó señalando[209] que
existían otras sustancias en las que el fósforo estaba enlazado con cinco
átomos de oxígeno. Pauling y Schomaker tuvieron que retirar[210] su
comentario despreciativo, pero siguieron insistiendo en que las estructuras de
este tipo eran extremadamente sensibles a la humedad, lo que las convertía en
candidatos muy improbables para el ADN. Este intercambio de opiniones no habría
tenido mayores consecuencias de no haber sido porque hizo que Pauling comenzase
a pensar en cómo podría estar construido el ADN. Para avanzar, sin embargo,
necesitaba fotografías de alta calidad de difracción de rayos X del ADN, pues
las que estaban disponibles en publicaciones eran fotos antiguas tomadas por
William Astbury y Florence Bell en 1938 y 1939. Por desgracia, no era fácil
conseguir buenas fotos de rayos X. Caltech había producido algunas imágenes
nuevas a principios de la década de 1950, pero, sorprendentemente, resultaron
ser de calidad inferior a las de Astbury y Bell. Mientras ponderaba sus
opciones, Pauling se enteró de que Maurice Wilkins[211], de King’s
College (Londres), había generado lo que se describía como «buenas imágenes de
la fibra de ácidos nucleicos». Pauling decidió que no tenía nada que perder y
escribió a Wilkins para preguntarle si estaba preparado para compartir sus
imágenes. Lo que Pauling no sabía es que en Inglaterra la actividad alrededor
del ADN se estaba tornando frenética.
Mientras tanto, en Inglaterra
Tres acontecimientos distintos, todos ellos en 1951[212], fueron
determinantes para la «carrera» por descubrir la estructura del ADN. Aquel año,
a la edad de treinta y cinco, Francis Crick estaba trabajando en Cambridge para
obtener un doctorado en biología después de aburrir la física. (Más tarde
describiría su trabajo sobre la viscosidad del agua como «el problema más
tedioso que uno pueda imaginar»). Su formación matemática sería crucial para
los descubrimientos que realizaría. Aquel mismo año, James Watson, entonces con
veintitrés años, llegó a Cambridge para aprender sobre la difracción de rayos X
de la mano de Max Perutz. Watson había acabado su doctorado en la Universidad
de Indiana sobre los efectos de los rayos X sobre los virus y más tarde había
recibido formación sobre la química de los ácidos nucleicos en la Universidad
de Copenhague. También en 1951 Rosalind Franklin, que entonces contaba treinta
y un años, llegó a King’s College tras finalizar tres años de investigación en
París, donde se hizo competente en técnicas de difracción de rayos X.
Franklin, que provenía de una erudita familia de banqueros, había completado su
doctorado en Cambridge en 1945. Cuando llegó a King’s College, el físico
Maurice Wilkins tenía la esperanza de que, gracias a que era una experta
cristalógrafa, lo ayudaría en sus estudios sobre la estructura molecular. Que
Wilkins esperara eso de Franklin no era en absoluto sorprendente, pues por
aquel entonces, según explica el propio Watson, «la investigación molecular
sobre el ADN en Inglaterra era, a efectos prácticos, propiedad personal de
Maurice Wilkins[213]». Pero no
era eso lo que Franklin pretendía cuando firmó para ir a King’s, y tenía buenas
razones para pensar como pensaba. Sir John Randall, director
de la Unidad de Investigaciones Biofísicas de King’s College, le había escrito
una carta en la que le describía del siguiente modo el trabajo que le
aguardaba: «Esto significa que, por lo que respecta a los trabajos experimentales
con rayos X, por el momento solo estarán usted y Gosling [Raymond Gosling, que
entonces era estudiante universitario], con la ayuda ocasional de una graduada
de Syracuse, Mrs. Heller[214]». Por
tanto, Franklin tenía lógicamente la impresión de que sería su propia jefa por
lo que respectaba a las investigaciones sobre el ADN, una actitud que
claramente se daba de bruces con las expectativas de Wilkins. Franklin y
Wilkins estaban destinados a chocar, y así ocurrió. Acabaron trabajando por
separado aunque compartieran los mismos laboratorios.
En cambio, Watson y Crick, que compartían despacho en Cambridge, se entendieron
enseguida. Watson describió a Crick como «sin duda la persona más brillante con
la que he trabajado y lo más cercano a Pauling que he visto[215]». Los dos
hombres traían un bagaje muy distinto pero complementario, igual que sus rasgos
de carácter y temperamento. Como Crick observó en una entrevista: «El interés
radicaba en que su bagaje [de Watson] era en investigaciones sobre fagos, sobre
las que yo solo había leído y no conocía de primera mano, mientras que yo
aportaba conocimiento sobre cristalografía, que él solo conocía por lecturas y
no de primera mano[216]». Es
entretenido leer cómo describía cada uno la personalidad del otro. Refiriéndose
a la seguridad, la agudeza traviesa y el hábito de decir lo que pensaba propios
de Crick, Watson escribió: «Nunca he visto a Francis Crick con ánimo humilde[217]». Y añadía
que Crick «hablaba más alto y rápido que nadie». Por otro lado, Crick escribió
sobre Watson: «Jim era bastante más franco que yo[218]». Pese a
sus distintos bagajes, algo en ellos encajó de inmediato. Crick sospechaba que
se debía a que ambos tenían por naturaleza «cierta arrogancia de juventud,
rudeza e impaciencia con las argumentaciones descuidadas». Su manera de pensar
también se parecía bastante. En palabras de Crick: «Era la primera persona que
conocía que pensaba lo mismo que yo de la biología […] Yo había decidido que lo
realmente esencial era la genética, lo que eran y hacían los genes».
Había algo más que hacía que la colaboración entre Watson y Crick fuese tan
potente. Como ninguno de los dos era profesionalmente el superior del otro, se
podían permitir el lujo de ser brutalmente francos al criticar las ideas del
otro. Este tipo de honestidad intelectual falta a veces en las relaciones
entorpecidas por la cortesía formal, por doblegarse ante un superior o por
abuso de autoridad. Así es como el propio Crick describía su relación con
Watson: «Si uno de nosotros sugería una nueva idea, el otro, aunque tomándolo
en serio, intentaba demolerlo de una manera franca pero no hostil[219]». Para
Crick, «Watson estaba decidido a descubrir qué eran los genes y esperaba que
resolver la estructura del ADN le ayudase a hacerlo[220]». Eso
resultó ser absolutamente cierto.
Todavía cabe preguntarse por qué Watson y Crick estaban convencidos de que la
estructura del ADN era resoluble, y no irregular y confusa. Es posible que la
razón fuera una conferencia de Maurice Wilkins en un congreso de Nápoles, en la
primavera de 1951, un congreso al que asistió Watson. Wilkins había conseguido
extraer unas finas fibras de la sal sódica del ADN y producir con ellas unas
fotografías de rayos X que eran notablemente mejores que las de Astbury y Bell.
Las imágenes mostraban una forma cristalina del ADN, lo que para Watson
significaba que la estructura era regular. Estas eran las mismas imágenes que
Pauling le había pedido a Wilkins.
Al recibir la carta de Pauling, Wilkins, que era plenamente consciente de la
capacidad de Pauling para descifrar estructuras moleculares, no sabía muy bien
qué hacer con la solicitud. Por fin le respondió cortésmente que no podía
compartir sus imágenes hasta que él mismo tuviera la oportunidad de realizar
algunas investigaciones adicionales. Pauling no se rindió, y decidió probar
suerte con Randall, que lo rechazó con la excusa de que «no sería justo para
ellos [Wilkins y sus colaboradores], ni para los esfuerzos que estaba llevando
a cabo el conjunto de nuestro laboratorio, enviárselas a usted[221]». Así que
a finales de 1951, Pauling todavía no había logrado ver ninguna imagen de
difracción de rayos X de una calidad razonable.
Entretanto, Watson y Crick estaban cada vez más obsesionados con el deseo de
ganar a Pauling en la carrera por descifrar la estructura del ADN. El
bioquímico austroamericano Erwin Chargaff, que conoció a Watson y Crick en mayo
de 1952, nos ofrece una descripción del dúo cargada de humor: «Uno, de treinta
y cinco años, con el aspecto de un vendedor de apuestas venido a menos, como
salido de un cuadro de Hogarth […] El otro, bastante magro para sus veintitrés
años, con una sonrisa más taimada que bobalicona, decía poco, y nada importante[222]». Aún más
divertida es la descripción que da Chargaff de la desmesurada ambición de los
dos científicos: «Por lo que pude entender, querían, sin las trabas del menor
conocimiento de la química implicada, encajar el ADN en una hélice. La
principal razón parecía ser el modelo de Pauling de la hélice alfa para una
proteína[223]».
Efectivamente, aunque Pauling no fuera consciente de ello, Watson (en
particular) y Crick (hasta cierto punto) se veían participando en una carrera
con él.
No quisiera que nadie se llevase la impresión de que Pauling fue el primero en
introducir modelos helicoidales, pero sin duda contribuyó mucho a que acabasen
convirtiéndose en los modelos preferidos para las moléculas de importancia para
la biología. Al introducir un número no entero de aminoácidos en cada vuelta de
su modelo de hélice alfa, Pauling había expandido aún más los horizontes de los
cristalógrafos estructurales tradicionales. En consecuencia, las
investigaciones sobre la interpretación de los patrones de difracción de rayos
X a partir de estructuras helicoidales recibieron un enorme empuje,
estableciendo las herramientas que finalmente permitirían descifrar el ADN. Así
describía Crick la forma de pensar habitual en aquellos tiempos: «Tal como lo
veo ahora, eras un excéntrico si no pensabas que el ADN era helicoidal[224]».
Hacia el fin de 1951, los acontecimientos comenzaron a sucederse con rapidez.
El 21 de noviembre de 1951 Watson hizo un viaje a Londres para escuchar un
coloquio de Rosalind Franklin. Aunque no aprendió mucho con la charla, apenas
pasó una semana antes de que él y Crick produjesen su primer modelo[225] de la
estructura del ADN. El modelo consistía en tres hebras helicoidales sostenidas
por una espina de azúcar-fosfato en su interior, mientras que las bases
apuntaban hacia afuera. La principal motivación para este diseño en particular
era bastante simple: como las bases eran de formas y tamaños distintos (dos
tenían un solo anillo y las otras dos tenían dos anillos; véase la figura 13),
Watson y Crick no veían la manera de que el ADN cristalino pudiera producir un
patrón altamente regular si no era manteniendo las bases poco implicadas en la
arquitectura central.
Por consejo de Kendrew, el enérgico par invitó al equipo de King’s College a
ver su modelo, aunque Crick más tarde admitiría que no se había sentido del
todo cómodo enviando tan pronto una invitación. La respuesta fue inmediata: al
día siguiente apareció en Cambridge el grupo formado por Maurice Wilkins,
Rosalind Franklin, Raymond Gosling y William Seeds (otro miembro de la Unidad
de Investigaciones Biofísicas).
La presentación del primer modelo de Watson y Crick resultó ser un completo
desastre. Franklin no solo cuestionó todas las presuposiciones básicas, desde
la estructura helicoidal a las fuerzas que supuestamente sostenían la
estructura central, sino que señaló que el contenido de agua que referían[226] era
completamente erróneo; el ADN es una molécula bastante «sedienta», lo que
invalidaba todos los cálculos de densidad de Watson. Al parecer, parte del
error se debía a que Watson no entendía bien un término cristalográfico que
Franklin había usado en su conferencia de la semana anterior. Esta
desafortunada confusión llevó a Crick a creer que el número de configuraciones
posibles era bastante limitado.
El fiasco tuvo consecuencias importantes: a Watson y Crick prácticamente les
prohibieron que continuasen sus investigaciones sobre el ADN, que supuestamente
quedarían confinadas exclusivamente al King’s College de Londres. Ha sido
habitual suponer que los directores de los dos laboratorios, Randall y Bragg,
acordaron una moratoria respecto a nuevas investigaciones sobre el ADN por
parte de Watson y Crick. Sin embargo, en 2010 Alexander Gann y Jan Witkowski,
del Laboratorio Cold Spring Harbor de Nueva York, descubrieron correspondencia
de Francis Crick[227] que
desde hacía mucho tiempo estaba en paradero desconocido. Al parecer las cartas
perdidas se habían mezclado con los papeles del biólogo Sydney Brenner, con
quien Crick había compartido despacho entre 1956 y 1977. La correspondencia
recuperada proporciona una nueva perspectiva sobre las circunstancias de la
suspensión de la investigación sobre el ADN. En una carta formal fechada el 11
de diciembre de 1951, Maurice Wilkins le escribe a Crick:
Mucho
me temo que la opinión general aquí [en King’s College], a regañadientes y muy
a nuestro pesar, es en contra de su proposición de seguir trabajando sobre a.
n. [ácidos nucleicos] en Cambridge. Uno de los argumentos que se aducen es que
sus ideas se derivan directamente de afirmaciones realizadas durante un
coloquio y eso me parece tan convincente como su propio argumento de que su
enfoque viene bastante de la nada.[228]
Siguiendo
con su papel de mediador entre King’s College y Cavendish, Wilkins añade
entonces: «Creo que lo más importante es que se alcance un acuerdo de manera
que en el futuro, como en el pasado, todos los miembros de nuestro laboratorio
se sientan libres para discutir su trabajo e intercambiar ideas con usted y con
su laboratorio. Somos dos Unidades del M. R. C. [Consejo de Investigación
Médica] y dos Departamentos de Física con muchas conexiones». Wilkins sugería
además que Crick le mostrase la carta a Max Perutz, e informaba a Crick de que
le enviaba copia a Randall. Aquel mismo día Wilkins le envió a Crick también
una carta más personal, escrita a mano, en la que le confesaba que «tuve que
disuadir a Randall de que no le escribiera a Bragg quejándose de vuestra
conducta». Un borrador de respuesta escrito por Watson y Crick dos días más
tarde indica que «todos estamos de acuerdo en que debemos llegar a un arreglo
amistoso[229]». A
Watson, sin embargo, una decisión administrativa no le iba a impedir al menos
pensar sobre el ADN.
Entretanto, Franklin estaba haciendo progresos importantes. Primero descubrió
que el ADN[230] se
presentaba en dos configuraciones algo distintas. Una de las formas, que
denominó «A», era cristalina. La otra, la forma «B», era más extensa y contenía
más agua. Una de las consecuencias de la existencia de estas dos conformaciones
era que las fotos de difracción de rayos X de muestras de ADN resultaban
confusas si no se producían a partir de una forma pura. Franklin dedicó los
cinco primeros meses de 1952 a generar muestras puras tanto de la forma A como
de la forma B, logró extraer fibras individuales de cada una de las formas, y
diseñó y reconfiguró su cámara de rayos X para tomar imágenes de alta
resolución. Como veremos enseguida, una de las fotografías que produjo de la
forma «B», la más «húmeda», etiquetada como placa 51 (véase la figura 14), estaba
a punto de convertirse en la clave para entender la estructura del ADN. Por
desgracia, como Franklin decidió usar un método particular de análisis, ella y
Gosling centraron sus esfuerzos primero en las imágenes de rayos X más
detalladas, que correspondían a la forma A, y la pauta de rayos X más simple
pero verdaderamente reveladora de la placa 51 la dejaron a un lado ¡durante
casi nueve meses!
En todos sus trabajos de investigación, Franklin demostró que su forma de
pensar era claramente distinta de la de Pauling. Franklin aborrecía las
«conjeturas fundamentadas» y los métodos heurísticos, e insistía en basarse en
los datos de rayos X para que estos la llevaran hasta la respuesta correcta.
Por ejemplo, aunque en principio no tenía nada en contra de las estructuras
helicoidales, se negaba rotundamente a suponer su existencia
como hipótesis de trabajo[231].
Figura 14
En
cambio, Watson y Crick emularon punto por punto el enfoque y los métodos de
Pauling, decididos a que una metodología formal no les frenara. En palabras de
Crick: «Él [Watson] solo quería una respuesta, y no le importaba nada si la
conseguía con métodos sólidos o llamativos. Lo único que le importaba era
llegar lo antes posible[232]».
Sorprendentemente, ni Watson ni Crick ni Pauling sabían entonces que ya en
1951, Elwyn Beighton, del laboratorio de Astbury[233] en la
Universidad de Leeds, había producido excelentes placas de rayos X de la forma
B estirando las fibras de ADN y humedeciéndolas. Sin embargo, como Astbury y
Beighton al parecer pensaron que se trataba de una mezcla y no de una
configuración pura (porque el patrón de rayos X era más simple que en las
imágenes de Astbury-Bell), no hicieron pública la existencia de aquellas
placas. Por desgracia para Astbury y Beighton, ninguno de los dos sabía el
aspecto que adquiría una hélice en una fotografía de rayos X. Fue así como el
laboratorio de Leeds perdió la oportunidad de desempeñar un papel importante en
la historia del ADN.
Mientras tanto, en Estados Unidos, Pauling intentaba hacer su magia de nuevo
con el ADN, en un intento por replicar su hazaña con las proteínas. Las fotos
de rayos X de que disponía mostraban una fuerte reflexión aproximadamente a 3,4
angstroms, pero no mucho más. Como punto de partida, Pauling volvió a examinar
el artículo de Ronwin. Aunque estaba convencido de que la estructura del ADN
que proponía Ronwin, con el átomo de fósforo unido a cinco átomos de oxígeno,
era completamente errónea, había algo en la sugerencia de Ronwin que le llamaba
la atención. Ronwin había puesto las cuatro bases en el exterior de la
estructura y los fosfatos en el centro. Esto a Pauling la parecía que tenía
sentido precisamente por la misma razón por la que Watson y Crick habían
colocado las bases en el exterior en su primer intento. (Pauling no sabía nada
de aquel modelo que tan lejos había caído de la diana). Siguiendo su línea de
argumentación, Pauling se embarcó de nuevo en lo que ha dado en conocerse como
su «método estocástico». La idea era utilizar principios químicos para reducir
al mínimo la lista de estructuras posibles hasta quedarse solo con las más
plausibles y luego construir con estas modelos tridimensionales para eliminar
las configuraciones que estuviesen demasiado empaquetadas o demasiado poco.
Entonces podría contrastar la mejor disposición resultante, su «mejor apuesta»,
con los patrones experimentales de difracción de rayos X.
Después del gran éxito que había tenido con su método en ocasiones anteriores,
Pauling creyó saber exactamente qué pasos seguir. En primer lugar, tenía pocas
dudas de que la molécula era helicoidal, y las fotografías de Astbury-Bell
parecían ser, por lo general, congruentes con esta suposición. En segundo
lugar, dos de las bases tenían dos anillos y dos tenían solo un anillo. Las
diferentes construcciones y dimensiones hacían que, al menos a primera vista,
resultase difícil imaginar el centro de la hélice, que parecía ser regular,
compuesto por las bases. El siguiente paso fue averiguar cuántas hebras más
necesitaba la hélice. Pauling decidió abordar este problema calculando la
densidad de la estructura. Sin embargo, antes de que fuese siquiera capaz de
comenzar, una distracción inesperada lo frenó en seco.
La vida bajo el macarthismo
En la atmósfera de la guerra fría que siguió a la segunda guerra mundial, y en
particular tras la aprobación de la Ley de Seguridad Interna de 1950, la
División de Pasaportes del Departamento de Estado de Estados Unidos recibió una
autoridad casi ilimitada para denegar pasaporte a cualquier persona que fuera
considerada «izquierdosa». Pauling solicitó la renovación de su pasaporte en
enero de 1952, pues planeaba asistir al congreso de la Real Sociedad de
Londres, que se celebraba el mayo siguiente. Pauling y Corey habían sido
invitados para que presentasen en aquel congreso sus trabajos sobre proteínas y
la hélice alfa, y Pauling también planeaba aprovechar el viaje a Europa para
visitar unas cuantas universidades en España y Francia. Pero el 14 de febrero
de 1952, Ruth B. Shipley, directora[234] de la
División de Pasaportes, le envió a Pauling una carta que en nada se parecía a
una tarjeta de San Valentín. En ella le informaba de que su pasaporte no se
podía expedir porque, en opinión del departamento, su viaje «no sería en
interés de Estados Unidos».
Dentro del ánimo que prevalecía entonces, y dados los muchos discursos
pacifistas de Pauling, su activismo contra la guerra nuclear y su declaración
de que «el mundo se encuentra hoy en una encrucijada que le lleva, o bien a un
futuro glorioso para toda la humanidad, o bien a la destrucción total de la
civilización», tal vez no sea del todo sorprendente que Shipley llegara a
suponer que «hay buenas razones para creer que el doctor Pauling es un
comunista».
Al principio, Pauling no vio en el rechazo más que una pequeña inconveniencia,
y estaba convencido de que el problema se resolvería fácilmente. Para acelerar
las cosas, envió de inmediato una carta al presidente Harry Truman[235],
adjuntando una copia de su Medalla Presidencial del Mérito de 1948, firmada por
el propio Truman. Pauling escribió, frustrado: «Estoy convencido de que no se
derivará ningún daño para la nación del viaje que propongo». La secretaria del
presidente le respondió cortésmente que se había pedido a la División de
Pasaportes que volviera a evaluar su decisión. Sin embargo, la decisión no fue
revocada. En abril, ya con más urgencia, Pauling realizó una serie de acciones.
En primer lugar, buscó el consejo de un abogado. En segundo lugar, envió a la
Oficina de Pasaportes declaraciones juradas de lealtad y affidávit conforme no
era comunista. Por último, consiguió reunirse en persona con Ruth Shipley. De
nada sirvió. La denegación irrevocable de la solicitud fue anunciada el 28 de
abril, y al día siguiente Pauling notificó a los organizadores del congreso de
la Real Sociedad que no podría asistir.
Como era de esperar, las penas y tribulaciones de Pauling con el pasaporte[236]escandalizaron
a científicos de todo el mundo. Sir Robert Robinson, el premio
Nobel de Química de Inglaterra, escribió una carta al Times de
Londres expresando su «consternación». Destacados científicos norteamericanos y
británicos, entre ellos los físicos Enrico Fermi y Edward Teller, el biólogo
Harold Urey y el cristalógrafo John Bernal, escribieron cartas de protesta, y
los bioquímicos franceses eligieron a Pauling como presidente honorario de un
Congreso Internacional de Bioquímica que iba a celebrarse aquel julio en París.
La presión internacional al final hizo efecto. Cuando Pauling volvió a
solicitar el pasaporte en junio, el Departamento de Estado revocó la denegación
de Shipley, y se permitió que Pauling viajara el 14 de julio (el día de la
Bastilla), a Francia e Inglaterra.
Aparte de su significación política, la debacle del pasaporte tuvo algunas
consecuencias científicas. Corey, que asistió al congreso de la Real Sociedad,
aprovechó la oportunidad para visitar el laboratorio de Franklin. Allí le mostraron
las excelentes placas de rayos X que habían obtenido. Sin embargo, por lo que
parece Corey no supo comprender en aquel momento las implicaciones plenas de
las fotografías, pues no le comentó nada de importancia a Pauling. Se han
escrito volúmenes enteros de especulaciones sobre lo que podría haber pasado si
el propio Pauling hubiese conseguido el permiso para viajar y hubiese visto
aquellas fotografías. Pero lo cierto es que todas esas especulaciones son
bastante irrelevantes. Pauling tuvo la oportunidad de visitar
al equipo de King’s College apenas diez semanas más tarde, durante el mes que
pasó en Inglaterra en el verano de 1952, pero decidió no hacerlo. La razón era
sencilla: Pauling todavía estaba empeñado en convencer a todo el mundo de la corrección
de su modelo de la hélice alfa de las proteínas; el ADN no era el problema
principal que ocupaba su mente. Como más tarde se supo, las placas de Franklin,
y en particular la 51, que pronto se haría famosa, contenían el sello claro y
auténtico de una hélice de doble hebra.
Hay otra información importante sobre el ADN que Pauling llegó a conocer pero
que olvidó, o al menos no interiorizó. Tiene que ver con las bases de los
nucleótidos. La siguiente anécdota demuestra hasta qué punto las respuestas
emocionales pueden interferir incluso con procesos que supuestamente están
regidos por el más puro razonamiento científico.
El día después de la Navidad de 1947, Pauling y su familia estaban de camino a
Europa para la estancia de seis meses de Pauling en Oxford. Viajaron a bordo
del famoso Queen Mary. Por casualidad, Erwin Chargaff, que desde
los años de la guerra estaba interesado en los ácidos nucleicos, iba a bordo
del mismo barco, y Pauling no tardó en tropezarse con él. Por desgracia,
Chargaff era, en palabras del biólogo Alex Rich[237], una
«persona muy intensa». Eso no iba con Pauling, que por lo general era una
persona de trato fácil y, en aquella ocasión, estaba deseando unas relajadas
vacaciones. En consecuencia, Pauling no solo no le prestó demasiada atención a
la animada descripción que le hizo Chargaff de sus resultados de investigación,
sino que más tarde al parecer pasó por alto el importante artículo de Chargaff
sobre los ácidos nucleicos. En aquel artículo, publicado en 1950[238], Chargaff
había descubierto una interesante relación entre la cantidad de bases en el
ADN. Sus datos mostraban que, fuera cual fuese el número de moléculas de
adenina (generalmente abreviada como «A») en cierta sección del ADN, el número
de moléculas de timina («T») era el mismo. De manera parecida, el número de
unidades de guanina («G») era igual al número de unidades de citosina («C»).
Esta pista tan significativa sobre la estructura del ADN, es decir, que la
cantidad de A es igual a la cantidad de T y la cantidad de G igual a la de C,
escapó totalmente a la atención de Pauling. De no haber sido así, tal vez el
descubrimiento de la estructura del ADN se hubiera producido de otro modo.
Tras su viaje a Inglaterra y Francia en el verano de 1952, Pauling regresó a
Caltech en septiembre. Sin embargo, ni siquiera entonces estaba preparado para
sumergirse de lleno otra vez en el problema del ADN. Una conversación que había
mantenido con Crick en Inglaterra aquel verano le había dado una idea sobre
cómo podía resolver por fin el rompecabezas de la reflexión de la proteína a
5,1 angstroms. Como a menudo pasa en la ciencia, Pauling y Crick resolvieron
ese problema de forma independiente demostrando que las hélices alfa podían
formar estructuras enrolladas, como una cuerda, en torno a sí mismas, y eran
estas las que daban origen a aquella marca enigmática. Todo esto sonaba a punto
final, y aunque Pauling no lo sabía en aquel momento, la «carrera» para
resolver el ADN estaba entrando en la recta final.
La triple hélice
La visita de Pauling a Francia le proporcionó una pista adicional sobre el
hecho de que, al final, probablemente fuera el ADN el material genético
principal. El microbiólogo norteamericano Alfred Hershey presentó los datos en
una conferencia internacional sobre virus celebrada en Royaumont, cerca de
París. Hershey y su colaboradora, Martha Chase[239], marcaron
el ADN y la proteína del bacteriófago T2 (un virus) con fósforo y azufre
radiactivos, respectivamente. Entonces dejaron que los fagos infectasen unas
bacterias y pudieron demostrar que el material genético que infectaba las
bacterias era muy probablemente el ADN y no la proteína. La cubierta de
proteínas del virus se quedaba fuera de la célula bacteriana y no jugaba ningún
papel en la infección. Pero no todo el mundo quedó convencido. De hecho, el
propio Hershey señaló cautelosamente que todavía no estaba claro si su
resultado tenía un significado fundamental. James Watson, por otro lado, que
también estaba en Royaumont y tenía el ADN en el punto de mira, quedó bastante
convencido.
Pauling finalmente volvió a ocuparse del ADN hacia finales de noviembre de
1952. Su vuelta vino espoleada por una intrigante conferencia que el biólogo
Robley Williams pronunció en Caltech. Williams mostró unas imágenes[240] de
gran resolución que había obtenido con un microscopio electrónico de una sal de
ácido nucleico, un pariente químico del ADN. Para Pauling, las imágenes de las
hebras largas y cilíndricas, junto con las fotos de difracción de rayos X de
Astbury, parecían aportar la evidencia definitiva, si es que necesitaba alguna,
de una molécula helicoidal. Pauling también sabía por el trabajo del químico
orgánico Alexander Todd que la espina de la molécula de ADN contenía grupos
repetidos de fosfato y azúcar.
Armado con las fotos de Astbury, que mostraban fuertes reflejos con un
espaciado de unos 3,4 angstroms, Pauling comenzó a realizar cálculos de la
estructura del ADN el 26 de noviembre. Basándose en las mediciones de densidad
de Astbury y Bell[241] y el
diámetro de la hebra de Williams, estimó que la longitud de un residuo a lo
largo del eje de la fibra era de 1,12 angstroms, casi exactamente un tercio del
espaciado en las placas de rayos X (de 3,4 angstroms). Esto le llevó a una
sorprendente conclusión: «La molécula cilíndrica está formada por tres
cadenas, enrolladas unas con otras […] de manera que cada cadena es
una hélice[242]». Dicho de
otro modo, tras haberse convencido de que una hélice de dos hebras produciría
una densidad demasiado baja, Pauling optó por una estructura helicoidal de tres
hebras. Esta estructura pasó a conocerse como triple hélice.
El siguiente problema que tuvo que encarar concernía a la naturaleza del núcleo
mismo del diseño helicoidal de tres cadenas, la parte de la molécula más
cercana al eje. La cuestión era: ¿cuál de los tres componentes conocidos de los
nucleótidos (bases, azúcares o grupos fosfato) formaba el núcleo? Pauling y
Corey siguieron un proceso mental de eliminación:
A
causa de su naturaleza variada, el grupo purina-pirimidina [las bases] no puede
empaquetarse a lo largo del eje de la hélice de una manera que permita formar
enlaces adecuados entre los residuos de azúcar y los grupos fosfato […] También
es improbable que los grupos de azúcar constituyan el núcleo de la molécula […]
la forma […] es tal que el empaquetamiento denso de estos grupos a lo largo del
eje helicoidal es difícil, y no ha sido posible encontrar una forma
satisfactoria de empaquetarlos… .
En
conclusión, el núcleo de la molécula probablemente esté formado por
grupos fosfato [la cursiva es mía][243]
La disposición tenía ahora este aspecto: los grupos fosfato se disponían a lo
largo del eje de la hélice, mientras que los azúcares los rodeaban y las bases
salían proyectadas radialmente hacia afuera. La molécula de tres hebras se
mantenía unida gracias a los enlaces de hidrógeno entre los grupos fosfato de
las distintas hebras.
Esta estructura parecía prometedora, pero Pauling todavía tenía algunos
problemas. El centro de la molécula ahora parecía estar tan abarrotado con las
tres cadenas de fosfatos que recordaba a esas competiciones para ver quién
consigue meter más gente en una cabina telefónica. Pauling sabía que el ion
fosfato tenía forma tetraédrica, con un átomo central de fósforo rodeado por
cuatro átomos de oxígeno situados en los vértices de una pirámide. A lo largo
del mes de diciembre, él, Corey y el químico Verner Schomaker no cejaron de
intentar apretujar, retorcer y doblar esos tetraedros para que encajasen mejor.
En este proceso, Pauling seguía los mismos instintos que anteriormente le habían
llevado al triunfo con la hélice alfa. Creía que si lograba encontrar una
solución química estructural que en general fuese congruente con los datos de
rayos X, el resto de los problemas se solucionarían solos. Por ejemplo, estaba
la cuestión de cómo permitía el modelo la existencia de una sal sódica de ADN,
pues estaba claro que en el núcleo no quedaba espacio para iones de sodio.
Pauling no tenía una respuesta, pero suponía que se encontraría una en cuanto
se resolviera la arquitectura principal. El ritmo de trabajo era frenético.
Pauling llegó incluso a convocar a un pequeño grupo[244] de
científicos en su laboratorio para una presentación informal el día de Navidad.
Hacia el final del mes, creía que ya tenía un modelo esencialmente correcto.
Pauling y Corey enviaron para su publicación el artículo «A Proposed Structure
for the Nucleic Acids» («Proposición de una estructura para los ácidos
nucleicos») el último día de 1952. El artículo comenzaba diciendo: «Los ácidos
nucleicos, como constituyentes de los organismos vivos, revisten una
importancia comparable a las proteínas». Seguían unas pocas frases de tono algo
más cauto:
Hemos
formulado una estructura prometedora para los ácidos nucleicos […] Esta es la
primera estructura con una descripción precisa de los ácidos nucleicos jamás
sugerida por un investigador. La estructura explica algunas de las
características de las fotografías de rayos X, pero todavía no se han realizado
cálculos detallados de densidad, y no puede considerarse que la corrección de
la estructura haya quedado demostrada.
En
otras palabras, aunque todavía quedaban algunos flecos por arreglar, Pauling
quería establecer su prioridad.
En contraste con el espíritu cauteloso del artículo científico, en sus
comunicaciones personales sobre el modelo propuesto, Pauling expresaba más
confianza y se mostraba muy optimista. En una carta al bioquímico escocés (y
más tarde premio Nobel) Alexander Todd, fechada el 19 de diciembre de 1952,
Pauling escribió: «Creemos haber descubierto la estructura de los ácidos
nucleicos. Mi impresión es que en un mes, más o menos, enviaremos un manuscrito
con una descripción de la estructura, pero prácticamente no me queda ninguna
duda sobre la corrección de la estructura que hemos descubierto […] La
estructura es realmente hermosa[245]». En una
carta enviada el mismo día[246] a
Henry Allen Moe, presidente de la Fundación Guggenheim, Pauling repetía la
misma impresión: «Creo que ya he descubierto la estructura de los ácidos
nucleicos».
Otra persona con la que Pauling mantenía correspondencia regular era su hijo
Peter, quien, por las cosas del destino, había llegado a Cambridge apenas unos
meses antes para trabajar como estudiante investigador con John Kendrew. El
despacho de Peter estaba en una oficina con otros cuatro compañeros. En
palabras de Peter: «A mi izquierda, cerca de la ventana[247], había un
tipo bastante ruidoso llamado Francis Crick. A mi derecha estaba la mesa que de
vez en cuando ocupaba Jim Watson. También estaba en la misma sala un científico
visitante, Jerry Donohue, a quien conocía bien a causa de su larga asociación
con Caltech, y Michael Bluhm, el ayudante de investigación de John Kendrew». En
aquella época anterior al correo electrónico, Peter, con su correspondencia
regular con su padre, se convirtió en la principal línea de comunicación entre
Caltech y Cambridge. En consecuencia, en cuanto Linus informó a Peter de su
artículo sobre la estructura del ADN, Peter le pidió una copia. Eso ocurría el
13 de enero de 1953. Peter añadió a su carta un breve comentario sobre la
presión que sentían los científicos británicos: «Hoy me han contado una
historia[248]. Ya sabes
cómo se amenaza a los niños diciéndoles "más vale que te portes bien o
vendrá el coco". Pues bien, durante más de un año, Francis [Crick] y otros
le vienen diciendo a la gente que trabaja sobre los ácidos nucleicos en King’s:
"más vale que trabajéis mucho o Pauling acabará interesándose por los
ácidos nucleicos"».
En estas condiciones, es lógico que la noticia de Peter de que Pauling había
descubierto la estructura del ADN alcanzase a Watson y a Crick como un rayo.
Con el recuerdo de la anterior victoria de Pauling con la hélice alfa todavía
fresco en la mente de todos en Cambridge, los dos jóvenes se preguntaron si
aquello no sería un catastrófico ejemplo de déjà vu. El 23 de enero
Peter le envió otra carta a Linus, esta vez para quejarse solamente de que
«ojalá Jim Watson estuviese aquí [Watson estaba haciendo una visita corta a
Milán]. Es bastante aburrido. No hay nada que hacer. No hay chicas
interesantes, solo jóvenes afectadas que solo están interesadas en el sexo, de
una manera indirecta[249]».
Las semanas que transcurrieron entre la solicitud de Peter de una copia del
artículo de Pauling y la llegada del manuscrito el 28 de enero se les hicieron
eternas a Watson y Crick. Cuando Peter por fin trajo el artículo, Watson al
instante lo extrajo del bolsillo exterior de la gabardina de Peter y devoró el
resumen y la introducción. Luego, tras examinar las ilustraciones durante unos
minutos, no podía creer lo que veían sus ojos. La estructura de Pauling, con
los fosfatos en el centro y las bases en el exterior, se parecía
sorprendentemente al modelo que él y Crick habían descartado. ¡Aquel modelo era
un error garrafal!
Capítulo 7
Pero ¿de quién es el ADN?
Las
calamidades son de dos tipos: las desgracias nuestras y la buena fortuna de los
otros.
Ambrose Bierce
Watson
no llegó a la conclusión de que el modelo de Pauling fuese incorrecto solo
porque tuviera tres hebras. La molécula de ácido nucleico de Pauling
sencillamente no era un ácido. Es decir, no podía liberar átomos de hidrógeno
de carga positiva al disolverse en el agua, que es la definición de ácido. En
su modelo, los átomos de hidrógeno estaban enlazados firmemente a los grupos
fosfato, haciendo que estos fuesen eléctricamente neutros, mientras que
cualquier libro básico de química (¡incluido el de Pauling!) decía que los
fosfatos tenían que tener carga negativa (el ácido está altamente ionizado en
solución acuosa). Además, no había manera de extraer esos átomos de hidrógeno,
pues eran los enlaces fundamentales que mantenían juntas las tres hebras por medio
de enlaces de hidrógeno.
A Watson y Crick les costaba aceptar la enormidad de aquel error. El mejor
químico del mundo había construido un modelo completamente defectuoso, y no por
alguna sutil característica biológica sino por una tremenda pifia de la química
más elemental. Todavía incrédulo, Watson corrió a ver al químico[250] de
Cambridge Roy Markham y a visitar el laboratorio de química orgánica para
contrastar con ellos que no había ninguna duda de que el ADN, tal como se
presenta en la naturaleza, era efectivamente la sal de un ácido. Para
satisfacción de Watson, todos le confirmaron lo impensable: Pauling había
preparado una chapuza química.
Solo quedaban dos cosas por hacer aquel día. Primero, Crick corrió a ver a
Perutz y Kendrew para convencerlos de que la urgencia era extrema. Si él y
Watson no se ponían de inmediato a modelar, argumentó, no pasaría mucho tiempo
antes de que Pauling descubriese su error y revisase su modelo. Crick calculó
que no debían tener más de unas seis semanas para desarrollar un modelo
correcto. La segunda acción de Watson y Crick fue igualmente obvia para los dos
jóvenes: fueron a celebrarlo al pub Eagle[251] en
Bene’t Street. Watson recordaría más tarde: «Como la excitación de las últimas
horas había hecho que fuera imposible trabajar más aquel día, Francis y yo nos
fuimos al Eagle. En cuanto abrió sus puertas aquella noche, allí estábamos para
beber y brindar por el fracaso de Pauling».
¿Cómo pudo producirse un error de tal magnitud? ¿Por qué la forma de modelar de
Pauling había tenido un éxito tan espectacular con la hélice alfa y en cambio
había sido un absoluto desastre con la triple hélice?
Anatomía de un error
Intentemos analizar, una a una, las causas del fallo de Pauling. Para empezar
está la cuestión de cuánto tiempo y cuánto esfuerzo había dedicado realmente a
pensar en el problema del ADN. Pauling comenzó a reflexionar sobre algunos
aspectos de la estructura del ADN a raíz del artículo de Ronwin de noviembre de
1951. Sin embargo, no fue hasta noviembre de 1952, todo un año más tarde,
cuando se puso a trabajar en serio en el problema. Aun así, a finales de
diciembre de 1952, tras apenas un mes de trabajo, ¡ya había enviado un artículo
para su publicación! Esto contrasta con los esfuerzos que dedicó a la
estructura del polipéptido, que le mantuvo ocupado durante unos trece años y
que no publicó hasta sentirse bastante seguro de su modelo. Así pues, aunque
solo sea en términos del tiempo dedicado a pensar en el ADN, no hay manera de
eludir la conclusión de que su modelo del ADN fue un trabajo que hizo deprisa y
corriendo. Maurice Wilkins desde luego así lo creía. En una entrevista sobre la
historia del descubrimiento de la estructura del ADN, señaló: «Pauling ni
siquiera lo intentó[252]. No es
posible que él mismo le haya dedicado más de cinco minutos al problema».
Volveremos a ocuparnos más adelante de las posibles razones de esa prisa y de
su aparente falta de concentración.
En segundo lugar, existía una enorme diferencia entre la calidad de los datos
sobre los que Pauling construyó su modelo de las proteínas y su modelo del ADN.
En el caso de la hélice alfa, el colaborador de Pauling, Robert Corey, había
producido un enorme arsenal de información estructural sobre tamaños, volúmenes
y posiciones angulares de los aminoácidos y los péptidos simples. Para el ADN,
en cambio, Pauling trabajaba casi en el vacío. Las únicas placas de rayos X de
que disponía eran de poca calidad y se habían producido a partir de una mezcla
de formas A y B (sin que él lo supiera), lo que las hacía casi inútiles. Y lo
que es peor, Pauling no era consciente del elevado contenido en agua de las
preparaciones utilizadas para obtener las fotos de difracción de rayos X. Al
pasar por alto el hecho de que más de una tercera parte del material de las
muestras de ADN era agua, Pauling obtuvo una densidad errónea que lo llevó a la
conclusión equivocada de las tres hebras. Por último, a diferencia del
amplísimo trabajo realizado por Corey sobre las piezas con que se construyen
las proteínas, no se había producido un esfuerzo equivalente para describir las
bases, las subunidades de los nucleótidos.
Luego están los dos sorprendentes lapsus de memoria: uno sobre los cocientes
entre bases de Chargaff y el otro sobre el principio de complementariedad del
propio Pauling. El hallazgo de Chargaff de que la cantidad de base A era igual
a la de T, y la cantidad de C igual a la de G, llevaba a pensar que de algún
modo las bases se apareaban y producían dos hebras, no tres. Pauling afirmaría
más tarde que él había llegado a conocer estos cocientes pero los había
olvidado. El propio Chargaff creyó que esta era la razón del
error de Pauling cuando dijo: «En sumodelo estructural del ADN,
Pauling no tomó en consideración mis resultados. La consecuencia
fue que su modelo no tenía ningún sentido a la luz de los datos de la química».
El segundo fallo de memoria de Pauling fue aún más increíble. Recordemos que
Pauling había dicho en 1948 que si los genes estuvieran formados por dos partes
que fuesen complementarias entre sí en su estructura, la replicación sería
relativamente sencilla. En ese caso, cada una de las partes podía servir de
molde para la producción de la otra, y el complejo constituido por las dos
partes complementarias podía servir como molde para duplicarse a sí mismo.
Claramente, este principio de autocomplementariedad[253] sugiere
fuertemente una arquitectura basada en dos hebras, y era marcadamente
incongruente con una estructura de tres hebras. Sin embargo, Pauling parecía
haber olvidado completamente este principio cuando construyó su modelo del ADN.
Cuando hablé con Alex Rich y Jack Dunitz[254], que por
aquel tiempo eran posdoctorandos de Pauling, ambos estuvieron de acuerdo en que
si Pauling hubiese visto la placa 51 de Rosalind Franklin de la forma B del
ADN, habría comprendido de inmediato que la molécula poseía una simetría doble,
lo que apuntaba a una estructura de dos hebras, no a una estructura de tres
cadenas. Sin embargo, como ya hemos visto, Pauling no hizo ningún esfuerzo
especial por ver las placas de Franklin.
En enero de 2011, le pregunté a James Watson cuánto se había sorprendido al ver
el modelo erróneo de Pauling de la triple hélice. Watson se rio. «¿Sorprendido?
Nadie habría podido escribir una novela de ficción en la que Linus hubiera
cometido un error como ese. En el momento en que vi la estructura, pensé:
"Esto es una locura"».
Un examen concienzudo de las muchas causas potenciales del calamitoso modelo de
Pauling plantea una serie de preguntas a un nivel más profundo: ¿cómo podemos
explicar la prisa, la aparente falta de esfuerzo, los olvidos y el descuido de
algunas de las reglas básicas de la química?
A primera vista, la prisa es especialmente desconcertante si aceptamos el
testimonio de Peter Pauling de que nunca hubo una «carrera» para resolver la
estructura del ADN. En el mismo entretenido relato en el que observa que para
su padre el ADN solo era una sustancia química interesante como tantas otras,
Peter añade: «La historia del descubrimiento de la estructura del ADN se ha
descrito en la prensa popular como "la carrera por la doble hélice".
Nada puede estar más lejos de la realidad. La única persona que cabe imaginar
en la carrera era Jim Watson». Peter explica además[255] que
«Maurice Wilkins nunca ha corrido contra nadie en ningún lugar», y que a
Francis Crick tan solo le gustaba «desafiar a su cerebro con problemas
difíciles». Le pregunté a Alex Rich y Jack Dunitz acerca de esto, y ninguno de
los dos pensó que hubiera una carrera por lo que respecta a Pauling. ¿Por qué,
entonces, corrió tanto a publicar? «Porque siempre fue competitivo», sugirió
Rich. Eso sin duda es cierto, pero solo puede ser una parte de la explicación,
puesto que Pauling había demostrado mucha más cautela y paciencia en el caso de
la hélice alfa. Irónicamente, su triunfo con la hélice alfa sin duda contribuyó
a su derrota con la triple hélice, pues Pauling suponía, basándose en su éxito
con la primera, que podría repetir el éxito con la segunda. En este sentido, se
trata de un caso clásico de razonamiento inductivo: la estrategia
común de hacer conjeturas probabilísticas basadas en la experiencia pasada,
solo que llevada demasiado lejos.
Todo el mundo utiliza el razonamiento inductivo[256] continuamente,
y suele ayudarnos a tomar decisiones correctas a partir de datos relativamente
pobres. Supongamos, por ejemplo, que nos piden que completemos esta frase:
«Shakespeare fue un ____ con un talento único». La mayoría de la gente probablemente
respondería «dramaturgo», y al hacerlo estaría perfectamente justificado.
Aunque no hay nada ilógico en completar la frase con «cocinero» o «jugador de
cartas», lo más probable es que la palabra buscada sea «dramaturgo». El
razonamiento inductivo es lo que nos permite usar nuestra experiencia acumulada
para resolver problemas mediante la elección de la respuesta más probable.
Igual que unos jugadores de ajedrez experimentados, no solemos analizar todas
las respuestas lógicas posibles, sino que optamos por la que consideramos más
probable. Esta es una parte esencial de nuestra cognición. El psicólogo Daniel
Kahneman describió el proceso del siguiente modo: «No podemos vivir en un
estado de duda perpetua, así que construimos la mejor historia posible y vivimos
como si fuera cierta[257]». Sin
embargo, como el razonamiento inductivo implica la elaboración de conjeturas
probabilísticas, a veces se equivoca, y ocasionalmente puede equivocarse mucho.
Pauling creía que podía tomar un atajo porque la experiencia pasada le había
mostrado que todas sus intuiciones estructurales habían resultado ser ciertas.
En el fracaso del ADN, al cometer el error fue víctima de su anterior
genialidad.
Pero ¿por qué le pareció que tenía que acortar distancias? De buen seguro no
por Watson y Crick (apenas sabía nada de su empeño) sino porque sabía que
King’s College y tal vez incluso Cavendish disponía de mejores datos de rayos
X. Debió suponer que no pasaría mucho tiempo antes de que sus viejos rivales
Bragg, Perutz, Kendrew o tal vez Wilkins dieran con la estructura correcta.
Decidió apostar[258], y perdió.
Pero hay muy pocas dudas de que si Pauling hubiera retrasado sustancialmente la
publicación de su modelo, algunos investigadores de Cambridge o Londres habrían
publicado primero su modelo correcto. Aunque Pauling no pensó en concreto en
Watson y Crick, sabía que su competencia tenía la mejor mano, así que asumir un
riesgo calculado quizá no fuese tanto una locura.
A título algo más especulativo, la decisión de Pauling de correr a publicar
podría relacionarse con un sesgo cognitivo humano conocido como efecto
de encuadre, que refleja una fuerte aversión a la pérdida[259]. ¿Por qué
los supermercados suelen decir en su publicidad que su carne picada es «90 por
ciento magro» y no «10 por ciento grasa»? Es mucho más probable que la gente la
compre con la primera etiqueta que con la segunda, por mucho que digan lo
mismo. De igual modo, es más probable que la gente vote por un programa
electoral que prometa un 90 por ciento de empleo que por uno que resalte un 10
por ciento de desempleo. Numerosos estudios demuestran que el grado en que
percibimos la pérdida como algo devastador es mayor que el grado en que
percibimos una ganancia equivalente como una gratificación. En consecuencia, la
gente tiende a arriesgar cuando se le presenta un encuadre negativo. Es posible
que Pauling prefiriera correr el riesgo al enfrentarse a la posibilidad de una
probable pérdida.
Luego está la cuestión desconcertante de que Pauling se olvidase de las reglas
de Chargaff y, lo que es más importante, de sus propias elucubraciones sobre la
autocomplementariedad del sistema genético. Creo que esto último fue una fuerte
manifestación del hecho de que incluso cuando por fin decidió trabajar en el
ADN, Pauling no estaba del todo convencido de que esta molécula representase el
secreto último de la vida: el mecanismo de la división celular y la herencia.
Hay cuatro pistas que me llevan a esta conclusión: (1) El testimonio de Peter
de que para su padre el ADN no era más que otra sustancia química interesante.
(2) En su carta al presidente de la Fundación Guggenheim para anunciar su
«descubrimiento» de la estructura del ADN, Pauling añadió esta frase más bien
poco entusiasta: «Los biólogos probablemente consideren[260] que
el problema de la estructura del ácido nucleico es del todo equiparable en
importancia a la estructura de las proteínas» (nótese el tono poco comprometido
de la frase «Los biólogos probablemente consideren»). (3) Luego está la
pregunta mordaz que la esposa de Pauling, Ava Helen, le planteó después de que
se apaciguase todo el jaleo que se armó tras la publicación del modelo de
Watson y Crick: «Si era un problema tan importante[261], ¿por qué
no le dedicaste más esfuerzos?». (4) El propio artículo de Pauling y Corey
(sobre la triple hélice) proporciona lo que tal vez sea la prueba más
convincente de su falta de confianza en la importancia del ADN. Pauling y Corey
discuten las implicaciones biológicas de su modelo solo de pasada. En el
párrafo inicial de su artículo, mencionan sin mucho entusiasmo que existen
indicios de que los ácidos nucleicos «están implicados» en los procesos del
crecimiento y la división celular, y de que «participan» en la transmisión de
caracteres hereditarios. Solo en el último párrafo del manuscrito original
abordan vagamente la cuestión de la codificación de información (pero no dicen
nada de la copia), y señalan: «La estructura propuesta permite[262], por lo
tanto, la construcción del máximo número de ácidos nucleicos, lo que implica la
posibilidad de una alta especificidad». En mi opinión, esta falta de convicción
por parte de Pauling en el papel crucial del ADN está en el meollo de que, al
parecer, el tema de la herencia, y los importantes pronunciamientos de Pauling
al respecto, al parecer permanecían en su mente bastante desconectados del
problema de la estructura del ADN.
El olvido de las reglas de Chargaff es, a mi entender, menos misterioso. En primer
lugar, el desagrado personal que sentía Pauling hacia Erwin Chargaff
seguramente contribuyó de algún modo a su falta de atención a los resultado de
este. En segundo lugar, conviene recordar que Pauling fue distraído
continuamente mientras trabajaba sobre el ADN. Enredado en sus intentos por
completar su trabajo sobre las proteínas y en sus amargas confrontaciones
políticas con el macarthismo, apenas le quedaba tiempo para concentrarse. De
hecho, el 27 de marzo de 1953, apenas dos meses después de que Peter recibiera
el manuscrito sobre el ADN, Pauling le escribió a este una carta en la que le
comentaba: «Estoy dándole los últimos toques[263] a mi
artículo sobre una nueva teoría del ferromagnetismo». ¡Ya estaba pensando en
otra cosa! Eso no podía ayudar de ningún modo. Amplios estudios realizados por
investigadores suecos[264]demuestran
que los problemas naturales de la memoria (conocidos como olvido senescente
benigno) se producen con mucha más frecuencia cuando la atención se divide o
tiene que dirigirse a otro lugar rápidamente. Por tanto, que Pauling no
recordase las reglas de Chargaff no es demasiado sorprendente.
Por último, está la pregunta que más perplejidad provoca, la de por qué Pauling
ignoró algunas reglas básicas de la química en su modelo, como las referentes a
la acidez del ADN. El químico más famoso del mundo, ¿y mete la pata en una
cuestión de química elemental?
Le pregunté al biólogo molecular[265] Matthew
Meselson qué pensaba de este aspecto del error. La impresión de Meselson, que
entonces era estudiante de grado con Pauling, era que Pauling debía haber
considerado el problema y debía haber decidido que podría resolverse de algún
modo. Eso desde luego sería coherente con el estado de ánimo mental que en
general mostró Pauling a lo largo de todo el episodio de la construcción del
modelo del ADN. Su razonamiento debió ser algo así: disponía de un exitoso
modelo para proteínas consistente en una hebra helicoidal con cadenas laterales
hacia el exterior. Por consiguiente, pensó que el modelo del ADN consistiría en
hebras entrelazadas, también con cadenas laterales (las bases, en este caso)
hacia el exterior. Esto creaba un problema de empaquetamiento a lo largo del
eje, pero el resto de las características, en la mente de Pauling, eran en
cierto sentido detalles que se podrían resolver más tarde. Una vez más, su
éxito anterior con la hélice alfa tuvo el efecto de cegarlo. Por desgracia,
como bien sabemos, el demonio a menudo está precisamente en esos detalles.
En mi conversación con Jack Dunitz, este recordó que Pauling le había dicho en
cierta ocasión algo que resumía muy bien su actitud hacia la investigación
científica:
Jack,
si crees que tienes una buena idea, ¡publícala! No tengas miedo a equivocarte.
Los errores no dañan a la ciencia porque hay un montón de gente inteligente que
enseguida identificará el error y lo corregirá. Lo único que puede pasar es que
quedes como un tonto, pero eso no produce ningún daño, solo lastima el orgullo.
En cambio, si resulta ser una buena idea y no la publicas, la ciencia sufrirá
una pérdida.
Dunitz
añadió que, efectivamente, la estructura de las tres hebras no produjo ningún
daño, salvo a la reputación de Pauling, y comentó además que Pauling había
hecho bastantes contribuciones importantes como para que perdonemos y
olvidemos. Debo decir que estoy completamente de acuerdo con la parte de
«perdonar», pero creo que no deberíamos olvidar. Como he
intentado mostrar aquí, es mucho lo que se puede aprender al analizar los
errores de personas tan brillantes.
Visión doble
El resto de la historia del descubrimiento de la estructura del ADN se ha
explicado ya muchas veces, pero la correspondencia de Francis Crick que se ha
descubierto recientemente arroja una nueva luz sobre la frenética actividad que
precedió a la publicación del modelo de Watson y Crick.
El error de Pauling actuó como el catalizador que convenció a Bragg de que
debía permitir que Watson y Crick volvieran a trabajar en su modelo. En apenas
dos semanas, Watson viajó a Londres donde Wilkins, también satisfecho con el
fallo de Pauling, se tomó la libertad de mostrarles la famosa placa 51 de la
forma B del ADN que había obtenido Franklin (figura 14), sin el permiso de
esta. Se ha vertido mucha tinta sobre la cuestión de la naturaleza ética de
este acto concreto. En mi humilde opinión, hay tres partes principales de esta
historia que merecen atención. En primer lugar, al parecer no había ningún
problema en el hecho de que Wilkins tuviera una copia de la foto (que le había
dado Gosling), puesto que Franklin iba a dejar King’s College para trabajar en
Birkbeck College, y había sido informada por el director del laboratorio, sir John
Randall, de que los resultados de todo el trabajo sobre el ADN pertenecían
exclusivamente a King’s. En segundo lugar, no cabe prácticamente ninguna duda
(al menos para mí) de que Franklin debería haber sido consultada antes de que
sus resultados no publicados fuesen compartidos con miembros
de otro laboratorio. Por último, existe desacuerdo sobre si Watson y Crick
agradecieron adecuadamente la contribución de Franklin en su artículo. Cada
cual puede formarse su propio juicio. Lo que escribieron fue: «También nos ha
estimulado[266] el
conocimiento de la naturaleza general de las ideas y los resultados
experimentales no publicados del doctor M. H. F. Wilkins, la doctora R. E.
Franklin y sus colaboradores en King’s College, Londres». Sea como fuere, el
efecto que tuvo la fotografía en Watson fue dramático: la cruz oscura era la
señal inequívoca[267] de
una estructura helicoidal. No es de extrañar que, como él mismo describiría más
tarde, se quedara «boquiabierto» y su «pulso se acelerase[268]».
Watson y Crick pasaron las siguientes semanas intentando frenéticamente
construir modelos en los que las bases formasen los peldaños de la escalera
helicoidal que tenían en mente. Los primeros intentos fueron infructuosos.
Pasando por alto la pista de los cocientes de Chargaff, Watson pensó,
equivocadamente, que debía aparear cada base con su propia clase, formando
peldaños compuestos por adenina-adenina (A-A), citosina-citosina (C-C),
guanina-guanina (G-G) y timina-timina (T-T). Sin embargo, como las bases C y T
tenían una longitud distinta de G y A, los peldaños resultantes tenían
longitudes desiguales, lo que no cuadraba con la pauta simétrica que mostraba
la placa 51. Luego estaba la cuestión del enlace entre las dos bases de cada
peldaño y entre el peldaño y las «patas» de la escalera (que suponían
compuestas por azúcares y fosfatos). También en esto Watson y Crick fueron por
el camino equivocado, pero su compañero de despacho Jerry Donohue vino al
rescate[269]. Como
antiguo estudiante de Pauling, Donohue sabía todo lo que había que saber sobre
los enlaces de hidrógeno, y les hizo ver a Watson y Crick que incluso muchos
libros situaban en posiciones incorrectas los átomos de hidrógeno de la timina
y la guanina. Al colocar estos átomos en sus posiciones correctas, se abrían
nuevas posibilidades para establecer enlaces entre las bases. Al cambiar las
parejas que formaban las bases (además de las parejas entre iguales), Watson de
repente se dio cuenta de que un par A-T aguantado por dos enlaces de hidrógeno
era idéntico a un par G-C unido de la misma forma. Los peldaños adquirieron la
misma longitud. Además, este emparejamiento ofrecía una explicación natural de
las reglas de Chargaff. Claramente, si A siempre se emparejaba con T, y G con
C, el número de moléculas de A y T en cualquier segmento de ADN siempre será
igual, y lo mismo para G y C. Otra fuente de información valiosa llegó a sus
manos por aquel entonces gracias a Max Perutz: una copia del informe de Franklin,
escrito para una visita a King’s College del comité de biofísica del Consejo de
Investigaciones Médicas. A partir de la simetría del ADN cristalino[270]descrito en
aquel informe, Crick llegó a la conclusión de que las dos hebras de ADN eran
antiparalelas: corren en direcciones opuestas.
La estructura resultante fue la celebrada doble hélice, en la que dos hebras
helicoidales (las patas de la escalera) estaban hechas de azúcares y fosfatos
alternados, y las bases emparejadas se unían a los azúcares formando los
peldaños (figura 15). Llegado este momento, Watson y Crick estaban tan
convencidos de la corrección de su modelo que estaban ansiosos por enviar una
nota breve a Nature para anunciarlo. Aun antes de que eso
ocurriera, según la hoy famosa descripción de Watson, Crick interrumpió el
almuerzo de los comensales del Eagle para anunciar que él y Watson habían
«descubierto el secreto de la vida». La figura 16 muestra el lugar en el Eagle
donde Crick hizo su anuncio.
Figura 15 y Figura 16
El
17 de marzo de 1953, Crick envió una copia del artículo a Wilkins. Uno de los
documentos recobrados con la correspondencia «perdida» de Crick es un borrador
de la carta que había de acompañar al manuscrito. Parte de esta decía:
Estimado
Maurice:
Adjunto un borrador de nuestra nota[271]. Dado que
Bragg todavía no la ha visto, le ruego que no se la muestre a nadie. La razón
de enviársela a usted en este momento es la de obtener su aprobación sobre dos
cuestiones:
a) la referencia número 8 a su trabajo inédito;
b) los agradecimientos.
Si desea que revisemos cualquiera de estos dos puntos, háganoslo saber. Si no
recibimos respuesta de usted en el plazo de un día o poco más, supondremos que
no tiene ninguna objeción sobre su forma actual.
Este
borrador y otro dirigido a uno de los editores de Nature (que
al parecer nunca fue enviado) muestran que Crick y Watson tenían la impresión
de que el suyo era el único manuscrito que se enviaría en aquel momento. En
realidad, los dos grupos de King’s también enviaron artículos a Nature.
En un mensaje breve a Crick, escrito probablemente el mismo día, Wilkins dice:
«Adjunto el borrador casi sin corregir. ¿Cómo deberíamos citar su nota?».
Acompañaba la nota un borrador del manuscrito de Wilkins. El tercer artículo
era de Rosalind Franklin y Raymond Gosling.
En cuanto se dio cuenta de la situación, Crick expresó la opinión de que cada
uno debería ver los manuscritos de los otros: «No es razonable que se envíen
varias notas conjuntamente a Nature sin que las hayan leído
todos los implicados. Nosotros queremos ver la suya [de Franklin], y no dudo
que ella querrá ver la nuestra». Wilkins estuvo de acuerdo. En una carta recién
descubierta fechada «Lun.», que probablemente se refiere al lunes 23 de marzo,
dice: «Os mandamos una copia de la de Rosy con el correo de mañana», y añade:
«Raymond y Rosy tienen la vuestra, así que todos habrán visto todas».
Tal vez lo más fascinante de la nueva correspondencia sea lo relacionado con
Pauling. Para empezar, Crick expresa cuánto le desagrada que Franklin pudiera
querer ver a Pauling en su próxima visita a Inglaterra. «No es posible», le
escribe a Wilkins, «que pueda considerar la posibilidad de entregarle los datos
experimentales a Pauling. Eso inevitablemente significaría que Pauling
demostraría la estructura y no usted». A lo que Wilkins responde con
irritación: «Si Rosy quiere ver a Pauling[272], ¿qué
demonios puedes hacer al respecto? Si le sugiriésemos que sería bueno que no lo
hiciera, solo conseguiríamos animarla a hacerlo. ¿Por qué está todo el mundo
tan interesado en ver a Pauling? […] ¡Ahora Raymond [Gosling] también quiere
verlo! ¡Al infierno con todo!». Este intercambio de pareceres es una
demostración perfecta del respeto que Pauling todavía inspiraba incluso en uno
de los momentos más bajos de su carrera.
El número de Nature del 25 de abril de 1953 contenía tres
artículos sobre la estructura del ADN. El primero era el auténtico hito que
constituye el artículo de Watson y Crick[273], en el que
describen la estructura de la doble hélice. El artículo ocupa poco más de una
página, ¡pero menuda página! Watson y Crick comienzan reconociendo que «Pauling
y Corey ya han propuesto una estructura para el ácido nucleico. Tuvieron la
amabilidad de permitirnos disponer de su manuscrito antes de su publicación».
Sin embargo, a renglón seguido añaden: «En nuestra opinión, esta estructura no
es satisfactoria». Entonces explican brevemente su «estructura radicalmente
distinta» consistente en «dos cadenas helicoidales enrolladas una alrededor de
la otra en el mismo eje», y, en particular, la «novedosa característica» de la
estructura, que es «la manera en que las dos cadenas se mantienen unidas por
las bases de purinas y pirimidinas».
El modelo de Watson y Crick sugirió de inmediato una solución tanto a la manera
de codificar la información genética como al acertijo de cómo se las arregla la
molécula para copiarse a sí misma. Los detalles se presentaron en un segundo
artículo[274], publicado
apenas cinco semanas después del primero, en el que Watson y Crick propusieron
el mecanismo que subyace al código genético: «La espina de fosfato y azúcar de
nuestro modelo es completamente regular, pero en la estructura cabe cualquier
secuencia de pares de bases. De ello se sigue que en una molécula larga son
posibles muchas permutaciones distintas, y por lo tanto parece probable
que la secuencia precisa de las bases sea el código que porta la
información genética [la cursiva es mía]». El mensaje era claro: la
codificación de las instrucciones genéticas necesarias para crear, pongamos por
caso, un aminoácido, está contenida en la secuencia específica de bases de los
peldaños. Por ejemplo, la secuencia C-G seguida de G-C y luego de T-A codifica
la formación del aminoácido arginina, mientras que G-C seguido de C-G y luego
T-A codifica la alanina. El proceso de copia se hace (precisamente tal como
había anticipado Pauling en 1948) «desabrochando» por su centro la escalera de
la doble hélice para producir dos mitades, cada una con una de las patas y la
mitad de cada uno de los peldaños. Como la secuencia de bases de una de las
cadenas automáticamente determina la secuencia de bases de la otra (porque la
pareja de T siempre es A y la de G siempre es C), está claro que una mitad de
la molécula contiene toda la información necesaria para construir la molécula
entera. Por ejemplo, si la secuencia de bases a lo largo de una cadena de ADN
es TAGCA, la secuencia complementaria en la otra cadena solo puede ser ATCGT.
De este modo, se pueden generar dos escaleras completas a partir de la original
y, así, copiar la molécula de ADN.
En el primero de los artículos, Watson y Crick no especificaron el mecanismo de
copia, pero señalaron lacónicamente: «No ha escapado a nuestra atención el
hecho de que el emparejamiento específico que hemos postulado sugiere de
inmediato un posible mecanismo de copia del material genético». Crick explicó
más tarde[275] que
esta frase enigmáticamente económica (que algunos historiadores de la ciencia
han calificado de elusiva) fue, en realidad, un compromiso entre su propio
deseo de discutir las implicaciones genéticas en el primer artículo y la
preocupación de Watson porque la estructura todavía resultase ser incorrecta.
Por lo tanto, la afirmación no es más que una manera de establecer prioridad.
El hecho de que Watson todavía albergara dudas sobre el modelo está bien
documentado en sus cartas de esa misma época.
Como ya he señalado, el primer artículo de Watson y Crick en Nature iba
acompañado de otros dos artículos. Uno era de Wilkins, Alexander Stokes y
Herbert Wilson[276], y en él
analizaban algunos de los datos cristalográficos de rayos X y presentaban
pruebas de que la estructura helicoidal existe no solo en fibras aisladas sino
también en sistemas biológicos intactos. En los siguientes años, Wilkins y sus
colaboradores, y también Matthew Meselson, Arthur Kornberg y otros, realizaron
muchas investigaciones para confirmar cada detalle del modelo de Watson y Crick
y sus conclusiones.
El tercer artículo del número de Nature del 25 de abril de
1953 iba firmado por Franklin y Gosling[277]. Contenía
la famosa fotografía de rayos X de la estructura B. Fiel a la actitud general
de Franklin hacia la ciencia, el manuscrito estaba formulado con cautela:
Aunque
no pretendemos ofrecer una interpretación completa del diagrama de fibra de la
estructura B, podemos enunciar las siguientes conclusiones. La estructura es
probablemente helicoidal. Los grupos fosfato se sitúan al exterior de la unidad
estructural, en una hélice de un diámetro de unos 20 angstroms. La unidad
estructural probablemente esté constituida por dos moléculas coaxiales que no
mantienen el mismo espaciado respecto al eje de la fibra […] Por consiguiente,
nuestras ideas generales no son incongruentes con el modelo propuesto por
Watson y Crick en la comunicación precedente.
Pocos
estarían en desacuerdo con la afirmación de que las excelentes fotografías de
difracción de rayos X de Franklin proporcionaron información crucial acerca de
la estructura general y las dimensiones específicas del ADN. Tristemente,
Rosalind Franklin murió de cáncer en 1958 con treinta y siete años. Es posible
que la enfermedad tuviera su origen en una sobreexposición a los mismos rayos X
que le ayudaron a desvelar la estructura del ADN. Cuatro años más tarde,
Watson, Crick y Wilkins compartieron el premio Nobel de Fisiología o Medicina
por el descubrimiento de la estructura molecular del ADN y su importancia para
la transferencia de información en la materia viva. Dado que el premio Nobel no
se concede póstumamente ni puede ser compartido por más de tres personas (en
una categoría dada y un año determinado), nunca sabremos lo que habría pasado
si Franklin hubiera vivido hasta 1962.
En 2009 la famosa fotografía 51 se convirtió en el título de una exitosa obra
de teatro de Anna Ziegler[278]. Como el
título implica, el relato dramatizado en esta obra se centra en Rosalind
Franklin y su inestable relación con Maurice Wilkins. Cuando se le solicitó un
comentario sobre la obra, Watson remarcó que el personaje de Maurice Wilkins
«hablaba demasiado» y que el actor que hacía el papel de Crick no le hacía
justicia al verdadero porque la obra le daba un aire de «vendedor de coches
usados».
A nadie le gusta admitir la derrota, y los científicos no son ninguna
excepción. En una carta que Pauling escribió a Peter el 27 de marzo de 1953,
observó por primera vez, como «de pasada»:
Podría
ser bueno para ti ponerte en contacto con Miss Franklin, si crees que
es un buen plan, y disponer las cosas para que nosotros también la veamos. Si
la gente de King’s College (Miss Franklin ha dejado King’s College y está
con Bernal en Birkbeck) expresan interés en que visite su espacio, tal vez eso
se podría programar en el mismo día. No tengo intención, sin embargo, de
dirigirme a ellos sobre la cuestión.[279]
Más
adelante, después de un párrafo en el que describe sus planes de viaje, Pauling
continúa:
He
recibido una carta de Watson y Crick en la que describen su estructura
brevemente, y adjuntan una copia de su carta a Nature. La estructura me
parece muy interesante, y no tengo ningún argumento fuerte en su contra. Pero
tampoco creo que sean fuertes sus argumentos contra nuestra estructura.
Más
adelante en la carta, Pauling reconoce que el contenido de agua de la molécula
podría ser muy importante: «Argumentamos […] a favor de la asignación de tres
residuos de nucleótido […] Sin embargo, si el espécimen de ácido nucleico
razonablemente seco contenía alrededor del 30 por ciento de agua […] solo
habría dos residuos de esta longitud». Y concluye: «Creo que las fotografías de
Wilkins podrían dirimir la cuestión de una forma definitiva».
Le he preguntado a Alex Rich si Pauling realmente creía que podía aferrarse a
su modelo de la triple hélice, y que la doble hélice era incierta. La respuesta
de Rich fue bastante categórica: «Por supuesto que Pauling sabía que la doble
hélice era el modelo correcto», dijo. «Toda esa palabrería sobre si era incierto
no era más que una bravata». El hecho es que Pauling llegó a Cambridge la
primera semana de abril (la figura 17 lo muestra en 1953), y después de ver el
modelo de alambre de Watson y Crick y la placa de rayos X de Franklin, y de
escuchar la explicación de Crick, reconoció con elegancia que la estructura
parecía ser correcta. Un par de días más tarde, Pauling y Bragg partieron para
asistir a la Conferencia Solvay en Bruselas (Bélgica). En aquel congreso de los
principales investigadores del mundo, Bragg primero anunció la doble hélice.
Con gran estilo, Pauling admitió durante la discusión posterior: «Aunque solo
hace dos meses[280]que el
profesor Corey y yo publicamos nuestra propuesta de estructura para el ácido
nucleico, creo que debemos admitir que probablemente sea errónea».
Uno podría ciertamente decirme que no hay nada especialmente «genial» en el
error de Pauling; al fin y al cabo, su modelo ponía fuera lo que iba dentro y
tenía un número equivocado de cadenas. Pero fue el método de Pauling, su manera
de pensar y su anterior e increíble éxito con las complejas moléculas de
proteínas, lo que sirvió de inspiración y fue fuente de información para Watson
y Crick. En un breve artículo publicado el 21 de marzo de 1999, Watson escribió
sobre Pauling: «El fracaso se cierne incómodamente[281] sobre
la grandeza. Lo que importa ahora son sus perfecciones, no sus antiguas
imperfecciones. Recuerdo sobre todo al Pauling de hace cincuenta años, cuando
proclamó que detrás de la vida no había fuerzas vitales, solo enlaces químicos.
Sin aquel mensaje, tal vez Crick y yo nunca hubiéramos alcanzado el éxito».
Figura 17
El
descubrimiento de la estructura del ADN abrió de par en par las puertas a un
abanico inacabable de investigaciones que hasta la fecha culminaron en abril de
2004 con la finalización formal del Proyecto Genoma Humano, la descodificación
del ADN completo de un humano (aunque el análisis de todos los datos se
prolongará durante muchos años). A lo largo del camino se produjeron muchas
sorpresas. Por ejemplo, antes del año 2000, los biólogos creían que el genoma
humano contenía unos cien mil genes codificadores de proteínas. Los hallazgos
del Consorcio Internacional para la Secuenciación del Genoma Humano publicados
en octubre de 2004 redujeron la estimación a menos de veinticinco mil, ¡no
mucho más que el número de genes del simple nematodo C. elegans!
Una tecnología de secuenciación más rápida y más barata ha ayudado
recientemente a los científicos a esbozar una nueva imagen de los orígenes de
los humanos. La imagen que se comienza a vislumbrar[282] gracias
al análisis genético de la punta del dedo meñique de una niña de hace cuarenta
mil años, es que los humanos modernos no emigraron simplemente de África, sino
que probablemente se encontraron con al menos dos grupos de humanos más
antiguos, y hoy extintos, y dejaron descendientes con ellos.
El descubrimiento de la estructura y función del ADN también ha arrojado luz
sobre la evolución al clarificar la naturaleza de las variaciones hereditarias
sobre las que actúa la selección natural. La proclamación de Pauling de que los
procesos de la vida son la consecuencia de las leyes de la química y la física
se hizo verificable a través de la comprensión de las fuerzas que modelan y
pueden hacer que varíen los patrones de ADN. (La figura 18, una fotografía de
algunos de los participantes de la Conferencia de Pasadena sobre la Estructura
de las Proteínas que se celebró en septiembre de 1953, muestra a muchos de los
protagonistas del descubrimiento de la hélice alfa y la doble hélice).
No podemos siquiera imaginar qué oportunidades nos ofrecerá en el futuro lejano
nuestra comprensión del ADN y nuestra capacidad de modificar la molécula. Las
posibilidades varían desde un alargamiento significativo de la esperanza de
vida de los humanos hasta la creación de nuevas formas de vida. El descifrado
de la estructura del ADN ya ha conducido a un mejor conocimiento de las bases
genéticas de las enfermedades que ha revolucionado la búsqueda de tratamientos.
La era del genoma ha permitido logros antes inimaginables en la ciencia
forense. Por ejemplo, tras la muerte en 2001 de cinco personas a causa de
cartas envenenadas con ántrax, la Oficina Federal de Investigación de Estados
Unidos (FBI) decidió secuenciar el genoma microbiano completo de la cepa
utilizada en los ataques (5,2 millones de pares de bases). Aquel esfuerzo acabó
conduciendo a los investigadores hasta un laboratorio del ejército como la
fuente más probable de la cepa. Al mismo tiempo, tras desvelarse la estructura
del ADN y de las proteínas, la cuestión del origen de la vida se ha convertido
en una pregunta aún más fascinante y potencialmente con respuesta. Pero las
indagaciones han penetrado en un nivel mucho más fundamental que el puramente
biológico: ¿de dónde provienen las piezas fundamentales de la vida, esas
moléculas que pueden llevar información y replicarse? Y del lado de la física,
volviendo a unos orígenes aún más antiguos, ¿cómo apareció en el universo el
átomo de hidrógeno que era crucial para el enlace de hidrógeno de Pauling? ¿Y
qué decir de los elementos más pesados que son esenciales para la vida, como el
carbono, el oxígeno, el nitrógeno y el fósforo?
Figura 18
El
físico de origen ruso George Gamow participó en los primeros intentos por
entender de qué modo las cuatro bases del ADN podían controlar la síntesis de
proteínas a partir de aminoácidos. A Gamow le enseñaron una copia[283] del
artículo de Watson y Crick sobre las implicaciones genéticas de su modelo
mientras estaba de visita en el Laboratorio de Radiación de Berkeley. Excitado,
comenzó a pensar en él tan pronto como regresó a su departamento de la
Universidad George Washington, y no tardó en enviar una carta a Watson y Crick.
Comenzaba excusándose («Apreciados doctores Watson y Crick, soy un físico, no
un biólogo») pero enseguida fue al grano: ¿sería posible resolver la relación
entre las cuatro letras correspondientes a las bases del ADN y los veinte
aminoácidos de las proteínas como un problema de puro criptoanálisis numérico?
Aunque las soluciones matemáticas de Gamow al final resultaron ser erróneas,
ayudaron a enmarcar las preguntas de la biología en el lenguaje de la información.
Unos cinco años antes, Gamow estaba implicado en la resolución de un problema
todavía más fundamental: el origen cósmico del hidrógeno y el helio. Su
solución fue realmente brillante. Sin embargo, no explicaba la existencia de
todos los elementos más pesados que el helio. Esta formidable tarea recayó en
otro astrofísico y cosmólogo: Fred Hoyle. De un lado, Hoyle se ocupó de la
evolución del universo como un todo, y por otro lado, de la aparición de la
vida en su interior. Fue a un tiempo uno de los científicos más distinguidos
del siglo XX, y uno de los más controvertidos.
La
filosofía que tan importante es para cada uno de nosotros no es una cuestión
técnica; es nuestro sentido, más o menos torpe, de lo que honesta y
profundamente significa la vida. Solo en parte nos viene de los libros; es
nuestra forma individual de ver y sentir el empuje y la presión total del
cosmos.
William James
El
28 de marzo de 1949, a las seis y media de la tarde, el astrofísico Fred Hoyle
ofreció una de sus acreditadas conferencias radiofónicas en el espacio de la
BBC The Third Programme, un programa cultural en el que
participaron intelectuales de la talla del filósofo Bertrand Russell y el
dramaturgo Samuel Beckett. En cierto momento, mientras intentaba dibujar los
contrastes entre su propia teoría, la creación continua de materia en el
universo, y la teoría contraria, que afirmaba que el universo había tenido un
comienzo claro y definido, Hoyle expresó una opinión controvertida:
Llegamos
así a la cuestión[284] de
contrastar las teorías previas frente las observaciones. Estas teorías se
basaban en la hipótesis de que toda la materia del universo se creó en una
gran explosión [big bang] en un momento concreto del pasado
remoto [la cursiva es mía]. Pero ahora resulta que en uno u otro aspecto,
todas esas teorías entran en conflicto con lo que requieren las observaciones.
Esta
conferencia marca el nacimiento del término «big bang», que desde
entonces ha quedado inextricablemente unido al acontecimiento inicial del que
brotó nuestro universo. En contra de la creencia popular, Hoyle no usó el
término de forma peyorativa; solo intentaba crear una imagen mental para sus
oyentes. Irónicamente, quien acuñó y popularizó el término big bang fue
un científico que siempre se opuso a la idea en la que se basa este modelo. El
término ha resistido incluso un referéndum público[285]. En 1993
la revista Sky & Telescope solicitó sugerencias de sus
lectores para un nombre más adecuado, en un acto que generalmente se ha visto
como un intento de corrección política de proporciones cósmicas. Pero cuando
los tres jueces (entre ellos Carl Sagan, el célebre astrónomo y divulgador de
la ciencia) revisaron las 13 099 sugerencias, no hallaron ninguna que mereciera
ser el sustituto. El título de este capítulo («B de Big
Bang») remeda el título de una serie de ciencia ficción de la televisión
británica, A de Andrómeda, escrito por Hoyle y el productor de
televisión John Elliot. Los siete episodios de la serie se emitieron en 1961,
con la actriz Julie Christie en el papel protagonista.
Fred Hoyle nació el 24 de junio de 1915 en Gilstead, un pueblo cercano a la
ciudad de Bingley, en West Yorkshire (Inglaterra)[286]. Su padre
fue un comerciante de lana y tejidos que fue reclutado para el Cuerpo de
Ametralladoras y enviado a Francia durante la primera guerra mundial. Su madre
estudió música, y durante algún tiempo tocó el piano en un cine local, como
acompañamiento para películas mudas. Fred Hoyle, que en un principio quería ser
químico, estudió matemáticas en Cambridge y demostró tales dotes que en 1939
fue elegido miembro de St. John’s College de Cambridge. En 1958 obtuvo la
prestigiosa cátedra de Profesor Plumiano de Astronomía y Filosofía Experimental
de Cambridge. Como curiosidad, George Darwin, el hijo de Charles Darwin, había
ocupado esta cátedra entre 1883 y 1912.
Desde muy temprano, Hoyle dio signos de gustarle la independencia y,
ocasionalmente, la disensión. Más tarde recordaría: «Entre los cinco y los
nueve años estuve constantemente en guerra con el sistema educativo […] Cuando
me enteré por mi madre de que existía un lugar llamado colegio al que había que
asistir tanto sí como no, un lugar en el que uno se veía obligado a pensar
sobre cuestiones prescritas por un "profesor", y no sobre las que uno
mismo decidía, me quedé horrorizado[287]». Su
desdén por las convenciones le acompañó hasta los años de universidad. En 1939
decidió renunciar[288] a un
título de doctor por el «pragmático motivo», en sus palabras, ¡de no tener que
pagar más impuestos!
No es de extrañar que este pensador independiente, motivado por la curiosidad,
madurase hasta convertirse en un científico brillante. Por sus contribuciones a
la astrofísica y la cosmología, Hoyle probablemente fuese la figura más
destacada durante al menos un cuarto de siglo, pero al mismo tiempo, nunca
rehuyó la controversia. «Para conseguir algo realmente valioso[289] en la
investigación», escribió, «es necesario ir en contra de las opiniones de
nuestros colegas. Para lograrlo sin convertirse en un chiflado se necesita un
fino juicio, sobre todo en lo referente a cuestiones a largo plazo que no se
pueden dirimir en poco tiempo». Pronto descubriremos que Hoyle siguió su propio
consejo demasiado a rajatabla.
Aun sin contar con la segunda guerra mundial, 1939 fue un año crítico para
Hoyle. Ocurrió que uno detrás de otro, sus dos directores de investigación
dejaron Cambridge para ocupar puestos en otros lugares. Su tercer director fue
al gran físico Paul Dirac, uno de los fundadores de la mecánica cuántica, la
revolucionaria teoría del micromundo subatómico. Tras la abundancia de ideas
novedosas de la década de 1920, la ciencia de finales de los años 1930
palidecía en comparación. Hoyle escribió más tarde que un día de 1939 Dirac le
había dicho: «En 1926 era posible[290] que
gente no excesivamente buena resolviera problemas importantes; hoy la gente
que es realmente buena no puede encontrar problemas
importantes que solucionar». Hoyle se tomó la advertencia al pie de la letra,
abandonó la física nuclear teórica y dirigió sus intereses hacia las estrellas.
De los muchos logros de Hoyle, quiero centrarme solamente en unas pocas de sus
contribuciones a un tema concreto: la astrofísica nuclear. El trabajo de Hoyle
en esta área se ha convertido en uno de los principales pilares sobre los que
descansa nuestro actual conocimiento de las estrellas y de su evolución. A lo
largo de su trayectoria, resolvió el misterio de cómo se forman en el universo
los átomos de carbono, el sostén de la complejidad y la vida tal como las
conocemos. Sin embargo, para valorar los logros de Hoyle en su justa medida,
primero tenemos que entender el telón de fondo contra el cual produjo su obra
maestra.
Prólogo a la historia de la materia
En una de las paredes de casi todas las aulas de ciencias de Estados Unidos se
puede ver una tabla periódica de los elementos (figura 19). Del mismo modo que
nuestro lenguaje está formado por palabras construidas a partir de las letras
del alfabeto, toda la materia común del cosmos está compuesta por aquellos
elementos. Son elementos aquellas sustancias que no pueden descomponerse o
modificarse por medios químicos. Suele atribuirse a Dmitri Mendeléyev, un
químico ruso[291], el
crédito por haberse percatado (a mediados del siglo XIX) de las regularidades
que subyacen a la tabla periódica y por haber sabido predecir las
características de elementos que todavía tenían que descubrirse para completar
la tabla. En muchos sentidos, la tabla periódica es una representación
simbólica del progreso realizado desde los famosos cuatro constituyente básicos
de la materia para Empédocles y Platón: fuego, aire, agua y tierra.
Si se me permite un paréntesis fascinante, la reproducción más pequeña de la
tabla periódica[292] se
grabó en 2011 en un pelo humano de Martyn Poliakoff, de la Universidad de
Nottingham, en el Reino Unido. El grabado se realizó en el centro de
nanotecnología de la universidad. (El pelo le fue devuelto a Poliakoff como
regalo de cumpleaños).
La tabla periódica contiene en la actualidad 118 elementos (el último, el
ununoctium, fue identificado en 2002), de los cuales 94 se encuentran de manera
natural en la Tierra. Si se piensa en ello por un momento, se verá que este es
un número bastante elevado de piezas básicas de construcción, y, por
consiguiente, era solo cuestión de tiempo que alguien se preguntase de dónde
habían venido todos estos elementos. O, de otro modo, si estas entidades
bastante complejas podían tener orígenes más simples.
Figura 19
En
realidad hubo alguien que se planteó estas preguntas antes aun de la
publicación de la tabla periódica. En dos artículos publicados en 1815 y 1816,
el químico inglés William Prout[293] propuso
la hipótesis de que los átomos de todos los elementos eran en realidad
condensaciones de distintos números de átomos de hidrógeno. El astrofísico
Arthur Eddington combinó la idea general de la hipótesis de Prout con algunos
resultados experimentales sobre núcleos que había obtenido el físico Francis
Aston y formuló su propia conjetura. Eddington propuso en 1920[294] que
cuatro átomos de hidrógeno podían de algún modo combinarse para formar un átomo
de helio. La pequeña diferencia entre la masa total de cuatro átomos de
hidrógeno y la masa de un átomo de helio supuestamente se liberaba en forma de
energía, de acuerdo con la famosa equivalencia de Einstein entre masa y
energía, E = mc2 («E» denota energía, «m»
es masa y «c» es la velocidad de la luz). Eddington estimaba que de este
modo el Sol podría brillar durante miles de millones de años convirtiendo tan
solo una pequeña fracción de su masa de hidrógeno en helio. Menos conocido es
el hecho de que el físico francés Jean-Baptiste Perrin[295] expresó
más o menos al mismo tiempo unas ideas muy parecidas. Unos pocos años más
tarde, Eddington especuló además que las estrellas como el Sol podían ser
«laboratorios» naturales en los que de algún modo, mediante reacciones
nucleares, unos elementos se transformaban en otros. Cuando algunos físicos del
Laboratorio Cavendish objetaron que la temperatura interna del Sol era
insuficiente para que dos protones superaran su mutua repulsión electrostática,
Eddington respondió con el famoso consejo de «pues a ver si encuentran un lugar
más caliente[296]». La
hipótesis de Eddington y Perrin señala el nacimiento del concepto de nucleosíntesis nuclear
en la astrofísica: la idea de que al menos algunos elementos se pueden
sintetizar en el ígneo interior de las estrellas. Como ya se habrá inferido de
lo anterior, Eddington fue uno de los mayores defensores de la teoría de la
relatividad de Einstein (sobre todo de la relatividad general). En una ocasión,
el físico Ludwick Silberstein[297] se
acercó a Eddington para decirle que la gente creía que en todo el mundo solo
había tres científicos que entendieran la teoría de la relatividad general, y
que Eddington era uno de ellos. Como este tardaba en responderle, Silberstein
le animó diciendo: «No sea tan modesto», a lo que Eddington replicó: «Al
contrario. Solo me estaba preguntando quién era el tercero». La figura 20
muestra a Eddington con Einstein en Cambridge.
Para continuar con la historia de la formación de los elementos, conviene que
recordemos algunas de las propiedades básicas de los átomos. Lo que sigue es
una brevísima puesta al día. Toda la materia común está compuesta por átomos, y
todos los átomos tienen en su centro un núcleo (el radio atómico es más de 10
000 veces mayor que el radio nuclear), alrededor del cual se desplazan los
electrones en nubes orbitales. El núcleo está constituido por protones y
neutrones, que tienen una masa muy parecida (un neutrón es ligeramente más
pesado que un protón), y cada uno de ellos tiene unas 1840 veces más masa que
un electrón. Aunque confinados en el núcleo los neutrones son estables, un
neutrón libre es inestable y con una vida media de unos quince minutos se
desintegra en un protón, un electrón y una partícula prácticamente invisible,
muy ligera y eléctricamente neutra llamada antineutrino. En los núcleos
inestables, los neutrones pueden desintegrarse del mismo modo.
El átomo más simple y ligero que existe es el átomo de hidrógeno. Está formado
por un núcleo que contiene un solo protón. Un único electrón da vueltas
alrededor de este protón en órbitas cuya probabilidad puede calcularse usando
la mecánica cuántica. El hidrógeno también es el elemento más abundante del
universo, donde constituye alrededor del 74 por ciento de toda la materia común
(la conocida como bariónica). La materia bariónica es la sustancia
de la que están hechas las estrellas, los planetas y los seres humanos. Si nos
movemos de izquierda a derecha por la tabla periódica (figura 19), en cada paso
el número de protones del núcleo aumenta en uno, y lo mismo el número de
electrones en órbita.
Figura 20
Como
el número de protones es igual al número de electrones (y llevan cargas
eléctricas opuestas y de igual magnitud), los átomos son eléctricamente neutros
en su estado no alterado.
El elemento que sigue al hidrógeno en la tabla periódica es el helio, que tiene
dos protones en su núcleo. Pero el núcleo de helio también contiene dos
neutrones (que no tienen carga eléctrica). El helio es el segundo elemento más
abundante: constituye alrededor del 24 por ciento de la materia común. Los
átomos del mismo elemento químico tienen el mismo número de protones, y este se
conoce como número atómico del elemento. El hidrógeno tiene el
número 1, el helio es el 2, el hierro el 26 y el uranio el 92. El número total
de protones y neutrones del núcleo se llama masa atómica. El
hidrógeno tiene masa atómica 1; el helio, 4; el carbono (que tiene seis
protones y seis neutrones), 12. Los núcleos del mismo elemento químico pueden
tener distinto número de neutrones, y se conocen como isótopos de
ese elemento. Por ejemplo, el neón (que tiene 10 protones) puede tener isótopos
con diez, once o doce neutrones en el núcleo. La notación común de los
distintos isótopos es 20Ne, 21Ne y 22Ne.
De modo parecido, el hidrógeno (un protón, o 1H) también tiene
en la naturaleza un isótopo comúnmente conocido como deuterio (un protón y un
neutrón en el núcleo, o 2H) y un isótopo llamado tritio (un
protón y dos neutrones, o 3H).
Volviendo al problema central de la síntesis de los distintos elementos, los
físicos de la primera mitad del siglo XX se enfrentaron a una serie de
preguntas relacionadas con la tabla periódica. La primera y más importante es
cómo se formaron todos esos elementos. Pero también por qué algunos elementos,
como el oro y el uranio, son extraordinariamente raros (¡de ahí su precio!)
mientras que otros, como el hierro o el oxígeno, son mucho más frecuentes. (El
oxígeno es unas cien millones de veces más común que el oro). O, también, por
qué las estrellas están compuestas mayoritariamente por hidrógeno y helio.
Desde su nacimiento, las ideas sobre el proceso de formación de los elementos
han ido ligadas íntimamente a las ideas sobre las enormes fuentes de
energía de las estrellas. Recuérdese que Helmholtz y Kelvin habían
propuesto que la energía del Sol proviene de la lenta contracción y
consiguiente liberación de energía gravitacional. Sin embargo, como Kelvin
había demostrado claramente, esta reserva solo podía sustentar la radiación del
Sol durante un tiempo limitado, no más de unas pocas decenas de millones de
años. Este límite chocaba inquietantemente con los indicios geológicos y
astrofísicos que apuntaban cada vez con mayor precisión a edades de miles de millones
de años tanto para la Tierra como para el Sol. Eddington era plenamente
consciente de esta evidente discrepancia. En la conferencia que pronunció
durante el congreso de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia en
Cardiff (Gales) el 24 de agosto de 1920, hizo esta profética declaración:
Solo
la inercia de la tradición mantiene viva la hipótesis de la contracción; o, más
que viva, como un cadáver sin enterrar. Pero si decidimos dar sepultura al
cuerpo, reconozcamos con franqueza la posición en que quedamos. Una estrella
está alimentándose de alguna vasta reserva de energía por medios que
desconocemos. Esta reserva difícilmente puede ser otra que la energía
subatómica, la cual, como se sabe, existe en abundancia en toda la materia. [el
subrayado es mío ][298]
Pese
a su entusiasmo con la idea de que las estrellas pudieran extraer su energía de
la fusión de cuatro núcleos de hidrógeno para formar un núcleo de helio,
Eddington no disponía de un mecanismo específico mediante el cual pudiera
llevarse a cabo este proceso. En concreto, había que resolver el problema de la
repulsión electrostática mutua, antes comentado. El obstáculo es el siguiente:
dos protones (los núcleos de dos átomos de hidrógeno) se repelen entre sí
electrostáticamente porque ambos poseen carga eléctrica positiva. Esta fuerza
de Coulomb (por el físico francés Charles-Augustin de Coulomb) tiene un largo
alcance, y por eso es la fuerza dominante entre protones a distancias
superiores al tamaño del núcleo atómico. Sin embargo, dentro del núcleo le puede
la potente atracción de la fuerza nuclear[299], que vence
a la repulsión eléctrica. En consecuencia, para que los protones del núcleo de
las estrellas puedan fusionarse tal como imaginaba Eddington, necesitan tener
energías cinéticas lo bastante elevadas asociadas a sus movimientos al azar
como para superar la «barrera de Coulomb» y poder interactuar a través de la
atracción de la fuerza nuclear. La única pega de la hipótesis de Eddington era
que la temperatura calculada para el centro del Sol no era lo bastante alta
como para impartir a los protones la energía necesaria. En la física clásica,
eso habría sido una sentencia de muerte para su teoría; las partículas con una
energía insuficiente para superar una barrera no pueden saltarla. Por suerte,
la mecánica cuántica, que es la teoría que describe el comportamiento de las
partículas subatómicas y la luz, vino al rescate. En la mecánica cuántica, las
partículas se comportan como ondas, y todos los procesos son inherentemente
probabilísticos. Las ondas no ocupan un lugar preciso como las partículas, sino
que están dispersas. Del mismo modo que cuando una ola del mar choca contra un
rompeolas, una parte puede saltar al otro lado, existe cierta probabilidad,
aunque pequeña, de que unos protones con energía insuficiente para superar la
barrera de Coulomb puedan, no obstante, interactuar. Usando este efecto de
«túnel» de la mecánica cuántica para atravesar barreras[300], el físico
George Gamow y, de manera independiente, los equipos de Robert Atkinson y Fritz
Houtermans, por un lado, y Edward Condon y Ronald Gurney, por otro, demostraron
a finales de los años 1920 que en las condiciones dominantes en el interior de
las estrellas, los protones podían fusionarse.
Los físicos Carl Friedrich von Weizsäcker, en Alemania, y Hans Bethe y Charles
Critchfield, en Estados Unidos, fueron los primeros en elaborar la red de
reacciones nucleares precisas por la que cuatro núcleos de hidrógeno se pueden
unir para formar un núcleo de helio. En un extraordinario artículo[301] publicado
en 1939, Bethe discute dos vías posibles con producción de energía por medio de
las cuales el hidrógeno se puede convertir en helio. En una de ellas, la
conocida como cadena protón-protón (p-p), primero se combinan dos protones
formando deuterio, el isótopo de hidrógeno con un protón y un neutrón en el
núcleo; luego la captura de un nuevo protón transforma el deuterio en un
isótopo de helio[302]. El
segundo mecanismo, conocido como ciclo de carbono-nitrógeno (CN), es una
reacción cíclica en la que actúan como catalizadores núcleos de carbono y
nitrógeno. El resultado neto sigue siendo la fusión de cuatro protones para
formar un núcleo de helio, acompañada de la liberación de energía. Aunque al
principio Bethe pensó que el ciclo CN era el principal modo por el que el Sol
producía energía, experimentos realizados en el Laboratorio Kellogg de
Radiación, en Caltech, demostraron más tarde que la cadena p-p era la principal
responsable de alimentar al Sol, y que el ciclo CN solo comenzaba a dominar la
producción de energía en estrellas más masivas.
Como ya se habrá observado, y como su nombre indica, el ciclo CN requiere la
presencia de átomos de carbono y nitrógeno como agentes catalizadores. Pero la
teoría de Bethe no llegaba a demostrar de qué modo se formaban esos átomos de
carbono y nitrógeno. Bethe tuvo en cuenta la posibilidad de que el carbono se
sintetizase por la fusión de tres átomos de helio. (Un núcleo de helio tiene
dos protones y uno de carbono seis). Sin embargo, tras finalizar sus cálculos,
afirmó: «No hay manera de que puedan[303] producirse
permanentemente en el interior de las estrellas núcleos más pesados que el
helio en las condiciones actuales», es decir, con densidades y temperaturas
como las que se encuentran en la mayoría de las estrellas del tipo de nuestro
Sol. Bethe concluyó: «Debemos suponer que los elementos más pesados [que el
helio] se fabricaron antes de que las estrellas alcanzaran su
actual estado de temperatura y densidad».
La declaración de Bethe planteaba un gran enigma, pues astrónomos y geólogos de
la época habían llegado a la conclusión de que los distintos elementos químicos
tenían que tener, en su mayor parte, un origen común. En particular, el hecho
de que átomos como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno y el hierro parecieran
tener aproximadamente las mismas abundancias relativas en toda la galaxia de la
Vía Láctea apuntaba claramente a la existencia de un proceso universal de
formación. En consecuencia, si aceptaban la sentencia de Bethe, los físicos
tenían que pensar en alguna síntesis común que hubiera podido actuar antes de
que las estrellas actuales alcanzasen su equilibrio.
Justo cuando la teoría parecía dirigirse a una vía muerta, el versátil George
Gamow (a quien sus colegas conocían como Geo) y su estudiante de doctorado
Ralph Alpher propusieron lo que parecía una idea brillante: Tal vez los
elementos se habían formado en el extremadamente caliente y denso estado
inicial del universo, el big bang. La idea era genial en su
claridad. En la densa bola de fuego de los orígenes, según argumentaban Gamow y
Alpher, la materia consistía en un gas de neutrones muy comprimido. Llamaban a
esta sustancia primordial ylem(del griego clásico yle y
el latín medieval hylem, que significan «materias»). A medida que
estos neutrones comenzaron a desintegrarse en protones y electrones, en teoría
se podían ir produciendo todos los núcleos más pesados mediante la sucesiva
captura de un nuevo neutrón del mar de neutrones (y la posterior desintegración
de esos neutrones en protones, electrones y antineutrinos). Los átomos iban
escalando de este modo la tabla periódica, subiendo un escalón con cada
sucesiva captura de un neutrón. Se suponía que el proceso entero estaba
controlado por la probabilidad de que un núcleo determinado capturase otro
neutrón, pero también por la expansión del universo (descubierta a finales de
los años 1920, como veremos en el siguiente capítulo). La expansión cósmica
determinaba la reducción global de la densidad de la materia con el tiempo, y,
por consiguiente, la disminución progresiva de las tasas de las reacciones
nucleares. Alpher llevó a cabo la mayoría de los cálculos, y los resultados se
publicaron en el número[304] del 1
de abril de 1948 de Physical Review. (El día de las bromas del
primero de abril era la fecha favorita de Gamow para publicar). El siempre
caprichoso Geo cayó en la cuenta de que si podía añadir a Hans Bethe (que no
tenía nada que ver con los cálculos) como coautor del artículo, los tres nombres
(Alpher, Bethe, Gamow) se corresponderían con las tres primeras letras del
alfabeto: alfa, beta y gamma. Bethe aceptó que se incluyera su nombre, y hoy
aquella publicación se suele conocer como el «artículo alfabético[305]». Más
tarde aquel mismo año, Alpher colaboró con el físico Robert Herman para
predecir la temperatura de la radiación residual del big bang, hoy
conocida como radiación del fondo cósmico de microondas. (Geo, que
nunca abandonó su sempiterno interés por los juegos de palabras, bromeó en su
libro La creación del universo que Robert Herman
«obstinadamente se niega a cambiar su nombre[306] por
Delter» para que se corresponda con delta, la cuarta letra del alfabeto
griego).
Por ingenioso que fuera el planteamiento de Alpher y Gamow, pronto se vio claro
que si bien la nucleosíntesis en el calor del big bang sin
duda podía explicar las abundancias relativas de los isótopos de hidrógeno y
helio (y algo de litio y trazas de berilio y boro), tropezaba con obstáculos
insuperables a la hora de producir elementos más pesados. El reto no es difícil
de entender si utilizamos una simple metáfora mecánica: es muy difícil subir
una escalera cuando faltan algunos de los peldaños. En la naturaleza,
no hay isótopos estables con masa atómica de 5 o 8.
Es decir, el helio solo tiene isótopos estables con masas atómicas de 3 y 4; el
litio tiene isótopos estables con masas atómicas de 6 y 7; el único isótopo
realmente estable del berilio tiene una masa atómica de 9 (la masa atómica 10
es inestable aunque tiene una vida media larga), y así sucesivamente. Faltan
las masas atómicas 5 y 8. En consecuencia, el helio (masa atómica, 4) no puede
capturar otro neutrón para producir un núcleo que tenga una vida media
suficiente para dar continuidad al esquema de la captura de neutrones. El litio
tiene una dificultad parecida a causa del vacío para la masa atómica 8. Así pues,
los agujeros en las masas frustraron el progreso por la vía que habían abierto
Gamow y Alpher. Incluso el gran físico Enrico Fermi[307], que
examinó el problema con cierto detenimiento con un colaborador, llegó
decepcionado a la conclusión de que la síntesis en el big bang era
«incapaz de explicar el modo en que se han formado los elementos».
La conclusión de Fermi de que el carbono y los elementos más pesados no se
podían haber producido en el big bang, unida a la declaración de
Bethe de que estos elementos no se podían haber producido en estrellas como el
Sol, crearon un desconcertante misterio: ¿dónde y cómo se sintetizaron los
elementos pesados? Aquí es donde Fred Hoyle entró en escena.
Y dijo Dios: Sea Hoyle
A finales del otoño de 1944, el trabajo de Hoyle con el radar naval durante la
guerra le llevo a Estados Unidos, donde aprovechó la oportunidad para conocer a
uno de los astrónomos más influyentes de la época, Walter Baade, en el
Observatorio de Monte Wilson de California. Por aquel entonces, este
observatorio poseía el telescopio más grande del mundo. De Baade, Hoyle
aprendió lo extraordinariamente densos y calientes que pueden llegar a ser los
núcleos de las estrellas masivas durante los últimos estadios de su vida. Al
examinar aquellas condiciones extremas, cayó en la cuenta de que a temperaturas
cercanas a los mil millones de grados, los protones y los núcleos de helio
podían penetrar fácilmente las barreras de Coulomb de otros núcleos, lo que
tenía como consecuencia una frecuencia tan alta de reacciones nucleares e
intercambios en todos los sentidos que el conjunto entero de partículas podía
alcanzar un estado conocido como equilibrio estadístico.
En un equilibrio nuclear estadístico, aunque se siguen produciendo reacciones
nucleares, cada reacción y su inversa se producen con la misma tasa, de manera
que no se produce ningún cambio neto en las abundancias de los elementos. En
consecuencia, pensó Hoyle, podía utilizar los potentes métodos de la rama de la
física conocida como mecánica estadística para estimar las abundancias
relativas de los diversos elementos químicos. Sin embargo, para llevar a cabo
realmente los cálculos, necesitaba saber las masas de todos los núcleos
implicados, y esa información no estaba disponible para él durante los años de
la guerra. Hoyle tuvo que esperar hasta la primavera de 1945 para obtener una
tabla de las masas de manos del físico nuclear Otto Frisch. El resultado de los
cálculos que realizó fue un artículo publicado en 1946 que hizo época[308], en el que
Hoyle delineaba el marco de una teoría de la formación de los elementos, del
carbono hacia arriba, en el interior de las estrellas. La idea era alucinante:
el carbono, el oxígeno y el hierro no habían existido siempre (en el sentido de
haberse formado en el big bang), sino que estos átomos, todos los
cuales son esenciales para la vida, se forjaron en el interior de los hornos
nucleares de estrellas. Pensemos en esto por un momento: los átomos
individuales que actualmente forman las dos hebras de nuestro ADN se podrían
haber originado hace miles de millones de años en el núcleo de distintas
estrellas. Nuestro sistema solar al completo se constituyó hace unos 4500
millones de años a partir de una mezcla de ingredientes cocidos en el interior
de generaciones anteriores de estrellas. La astrónoma Margaret Burbidge, que
habría de colaborar con Hoyle una década más tarde, ofreció una maravillosa
descripción de su experiencia de escuchar a Hoyle en una reunión de la Real
Sociedad Astronómica (RAS)[309] en
1946: «Me senté en el auditorio de la RAS llena de asombro, experimentando ese
maravilloso sentimiento de que se levanta un velo de ignorancia a medida que
una luz brillante ilumina un gran descubrimiento».
Al analizar las consecuencias de su embrionaria teoría, a Hoyle le complació
descubrir un marcado pico en las abundancias de los elementos que rodean al
hierro en la tabla periódica, tal como parecían indicar las observaciones. Esta
coherencia con el «pico de hierro», como habría de conocerse, le indicaba a
Hoyle que debía andar por el buen camino. Sin embargo, aquellos peldaños que
faltaban en la escalera (la ausencia de núcleos estables con masas atómicas de
5 y 8) seguía entorpeciendo cualquier intento de construir una red detallada (y
no un simple esqueleto) de reacciones nucleares que produjera todos los
elementos.
Para esquivar el problema de los agujeros de masa, Hoyle decidió en 1949 volver
a examinar la posibilidad (anteriormente abortada por Bethe) de fusionar tres
núcleos de helio para crear el núcleo de carbono, y asignó este problema a uno
de sus estudiantes de doctorado. Como los núcleos de helio también se conocen
como partículas alfa, la reacción se suele conocer como proceso triple
alfa (3α). Pero resulta que aquel estudiante decidió abandonar[310] sus
estudios de doctorado antes de completarlos (fue el único estudiante de Hoyle
que lo hizo), pero olvidó cancelar su matrícula formal. Las reglas de la
etiqueta académica establecidas para tales casos por la Universidad de
Cambridge eran claras: Hoyle no tenía permiso para tocar siquiera aquel
problema hasta que el estudiante o un investigador independiente publicase los
resultados. Al final, dos astrofísicos publicaron los resultados, aunque el
trabajo de uno de ellos pasó casi desapercibido.
El astrónomo estonio-irlandés Ernst Öpik propuso en 1951[311] que
en los núcleos en contracción de las estrellas evolucionadas (las propias
estrellas se expanden hasta convertirse en gigantes rojas), la temperatura
podía alcanzar varios cientos de millones de grados. A esas temperaturas,
argumentaba Öpik, la mayor parte del helio se fusionaría formando carbono. Pero
como el artículo de Öpik se publicó en la relativamente poco conocida Proceedings
of the Royal Irish Academy, no fueron muchos los astrónomos que llegaron a
enterarse.
El astrofísico Edwin Salpeter, que entonces comenzaba su carrera en la
Universidad de Cornell, tampoco se había enterado. En el verano de 1951,
Salpeter fue invitado a visitar el Laboratorio Kellogg de Radiación, en
Caltech, donde el entusiasta astrofísico nuclear Willy Fowler y su grupo estaban
profundamente comprometidos en el estudio de las reacciones nucleares que se
consideraban importantes para los astrofísicos. Partiendo de la misma idea que
Öpik, Salpeter examinó el proceso triple alfa[312] en el
ardiente infierno del núcleo de las gigantes rojas, justamente el problema que
había abandonado el estudiante de doctorado de Hoyle. Salpeter reconoció de
inmediato que difícilmente se podía esperar que tres núcleos de helio chocasen
simultáneamente. Era más probable que dos de ellos quedasen unidos el tiempo
suficiente para ser golpeados por un tercero. Salpeter enseguida se dio cuenta
de que tal vez el carbono se producía mediante un proceso de baja probabilidad
en dos pasos. En el primer paso, dos partículas alfas se combinaban formando un
isótopo de berilio altamente inestable (8Be), mientras que en el
segundo, el berilio capturaba una tercera partícula alfa, formando un átomo de
carbono. Pero todavía quedaba un problema grave: los datos experimentales
mostraban que este isótopo particular del berilio se desintegraba de nuevo en
dos partículas alfa con una fugacísima vida media de tan solo unos 10-16 segundos
(0,00… 1 en la posición dieciséis). La cuestión era si a una temperatura de más
de cien millones de grados Kelvin, la tasa de la reacción podía llegar a ser
tan alta que algunos de estos núcleos efímeros de berilio se pudieran fusionar
con un tercer núcleo de helio antes de desintegrarse.
Al leer el artículo de Salpeter, la primera reacción de Hoyle fue de rabia
consigo mismo por haber permitido que un cálculo tan importante se le colase
entre los dedos a causa del contratiempo con el estudiante de doctorado. Sin
embargo, tras examinar con detenimiento la red entera de reacciones nucleares,
Hoyle estimó que bajo las suposiciones de Salpeter, todo el carbono se
transformaría en oxígeno casi a medida que se fuera produciendo, al fusionarse
con un nuevo núcleo de helio. Unos treinta años más tarde describió el momento
en que comprendió esto: «Mala suerte para el viejo Ed[313], pensé».
(Ed Salpeter era, en realidad, nueve años más joven que Hoyle). Pero ¿auguraba
esto el fracaso de todo el esquema? Este era precisamente el tipo de
situaciones en las que Hoyle ponía de manifiesto su increíble intuición física
y la claridad de su pensamiento. Comenzó con lo obvio: «Tiene que haber alguna
manera de sintetizar 12C». A fin de cuentas, el carbono no solo
era relativamente abundante en el universo, sino crucial para la vida. Tras
evaluar todas las reacciones potenciales en su cabeza, Hoyle llegó a la
conclusión de que «Nada era mejor que 3α». Entonces, ¿cómo se podía impedir que
el carbono se perdiera hacia el oxígeno? En la mente de Hoyle, solo había una
manera: «3α tenía que ir mucho más rápido[314]de lo
que se había calculado [la cursiva es mía]». En otras palabras, el
berilio y el helio tenían que poder fusionarse con tanta facilidad y tan
deprisa que la tasa de producción de carbono fuese mucho mayor que la tasa de
destrucción. Pero ¿qué podía acelerar sustancialmente la tasa de síntesis de
carbono? Los físicos nucleares sabían de una cosa: un «estado resonante» en el
núcleo de carbono. Los estados resonantes son valores de la energía a la cual
la probabilidad de una reacción alcanza un pico. Hoyle comprendió que si el
núcleo de carbono tuviese un nivel de energía que concordase perfectamente con
la energía equivalente de las masas combinadas del núcleo de berilio y una
partícula alfa (más su energía cinética de movimiento), entonces la tasa de la
fusión de berilio con una alfa aumentaría considerablemente. Es decir, la
probabilidad de que el núcleo inestable de berilio absorbiera otro núcleo de
helio (partícula alfa) para formar carbono se vería muy incrementada. Pero
Hoyle no se limitó a señalar que una resonancia podía ser útil, sino que
calculó con precisión el nivel de energía del núcleo de
carbono necesario para obtener el efecto deseado. Los físicos nucleares miden
las energías de los núcleos en unas unidades llamadas MeV (un MeV es un millón
de electronvoltios). Hoyle calculó que para que la producción de carbono[315]concordase
con la abundancia cósmica observada, se necesitaba un estado resonante en
el 12C de unos 7,68 MeV por encima del nivel más bajo de
energía (el estado fundamental). Además, usando la simetría conocida de los
núcleos de 8Be y 4He, predijo las propiedades
mecánicocuánticas de este estado resonante.
Todo esto era impresionante, pero había un «pequeño» problema: ¡no se conocía
ese estado! La mera idea de que Hoyle utilizase observaciones astrofísicas
generales para realizar una predicción extremadamente precisa de física nuclear
(mucho más precisa, de hecho, de lo que podía calcularse desde la física
nuclear) era poco menos que ridícula, pero a Hoyle le sobraba desparpajo.
Todo esto ocurría en enero de 1953, mientras Hoyle pasaba un sabático de unos
cuantos meses en Caltech. Armado con esta nueva predicción de un nivel de
energía desconocido para el núcleo de carbono, Hoyle se fue derecho a la
oficina de Willy Fowler en el Laboratorio Kellogg para ver si este y su grupo
estarían dispuestos a realizar experimentos para verificar la predicción. Lo
que ocurrió en aquella reunión[316] ya es
leyenda. Fowler recordaría: «Allí estaba aquel hombre pequeño y gracioso que
creía que debíamos parar todo el importante trabajo que teníamos entre manos
para buscar aquel estado, y nosotros más o menos nos lo quitamos de encima.
Déjenos en paz, joven, no nos moleste[317]».
El propio Hoyle recordaría la reunión bajo una luz más positiva:
Para
mi sorpresa, Willy no se rio cuando le expliqué la dificultad. No consigo
recordar si convocó allí y entonces al clan de Kellogg [el grupo de físicos
nucleares que incluía, entre otros, a Ward Whaling, William Wenzel, Noel
Dunbar, Charles Barnes y Ralph Pixley], o si fue unas horas después, o al cabo
de uno o dos días… Fue entonces cuando el consenso general decidió que debería
realizarse un nuevo experimento[318].
En
una entrevista realizada en 2001, ni Ward Whaling ni Noel Dunbar recordaban los
detalles concretos de la reunión, pero Charles Barnes recordaba que apenas se
cabía en el despacho más bien pequeño de Willy y que «a medida que Fred
presentaba sus ideas, estaba claro que los asistentes eran visiblemente
escépticos. Incluso Willy parecía ser algo escéptico». Pasara lo que pasase en
aquella reunión, el resultado neto fue que el «clan de Kellogg» acordó llevar a
cabo el experimento, y se decidió que Ward Whaling y sus colaboradores[319]eran el
grupo que tenía el dispositivo experimental más adecuado para realizar las
mediciones necesarias.
Whaling, Dunbar y sus colaboradores decidieron abordar el problema bombardeando
núcleos de nitrógeno (14N) con deuterio (2H). Esta
reacción nuclear produce núcleos de carbono (12C) y partículas alfa
(4He). Examinando meticulosamente la energía de las partículas alfa
emitidas (y recordando que la energía total se conserva), podían detectar no
solo partículas que salían con alta energía (y que, por tanto, dejaban el
carbono en su estado fundamental de baja energía), sino también partículas que
emergían con una energía menor, y que indicaban que alguna energía se había
quedado en el núcleo de carbono. Los resultados eran claros. A las dos semanas,
el grupo ya había encontrado una resonancia en el carbono a 7,68 MeV (con un
error posible de 0,03 MeV), ¡una concordancia increíble con la predicción de
Hoyle! En el artículo de poco más de una página[320] en el
que describieron los resultados, los físicos nucleares comenzaron con una
observación: «Hoyle explica la formación original de los elementos más pesados
que el helio por este proceso» (fusión de berilio y helio). Y acaban con un
reconocimiento: «Estamos en deuda con el profesor Hoyle por hacernos notar la
significación astrofísica de este nivel».
A pesar de su espectacular éxito de predicción[321], Hoyle se
dio cuenta de que no era momento de dormirse en los laureles. Para que el
carbono sobreviviera, los núcleos tenían que obedecer otro importante
requisito: el carbono tenía que ser incapaz de capturar rápidamente una cuarta
partícula alfa que lo transformaría en oxígeno. En otras palabras, había que
estar seguro de que no existía ningún estado resonante en el núcleo de oxígeno
que acelerase la tasa de reacción del carbono con una partícula alfa. Para
completar su triunfo con la teoría de la producción de carbono, Hoyle demostró
que esa reacción no se produce: la energía del nivel respectivo en el oxígeno
es inferior en aproximadamente un 1 por ciento al valor que la habría hecho
resonante.
Uno podría haber pensado que con tal bombazo entre sus manos, Hoyle correría a
anunciarlo al mundo. En realidad, pasó más de medio año[322] desde
la confirmación de su predicción hasta que Hoyle lo hizo público con brevedad
en un congreso de la Sociedad Americana de Física en Albuquerque. Incluso en
años posteriores, Hoyle nunca le dio demasiada importancia a aquel notable
logro. En 1986 comentó:
En
cierto sentido, aquello no fue más que un pequeño detalle. Pero como los
físicos lo vieron como una predicción insólita y de éxito, tuvo un efecto
desproporcionado sobre su conversión de la visión que entonces sostenían de que
todos los elementos se habían sintetizado en los primeros momentos de un
universo caliente, a la visión más mundana de que los elementos se sintetizan
en las estrellas.[323]
Otros
no pensaron que esto fuese «un pequeño detalle». Cuando el bullicioso George
Gamow decidió resumir cómo veía el papel de Hoyle en la teoría de la formación
de los elementos, lo hizo con un ingenioso relato que tituló «Nuevo Génesis»:
En
el principio creó Dios la radiación y el ylem. Y el ylem estaba sin forma y sin
número, y los nucleones corrían enloquecidos sobre la faz del abismo. Y dijo
Dios: Sea la masa dos; y fue la masa dos. Y vio Dios el deuterio y vio que era
bueno. Y dijo Dios: Sea la masa tres. Y vio Dios el tritio y el tralfio [el
mote que daba Gamow al isótopo de helio 3He] y vio que eran
buenos. Y siguió Dios llamando un número tras otro hasta que llegó a los
elementos transuránicos. Pero cuando miró Su obra, vio que no era buena. Con la
excitación de la cuenta, olvidó llamar a la masa cinco, y así, de manera
natural, no podían formarse elementos más pesados. Dios quedó muy decepcionado,
y en un principio quiso contraer de nuevo el universo y comenzar todo desde el
inicio. Pero eso habría sido demasiado fácil. Y así, siendo omnipotente, Dios
decidió corregir Su error de una manera imposible.
Y
dijo Dios: Sea Hoyle. Y fue Hoyle. Y Dios miró a Hoyle […] y le dijo que
hiciera los elementos pesados como le pluguiere. Y Hoyle decidió hacer los
elementos pesados en las estrellas, y esparcirlos con las explosiones de las
supernovas. Pero al hacerlo tenía que obtener la misma curva de abundancia que
hubiera resultado de la nucleosíntesis en el ylem, si Dios no hubiese olvidado
llamar a la masa cinco. Y así, con la ayuda de Dios, hizo Hoyle elementos
pesados, pero de tan complicado modo que hoy ni Hoyle, ni Dios ni nadie puede
averiguar exactamente cómo fueron hechos[324].
Nótese, por cierto, que de acuerdo con este «Nuevo Génesis», ¡hasta Dios
cometió un error genial!
La Real Academia de las Ciencias de Suecia tampoco pensó que la predicción de
Hoyle fuese un detalle menor. En 1997 decidió conceder el prestigioso premio
Crafoord (otorgado en disciplinas que complementan a aquellas en las que se
concede el premio Nobel) a Hoyle y Salpeter «por su contribución pionera al
estudio de procesos nucleares en estrellas y de la evolución estelar». Al
anunciar el premio, la academia observó: «Tal vez su [de Hoyle] contribución
más importante dentro de este campo sea el artículo en el que demostró que la
existencia de carbono en la naturaleza implicaba la existencia de cierto estado
excitado en los núcleos de carbono por encima del estado fundamental. Esta
predicción fue más tarde verificada experimentalmente[325]».
Hoyle siguió a su predicción del nivel del carbono con un artículo en el que
sentaba las bases de la teoría de la nucleosíntesis estelar: la idea de que la
mayoría de los elementos químicos y sus isótopos se sintetizaron a partir de
hidrógeno y helio por medio de reacciones nucleares en el interior de estrellas
masivas. En este artículo, publicado en 1954[326], Hoyle
explicó de qué modo las abundancias de los elementos pesados que observamos en
la actualidad son el resultado directo de la evolución estelar. Las
estrellas pasan la vida en continua lucha con la gravedad. En ausencia de una
fuerza opuesta, la gravedad llevaría al colapso de las estrellas hacia su
centro. Al «encender» reacciones químicas en su núcleo, las estrellas crean
temperaturas muy elevadas, y las altas presiones asociadas sostienen a las
estrellas en contra de su propio peso. Hoyle describió de qué manera, una vez
consumido el combustible del núcleo (primero el hidrógeno se fusiona en helio,
luego el helio en carbono, luego el carbono en oxígeno y así sucesivamente), la
contracción gravitatoria hace que la temperatura del núcleo aumente hasta la
«ignición» de la siguiente reacción nuclear. De este modo, razonaba Hoyle, en
cada episodio de quema del núcleo, se sintetizaban nuevos elementos hasta
llegar al hierro. Como en cada paso el núcleo es de menor tamaño que el
anterior, la estrella desarrolla una estructura como la de una cebolla, en la
que cada capa está compuesta del principal producto, las «cenizas», si así se
prefiere, de la reacción nuclear precedente (figura 21). Como el hierro es el
núcleo más estable, en el momento en que se forma un núcleo de hierro ya no
queda más energía disponible para la fusión de núcleos en otros más pesados.
Sin una fuente de calor interno para combatir la gravedad, el núcleo de la
estrella se colapsa, desencadenando una espectacular explosión. Estas explosiones
de supernova expulsan con fuerza todos los elementos forjados hacia el espacio
interestelar, donde enriquecen el gas a partir del cual se formarán
generaciones posteriores de estrellas y planetas. Las temperaturas alcanzadas
durante las explosiones son tan elevadas que se forman elementos más pesados
que el hierro por medio de los neutrones que bombardean el material estelar.
Figura 21
El
escenario planteado por Hoyle sigue siendo aún hoy la imagen que a grandes
trazos representa la evolución de las estrellas. Sorprendentemente, este
artículo clave para entender el desarrollo de la teoría de la nucleosíntesis
estelar recibió en su tiempo relativamente poca atención, tal vez porque se
publicó en una revista nueva de astrofísica que aún era poco conocida en la
comunidad de físicos nucleares.
Willy Fowler también quedó impresionado con la predicción de Hoyle del nivel
resonante del carbono. De hecho, pasó su siguiente sabático en Cambridge para
trabajar con Hoyle. La colaboración entre estos dos hombres y el equipo de
astrónomos formado por el matrimonio de Geoffrey y Margaret Burbidge condujo a
uno de los trabajos más conocidos de la astrofísica. El hito que marcó el
artículo de 1957[327] de
Burbidge, Burbidge, Fowler y Hoyle (que suele conocerse como B2FH)
ofrecía una teoría general de la síntesis de todos los elementos más pesados
que el boro en las estrellas. En cierto modo, cuando Joni Mitchell cantaba «We
are stardust» («Somos polvo de estrellas»), se limitaba a hacer una glosa
concisa y lírica del artículo de Hoyle de 1954 y del B2FH. En apoyo
de sus cálculos teóricos, los cuatro investigadores utilizaron amplios datos
astronómicos sobre las abundancias de elementos pesados en estrellas y
meteoritos y los combinaron con datos nucleares cruciales de experimentos y de
la prueba de la bomba de hidrógeno en el Atolón Eniwetok en el Pacífico del 1
de noviembre de 1952. Describieron no menos de ocho procesos nucleares que
sintetizan elementos en estrellas e identificaron los distintos ambientes
astrofísicos en los que tienen lugar estos procesos. B2FH señaló
correctamente que las observaciones que indican que «hay auténticas diferencias
entre estrellas en su composición química» proporcionan un fuerte argumento a
favor de la teoría de la nucleosíntesis estelar y en contra de que todos los
elementos se hayan sintetizado en el big bang.
El artículo fue un genuino tour de force. Extenso, de 108 páginas,
comenzaba con un toque romántico: dos citas contradictorias de Shakespeare
sobre la cuestión de si las estrellas gobiernan el destino de la humanidad. La
primera, de El rey Lear, dice: «Son las estrellas, las estrellas
sobre nosotros rigen nuestro estado». A esta le siguen las palabras «pero
quizá» precediendo a la segunda cita, de Julio César: «La culpa,
querido Bruto, no es de nuestras estrellas, sino de nosotros mismos». El
artículo acababa con una llamada a los observadores para que hicieran todos los
esfuerzos posibles para determinar las abundancias relativas de distintos
isótopos en las estrellas, pues estas se podrían utilizar para poner a prueba
los distintos esquemas de reacciones nucleares. La figura 22 muestra una
fotografía tomada en el Instituto de Astronomía Teórica, en Cambridge, en 1967.
Fred Hoyle está en el centro de la segunda fila, con Margaret Burbidge a su
izquierda. Willy Fowler está en el centro de la primera fila, con Geoff
Burbidge a su derecha.
Pero hay una cosa que el artículo B2FH no alcanzó a hacer. Por mucho
que lo intentaron, Hoyle y sus colaboradores no consiguieron explicar la
abundancia de los elementos más ligeros formándolos en el interior de las
estrellas. El deuterio, el litio, el berilio y el boro eran demasiado frágiles:
el calor del interior de las estrellas bastaba para que estos elementos
quedasen destruidos por reacciones nucleares, en lugar de ser creados. El helio,
el segundo elemento más abundante del cosmos, también resultó ser problemático.
Esto puede resultar chocante, habida cuenta de que claramente las estrellas
están formadas por helio. A fin de cuentas, ¿no es la fusión de cuatro
hidrógenos para formar helio la principal fuente de energía de la mayoría de
las estrellas como el Sol? La dificultad no estaba en la síntesis de helio en
general, sino en la síntesis de cantidades suficientes de este elemento.
Cálculos meticulosos habían mostrado que la nucleosíntesis en las estrellas
predecía para el helio una abundancia cósmica de solo entre un 1 y un 4 por
ciento, mientras que el valor observado era del 24 por ciento. Esto dejaba
al big bang como la única fuente para los elementos ligeros,
tal como habían sugerido Gamow y Alpher.
Como el lector ya habrá notado, la historia de la génesis de los elementos, la
«historia de la materia», como la llamaba Hoyle, contiene una suerte de
«compromiso cósmico». Gamow quería que todos los elementos se hubieran creado a
los pocos minutos del big bang («en menos tiempo del necesario
para cocinar un plato de pato con patatas asadas»). Hoyle quería que todos los
elementos se forjasen en el interior de estrellas durante el largo proceso de
la evolución estelar. La naturaleza se inclinó por un toma y daca: los
elementos ligeros como el deuterio, el helio y el litio se habían sintetizado
en el big bang, pero todos los elementos más pesados, y en
particular los esenciales para la vida, se cocieron en el interior de
estrellas.
Figura 22
Hoyle
tuvo la oportunidad de presentar su visión de la historia de la materia incluso
en el Vaticano. Pocos meses antes de que el artículo B2FH apareciera
impreso, la Academia Pontificia de las Ciencias y el Observatorio Vaticano
organizaron una reunión científica sobre «poblaciones estelares» en el
Vaticano. Entre las dos docenas de invitados se encontraban algunos de los
científicos más destacados de la astronomía y la astrofísica de su tiempo.
Tanto Fowler como Hoyle presentaron sus resultados[328] sobre
la síntesis de los elementos, y a Hoyle se le pidió además que hiciera un
resumen de la reunión[329] desde
un punto de vista físico. El astrónomo holandés Jan Oort lo resumió desde una
perspectiva astronómica. Durante la inauguración de la reunión, el 20 de mayo
de 1957, los participantes conocieron al papa Pío XII. La figura 23 muestra a
Hoyle dándole la mano al Papa. Willy Fowler (que en la foto nos da la espalda)
se encuentra a la derecha de Hoyle, y Walter Baade (de cara a nosotros) está a
la derecha del Papa.
Figura 23
El
resto, como se suele decir, ya es historia. El programa experimental y teórico
del Laboratorio Kellogg se convirtió, bajo el dinámico liderazgo de Willy
Fowler, en el nodo de referencia para la astrofísica nuclear. Fowler recibió el
premio Nobel de Física en 1983 (junto al astrofísico Subramanyan
Chandrasekhar). Muchas personas, incluido el propio Fowler, creían que el
premio se debería haber compartido con Hoyle[330]. En 2008,
Geoffrey Burbidge llegó incluso a decir: «La teoría de la nucleosíntesis
estelar[331] debe
atribuirse únicamente a Fred Hoyle, como demuestran sus artículos de 1946 y
1954 y el trabajo de colaboración de B2FH. Al escribir el B2FH,
todos incorporamos los trabajos previos de Hoyle».
Entonces, ¿por qué no se le concedió el premio Nobel a Hoyle? Hay varias
opiniones. Basándose en correspondencia privada, Geoff Burbidge llegó a la
conclusión de que una de las razones principales de la exclusión fue la
percepción (que insistía en que no estaba justificada) de que Fowler había sido
el líder de B2FH. El propio Hoyle creía, al parecer, que se le había
denegado el premio a causa de sus críticas al comité Nobel cuando este decidió
conceder el premio por el descubrimiento de los púlsares a Antony Hewish y no a
su estudiante de doctorado Jocelyn Bell, que fue quien en realidad había hecho
el descubrimiento. Otros creían que la insistencia de Hoyle en ideas poco o
nada ortodoxas sobre el big bang, que discutiremos a conciencia en
el próximo capítulo, podrían haber tenido algo que ver con el hecho de que no
recibiera el premio.
¿Cuáles eran esas ideas discrepantes? ¿Cuál era el contexto de la oposición de
Hoyle al big bang?
Durante los años de la segunda guerra mundial, Hoyle acabó trabajando en el
Centro de Señales del Almirantazgo en Witley, en el condado de Surrey. Allí
trabó amistad con dos de sus compañeros más jóvenes, Hermann Bondi y Thomas
«Tommy» Gold, ambos judíos de origen austriaco que habían escapado a Inglaterra
tras el ascenso del nazismo. Irónicamente, antes de trabajar para la marina en
Witley, el gobierno británico los había tenido encerrados como extranjeros
enemigos a causa de sus raíces austriacas.
Así es como Gold describe su primera impresión de Hoyle: «Me pareció tan
extraño; no parecía que escuchara nunca cuando la gente le hablaba, y su fuerte
acento del norte de Inglaterra quedaba bastante fuera de lugar». Pero muy
pronto cambió de opinión:
También
descubrí que no había sabido interpretar la aparente actitud de Hoyle de no
escuchar. De hecho, escuchaba con sumo cuidado y tenía una memoria
extraordinariamente buena, como descubriría más tarde, pues a menudo recordaba
mejor que yo mismo lo que yo le había dicho. Creo que se daba aquel aire no
para decir «No estoy escuchando», sino más bien: «No trate de influir en mí;
voy a formarme mi propia opinión.[332]».
En
los ratos libres que les dejaba el centro de investigación sobre radares de la
marina, el trío formado por Hoyle, Bondi y Gold comenzó a discutir sobre
astrofísica, y aquellas conversaciones de colaboración[333] prosiguieron
después de la guerra. En 1945 los tres regresaron a Cambridge, y hasta 1949
pasaron cada día varias horas juntos en la residencia de Bondi. Fue durante ese
periodo cuando comenzaron a pensar en la cosmología, el estudio de
todo el universo observable, tratado como una unidad. La Real Sociedad
Astronómica le pidió a Bondi que escribiera lo que entonces se llamaba una
nota, pero que en realidad era un artículo de revisión que agrupaba un extenso
campo de conocimiento. Hoyle sugirió el tema de la cosmología[334], pues
desde su punto de vista «la cuestión ha estado en desuso durante mucho tiempo».
Para ponerse al día sobre el tema, Bondi se sumergió en la literatura
existente, que incluía un extenso artículo de 1933 titulado «Cosmología
relativista», del físico Howard Percy Robertson. Hoyle, que ya había leído el
artículo anteriormente, decidió releerlo con mayor atención. Ambos se dieron
cuenta de que aquel ensayo casi enciclopédico hacía revisión, de forma más bien
desapasionada, de diversas posibilidades de evolución cósmica sin ofrecer una
opinión. Con su típico estilo inconformista, Hoyle inmediatamente comenzó a
pensar: «¿De verdad ha lanzado [Robertson] una red lo bastante amplia? ¿Hay
alguna otra posibilidad?». Al propio tiempo, Gold se estaba abriendo camino a
ideas más filosóficas sobre el universo. Estas fueron las semillas de la teoría
de la cosmología del estado estacionario, que fue propuesta en
1948. Como pronto descubriremos, la teoría fue un serio competidor del big
bang durante más de quince años antes de convertirse en el centro de
una controversia a menudo agria.
Capítulo 9
¿Lo mismo para toda la eternidad?
Las
ideas audaces, las expectativas injustificadas y el pensamiento especulativo
son los únicos medios de que disponemos para interpretar la naturaleza […]
Quienes no están dispuestos a exponer sus ideas al riesgo de la refutación no
participan en el juego científico.
Karl Popper
Los
trabajos de Hoyle que más han perdurado son los que realizó en los ámbitos de
la astrofísica y la evolución estelar. Sin embargo, la mayoría de quienes lo
recuerdan por sus libros de divulgación y sus prominentes programas
radiofónicos lo conocen como cosmólogo y como uno de los que concibieron la
idea de un universo estacionario. Pero ¿qué significa realmente ser cosmólogo?
La pregunta «¿a qué distancia se encuentra el planeta más cercano a la Tierra?»
no es una pregunta de la cosmología moderna. Incluso preguntas a una escala
mucho mayor, como «¿cuál es la distancia de la Vía Láctea a la galaxia más
cercana?», no se consideran preguntas de la cosmología. La cosmología se ocupa
de las propiedades medias de nuestro universo observable, las que se obtienen
cuando se promedia hasta el alcance de nuestros más potentes telescopios.
Aunque las galaxias tienden a residir en pequeños grupos o en grandes cúmulos,
ambos sostenidos por la fuerza de la gravedad, cuando muestreamos un volumen lo
bastante grande, el universo se nos aparece homogéneo e isotrópico. Dicho de
otro modo, no existe ninguna posición privilegiada en el universo, y todo tiene
el mismo aspecto en todas las direcciones. Estadísticamente hablando, cualquier
cubo cósmico de quinientos millones de años luz de lado o mayor tendrá un
aspecto muy parecido en cuanto a su contenido, con independencia del lugar que
ocupe en el universo. (Un año luz es la distancia que recorre la luz en un año,
unos 10 billones de kilómetros). Esta homogeneidad a gran escala se va haciendo
más exacta a medida que aumentamos la escala, hasta llegar al «horizonte» de
nuestros telescopios. La cosmología se ocupa precisamente de aquellas preguntas
que nos darían la misma respuesta con independencia de la galaxia en la que
estemos o de la dirección en que apuntemos el telescopio.
Einstein había introducido en 1917 la suposición de la homogeneidad e isotropía
del universo a gran escala, pero esta conjetura simplificadora fue elevada al
estatus de principio fundamental en un artículo publicado en 1933 por el
astrofísico Edward Arthur Milne. A este principio Milne lo llamaba «principio
extendido de la relatividad», y requería que «no solo las leyes de la
naturaleza[335] sino
también los sucesos que ocurren en la naturaleza, deben aparecer del mismo modo
a todos los observadores, estén donde estén». Hoy la estipulación de la
homogeneidad y la isotropía se conoce como principio cosmológico (un nombre
acuñado por el astrónomo alemán Erwin Finlay-Freundlich), y la evidencia
directa más poderosa de su validez proviene de observaciones del «relumbre de
la creación»: la radiación cósmica del fondo de microondas. Esta radiación es
un vestigio de la primigenia bola de fuego, caliente, densa y opaca. Proviene
de todas las direcciones y es isotrópica hasta más de una parte en diez mil.
(En palabras del astrónomo Bob Kirshner, «más suave que el culo de un bebé»).
Las prospecciones de galaxias a gran escala también indican un alto grado de
homogeneidad. En todas las prospecciones que comprenden una sección lo bastante
grande del cosmos para constituir una «buena muestra», hasta las estructuras
más conspicuas se empequeñecen y suavizan.
Como el principio cosmológico ha resultado ser tan eficaz cuando se aplica a
distintas posiciones del espacio, era natural preguntarse si se podía ampliar
para aplicarlo también al tiempo. Es decir, ¿se puede decir que el
universo es invariable en su apariencia a gran escala así como en sus leyes
físicas? Esta es la gran pregunta que plantearon Hoyle, Bondi y Gold en 1948.
Un extremo divertido es que para plantearse esa pregunta el ilustre trío podría
haberse inspirado en una película de terror británica titulada Dead of
Night. (La figura 24 muestra el cartel original del filme). Así es como el
propio Hoyle describía la secuencia de acontecimientos:
En
cierto sentido, se podría decir que la teoría del estado estacionario comenzó
la noche en que Bondi, Gold y yo asistimos a una de las salas de cine de
Cambridge […] [la película Dead of Night] era una secuencia de cuatro
historias de fantasmas, aparentemente inconexas tal como las relataban los
distintos protagonistas de la película, pero con la interesante propiedad de
que el final de la cuarta historia conectaba inesperadamente con el principio
de la primera, estableciendo así la posibilidad de un ciclo sin fin.[336]
Figura 24
Cuando
los tres colegas regresaron a Trinity College, Gold preguntó de repente: «¿Y si
el universo fuese así?», con lo que quería decir que el universo podía estar
eternamente describiendo un círculo sobre sí mismo, sin un principio ni un fin.
La idea era sin duda interesante, salvo por el hecho de que a primera vista
parecía entrar en contradicción con el descubrimiento del sacerdote y cosmólogo
belga Georges Lemaître y el astrónomo Edwin Hubble de que el universo se estaba
expandiendo. La expansión cósmica parecía apuntar más bien a una evolución
lineal, con un inicio denso y caliente (el big bang) y una
dirección clara para la flecha del tiempo. Hoyle, Bondi y Gold eran plenamente
conscientes de estos hallazgos, y el descubrimiento de Hubble y lo que podía
implicar ya habían aparecido con frecuencia en las discusiones del trío. En una
entrevista en 1978, Gold recordaba aquellos intensos análisis:
Lo
que ocurrió fue que hubo un periodo en el que Hoyle y yo nos reuníamos un buen
rato en las habitaciones de Bondi en la residencia y discutíamos, como Hoyle
siempre insistía en hacer, sobre lo que realmente significaba lo de Hubble. […]
Todas esas galaxias desplazándose, separándose, ¿y después solo quedaría un
espacio terriblemente vacío? ¿Había sido muy denso en el pasado?[337]
Todas
aquellas reflexiones les habían llevado a un resultado inesperado: Hoyle, Bondi
y Gold comenzaron a pensar seriamente sobre el problema de si la expansión
cósmica observada se podía encajar de algún modo en el contexto de una teoría
de un universo inmutable.
Pero antes de sumergirnos en este fascinante tema, volvamos por un momento a
los años 1920. El descubrimiento de la expansión del universo no es solo uno de
los descubrimientos astronómicos más extraordinarios del siglo XX, sino que
además desempeña un papel tan crucial tanto en el error de Hoyle como en el de
Einstein que merece la pena hacer un paréntesis para revisar la historia de
este hito. La historia es especialmente pertinente porque un nuevo e inesperado
giro en la crónica de los acontecimientos creó una gran convulsión en la
comunidad de astrónomos e historiadores de la ciencia en 2011.
La expansión cósmica: Perdida (en la traducción)[338] y
encontrada
Cuando los cosmólogos dicen que nuestro universo se expande, basan esta
aserción fundamentalmente en los indicios que se derivan del movimiento
aparente de las galaxias. Hay un ejemplo muy simplificado pero usado muy a
menudo que puede ayudar a visualizar el concepto.
Imaginemos un mundo bidimensional que solo existe sobre la superficie de una
esfera de goma (figura 25). Las galaxias de este mundo son simplemente unas
motas pequeñas y redondas (como las que se obtienen con una perforadora de papel)
pegadas sobre su superficie. Para los habitantes de este mundo, no existe ni el
interior de la esfera ni el espacio exterior; su universo entero se limita a la
superficie. Es importante comprender que este mundo no tiene un centro; ninguna
de las motas de la superficie es diferente de ninguna de las otras motas.
(Recordemos que el centro de la propia esfera no forma parte de este mundo).
Este universo tampoco tiene límites o márgenes. Si un punto se desplazase en
cualquier dirección sobre la superficie esférica, nunca llegaría a un margen.
Pues bien, ¿qué pasaría si esta esfera se inflase? Con independencia de la mota
de la superficie en la que vivamos, observaremos que todas las otras motas se
alejan de nosotros. Además, las motas más distantes se alejarán más deprisa:
una mota que esté el doble de lejos que otra se moverá el doble de rápido
(puesto que recorrerá el doble de distancia durante el mismo periodo de
tiempo). En otras palabras, la velocidad de la recesión será proporcional a la
distancia. La teoría de la relatividad general de Einstein nos dice que la
urdimbre del espacio-tiempo (la combinación de espacio y tiempo en un único
continuo) de nuestro universo se comporta de tal manera que podemos darle la
vuelta a este ejemplo simplificado: el descubrimiento de que todas las galaxias
distantes se alejan de nosotros, unido al hecho de que la velocidad de la
recesión es proporcional a la distancia, implica que el espacio de nuestro
universo se está estirando. (Volveremos a ocuparnos de esta cuestión en el
capítulo 10). Nótese que la expansión del universo no se puede comparar con la
explosión de una granada de mano. En este caso, la explosión se produce dentro
de un espacio existente, y tiene un centro bien definido (y un margen). En el
universo, en cambio, el movimiento de recesión surge del hecho de que el propio
espacio se está estirando. Ninguna galaxia es diferente de ninguna otra; desde
cualquier dirección vemos todas las otras galaxias alejándose en todas las
direcciones.
Como la horquilla de distancia de las observaciones originales de Hubble era
relativamente limitada, inferir a partir de ellas una expansión universal
habría sido un auténtico acto de fe de no ser por algunas ideas teóricas que
sustentaban la idea, algunas de las cuales habían precedido incluso a las
observaciones. De hecho, ya en 1922, el matemático ruso Aleksandr Friedmann[340] demostró
que la relatividad general permitía un universo en expansión, lleno de materia
y sin límites. Aunque pocos tomaron nota de los resultados de Friedmann (aparte
del propio Einstein, que reconoció su corrección matemática pero los desechó,
pues creía que «difícilmente se les puede atribuir significado físico»), la
idea de un universo dinámico comenzaba a ganar influencia durante la década de
1920. En consecuencia, la interpretación de las observaciones de Hubble en el
contexto de un universo en expansión se hizo popular bastante rápido.
Los físicos a veces tienden a ignorar la historia de su disciplina. Al fin y al
cabo, a quién le importa quién descubrió qué siempre y cuando los
descubrimientos se divulguen. Solo los regímenes totalitarios han tenido la
obsesión de insistir en que todas las ideas buenas eran propias. En un antiguo
chiste sobre la Unión Soviética, un visitante importante es llevado al museo de
la ciencia de Moscú. En la primera sala, ve una pintura gigante de un hombre
ruso del que nunca había oído hablar. Cuando pregunta quién es aquella persona,
le dicen: «Este es tal y cual, el inventor de la radio». En la segunda sala hay
otro retrato gigante de un extraño absoluto. «El inventor del teléfono», le
informa su anfitrión. Y así continúa durante una docena de salas más. En la
última sala hay un cuadro que en comparación empequeñece al resto de las
pinturas. «¿Y este quién es?», pregunta el asombrado visitante. El anfitrión
sonríe y responde: «Este es el hombre que inventó a todos los hombres de las
salas anteriores».
En unos pocos casos, sin embargo, los descubrimientos son de tal magnitud que
puede ser muy útil entender bien el camino que llevó a aquellas ideas, y la
atribución correcta. No hay duda de que el descubrimiento de la expansión del
universo cae en esta categoría, si no por otra razón, por el hecho de que la
expansión sugiere que nuestro universo tuvo un principio.
Durante 2011 estalló un apasionado debate[341] sobre
quién merece el crédito por el descubrimiento de la expansión cósmica. En
concreto, unos pocos artículos plantearon la sospecha de que durante los años
1920 se aplicasen algunas prácticas deshonestas de censura para garantizar que
Edwin Hubble tuviera la prioridad del descubrimiento.
He aquí, muy brevemente, el contexto y los hechos más relevantes de este
debate.
En febrero de 1922, el astrónomo Vesto Slipher[342] había
medido las velocidades radiales (velocidades a lo largo de nuestra línea de
visión) de cuarenta y una galaxias. En un libro publicado en 1923, Arthur
Eddington reprodujo esas velocidades[343] y
comentó: «La gran preponderancia de velocidades positivas [de recesión] es
sorprendente, pero la falta de observaciones de las nebulosas meridionales es
desafortunada, e impide una conclusión final». (A las galaxias se las conocía
antiguamente como nebulosas [del latín «niebla» o «nube»] por su aspecto
borroso). En 1927 Georges Lemaître publicó (en francés) un notable artículo[344] cuyo
título decía (en su traducción): «Un universo homogéneo de masa constante y de
razón creciente explica la velocidad radial de las nebulosas extragalácticas».
Por desgracia, fue publicado en una revista de poca circulación, los Annales
de la Société Scientifique de Bruxelles. En él, Lemaître primero descubre
soluciones dinámicas (de expansión) para las ecuaciones de la relatividad
general de Einstein, a partir de las cuales deriva el fundamento teórico de lo
que hoy se conoce como ley de Hubble: el hecho de que la velocidad de recesión
sea directamente proporcional a la distancia. Pero Lemaître no se limitó a
hacer unos cálculos teóricos, sino que, utilizando las velocidades de las
galaxias medidas por Slipher, además de distancias aproximadas determinadas a
partir de mediciones de brillo realizadas por Hubble[345] en
1926, descubrió la existencia de una provisoria «ley de Hubble» y determinó la
tasa de expansión del universo. Para el valor numérico de esa tasa, que hoy
conocemos como constante de Hubble, Lemaître obtuvo 625 (en las unidades
comunes de kilómetros por segundo por cada 3,26 millones de años luz de
distancia). Dos años más tarde, Edwin Hubble obtuvo un valor[346] de
aproximadamente 500 para esa misma cantidad. (Hoy sabemos que ambos valores se
equivocaban de un orden de magnitud). De hecho, Hubble utilizó esencialmente
las mismas velocidades de recesión (las determinadas por Slipher) sin mencionar
en ningún momento en su artículo que eran de este autor. Hubble usó mejores
distancias, basadas en parte en mejores indicadores de distancias estelares.
Lemaître era plenamente consciente del hecho de que las distancias que había
usado eran solo aproximadas. Llegó a la conclusión de que las estimaciones de
distancias disponibles entonces parecían insuficientes para evaluar la validez
de la relación lineal que había descubierto.
Basándome solamente en lo que he descubierto[347] hasta
el momento, creo que la mayoría de la gente estaría de acuerdo en que lo justo
sería atribuir el descubrimiento del universo en expansión y de la provisional
existencia de la ley de Hubble a Lemaître, y la confirmación detallada de esa
ley a Hubble y Humason. Las observaciones posteriores y realmente meticulosas
de Hubble y Humason extendieron las mediciones de velocidades de Slipher a
distancias mayores y más precisas. Y aquí es donde la trama se enreda.
La traducción inglesa del artículo de Lemaître[348] de
1927 se publicó en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society de
Inglaterra en marzo de 1931. Sin embargo, se eliminaron algunos párrafos de la
versión original en francés; en concreto, el párrafo que describía la ley de
Hubble y en el que Lemaître usaba las cuarenta y dos galaxias de las que tenía
distancias y velocidades (aproximadas) para derivar un valor de 625 para la
constante de Hubble. También faltaba un párrafo en el que Lemaître discutía los
posibles errores en las estimaciones de las distancias, y dos notas a pie de
página, en una de las cuales hacía hincapié en la interpretación de la
proporcionalidad entre la velocidad y la distancia como resultado de una
expansión relativista. En la misma nota, Lemaître calculaba también dos valores
posibles para la constante de Hubble: 575 y 670, dependiendo de cómo se
agrupasen los datos.
¿Quién tradujo el artículo? ¿Y por qué se eliminaron esos párrafos de la
versión inglesa? Varios detectives aficionados de la historia de la ciencia
sugirieron en 2011 que alguien había censurado deliberadamente del artículo de
Lemaître las partes relacionadas con la ley de Hubble y la determinación de la
constante de Hubble. El astrónomo canadiense Sidney van den Bergh[349] especuló
que quien realizó aquella «corrección selectiva» lo hizo para impedir que el
artículo de Lemaître socavara la pretensión de prioridad de Edwin Hubble.
«Escoger una parte en medio de una ecuación es algo que debió hacerse a
propósito», observó. El matemático sudafricano David Block fue incluso algo más
lejos[350]. Sugirió
que el propio Edwin Hubble podría haber tenido algo que ver con esta cósmica
«censura» para asegurarse de que el crédito por el descubrimiento de la
expansión del universo fuese a él y al Observatorio de Monte Wilson, donde
había realizado las observaciones.
Siendo el caso que durante más de dos décadas he trabajado con el homónimo de
Hubble, el Telescopio Espacial Hubble, me interesé lo bastante por esta
historia policiaca como para intentar evaluar los hechos más meticulosamente.
Comencé por examinar las circunstancias que rodearon la traducción del artículo
de Lemaître.
Para empezar, obtuve una copia[351] de la
carta original enviada por el editor de Monthly Notices de
aquella época, el astrónomo William Marshall Smart, a Georges Lemaître. En esa
carta (figura 26), Smart le pregunta a Lemaître si permitiría que su artículo
de 1927 se reimprimiese en Monthly Notices, puesto que el Real
Consejo Astronómico consideraba que el artículo no era tan conocido como
merecía su importancia. El párrafo más importante de la carta dice así:
Brevemente,
si la Soc. Scientifique de Bruxelles [en los anales de la cual se publicó el
artículo original] está dispuesta a darnos su permiso, nos gustaría que el
artículo se tradujese al inglés. Además, si usted tiene adiciones, etc., sobre
el asunto, estaríamos encantados de imprimirlas. Imagino que si hubiera
adiciones se podría inserir una nota que indique que §§1–n son sustancialmente
del artículo de Bruselas + el resto es nuevo (o algo más elegante).
Personalmente, y también en nombre de la Sociedad, confío en que pueda hacer
esto.
Figuras 26a y 26b
Mi
reacción inmediata fue que el texto de la carta de Smart era completamente
inocente, y ciertamente no sugería ningún intento de edición[352] o
censura. Pero aunque estaba bastante convencido de la corrección de esta
interpretación no conspiratoria de la carta de Smart, los dos misterios
principales (quién tradujo el artículo y quién eliminó los párrafos) seguían
sin resolverse. En un intento por aclarar estas dudas de una vez por todas,
decidí explorar el asunto más a fondo examinando todas las actas del consejo y
toda la correspondencia que ha sobrevivido del año 1931 en la Biblioteca de la
Real Sociedad de Londres[353]. Tras
inspeccionar cientos de documentos irrelevantes y casi darme por vencido,
descubrí dos «pistolas humeantes». Primero, en las actas del consejo del 13 de
febrero de 1931, se informa de lo siguiente: «Sobre la moción del Dr. Jackson,
se resuelve que se le pregunte al Abbé Lemaître si permitiría que su artículo
"Un Univers Homogène de Masse Constante et de Rayon Croissant", o una
traducción al inglés del mismo, se publique en Monthly Notices».
Esta es, naturalmente, la decisión que se menciona en la carta de Smart a
Lemaître. (Si se me permite un divertido paréntesis, las mismas actas también
informan de que «Se ha discutido una moción de sir Arthur
Eddington para que se permita fumar durante las reuniones del Consejo. Se
resuelve que se permita fumar a partir de las tres y media de la tarde»). En
segundo lugar, hallé la respuesta de Lemaître[354] a la
carta de Smart (figura 27), datada el 9 de marzo de 1931. La carta dice así:
Estimado
Dr. Smart
Agradezco enormemente el honor que supone para mí y para mi sociedad que mi
artículo de 1927 sea publicado por la Real Sociedad Astronómica. Le envío una
traducción del artículo. No me ha parecido apropiado reproducir la discusión
provisional sobre las velocidades radiales que claramente no presenta ningún
interés real [muy posiblemente Lemaître quería traducir la palabra francesa
actuel, que significa «actual»], así como la nota geométrica, que se podría
sustituir por una breve bibliografía de artículos antiguos y nuevos sobre el
tema [la cursiva es mía]. Adjunto un texto en francés que indica los pasaje
omitidos en la traducción. He hecho una traducción tan exacta como he podido,
pero le estaría muy agradecido si alguno de los suyos fuese tan amable de
leerla y corregir mi inglés, que me temo que es bastante rudimentario. No he
cambiado ninguna fórmula, ni siquiera he modificado la sugerencia final, que no
está confirmada por mis trabajos recientes. No he vuelto a escribir la tabla, que
puede imprimirse a partir del texto francés.
Por lo que respecta a añadidos sobre el tema, acabo de obtener las ecuaciones
de la expansión del universo por un nuevo método que pone de manifiesto la
influencia de las condensaciones y las causas posibles de la expansión. Me
gustaría presentarlas a su sociedad en un artículo aparte.
Me placería enormemente ser miembro de su sociedad y agradecería ser presentado
por el Prof. Eddington y usted mismo.
Si el Prof. Eddington tiene ya una separata de su artículo de mayo en M. N. me
gustaría recibirla.
Le agradeceré que salude de mi parte al Prof. Eddington.
Figura 27
Esto
acaba de una vez por todas con las especulaciones sobre quién tradujo el
artículo y quién borró los párrafos: ¡fue el propio Lemaître!
La carta de Lemaître también nos abre una fascinante ventana a la psicología
científica de los investigadores (por lo menos de algunos) de la década de
1920. Lemaître no estaba para nada obsesionado con establecer prioridad para su
descubrimiento original. Dado que los resultados de Hubble ya se habían
publicado en 1929, no le veía sentido a repetir en 1931 sus hallazgos
anteriores, más provisionales, sino que prefirió mirar hacia el futuro y
publicar su nuevo artículo, «El universo en expansión[355]», y así lo
hizo. La petición de Lemaître de unirse a la Real Sociedad Astronómica también
llegó a ser aceptada. Lemaître fue elegido oficialmente como asociado el 12 de
mayo de 1939.
El universo estacionario
Volviendo a la provocadora pregunta de Gold, «¿Y si el universo fuese así?»,
refiriéndose al argumento circular de la película Dead of Night,
sus colegas no consideraron la posibilidad apetecible, al menos en un
principio. Hoyle enseguida cortó a Gold, burlándose: «¡Bah!, lo refutaremos
antes de la cena». Pero esa «predicción» resultó ser incorrecta. En palabras de
Bondi, «Aquella noche la cena fue bastante tarde[356], y no
tardamos mucho en decir todos que era una solución perfectamente posible». O
sea que un universo inmutable, sin principio ni fin, comenzó a parecerles cada
vez más atractivo. A partir de entonces, sin embargo, Hoyle adoptó un enfoque
del problema algo distinto que sus compañeros científicos.
La actitud de Bondi y Gold se basaba en un concepto filosófico atractivo. Si el
universo está evolucionando y cambiando, argumentaron, no hay ninguna razón
clara para creer que las leyes de la naturaleza tengan una validez permanente.
Al fin y al cabo, esas leyes se establecieron a partir de experimentos
realizados aquí y ahora. Además, Bondi y Gold presentían que el principio
cosmológico, tal como se había enunciado originalmente, presentaba otra
dificultad. Suponía que unos observadores situados en distintas galaxias de
cualquier lugar del universo discernirían la misma imagen a gran escala del
cosmos. Pero si el universo está evolucionando continuamente en el tiempo,
entonces los distintos observadores compararían sus notas al mismo tiempo, lo
que implicaba la necesidad de definir con precisión lo que significaba «al
mismo tiempo». Para esquivar todos estos obstáculos, Bondi y Gold propusieron
su Principio Cosmológico Perfecto[357], que
añadía al principio original el requisito de que no exista un tiempo preferido
en el cosmos, que el universo tenga el mismo aspecto desde cualquier
punto en todos los tiempos.
Aunque Hoyle decidió tomar un camino distinto, el intuitivo principio de Bondi
y Gold le pareció convincente, sobre todo porque de paso resolvía otro problema
inferido a partir de las observaciones del universo en expansión. La
determinación de Hubble de la tasa de expansión (que más adelante se vería que
era incorrecta) implicaba un escenario de pesadilla en el que el universo solo
tenía 1200 millones de años de edad, ¡mucho menos que la edad estimada de la
Tierra! Así que, a pesar del enorme prestigio de Hubble («exagerado en los años
1930 y 1940», a decir de Bondi), Hoyle, Bondi y Gold pensaron que había que
encontrar otra solución. Pero a diferencia de Bondi y Gold, Hoyle adoptó un
enfoque más matemático[358] y
menos filosófico. En concreto, desarrolló su teoría en el marco de la
relatividad general de Einstein. Partió del hecho observado de que el universo
se estaba expandiendo. Esto enseguida planteaba una cuestión: si las galaxias
están alejándose continuamente unas de otras, ¿significa eso que el espacio
está cada vez más vacío? Hoyle respondió con un no categórico. En su lugar,
propuso que la materia se creaba continuamente por todo el espacio, de manera
que constantemente se formaban nuevas galaxias y cúmulos de galaxias con una
tasa que compensa de manera exacta la dilución causada por la expansión
cósmica. De este modo, razonaba Hoyle, el universo se mantiene en un estado
estacionario. En una ocasión hizo un agudo comentario: «Las cosas son como son
porque fueron del modo que fueron». La diferencia entre un universo
estacionario y un universo en evolución (big bang) se muestra de manera
esquemática en la figura 28, donde de nuevo he usado la analogía de la esfera
que se va inflando. En ambos casos, comenzamos (arriba) con una muestra del
universo en la que las galaxias vienen representadas por pequeñas motas. En el
escenario evolutivo (a la izquierda), al pasar un tiempo las galaxias se han
alejado unas de otras (abajo a la izquierda), reduciendo la densidad global de
materia. En el escenario del estado estacionario, en cambio, se han creado
nuevas galaxias de modo que la densidad media se mantiene igual (abajo a la
derecha).
La idea de que la materia se crea de manera continua de la nada puede parecer
una locura a primera vista. Sin embargo, como Hoyle se apresuró a señalar,
tampoco sabía nadie de dónde había salido la materia en la cosmología del big
bang. La única diferencia era, a su entender, que en el escenario del big
bangtoda la materia se creaba en una sola explosión inicial, mientras que
en el modelo del estado estacionario la materia se creaba a una tasa constante
durante un tiempo infinito, y todavía se crea en la actualidad con la misma
tasa. Hoyle defendía que el concepto de creación continua de la materia (cuando
se pone en el contexto de una teoría específica) era mucho más atractivo que la
creación del universo en el pasado remoto, puesto que esta última implicaba que
los efectos observables habían surgido por «causas desconocidas para la ciencia[359]». Para
alcanzar un estadio estacionario, Hoyle añadió a las ecuaciones de la
relatividad general de Einstein un término que representaba un «campo de
creación», cuyo efecto era crear materia de manera espontánea. ¿Qué tipo de
materia? Hoyle no lo sabía con seguridad, pero conjeturó: «La creación de
neutrones parece ser la posibilidad más probable. Cabría esperar que las
consiguientes desintegraciones aportaran el hidrógeno que necesitan los
astrofísicos. Además, la neutralidad eléctrica del universo quedaría
garantizada[360]». La tasa
con la que supuestamente se materializaban nuevos átomos a partir del espacio
vacío era demasiado pequeña para ser directamente observable. Hoyle la
describió en una ocasión como «aproximadamente de un átomo por siglo en un
volumen igual al Empire State Building».
La virtud clave del escenario del estadio estacionario era que, como era de
esperar para toda buena teoría científica, era falsable. He aquí cómo el
filósofo de la ciencia Karl Popper expresaba su opinión sobre lo que constituye
un sistema teórico de la ciencia natural:
No
requiero de un sistema científico que pueda ser identificado, de una vez y para
siempre, en un sentido positivo; pero requiero que su forma lógica sea tal que
pueda ser identificado, por medio de pruebas empíricas, en un sentido negativo:
tiene que ser posible que un sistema científico empírico sea refutado por la
experiencia.[361]
Figura 28
El
modelo del estado estacionario predecía que las galaxias que están a miles de
millones de años luz de distancia fuesen, estadísticamente hablando, parecidas
a las galaxias cercanas, aunque a las primeras las vemos tal como eran hace
miles de millones de años a causa del tiempo que tarda su luz en alcanzarnos.
Bondi solía retar a los proponentes del modelo del universo en evolución (big
bang) diciendo: «Si el universo ha estado alguna vez en un estado distinto
del que tiene ahora, mostradme los restos fósiles de cómo era hace mucho
tiempo». En otras palabras, si, pongamos por caso, se descubriera que las
galaxias extremadamente remotas tuvieran (por término medio) un aspecto muy
distinto de las galaxias cercanas a la Vía Láctea, nuestro universo no podría
estar en estado estacionario.
Evolución
Cuando Hoyle y, por separado, Bondi y Gold, publicaron sus artículos sobre el
estado estacionario, plantearon a la comunidad científica una elección entre
dos formas muy distintas de ver el mundo. De un lado estaba el modelo del big
bang, que suponía que el universo había tenido un principio en forma de un
estado denso y caliente (que Lemaître llamaba «átomo primigenio»), Además de
Lemaître, George Gamow fue posiblemente el más firme defensor de este
escenario. Como ya vimos en el capítulo anterior, Gamow incluso creyó
(equivocadamente) que todos los elementos químicos se habían forjado en aquella
explosión cósmica inicial.
Contra el big bang se alzaba el modelo del estado
estacionario, con su pasado infinito y su escenario cósmico inmutable a pesar
de la expansión global. Sin embargo, los telescopios de finales de los años
1940 no eran lo bastante potentes como para detectar una tendencia evolutiva
del tipo de la que implicaba el modelo del big bang. Cuando Hoyle
conoció a Edwin Hubble, en agosto de 1948, le alegró saber por este último que
el que supuestamente habría de convertirse en el mayor telescopio del mundo (el
telescopio de 500 centímetros de Monte Palomar, en California) estaba siendo
sometido a las últimas pruebas. Hubble confiaba en comenzar a observar galaxias
remotas en poco tiempo. Lamentablemente, ni siquiera el gran espejo del
telescopio de Monte Palomar podía captar la luz suficiente de galaxias normales
y muy lejanas para discriminar sin ambigüedad entre las dos teorías rivales.
En octubre de 1948, Hoyle, Bondi y Gold asistieron a una pequeña reunión de la
Real Sociedad Astronómica en Edimburgo. Los tres fueron invitados a presentar
sus ideas sobre el universo en estado estacionario. Hoyle aprovechó la
oportunidad para proponer por primera vez una posible conexión entre un cosmos
que no cambia y se sostiene a sí mismo y la vida:
Se
diría que la astrofísica moderna nos aparta inexorablemente de un universo de
espacio y tiempo finitos, en cuyo futuro no nos aguarda más que un agotamiento
general o muerte térmica, a favor de un universo en el que tanto el espacio
como el tiempo son infinitos. Cabe pensar que las posibilidades para la
evolución física, y quizá incluso de la vida, tampoco tengan límite alguno.
Estas son las cuestiones que se le plantean en la actualidad al astrónomo.
Esperamos que en una generación podamos dirimirlas con razonable certeza.[362]
Paradójicamente,
aunque años después Hoyle criticaría la selección natural (defendiendo el papel
de la panspermia, de la vida como fenómeno cósmico), se puede rastrear el
origen de su pensamiento hasta Darwin. Recordemos que a Darwin le preocupaba la
estimación que había hecho Kelvin de la edad de la Tierra porque temía que una
edad tan limitada fuese insuficiente para que actuase la evolución. Hoyle alude
aquí a una ventaja de la teoría del estado estacionario: un universo que
siempre ha existido y que existirá para siempre ofrece una cantidad de tiempo
infinita para que surja y evolucione la vida. Retornaremos a esta cuestión más
adelante, cuando comentemos las posibles razones de la obstinación con la que
Hoyle se aferró a la idea del estado estacionario.
Después de las presentaciones de Gold, Bondi y Hoyle, el presidente de la Real
Sociedad Astronómica, el astrónomo William Greaves, abrió la discusión con una
observación un tanto sarcástica: «La cosmología es un departamento de la
astronomía, aunque a veces sospecho que sus adeptos creen que es la única
parte; en cualquier caso, todos estamos de acuerdo en que es la más importante[363]». Hete
aquí que uno de los asistentes era Max Born, uno de los físicos más
distinguidos del siglo XX. Cuando se le preguntó su opinión sobre el estado
estacionario, dijo:
¡Me
impresiona el carácter de los cosmólogos! Tras los descubrimientos iniciales de
los físicos atómicos, los físicos no paran de encontrar nuevas partículas a
intervalos regulares; así que en la cosmología seguiremos descubriendo nuevas
teorías sobre la estructura y evolución del mundo […] Me llena de gratitud oír
estas presentaciones, pero soy escéptico.[364]
Los
primeros signos de problemas para el modelo del estado estacionario no vinieron
de los telescopios ópticos sino de la radioastronomía. El universo es
esencialmente transparente a las ondas de radio, y, por consiguiente, las
antenas de los radiotelescopios podían captar señales incluso de galaxias
distantes (pero «activas» en el intervalo espectral de la radio) que a duras
penas se podían detectar ópticamente. En la década de 1950, científicos
británicos y australianos dieron un buen uso a la experiencia ganada durante la
segunda guerra mundial desarrollando un sólido programa de radioastronomía. Uno
de los pioneros de este empeño fue un físico del Laboratorio Cavendish de
Cambridge: Martin Ryle.
A diferencia de Hoyle, Ryle era de buena cuna (su padre fue médico del rey
Jorge VI) y había recibido lo mejor que puede ofrecer una educación privada.
Después de algunas radioobservaciones pioneras del Sol a finales de los años
1940, Ryle y su grupo se embarcaron en un ambicioso programa para detectar
fuentes de radio más allá del sistema solar. Tras algunas impresionantes
mejoras en las técnicas de observación que les permitieron descartar la
radiación de fondo de la Vía Láctea, Ryle y sus colegas descubrieron varias
docenas de «radio estrellas» distribuidas más o menos isotrópicamente por el
firmamento. Sin embargo, como la mayoría de las fuentes no correspondían a un
objeto visible, no había manera de determinar su distancia de manera precisa.
Ryle era de la opinión de que se trataba de estrellas peculiares dentro de
nuestra galaxia, y estaba dispuesto a defender su opinión a capa y espada en
una pequeña reunión de entusiastas de la radioastronomía.
Esta reunión, que recibió el nombre de Conferencia Massey (por su anfitrión, el
físico atómico Massey), tuvo lugar en University College de Londres en marzo de
1951. A ella asistieron tanto Hoyle como Gold, que no escondieron su
escepticismo. En cierto momento, Gold se levantó y desafió las conclusiones de
Ryle. Sostuvo que, como las fuentes de radio discretas estaban distribuidas de
manera uniforme en todas direcciones, y no concentradas en el plano de la Vía
Láctea, debían estar fuera de nuestra galaxia, a una distancia mucho mayor. Y
argumentó que la única alternativa era que las fuentes estuviesen tan cerca que
todas se encontrasen dentro del relativamente pequeño grosor del disco
galáctico (distancias de menos de cien años luz). Al parecer de Gold, la
hipótesis de Ryle de que las fuentes estaban dispersas por toda la Vía Láctea
no se sostenía. Hoyle apoyó plenamente la hipótesis de Gold, lo que provocó un
comentario sarcástico de Ryle: «Creo que los teóricos no han entendido bien los
datos experimentales». Hoyle respondió señalando que de la media docena de
fuentes que se habían identificado ópticamente, cinco correspondían a galaxias
externas. Años más tarde, comentó que Ryle había utilizado la palabra «teórico»
de un modo que implicaba una «especie inferior y detestable[365]».
Esta fue solo una de las muchas confrontaciones entre los teóricos del estado
estacionario y Ryle, pero dejó heridas emocionales tanto en Hoyle como en Ryle.
En este caso particular, Gold y Hoyle acabaron teniendo la razón.
Más o menos un año después de la Conferencia Massey, el astrónomo Walter Baade
determinó que la distancia a una fuente de radio de la constelación del Cisne
era de cientos de millones de años luz, confirmando así lo que Hoyle
sospechaba. La ironía es que fue precisamente la gran distancia a las fuentes
de radio lo que más tarde se convertiría en la piedra angular de la
argumentación de Ryle a favor de un universo en evolución y lo que llevó a la
ruina a la teoría del estado estacionario. (La teoría del estadio estacionario
nunca tuvo demasiado eco en Estados Unidos, pero en 1952, tras una conferencia
del Astrónomo Real, sirHarold Spencer Jones, consiguió suscitar
algunos titulares. Dos de estos, uno en el New York Times y el
otro en Christian Science Monitor, se muestran en la figura 29[366]).
Figura 29
Ryle
tuvo que sufrir todavía otro bochorno temporal en su campaña contra la
cosmología del estado estacionario, aunque la secuencia de los acontecimientos
comenzó con lo que parecía una victoria. Los modelos del big bang y
del estado estacionario hacían predicciones distintas sobre el universo
distante. Cuando observamos galaxias que se encuentran a miles de millones de
kilómetros de distancia, lo que vemos es una imagen de cómo eran esas
galaxias hace miles de millones de años. En un universo en continua evolución
(el modelo del big bang), esto significa que observamos esa parte
concreta del universo cuando era más joven y, por tanto, diferente. En el
modelo del estado estacionario, en cambio, el universo siempre ha existido en
el mismo estado. En consecuencia, cabe esperar que las partes remotas del
universo tengan exactamente el mismo aspecto que nuestro entorno cósmico
inmediato. Ryle se aferró a la oportunidad que le brindaba esta predicción
contrastable y comenzó a recopilar una gran muestra de fuentes de radio, y a
contar cuántas había a distintos intervalos de intensidad. Como no tenía manera
de saber las distancias reales a la mayoría de las fuentes (se hallaban fuera
del alcance de los telescopios ópticos), Ryle hizo la más simple de las
suposiciones: que las fuentes de radio más débiles eran, por término medio, más
distantes que las fuentes con una señal fuerte. Lo que encontró fue que había
muchísimas más fuentes débiles que fuertes. Dicho de otro modo, parecía que la
densidad de fuentes a distancias de miles de millones de años luz (que, por
tanto, representaban el universo de hace miles de millones de años) era mucho
mayor que la densidad actual en nuestro entorno. Eso claramente entraba en
contradicción con un universo inmutable, y en cambio se podía ver como algo
coherente con un cosmos que evoluciona desde un big bang; bastaba
con suponer (correctamente, como hoy sabemos) que las galaxias eran más
propensas a emitir señales de radio intensas en su juventud que en la
actualidad, en su edad provecta.
Ryle presentó sus resultados el 6 de mayo de 1955, aprovechando que pronunciaba
la prestigiosa Conferencia Halley (así nombrada en honor al famoso astrónomo
del siglo XVII Edmond Halley). Sin llegar a mencionar nunca a Hoyle por su
nombre, refiriéndose únicamente a «Bondi y compañía» como los padres del modelo
del estado estacionario, el veredicto de Ryle no dejaba lugar a equívocos: «Si
aceptamos la conclusión de que la mayoría de las estrellas de radio son
externas a la galaxia, y esta es una conclusión que parece difícil de eludir,
no parece que haya manera de explicar las observaciones dentro de la teoría del
estado estacionario».
Ryle siguió con su ataque una semana más tarde, cuando, en la reunión del 13 de
mayo de la RAS, él y su estudiante John Shakeshaft[367] tuvieron
el placer de terminar diciendo: «Debemos concluir que las regiones remotas del
universo difieren de las de nuestra vecindad, un resultado que no es compatible
con las teorías cosmológicas del estadio estacionario pero que se podría
explicar dentro de las teorías evolutivas».
Enfrentados a este grave desafío, Gold y Bondi, que asistían a la reunión de la
RAS, se descubrieron actuando a la defensiva. Gold decidió recordar hábilmente
al público que Ryle ya se había equivocado antes, y dijo que estaba «feliz de
ver que ya hay acuerdo en cuanto a que muchas de estas fuentes probablemente
sean extragalácticas[368]», como él
mismo había sugerido cuatro años antes, cuando «Mr. Ryle […] consideró
que aquella sugerencia debía atribuirse a que no habíamos entendido bien los
datos». Luego añadió que, a juzgar por la información presentada, era «muy
prematuro considerar que la gran mayoría de las fuentes débiles eran
extremadamente lejanas». Advirtió que si las fuentes no eran todas iguales,
sino que había un amplio abanico de intensidades entre las señales de radio
intrínsecas, el recuento de Ryle de las fuentes débiles podía representar una
mezcla confusa de fuentes lejanas y fuentes cercanas. Bondi también se mostró
escéptico[369] de la
interpretación de los resultados de Ryle. A su entender, las incertidumbres que
todavía existían en los recuentos no permitían inferencias concluyentes. Para
reforzar su mensaje, recordó a la audiencia que los intentos anteriores
dirigidos a determinar la geometría del universo a partir de recuentos de
galaxias habían conducido a conclusiones dispares.
No hace falta decir que Hoyle no estaba de acuerdo con la interpretación de
Ryle. Sin embargo, en lugar de enzarzarse en largas discusiones, decidió aguardar
la llegada de mejores observaciones para volver a la superficie y refutar el
hallazgo de Ryle. Para sorpresa de muchos astrónomos, esos resultados
contradictorios acabaron por aparecer. Radioastrónomos australianos demostraron
en 1957 que la prospección previa de Ryle contenía errores importantes: el mapa
de fuentes de radio que había producido Ryle era tan borroso que a menudo se
contaba como la mezcla de dos fuentes de radio. Las consecuencias estaban
claras para los astrónomos australianos: «Las deducciones de interés
cosmológico derivadas del análisis carecen de fundamento».
Hoyle ni se molestó en regocijarse. El año 1957 vio la publicación del
celebrado B2FH, y estaba mucho más absorto en la síntesis de los
elementos que en la cosmología del estado estacionario. No obstante, no se le
escapaba el hecho de que la síntesis de la mayoría de los núcleos en los
centros de las estrellas (y no en el big bang) se podía ver como un
apoyo (al menos parcial) de la tesis del estado estacionario. También aquel
mismo año, Hoyle fue elegido miembro de la Real Sociedad, un honor que lo situó
a la par de Ryle en cuanto a su estatus académico. Pero Ryle no se rindió. Él y
su equipo continuaron introduciendo mejoras significativas tanto a su
instrumental como a la reducción y análisis de los datos. Sus esfuerzos
desembocaron en la producción de la tercera generación del catálogo Cambridge
de fuentes de radio (conocido como Catálogo 3C).
A principios de los años 1960, el grupo de Ryle tuvo a su disposición incluso
un observatorio de radioastronomía completamente nuevo, financiado por la
compañía de electrónica Mullard. Las rencillas intelectuales entre Ryle y Hoyle
no cesaron, y culminaron en un incidente particularmente desagradable. Hoyle
describiría más tarde esta traumática experiencia en su obra
autobiográfica Home Is Where the Wind Blows. Todo comenzó a
principios de 1961 con una llamada telefónica en apariencia inocente de la
compañía Mullard. La persona del otro lado de la línea invitó a Hoyle y a su
esposa a asistir a una conferencia de prensa en la que se esperaba que Ryle
presentara nuevos resultados supuestamente de gran interés para Hoyle. Cuando
llegaron a las oficinas centrales de Mullard en Londres, la esposa de Hoyle,
Barbara, fue acompañada hasta un asiento en primera fila; a Hoyle lo llevaron a
una silla en el escenario, de cara al público. No le cabía ninguna duda de que
el anuncio estaría relacionado con el recuento de fuentes de radio según su
intensidad, pero no podía creer que le hubieran invitado si los resultados
contradecían la teoría del estado estacionario. En sus propias palabras:
¿Estaba
siendo insensible al pensar que los nuevos resultados que Ryle estaba a punto
de anunciar serían adversos a mi posición? Pero si fuesen adversos, ¿por qué
iban a invitarme tan descaradamente? Lo cual seguramente significaba que Ryle
iba a anunciar resultados en consonancia con la teoría del estado estacionario,
para acabar con una elegante disculpa por sus desorientadores informes previos.
Así que me puse a componer en mi cabeza una respuesta igualmente elegante.[370]
Lamentablemente,
ocurrió justamente lo que a Hoyle le parecía impensable. Cuando Ryle apareció,
en lugar de hacer una declaración breve, tal como había anunciado, se lanzó a
una conferencia técnica, repleta de argot, sobre los resultados de su cuarta y
más amplia prospección. Acabó declarando con toda seguridad que los resultados
mostraban ahora sin ambigüedad una mayor densidad de fuentes de radio en el
pasado, demostrando de este modo que la teoría del estado estacionario era
errónea. Al estupefacto Hoyle solo le pidieron que comentara los resultados.
Incrédulo y humillado, apenas pudo murmurar unas pocas frases y escapó del
evento en cuanto pudo. El frenesí mediático que se produjo en los días
siguientes repugnó a Hoyle hasta el punto que durante una semana no contestó al
teléfono e incluso estuvo ausente del siguiente congreso de la RAS, el 10 de
febrero. El propio Ryle se dio cuenta de que la conferencia de prensa había
cruzado la línea de la decencia y llamó a Hoyle para pedirle disculpas,
añadiendo que cuando aceptó participar en el evento de Mullard, «no tenía ni
idea de lo malo que sería».
Sin embargo, en el frente puramente científico, a pesar de estas perturbadoras
faltas de etiqueta, los argumentos de Ryle resultaban cada vez más
convincentes, y a mediados de los años 1960, la gran mayoría de la comunidad
astronómica coincidía en pensar que los proponentes de la teoría del estado
estacionario habían perdido la batalla. (La figura 30 muestra, de izquierda a
derecha, a Gold, Bondi y Hoyle en un congreso en la década de 1960). El
descubrimiento de galaxias extremadamente activas[371], en las
que la acreción de masa hacia agujeros negros centrales y supermasivos libera
la radiación suficiente para superar la de la galaxia entera, afianzó la
evidencia en contra de un universo en estado estacionario. Estos objetos,
conocidos como cuásares, eran lo bastante luminosos como para poder
observarse con telescopios ópticos. Su observación permitió a los astrónomos
utilizar la ley de Hubble para determinar la distancia a estas fuentes y
mostrar de una manera convincente que los cuásares eran, en efecto, más comunes
en el pasado que en el presente. No había manera de eludir la conclusión de que
el universo estaba evolucionando y que en el pasado había sido más denso. Fue
entonces cuando se abrió definitivamente la veda y ya no dejaron de producirse
desafíos al modelo del estado estacionario. En particular, en 1964 los
científicos Arno Penzias y Robert Wilson realizaron un descubrimiento que para
todos, salvo sus más férreos defensores, significó el último clavo en el ataúd
de la teoría del estado estacionario.
Figura 30
Penzias
y Wilson estaban trabajando en los laboratorios de Bell Telephone en Nueva
Jersey con una antena construida para satélites de comunicaciones. Para su
fastidio, captaban un ruido de fondo de radio que parecía ser ubicuo, una
radiación de microondas que parecía venir de todas las direcciones. Tras
fracasar en sus intentos por explicar este perturbador «siseo» como un
artefacto de sus instrumentos, Penzias y Wilson por fin anunciaron la detección
de un exceso de temperatura intergaláctica de unos 3 Kelvin (3 grados por
encima del cero absoluto). Ignorantes del contexto, en un principio Penzias y
Wilson no se dieron cuenta de lo que habían descubierto. Sin embargo, Robert
Dicke, de la Universidad de Princeton, reconoció de inmediato la señal. Dickie
estaba trabajando en la construcción de un radiómetro con el que buscar
vestigios de la radiación del big bang, que anteriormente habían
predicho Alpher, Hermann y Gamow. En consecuencia, su interpretación correcta
de los resultados de Penzias y Wilson literalmente transformó la teoría
del big bang de una hipótesis en física experimentalmente
contrastada. A medida que el universo se expandía, la bola de fuego
increíblemente caliente, densa y opaca se fue enfriando paulatinamente hasta
alcanzar su temperatura actual de 2,7 Kelvin.
Desde entonces, las observaciones del fondo cósmico de microondas han producido
algunas de las mediciones más precisas de la cosmología. La temperatura de esta
radiación se conoce hoy con cuatro cifras significativas: 2,725 K; y su intensidad
cambia con la longitud de onda justamente de la manera que cabría esperar de
una fuente térmica, confirmando las predicciones del big bang. Pero
aun a la vista de esta evidencia abrumadora y contraria a la teoría del estado
estacionario, Hoyle nunca quedó convencido, y propuso que en lugar de
representar un vestigio del big bang, la radiación del fondo de
microondas se producía a causa de unos «pelitos» o filamentos de hierro
extragalácticos que absorberían y dispersarían la luz infrarroja de las galaxias
a longitudes de onda de microondas. Se suponía que estos filamentos de hierro
se habrían condensado a partir de vapores metálicos, por ejemplo en el material
eyectado por explosiones de supernovas.
Pese a todos los esfuerzos de Hoyle, desde mediados de la década de 1960 la
mayoría de los científicos dejaron de prestarle atención a la teoría del estado
estacionario. Los continuados intentos de Hoyle por demostrar que todos los
conflictos entre la teoría y las nuevas observaciones se podían resolver parecían
cada vez más forzados y menos plausibles. Y lo que es peor, parecía haber
perdido aquel «fino juicio» que en otro tiempo había aconsejado y supuestamente
lo distinguía de quien «se convierte en un chiflado». En un simposio
internacional sobre «La cosmología moderna en retrospectiva», que se celebró en
Bolonia (Italia) en 1988, dio una conferencia titulada «Una evaluación de las
pruebas contra la teoría del estado estacionario». En aquella anacrónica
conferencia, Hoyle intentó (debo añadir que sin éxito) persuadir a su audiencia
de que todas las convincentes pruebas empíricas acumuladas sobre el big
bang (la existencia del fondo de radiación de microondas, la implícita
necesidad de una síntesis primordial de los elementos ligeros deuterio, helio y
litio, y los recuentos de las fuentes de radio), todas ellas
se podían explicar[372] todavía
desde la teoría del estado estacionario. La terca resistencia de Hoyle a
cambiar de opinión contrasta fuertemente con la actitud adoptada, por ejemplo,
por otro de los científicos que concibieron la teoría del estado estacionario,
Hermann Bondi. Recuérdese que Bondi había insistido en que le enseñasen restos
fósiles del universo del pasado, si es que en efecto el universo estaba
evolucionando. En su propia presentación en aquel mismo simposio de Bolonia,
Bondi admitió que efectivamente había aparecido aquella evidencia fósil, tanto
en forma de la abundancia cósmica de helio, que se había demostrado que
probablemente se había formado en el big bang, como en el fondo
cósmico de microondas, que se ajustaba de maravilla a las predicciones
del big bang. Bondi concluyó con elegancia: «Así pues, mi reto de
hallar fósiles ha recibido respuesta tiempo después de que lo planteara».
Hoyle, en cambio, siguió defendiendo una versión un tanto modificada de la
teoría del estado estacionario (que llamaba «estado cuasiestacionario»). Aun en
el año 2000, a los ochenta y cinco años de edad, publicó un libro titulado[373]Una
aproximación distinta a la cosmología: De un universo estático a través del Big
Bang hasta la realidad, en el que él y sus colaboradores, Jayant Narlikar y
Geoff Burbidge, explicaban los detalles de la teoría del estado
cuasiestacionario y sus objeciones al big bang. Para expresar su
desdeñosa opinión sobre el establishment científico, en una de
las páginas del libro presentaban una fotografía de una bandada de gansos
andando por un camino de tierra; el pie de la imagen decía: «Así vemos la
aproximación conformista de la cosmología estándar (el caliente big
bang)». Para entonces, sin embargo, Hoyle llevaba tanto tiempo alejado de
la cosmología convencional que muy pocos se molestaron siquiera en señalar los
defectos de la teoría modificada. Tal vez lo mejor que se dijo del libro
apareció en la reseña publicada en el Sunday Telegraph de
Inglaterra, y no se refería tanto al contenido del libro como a la fogosa
personalidad de Hoyle: «Hoyle hace un repaso sistemático de la evidencia a
favor de la teoría del big bang y le da una buena somanta […]
es difícil no sentirse impresionado por la audacia de su trabajo de demolición
[…] Solo me cabe esperar que yo posea una milésima parte del espíritu combativo
de Hoyle cuando, como él, haya alcanzado mis ochenta y cinco años».
Disidencia y negación
El error de Hoyle es un tanto diferente de los de Darwin, Kelvin y Pauling en
dos aspectos importantes. Para empezar, está la cuestión de la escala del
asunto en cuyo contexto se produjo el error. El error de Darwin implicaba
solamente a un elemento de su teoría (aunque un elemento muy importante). El
error de Kelvin concernía a una suposición que estaba en la base de un cálculo
concreto (aunque de gran significación). El error de Pauling afectaba a un
modelo específico (que lamentablemente resultó ser el de una molécula crucial).
Pero el error de Hoyle concernía nada más y nada menos que a una teoría
entera para el conjunto del universo. En segundo lugar, y más
importante, Hoyle no cometió ningún error al proponer el modelo del estado
estacionario, a diferencia de Darwin, que no comprendió las implicaciones de un
mecanismo biológico equivocado; de Kelvin, que no tomó en consideración
procesos físicos imprevistos; y de Pauling, que ignoró las reglas básicas de la
química. La teoría en sí era audaz, excepcionalmente inteligente, y se ajustaba
a todas las observaciones que existían en aquel momento. El error de Hoyle
radica en su testarudo y casi irritante rechazo a reconocer la muerte de la
teoría, incluso cuando esta estaba casi asfixiada por la acumulación de pruebas
en su contra, y en su uso de criterios de juicio asimétricos con respecto a las
teorías del big bang y del estado estacionario. ¿Qué fue lo
que causó este comportamiento intransigente? Para responder a esta intrigante
pregunta, empecé por buscar la opinión de algunos de los antiguos estudiantes y
colaboradores más jóvenes de Hoyle.
El cosmólogo Jayant Narlikar fue estudiante de doctorado de Hoyle, y siguió
colaborando con él durante toda la vida de este. Los dos investigadores
desarrollaron, entre otras cosas, una teoría de la gravedad conocida como
teoría de Hoyle-Narlikar, que se ajusta a su modelo de estado
cuasiestacionario. Narlikar sugirió que el descontento[374] de
Hoyle con el modelo del big bang nacía, al menos en un
principio, de la auténtica incomodidad que sentía Hoyle hacia algunas de las
premisas físicas del big bang. Por ejemplo, Narlikar recordaba cómo
Hoyle había señalado que todas las otras radiaciones de fondo que se habían
observado (óptica, de rayos X, infrarroja) se habían podido asociar a objetos
astrofísicos (estrellas, galaxias activas, etc). y que no veía razón para que
el fondo cósmico de microondas fuese distinto y estuviese relacionado con un
suceso singular (el big bang). De forma parecida, alrededor de
1956, pensó que de algún modo las estrellas podían producir la energía
observada en el fondo cósmico de microondas, si se podía hallar una manera de
sintetizar todo el helio en las estrellas. En un plano más emocional, Narlikar
creía que el hecho de que Hoyle no fuese una persona religiosa podría haber
contribuido a su objeción a un universo que había aparecido de golpe.
Los astrofísicos Peter Eggleton y John Faulkner fueron ambos estudiantes de
investigación de Hoyle a principios de los años 1960 (Faulkner es la persona
que aparece en el extremo de la derecha de la primera fila en la figura 22),
pero me sorprendió un tanto descubrir que sus sentimientos eran bastante
diferentes. Eggleton recordaba a Hoyle como una persona[375] que
sabía todo lo que merecía saberse de la astrofísica de su tiempo y que también
conocía a todos los que eran alguien en el mundo de los astrofísicos. Señaló
que una expresión caprichosa que se había utilizado para describir al estudioso
de la época victoriana Benjamin Jowett[376] se
podía adoptar como una genuina caracterización de Hoyle: «Lo que no conocía, no
era conocimiento». En cuanto a la actitud de Hoyle hacia la ciencia, la actitud
de Eggleton era que si la comunidad científica creía algo, Hoyle se sentía
inclinado a creer lo contrario para ver hasta dónde podía llegar. Cuando le
insistí sobre el porqué de la renuencia de Hoyle a aceptar el big bang,
Eggleton expresó el parecer de que en la raíz de su resistencia estaba el
rechazo de Hoyle a la idea de que la vida en la Tierra hubiera surgido a través
de una evolución química natural. Según Eggleton, Hoyle insistía en que el
origen de la vida requería mucho más tiempo que la edad del universo inferida a
partir del big bang. Este es un aspecto interesante sobre el que
volveremos enseguida.
Faulkner admitió que a él mismo[377] le
había desconcertado la posición inflexible de Hoyle hacia el big bang.
En su opinión, a Hoyle «se le fue la olla un poco; tan enamorado como estaba de
su criatura [la teoría del estado estacionario], que no quería abandonarla».
Hizo también otro comentario interesante: que a finales de los años 1960, el
interés de Hoyle por lo que podríamos llamar «ciencia normativa» había decaído,
dando paso pasó a una actitud más heterodoxa.
Martin Rees, Real Astrónomo[378] de
Gran Bretaña, sucedió a Hoyle como Profesor Plumiano y como director del
Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge. Recuerda con cariño a
Hoyle, siempre dispuesto a apoyarlo aunque parte del trabajo de Rees sobre el
fondo cósmico de microondas y sobre cuásares contribuyó a demoler la teoría del
estado estacionario. Rees todavía tiene la más alta opinión de Hoyle; incluso
tiene una fotografía de su predecesor en su oficina del Instituto de
Astronomía. Rees propuso dos interesantes causas potenciales de la disidencia
de Hoyle. En primer lugar, hizo hincapié en los efectos negativos del
aislamiento científico. Explicó que más o menos desde mediados de los años
1960, Hoyle prácticamente solo hablaba de ciencia con sus colaboradores más
cercanos: un grupo muy pequeño en el que estaban Jayant Narlikar, Chandra
Wickramasinghe y los Burbidge. Como estos científicos nunca o casi nunca
contradecían a Hoyle, está claro que esta no era la mejor receta para cambiar
las opiniones propias. Para mi sorpresa, Rees me dijo que si bien Hoyle siempre
había sido muy generoso y presto a darle ánimos, casi nunca había discutido con
él sobre ciencia. De hecho, Hoyle no contrastaba sus opiniones sobre nuevos
descubrimientos científicos con ningún cosmólogo joven fuera de su círculo de
simpatizantes.
Rees hizo otra valoración interesante que recuerda a uno de los comentarios de
Faulkner. Lo que dijo fue que en los últimos estadios de su vida profesional,
algunos científicos pierden interés por los progresos regulares y paulatinos
que suelen caracterizar buena parte de los esfuerzos de los científicos, y
dirigen su atención a ramas de la ciencia completamente nuevas, a veces incluso
fuera de su campo de conocimiento. Como ejemplo de este fenómeno, Rees señaló
la preocupación casi obsesiva de Linus Pauling por la vitamina C durante los
últimos años de su carrera, y dijo ver bajo una luz parecida los mal
encaminados esfuerzos de Hoyle sobre el origen de la vida en la Tierra.
No cabe duda de que los factores sugeridos por Rees, Eggleton y Faulkner
contribuyeron en mayor o menor medida a la obstinación de Hoyle. La mejor
prueba de que es así la encontramos en algunas declaraciones del propio Hoyle.
En Home Is Where the Wind Blows, escribió un sorprendente párrafo:
El
problema del establishment científico se remonta a las pequeñas
partidas de caza de la prehistoria. Debía ocurrir entonces que, para que una
cacería tuviera éxito, se necesitara el grupo entero. Como la dirección en que
se encontraban las presas era incierta, igual que en la ciencia al principio es
incierta la dirección de la teoría correcta, el grupo tenía que tomar una
decisión sobre adónde ir, aunque fuese al azar. El disidente que argumentase
que la dirección correcta era justamente la opuesta de la elegida tenía que ser
expulsado del grupo, del mismo modo que, en la actualidad, el científico que
adopta una opinión distinta del consenso encuentra que las revistas rechazan
sus artículos y que sus solicitudes de proyectos son negadas sumariamente por las
agencias estatales. La vida debió ser dura en la prehistoria, pues cuanto más
tiempo pasaba una partida sin encontrar presas en la dirección elegida, más
tenía que continuar en aquella dirección, pues pararse a discutir conllevaría
incertidumbre y el riesgo de que surgiesen diferencias de opinión, con la
desastrosa posibilidad de que el grupo se dividiera. Es por ello por lo que la
mayor prioridad entre los científicos no es la corrección, sino que todo el
mundo piense lo mismo. Es esta motivación primitiva y tal vez instintiva lo que
crea el establishment.[379]
Es
difícil imaginar una defensa más tenaz de la disensión respecto a la corriente
general de la ciencia. Hoyle se hace eco de las palabras de Galeno de Pérgamo,
el influyente médico del siglo II: «Desde mi juventud he rechazado[380] la
opinión de la multitud y he anhelado la verdad y el conocimiento, pues no creo
que haya para el hombre posesión más noble o divina». Sin embargo, como Rees ha
señalado, el aislamiento tiene un precio. La ciencia no progresa a lo largo de
una línea recta de A a B sino que sigue un camino en zigzag modelado por la
revaluación crítica y las interacciones que ayudan a encontrar los fallos. La
evaluación continua proporcionada por el establishment científico
que tanto desdeñaba Hoyle es lo que crea los controles y verificaciones que
impiden que los científicos se desvíen demasiado en la dirección equivocada. Al
imponerse a sí mismo el aislamiento académico, Hoyle se negó esas fuerzas
correctoras.
Las idiosincrásicas ideas de Hoyle sobre el origen de la vida sin duda
contribuyeron a que no abandonase la teoría del estado estacionario. He aquí
como lo expresaba el propio Hoyle:
El
punto de vista filosófico adecuado, según creo, para reflexionar sobre la
evolución en un plano cosmológico plantea cuestiones que son superastronómicas,
como inevitablemente ocurre cuando se intenta comprender el origen del orden
biológico. Enfrentados a problemas de un orden de complejidad superastronómico,
los biólogos han recurrido a cuentos de hadas. Esto se hace patente cuando se
considera el orden de los aminoácidos en cualquiera de un centenar de enzimas
[Hoyle estimaba que la probabilidad de que se formasen dos mil enzimas al
azar a partir de aminoácidos era de uno en 1040 000] […] para
tener alguna esperanza de resolver el problema de los orígenes biológicos de
una manera racional se requiere un universo con un lienzo esencialmente
ilimitado [subrayado incluido], un universo en el que la entropía por
unidad de masa [una medida del desorden] no aumente de manera inexorable, como
ocurre en las cosmologías del big bang. Es para proporcionar ese lienzo
ilimitado por lo que se requiere la teoría del estado estacionario, o al menos
eso pienso.
En
otras palabras, Hoyle creía que un universo en evolución, con el aumento de
desorden que le acompaña, no proporciona las condiciones necesarias para que
surja algo tan ordenado como la biología. Tampoco creía que la edad del
universo, inferida por el valor de la constante de Hubble, fuese suficiente
para que se formasen moléculas complejas.
Para ir algo más allá de estas explicaciones parciales del error de Hoyle,
sobre todo por lo que respecta a su negación a reconocer su error, necesitamos
entender algo mejor el concepto de negación. La negación raramente suscita
simpatía[382],
especialmente en círculos científicos. Por buenas razones, los científicos ven
este tipo de negación como algo contradictorio con el espíritu investigador,
que implica que las viejas teorías tienen que dar paso a otras nuevas cuando
los resultados experimentales así lo requieran. Pero la investigación la llevan
a cabo seres humanos, y el propio Sigmund Freud había postulado que los humanos
han desarrollado la negación como mecanismo de defensa ante los traumas o las
realidades externas que amenazan al ego. A todos nos resulta familiar, por
ejemplo, la negación como primero de los cinco estadios reconocidos del duelo.
Lo que tal vez se conozca menos es que la experiencia de estar equivocado en
una empresa importante constituye un trauma de igual magnitud. El sistema
judicial aporta muchos ejemplos que indican que realmente es así. Se han
producido bastantes incidentes en los que tanto las víctimas de crímenes
violentos como los abogados de la acusación se han negado firmemente a creer
que la persona que inicialmente fue hallada culpable fuese en realidad
inocente, incluso cuando una prueba de ADN o un nuevo testimonio exonerasen a
esa persona de manera concluyente. La negación ofrece a la mente atormentada
una forma de evitar reabrir unas experiencias que ya se creían definitivamente
superadas. Es obvio que el hecho de equivocarse en una teoría científica no
puede compararse con errar en la condena de una persona inocente, pero se trata
sin duda de una experiencia traumática, y cabe suponer que la negación, en este
sentido, puede haber jugado un papel en el error de Hoyle.
Ya he señalado varias veces que la idea de un universo en
estado estacionario fue brillante en el momento en que se propuso. Visto desde
nuestros días, el universo estacionario, con su continua creación de materia,
comparte muchas características con los modelos hoy tan en boga de un universo
inflacionario: la conjetura de que el cosmos experimentó un acelerón de
crecimiento más rápido que la luz cuando tenía menos de una fracción de segundo
de existencia. En algunos aspectos, el universo en estado estacionario es
simplemente un universo en el que la inflación siempre ocurre. El físico Alan
Guth propuso la inflación[383]en 1981
para explicar, entre otras cosas, la homogeneidad e isotropía cósmicas. A Hoyle
le gustó señalar entonces que en un artículo que había publicado en 1963 con
Narlikar, habían demostrado que el campo de creación que proponían «actúa de
tal modo que suaviza una inicial anisotropía [dependencia de la dirección] o
inhomogeneidad [desviación de la uniformidad]», y que «parece que el universo
alcanza la regularidad observada con independencia de las condiciones de
contorno iniciales». Estas son precisamente las propiedades[384] que
hoy se atribuyen a la inflación. La genialidad de Hoyle también se puso de
manifiesto en el hecho de que perteneció a ese pequeño grupo de científicos que
son capaces de investigar en paralelo dos teorías mutuamente incongruentes. A
pesar de que se resistió al big bang durante toda su vida,
Hoyle hizo algunas contribuciones importantes[385] a la
nucleosíntesis durante el big bang, en particular en lo que
concierne a la abundancia cósmica de helio y a la síntesis de elementos a muy
altas temperaturas.
Lord Rees describió en una ocasión a Hoyle como «el astrofísico más creativo y
original de su generación». En mi humilde condición de astrofísico, debo decir
que estoy completamente de acuerdo. Aunque con el tiempo se demostrasen
erróneas, las teorías de Hoyle fueron siempre dinamizadoras, y nunca dejaron de
estimular campos enteros y de catalizar nuevas ideas. No es de extrañar que la
estatua de Hoyle (figura 31) se alce hoy justo afuera del edificio que lleva su
nombre en el Instituto de Astronomía de Cambridge, que el mismo fundó en 1966.
Por importante que fueran las aportaciones de Hoyle, no cabe duda de que la
persona a quien más debemos nuestra actual comprensión de cómo funciona el
cosmos en general es Albert Einstein. Sus teorías de la relatividad especial y
general revolucionaron completamente nuestra perspectiva sobre dos de los conceptos
más básicos de la existencia: el espacio y el tiempo. Y, sin embargo, la
expresión «mayor error» ha quedado íntimamente asociada a una de las ideas de
este científico, el más icónico de todos los tiempos.
Mi
disciplina dispersa las galaxias pero une la Tierra. ¡Esperemos que ninguna
«repulsión cósmica» intervenga y nos desgarre!
Sir Arthur Eddington
Cuando
lanzo las llaves al aire, alcanzan una altura máxima y caen de nuevo a mis
manos. Solo por un instante están quietas las llaves: cuando alcanzan el punto
más alto. Obviamente, la atracción gravitatoria de la Tierra es la responsable
de este comportamiento. Si de algún modo pudiese lanzar las llaves a una
velocidad superior a unos once kilómetros por segundo, escaparían de la Tierra,
como hizo, por ejemplo, la nave Pioneer 10, con la que se perdió la
comunicación en 2003, cuando la sonda se encontraba a más de once mil millones
de kilómetros de la Tierra. Sin embargo, si no hay otra fuerza que se oponga,
la gravedad sola impide que las llaves se queden suspendidas en el aire.
Dos científicos demostraron de manera independiente en la década de 1920 que
cabía esperar que el comportamiento del espacio-tiempo cósmico fuese muy
parecido. Estos dos investigadores, el matemático y meteorólogo ruso Aleksandr
Friedmann y el sacerdote y cosmólogo francés Georges Lemaître, aplicaron al
universo como un todo la teoría general de la relatividad de Einstein.
Enseguida se dieron cuenta de que la atracción gravitatoria de toda la materia
y la radiación del universo implica que el espacio-tiempo, la combinación de
espacio y tiempo definida por Einstein, puede estirarse o contraerse, pero no
quedarse quieto con una extensión fija. Estos importantes hallazgos condujeron
al contexto teórico que permitió a Lemaître y Hubble descubrir que nuestro
universo se está expandiendo. Pero será mejor que comencemos por el principio.
En 1917, el propio Einstein fue el primero[386] que
intentó comprender la evolución del universo entero a la luz de sus ecuaciones
de la relatividad general. Este esfuerzo inició la transformación de los
problemas cosmológicos desde la especulación filosófica hasta la física.
Todavía no se había descubierto la expansión del universo. Es más, no solo
Einstein desconocía cualquier observación de movimientos a gran escala, sino
que hasta aquel momento, la mayoría de los astrónomos todavía creían que el
universo estaba formado exclusivamente por nuestra galaxia de la Vía Láctea;
que más allá no había nada. Las observaciones del astrónomo Vesto Slipher
del corrimiento al rojo (los estiramientos de la luz que más
tarde se interpretarían como velocidades de recesión de galaxias) de las
«nebulosas» no eran muy conocidas por aquel entonces, y aún menos entendidas.
El astrónomo Heber Curtis presentó algunas pruebas preliminares de que la
galaxia de Andrómeda, M31, podría encontrarse fuera de la Vía Láctea, pero no
fue hasta 1924 cuando Edwin Hubble confirmó inequívocamente[387] este
profundo hecho: que nuestra galaxia no es el universo entero.
Convencido en 1917 de que el cosmos era inmutable y estático a su mayor escala,
Einstein tuvo que encontrar el modo de impedir que el universo que describían
sus ecuaciones se colapsara bajo su propio peso. Para lograr una configuración
estática con una distribución uniforme de la materia, Einstein conjeturó que
debía haber alguna fuerza de repulsión que contrarrestara de manera precisa la
gravedad. En consecuencia, algo más de un año después de publicar su teoría de
la relatividad general, a Einstein se le ocurrió lo que, a primera vista,
parecía una solución brillante. En un influyente artículo titulado
«Consideraciones cosmológicas sobre la teoría general de la relatividad»,
introdujo en sus ecuaciones un nuevo término que daba lugar a un efecto
sorprendente: ¡una fuerza de repulsión gravitatoria! La repulsión cósmica
supuestamente actuaba en todo el universo, haciendo que cada parte del espacio
empujase sobre cualquier otra parte, justo lo contrario de lo que hacen la
materia y la energía. Como pronto descubriremos, la masa y la energía
distorsionan el espacio-tiempo de tal manera que la materia tiende a agregarse.
El nuevo término cosmológico tenía el efecto de distorsionar el espacio-tiempo
en el sentido contrario, haciendo que la materia se separase. El valor de la
nueva constante que introdujo Einstein (además de la conocida fuerza de la
gravedad) determinaba la fuerza de la repulsión. Esta nueva constante se
designaba con la letra griega lambda, Λ, y recibía el nombre de constante
cosmológica. Einstein demostró que podía escoger el valor de la constante
cosmológica de manera que la fuerza gravitatoria de atracción y la de repulsión
quedasen perfectamente equilibradas, dando lugar a un universo estático,
eterno, homogéneo e inmutable de un tamaño fijo. Este modelo se conocería más
tarde como el «universo de Einstein». Einstein concluyó su artículo con lo que
resultó ser un comentario preñado de significado: «Este término es
necesario solamente [la cursiva es mía] para el propósito de
hacer posible una distribución cuasi-estática de la materia, tal como requiere
el hecho de las pequeñas velocidades de las estrellas[388]». Como se
habrá notado, Einstein habla aquí de «velocidades de estrellas», no de
galaxias, puesto que la existencia y movimientos de estas últimas todavía se
encontraban más allá de los horizontes astronómicos de la época.
Con pocas excepciones, a toro pasado todo se ve muy claro. Los cosmólogos
tienden a resaltar el hecho de que al introducir la constante cosmológica,
Einstein perdió una oportunidad de oro para hacer una predicción espectacular.
Si se hubiera aferrado a sus ecuaciones originales, podría haber predicho con
más de una década de antelación respecto a las observaciones de Hubble que el
universo debería estar contrayéndose o expandiéndose. No hay duda de que eso es
cierto. Sin embargo, como argumentaré en el próximo capítulo, la introducción de
la constante cosmológica también podría haber constituido una predicción
igualmente significativa.
Cabe preguntarse cómo pudo añadir Einstein en sus ecuaciones este nuevo término
de repulsión sin tirar abajo todos los otros éxitos de la teoría general de la
relatividad como explicación de diversos fenómenos desconcertantes. Por
ejemplo, la relatividad general esclareció la ligera desviación de la órbita
del planeta Mercurio en cada vuelta sucesiva alrededor del Sol. Como es
natural, Einstein era consciente de que su constante cosmológica podía echar
por tierra la concordancia con las observaciones, y para evitar consecuencias
indeseables, modificó sus ecuaciones de manera que la repulsión cósmica
aumentara en proporción a la separación espacial[389]. Es decir,
la repulsión era imperceptible a la escala de distancias del sistema solar,
pero se hacía apreciable a grandes distancias cosmológicas. Así se preservaban
todas las verificaciones experimentales de la relatividad general, que se
basaban en mediciones sobre distancias relativamente cortas.
Inexplicablemente, Einstein cometió un sorprendente error al pensar que la
constante cosmológica produciría un universo estático. Aunque formalmente la
modificación permitía una solución estática de las ecuaciones, esa solución
describía un estado de equilibrio inestable (como en un lápiz
de pie sobre la punta o una bola en lo alto de una colina), de manera que la
más pequeña desviación del estado de reposo tenía como resultado fuerzas que
desplazaban al sistema todavía más lejos del equilibrio. Se puede entender esto
sin la ayuda de una matemática sofisticada. La fuerza de repulsión aumenta con
la distancia, mientras que la fuerza de atracción de la gravedad disminuye con
la distancia. En consecuencia, aunque se puede encontrar una densidad de masa a
la cual las dos fuerzas se contrarrestan exactamente, cualquier perturbación en
forma de, por ejemplo, una pequeña expansión, aumentaría la
fuerza de repulsión y reduciría la de atracción, dando lugar a
una expansión acelerada. De manera parecida, la más mínima contracción tendría
como resultado un colapso total. Eddington fue el primero en señalar este error
en 1930[390], aunque
atribuyó la perspicacia a Lemaître. Sin embargo, para entonces ya era un hecho
conocido que el universo se estaba expandiendo, así que este defecto concreto
del universo estático de Einstein ya no revestía ningún interés. Debo añadir
que en su artículo original, Einstein no especificó ni el origen físico de la
constante ni sus características precisas. Volveremos a ocuparnos de estas
interesantes cuestiones (y de cómo puede la gravedad ejercer un empuje de
repulsión) en el próximo capítulo.
Pese a estas cuestiones irresueltas, Einstein estaba bastante satisfecho de
haber logrado (o así lo creía) construir un modelo de un universo estático, un
cosmos que consideraba compatible con el pensamiento astronómico dominante. Al
principio, también estaba satisfecho con la constante cosmológica por otra
razón. La nueva modificación de las ecuaciones originales del campo
gravitatorio parecían armonizar la teoría con algunos principios filosóficos
que Einstein había utilizado anteriormente al concebir la relatividad general.
En concreto, las ecuaciones originales (sin la constante cosmológica) parecían
requerir lo que los físicos llaman «condiciones de contorno», es decir, la
especificación de un conjunto de valores para cantidades físicas a distancias
infinitas. Esto parecía incongruente con el «espíritu de la relatividad», en
palabras de Einstein. A diferencia de los conceptos de Newton sobre el espacio
y el tiempo absolutos, una de las premisas básicas de la relatividad general
era que no había un sistema de referencia absoluto. Además, Einstein había
insistido en que la distribución de la materia[391] y la
energía debía determinar la estructura del espacio-tiempo. Por ejemplo, un
universo en el que la distribución de la materia se desvanece en la nada no
habría resultado satisfactorio, pues el espacio-tiempo no se podía definir
adecuadamente sin la presencia de masa o energía. Sin embargo, para disgusto de
Einstein, las ecuaciones originales admitían como solución un espacio vacío.
Por eso le complació descubrir que el universo estático no necesitaba ninguna
condición de contorno, puesto que era finito y curvado sobre sí mismo como la
superficie de una esfera, sin contorno alguno. En este universo, un rayo de luz
regresaba a su punto de origen antes de comenzar un nuevo circuito. En este
sentido filosófico, Einstein, como antes que él Platón, siempre rehuyó los
extremos abiertos, eso que el filósofo Georg Wilhelm Hegel había llamado «mal
infinito».
Me doy perfecta cuenta de que los lectores que tengan un poco olvidada la
relatividad general agradecerán un recordatorio, así que aquí va un breve
repaso de sus principios fundamentales.
La distorsión del espacio-tiempo
En su teoría de la relatividad especial[392], que
precedió a su articulación de la relatividad general, Einstein se deshacía de
la idea de Newton de un tiempo absoluto o universal, el que supuestamente
medirían todos los relojes. El objetivo de Newton era presentar simétricamente
el tiempo absoluto y el espacio absoluto. Con esta pretensión, declaró: «El
tiempo absoluto, verdadero y matemático, por sí mismo y por su propia
naturaleza fluye igualmente sin relación con nada externo». Al convertir en el
tema central de la relatividad especial el postulado de que todos los
observadores deberían medir la misma velocidad de la luz, con
independencia de lo rápido que se desplacen o en qué dirección lo hagan,
Einstein tuvo que pagar el precio de vincular para siempre el espacio y el
tiempo en una única entidad entretejida que llamó espacio-tiempo. Son muchos
los experimentos que desde entonces han confirmado el hecho de que no coinciden
los intervalos de tiempo medidos por dos observadores que se desplacen el uno
respecto al otro. El caso más reciente se produjo en 2010 cuando, al comparar
dos relojes atómicos ópticos conectados con fibra óptica, investigadores del
Instituto Nacional de Patrones y Tecnología consiguieron observar este efecto
de «dilatación del tiempo» incluso para velocidades relativas[393] de
tan solo ¡35 kilómetros por hora!
Dado el papel central que desempeñaba la luz (o, de manera más general, de la
radiación electromagnética) en la teoría, la relatividad especial fue hecha a
medida para que concordase con las leyes que describían la electricidad y el
magnetismo. De hecho, Einstein tituló el artículo de 1905 en el que presentaba
su teoría, «Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento». Sin
embargo, ya en 1907 comenzaba a ser consciente de que la relatividad especial
era incompatible con la gravedad de Newton. La fuerza de la gravitación de
Newton supuestamente actuaba de manera instantánea por todo el espacio. La
implicación de esto sería que, por ejemplo, cuando nuestra galaxia, la Vía
Láctea, y la galaxia de Andrómeda choquen de aquí a unos pocos miles de
millones de años, el cambio en el campo gravitatorio debido a la redistribución
de masa se dejaría sentir al instante por todo el cosmos. Esta condición
entraba claramente en conflicto con la relatividad especial, pues significaba
que la información puede viajar más deprisa que la luz, algo que la relatividad
especial no permitía. Además, el solo concepto de simultaneidad en todo el
cosmos requeriría la existencia de aquel mismo tiempo universal que la
relatividad especial había invalidado con tanto esmero. Aunque Einstein no
habría utilizado este ejemplo concreto en 1907 porque lo desconocía, entendía
perfectamente el principio. Para superar estas dificultades (y, en particular,
para permitir que su teoría también se aplicase al movimiento acelerado),
Einstein se embarcó en una ruta bastante sinuosa con muchos tropiezos pero que
finalmente le condujo a la relatividad general.
La relatividad general todavía es considerada por muchos la teoría física más
ingeniosa jamás articulada. El famoso físico Richard Feynman confesó en una
ocasión: «Todavía no llego a comprender cómo pudo ocurrírsele». La teoría se
basaba fundamentalmente en dos ideas[394] originales
y profundas: (1) la equivalencia entre la gravedad y la aceleración, y (2) la
transformación del papel del espacio-tiempo de un espectador pasivo en un
protagonista principal en el drama de la dinámica universal. En primer lugar,
al reflexionar sobre la experiencia de una persona en caída libre[395] en el
campo gravitatorio de la Tierra, Einstein comprendió que la aceleración y la
gravedad son esencialmente indistinguibles. Una persona que viviera en la
Tierra dentro de un ascensor cerrado impulsado hacia arriba con una aceleración
constante, creería que vive en un lugar con una gravedad más fuerte; de hecho,
una balanza de baño registraría un peso mayor que el suyo normal. De manera
parecida, los astronautas de la lanzadera espacial experimentaban «ingravidez»
porque tanto ellos como la lanzadera estaban sometidos a la misma aceleración
con respecto a la Tierra. En su Conferencia de Kioto de 1922, un discurso
espontáneo a estudiantes y profesores, Einstein explicó cómo se le había
ocurrido la idea: «Estaba sentado en una silla en la oficina de patentes de
Berna cuando de repente me asaltó una idea: "Una persona en caída libre no
sentirá su propio peso". Me quedé sorprendido. Esta simple idea me produjo
una enorme impresión. Me empujó hacia una teoría de la gravitación».
La segunda idea de Einstein cambió completamente la gravedad de Newton. Lo que
Einstein expuso es que la gravedad no es ninguna fuerza misteriosa que actúa a
través del espacio, sino que la masa y la energía distorsionan el
espacio-tiempo del mismo modo que una persona sobre un trampolín hace que este
se combe. Einstein definió la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo.
Así, los planetas se desplazan por el camino más corto en el espacio-tiempo
curvado por el Sol, del mismo modo que una pelota de golf sigue la ondulación
del greeno que un Jeep sortea las dunas en el desierto del Sahara.
Tampoco la luz viaja en línea recta, sino que se curva en el espacio
distorsionado cerca de las grandes masas. La figura 32 muestra una carta
escrita por Einstein en 1913, cuando todavía estaba desarrollando la teoría. En
la misiva, dirigida al astrónomo estadounidense George Ellery Hale, Einstein
explica la curvatura de la luz en un campo gravitatorio y la deflexión por el
Sol de la luz proveniente de una estrella lejana. Esta crucial predicción fue puesta
a prueba por primera vez en 1919, durante un eclipse de Sol. La persona que
organizó las observaciones (en Brasil y en la isla de Príncipe en el golfo de
Guinea) fue Arthur Eddington, y las desviaciones registradas por su equipo[396] y por
la expedición dirigida por el astrónomo irlandés Andrew Crommelin (de
aproximadamente 1,98 y 1,61 segundos de arco) resultaron ser coherentes, dentro
de los errores de observación estimados, con la predicción de Einstein de 1,74
segundos de arco. (La gravedad newtoniana predecía la mitad de esa cifra). El
tiempo también está «curvado» en la relatividad general: los relojes situados
cerca de cuerpos muy masivos hacen tictac más despacio que los que están lejos.
Hay experimentos que confirman este efecto[397], que
también toman en cuenta los satélites del GPS.
Figura 32
La
premisa crucial de Einstein en la relatividad general era una idea
verdaderamente revolucionaria: lo que percibimos como la fuerza de la gravedad
no es más que una manifestación del hecho de que masa y energía producen una
distorsión del espacio-tiempo. En este sentido, Einstein estaba más cerca, al
menos en espíritu, a las concepciones geométricas (en oposición a dinámicas) de
los astrónomos de la antigua Grecia que a Newton con su énfasis en las fuerzas.
En lugar de ser un telón de fondo rígido y fijo, el espacio-tiempo puede
flexionarse, curvarse y estirarse como respuesta a la presencia de materia y
energía, y esas distorsiones provocan a su vez que la materia se desplace del
modo que lo hace. En palabras del influyente físico John Archibald Wheeler, «La
materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse, y el espacio-tiempo le dice a
la materia cómo moverse». Materia y energía se convierten en compañeros eternos
del espacio y el tiempo.
Al introducir la relatividad general, Einstein resolvió de una manera
espectacular el problema de la propagación de la fuerza de la gravedad más
rápido que la luz, el problema que incordiaba a la teoría de Newton. En la
relatividad general, la velocidad de transmisión queda reducida a lo rápido que
puedan viajar de un lugar a otro las ondas en el tejido del espacio-tiempo.
Einstein mostró que esas distorsiones y expansiones, las manifestaciones
geométricas de la gravedad, viajan exactamente a la velocidad de la luz. En
otras palabras, los cambios en el campo gravitatorio no se pueden transmitir de
manera instantánea.
¿Qué hay en una palabra?
Por feliz que estuviera Einstein con su constante cosmológica y su universo
estático, su satisfacción no tardaría en evaporarse, pues nuevos
descubrimientos científicos hicieron insostenible el concepto de un universo
estático. Primero hubo algunas decepciones teóricas[398], la más
temprana de las cuales golpeó casi de inmediato. Apenas un mes después de la
publicación del artículo cosmológico de Einstein, su amigo y colega profesional
Willem de Sitter halló una solución[399] a las
ecuaciones de Einstein sin materia en absoluto. Un universo desprovisto de
materia entraba sin duda en contradicción con la aspiración de Einstein de
enlazar la geometría del universo con su masa y su contenido de energía. Por
otro lado, el propio De Sitter estaba bastante satisfecho, ya que desde el
primer momento había objetado a la introducción de la constante cosmológica. En
una carta a Einstein fechada el 20 de marzo de 1917, argumentaba que la lambda
tal vez fuese deseable desde un punto de vista filosófico, pero no desde un
punto de vista físico. Lo que más le perturbaba era el hecho de que la
constante cosmológica no se pudiera determinar empíricamente. En aquel momento,
el propio Einstein mantenía la mente abierta a todas las opciones. En su
respuesta a De Sitter, el 14 de abril de 1917, escribió proféticamente en un
bello párrafo, que recuerda mucho al célebre de Darwin: «En el futuro lejano
[…] Se arrojará luz sobre el origen del hombre y sobre su historia» (véase el
capítulo 2):
En
cualquier caso, una cosa sí se sostiene. La teoría general de la
relatividad permite la inclusión de Λgµν [el
término cosmológico] en las ecuaciones de campo. Un día, nuestro conocimiento
real de la composición del firmamento de las estrellas fijas, los movimientos
aparentes de las estrellas fijas y la posición de las líneas espectrales en
función de la distancia, probablemente lleguen lo bastante lejos para
permitirnos decidir empíricamente la cuestión de si Λ desaparece o no. La
convicción es una buena motivadora, ¡pero un mal juez!
Como veremos en el siguiente capítulo, Einstein predijo precisamente lo que los
astrónomos conseguirían ochenta y un años más tarde. Pero en 1917, los reveses
no dejaban de llegar. Aunque el modelo de De Sitter a primera vista parecía ser
estático, no era más que una ilusión. Análisis posteriores realizados por los
físicos Felix Klein y Hermann Weyl mostraron que cuando se inserían en él
cuerpos de prueba, estos no quedaban en reposo, sino que se apartaban unos de
otros.
El segundo golpe teórico vino de Aleksandr Friedmann. Como ya se ha dicho,
Friedmann mostró en 1922 que las ecuaciones de Einstein (con o sin el término
cosmológico) permitían soluciones no estáticas en las que el universo se
expandía o se contraía. Esto incitó al decepcionado Einstein a escribir el 1923
a su amigo Weyl: «Si no hay un mundo cuasi-estático, hay que deshacerse del
término cosmológico[400]». Pero el
desafío más grave vino de las observaciones. Como ya hemos visto en el capítulo
9, Lemaître (tentativamente) y Hubble (inequívocamente) demostraron a finales
de la década de 1920 que, al final, el universo no era estático, sino que se
estaba expandiendo. Einstein comprendió de inmediato las implicaciones de un
universo en expansión, en el que la fuerza de atracción de la gravedad se
limita a frenar la expansión. Tras el descubrimiento de Hubble se vio obligado
a admitir que ya no había necesidad de un delicado número de equilibrismo entre
la atracción y la repulsión; en consecuencia, la constante cosmológica se podía
sacar de las ecuaciones. En un artículo publicado en 1931[401], abandonó
formalmente el término, pues «la teoría de la relatividad parece satisfacer de
manera más natural los recientes resultados obtenidos por Hubble […] sin
necesidad del término Λ». Más tarde, en 1931, en un artículo que Einstein
publicó conjuntamente con De Sitter[402], los
autores llegaron a la siguiente conclusión: «Históricamente el término que
contiene la "constante cosmológica" Λ fue introducido en las
ecuaciones de campo con el fin de permitirnos explicar teóricamente la
existencia de una densidad media finita en un universo estático. Ahora parece
que en el caso dinámico este extremo puede alcanzarse sin la introducción de
Λ».
Einstein era consciente del hecho de que sin la constante cosmológica, la tasa
de expansión medida por Hubble daba una edad del universo incómodamente corta
en comparación con las edades estimadas para las estrellas, pero al principio
sostuvo la opinión de que el problema podía estar con las segundas. La mayor
contribución al error de la tasa de expansión determinada mediante
observaciones no pudo corregirse hasta mediada la década de 1960, pero las
incertidumbres de un factor de aproximadamente dos en la tasa se mantuvieron
hasta la llegada del Telescopio Espacial Hubble. Sorprendentemente, sin
embargo, la constante cosmológica que ya se había desterrado regresó a bombo y
platillo en 1998.
Como ya se habrá observado, el lenguaje utilizado por Einstein y De Sitter con
relación a la constante cosmológica es benigno; se limitan a señalar que en un
universo en expansión ya no es necesaria. Sin embargo, si se lee casi cualquier
crónica de la historia de la constante cosmológica, casi con seguridad se
encontrará el relato de que Einstein denunció la introducción de esta constante
en su ecuación como su «mayor error». ¿Realmente dijo eso Einstein? Y, de ser
así, ¿por qué?
Después de escudriñar todos los documentos disponibles, confirmé algo que unos
pocos historiadores de la ciencia ya habían sospechado: la historia de que
Einstein llamó a la constante cosmológica su mayor error se originó en una sola
fuente: el expresivo George Gamow. Recuérdese que Gamow fue responsable de la
idea de la nucleosíntesis durante el big bang, y también de algunas
de las primeras reflexiones sobre el código genético. James Watson, el
codescubridor de la estructura del ADN, dijo en cierta ocasión sobre Gamow que
estaba «muy a menudo un paso por delante de todos los demás». Gamow explicó lo
del «mayor error» en dos lugares. En un artículo titulado «El universo en
evolución[403]»,
publicado en el número de septiembre de 1956 de Scientific American,
Gamow escribió: «Einstein me comentó hace muchos años que la idea de la
repulsión cósmica había sido el mayor error de su vida». Repitió la misma
historia (y, por alguna razón, la mayoría de las crónicas de la historia de la
constante cosmológica solo conocen esta fuente) en su libro autobiográfico[404]My World
Line, publicado póstumamente en 1970: «Así pues, la ecuación original de la
gravedad de Einstein era correcta, y cambiarla [para introducir la constante
cosmológica] fue un error. Mucho más tarde, mientras discutía problemas
cosmológicos con Einstein, me comentó que introducir el término cosmológico
había sido el mayor error que había cometido en toda su vida».
Sin embargo, como es bien conocido que a Gamow le gustaba adornar muchas de sus
anécdotas (su primera mujer dijo en una ocasión: «En más de veinte años juntos,
Geo nunca ha sido más feliz que perpetuando una broma»), decidí escarbar un
poco más con la intención de establecer la autenticidad del relato. Mi
motivación para investigar esta cita concreta se vio aumentada porque la
reciente resurrección de la constante cosmológica ha convertido la expresión
«mayor error» en una de las más citadas de Einstein. ¡La última vez que lo
comprobé, había más de medio millón de páginas en Google con las palabras
«Einstein» y «biggest blunder»!
Comencé por intentar dilucidar si Gamow realmente pretendía citar a Einstein
directamente. Por desgracia, las dos citas arriba presentadas resultaban
insuficientes, por sí solas, para determinar si Gamow afirmaba que el propio
Einstein había usado las palabras «mayor error» que había cometido en su vida,
o si Gamow se limitaba a transmitir el espíritu de la conversación. Sin
embargo, en My World Line, Gamow prosigue diciendo: «Pero este
"error", rechazado por Einstein, todavía hoy hay cosmólogos que lo
usan ocasionalmente, y la constante cosmológica designada con la letra griega
"Λ" deja ver su fea cabeza una y otra vez». El uso de las comillas en
la palabra «error» parece sugerir al menos que Gamow pretendía transmitir una
verdadera cita. El hecho de que Gamow usara exactamente la misma expresión en
dos ocasiones también indica que intentaba dar la impresión, al menos, de que estaba
citando directamente a Einstein. Además, como se habrá observado, Gamow revela
aquí su propio prejuicio contra la constante cosmológica al usar la expresión
«su fea cabeza».
Curiosamente, descubrí que Einstein realmente utilizó la expresión «Cometí un
gran error en mi vida», pero en un contexto totalmente distinto. Linus Pauling
habló con Einstein (en calidad los dos de destacados científicos y pacifistas)
en Princeton el 16 de noviembre de 1954. Justo después de la conversación,
Pauling escribió en su diario que Einstein le había dicho lo siguiente (la
figura 33 muestra la entrada en el diario de Pauling): «Había cometido un gran
error: cuando firmó la carta al presidente Roosevelt recomendando la
fabricación de las bombas atómicas; pero había alguna justificación: el peligro
de que las hicieran los alemanes». Como es obvio, este hecho por sí mismo no
excluye la posibilidad de que Einstein usase la expresión «el mayor error»
también en un contexto científico, aunque el lenguaje empleado en la
conversación con Pauling («un gran error») da que pensar.
Figura 33
La
segunda pregunta que deseaba intentar esclarecer era la de las circunstancias;
¿cuándo podría haber usado Einstein esa expresión con Gamow?
En My World Line Gamow da la impresión de que él y Einstein
eran buenos amigos. Describe cómo durante la segunda guerra mundial los dos
sirvieron al mismo tiempo como asesores en la División de Altos Explosivos de
la Oficina de Armamento de la marina de Estados Unidos. Como, según recuerda
Gamow, en aquel momento a Einstein no le era posible viajar de Princeton a Washington,
D. C., Gamow fue «seleccionado», en sus palabras, por la marina para llevarle
documentos a Einstein «cada dos viernes», porque «había conocido a Einstein
anteriormente, en una situación no militar». Gamow continúa describiendo unos
lazos cálidos y cercanos entre él y Einstein:
Einstein
solía recibirme en el estudio de su casa, vestido con uno de sus famosos
jerséis, y revisábamos todas las propuestas, una por una […] Cuando finalizaba
la parte de negocios de la visita, almorzábamos en la casa de Einstein o en la
cafetería del Instituto de Estudios Avanzados, que no caía lejos, y la
conversación derivaba a problemas de astrofísica y cosmología […] Nunca
olvidaré aquellas visitas a Princeton durante las cuales llegué a conocer a
Einstein mucho mejor de lo que lo había conocido antes.[405]
Tomando
por un hecho esta descripción, en su libro Ordinary Geniuses: Max
Delbruck, George Gamow, and the Origins of Genomics and Big Bang Cosmology[406] el
físico Gino Segrè llegó de manera natural a la conclusión de que Einstein había
hecho su comentario sobre el «mayor error» durante una de aquellas «charlas de
Princeton durante la segunda guerra mundial». Albrecht Fölsing[407], autor de
una de las más fieles biografías de Einstein, también dio por hecho que el
relato de Gamow era auténtico, y, como tantos otros, repitió la presunta cita
del «mayor error». Lamentablemente, como he descubierto, la realidad fue
bastante diferente.
Stephen Brunauer ya era un experto científico de superficies cuando, siendo
lugarteniente, se convirtió en el director de investigación y desarrollo de
explosivos de alto orden de la marina de Estados Unidos durante la segunda
guerra mundial. En cierto momento, preguntó a las divisiones civiles y de
infantería[408] si
Einstein trabajaba para ellos. La respuesta, en ambos casos, fue negativa. Le
explicaron a Brunauer que Einstein era un pacifista y que, además, no estaba
«interesado en nada práctico». Reticente a aceptar esta caracterización como
definitiva, Brunauer visitó a Einstein en Princeton el 16 de mayo de 1943, y lo
reclutó como asesor de la marina con una remuneración de 25 dólares diarios.
Brunauer fue también el oficial que reclutó a Gamow el 20 de septiembre de
1943. (Véase su carta a Gamow, figura 34). En un artículo publicado en 1986,
titulado «Einstein y la marina: […] "una combinación imbatible"»,
Brunauer describe con todo detalle todo el episodio. Menciona allí que además
de él mismo, hubo unos pocos científicos más en la división que ocasionalmente
utilizaron los servicios de Einstein, entre ellos los físicos Raymond Seeger,
John Bardeen (que ganaría dos premios Nobel de Física) y George Gamow, así como
el químico Henry Eyring. Cuando explica el papel preciso de Gamow, Brunauer
escribe: «Gamow, en años posteriores, dio a entender que era el vínculo entre
la marina y Einstein, que lo visitaba cada dos semanas y que el profesor
"escuchaba" pero no hacía ninguna aportación. Todo es falso. Quien
más lo visitaba era yo, y eso ocurría más o menos cada dos meses».
Figura 34
Esta
crónica sin duda arroja nueva luz sobre la interacción entre Einstein y Gamow.
El escrutinio de la poca correspondencia formal entre Gamow y Einstein no hizo
más que reforzar mi impresión de que los dos hombres nunca habían sido amigos
cercanos. En una de ellas, Gamow le pregunta a Einstein su opinión[409]sobre la
idea de que el conjunto del universo podría tener un momento angular (una
medida de rotación) distinto de cero. En otra, Gamow adjuntaba su artículo[410] sobre
la síntesis de los elementos en el big bang. Einstein respondía
cortésmente[411] a las
cartas de Gamow, pero nunca menciona la constante cosmológica. Tal vez la
información más reveladora de toda la correspondencia sea un comentario que
Gamow añadió a la carta de Einstein del 4 de agosto de 1946[412]. Einstein
informaba a Gamow de que había leído el manuscrito sobre la nucleosíntesis en
el big bang y estaba «convencido de que la abundancia de
elementos en función del peso atómico es un punto de partida de extrema
importancia para las especulaciones cosmogónicas». Gamow escribió al pie de la
carta (figura 35): «Por supuesto, el viejo está de acuerdo con casi todo
últimamente».
Pero si Einstein y Gamow no mantenían una relación cercana, ¿no es sorprendente
que Einstein usara con Gamow una expresión tan fuerte («el mayor error de toda
mi vida») para referirse a la constante cosmológica, y que sin embargo no lo
hiciera con ninguno de sus colegas y amigos más íntimos?[413]Para
explorar algo más esta cuestión, examiné los artículos, libros y
correspondencia personal de Einstein escritos después de 1932, en busca de otra
mención de la constante cosmológica. Partí de 1932 porque ese fue el año en que
Einstein y De Sitter declararon que la constante cosmológica era innecesaria.
Los escritos de Einstein no dejan ninguna duda de que tras el descubrimiento de
la expansión del cosmos, no estaba contento de haber introducido la constante
cosmológica. Por ejemplo, en 1942 su ayudante y colaborador, el físico Peter
Bergmann, publicó un libro titulado Introduction to the Theory of
Relativity, que incluía un prefacio de Einstein. El libro ni siquiera
menciona la constante cosmológica. Sin embargo, en la segunda edición de su
propio libro, El significado de la relatividad, Einstein añade un
apéndice con un comentario sobre el término cosmológico:
Figura 35
La
introducción del «miembro cosmológico» en las ecuaciones de la gravedad, aunque
posible desde el punto de vista de la relatividad, debe rechazarse desde el
punto de vista de la economía lógica. Como Friedman[n] mostró por primera vez,
se puede reconciliar una densidad finita de masa en todos los lugares con la
forma original de las ecuaciones de la gravedad si se admite la variabilidad
temporal de la distancia métrica entre dos puntos de masa[414].
Dicho de otro modo, Einstein reconocía que los principios de la relatividad
general permitían añadir a las ecuaciones un término de repulsión cosmológica,
pero como no era necesario, apelaba a la simplicidad matemática para
rechazarlo. Luego complementaba su comentario con una nota a pie de página:
Si
la expansión de Hubble se hubiera descubierto en el momento de la creación de
la teoría general de la relatividad, el miembro cosmológico no se habría
introducido. Hoy parece mucho menos justificado introducir ese término en las
ecuaciones de campo, dado que su introducción pierde su única justificación
original, que es la de contribuir a una solución natural al problema
cosmológico.[415]
En
el apéndice 4 de su libro de divulgación Sobre la teoría de la
relatividad especial y general, Einstein también señala que el término
cosmológico «no era requerido por la teoría como tal ni parecía natural desde
un punto de vista teórico». De manera parecida, la edición revisada, de 1958,
del libro del premio Nobel Wolfgang Pauli, Teoría de la relatividad,
incluía una nota complementaria[416] a pie
de página que hacía referencia al hecho de que Einstein era perfectamente
consciente de las soluciones de Friedmann y Lemaître, así como del
descubrimiento de Hubble. Según su autor, que era miembro del círculo más
cercano a Einstein, este habría rechazado posteriormente el término cosmológico
por «superfluo y ya no justificado». Pauli comentó además que él mismo aceptaba
el punto de vista de Einstein. Pero en ningún lugar aparece la menor alusión al
«mayor error».
Un análisis de todos los registros de Einstein sobre la constante cosmológica
deja absolutamente claro que la rechazó únicamente sobre la base de dos
criterios: una simplicidad de motivación estética y el arrepentimiento por
haberla introducido con una motivación equivocada. Como ya he señalado en el
capítulo 2, la simplicidad en los principios implicados en una
teoría es una de las características que la hacen bella. Para Einstein, la
simplicidad era más que eso; era casi un criterio de realidad: «Nuestra
experiencia hasta la fecha[417] nos
justifica cuando nos sentimos seguros de que en la naturaleza se realiza el
ideal de la simplicidad matemática». La experiencia de Einstein durante el
desarrollo de la relatividad general no había hecho más que reforzar su
confianza en los principios matemáticos. Cuando intentó seguir lo que pensó que
eran restricciones físicas, no llegó a nada, mientras que al seguir las
ecuaciones más naturales desde una perspectiva matemática, se le abrieron las
puertas a una «teoría de incomparable belleza», en sus propias palabras. Añadir
otra constante (la constante cosmológica) a las ecuaciones no le transmitía a
Einstein ninguna belleza reduccionista, pero estaba dispuesto a tolerarla en
tanto le pareciera impuesta por lo que él percibía como una realidad estática.
En el momento en que se descubrió que el cosmos se expandía dinámicamente, a
Einstein le complació liberar a su teoría de lo que ahora consideraba un exceso
de carga. Expresó sus ideas al respecto en una carta[418] que
escribió a Georges Lemaître el 26 de septiembre de 1947 en respuesta a una
carta[419] que
el cosmólogo belga le había enviado a Einstein el 30 de julio de aquel mismo
año. En aquella carta (y en un artículo de Lemaître que la siguió), Lemaître
hizo todo lo que pudo para convencer a Einstein de que la constante cosmológica
era en realidad necesaria para explicar cierto número de hechos cosmológicos,
entre ellos la edad del universo.
Einstein admitió al principio que «la introducción del término Λ ofrece una
posibilidad» de evitar una contradicción con las edades geológicas. Hay que
recordar que la edad del universo que implicaban las observaciones originales
de Hubble era muy inferior a la edad de la Tierra. Lemaître creía que podía
resolver este conflicto si las ecuaciones incluían la constante cosmológica.
Sin embargo, Einstein repitió sus argumentos reduccionistas para justificar su
renuencia a aceptar la constante cosmológica. Lo que escribió fue esto:
Desde
que introduje este término he tenido mala conciencia. Pero en aquel momento no
pude ver otra manera de contemplar el hecho de la existencia de una densidad
media finita de materia. Me pareció verdaderamente feo que la ley del campo de
gravitación estuviera compuesta por dos términos lógicamente independientes y
enlazados por una suma. Sobre la justificación de estas impresiones acerca
de la simplicidad lógica, es difícil argumentar [la cursiva es mía]. No
puedo evitar sentirlas con fuerza y soy incapaz de creer que se dé en la
naturaleza algo tan feo.[420]
En
otras palabras, la motivación original ya no existía, y Einstein creía que se
violaba la simplicidad estética, así que no creía que la naturaleza necesitase
una constante cosmológica. ¿Pensó entonces que aquello había sido su «mayor
error»?[421] Es
improbable. Es cierto que se sentía incómodo con el concepto, y que ya en 1919
había dicho que era «gravemente perjudicial para la belleza formal de la
teoría». Pero la relatividad general definitivamente permitía la
introducción del término cosmológico sin violar ninguno de los principios
fundamentales sobre los que se asentaba la teoría. En este sentido, Einstein
sabía que esto no era en absoluto un error antes incluso de los descubrimientos
recientes que conciernen a la constante cosmológica. La experiencia adquirida
en la física teórica desde los tiempos de Einstein nos ha demostrado que
cualquier término permitido por los principios básicos probablemente resulte
ser necesario. El reduccionismo se aplica a los fundamentos, no a la forma
específica de las ecuaciones. Las leyes de la física se parecen en esto a las
reglas de la novela La leyenda del rey Arturo, del escritor inglés
T. H. White: «Todo lo que no está prohibido es obligatorio[422]».
En conclusión, es prácticamente imposible demostrar más allá de toda duda que
alguien no dijo algo. De todos modos, basándome en todos los
indicios disponibles, mi conjetura más firme es que si bien Einstein tal vez
tuviera «mala conciencia» por haber introducido la constante cosmológica, sobre
todo porque perdió la oportunidad de predecir la expansión cósmica, en realidad
nunca lo calificó como el «mayor error» de toda su vida. Ese extremo fue, en mi
humilde opinión, casi con certeza una hipérbole de Gamow. Una anécdota
divertida es que, en un artículo titulado «El mayor error de Einstein», el
astrónomo J. P. Leahy, de la Universidad de Manchester[423], comentó:
«Es una suerte que Einstein le hiciera ese comentario a Gamow, pues de lo
contrario este habría tenido la fuerte tentación de inventárselo». Mi
conclusión es que Gamow probablemente ¡se lo inventó!
Uno se puede preguntar por qué esta ocurrencia de Gamow se ha convertido en una
de las historias más memorables del folclore de la física. La respuesta, creo
yo, es triple. De un lado, a la gente en general, y a los medios de
comunicación en particular, les encantan los superlativos. Las noticias sobre
la ciencia siempre son más atractivas si incluyen expresiones como «lo más
veloz», «lo más lejano» o «lo primero». Humano como era, Einstein se equivocó
muchas veces, pero ninguno de sus otros errores dio pie a titulares como el del
que fue calificado como su mayor error. En segundo lugar, Einstein se ha
convertido en la encarnación del genio[424], el hombre
que solo con la ayuda de sus capacidades intelectuales descubrió cómo funciona
el universo. Fue el científico que demostró que la matemática pura podía
descubrir lo que crea y también crear lo que descubre. Se ha dicho de los
antiguos griegos que encontraron el universo hecho un misterio y lo dejaron
hecho una polis (ciudad-estado). Desde la perspectiva de la
cosmología moderna, este aforismo se ajusta a Einstein todavía mejor. (La
figura 36 muestra mi imagen favorita de Einstein). El hecho de que incluso una
potencia científica de este calibre sea falible es a un tiempo fascinante y una
lección de humildad, y de cómo progresa realmente la ciencia. Ni siquiera las
mentes más impresionantes son infalibles; tan solo preparan el camino para el
siguiente nivel de comprensión. La tercera razón de la popularidad de la
constante cosmológica, de la que en alguna ocasión se ha dicho que es el más
famoso término amañado de la historia de la ciencia, es que ha resultado ser un
auténtico superviviente. Como el narco Pablo Escobar y el místico ruso Grigory
Rasputin, la constante cosmológica ha sido muy difícil de eliminar aunque
Einstein ya la denunció hace ochenta años. Y lo que es más, este ostensible
«error» no solo se ha negado a morir, sino que durante la última década se ha
convertido en el verdadero centro de atención. ¿Qué fue lo que le dio a la
constante cosmológica sus nueve vidas, y por qué acabó estando de nuevo bajo
los focos?
Figura 36
Enganchado
a Λ
Incluso en vida de Einstein, hubo algunos científicos que no querían deshacerse
de la constante cosmológica. El físico Richard C. Tolman[425], por
ejemplo, escribió a Einstein en 1931: «A falta de una determinación
experimental de su magnitud, la asignación definitiva de Λ = 0 parece
arbitraria y no necesariamente correcta». Lemaître, aparte de su sentimiento
general de que no debería rechazarse Λ solo porque hubiera sido introducido por
razones equivocadas, tenía otras dos motivaciones de peso para querer mantener
viva la constante cosmológica. La primera es que ofrecía una solución potencial
a la discrepancia entre la joven edad del universo (según implicaban las
observaciones de Hubble) y las escalas de tiempo geológicas. En algunos de los
modelos de Lemaître, un universo con una constante cosmológica[426] podía
perdurar mucho tiempo en una fase de estancamiento, prolongando así la edad del
cosmos. La segunda razón de Lemaître para defender Λ tenía que ver con sus
ideas sobre la formación de las galaxias. Conjeturaba que durante la fase de
estancamiento, las regiones de densidad más alta se amplificaban y crecían
formando protogalaxias. Aunque a finales de la década de 1960 se demostró que
esta idea particular no se sostenía[427], ayudó a
mantener la constante cosmológica en suspenso, pero no descartada.
Arthur Eddington fue otro de los grandes defensores de la constante
cosmológica. Tanto que, de hecho, en cierta ocasión declaró como un desafío:
«La vuelta a la antigua visión [sin la constante cosmológica] es impensable.
Abandonar la constante cosmológica se me antoja parecido a regresar a la teoría
newtoniana[428]». La
principal razón de la defensa de Eddington era que creía que la gravedad
repulsiva era la verdadera explicación de la expansión observada del universo.
En sus palabras:
Solo
hay dos maneras de explicar las grandes velocidades de recesión de las
nebulosas: (1) fueron producidas por una fuerza dirigida hacia afuera tal como
hemos supuesto, o (2) desde el principio del presente orden de las cosas han
existido velocidades tanto o más grandes. Se han propuesto varias explicaciones
rivales de la recesión de las nebulosas que no la aceptan como indicio de una
fuerza de repulsión. Estas necesariamente adoptan la segunda alternativa, y
postulan que han existido grandes velocidades desde el principio. Eso podría
ser cierto; pero difícilmente podemos calificarlas de explicación de
las grandes velocidades.[429]
Dicho
de otro modo, Eddington reconocía que incluso sin la constante cosmológica, la
relatividad general permitía como solución un universo en expansión. Sin
embargo, esta solución tenía que suponer que el cosmos había comenzado con
altas velocidades, sin proporcionar una explicación de esas particulares
condiciones iniciales. El modelo inflacionario[430], la idea
de que el universo experimentó una fenomenal expansión cuando apenas tenía una
fracción de segundo, nació de una parecida insatisfacción con la necesidad de
depender de unas condiciones iniciales específicas como causa de efectos
cósmicos observados. Por ejemplo, se supone que la inflación infló tanto el
tejido del universo que aplanó la geometría cósmica. Al mismo tiempo, se cree
que la inflación fue el agente que tomó fluctuaciones cuánticas de tamaño
subatómico en la densidad de la materia y las infló hasta escalas cosmológicas.
Estos fueron los incrementos de densidad que más tarde se convertirían en las
semillas para la formación de la estructura cósmica.
Como ya he señalado en el capítulo 9, el modelo del estado estacionario de
Hoyle de 1948 reproducía algunas de las características de la cosmología
inflacionaria. El término de campo que Hoyle había introducido en las
ecuaciones de Einstein para la creación continua de materia actuaba de varias
maneras como una constante cosmológica. En concreto, provocaba que el universo
se expandiera exponencialmente. En consecuencia, la cosmología del estado
estacionario ayudó a mantener en boga, en una u otra forma, el factor
cosmológico de repulsión durante otros quince años, más o menos.
Cuando William McCrea, astrónomo y durante largo tiempo defensor de Hoyle,
resumió las ideas preponderantes en 1971 acerca de la constante cosmológica,
tuvo la clarividencia de distinguir[431] entre
dos posibilidades: o bien la relatividad general es una teoría completa y
coherente, o hay que ver la relatividad general solamente como una parte de una
«teoría de todo» mucho más general, que describe el cosmos y todos los
fenómenos que ocurren en su interior. En el primer caso, observaba McCrea, la
constante cosmológica se convierte en un incordio, puesto que su valor no se
puede determinar desde dentro de la teoría. En el segundo caso, dijo con enorme
perspicacia, el valor de la constante cosmológica puede fijarse a través de la
conexión entre la relatividad general y otras ramas relevantes de la física.
Como pronto veremos, los físicos intentan entender la naturaleza de la
constante cosmológica precisamente a través de sus esfuerzos por unificar lo
grande y lo pequeño, la relatividad general y la física cuántica.
Capítulo 11
A partir del espacio vacío
Si
admitimos que el éter es en cierto grado condensable y extensible, y creemos
que se extiende por todo el espacio, debemos concluir que no habrá gravitación
mutua entre sus partes, y no podemos creer que sea atraído gravitatoriamente
por el Sol o la Tierra o ninguna materia ponderable; es decir, debemos creer
que el éter es una sustancia ajena a la ley de la gravitación universal.
Lord Kelvin
La
constante cosmológica introdujo en el vocabulario de la física una fuerza
gravitatoria de repulsión que es proporcional a la distancia y actúa por encima
y más allá de la atracción gravitatoria común entre masas. Como con tantos
otros conceptos físicos, Newton fue el primero en considerar[432] los
efectos de una fuerza parecida. En su célebre Principia discutía,
además de la fuerza normal de la gravedad, otra fuerza que «aumenta con una
razón simple de la distancia». Newton pudo demostrar que para este tipo de
fuerza, como para la gravedad, se podía considerar una masa esférica como si
toda la masa estuviera concentrada en su centro. Sin embargo, no examinó a
fondo el problema para el caso en que dos fuerzas actúan en tándem. Newton le
habría prestado más atención a este escenario si se hubiera percatado, o
hubiera tomado más en serio, el hecho de que su ley de la gravitación no se
podía aplicar fácilmente al universo entero. Si se intenta calcular[433] la
fuerza gravitatoria en cualquier punto de un cosmos de extensión infinita y
densidad uniforme, el cálculo no arroja ningún valor definido. La situación se
parece un poco a la de intentar calcular la suma de la secuencia infinita 1 − 1
+ 1 − 1 + 1 − 1, y así sucesivamente. El resultado depende de dónde se para.
Hacia finales del siglo XIX, unos pocos físicos intentaron[434] buscar
una salida a este laberinto, y sugirieron soluciones que iban desde pequeñas
modificaciones a la ley de la gravitación de Newton hasta la introducción de
conceptos más exóticos, como las masas negativas. El ubicuo Lord Kelvin, por
ejemplo, propuso que el éter (la sustancia que entonces se creía que impregnaba
todo el espacio) no participaba de ningún modo en la gravitación. (Véase la
cita que abre este capítulo). Al final, todos estos antiguos intentos
culminaron en la teoría de la relatividad general de Einstein y la posterior
ampliación de sus ecuaciones con la constante cosmológica. Sin embargo, como ya
hemos visto, Einstein repudió más tarde este término, y aparte de su efímera
reencarnación en la cosmología del estado estacionario de Hoyle, quedó
prácticamente desterrada de la teoría durante varias décadas. Pero a finales de
los años 1960, unas observaciones astronómicas proporcionaron el ímpetu
necesario para que este fénix resurgiera de sus cenizas. Los astrónomos
hallaron lo que parecía un exceso en el recuento de cuásares agrupados
alrededor de una época de hace unos diez mil millones de años. Este exceso de
densidad se podía explicar si de algún modo el tamaño del universo[435] se
hubiese mantenido durante un tiempo con las dimensiones que tenía entonces, de
aproximadamente un tercio de su extensión actual. De hecho, algunos
astrofísicos mostraron que era posible obtener ese ralentí astronómico a partir
del modelo de Lemaître, pues este incluía (gracias a su utilización de la
constante cosmológica) una tranquila fase de estancamiento o cuasi-estática.
Aunque este modelo concreto no sobrevivió mucho más tiempo, consiguió llamar la
atención sobre una posible interpretación de la constante cosmológica: la densidad
de energía del espacio vacío. Esta idea es tan fundamental y al mismo
tiempo tan desconcertante que merece una explicación.
De las escalas más grandes a las más pequeñas
Por definición, las ecuaciones matemáticas son expresiones o proposiciones que
afirman la igualdad de dos cantidades. Por ejemplo, la ecuación más famosa de
Einstein,
E = mc2
expresa
el hecho de que la energía asociada a una masa determinada (en el lado
izquierdo del signo de la igualdad) es igual al producto de esa masa por el
cuadrado de la velocidad de la luz (en el lado derecho). La ecuación original
de Einstein para la relatividad general tenía la siguiente forma: en el lado
izquierdo tenía un término que describía la curvatura del espacio y en el lado
derecho, un término que especificaba la distribución de masa y energía
(multiplicado por la constante de Newton para la magnitud de la fuerza de la
gravedad). Esta es una manifestación clara de lo esencial de la relatividad
general: la materia y la energía (en el lado derecho) determinan la geometría
del espacio-tiempo (en el lado izquierdo), que es la expresión de la gravedad.
Cuando introdujo la constante cosmológica[436], Einstein
la añadió al lado izquierdo (multiplicada por una cantidad que define
distancias), porque la concebía como una propiedad más del espacio-tiempo. Sin
embargo, si se desplaza este término al lado derecho[437], adquiere
un nuevo significado físico. Ahora en lugar de describir la geometría, el
término cosmológico pasa a formar parte del balance energético del cosmos. Sin
embargo, las características de esta nueva forma de energía difieren de las de
la energía asociada a la materia y la radiación de dos maneras importantes. En
primer lugar, mientras que la densidad de la materia (tanto la común como la
llamada «oscura», que no emite luz) disminuye a medida que el universo se
expande, la densidad de la energía correspondiente a la constante cosmológica
permanece eternamente constante. Y por si eso no fuera bastante
extraño, esta nueva forma de energía ¡tiene presión negativa!
Chúpate esa. Y no lo digo como chiste. La presión positiva, como la que ejerce
un gas normal comprimido, empuja hacia afuera; en cambio, la presión negativa
chupa hacia adentro en lugar de empujar hacia afuera. Esta propiedad resulta
ser crucial, pues en la relatividad general, además de la masa y la energía,
también la presión es una fuente de gravedad: aplica su propia fuerza
gravitatoria. Además, mientras que la presión positiva genera una fuerza
gravitatoria de atracción, la presión negativa contribuye a una fuerza
gravitatoria de repulsión(una característica que seguramente hace que
Newton se revuelva en su tumba). Este es justamente el atributo de la constante
cosmológica que Einstein había aprovechado en su intento por mantener el
universo estático. La simetría básica de la relatividad general —que las leyes
de la naturaleza deberían hacer las mismas predicciones en distintos marcos de
referencia— implica que solo el vacío puede tener una densidad de energía que
no se diluya con la expansión. Pues, ¿cómo podría diluirse más un espacio
vacío? Pero ¿energía del vacío? ¿Por qué tiene energía, la que sea, el espacio
vacío? ¿Acaso no es el vacío simplemente «nada»?
No en el extraño mundo de la mecánica cuántica. Cuando se entra en el dominio
de lo subatómico, el vacío deja de ser nada. De hecho, es un frenesí de pares
de partículas y antipartículas virtuales (en el sentido de que no pueden
observarse directamente) que aparecen y desaparecen de la existencia a una
escala de tiempo fugacísima. En consecuencia, hasta el espacio vacío puede
estar dotado de densidad de energía y, por lo tanto, ser una fuente de
gravedad. Esta interpretación[438] es
completamente diferente de la que había sugerido Einstein, quien veía su
constante cosmológica como una potencial peculiaridad del espacio-tiempo que
servía para describir el universo a sus mayores escalas cósmicas. La
identificación de la constante cosmológica con la energía del espacio vacío,
aunque matemáticamente equivalente, de inmediato la relaciona con las más
minúsculas escalas subatómicas, que son el dominio de la mecánica cuántica. La
observación de McCrea de 1971 de que tal vez se podría determinar el valor de
la constante cosmológica a partir de una física externa a la relatividad
general clásica resultó ser verdaderamente visionaria. Debo señalar que el
propio Einstein hizo un interesante intento de conectar la constante
cosmológica con las partículas elementales. En lo que podría verse como su
primera incursión en el campo de batalla de los intentos por unificar la
gravedad y el electromagnetismo, Einstein propuso en 1919[439] que
tal vez las partículas con carga eléctrica se mantienen unidas gracias a
fuerzas gravitatorias. Esto le llevó a una restricción electromagnética sobre
el valor de la constante cosmológica. Aparte de una nota breve sobre el tema[440] en
1927, Einstein nunca volvió a ocuparse de esta cuestión.
La idea de que el vacío no está realmente vacío sino que puede contener una
gran cantidad de energía no es realmente nueva. Fue propuesta por primera vez
en 1916 por el físico químico alemán Walther Nernst, pero como lo que más le
interesaba era la química, Nernst no pensó en las implicaciones de esta idea
para la cosmología. En la década de 1920, quienes se ocupaban de la mecánica
cuántica[441], y en
especial Wolfgang Pauli, discutieron el hecho de que en el dominio cuántico la
energía más baja posible de cualquier campo no era cero. Esta energía
del punto cero, como se la suele llamar, es una consecuencia de la
naturaleza ondulatoria de los sistemas mecánico-cuánticos, que hace que
experimenten fluctuaciones o sacudidas incluso en su estado fundamental. No
obstante, ni siquiera las conclusiones de Pauli encontraron eco en
consideraciones cosmológicas. La primera persona que de manera específica conectó
la constante cosmológica con la energía del espacio vacío fue Lemaître. En un
artículo publicado en 1934, no mucho después de reunirse con Einstein, Lemaître
escribió: «Todo ocurre como si la energía in vacuo fuese
diferente de cero[442]». Y
prosiguió diciendo que la densidad de energía del vacío debía estar asociada a
una presión negativa, y que «este es en esencia el significado de la constante
cosmológica Λ». La figura 37 muestra el encuentro de Einstein y Lemaître en
Pasadena en enero de 1933.
Por perceptivos que fuesen los comentarios de Lemaître, el asunto durmió el
sueño de los justos durante más de tres décadas hasta que un breve
resurgimiento de interés en la constante cosmológica atrajo la atención del
versátil físico judío bielorruso Yakov Zeldovich. En 1967 Zeldovich hizo el
primer intento[443] genuino
de calcular la contribución de las sacudidas del vacío al valor de la constante
cosmológica.
Figura 37
Por
desgracia, por el camino hizo algunas suposiciones ad hoc sin
explicar su razonamiento. En particular, Zeldovich supuso que la mayoría de las
energías del punto cero de un modo u otro se cancelan, dejando solo la
interacción gravitatoria entre las partículas virtuales en el vacío. Incluso
con esta injustificada omisión, el valor que obtuvo era totalmente inaceptable:
aproximadamente mil millones de veces superior a la densidad de energía de toda
la materia y la radiación del universo observable.
Intentos más recientes de estimar la energía del espacio vacío no han hecho más
que exacerbar el problema, produciendo valores que son muchísimo más altos;
tanto, de hecho, que no pueden tenerse sino por absurdos. Por ejemplo, los
físicos primero supusieron ingenuamente que podían sumar las energías del punto
cero hasta la escala en que se quiebra nuestra teoría de la gravedad. Es decir,
hasta el punto en que el universo es tan pequeño que se necesita una teoría
cuántica de la realidad (una teoría que todavía no tenemos). En otras palabras,
la hipótesis era que la constante cosmológica debería corresponder a la
densidad cósmica cuando el universo no tenía más que una fracción de segundo,
antes incluso de que se imprimieran las masas de las partículas subatómicas.
Sin embargo, cuando los físicos de partículas realizaron la estimación[444], se
encontraron con un valor unos 123 órdenes de magnitud (un 1 seguido de 123
ceros) mayor que la densidad de la energía cósmica combinada de la materia y la
radiación. Esta disparatada discrepancia llevó al premio Nobel de Física Steven
Weinberg a calificarla como «el peor fracaso de una estimación de orden de
magnitud en toda la historia de la ciencia». Obviamente, si la densidad de
energía del espacio vacío fuese realmente tan alta, no solo no habrían existido
galaxias y estrellas, sino que además la enorme repulsión habría desgarrado al
instante átomos y núcleos. En un intento desesperado por corregir aquella
estimación basada en conjeturas, los físicos usaron principios de simetría para
especular que la suma de las energías del punto cero debería recortarse a una
energía menor. Para su desesperación, aunque la estimación revisada arrojaba un
valor considerablemente más bajo, la energía todavía era demasiado alta en unos
53 órdenes de magnitud.
Enfrentados a esta crisis, algunos físicos recurrieron a creer que hay algún
mecanismo todavía no descubierto que de algún modo cancela completamente todas
las distintas contribuciones de la energía del vacío, produciendo de este modo
un valor de exactamente cero para la constante cosmológica. Como se comprenderá,
matemáticamente hablando eso es el equivalente exacto de lo que hizo Einstein
cuando simplemente retiró de sus ecuaciones la constante cosmológica. Suponer
que la constante cosmológica desaparece significa que no es necesario incluir
en las ecuaciones un término de repulsión. El razonamiento, sin embargo, era
completamente distinto. El descubrimiento de Hubble de la expansión cósmica
enseguida subvirtió la motivación original de Einstein para introducir la
constante cosmológica. Aun así, muchos físicos consideraron injustificado que
se asignase el valor específico de cero a lambda por la mera razón de la
brevedad o como remedio a una «mala conciencia». Por otro lado, en su moderna
encarnación como energía del espacio vacío, la constante cosmológica parece ser
obligatoria desde la perspectiva de la mecánica cuántica, a no ser que todas
las distintas fluctuaciones cuánticas de algún modo se pongan de acuerdo para
sumar cero. Esta situación inconclusa y frustrante duró hasta 1998, cuando
nuevas observaciones astronómicas convirtieron la cuestión entera en lo que
posiblemente haya que calificar como el mayor desafío al que se enfrenta hoy la
física.
El universo acelerado
Desde las observaciones de Hubble de finales de los años 1920, sabemos que
vivimos en un universo en expansión. La teoría de la relatividad general de
Einstein proporcionaba una interpretación natural de los descubrimientos de
Hubble: la expansión es un estiramiento de la urdimbre del propio
espacio-tiempo. La distancia entre dos galaxias cualesquiera aumenta del mismo
modo que aumentaría la distancia entre dos motas pegadas a un globo si lo
inflamos. Sin embargo, del mismo modo que la gravedad de la Tierra frena el
movimiento de cualquier objeto lanzado hacia lo alto, uno esperaría que la expansión
cósmica se estuviera frenando a causa de la atracción gravitatoria mutua de
toda la materia y energía del universo. Pero en 1998 dos equipos de astrónomos[445] que
trabajaban independientemente descubrieron que la expansión cósmica no se está
frenando; al contrario, durante los últimos seis mil millones de años, ¡se
viene acelerando! Uno de los equipos, el Proyecto de Cosmología de Supernovas,
estaba dirigido por Saul Perlmutter, del Laboratorio Nacional Lawrence de
Berkeley, y el otro, el Equipo de Búsqueda de Supernovas de Z Alta, estaba
dirigido por Brian Schmidt, del Observatorio de Monte Stromlo y Siding Spring,
y por Adam Riess, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial y de la
Universidad Johns Hopkins.
El descubrimiento de la expansión acelerada[446] fue
al principio toda una sorpresa, pues implicaba algún tipo de fuerza de
repulsión (como la que se esperaría de la constante cosmológica) que impulsaba
la expansión del universo. Para llegar a su sorprendente conclusión, los
astrónomos se basaron en observaciones de explosiones estelares muy brillantes
conocidas como supernovas de tipo 1a. Estas explosiones estelares son tan
luminosas (en su momento álgido, superan el brillo de la galaxia que las acoge)
que pueden detectarse (y seguir la evolución de su brillo) hasta más de la
mitad de la distancia del universo observable. Además, lo que hace a las
supernovas de tipo 1a especialmente adecuadas para esta clase de estudio es el
hecho de que son excelentes candelas estándar: son prácticamente
idénticas en su luminosidad intrínseca en el punto álgido, y las pequeñas
desviaciones de la uniformidad que existen pueden calibrarse empíricamente.
Como el brillo observado de una fuente de luz es inversamente proporcional a su
distancia (un objeto que está tres veces más lejos que otro es nueve veces más
tenue), el conocimiento de la luminosidad intrínseca combinado con la medición
de la luminosidad aparente permite una determinación fiable de la distancia a
la fuente.
Las supernovas de tipo 1a son muy poco frecuentes[447]: solo se
dan aproximadamente una vez por siglo en una galaxia dada. En consecuencia, el
equipo tuvo que examinar miles de galaxias para conseguir una muestra de unas
pocas docenas de supernovas. Los astrónomos determinaron las distancias a estas
supernovas y a las galaxias que las hospedan, y las velocidades de recesión de
estas últimas. Armados con estos datos, compararon sus resultados con las
predicciones de la ley lineal de Hubble. Si la expansión del universo se estaba
enlenteciendo, como todos esperaban, deberían haber encontrado que las galaxias
situadas, digamos, a dos mil millones de años luz, fuesen más brillantes de lo
esperado, puesto que habrían estado algo más cerca de lo que habría predicho
una expansión uniforme. En cambio, Riess, Schmidt, Perlmutter y sus colegas
encontraron que las galaxias distantes eran más tenues de lo
esperado, lo que indicaba que habían alcanzado una distancia mayor. Un análisis
meticuloso mostró que los resultados implicaban una aceleración cósmica durante
los últimos seis mil millones de años, aproximadamente. Perlmutter, Schmidt y
Riess compartieron el premio Nobel de Física de 2011 por su extraordinario
hallazgo.
Desde su descubrimiento en 1998 han aparecido nuevas piezas de este
rompecabezas, y todas ellas corroboran el hecho de que alguna nueva forma de
energía con una distribución muy suavizada produce una gravedad repulsiva que
empuja al universo a acelerarse. En primer lugar, la muestra de supernovas se
ha incrementado considerablemente y ahora cubre un rango de distancias más
amplio, lo que sitúa el hallazgo sobre una base más firme. En segundo lugar,
Riess y sus colaboradores han mostrado por medio de observaciones posteriores
que la actual fase de aceleración del universo de los últimos seis mil millones
de años vino precedida por una época anterior de deceleración. De todo ello
emerge una imagen bella y persuasiva: cuando el universo era más pequeño y
mucho más denso, la gravedad tenía la mano ganadora y frenaba la expansión. Hay
que recordar, no obstante, que la constante cosmológica, como su nombre indica,
no se diluye; la densidad de energía del vacío es constante. En cambio, las
densidades de materia y radiación eran extremadamente elevadas en el universo
primigenio, pero no han hecho más que disminuir a medida que el universo se ha
ido expandiendo. Cuando la densidad de energía de la materia cayó por debajo de
la del vacío (hace unos seis mil millones de años), comenzó la aceleración.
El indicio más convincente de un universo acelerado se produjo por la combinación
de observaciones detalladas de las fluctuaciones[448] del
fondo cósmico de microondas realizadas por la Sonda Wilkinson de la Anisotropía
de Microondas (WMAP, por sus siglas en inglés) y las observaciones de
supernovas, complementado todo ello con mediciones independientes de la actual
tasa de expansión (la constante de Hubble). Después de tomar en cuenta todas
las restricciones impuestas por las observaciones, los astrónomos lograron
determinar de una manera precisa la actual contribución de la supuesta energía
del vacío respecto al balance total de energía del cosmos. Las observaciones
revelaron que la materia (la común y la oscura juntas) constituye tan solo un
27 por ciento, aproximadamente, de la densidad de energía del universo,
mientras que la «energía oscura» (el nombre con el que se ha bautizado a ese
componente suavizado que es congruente con la posibilidad de ser energía del
vacío) constituye alrededor del 73 por ciento. En otras palabras, la pertinaz
constante cosmológica de Einstein, o algo que se parece mucho a su «modalidad»
contemporánea, la energía del espacio vacío, ¡se tiene hoy por la forma de
energía que predomina en el universo!
Dejemos clara una cosa: el valor medido de la densidad de energía asociada a la
constante cosmológica sigue siendo de unos 53 a unos 123 órdenes de magnitud
menor de lo que arrojaría un cálculo ingenuo de la energía del vacío, pero el
hecho de que definitivamente no sea cero ha frustrado las esperanzas de muchos
físicos teóricos. Recuérdese que dada la increíble discordancia entre cualquier
valor razonable de la constante cosmológica (un valor que el universo pudiera
tolerar sin romperse por las costuras) y las expectativas teóricas, los físicos
confiaban en que hubiese alguna simetría todavía no descubierta que cancelara
completamente la constante cosmológica. Es decir, confiaban en que las
contribuciones de las distintas energías del punto cero, por grandes que
pudieran ser individualmente, se encontrasen en parejas de signos opuestos, de
manera que el resultado neto fuese cero.
Algunas de estas expectativas descansaban en conceptos como la supersimetría[449]: los
físicos de partículas predicen que todas las partículas que nos son tan
familiares, como los electrones y los quarks (los constituyentes de los
protones y los neutrones), deberían tener compañeras supersimétricas, todavía
no descubiertas, con la misma carga (por ejemplo, eléctrica y nuclear), pero
con el espín reducido en media unidad mecánico-cuántica. Por ejemplo, el
electrón tiene un espín de ½, y su «sombra» supersimétrica supuestamente
tendría espín de 0. Si, además, todas las supercompañeras tuviesen la misma
masa que sus compañeras conocidas, la teoría predice que la contribución de
cada una de esas parejas se cancelaría. Desafortunadamente, sabemos que las
superparejas del electrón, el quark y el esquivo neutrino no pueden tener la
misma masa, respectivamente, que el electrón, el quark y el neutrino, pues en
ese caso ya las habríamos descubierto. Cuando se toma en cuenta este hecho, la
contribución total a la energía del vacío es mayor que la observada en unos 53
órdenes de magnitud. Uno todavía podría albergar la esperanza de que alguna
supersimetría que aún nadie ha imaginado produzca la deseada cancelación. Sin
embargo, la medición de la aceleración cósmica es un hito precisamente porque
nos muestra que eso no es demasiado probable. El valor extraordinariamente
pequeño, pero distinto de cero, de la constante cosmológica ha convencido a
muchos teóricos de que es inútil buscar una explicación basada en argumentos de
simetría. Al fin y al cabo, ¿cómo se puede reducir un número a 0,00000000000000000000000000000000000000000000000000001
de su valor original sin cancelarlo del todo? Este remedio parece requerir un
nivel de ajuste finísimo que la mayoría de los físicos no están dispuestos a
aceptar. Habría sido mucho más fácil, en principio, imaginar un escenario
hipotético que haga que el valor de la energía del vacío sea exactamente cero
que un escenario que lo reduzca al minúsculo valor observado. Entonces, ¿qué
salidas nos quedan? En su desesperación, a algunos físicos les ha dado por
recurrir a uno de los conceptos más controvertidos de la historia de la
ciencia: el razonamiento antrópico, una forma de argumentación en la que la
mera existencia de los observadores humanos se considera parte de la
explicación. Einstein no tuvo nada que ver con este desarrollo, pero fue la
constante cosmológica (el fruto de la mente de Einstein, su «error») lo que ha
convencido a bastantes de los teóricos más destacados de nuestros días a
tomarse en serio esta condición. Veamos una explicación sucinta del nudo de toda
esta conmoción.
Razonamiento antrópico
Casi todo el mundo estaría de acuerdo en que la pregunta «¿Hay vida
extraterrestre inteligente?» es una de las preguntas de la ciencia actual que
más curiosidad despiertan. Que esta sea una pregunta razonable que plantearse
se debe a un hecho verdadero: las propiedades de nuestro universo[450], y las
leyes que lo gobiernan, han permitido la aparición de vida compleja.
Obviamente, las peculiaridades biológicas de los humanos dependen de forma
crucial de las propiedades de la Tierra y de su historia, pero hay algunos
requisitos básicos que nos parecen necesarios para que cualquier forma de vida
inteligente llegue a materializarse. Por ejemplo, las galaxias compuestas por
estrellas, con planetas en órbita alrededor de algunas de esas estrellas,
parecen un requisito razonablemente genérico. De igual manera, la
nucleosíntesis en el interior de las estrellas tuvo que forjar las piezas
fundamentales de la vida: átomos como el carbono, el oxígeno y el hierro. El
universo también tuvo que proporcionar un medio lo bastante acogedor, y durante
un tiempo lo bastante dilatado, como para que aquellos átomos se pudieran
combinar y formar las moléculas complejas de la vida, lo que permitió que la
vida primitiva evolucionara hasta su fase «inteligente».
En principio, uno podría imaginar universos «contrafactuales» que no son
conducentes a la aparición de la complejidad. Imaginemos, por ejemplo, un
universo que responde a las mismas leyes de la naturaleza, y a los mismos
valores de las «constantes de la naturaleza», con la excepción de una. Es
decir, las magnitudes de las fuerzas gravitatoria, electromagnética y nuclear
son idénticas a las de nuestro universo, igual que lo son los cocientes de las
masas de todas las partículas elementales. Sin embargo, el valor de un
parámetro, la constante cosmológica, es mil veces más alto en este universo
hipotético. En un universo así, la fuerza repulsiva asociada a la constante
cosmológica provocaría una expansión tan rápida que no se llegaría a formar
ninguna galaxia.
Como ya hemos visto, la pregunta que hemos heredado de Einstein es la
siguiente: ¿por qué debería haber siquiera una constante cosmológica? La física
moderna ha transformado esa pregunta en esta: ¿por qué debería el espacio vacío
ejercer una fuerza de repulsión? Sin embargo, a raíz del descubrimiento de la
expansión acelerada, lo que nos preguntamos es: ¿por qué es tan pequeña la
constante cosmológica (o la fuerza ejercida por el vacío)? En 1987, tras todos
los intentos previos y fallidos de poner una restricción a la energía del
espacio vacío, el físico Steven Weinberg[451] planteó
una audaz posibilidad: ¿y si la constante cosmológica no fuese realmente
fundamental (es decir, explicable en el marco de una «teoría de todo»),
sino accidental? Dicho de otro modo, imaginemos que existe un
enorme conjunto de universos (un «multiverso») y que la constante cosmológica
puede asumir distintos valores en distintos universos. En algunos de ellos,
como en el universo contrafactual que hemos planteado con una lambda mil veces
mayor, la complejidad y la vida no se habrían desarrollado. Los humanos nos
encontramos, naturalmente, en uno de los universos «biófilos». Así las cosas,
no habría ninguna gran teoría unificada de las fuerzas fundamentales que
pudiera fijar el valor de la constante cosmológica; este vendría determinado
por el simple requisito de que se encuentre dentro del intervalo que permite la
evolución de los humanos. En un universo con una constante cosmológica
demasiado alta, no habría nadie para preguntarse sobre su valor. El físico
Brandon Carter, que fue quien primero presentó este argumento[452] en
los años 1970, lo bautizó como «principio antrópico». En concordancia con ello,
los intentos de definir los dominios «provida» se describen como argumentación
o razonamiento antrópico. ¿En qué condiciones podemos siquiera intentar aplicar
este tipo de razonamiento para explicar el valor de la constante cosmológica?
Para que tenga algún sentido, la argumentación antrópica tiene que descansar
sobre tres suposiciones básicas:
1. Las
observaciones están sujetas a un «sesgo de selección», un filtrado de la
realidad física, por el mero hecho de que las realizan los humanos.
2. Algunas
de las «constantes de la naturaleza» nominales son accidentales, no
fundamentales.
3. Nuestro
universo no es más que un miembro más de un gigantesco conjunto de universos.
Examinemos
muy brevemente cada uno de estos puntos e intentemos evaluar su viabilidad.
Los estadísticos siempre han detestado los sesgos de selección: distorsiones de
los que se introducen o bien a causa de las herramientas de recolección de los
datos, o bien por el método de acumulación de los datos. Veamos algunos
ejemplos que muestran este efecto. Imaginemos que queremos poner a prueba una
estrategia de inversión examinando el comportamiento de un gran grupo de
valores frente a veinte años de datos. Uno podría sentirse tentado a incluir en
el estudio únicamente los valores de los que se tiene información completa para
los veinte años del periodo de estudio. Sin embargo, eliminar los valores que
dejaron de cotizar durante ese periodo produciría resultados sesgados, pues son
esos precisamente los valores que no sobrevivieron al mercado.
Durante la segunda guerra mundial, el matemático judío austro-húngaro Abraham
Wald demostró que comprendía muy bien el sesgo de selección. A Wald le pidieron
que examinara datos[453] sobre
la localización de los impactos de fuego enemigo en el casco de los aviones que
regresaban, con el fin de que hiciera recomendaciones sobre las partes de los
aviones que había que reforzar para mejorar su supervivencia. Para sorpresa de
sus superiores, Wald recomendó blindar las partes que no mostraban
daños. Lo que Wald había entendido era que los agujeros de bala que veía en los
aviones que habían sobrevivido indicaban los lugares donde un avión podía
recibir impactos y resistir. Por consiguiente, concluyó que los aviones que
habían caído probablemente habían recibido impactos precisamente en los lugares
donde los aviones que habían regresado habían tenido la suerte de no haber sido
alcanzados.
Los astrónomos conocen bien el sesgo de Malmquist (así llamado
por el astrónomo sueco Gunnar Malmquist, que lo estudió a fondo en los años
1920)[454]. Cuando
los astrónomos hacen una prospección de estrellas o galaxias, sus telescopios
solamente son sensibles por encima de cierto brillo. Pero los objetos que son
intrínsecamente más luminosos se pueden observar a distancias mayores, y esto
crea la falsa tendencia de un aumento de la luminosidad intrínseca media con la
distancia, simplemente porque los objetos más tenues no llegan a verse.
Brandon Carter manifestó que no debemos tomarnos demasiado al pie de la letra
el principio copernicano, que no somos nada especial en el cosmos, y recordó a
los astrónomos que los humanos son los únicos que hacen observaciones del
universo y, en consecuencia, no debería sorprendernos descubrir que las
propiedades del cosmos son congruentes con la existencia humana. Por ejemplo,
no podríamos descubrir que nuestro universo no contiene carbono, puesto que
somos una forma de vida basada en el carbono. Al principio, la mayoría de los
investigadores no vieron en el razonamiento antrópico de Carter más que una
aserción obvia y trivial. Sin embargo, durante el último par de décadas, el
principio antrópico ha ganado algo de popularidad. Hoy más de un destacado
teórico acepta el hecho de que en el contexto de un multiverso, el argumento
antrópico puede conducirnos a una explicación natural del valor, de otro modo
desconcertante, de la constante cosmológica. Para recapitular el argumento, si
lambda fuese mucho mayor (como algunas consideraciones probabilísticas parecen
requerir), la aceleración cósmica habría superado a la gravedad antes de que
las galaxias hubiesen tenido siquiera la oportunidad de formarse. El hecho de
que nos encontramos en la galaxia de la Vía Láctea necesariamente sesga
nuestras observaciones hacia valores bajos de la constante cosmológica en
nuestro universo.
Pero ¿hasta qué punto es razonable suponer que una constante física es
«accidental»? Un ejemplo histórico puede ayudarnos a clarificar este concepto.
En 1597 el gran astrónomo alemán Johannes Kepler publicó un tratado[455] conocido
como Mysterium Cosmographicum (El misterio cósmico). En
este libro, Kepler creía haber hallado la solución a dos desconcertantes
enigmas cósmicos: por qué había precisamente seis planetas en el sistema solar
(los seis que se conocían en su tiempo), y qué determinaba el tamaño de las
órbitas planetarias. Incluso para su época, las respuestas de Kepler a estas
preguntas rozaban la extravagancia. Lo que hizo fue construir un modelo del
sistema solar encajando uno dentro del otro cinco cuerpos regulares conocidos
como sólidos platónicos (tetraedro, cubo, octaedro, dodecaedro
e icosaedro). Junto a una esfera exterior que correspondía a las estrellas
fijas, los sólidos determinaban de forma precisa seis espacios que, para
Kepler, «explicaban» el número de planetas. Al escoger un orden particular para
encajar un sólido dentro de otro, Kepler logró reproducir de forma aproximada
los tamaños relativos de las órbitas del sistema solar. El problema principal
del modelo de Kepler no estaba en los detalles geométricos; al fin y al cabo,
Kepler utilizó la matemática que conocía para explicar las observaciones
disponibles. El principal fallo fue que Kepler no se dio cuenta de que ni el
número de planetas ni los tamaños de sus órbitas eran cantidades fundamentales,
es decir, cantidades que se puedan explicar a partir de primeros principios.
Aunque las leyes de la física sin duda gobiernan el proceso general de la
formación de los planetas a partir de un disco protoplanetario de gas y polvo,
es el entorno particular de un objeto estelar joven lo que determina el
resultado final.
Hoy sabemos que en la Vía Láctea hay millones de planetas extrasolares, y cada
sistema planetario es diferente por lo que respecta a sus miembros y
propiedades orbitales. Tanto el número de planetas como las dimensiones de sus
circuitos son accidentales, igual que es accidental, por ejemplo, la forma
precisa de un copo de nieve.
Hay una magnitud particular en el sistema solar que ha sido crucial para
nuestra existencia: la distancia entre el Sol y la Tierra. Nuestro planeta se
encuentra en la zona habitable alrededor del Sol, una estrecha región
circumestelar donde es posible la existencia de agua líquida en la superficie
del planeta. A menor distancia el agua se evapora y a mayor distancia, se
congela. El agua fue esencial para la aparición de la vida en la Tierra porque
las moléculas se podían combinar fácilmente en el «caldo» de la Tierra joven y
formar largas cadenas resguardadas de las dañinas radiaciones ultravioletas.
Kepler estaba obsesionado con la idea de encontrar una explicación basada en
primeros principios para la distancia Tierra-Sol, pero se equivocaba en su
obstinación. No había nada que, en principio, impidiera que la Tierra se
formase a una distancia distinta. Pero si esa distancia hubiese sido
significativamente mayor o menor, no habría habido Kepler que se preguntase por
qué. Entre los miles de millones de sistemas solares de la Vía Láctea, muchos
probablemente no alberguen vida por no tener ningún planeta en la zona habitable
alrededor de la estrella. Aunque las leyes de la física determinaron la órbita
de la Tierra, no hay una explicación más profunda para el radio de su órbita
aparte del hecho de que si hubiese sido muy distinta, no estaríamos aquí.
Esto nos lleva al último ingrediente necesario del argumento antrópico. Para
que la explicación del valor de la constante cosmológica como magnitud
accidental en un multiverso tenga algún sentido, tiene que haber un multiverso.
¿Lo hay? No lo sabemos, pero eso a algunos perspicaces físicos no les ha
privado de especular. Lo que sí sabemos es que en un escenario teórico conocido
como «inflación eterna», un drástico estiramiento del espacio-tiempo puede
producir un multiverso eterno e infinito. Supuestamente, este multiverso
estaría generando continuamente regiones de inflación, que evolucionarían hacia
particulares «universos de bolsillo[456]». El big
bang con el que apareció nuestro particular «universo de bolsillo»
solo es un evento más en un esquema mucho mayor de un sustrato que se expande
exponencialmente. Algunas versiones de la «teoría de cuerdas» (que hoy se
conoce a veces como «teoría M») también permiten una enorme variedad de
universos (¡más de 10500!), cada uno de ellos potencialmente
caracterizado por distintos valores de las constantes físicas. Si este
escenario especulativo fuese correcto, lo que tradicionalmente hemos llamado «el
universo» no sería más que un pedazo de espacio-tiempo dentro de un vasto
paisaje cósmico[457].
No quisiera que nadie se llevase la impresión de que todos los físicos (o
siquiera la mayoría) creen que la solución al rompecabezas de la energía del
espacio vacío nos llegará por medio de un razonamiento antrópico. La simple
mención de «multiverso» y «antrópico» hace que a algunos físicos les suba la
tensión. Hay dos razones principales para esta reacción adversa. La primera es
que, como ya se ha comentado en el capítulo 9, desde los trabajos pioneros del
filósofo de la ciencia Karl Popper, para que una teoría científica merezca este
calificativo tiene que ser falsable mediante experimentos u observaciones. Este
requisito se ha convertido en el fundamento del «método científico». Una
suposición sobre la existencia de un conjunto de universos potencialmente no
observables se nos presenta, a primera vista, en conflicto con este requisito
y, por lo tanto, más en el dominio de la metafísica que en el de la física. No
obstante, la frontera entre lo que definimos como observable y no observable no
está clara. Pensemos, por ejemplo, en el «horizonte de partículas», la
superficie que nos envuelve desde la cual nos llega la radiación emitida en
el big bang. En el modelo de Einstein-De Sitter, el de un universo
homogéneo, isotrópico, con curvatura constante y sin constante cosmológica, la
expansión cósmica está en deceleración, y cabe esperar que todos los objetos
que actualmente se encuentran más allá del horizonte se tornen observables en
el futuro lejano. Pero desde 1998 sabemos que no vivimos en un cosmos de Einstein-De
Sitter: nuestro universo se está acelerando. En este universo, cualquier objeto
que actualmente se encuentre más allá del horizonte seguirá estándolo para
siempre. Además, si, como sugiere el hecho de que haya una constante
cosmológica, la expansión acelerada continúa, ¡incluso galaxias que hoy podemos
ver llegarán a ser invisibles para nosotros! A medida que su velocidad de
recesión se acerque a la velocidad de la luz, su radiación se estirará
(corrimiento al rojo) hasta el momento en que su longitud de onda sea mayor que
el tamaño del universo. (No hay un límite para la velocidad a la que se estira
el espacio-tiempo, puesto que en realidad no se mueve ninguna masa). Así pues,
incluso nuestro propio universo acelerado contiene objetos que ni nosotros ni
las generaciones de astrónomos del futuro podrán observar. Sin embargo, no se
nos ocurre pensar que esos objetos pertenezcan al dominio de la metafísica.
Entonces, ¿qué nos podría dar confianza en universos potencialmente no
observables? La respuesta es una extensión natural del método científico:
podemos creer en su existencia si la predice una teoría que adquiere
credibilidad porque es corroborada de otras maneras. Creemos en las propiedades
de los agujeros negros porque su existencia la predice la relatividad general,
una teoría que se ha puesto a prueba en numerosos experimentos. Las reglas
deberían ser una extensión simple de las ideas de Popper: si una teoría realiza
predicciones contrastables y falsables en las partes observables del universo,
deberíamos estar dispuestos a aceptar sus predicciones sobre aquellas partes
del universo (o multiverso) que no son accesibles a la observación directa.
La segunda razón principal de las pasiones hostiles que provoca el razonamiento
antrópico es que para algunos científicos señala el «fin de la física».
Siguiendo a Descartes, la mayoría de los físicos sueñan, por encima de todo,
con una teoría matemática única e intrínsecamente coherente que explique y
determine todas las constantes microfísicas, además de toda la evolución
cósmica. Por consiguiente, les gustaría seguir, en palabras del cosmólogo
Edward Milne, «un camino único hacia la comprensión de esta entidad única, el
universo». No cabe duda de que también Einstein albergaba esta esperanza. En
una conferencia pronunciada en Oxford[458] en
1933, Einstein dijo: «Estoy convencido de que la construcción matemática pura
nos permite descubrir los conceptos, y las leyes que los conectan, que nos
proporcionan la clave para entender el fenómeno de la naturaleza». Como es bien
sabido, Einstein no se sentía cómodo siquiera con la naturaleza probabilística
de la mecánica cuántica, aunque valoraba plenamente sus éxitos. En una carta
que escribió el 4 de diciembre de 1926 a Max Born, uno de los padres fundadores
de la mecánica cuántica, Einstein expresó su opinión:
La
mecánica cuántica es ciertamente imponente. Pero una voz interior me dice
que no es todavía la de verdad [la cursiva es mía]. La teoría da
mucho de sí, pero apenas nos acerca a los secretos del Viejo. Yo, en todo caso,
estoy convencido de que Él no juega a los dados.
El
concepto de variables accidentales en un multiverso potencialmente no
observable seguramente habría inquietado a Einstein todavía más. Nótese, sin
embargo, que las reservas de Einstein hacia la mecánica cuántica nacían más de
la psicología (su creencia en que sabía en qué dirección buscar) que del núcleo
duro de la física. Lo mismo podría ocurrir al final con las objeciones al
razonamiento antrópico. A pesar de la experiencia de las últimas décadas, nada
nos garantiza que la realidad física se vaya a prestar a ser explicada en su
totalidad a partir de primeros principios. La búsqueda de tales descripciones
puede resultar tan fútil como la búsqueda de Kepler de un bello modelo
geométrico del sistema solar. Lo que tradicionalmente hemos llamado constantes
fundamentales, incluso lo que tenemos por leyes de la naturaleza, podrían
resultar no ser más que variables accidentales y leyes secundarias solo para
nuestro propio universo. Tal vez el principio antrópico acabe desempeñando un
papel parecido al que el filósofo Bertrand Russell asignaba a la filosofía: «El
objeto de la filosofía es comenzar con algo tan simple que parezca que apenas
merece enunciarse y acabar con algo tan paradójico que nadie pueda creerlo».
El pensamiento antrópico sobre la naturaleza de la constante cosmológica
demuestra el profundo impacto que sigue teniendo sobre la física de vanguardia
el intento aparentemente inocente de Einstein de describir un universo
estático. ¿Cómo debemos valorar entonces el «mayor error» de Einstein?
El segundo annus mirabilis
Suele decirse de 1905 que fue el annus mirabilis («año de los
milagros») de Einstein porque fue entonces cuando publicó sus artículos
pioneros sobre cómo la luz hace saltar electrones al incidir sobre los metales
(el «efecto fotoeléctrico», que engendró la mecánica cuántica y le valió el
premio Nobel), sobre la deriva aleatoria de partículas suspendidas en un fluido
(el «movimiento browniano») y la teoría de la «relatividad especial». Aunque
1905 fue sin duda un año prodigioso para Einstein, en realidad tuvo un
segundo annus mirabilis (quince meses, para ser exactos) de
noviembre de 1915 a febrero de 1917. Durante este periodo, publicó no menos de
quince tratados, entre ellos el pináculo de su obra, la relatividad general, y
dos contribuciones importantes a la mecánica cuántica. Así nació la cosmología moderna,
y con ella la constante cosmológica.
Confío en que los datos presentados en el capítulo 10 hayan convencido al
lector de que lo más probable es que Einstein nunca usara la expresión «mayor
error». Además, la introducción de la constante cosmológica no fue un error en
absoluto, pues los principios de la relatividad general daban luz verde a ese
término. Creer que la constante garantizaría un universo estático fue sin duda
un error lamentable, pero no de la magnitud de los que se consideran en este libro.
¡El verdadero error de Einstein fue quitar la constante
cosmológica! Recordemos una vez más que quitar el término de las ecuaciones
equivale a asignar arbitrariamente el valor cero a lambda. Al
hacerlo, Einstein restringió la generalidad de su teoría, pagando un elevado
precio por la concisión de las ecuaciones, aun antes del reciente
descubrimiento de la aceleración cósmica.
La simplicidad es una virtud cuando se aplica a los principios fundamentales,
no a la forma de las ecuaciones. En el caso de la constante cosmológica,
Einstein se equivocó al sacrificar la generalidad en el altar de la elegancia
superficial. Una simple analogía ayudará a clarificar este concepto. Cuando
Kepler descubrió que las órbitas planetarias eran elípticas en lugar de
circulares, el gran Galileo Galilei se negó a creerlo. Galileo todavía vivía
prisionero de los ideales estéticos de la antigüedad, según los cuales las
órbitas tenían que ser perfectamente simétricas. Pero la física ha demostrado
que se trata de un prejuicio injustificado. En realidad hay una simetría más
profunda que la simple simetría de las formas. La ley de la gravitación
universal de Newton dice que las órbitas elípticas (que son una consecuencia
natural de esta ley) pueden tener cualquier orientación en el espacio. En otras
palabras, la ley no cambia si medimos las direcciones con respecto al norte, el
sur o la estrella más cercana: es simétrica con respecto a la rotación. Cuando
Einstein dijo de la constante cosmológica que era «fea», demostró sufrir el mismo
tipo de sesgo y miopía. Debería haberse aferrado a su instinto inicial de que
llegaría el día en que podamos «permitirnos decidir empíricamente la cuestión
de si Λ desaparece o no», como le escribió a De Sitter. Ese día llegó en 1998.
Los errores de un genio
Más del 20 por ciento de los artículos originales de Einstein contienen errores
de uno u otro tipo. En varios casos, aunque comete errores por el camino, el
resultado final sigue siendo correcto. Esta es a menudo la marca que distingue
a los grandes teóricos: se guían más por la intuición que por el formalismo. En
una carta que escribió el 3 de febrero de 1915 al físico holandés Hendrik
Lorentz, Einstein proporcionó su propia perspectiva sobre los errores en las
teorías científicas. Un teórico se equivoca de dos maneras:
1. El
diablo lo lleva del hocico con falsas hipótesis. (Por esto, merece nuestra
compasión).
2. Sus
argumentos son erróneos y chapuceros. (Por esto, merece una paliza).
Aunque
el propio Einstein ciertamente cometió errores de los dos tipos, su claridad de
visión para la física, sin parangón, le mostró en muchas ocasiones el camino
que llevaba a las respuestas correctas. Por desgracia nosotros, los simples
mortales, no podemos imitar ni adquirir su talento.
En 1949 un colaborador de Einstein, Leopold Infeld[459], describió
de este modo el artículo pionero de Einstein sobre la cosmología:
Aunque
es difícil exagerar la importancia de este artículo […] las ideas originales de
Einstein, vistas desde la perspectiva de nuestros días, son anticuadas, si no
erróneas […] De hecho, es un ejemplo más de cómo una solución errónea a un
problema fundamental puede ser incomparablemente más importante que una
solución correcta a un problema trivial y sin interés.
El
ensayo de Infeld apareció en un volumen en honor a Einstein titulado Albert
Einstein: Philosopher-Scientist. Contribuyeron a este libro nada menos que
seis premios Nobel. En su contribución, Georges Lemaître describió lo que
consideraba razones de peso para mantener la constante cosmológica en las
ecuaciones: «La historia de la ciencia nos ofrece muchos casos de
descubrimientos que se realizaron por razones que ya no se consideran
satisfactorias. Es posible que el descubrimiento de la constante cosmológica
[por Einstein] sea uno de esos casos[460]». Cuánta
razón tenía.
El propio Einstein permaneció poco convencido[461]. En sus
«Comentarios sobre los ensayos recogidos en este volumen colectivo», repite sus
argumentos anteriores:
La
introducción de esta constante implica una renuncia considerable de la lógica
de la simplicidad de [la] teoría, una renuncia que me pareció inevitable solo
mientras no tuviera razón para dudar de la naturaleza esencialmente estática
del espacio.
Y
prosigue diciendo que tras el descubrimiento por Hubble de la expansión cósmica
y la demostración de Friedmann de que la expansión se podía acomodar dentro de
las ecuaciones originales, le pareció que la introducción de lambda «en el
presente [1949] no está justificada». Nótese, por cierto, que aunque Einstein
escribe estos comentarios no mucho después de su correspondencia con Gamow, no
alude en ningún momento a su «mayor error».
Por un lado, se puede argumentar que Einstein tenía razón al rehusar añadir a
sus ecuaciones un término que las observaciones no requerían absolutamente. Por
otro lado, Einstein ya había perdido una oportunidad de predecir la expansión
cósmica al fiarse de la falta de pruebas de los movimientos estelares. Al
denunciar la constante cosmológica, perdió una segunda oportunidad, esta vez de
predecir ¡la aceleración del universo! En un científico normal y corriente, dos
descuidos como estos sin duda se verían como falta de intuición, una conclusión
a la que no podemos llegar en el caso de Einstein. Los fallos de Einstein[462] nos
recuerdan que la lógica humana no es a prueba de errores, aunque quien la
ejerza sea un genio monumental.
Einstein siguió pensando en una teoría unificada y en la naturaleza de la
realidad física hasta el final de sus días. Ya en 1940 previó las dificultades
a las que se enfrentan los actuales teóricos de las cuerdas: «Los dos sistemas
[relatividad general y teoría cuántica] no se contradicen directamente, pero
parecen ser poco idóneos para fusionarse en una sola teoría unificada». Luego,
apenas un mes antes de su muerte, en 1955, a la edad de setenta y seis años,
añadió algunas dudas personales: «Parece dudoso que una teoría de campos
[clásica] pueda explicar la estructura atomista de la materia y la radiación al
mismo tiempo que los fenómenos cuánticos». No obstante, Einstein encontró
cierto alivio en las palabras del dramaturgo del siglo XVIII Gotthold Ephraim
Lessing: «La aspiración a la verdad es más valiosa que su posesión segura[463]». Con
errores o sin ellos, posiblemente nadie en la memoria reciente haya aspirado
más a la verdad que Albert Einstein.
Permítame
advertirle seriamente contra la pretensión de hallar la razón y explicación de
todo […] Intentar buscar la razón de todo es sumamente peligroso y no conduce
sino a la decepción y la insatisfacción; inquieta la mente y, al cabo, trae la
desdicha.
Reina Victoria
Ninguna
teoría científica goza de un valor absoluto y permanente. A medida que mejoran
los métodos y herramientas de observación y experimentación, las teorías pueden
ser refutadas o pueden metamorfosearse en formas nuevas que incorporan algunas
de las ideas antiguas. El propio Einstein hacía hincapié en esta naturaleza
evolutiva de las teorías de la física: «No hay más bello destino para una
teoría científica que apuntar el camino para el establecimiento de una teoría
más general, en la que vive como un caso limitado». La teoría de Darwin de la
evolución de la vida por medio de la selección natural no fue sino reforzada
con la aplicación de la genética moderna. La teoría de la gravedad de Newton
sigue viviendo como un caso limitado dentro del marco de la relatividad
general. El camino hacia una teoría «nueva y mejorada» no es un camino de
rosas, y decididamente el progreso no es una carrera veloz hasta la verdad. Si
luminarias como Darwin, Kelvin, Pauling, Hoyle y Einstein pueden cometer
errores tan graves, qué no harán los científicos menores. Cuando James Joyce
escribió en Ulises: «Un genio no comete errores. Sus errores son
deliberados y portales de descubrimientos», pretendía ser provocador con la
primera parte de su comentario. Sin embargo, como hemos visto en este libro, no
cabe duda de que los errores de los genios son portales de descubrimientos.
En el cuento de hadas The Princess Bride (La princesa
prometida), la película de 1987 del director Rob Reiner, uno de los
personajes se enzarza en una batalla de ingenio con el protagonista, y en
cierto momento exclama: «¡Has caído víctima de un error clásico! El más famoso
de los cuales es "nunca te metas en una guerra en Asia"». Todos
estaremos de acuerdo en que la historia reciente ha demostrado que este es un
buen consejo. El famoso matemático y filósofo Bertrand Russell hizo otra
sugerencia[464] a
quienes quieran asegurarse de evitar el fanatismo: «No te sientas absolutamente
seguro de nada». Los ejemplos de este libro demuestran que este «mandamiento»
puede tomarse también como una recomendación sobre cómo esquivar los grandes
errores… aunque no estoy del todo seguro de eso. La duda suele verse como una
señal de debilidad, pero también es un eficaz mecanismo de defensa y un
principio operativo esencial en la ciencia.
Kelvin, Hoyle y Einstein nos han revelado también otro aspecto fascinante de la
naturaleza humana. Del mismo modo que la gente (incluidos los científicos) a
veces se muestra reacia a admitir sus errores, otras veces se opone
obstinadamente a las ideas nuevas. Max Planck, uno de los fundadores de la
mecánica cuántica, dijo una vez con cierto cinismo: «Una nueva verdad
científica no triunfa porque convenza a sus oponentes y les haga ver la luz,
sino porque sus oponentes acaban muriendo y la nueva generación crece
familiarizada con ella». Triste, pero quizá cierto.
Los psicólogos Amos Tversky y Daniel Kahneman[465] establecieron
una base cognitiva para los errores humanos comunes con la ayuda del concepto
de heurística: reglas empíricas simples que guían la toma de
decisiones. Una de las cosas que descubrieron fue que la gente tiende a confiar
más en su comprensión intuitiva (que se basa fundamentalmente en su experiencia
personal), que en datos reales. Naturalmente, los científicos del calibre de
Darwin, Pauling o Einstein creían que su intuición los guiaría hasta la
respuesta correcta aunque el camino correcto hacia delante fuese esquivo o el
paisaje científico estuviese cambiando a una velocidad de vértigo. Como ya he
comentado, Bertrand Russell comprendía los peligros del exceso de confianza y
de la certidumbre, y creía haber hallado una solución cuando defendió el hábito
de supeditar las creencias «a observaciones e inferencias tan impersonales, tan
despojadas de sesgos locales o temperamentales, como les sea posible a los
seres humanos». Lamentablemente, no es fácil seguir este consejo. La moderna
neurociencia nos muestra inequívocamente que la corteza orbitofrontal (una
región de los lóbulos frontales del cerebro) integra emociones en la corriente
del pensamiento racional. Los humanos no son seres puramente racionales capaces
de apagar completamente sus pasiones.
A pesar de sus errores, o tal vez gracias a ellos, los cinco
personajes que he seguido y bosquejado en este libro no solo han producido
innovaciones dentro de sus ciencias respectivas, sino también creaciones
intelectuales verdaderamente importantes. A diferencia de muchos trabajos
científicos dirigidos únicamente a los profesionales de la propia disciplina,
las obras de estos maestros han traspasado las fronteras que separan a la
ciencia de la cultura general. La influencia de sus ideas se ha dejado sentir
mucho más allá de su significación inmediata para la biología, la geología, la
física o la química. En este sentido, la obra de Darwin, Kelvin, Pauling, Hoyle
y Einstein se acerca en espíritu a los logros de la literatura, el arte y la
música: todas ellas dejan una amplia marca en la cultura.
No hay mejor manera de acabar un libro sobre errores que con un importante
recordatorio, una súplica de humildad, si se prefiere, que nadie puede expresar
con más elocuencia que Darwin:
Debemos
reconocer, sin embargo, o así me lo parece, que el hombre con todas sus nobles
cualidades, con la compasión que siente hacia lo más degradado, con la
benevolencia que extiende no ya a otros hombres, sino a los más humildes seres
vivos, con su divino intelecto que ha penetrado en los movimientos y
constitución del sistema solar; con todas estas exaltadas potencias, el hombre
todavía lleva en su cuerpo el sello indeleble de sus orígenes modestos.[466]
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316.
Notas:
[1] Hay
una descripción detallada en Evans y Smith (1973) y un resumen en línea en
www.mark-weeks.com/chess/72fs$$.htm.
[2] Se
puede leer sobre este triste caso en línea, por ejemplo en
www.innocenceproject.org/Content/Ray_Krone.php.
[3] Alan
John Percival Taylor (1906-1990). Taylor 1963.
[4] La
traducción castellana clásica de Antonio de Zulueta, sin embargo, la vierte
como «desarrollar». (N. del T).
[5] Subcultura
urbana enemiga de lo convencional, con una moda inspirada en ropa vintage y de
segunda mano. (N. del T).
[6] Wilson
1913.
[7] Al
parecer el récord lo ostenta el buitre moteado de Ruppell (Gyps rueppellii);
véase www.straightdope.com/columns/read/1976/ how-high-can-birds-and-bees-fly.
[8] Véase,
por ejemplo, «Jacques Piccard», Encyclopedia of World Biography, 2004. En línea
en www.encyclopedia.com/doc/1G2-3404707243.html.
[9] Chapman
2009.
[10] Mora
et al. 2011.
[11] Gans
et al. 2005.
[12] La
especie Amphiprion ocellaris.
[13] Aristóteles,
siglo IV AEC.
[14] Plinio
el Viejo, siglo I EC. Puede bajarse de www.perseus.tufts.edu (hay trad. clásica
en castellano en http://books.google.es/ books?id=s5CpZ6f9gpkC).
[15] Cicerón,
45 AEC.
[16] Paley
1802. William Paley (1743-1805) publicó un influyente libro titulado Natural
Theology, en el que comparaba una roca natural con un reloj. Irónicamente, por
medio de técnicas radiométricas (véase el capítulo 5), las rocas pueden
determinar la edad de la Tierra, un intervalo de tiempo mucho mayor que el que
haya medido nunca un reloj diseñado por un relojero.
[17] Como
se puede imaginar, hay numerosas reimpresiones de la obra de The Origin. Dos
que me parecen atractivas son The Annotated Origin, una edición anotada por
James T. Costa (Darwin 2009), y una edición facsímil con introducción de Ernst
Mayr (Darwin 1964).
[18] Darwin
2009 [1959], p. 488. El propio Darwin cumplió su propia predicción en El origen
del hombre, publicado en 1871, y en La expresión de las emociones en los
animales y el hombre, publicado el año siguiente. Los progresos actuales de la
psicología evolutiva pueden verse como descendientes de aquellas
investigaciones pioneras.
[19] Darwin
1981 [1871]. Una docena de años después de El origen, Darwin hizo acopio de la
confianza suficiente para ampliar su teoría de la evolución a los humanos, el
asunto que intentó eludir en El origen. Es indudable que el clamor que se alzó
contra el darwinismo habría sido mucho menos pronunciado si la evolución no se
aplicase a los humanos. Las ideas de Darwin en El origen del hombre han
inspirado los incansables esfuerzos de muchos miembros de la familia de Louis
Leakey en la búsqueda de homínidos fósiles en África.
[20] Hay
muchos y excelentes libros sobre evolución y selección natural, a distintos
niveles. Los siguientes son algunos de los que me han parecido útiles: Ridley
2004a es un libro de texto de primera clase. Ridley 2004b es una maravillosa
antología de artículos de alto nivel, lo mismo que Hodge y Radick 2009 (sobre
Darwin), y Ruse y Richards 2009 (sobre El origen). Una provocadora aproximación
filosófica es la que ofrece Dennett 1995. Una excelente revisión de la historia
de la teoría evolutiva es Depew y Weber 1995. Wilson 1992 hace una exhaustiva
revisión de la biodiversidad. Dawkins 1986, 2009, Carroll 2009 y Coyne 2009 son
libros de divulgación de gran calidad. Pallen 2009 es una introducción concisa
y muy accesible. Unas pocas páginas web útiles sobre la evolución son
www.evolution.berkeley.edu; www.pbs.org/evolution; y
www.nationalacademies.org.evolution.
[21] Un
libro fundamental sobre la historia y orígenes de la teoría de la evolución es
Gould 2002. Otra revisión histórica de alto nivel es Bowler 2009.
[22] La
resistencia a antibióticos y plaguicidas, que se desarrollan en unos pocos
años, son ejemplos de microevolución. El origen de los mamíferos a partir de
los reptiles es un ejemplo de macroevolución. Un resumen excelente de
macroevolución es Carroll, Grenier y Weatherbee 2001.
[23] Dobzhansky
1973.
[24] Charles
Lyell (1797-1875) amplió el concepto de que los cambios geológicos son el
resultado de la acumulación continua de minúsculas transformaciones durante
periodos de tiempo inconmensurablemente grandes, sobre todo en su libro
Principios de geología. Lyell 1830-1833.
[25] Clasificada
como Priscomyzon riniensis. Gess et al. 2006.
[26] Este
pilar de la evolución darwiniana ha sido confirmado por muchos hallazgos
espectaculares. Por ejemplo, los descubrimientos de fósiles de dinosaurios con
plumas, como Microraptor gui y Mei long, son coherentes con la idea de que las
aves evolucionaron a partir de los reptiles.
[27] Dos
buenas descripciones de la especiación son Schilthuazen 2001, y Coyne y Orr
2004.
[28] El
lector hallará una interesante discusión sobre el árbol de la vida en Dennett
1995.
[29] Elgvin
et al. 2011.
[30] El
estudio que confirmó la conjetura de Nabokov es Vila et al. 2011.
[31] En
un impresionante estudio, Meredith et al. 2011 utilizaron veintiséis genes para
construir la filogenia de las familias de los mamíferos y estimar los tiempos
de divergencia.
[32] Livio
2000.
[33] Este
término se utiliza a veces de una manera abusiva para implicar que se pueden
ignorar las complejidades y reducir completamente una disciplina a otra. Nadie
debería intentar entender el Don Juan de lord Byron desde la perspectiva de las
leyes de la física. Una buena discusión del reduccionismo en el sentido en que
lo utilizo aquí puede encontrarse en Weinberg 1992.
[34] Por
ejemplo, Hutchinson 1959.
[35] Dado
que la determinación del genoma se realizó con métodos más antiguos, puede
haber alguna incertidumbre; McGrath y Katz 2004.
[36] Darwin
y Seward 1903.
[37] Darwin
1964 [1859], p. 61
[38] Una
descripción muy accesible de la selección natural se encuentra en Mayr 2001. Un
libro de texto sobre la selección es Bell 2008. Endler 1986 presenta abundantes
pruebas de la selección natural.
[39] Marchant
1916, p. 171.
[40] Malthus
argumentó en su Ensayo sobre el principio de la población (publicado en 1798)
que los humanos producen demasiados descendientes y que, en consecuencia, si no
se impone ninguna restricción, las hambrunas y «la muerte prematura visitará en
una forma y otra a la raza humana». Las ideas de Malthus no influyeron
únicamente en Darwin y Wallace, sino también en la filosofía económica y
política.
[41] El
geólogo Frederick Wolaston Hutton (1836-1905) hizo una reseña de El origen para
la revista Geologist.
[42] Bowersox
1999.
[43] El
genetista británico Bernard Kettlewell (1907-1979) llevó a cabo numerosas
investigaciones sobre la mariposa del abedul y el melanismo industrial. Sus
hallazgos han sido cuestionados por algunos (por ejemplo, Wells 2000; Hooper
2003) pero defendidos por otros (por ejemplo, Majerus 1998). Un resumen
divulgativo de debate se encuentra en Roode 2007.
[44] Popper
1976, p. 151.
[45] Popper
1978; también Miller 1985.
[46] Existe
una ingente bibliografía sobre la deriva genética. Puede escucharse una
conferencia en línea de Stephen Stearns en
www.cosmolearning.com/video-lectures/neutral-evolution-geneticdrift-6687. Otros
recursos de fácil acceso en línea son Kliman et al. 2008 y
www.ucl.ac.uk/~ucbhdjm/courses/b242/InbrDrift/InbrDrift.html. Un texto muy
completo sobre genética de poblaciones es Hartl y Clark 2006.
[47] Se
trata de una manifestación en la comunidad amish de lo que se conoce como
«efecto fundador». Cuando una población queda reducida a un tamaño muy pequeño
a causa de algunos cambios ambientales o de migración, los genes de los
«fundadores» de la población resultantes tienen una representación
desproporcionada.
[48] Lydia
Ernestine Becker (1827-1890) publicó el Women’s Suffrage Journal entre 1870 y
1890. La cita sobre Darwin es de su discurso, como presidente de Manchester’s
Ladies’ Literary Society, del 30 de enero de 1867. Fue publicado en Becker
1869. También aparece descrito en Blackburn 1902, parte 2.
[49] Darwin
2009, p. 13.
[50] Quien
primero usó esta expresión fue Hardin 1959, p. 107.
[51] Darwin
2009, p. 160.
[52] Brownlie
y Lloyd Prichard 1963.
[53] Jenkin
1867. El artículo aparece reproducido en Hull 1973, p. 303, y también se puede
leer en línea en www.victorianweb.org/science/science_texts/jenkins.html.
[54] Hay
excelentes discusiones de los argumentos de Jenkins en Bulmer 2004, Vorzimmer
1963 y Hull 1973.
[55] Davis
1871.
[56] Una grammar
school es una escuela de enseñanza secundaria. (N. del T).
[57] Hay
una interesante descripción de Mendel y su obra en Mawer 2006.
[58] La
descripción presentada aquí es básicamente una versión simplificada de la
presentada por Ridley 2004a, pp. 35-39.
[59] Quien
lo explica por primera vez es Fisher 1930.
[60] Darwin
1958 [1982], p. 18. Un análisis más detallado de los intentos numéricos de
Darwin se encuentra en Parshall 1982.
[61] Carta
a Wallace del 2 de febrero de 1869, en Marchant 1916, vol. 1. También en Darwin
1887, vol. 2, p. 288.
[62] Darwin
1909 [1842], p. 3.
[63] Hodge
1987.
[64] Darwin
volvió sobre esta idea de una tendencia latente en una carta que escribió a
Wallace el 23 de septiembre de 1868 (Darwin y Seward 1903, vol. 2, p. 84).
Darwin escribió: «Me parece imposible ver cómo, por ejemplo, unas pocas plumas
rojas de la cabeza del macho de un pájaro, que en un principio se transmiten a
los dos sexos, acaban transmitiéndose únicamente a los machos. No basta con que
a partir de machos con plumas rojas se produzcan hembras despojadas de plumas
rojas, sino que estas hembras tienen que tener una tendencia latente a producir
esas plumas, pues de lo contrario llevarían a la degradación de las plumas
rojas de la cabeza de su descendencia masculina».
[65] Darwin
estaba trabajando en la quinta edición de El origen; en F. Darwin 1887, vol. 3,
p. 107. Véase también Bulmer 2004, Morris 1994.
[66] Peckham
1959, p. 178.
[67] Peckham
1959, p. 178.
[68] Se
desconoce la fecha exacta de esta carta, pero como fue enviada desde Moor Park,
tuvo que ser de antes del 12 de noviembre de 1857. En Darwin y Seward 1903,
vol. 1, p. 102.
[69] Darwin
1868, vol. 2, p. 374.
[70] Carta
fechada «martes, febrero, 1866». Marchant 1916, vol. 1, p. 168.
[71] Hay
una buena discusión del intercambio entre Darwin y Wallace y de su
significación en Dawkins 2009.
[72] Además
de Mawer 2006, Orel 1996 ofrece una narración detallada de la vida y obra de
Mendel. Véase también Brannigan 1981.
[73] Kitcher
1982, p. 9; Rose 1998, p. 33; Henig 2000, pp. 143-144.
[74] Dover
2000, p. 11.
[75] Sclater
2003. Véase también Keynes 2002.
[76] En
De Beer 1964 se encuentra una excelente descripción de las influencias (o falta
de ellas) entre Darwin y Mendel.
[77] Mendel
1866 [1865], p. 36 (citado en De Beer 1964).
[78] Darwin
1964 [1859], p. 7; o Darwin 2009, p. 8.
[79] Mendel
1866, p. 39 (citado en De Beer 1964).
[80] Para
una discusión de las primeras respuestas del Vaticano a la evolución, véase
Harrison 2001.
[81] El
efecto fue demostrado por Kruger y Dunning 1999. Una descripción accesible se
puede encontrar en Chabris y Simons 2010.
[82] Los
antiguos hindúes creían que un ciclo de destrucción y renovación duraba 4,32
millones de años (por ejemplo, Holmes 1947, pp. 99-108).
[83] Teófilo
de Antioquía (ca. 115-180 EC) se convirtió al cristianismo de adulto. Solo ha
sobrevivido uno de sus escritos, en un manuscrito del siglo XI, citado en Haber
1959, p. 17, y en Dalrymple 1991, p. 19.
[84] Ussher
(1581-1656) calculó que la Creación se había producido en el año 710 del
calendario juliano; Brice 1982.
[85] La
nota se eliminó a principios del siglo XX. Kirkaldy 1971, p. 5.
[86] Spinoza
1925, vol. 3, p. 98.
[87] Filón,
siglo I, libro I.
[88] Kant
1754. En Reinhardt y Oldroyd 1982 aparece una traducción al inglés.
[89] La
referencia es a Fontenelle, Entretiens sur la pluralité des mondes.
[90] Una
traducción inglesa a Maillet 1748 es Carozzi 1969.
[91] MacCurdy
1939, p. 342.
[92] De
Maillet 1748; Cyrano de Bergerac fue el imaginativo autor de L’Autre Monde ou
les Estats et Empires de la Lune et du Soleil.
[93] Newton
1687; véase la traducción inglesa de Motte 1848, p. 486.
[94] El
vigésimo volumen de la Histoire naturelle, générale et particulière fue
titulado Époques de la nature. En él, dividía la historia de la Tierra en siete
épocas, e intentaba estimar la duración de cada una de ellas. Puede encontrarse
una buena descripción en Haber 1959, p. 118.
[95] Hutton
1788
[96].
Richard Kirwan fue presidente de la Real Academia Irlandesa. Escribió una serie
de artículos y un libro a favor de la descripción bíblica y en contra de
Hutton. La cita incluida aquí es de Kirwan 1797.
[97] Lyell
1830-1833.
[98] Hay
varias biografías detalladas de lord Kelvin. Las que me han parecido más
esclarecedoras son Gray 1908, Thompson 1910 (reimpresa en 1976), Smith y Wise
1989, Lindley 2004 y Sharlin 1979. Wilson 1987 compara línea por línea la
física de Kelvin y la del físico victoriano sir George Gabriel Stokes (Stokes
vivió en 1819-1903, Jelvin 1824-1907). Burchfield 1990 se centra en las
indagaciones de Kelvin sobre el problema de la edad de la Tierra.
[99] El
«Senior Wrangler» era el estudiante de grado que obtenía las notas más altas en
los exámenes extraordinarios de matemática de Cambridge, conocidos como
«Tripos». La mayoría esperaba que ese honor se lo llevase William Thomson. De
hecho, su tutor, el doctor Cookson, comentó que «sería una gran sorpresa para
la universidad que no fuese así». El propio Thomson no estaba tan convencido.
Cuando la competición comenzó, otro estudiante, Stephen Parkinson, que al
parecer era más eficiente para dar una respuesta rápida y económica, se
manifestó como un candidato a la victoria. Al final, Kelvin, que tenía más
talento pero era más lento, quedó segundo. No obstante, Kelvin batió a
Parkinson en el premio Smith, concedido al mejor desempeño en una serie de
exámenes que al parecer requerían una comprensión analítica más profunda.
[100] Kelvin
hizo este comentario en sus Conferencias de Baltimore sobre dinámica molecular
y teoría ondulatoria de la luz, pronunciadas en la Universidad Johns Hopkins en
1884.
[101] Kelvin
1864.
[102] Kelvin
1862.
[103] Kelvin
realizó numerosas contribuciones a la termodinámica. En 1844 publicó un
artículo sobre la «edad» de las distribuciones de temperatura. Básicamente,
mostró que una distribución de temperatura medida en el presente solo puede ser
el resultado de una distribución de calor que existió en algún tiempo finito en
el pasado. En 1848 concibió la escala absoluta de temperatura que lleva su
nombre. En un artículo de 1851 titulado «On the Dynamical Theory of Heat»,
formuló una versión de lo que hoy conocemos como segunda ley de la
termodinámica.
[104] Kelvin
1864.
[105] Una
buena descripción del desarrollo de la teoría de la conductividad térmica se
encuentra en Narasimhan 2010.
[106] Kelvin
admitió que «es mucha nuestra ignorancia sobre los efectos de las altas
temperaturas sobre la conductividad y calor específico de las rocas, así como
sobre su calor latente de fusión». Estos tipos de incertidumbre acabaron
desempeñando un importante papel en su error.
[107] Esta
escala de tiempo se conoce hoy como escala de tiempo de Kelvin-Helmholtz.
[108] Kelvin
1862. Shaviv 2009 presenta una exposición muy detallada pero bastante accesible
de la teoría de la estructura y evolución estelar.
[109] Thomson
1899. Chamberlain 1899 presenta un comentario sobre el discurso de Kelvin de
1899.
[110] El
27 de febrero de 1868; Kelvin 1891-1894, vol. 2, p. 10.
[111] Kelvin
1891-1894, vol. 2, p. 10.
[112] La
velocidad angular de la Tierra en su rotación alrededor de su eje es mayor que
la velocidad angular de la Luna en su órbita. A consecuencia de ello, las
fuerzas de las mareas tienden a frenar la rotación de la Tierra y a aumentar la
distancia entre la Tierra y la Luna.
[113] Kelvin
1868.
[114] Durante
su estancia en Trinity College en Cambridge, George Darwin (1845-1912) fue
Second Wrangler y ganó el premio Second Smith.
[115] Darwin
repitió el resultado de su carta de 1878 considerando la rigidez de la Tierra
en su discurso presidencial de 1886 ante la Asociación Británica (G. H. Darwin
1886), llegando a la conclusión de que no veía ningún derecho a «estar tan
seguro sobre la estructura interna de la Tierra como para poder alegar que la
Tierra no se ajusta en toda su masa casi completamente a la figura de
equilibrio».
[116] G.
H. Darwin en Stratton y Jackson 1907-1916, vol. 3, p. 5.
[117] Kelvin
1891-1894, vol. 2, p. 304.
[118] Kelvin
pronunció su discurso presidencial, titulado «Sobre el origen de la vida», en
Edimburgo en agosto de 1871. Kelvin 1891-1894, vol. 2, p. 132
[119].
Kelvin 1891-1894, vol. 2, p. 132.
[120] Burchfield
1990 (sobre todo en los capítulos 3 y 4) proporciona una amplia discusión de la
influencia e impacto de Kelvin.
[121] El
suceso tuvo lugar durante la reunión de la Asociación Británica para el Avance
de la Ciencia, que celebraba su trigésima conferencia anual del 27 de junio al
4 de julio de 1860. El principal acontecimiento del 30 de junio era una
conferencia bastante larga del historiador de la ciencia John William Draper.
El número de asistentes se estimó entre cuatrocientos y setecientos (según el
Evening Star, número del 2 de julio). Al parecer, los comentarios del obispo
Wilbeforce tras la conferencia duraron una media hora. Finalizó diciendo que
«las conclusiones de Mr. Darwin eran una hipótesis que de la manera menos
filosófica fueron alzadas a la dignidad de una teoría causal» (según
información publicada el 7 de julio en Athenaeum). El estudio más minucioso del
evento está en Jensen 1988. Véase también Lucas 1979. 41. Sidgwick 1898.
[122] Sidgwick
1898.
[123] Por
ejemplo, el Press informó el 7 de julio: «[El obispo] le preguntó al profesor
[Huxley] si preferiría tener a un mono por abuelo o por abuela». El propio
Huxley le había escrito a su amigo el doctor Frederick Dryster el 9 de
septiembre de 1860: «salvo desde luego la pregunta planteada sobre mis
predilecciones personales en cuestión de ascendencia […] Si, pues, le contesté
yo, se me pregunta si preferiría tener a un miserable simio como abuelo o un
hombre muy bien dotado por la naturaleza y en posesión de grandes medios e
influencia y que, sin embargo, emplea esas facultades con el simple propósito
de introducir el ridículo en una discusión científica seria, sin ninguna duda
afirmo mi preferencia por el simio». La carta se encuentra en The Huxley Papers,
15, 117 (Imperial College, Londres) y aparece citada en Foskett 1953.
[124] Moore
1979, p. 60.
[125] Huxley
1909 [1869], pp. 335-336.
[126] Tait
1869.
[127] La
lista que apareció en el número de diciembre de 1999 de Physics World incluía,
en este orden: Albert Einstein, Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Niels Bohr,
Werner Heisenberg, Galileo Galilei, Richard Feynman, Paul Dirac, Erwin
Schrödinger y Ernest Rutherford. En otras encuestas aparecen listas ligeramente
distintas. (En particular, en varias listas Newton aparece en primer lugar
seguido de Einstein).
[128] Véase,
por ejemplo, Dalrymple 2001.
[129] Cita
de Oliver Wendell Holmes, Jr. (1841-1935), jurista americano y miembro del
Tribunal Supremo de Estados Unidos, conocido como «el gran inconformista». (N.
del T).
[130] Huxley
1909 [1869].
[131] John
Perry (1850-1920) nació en Irlanda. Tras ejercer de profesor de ingeniería
mecánica en el Reino Unido y en Japón, fue nombrado catedrático de ingeniería y
matemáticas de Finsbury Technical College en Londres. En 1896 fue promovido a
una cátedra en el Royal College de Londres. Durante su carrera, Perry introdujo
nuevos métodos de enseñanza de la matemática y trabajó sobre problemas de
electricidad aplicada. Véase, por ejemplo, Nudds, McMillan, Weaire y McKenna
Lawlor 1988; Armstrong 1920.
[132] Salisbury
argumentó que cien millones de años no bastarían para que la selección natural
transformara medusas en humanos, y repitió la objeción de Kelvin basada en el
argumento del diseño. Salisbury 1894. Descrito también en Shipley 2001.
[133] Perry
le escribió a Oliver Lodge el 31 de octubre de 1894. Añadió que si había que
descartar la selección natural, la única alternativa que quedaba era apelar a
alguna providencia, lo que consideraba destructivo para el razonamiento
científico. Shipley 2001.
[134] A
los físicos Joseph Larmor y George FitzGerald, así como a Osborne Reynolds y
Peter Guthrie Tait. También le escribió a Kelvin el 17 de octubre de 1894, y de
nuevo el 22 y el 23 de octubre (Cambridge University Library, Papers of Lord
Kelvin Add. MS. 7342 [P56, P57, P58]).
[135] La
cena se celebró el 28 de octubre de 1894. Perry le escribió a Oliver Lodge el
29 de octubre (University College London, Lodge Papers Add. MS. 89).
[136] Perry
1895a.
[137] Un
extracto de la carta de Tait se incluye en Perry 1895a.
[138] Carta
de Perry a Tait del 26 de noviembre de 1894. Esta carta también se incluye en
Perry 1895a. Perry también observa que «hallé que muchos de mis amigos estaban
de acuerdo conmigo».
[139] Carta
de Tait a Perry de 27 de noviembre de 1894 (Cambridge University Library,
Papers of Lord Kelvin, Add. MS. 7342, P59d). Incluida en Perry 1895a.
[140] Carta
de Perry a Tait de 29 de noviembre de 1894. Incluida en Perry 1895a. En su
carta, Perry hizo hincapié en dos argumentos: (1) que había cierto grado de
fluidez en el interior de la Tierra, de manera que el calor se podía
transportar por convección, y (2) que de acuerdo con los resultados de Robert
Weber, la conductividad de las rocas aumentaba con la temperatura. Más tarde,
lo segundo resultó ser erróneo.
[141] Carta
de Kelvin a Perry de 13 de diciembre de 1894. Incluida en Perry 1895a, p. 227.
Kelvin estaba especialmente interesado en contrastar los resultados de Weber
sobre la conductividad.
[142] Kelvin
a Perry a 13 de diciembre de 1894. Incluido en Perry 1894a.
[143] Por
su parte, Perry buscó la ayuda del matemático Oliver Heaviside, y publicó un
análisis matemático del problema más sofisticado; Perry 1895b.
[144] Thomson
(lord Kelvin) 1895, Thomson (lord Kelvin) y Murray 1895. Kelvin también basó
sus conclusiones en mediciones del punto de fusión de la diabasa, un basalto,
realizados por el geólogo Carl Bakus.
[145] Perry
1895c. El debate entero se describe con todo detalle en Shipley 2001 y
Burchfield 1990.
[146] El
descubrimiento de la radiactividad está en Becquerel 1896; el descubrimiento de
que se produce calor está en Curie y Laborde 1903.
[147] Wilson
1903. Su carta al editor solo ocupaba quince líneas.
[148] Darwin
1903. Especuló que la edad estimada por Kelvin se podía incrementar en un
factor de diez o veinte.
[149] Joly
1903.
[150] Eve
1939 ofrece una buena biografía de Rutherford, con una descripción de sus
investigaciones.
[151] Así
lo comentó en una carta al físico inglés lord Rayleigh de 24 de agosto de 1903,
y también lo discutió con el propio Rutherford y con Pierre y Marie Curie
durante la visita de estos a Inglaterra.
[152] Kelvin
1904.
[153] El
físico y premio Nobel sir Joseph John «J. J.» Thomson (sin relación con lord
Kelvin), el descubridor del electrón, recordaba en 1936 que Kelvin había
reconocido en una conversación que el descubrimiento del calor derivado de la
radiactividad socavaba sus suposiciones para el cálculo de la edad de la
Tierra; Thomson 1936, p. 420. Kelvin hizo una concesión parecida durante el
congreso de la Asociación Británica; Eve 1939, p. 109.
[154] Comenzó
con una carta de Kelvin publicada el 9 de agosto de 1906, en la que reiteraba
su convicción de que la energía del Sol solo era gravitatoria y afirmaba que la
radiactividad no era más que una hipótesis. A lo largo de un mes fueron
apareciendo cartas de respuesta de Frederick Soddy, Oliver Lodge, Robert John
Strutt (físico e hijo de lord Rayleigh) y Kelvin. En su carta del 15 de agosto,
Lodge dijo de Kelvin que «su mente brillante y original no siempre se ha
sometido pacientemente a la tarea de asimilar el trabajo de otros mediante el
proceso de la lectura». El episodio aparece descrito en Eve 1939, pp. 140-141,
Burchfield 1990, p. 165, y Lindley 2004, p. 303. Soddy 1906 hace un repaso de
la controversia.
[155] Citado,
por ejemplo, en Eve 1939, p. 107.
[156] Holmes
1947 hace un interesante repaso. La edad aceptada en la actualidad fue
determinada originalmente por el geoquímico Clair Patterson usando datos del
meteorito de Cañón Diablo (Patterson 1956). Los científicos del Laboratorio
Nacional Argonne han dado un nuevo e interesante uso a la datación
radiométrica. Utilizaron la desintegración del criptón 81, un isótopo muy poco
abundante, para datar con éxito en 2011 el antiguo acuífero Nubio que se
extiende por el norte de África.
[157] Eve
1939, p. 107.
[158] England,
Molnar y Richter 2007; Richter 1986.
[159] El
texto clásico es Festinger 1957. Estudios más recientes han revelado detalles
complejos, tanto en el ámbito de la psicología como en el de la neurociencia;
por ejemplo, Cooper y Fazio 1984, vol. 17, p. 229; Lee y Schwartz 2010; Van
Overwalle y Jordens 2002; Van Veen et al. 2009.
[160] Ochs
2005 y Dein 2001 ofrecen interesantes descripciones y análisis de los
acontecimientos que rodearon a la muerte de Schneerson. 32. Brehm 1956.
[161] Olds
y Milner 1954; Olds 1956 es una versión de divulgación.
[162] Se
han realizado numerosos estudios sobre reacciones afectivas positivas y
adicciones. Véase, por ejemplo, Bozarth 1994, Fiorino, Coury y Phillips 1997,
Berridge 2003 y Wise 1998. Una obra de divulgación sobre este tema es Nester y
Malenka 2004, y otros libros muy accesibles sobre la experiencia del placer son
Linden 2011 y Bloom 2010.
[163] Burton
2008, pp. 99-100 y p. 218.
[164] El
razonamiento motivado implica una regulación emocional. Los estudios sugieren
que el razonamiento motivado es cualitativamente distinto del razonamiento que
se produce cuando la persona no tiene una fuerte implicación emocional en los
resultados. Una amplia revisión del razonamiento motivado se encuentra en Kunda
1990. La implicación de la emoción en la toma de decisiones se discute, por
ejemplo, en Bechara, Damasio y Damasio 2000. Un libro de divulgación es Coleman
1995. Westen et al. 2006 presentan los estudios de IRMf.
[165] King
1893.
[166] Stacey
2000 ofrece una buena discusión sobre la importancia de la estimación de Kelvin
de la edad del Sol.
[167] El
problema de la generación de energía en las estrellas se comenta en el capítulo
8.
[168] Darwin
insirió esta frase en la sexta edición; Peckham 1959, p. 728.
[169] Hager
1995, p. 374, da una buena descripción del evento
[170] Watson
paró en Ginebra durante su viaje de regreso desde Nápoles a Copanhague, en
Dinamarca, donde realizaba un posdoctorado.
[171] «Chemists
Solve a Great Mystery: Protein Structure Is Determined», Life, 24 de septiembre
de 1951, pp. 77-78.
[172] Hay
bastantes biografías de Pauling. Las siguientes me han parecido especialmente
útiles: Hager 1995, Serafini 1989, Goertzel y Goertzel 1995 y Marinacci 1995.
Varios libros tratan muy bien diversos aspectos del trabajo de Pauling. Entre
ellos, quisiera mencionar Olby 1974, Lightman 2005, Judson 1996 y, por
supuesto, la fantástica página web de Oregon State University:
http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcollections/coll/pauling.
[173] Pauling
1935, Pauling y Coryell 1936. Pauling y el químico Charles D. Coryell llevaron
a cabo el experimento suspendiendo entre los polos de un gran imán un tubo con
sangre de vaca; Judson 1996, pp. 501-502 ofrece una buena descripción.
[174] Pauling
no tenía demasiado conocimiento de las moléculas de las proteínas, de manera
que convenció a Mirsky, entonces en el Instituto Rockefeller de Investigación
Médica, para que fuera a Caltech durante el año 1935-1936. (¡También convenció
al presidente del Instituto Rockefeller para que permitiera que Mirsky se
fuera!)
[175] Mirsky
y Pauling 1936. Hsien Hu ya había hecho algunos progresos en 1931.
[176] Es
muy significativo con relación a los trabajos posteriores de Pauling que los
autores observaran que «esta cadena está plegada es una configuración definida
de manera única, sostenida por enlaces de hidrógeno». Los enlaces de hidrógeno
(en los que el hidrógeno queda sostenido conjuntamente por dos átomos, con lo
cual crea un puente entre ellos) se convertirían en la marca de Pauling.
[177] Astbury
1936.
[178] Pauling
describió sus actividades de aquella época en un dictado realizado en 1982. La
transcripción fue publicada por la ayudante de Pauling, Dorothy Munro; Pauling
1996.
[179] El
papel original utilizado por Pauling sobre el que en 1948 bosquejó la
estructura y luego lo dobló, no se ha encontrado nunca.
[180] Corey
ya tenía una experiencia considerable con estudios de rayos X de proteínas.
Muchos años más tarde, Pauling tuvo la dignidad de comentar que tal vez fuera
Corey quien lo había convencido a él.
[181] Pauling
1996. Debo señalar que en un escrito anterior, Pauling 1955, Pauling dice que
encontró solamente una de las dos hélices en Oxford, mientras que la otra fue
descubierta por Herman Branson cuando Pauling regresó a Caltech.
[182] Olby
1974, p. 278, da una descripción excelente, aunque algo técnica, del camino que
llevó a la hélice alfa.
[183] Pauling
le escribió al químico y cristalógrafo Edward Hughes. Citado en la página web
The Pauling Blog bajo el epígrafe «An Era of Discovery in Protein Structure»
(«Una era de descubrimientos de la estructura de las proteínas»).
[184] Pauling
admitió en entrevistas posteriores que le había preocupado que el grupo de
Cavendish le ganara a comprobar los modelos. Olby 1974, p. 281; Hager 1995, p.
330.
[185] Según
Pauling 1955, Branson podría haber encontrado solamente una de las dos hélices,
después de que Pauling le explicase todas las restricciones importantes en
juego. En Pauling 1996, da la impresión de que él (Pauling) hubiera descubierto
las dos hélices en Oxford y que Branson las hubiera confirmado más tarde.
[186] Bragg,
Kendrew y Perutz 1950.
[187] El
lector encontrará buenas descripciones de la técnica y de sus aplicaciones, por
ejemplo, en McPherson 2003. Blow 2002 ofrece una descripción breve con menos
física.
[188] Bragg,
Kendrew y Perutz 1950.
[189] Perutz
1987.
[190] Pauling
y Corey 1950.
[191] Pauling,
Corey y Branson 1951. Resulta un tanto triste que en 1984 Branson escribiese
una carta a los biógrafos de Pauling Ted y Ben Goertzel en la que alegaba que
había sido él, y no Pauling, quien había «descubierto dos estructuras espirales
que se ajustaban a los datos». En 1995 añadió que Corey no había tenido nada
que ver con el descubrimiento (Goertzel y Goertzel 1995, pp. 95-98). Estas
alegaciones no concuerdan con los recuerdos de diversos científicos que
recordaban los modelos de Pauling en Oxford, y tampoco con el hecho de que
Branson hubiera accedido a ser el tercer autor del artículo. El propio Branson
observó que Pauling fue «uno de los intelectos científicos más impresionantes
de nuestra época que merece los premios Nobel».
[192] Dunitz,
en una conversación con el autor el 23 de noviembre de 2010.
[193] Perutz
1987.
[194] Dunitz
1991 contiene un resumen sucinto de los logros de Pauling.
[195] Pauling
1948a.
[196] Pauling
1939, p. 265.
[197] Francoeur
2001, p. 95. Véase también Nye 2001, p. 117.
[198] Pauling
1948b.
[199] Pauling
1948b.
[200] Por
ejemplo, Levene y Bass 1931. Olby 1974, pp. 73-96, contiene una buena
descripción de las primeras investigaciones.
[201] Wilson
1925.
[202] Esta
idea, conocida como «paradigma de las proteínas», está descrita, por ejemplo,
en Kay 1993.
[203] Avery,
MacLeod y McCarty 1944.
[204] La
carta fue escrita el 13 de mayo de 1943. Forma parte de «The Oswald T. Avery
Collection» en la web Profiles in Science: National Library of Medicine, en
http://profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Collection/CID/CC.
[205] El
hecho de que el artículo se publicase en 1944, durante la guerra, puede haber
ayudado a que tuviera poco eco.
[206] P.
Pauling 1973.
[207] Ronwin
1951.
[208] Pauling
y Schomaker 1952a.
[209] Escribió
a Pauling para hacerle saber de un artículo publicado por el químico Ludwig
Anschütz en 1927, en el que este sugería que el fósforo estaba enlazado a cinco
átomos de oxígeno en algunas estructuras.
[210] Pauling
y Schomaker 1952b.
[211] El
bioquímico Gerald Oster escribió a Pauling sobre esta cuestión el 9 de agosto
de 1951. Oster interpretó el retraso de Wilkins en publicar las imágenes como
una falta de interés por su parte, aunque en realidad Wilkins estaba trabajando
para confirmar los resultados con mejores herramientas.
[212] Aunque,
como es natural, el descubrimiento de la estructura del ADN se ha contado
muchas veces, los relatos autobiográficos siguen teniendo un valor especial,
pese a todas las controversias. Watson 1980 (en la edición crítica de Norton)
es especialmente recomendable. Incluye, además del texto original (y
controvertido) de Watson, una excelente selección de revisiones y análisis.
También son muy recomendables Crick 1988 y Wilkins 2003. Por desgracia,
Rosalind Franklin no vivió lo bastante para escribir su autobiografía, pero hay
dos biografías (Sayre 1975 y Maddox 2002) que llenan muy bien la laguna. Más
recientemente, la hermana de Franklin, Jenifer Glynn, ha escrito unas
maravillosas memorias (Glynn 2012). Otra interesante perspectiva sobre las
experiencias de Franklin como mujer en un laboratorio dominado por hombres es
Des Jardins 2010, pp. 180-195.
[213] Watson
1980, p. 13.
[214] Randall
escribió a Franklin el 4 de diciembre de 1950. Añadió: «No estoy de este modo
sugiriendo que debamos abandonar toda idea de trabajar sobre las soluciones,
pero me parece que la investigación sobre las fibras tendría un provecho más
inmediato, y tal vez fundamental». La carta aparece reproducida, por ejemplo,
en Olby 1974, p. 346, y en Maddox 2002, p. 114. Véase también Klug 1968a, b.
[215] Watson
1951, citado en Olby 1974, p. 354.
[216] Olby
1974, p. 310.
[217] Watson
1980, p. 9.
[218] Crick
1988, p. 64.
[219] Crick
1988, p. 70.
[220] Crick
1988, p. 64.
[221] John
Randall le escribió a Pauling el 28 de agosto de 1951. Comenzó explicándole
que, en contra de la interpretación de Gerald Oster, Wilkins estaba muy
interesado en el trabajo sobre el ADN: «Me temo que Oster no está muy bien
informado sobre nuestras intenciones respecto al ácido nucleico. Wilkins y
otros están muy ocupados intentando descifrar las fotografías de rayos X del
ácido desoxirribonucleico». Pauling respondió cortésmente el 25 de septiembre
de 1951 diciendo que lamentaba haber molestado a Randall. Todos los documentos
relevantes se encuentran en la página web de la Universidad Estatal de Oregón.
[222] Chargaff
1978, p. 101.
[223] Chargaff
1978, p. 101. Chargaff añade (p. 102): «Les dije todo lo que sabía. Si ya
sabían lo de las reglas de emparejamiento, se lo callaron».
[224] Crick,
en una entrevista grabada con Robert Olby; Olby 1974, p. 294.
[225] Crick
escribió un borrador en el que describía su enfoque (Olby 1974, p. 357). Crick
dice claramente en el borrador que su primer modelo con Watson vino «estimulado
por los resultados presentados por los investigadores de King’s College,
Londres, en un coloquio celebrado el 21 de noviembre de 1951». También se
refiere de manera explícita al modelo de la hélice alfa de Pauling.
[226] Franklin
había encontrado ocho moléculas por nucleótido, mientras que Watson refirió
cuatro moléculas por punto de la malla.
[227] Gann
y Witkowski 2010.
[228] Gann
y Witkowski 2010.
[229] Gann
y Witkowski 2010.
[230] Una
descripción excelente del trabajo de Franklin se encuentra en Klug 1968a, con
algunas aclaraciones en Klug 1968b e información adicional en Klug 1974. Elkin
2003 presenta una perspectiva histórica, y Braun, Tierney y Schmitzer 2011
ofrecen una explicación pedagógica del trabajo técnico.
[231] Según
Klug 1968a, la actitud de Franklin contra la hélice en mayo de 1952 era
consecuencia de su incertidumbre en torno a la capacidad de sobrevivir que
tendría una estructura helicoidal en la forma A del ADN. Su general renuencia a
suponer cualquier cosa sobre la estructura queda reflejada en su afirmación:
«No se hará ningún intento por introducir hipótesis sobre los detalles de la
estructura en la fase actual». (Franklin y Golsing 1953).
[232] Crick
1988, p. 69.
[233] La
placa de rayos X del ADN obtenida por Beighton en 1951 se encuentra depositada
en Special Collections, Astbury Papers, C7, en la Universidad de Leeds. Las
fotografías pueden verse en línea en
www.leeds.ac.uk/heritage/Astbury/Beighton_photo/index.html.
[234] El
episodio completo se explica detalladamente en Hager 1995, pp. 400-407. La
atmósfera anticomunista imperante en aquellos tiempos está vivamente descrita,
por ejemplo, en Coute 1978.
[235] Pauling
escribió a Harry Truman el 29 de febrero de 1952.
[236] El
New York Times publicó varias noticias y más tarde, el 19 de mayo de 1952,
discutió sobre todo el sistema de pasaportes en relación de Pauling en un
artículo titulado «El aprieto del Dr. Pauling». El Washington Post escribió el
13 de mayo de 1952: «Denegado el pasaporte a Pauling, reputado químico», y el
Daily Sun-Times de Chicago publicó el 14 de mayo de 1952 un artículo titulado
«La cortina de hierro de América».
[237] Entrevista
con el autor el 15 de noviembre de 2010.
[238] Chargaff
1950, y también Chargaff, Zamenhof y Green 1950.
[239] Hershey
y Chase 1952.
[240] Williams
1952.
[241] Puede
verse un ejemplo de una fotografía de difracción de fibras de ADN obtenida por
Florence Bell en el laboratorio de Astbury en la colección en línea de la
Universidad de Leeds en
www.leeds.ac.uk/heritage/Astbury/Bell_Thesis/index.html; los artículos que
publicaron son Astbury y Bell 1938, y Astbury y Bell 1939.
[242] Pauling
y Corey 1953.
[243] Pauling
y Corey 1953.
[244] Judson
(1996, p. 131) supo de esta reunión por un científico que aquel invierno había
trabajado en Caltech. Al parecer, Pauling intentaba animarse ante los problemas
políticos que entonces tenía.
[245] La
carta de Pauling a Alexander Todd se encuentra en la página web de la
Universidad Estatal de Oregón en http://osulibrary.orst.edu/
specialcollections/coll/pauling/dna/corr/sci9.001.16-lptodd-19521219.html.
[246] Esta
carta también se puede consultar en la web de la Universidad Estatal de Oregón
en http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/
coll/pauling/dna/corr/sci14.014.7-lp-moe-19521219.html.
[247] P.
Pauling 1973.
[248] Carta
de Peter Pauling a Linus, Ava Helen y Crellin Pauling, el hermano de Peter. En
http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/
coll/pauling/dna/corr/bio5.041.6-peterpauling-paulings-19530113-01.html
[249] Carta
de Peter Pauling a Linus y Ava Helen Pauling. La transcripción de la página web
interpreta erróneamente «I am in direct manner» («estoy de manera directa»)
cuando debería decir (véase el original) «in an indirect manner» («de manera
indirecta»). En http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/
coll/pauling/dna/corr/bio5.041.6-peterpauling-lp-19530123.html.
[250] Descrito
en Watson 1980, p. 94.
[251] Watson
1980, p. 95. Watson escribió: «En lugar de jerez, permití que Francis me
invitara a un whisky».
[252] Wilkins
añadió: «No es posible que haya examinado atentamente los detalles de lo que
publicaron en ese artículo sobre el emparejamiento de bases; casi todos los
detalles son sencillamente erróneos». Citado en Judson 1996, p. 80. El propio
Pauling le admitió a Judson (1996, p. 135): «No trabajamos muy a fondo en
aquello».
[253] El
propio Pauling menciona este extremo en su segunda Conferencia de la Fundación
Hitchcock, «Chemical Bonds in Biology» («Los enlaces químicos en la biología»),
pronunciada en la Universidad de California en Berkeley el 17 de enero de 1983.
[254] Hablé
con Alex Rich el 15 de noviembre de 2010, y con Jack Dunitz el 23 de noviembre
de 2010.
[255] P.
Pauling 1973.
[256] En
una serie de artículo fundacionales, Kahneman y Tversky discuten a fondo este
tema. Véase también, por ejemplo, Kahneman y Tversky 1973, 1982. También
Kahneman, Slovic y Tversky 1982, y Cosmides y Tooby 1996. Una excelente
exposición divulgativa es Kahneman 2011. Schulz 2010, pp. 115-132 ofrecen una
exquisita discusión de algunos aspectos del razonamiento inductivo en relación
con el error.
[257] Entrevista
para New Scientist; Else 2011.
[258] Lehrer
2009 ofrece una detallada descripción del proceso de decisión.
[259] Kahneman
2011, pp. 363-374 ofrece algunos ejemplos clarificadores. Es interesante que
los estudios de IRMf muestran que las respuestas emocionales en la amígdala (la
región del cerebro asociada con los sentimientos negativos) en las personas que
se dan cuenta de que «90 por ciento magro» es lo mismo que «10 por ciento
grasa» son muy parecidas a las de las personas afectadas por el efecto de
encuadre. Las diferencias aparecen en la corteza prefrontal, que controla las
emociones al pensar en ellas racionalmente. Véase, por ejemplo, de Martino et
al. 2006.
[260] Carta
de Linus Pauling a Henry Allen Moe de 19 de diciembre de 1952. En
http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/
coll/pauling/dna/corr/sci14.014.7-lp-moe-19521219.html.
[261] Pauling
repitió en varias ocasiones este comentario de Ava Helen. Véase, por ejemplo,
Hager 1995, p. 431.
[262] Pauling
y Corey 1953, p. 96. Este es un aspecto importante, pues demuestra que Pauling
relacionó la estructura con la capacidad de portar información. Pauling y Corey
también se refirieron a la secuenciación de aminoácidos, observando que en
términos de las dimensiones implicadas, los ácidos nucleicos son «adecuados
para el ordenamiento de los residuos de aminoácidos en una proteína». Este
aspecto fue claramente remarcado por Matt Maselson en su conferencia sobre
Pauling. En http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcollections/
events/1995paulingconference/video-s32-meselson.html.
[263] Carta
de Linus Pauling a Peter Pauling de 27 de marzo de 1953. En
http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/coll/pauling/
dna/corr/sci9.001.33-lp-peterpauling-19530327.html.
[264] En
el contexto del Proyecto Betula (un proyecto de investigación sobre la memoria
humana), el psicólogo Lars-Göran Nilsson y sus colaboradores pasaron muchos
tests de memoria a personas entre treinta y cinco y ochenta años de edad, y
repitieron los tests anualmente. El proyecto comenzó en 1988, y los
investigadores estudiaron un total de 4200 individuos. Una colección de los
artículos que describen muchos de los resultados es Bäckman y Nyberg 2010.
[265] Conversación
de 18 de abril de 2011. Jack Szostak, premio Nobel en Psicología o Medicina, a
quien también pregunté sobre el error de química de Pauling, también sugirió
que Pauling debió pensar que ya encontraría el modo de que la estructura funcionara
desde un punto de vista químico.
[266] Watson
y Crick 1953a.
[267] Además,
el espaciado entre puntos oscuros sucesivos indica que la distancia
correspondiente a una vuelta completa de la hélice (que se encontró que era de
34 angstroms), y la distancia entre el centro de la forma de X (figura 14)
hasta lo alto indica la distancia entre bases sucesivas.
[268] Watson
1980, p. 98.
[269] Entonces
no se conocía con certeza la localización precisa de los átomos de hidrógeno en
las bases. (Había varias de las formas llamadas tautoméricas). Donohue era un
experto en el tema, sobre el que más tarde, en 1952 y 1955, publicaría
artículos importantes. Su contribución al modelo final del ADN fue crucial.
[270] En
cristalografía, la simetría (con respecto a transformaciones como la rotación y
la reflexión) se utiliza para caracterizar los cristales. A partir de la
información contenida en el informe, Crick pudo deducir que la forma cristalina
del ADN se podía describir mediante lo que los cristalógrafos llaman grupo
espacial «monoclínico C2». Esto, a su vez, implicaba que las cadenas eran
antiparalelas. En una entrevista con Robert Olby, Crick admitió: «No creo que
se me hubiera ocurrido hacerlas correr en direcciones opuestas» (Olby 1974, p.
404).
[271] Gann
y Witkowski 2010.
[272] Carta
de Wilkins a Crick, probablemente del 23 de marzo. Gann y Witkowski 2010.
[273] Watson
y Crick 1953a.
[274] Watson
y Crick 1953b
[275] Crick
1988, p. 66.
[276] Wilkins,
Stokes y Wilson 1953.
[277] Franklin
y Gosling 1953a. Publicaron otro artículo en julio del mismo año, en el que
pormenorizaban la distinción entre las estructuras A y B del ADN; Franklin y
Gosling 1953b.
[278] Puede
leerse una crítica de la obra Photograph 51, por ejemplo, en
http://theater.nytimes.com/2010/11/06/theater/06photograph.html.
[279] Carta
de Linus Pauling a Peter Pauling de 27 de marzo de 1953. En
http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/coll/pauling/
dna/corr/sci9.001.33-lp-peterpauling-19530327.html.
[280] Pauling
y Bragg 1953.
[281] Watson
2000.
[282] Véase,
por ejemplo, Reich et al. 2011 y las interesantes discusiones en el blog del
paleoantropólogo John Hawks en http://johnhawks.net.
[283] La
implicación de Gamow y sus esquemas de codificación están descritos en detalle,
por ejemplo, en Judson 1996. Gamow también fundó el RNA Tie Club (el Club de la
Corbata de ARN), una organización que, según Gamow, aspiraba a «resolver el
acertijo de la estructura del ARN y comprender de qué modo construye las
proteínas».
[284] El
acontecimiento se describe a fondo en Mitton 1005, pp. 127-129. El programa se
anunció en la revista británica Radio Times el 28 de marzo de 1949.
[285] Ferris
1993.
[286] Dos
excelentes biografías de Hoyle son las de Mitton 2005 y Gregory 2005. Hoyle
1994 es una fascinante autobiografía, lo mismo Hoyle 1986a, su autobiografía
anterior, más corta.También se puede encontrar información a través del Sir
Fred Hoyle Project de St. John’s College de la Universidad de Cambridge, en
línea en http://www.joh.cam.ac.uk/library/special_collections/
hoyle/project/#collection.
[287] Hoyle
1994, p. 42.
[288] Hoyle
escribió: «Descubrí que el Inland Revenue [la agencia tributaria británica]
distinguía entre estudiantes y no estudiantes por el título de doctor»; Hoyle
1994, p. 127.
[289] Hoyle
1994, p. 235. Hoyle añadió: «Sostener una opinión popular es barato y no cuesta
nada en reputación».
[290] Hoyle
1986b, p. 446.
[291] Hubo
otros químicos que concibieron sus propias versiones de la tabla periódica. La
lista incluye al mineralogista francés Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois,
John Newlands en Inglaterra y, en particular, Julius Lothar Meyer en Alemania,
que aportaron tablas parecidas (siguiendo los pasos pioneros de Robert Bunsen).
Fue Mendeléyev, sin embargo, quien consiguió introducir los sesenta y seis
elementos conocidos en su tabla, y no solo predecir elementos que todavía no se
habían descubierto, sino también sus densidades y pesos atómicos. Una lectura
fascinante sobre la tabla periódica es Kean 2010.
[292] Se
puede ver la hazaña en YouTube en
http://www.geek.com/geek-cetera/periodic-tablet-etched-on-a-single-hair-as-birthdaygift-20101230.
Véase también Science 334, n.º 7 (octubre de 2011), p. 24.
[293] Para
una breve biografía de Prout (1785-1850), véase Rosenfeld 2003.
[294] Eddington
1920. Por aquel entonces todavía consideraba que también la aniquilación era
una posible fuente de energía. Eddington discutió la fuente de la energía
estelar en Eddington 1926.
[295] Wesemael
2009 ofrece una buena descripción de las aportaciones de Perrin (1870-1942) y
del físico norteamericano William Draper Harkins (1873-1951). Véase también
Shaviv 2009, capítulo 4.
[296] Eddington
1926, p. 301.
[297] El
famoso astrofísico Subrahmanyan Chandrasekhar escuchó esta historia de los
labios de Eddington. Se describe en Berenstein 1973, p. 192.
[298] Eddington
1920. Citado también al completo en la edición de 1988 de The Internal
Constitution of the Stars (Cambridge University Press, Cambridge), en el
prefacio (de S. Chandrasekhar), p. x.
[299] A
distancias muy cortas en comparación con el tamaño del núcleo, la propia fuerza
nuclear se torna repulsiva porque las partículas como los protones (fermiones)
se resisten a la aglomeración. Este efecto cuántico se conoce como principio de
exclusión de Pauli.
[300] La
probabilidad de traspasar la barrera creada por la fuerza de Coulomb aumenta
exponencialmente al aumentar la energía de las partículas. Al mismo tiempo, la
distribución de las partículas a una temperatura dada es tal que a altas
energías el número de partículas decrece exponencialmente. El producto de estos
dos factores da como resultado un pico (conocido como pico de Gamow) en el cual
la reacción tiene una mayor probabilidad de producirse. Estas ideas se
publicaron originalmente a finales de la década de 1920.
[301] Bethe
1939.
[302] Para
los lectores con conocimientos básicos de física nuclear, las dos cadenas
principales que contribuyen a la producción de energía en el Sol son la rama pp
I:
p + p → D + e+ + νe, D + p → 3He + γ, 3He + 3He → 4He + 2p,
y la rama pp II:
3He + 4He → 7Be + γ, 7Be + e– → 7Li + νe, 7Li + p → 24He.
[303] Bethe
1939, p. 446.
[304] Alpher,
Bethe y Gamow 1948. Gamow ya había presentado la idea sobre la nucleosíntesis
en el big bang en Gamow 1942 y Gamow 1946.
[305] En
su libro La creación del universo, Gamow bromea: «Sin embargo, corría el rumor
de que más tarde, cuando temporalmente la teoría α, β, γ cayó en desgracia, el
doctor Bethe consideró seriamente la posibilidad de cambiar su nombre por
Zacharias» (Gamow 1961, p. 64).
[306] Gamow
1961, p. 64.
[307] Fermi
examinó el problema junto al físico Anthony Turkevich, aunque nunca publicaron
sus resultados. Una buena descripción del trabajo sobre el problema del agujero
de masa se puede encontrar en Kragh 1996, pp. 128-132.
[308] Hoyle
1946.
[309] Hoyle
pronunció su conferencia el 8 de noviembre de 1946. Margaret Burbidge era
entonces Margaret Peachey; se casó con el astrónomo Geoffrey Burbidge en 1948.
La cita es de una conferencia que Margaret Burbidge pronunció en St. John’s
College, en Cambridge, el 16 de abril de 2002. Hay una excelente descripción
accesible de los trabajos de Hoyle sobre la nucleosíntesis en Mitton 2005,
capítulo 8.
[310] El
incidente se describe en Hoyle 1968b.
[311] Öpik
1951.
[312] Salpeter
1952. (También Bondi y Salpeter 1952). Salpeter realizaría después una
distinguida carrera en astrología.
[313] Hoyle
1982, p. 3.
[314] Hoyle
1982, p. 3.
[315] Aunque
se habían sugerido anteriormente resonancias en torno a 7,4 MeV, nunca se
habían confirmado y, en cualquier caso, no se había sugerido ningún nivel
resonante (antes de la predicción de Hoyle) por encima de 7,5 MeV.
[316] Tras
muchos años, los participantes tenían recuerdos un tanto distintos de lo
sucedido. Un buen resumen de las distintas versiones se puede encontrar en
Kragh 2010.
[317] Entrevista
con Charles Weiner, American Institute of Physics, en febrero de 1973. Citado
en Kragh 2010.
[318] Hoyle
1982, p. 3.
[319] Descrito
también en la conferencia de Nobel de Fowler, «Experimental and Theoretical
Nuclear Astrophysics; the Quest for the Origin of the Elements», pronunciada el
8 de diciembre de 1983.
[320] Dunbar,
Pixley, Wenzel y Whaling 1953. El artículo y su significación se describen
también en Spear 2002.
[321] Dado
que la vida tal como la conocemos está basada en el carbono, es mucho lo que se
ha discutido la significación antrópica del nivel resonante en el carbono. Esta
cuestión cae fuera del ámbito de nuestra discusión. Debo precisar, sin embargo,
que en 1989 yo y varios colaboradores demostramos que incluso si ese nivel de
energía hubiese tenido un valor ligeramente distinto, las estrellas todavía
habrían producido carbono (Livio et al. 1989). Esta conclusión fue confirmada
más tarde por las investigaciones detalladas de Heinz Oberhummer y
colaboradores (Schlattl et al. 2004). Para una revisión detallada, véase Kragh
2010.
[322] Hoyle
et al. 1953.
[323] Hoyle
1986b, p. 449.
[324] Gamow
1970, p. 127. Gamow en realidad quería expresar sus objeciones a la teoría del
estado estacionario (discutida en el capítulo 9) propuesta por Hoyle, Bondi y
Gold, pero acabó de todos modos reconociendo la contribución de Hoyle.
[325] Nota
de prensa del premio Crafoord.
[326] Hoyle
1954.
[327] Burbidge,
Burbidge, Fowler y Hoyle 1957. Chown 2001 ofrece un relato entretenido y
accesible de la historia de la teoría de la nucleosíntesis. Tyson y Goldsmith
2004 ofrecen un viaje claro, multidisciplinario y lleno de humor de la
evolución cósmica, de la cosmología a la biología.
[328] Hoyle
1958, p. 279; Fowler 1958, p. 269.
[329] Hoyle
1958, p. 431.
[330] Una
discusión en línea del asunto de que Hoyle no ganase el premio Nobel se puede
ver, por ejemplo, en
http://thelonggoodread.com/2010/10/08/fred-hoyle-the-scientist-whose-rudenesscost-him-a-nobel-prize.
[331] Burbidge
2008. El astrofísico nuclear Donald Clayton también explicó la enorme
importancia del artículo de Hoyle de 1954; Clayton 2007.
[332] Citado
en Burbidge 2003, p. 218.
[333] Bien
descritas en una entrevista con Tommy Gold por el historiador de la ciencia
Spencer Weart. La entrevista tuvo lugar el 1 de abril de 1978, para el American
Institute of Physics.
[334] Descrito
en una fascinante entrevista con Fred Hoyle, en Lightman y Brawer 1990, p. 55.
[335] Milne
1933.
[336] Hoyle
1990. En su excelente relato de la historia de la teoría del estado
estacionario, Kragh 1996 plantea dudas sobre la autenticidad del suceso de la
película. Sin embargo, poco después de que el New York Times informara (el 24
de mayo de 1952) sobre una conferencia pronunciada por el Real Astrónomo, sir
Harold Spencer Jones, Hoyle le escribió una carta en la que específicamente
mencionaba la historia de la película. El hecho de que esta carta se escribiese
en fecha tan temprana, en 1952, le da más credibilidad.
[337] Weart
1978.
[338] Alusión
a la película de Sofia Coppola Lost in translation. (N. del T).
[339] Hubble
1929a.
[340] Friedmann
1922.
[341] Unos
pocos de los artículos sobre el crédito por el descubrimiento de la expansión
cósmica son Way y Nussbaumer 2011, Nussbaumer y Bieri 2011, Van den Bergh 2011,
y Block 2011.
[342] Descrito,
por ejemplo, en Van den Bergh 1997.
[343] Eddington
1923, p. 162.
[344] Lemaître
1927.
[345] Hubble
1926.
[346] Hubble
1929a.
[347] Puede
leerse en Livio 2011 un breve resumen de los eventos. Hay descripciones más
detalladas en Nussbaumer y Bieri 2009, Kragh y Smith 2003, y Trimble 2012.
[348] Lemaître
1931a.
[349] Van
den Bergh 2011.
[350] Block
2011.
[351] Quiero
agradecer a los Archivos Georges Lemaître en Lovaina, Bélgica, y a Mme. Liliane
Moens, que me proporcionaran una copia.
[352] Block
creyó que el «§§1–n» de la carta debía leerse como «§§1–72», por la forma en
que está escrito el símbolo «n». También interpretó que el texto decía que
Lemaître tenía libertad para traducir solamente los primeros setenta y dos
párrafos de su artículo. Concluyó además que el párrafo setenta y tres era
precisamente la ecuación de Lemaître que determinaba el valor de la constante
de Hubble. Nada de esto era convincente. (Véase Livio 2011 para una discusión).
[353] RAS
1931.
[354] RAS
1931.
[355] Lemaître
1931b.
[356] Bondi
1990, p. 191.
[357] Bondi
y Gold 1948.
[358] Hoyle
1948a.
[359] Hoyle
1948a.
[360] Hoyle
1948a.
[361] Popper
2006, p. 18.
[362] Hoyle
1948b, p. 216.
[363] Greaves
1948, p. 216.
[364] Born
1948, p. 217.
[365] Hoyle
1994, p. 270.
[366] El
artículo del New York Times apareció el 24 de mayo de 1952; el del Christian
Science Monitor, el 7 de junio de 1952.
[367] Descrito
en Proceedings of Meeting of the Royal Astronomical Society 886, pp. 104-106.
[368] Gold
1955.
[369] Bondi
1955.
[370] Hoyle
1994, p. 410.
[371] Para
un excelente texto de divulgación sobre el descubrimiento de los cuásares, el
fondo de microondas y su significación, véase Rees 1997.
[372] Hoyle
1990.
[373] Hoyle,
Burbidge y Narlikar 2000. Livio 2000 es una reseña del libro.
[374] Entrevista
con el autor el 5 de marzo de 2012.
[375] Entrevista
con el autor de 1 de julio de 2011.
[376] Jowett
fun nombrado fellow de Balliol College en Oxford con veintiún años de edad. La
sátira en cuestión es: First came I; my name is Jowett.
There’s no knowledge, but I know it.
I am the Master of this college,
What I don’t know isn’t knowledge.
(Primero vine yo; mi nombre es Jowett. / No hay conocimiento, pero yo lo sé. /
Soy el maestro de este college. / Lo que yo no sé no es conocimiento).
[377] Entrevista
con el autor el 19 de agosto de 2011. Véase también Faulkner 2003.
[378] Entrevista
con el autor el 19 de septiembre de 2011. Véase también Rees 2001.
[379] Hoyle
1994, p. 328.
[380] Citado,
por ejemplo, en Boorstin 1983, p. 345.
[381] El
argumento original de Hoyle era contra la abiogénesis, la teoría del origen de
la vida en la Tierra, no contra la teoría darwiniana de la evolución. Dawkins
amplía la discusión sobre la falacia de Hoyle en Dawkins 2006.
[382] Kathryn
Schulz ofrece una fascinante discusión de los sentimientos suscitados por el
hecho de equivocarse en Schulz 2010.
[383] Da
una hermosa descripción del modelo en su libro de divulgación, Guth 1997.
[384] La
relación entre el universo estado estacionario y el universo inflacionario se
discute en Barrow 2005.
[385] En
particular, Hoyle y Tayler 1964, y Wagoner, Fowler y Hoyle 1967.
[386] Einstein
1917.
[387] Los
resultados definitivos se publicaron en Hubble 1929b.
[388] Einstein
1917, p. 188 de la traducción inglesa.
[389] Para
los interesados en las matemáticas, la ecuación original era: Gµν = 8πG Tµν,
donde G es la constante gravitatoria, Tµν, es el tensor de energía-impulso, y
Gµν es un tensor métrico que representa la geometría del espacio-tiempo. La
ecuación modificada era: Gµν – 8πG ρΛgµν = 8πG Tµν, donde ρΛ puede
interpretarse como una densidad de energía asociada a la constante cosmológica.
[390] Eddington
1930.
[391] Einstein
se basaba en esto en lo que se conoce como principio de Mach, por el físico y
filósofo austriaco Ernst Mach, que sugirió que en un universo vacío no se puede
sentir en absoluto el movimiento y la aceleración. Hay una excelente discusión
de la interpretación moderna del principio de Mach en Greene 2004.
[392] Hay
muchos libros de divulgación excelentes sobre la relatividad general y
especial. Dos que me parecen estimulantes son Kaku 2004 y Galison 2003. La
lectura de Einstein 2005 siempre es gratificante. En la colección de ingeniosos
ensayos de Tyson 2007, aborda de manera muy interesante varios temas
relacionados.
[393] Chou,
Hume, Rosenband y Wineland 2010.
[394] El
propio Einstein explicó los principios en Einstein 1955. Hawking 2007 presenta
una colección de los artículos de Einstein. En la biografía científica de
Einstein, Pais 1982 explica los principios con gran elegancia. Greene 2004 pone
la teoría en el contexto de los desarrollos modernos con un lenguaje accesible.
[395] La
Conferencia Kioto fue pronunciada el 14 de diciembre de 1922. Fue traducida al
inglés por Y. A. Ono a partir de notas tomadas por Yon Ishiwara (Physics Today,
agosto de 1932).
[396] Los
resultados se publicaron en Dyson, Eddington y Davidson 1920.
[397] Las
nuevas generaciones de relojes mejoran continuamente la precisión; por ejemplo,
Tino et al. 2007.
[398] Earman
2001 ofrece una excelente (aunque técnica) y detallada discusión de la
introducción por Einstein de la constante cosmológica, así como los primeros
años de su historia. Hay una exposición clara también en North 1965 (véase
también Norton 2000).
[399] De
Sitter 1917.
[400] Carta
de Einstein a Weyl de 23 de mayo de 1923.
[401] Einstein
1931.
[402] Einstein
y De Sitter 1932.
[403] Gamow
1956.
[404] Gamow
1970, p. 44.
[405] Gamow
1970, p. 149.
[406] Segrè
2011, p. 155.
[407] Fölsing
1997.
[408] El
episodio aparece relatado en Brunauer 1986.
[409] Carta
escrita el 24 de septiembre de 1946. Documento 11-331 de Albert Einstein
Archives.
[410] Carta
escrita el 9 de julio de 1948. Documentos 11-333 y 11-334 de Albert Einstein
Archives.
[411] Por
ejemplo, el 4 de agosto de 1948. Documento 11-335 de Albert Einstein Archives.
[412] Documento
70-960 de Albert Einstein Archives.
[413] El
Departamento de Física de la Universidad de Princeton celebró un simposio sobre
la relatividad para festejar el setenta aniversario de Einstein. Gamow fue uno
de los muchos invitados. (Una carta del ayudante del presidente de Princeton
Paul Busse, de 15 de marzo de 1949, le informa de las disposiciones para su
viaje). Sin embargo, el nombre de Gamow no aparece en la lista de personas que
aceptaron la invitación, de 17 de marzo de 1949.
[414] Einstein
1955, p. 127.
[415] Einstein
1955, p. 127.
[416] Pauli
1958, p. 220.
[417] Einstein
1934, p. 167.
[418] Carta
escrita el 26 de septiembre de 1947. Documento 15-085.1 de Albert Einstein
Archives.
[419] En
su carta a Einstein de 30 de julio de 1947, Lemaître dice hacer «algún esfuerzo
para modificar» la actitud de Einstein hacia la constante cosmológica.
Documento 15-084.1 de Albert Einstein Archives.
[420] Carta
de Einstein a Lemaître de 26 de septiembre de 1947. Documento 15-085.1 de
Albert Einstein Archives.
[421] Laloë
y Pecker 1990 tampoco pensaron que Einstein hubiera utilizado esa expresión,
pero las pruebas que presentaron eran mucho más débiles.
[422] Esta
comparación fue utilizada también por Weinberg 2005.
[423] Leahy
2001.
[424] De
las muchas biografías de Einstein, quiero destacar Isaacson 2007, Fölsing 1997,
y un libro que presenta estupendamente otros aspectos de su personalidad:
Overbye 2000.
[425] Carta
de 14 de septiembre de 1931. Documento 23-031 de Albert Einstein Archives.
[426] Las
ideas de Lemaître sobre la formación de galaxias aparecen, por ejemplo, en
Lemaître 1931, 1934.
[427] Brecher
y Silk 1969.
[428] Eddington
1952, p. 24.
[429] Eddington
1952, p. 25.
[430] Hay
una descripción excelente en Guth 1997.
[431] McCrea
1971.
[432] Calder
y Lahav 2008 discuten de qué modo la obra de Newton alude al menos a algunos
aspectos de los efectos de la «energía oscura».
[433] Norton
1999 discute este problema a fondo.
[434] En
particular, Von Seeliger 1895 y Neumann 1896. Einstein se podría haber
inspirado en parte en estos trabajos para introducir la constante cosmológica.
[435] Este
modelo fue sugerido por Petrosian, Salpeter y Szekeres 1967. Sin embargo,
varios años más tarde, Petrosian demostró que el modelo también predecía una
reducción del brillo de los cuásares más lejanos, en contra de las
observaciones.
[436] Una
vez más, para los amantes de las matemáticas, la nueva ecuación era: Gµν – 8πG
ρΛgµν = 8πG Tµν, donde ρΛ es la densidad de energía asociada con la constante
cosmológica.
[437] La
ecuación es ahora: Gµν = 8πG (Tµν + ρΛgµν).
[438] Para
unas excelentes explicaciones accesibles de la constante cosmológica
interpretada como la energía del vacío, véase Krauss y Turner 2004, Randall
2011 y Greene 2011. Davies 2011 es un artículo breve y también accesible. Las
teorías del tiempo y su relación con la expansión cósmica están explicadas de
una manera fascinante en Carrol 2010 y Frank 2011.
[439] Einstein
1919.
[440] Einstein
1927.
[441] Enz
y Thellung 1960.
[442] Lemaître
1934.
[443] Zeldovich
1967.
[444] Hay
excelentes discusiones técnicas sobre los problemas de la constante cosmológica
en, por ejemplo, Weinberg 1989, Peebles y Ratra 2003, y Carroll 2001 (con
actualizaciones regulares).
[445] Los
resultados se publicaron en Riess et al. 1998 y Perlmutter et al. 1999. Overbye
1998 escribió una maravillosa descripción del descubrimiento.
[446] Los
textos de divulgación científica de Panek 2011, Kirshner 202, L0ivio 2000 y
Goldsmith 2000 proporcionan vívidas descripciones del descubrimiento.
[447] Se
cree que son el resultado de enanas blancas que aumentan su masa por acreción
hasta el máximo permitido para una estrella de este tipo (la masa de
Chandrasekhar). En ese momento comienza la ignición de carbono en su núcleo. La
enana blanca queda destruida por la explosión.
[448] La
página web del Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) proporciona
información actualizada en http://map.gsfc.nasa.gov.
[449] Kane
2000 es un bello texto de divulgación que describe los conceptos implicados en
la supersimetría. Dine 2007 es un excelente texto técnico.
[450] En
esta presentación sigo de cerca la discusión presentada en Livio y Rees 2005.
Un libro clásico sobre el razonamiento antrópico es Barrow y Tipler 1986.
Vilenkin 2006, Susskind 2006 y Greene 2011 ofrecen discusiones amplias y
accesibles sobre el concepto antrópico y el multiverso.
[451] Weinberg
1987.
[452] Carter
1974.
[453] Mangel
y Samaniego 1984 es un análisis académico del trabajo de Wald sobre la
supervivencia de aviones. Wolfowitz 1952 hace una crónica de toda la obra de
Wald.
[454] El
artículo de Wikipedia (en inglés) sobre el sesgo de Malmquist es bastante
detallado y no excesivamente técnico:
http://en.wikipedia.org/wiki/Malmquist_bias.
[455] El
modelo de Kepler se describe con cierto detalle en Livio 2002, p. 142.
[456] Bien
explicado en Vilenkin 2006.
[457] Este
«paisaje» que contendría un número ingente de universos potenciales es el
asunto que trata Susskind 2006.
[458] Einstein
1934. La Conferencia Herbert Spencer fue dictada el 10 de junio de 1933.
[459] Infeld
1949, p. 477.
[460] Lemaître
1949, p. 443.
[461] Einstein
1949.
[462] Weinberg
2005 presenta algunos de los errores de Einstein. Ohanian 2008 ofrece una
excelente recopilación y revisión de todos los errores de Einstein.
[463] Einstein
escribió sus últimas notas autobiográficas en marzo de 1955, y las terminó con
comentarios sobre la mecánica cuántica. En Seelig 1956.
[464] Russell
1951.
[465] Kahneman
2011 ofrece un relato amplio y accesible de las ideas y descubrimientos sobre
la toma de decisiones.
[466] Darwin
1998 [1874], p. 642.
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