En los sótanos del museo de Ciencia e Industria de Manchester hay una caja de cristal con unas pequeñas virutas que parecen fragmentos de piel seca. Estos restos son lo que queda de los globos oculares de John Dalton, el padre de la teoría atómica y el primer científico en describir la ceguera al color. Dalton dejó encargado a su médico personal que tras su muerte le extrajera los ojos y los «desnudara» para aclarar un misterio que no pudo resolver en vida: ¿por qué él veía el mundo de manera distinta a los demás?

A partir de esta anécdota, y con la vida de Dalton como hilo conductor, El ojo desnudo reconstruye una historia de nuestro conocimiento de la visión y de la luz y nos ofrece la explicación de por qué vemos como vemos y cómo hemos alcanzado a comprender fenómenos que van mucho más allá de lo que nuestros sentidos nos permiten detectar. En sus páginas, el periodista científico Antonio Martínez Ron intenta dar respuesta a cuestiones como qué es el color, qué es la luz y cómo hemos aprendido a mirar el universo. Un viaje desde el ojo de los primeros hombres que observaron el cielo a simple vista hasta el de aquellos que dieron la vuelta a los instrumentos para mirar dentro de nosotros mismos. Y una aventura que nos ha llevado a superar nuestras limitaciones para convertirnos en la especie que todo lo ve.

Antonio Martínez Ron

El ojo desnudo

Título original: El ojo desnudo

Antonio Martínez Ron, 2016

Revisión: 1.0

24/10/2018

A Laura y David,

mis pequeños exploradores

Prólogo

El biólogo estadounidense Edward O. Wilson comparaba en cierta ocasión a los seres humanos con peces inteligentes que nacen en un estanque profundo y oscuro y tratan de interpretar lo que les llega desde el exterior para intentar encontrar un significado a su existencia. ¿Qué pensarían ellos a partir de los escasos datos que la superficie del agua les permite observar en su mundo de oscuridad? Seguramente estarían tan limitados como nosotros e inventarían «ingeniosas especulaciones y mitos sobre el origen de las aguas que los confinan, del sol y las estrellas que hay arriba, y del significado de su propia existencia», escribe Wilson. De la misma manera, los seres humanos hemos pasado milenios tratando de comprender estas limitaciones y eso es lo que subraya Antonio Martínez Ron en este libro, la historia de cómo, a la vez que desentrañamos la naturaleza de la luz, nos defendimos de nuestra engañosa percepción para poder explorar la naturaleza en todas sus dimensiones.

La visión y la luz constituyen un binomio inseparable, hasta el punto de que no es posible salir de la circularidad si tratamos de definirlas. Por eso, la investigación acerca de la naturaleza de la luz ha transcurrido unida, de forma inseparable, a los estudios sobre la visión. Por un lado, difícilmente podía avanzarse en el conocimiento de los mecanismos de la visión sin tener una idea cabal de las características de la luz y estas, por su parte, difícilmente podían desentrañarse sin recurrir al sentido de la vista como fuente primaria de información. Este es un aspecto fundamental de lo que se cuenta en este libro, que recorre los hitos que han jalonado el conocimiento de la luz y de la visión a lo largo de la historia de la ciencia.

Antes de la «revolución científica», el «ojo desnudo» al que alude el título era nuestro único instrumento de observación. Por medio de la visión directa, sin intermediación de ningún tipo, obtuvieron nuestros antepasados la mayor parte de la información con que elaborar sus modelos o sus teorías acerca de lo que nos rodea y del universo. Los demás sentidos jugaban, por comparación, un papel de menor importancia. Pero la invención del telescopio y el microscopio ofreció una nueva perspectiva del mundo, transformaron por completo la percepción de la naturaleza y de nuestra posición en ella. Y más adelante, al tomar conciencia de que la luz visible no era sino una mínima fracción del espectro electromagnético y de que tal espectro era una extraordinaria fuente de información, desarrollamos los instrumentos que nos permitieron penetrar en los aspectos más íntimos de la materia y conocer el propio origen del cosmos.

Nuestra otra gran limitación cognitiva es la forma en que ha evolucionado nuestro sistema nervioso para percibir la realidad. No es fácil ser consciente de lo extraordinariamente limitada que es nuestra capacidad para conocer el mundo a través de nuestros sistemas sensoriales de forma directa, sin intermediaciones instrumentales de ningún tipo. Como el resto de los sentidos, el sistema visual humano, tanto sus estructuras receptoras —fotorreceptores organizados en una retina inserta en el ojo— como el órgano que crea las imágenes —la corteza visual del cerebro—, han evolucionado bajo unas determinadas presiones selectivas. Por ello, las imágenes que «vemos», o sea, las imágenes que elabora nuestra corteza visual a partir de las señales que recibe a través del nervio óptico, no constituyen un reflejo «fiel» de la realidad —si es que tal cosa pudiera existir—, sino interpretaciones de la misma gracias a las cuales nos podemos desenvolver en el entorno, anticipamos los problemas a los que quizá debamos enfrentarnos y entablamos relación con nuestros semejantes y con la naturaleza en su conjunto.

Aunque por sus contenidos y el rigor con que los trata el autor podría pensarse que El ojo desnudo es una obra para especialistas, no es así. Este es un libro de divulgación científica pensado en un amplio público lector, como pone de manifiesto su estructura, orientación interdisciplinar, y la forma que tiene el autor de presentar los temas que aborda. Antonio Martínez Ron tiene un amplia trayectoria como comunicador científico y es, en su campo, uno de los mejores que tenemos en España. Representa un tipo de escritor infrecuente en nuestro país, pero habitual en el mundo anglosajón: profesionales del periodismo y la comunicación que dominan el arte de contar historias y que transmiten los contenidos científicos sin perder un ápice de rigor. Martínez Ron ha comunicado ciencia en todos los medios: blogs, prensa, radio y televisión. En todos ellos ha dado buena muestra de su capacidad para enganchar a la audiencia. Lo hace de forma magistral. En El ojo desnudo ha concatenado un conjunto de historias fascinantes y a través de ellas nos va mostrando el camino seguido por un puñado de seres humanos que, queriendo desentrañar la naturaleza de la luz, han conseguido hacer visible lo invisible y expandir de forma espectacular nuestras posibilidades de conocer el universo. Si el lector aún no está convencido de que esta es una historia fascinante, le invito a adentrarse en las páginas de este libro: difícilmente podrá dejarlo.

JUAN IGNACIO PÉREZ IGLESIAS

Catedrático de Fisiología y director de la cátedra

de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco.

20 de junio de 2016

Introducción

«Papá, si no lo ven, ¿cómo saben que está ahí?» Durante los últimos tres años he pasado buena parte de mi tiempo tratando de construir el relato que responde a esta pregunta inocente de mi hija. No es una simple duda infantil, sino algo que preocupa a la humanidad desde hace siglos y que nos sigue asaltando a muchos de nosotros a diario, cuando nos enteramos del hallazgo de un planeta a centenares de años luz o del descubrimiento de un nuevo virus que se agazapa en algún lugar recóndito del cuerpo. Yo mismo me he descubierto preguntando a algún científico que me explicaba su último hallazgo: «Muy bien, pero ¿esto cómo lo ven?». Como seres visuales que somos, nos cuesta comprender la realidad en términos que no sean los de lo estrictamente aparente.

Desde esta perspectiva, buena parte de la historia del conocimiento humano puede resumirse como una carrera de los hombres por ir más allá de lo que le dicen sus ojos. Aunque el mundo les recuerda por otros hallazgos, científicos como Kepler, Newton o Einstein se hicieron las mismas preguntas sobre por qué vemos como vemos y si lo que vemos es realmente lo que existe. Ese intento de saber cómo funciona nuestra visión, qué es la luz y hasta dónde pueden llegar nuestros sentidos fue una especie de acicate que les condujo a descubrir algunos secretos de la materia y de la estructura del universo. Para conseguir desentrañar estos misterios diseñaron nuevos instrumentos de observación y comprendieron que no solo el ojo podía engañarlos, sino que los propios artefactos con los que trabajaban introducían distorsiones que les obligaban a repensar la realidad. Y solo cuando calibraron los instrumentos para poder mirar las estrellas pudieron darles la vuelta y apuntar con ellos al fondo de nuestro propio ojo.

Este empeño en trascender a lo aparente y detectar lo «invisible» ha convertido a los seres humanos en unos predictores extraordinarios. Por señales indirectas se descubrieron los virus, la selección natural, las dorsales oceánicas y el magnetismo. Hemos descubierto que la expansión del universo se acelera por la luz que nos llega de las supernovas y que existe algo llamado «energía oscura» por el curioso comportamiento de las galaxias. Esta misma capacidad nos ha permitido descubrir algunos elementos químicos en las estrellas antes de encontrarlos en la Tierra o detectar el planeta Neptuno en un cálculo matemático antes que en el cielo. Siglo tras siglo, los científicos han sido capaces de construir herramientas para atisbar una realidad que no parece evidente ni ante nuestra mirada ni ante la de un niño, y que se impone tozuda a nuestra primera impresión de los hechos.

Lo que propone este libro es un viaje para ver la realidad con nuevos ojos y comprender cómo hemos llegado a descubrir lo que ahora sabemos. Un intento de resumir la historia que lleva desde los primeros hombres que miraban el cielo con el «ojo desnudo» hasta el descubrimiento de realidades tan intangibles como el bosón de Higgs o las ondas gravitacionales. No es este un relato escrito por un sabio que tiene muchas respuestas, sino por un periodista que ha hecho muchas preguntas y ha ido a muchos sitios tratando de entender mejor cómo hemos llegado hasta aquí. Una crónica del fascinante viaje para superar los límites de lo que sabemos y para tener alguna idea de lo que aún nos queda por conocer. Abran bien los ojos y ojalá lo disfruten tanto como yo.

No mires con recelo mi enseñanza,

al ver que con los ojos no podemos

descubrir los principios de las cosas;

sin embargo, es preciso que confieses

que hay cuerpos que los ojos no perciben.

LUCRECIO, De rerum natura

VISIONES

FLORES EN LA OSCURIDAD

En los sótanos del Museo de Ciencia e Industria de Manchester hay una caja de cristal con tres pequeñas virutas que parecen fragmentos de piel seca. Conservadas en el interior de dos vidrios de reloj, estas laminillas son lo que queda de los globos oculares de John Dalton, el padre de la teoría atómica, quien pidió a su médico que conservara sus ojos y los analizara para aclarar el misterio que no pudo resolver en vida. «No hay mucha gente que sepa que esto está aquí», confiesa la conservadora del museo, Alice Cliff, mientras me enseña los fragmentos de retina que el médico de Dalton diseccionó cuidadosamente tras su muerte. Un poco más allá, en otras estanterías del almacén, se conservan algunos efectos personales del físico: su navaja de afeitar, un paraguas y alguno de los instrumentos con los que midió incansablemente la temperatura de los gases o la presión atmosférica. También están sus características gafas redondas, hechas de caparazón de tortuga, con las que fue inmortalizado en los retratos. En ellos aparece como un hombre serio, de nariz aguileña, con esa expresión meditativa que a veces da la miopía. A pesar de sus problemas de vista, Dalton fue un personaje determinante en la historia de la física por alcanzar, precisamente, la realidad más allá de lo visible y comprender la naturaleza de la materia. Unos años antes que él, científicos como Joseph Priestley y Antoine de Lavoisier habían comenzado a desentrañar de qué estaban hechas sustancias como el aire y el agua, mientras otros, como Joseph-Louis Proust, se habían dado cuenta de que al fabricar determinados compuestos, como carbonatos de cobre y óxidos de estaño, los componentes mantenían una proporción constante. En 1803, tras realizar una serie de experimentos, Dalton hizo un descubrimiento que marcaría el desarrollo de la ciencia en adelante: sus pruebas mostraban que los elementos podían mezclarse en más de una proporción y que cada una de estas combinaciones daba lugar a un compuesto diferente. De ello se deducía que, como ya habían intuido algunos filósofos griegos, las cosas están hechas de elementos indivisibles a los que se refirió como «átomos», usando la terminología acuñada por Demócrito dos mil años antes. Pero en algún momento, mientras experimentaba con gases y se preguntaba de qué estaba hecha la atmósfera, Dalton comprendió que algo pasaba con su forma de percibir la realidad.

«En el curso de mi vida dedicada a las ciencias», escribe en su Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours, en 1794, «la óptica llamó necesariamente mi atención, y me documenté ampliamente sobre la teoría de la luz y el color antes de apreciar ninguna peculiaridad en mi visión». Durante años, Dalton se afanó en estudiar los mecanismos de refracción de la luz, la naturaleza de las lentes y la forma en que funcionan los espejos. Pero sería estudiando las plantas, y no la luz, como se daría cuenta de su particular forma de percibir los colores. En 1790, cuando estudiaba las diferentes especies, algunas de las flores le parecían totalmente distintas de lo que rezaban las descripciones. Cuando el texto hablaba de plantas blancas, verdes o amarillas, no tenía ningún problema al identificarlas, pero si la planta contenía tonos azules, púrpuras o rojos, Dalton se encontraba con un serio contratiempo: a él le parecían todas de un azul apagado. Hasta el punto, relata, de que cuando algún colega le preguntaba si la flor que tenía delante era rosa o azul, se creían que estaba de broma.

A pesar de todo, describe, nunca estuvo seguro de que su visión tuviera algo de especial hasta que accidentalmente observó el color de un geranio a la luz de una vela en el otoño de 1792.

La flor era rosa, pero a mí me parecía del color azul del cielo por el día; a la luz de la vela, sin embargo, la flor había cambiado de forma asombrosa, sin presentar ni rastro de azul y presentándose en lo que yo llamaba rojo, un color que genera un llamativo contraste con el azul.

Asombrado por su descubrimiento, Dalton decidió consultar a otros colegas y conocer si ellos detectaban el mismo fenómeno. Para su sorpresa, el resto de la gente no veía un cambio de color de la flor en función de si estaba a la luz del sol o a la luz de una vela. A ellos la flor les parecía siempre igual de rosa. «Esta observación probaba claramente que mi visión no era igual que la de las demás personas», confiesa en sus apuntes, donde también revela otros detalles interesantes, como que siempre había percibido la realidad del mismo modo y que los frascos con los diferentes compuestos que usaba para sus experimentos, y que a otros les parecían marrones, él los veía diferentes. Como había hecho antes con su investigación sobre sustancias y elementos, su meticulosidad le llevó a realizar distintas pruebas en varios escenarios y observar, por ejemplo, que los colores tenían para él el mismo aspecto a la luz de una vela que a la luz de la luna. Y cuando trataba de observar el espectro en el que los demás ven las luces del arcoíris, sus impresiones eran muy particulares:

Descubrí que las personas en general distinguen seis tipos de colores en el espectro solar, conocidos como rojo, naranja, amarillo, verde, azul y púrpura […] Para mí es todo de una forma bastante distinta: veo solo dos o como mucho tres de esas distinciones. A estas las llamo amarillo y azul; o amarillo, azul y púrpura. Mi amarillo comprende el rojo, naranja, amarillo y verde de los demás; y mi azul y púrpura coinciden con los de ellos. Esa parte de la imagen que otros llaman rojo parece para mí poco más que una sombra, o falta de luz; después de eso, el naranja, amarillo y verde parecen un solo color.

Las revelaciones de Dalton ayudaron a identificar por primera vez la «ceguera al color», que en algunos países como España se conoce todavía como «daltonismo». Curiosamente, la explicación que el científico dio de su propio trastorno no era correcta, pues supuso que la causa estaría en que el humor vítreo de sus ojos tendría un tono más azulado que el del resto y absorbería selectivamente más luz con mayores longitudes de onda. Para comprobarlo dejó instrucciones a su médico, Joseph Ransome, para que a su muerte extrajera los globos oculares y examinara con detenimiento cuál era la causa de aquella extraña percepción del color que le hacía ver las flores azules o rojas en función de la fuente de luz que las iluminaba.

El 28 de julio de 1844, un día después de la muerte de Dalton a los 78 años, el doctor Ransome realizó la autopsia del cadáver y cumplió con el encargo. Extrajo los ojos del científico, los diseccionó y exprimió el humor vítreo sobre un recipiente de cristal para comprobar su color. Aquella sustancia gelatinosa era perfectamente transparente y no había ni rastro de los tonos azules que Dalton había pronosticado. El médico llegó a diseccionar la parte posterior del ojo y a mirar a través del cristalino para ver si los objetos verdes o rojos cambiaban de color al pasar por el filtro. Pero no cambiaban. ¿Qué estaba pasando allí? La explicación de aquel fenómeno iba más allá del caso particular de Dalton. En el fondo estaban algunas de las grandes cuestiones que durante años han ocupado a la humanidad, como qué es un color, qué ve cada uno de nosotros y cómo se transforma un estímulo sensorial en algo tan abstracto como una percepción. El camino para responder a estas preguntas es uno de los viajes más alucinantes del conocimiento humano.

Pero empecemos por el principio.

MONOS VISUALES

Buena parte de nuestro conocimiento de la realidad empieza por los ojos. Lo primero que se pregunta cualquier ser humano consciente, antes incluso de plantearse aquello de «quiénes somos y de dónde venimos», es si lo que tiene delante es fiable y qué es exactamente eso que llamamos realidad. Los ojos son nuestra principal fuente de información, hasta el punto de que una proporción altísima de las neuronas de nuestra corteza cerebral están ocupadas procesando la información visual. Los neurocientíficos aún no tienen una cifra exacta, pero calculan que al menos un tercio de nuestro cerebro está ocupado procesando los datos que nos llegan del mundo exterior mientras paseamos por ahí con los ojos abiertos. Esto significa que varios miles de millones de neuronas se dedican a trabajar para ver nuestro entorno o incluso para evocar una imagen en nuestra mente. La actividad visual es tan absorbente que cuando cerramos los ojos somos capaces de pensar o recordar mejor, porque buena parte de las neuronas que estaban ocupadas quedan libres para otras tareas.

La cantidad de información que recogen nuestros ojos es también impresionante. Cada uno de ellos tiene unos 105 millones de fotorreceptores, lo que en una cámara digital equivaldría a una resolución de 105 megapíxeles. El ejemplo se entiende mejor si pensamos que cada ojo puede enviar datos desde más de cien millones de puntos en cada instante, con información cambiante cada pocos milisegundos sobre el contorno, la luminosidad o el movimiento de una imagen. Y sobre el color. Por fortuna, toda esa información no se puede enviar al cerebro de golpe, pues tendríamos unos nervios ópticos tan gruesos como el tronco de un alcornoque, sino que el sistema nervioso economiza y solo manda un megapíxel de información que después extrapola para componer la imagen completa. Algo parecido a lo que hace tu ordenador cuando comprime y descomprime archivos.

El sistema es, además, extremadamente sensible. Nuestros receptores son capaces de captar una docena de fotones procedentes de una estrella a centenares de años luz. Algunos libros dicen que podríamos detectar la luz de una vela en una noche despejada a 48 kilómetros de distancia, pero esta afirmación tiene truco. En términos reales sería difícil distinguir la luz de la vela del resto de fotones residuales que alcanzarían el ojo, por muy oscura que fuera la noche. Sin embargo, mirando al cielo somos capaces de divisar objetos tan lejanos como la galaxia Andrómeda, que está a 2,6 millones de años luz de distancia. La explicación es que la galaxia contiene millones de estrellas que envían millones de fotones en todas direcciones y unos miles llegan a la Tierra cada segundo. Una estrella de las menos visibles del cielo hace llegar muchos menos fotones y, sin embargo, la vemos. De hecho, somos capaces de reaccionar ante estímulos muchísimo más pequeños. En 1941 un equipo de la Universidad de Columbia (Estados Unidos) realizó el primer experimento para medir la sensibilidad a la luz de nuestros receptores. Reclutaron a un grupo de voluntarios, les dieron tiempo para aclimatarse a la oscuridad y activaron delante de ellos un flash con luces verdes y azules extremadamente débil que podían ir regulando. El resultado fue que los sujetos eran capaces de detectar un impulso de luz con el estímulo de entre 5 y 14 fotones. Experimentos más recientes han demostrado que a los bastones (las células más sensibles a la luz de la retina) les basta un solo fotón para activar la señal químico-eléctrica que viaja hasta el cerebro y produce una imagen. Y estos receptores son más abundantes fuera de la fóvea, el área de mayor resolución de nuestro campo visual, lo que explica por qué a veces es más fácil ver una estrella fugaz por el rabillo del ojo que si la miramos de frente.

Nuestros ojos son también mucho más versátiles que cualquier cámara fotográfica. Sus lentes se acomodan cambiando de forma y no necesitan desplazarse de un lado a otro para enfocar una imagen. Ante un cambio extremo de las condiciones de luz los aparatos necesitan reajustarse, mientras que nuestra pupila se abre y se cierra en cuestión de milisegundos para adaptarnos a las condiciones de luminosidad. La Luna es unas 400.000 veces menos luminosa que el Sol y, sin embargo, en cualquier noche de luna llena podemos llegar a ver bastante bien si adaptamos la vista a la oscuridad. En comparación con los centenares de fotones que podemos detectar procedentes de una estrella lejana y titilante, nuestro satélite nos hace llegar una cantidad considerable de luz: unos 8.000 billones de fotones por metro cuadrado y segundo, según los cálculos de mi amigo el físico Joaquín Sevilla. Suficiente como para que generaciones de humanos la hayan utilizado para cazar o moverse casi como si estuvieran en pleno día.

Con todo esto, afirmar que nuestro sistema visual es muy especial a lo mejor es un poco presuntuoso. Si se lo preguntaran a una langosta mantis o a un águila, por ejemplo, igual tendrían algo que decir. La primera tiene doce tipos de fotorreceptores que le permiten ver en infrarrojo y ultravioleta y una variedad de tonos que ni siquiera imaginamos. La segunda tiene un ángulo de visión de 340 grados y es capaz de detectar un conejo a una distancia de más de tres kilómetros. Algunos estudios estiman que las cucarachas son capaces de navegar espacialmente con la información que les proporciona un fotón por segundo y existen unas abejas capaces de distinguir las flores y navegar entre los árboles de un bosque en una noche sin luna. Al lado de estas criaturas, como mucho podemos decir que los seres humanos somos buenos reconocedores de caras y tenemos una visión tricromática bastante decente.

Los biólogos llevan años investigando cómo fue la evolución de nuestro sistema visual y cuáles fueron las adaptaciones que nos ayudaron a sobrevivir en nuestro entorno. Una de las características que nos distingue a nosotros y a otros primates de los demás animales es que vemos por el día mediante tres tipos de fotorreceptores y captamos bien la profundidad espacial. Entre otras hipótesis, se ha especulado con que la clave para desarrollar esta visión fue la necesidad de distinguir los colores de los frutos de los árboles y de atrapar insectos. Algunos científicos pensaron que nuestra agudeza visual evolucionó a partir de la necesidad de avanzar de rama en rama sin chocar o caer al vacío, pero resulta que en otros mamíferos que trepan, como las ardillas, este principio no se cumple. La antropóloga de la Universidad de California Davis Lynne Isbell defiende desde hace años la conocida como «hipótesis de la detección de serpientes», según la cual la capacidad para detectar formas serpenteantes entre la vegetación podría explicar por qué los primates hemos desarrollado una vista en tres dimensiones más aguda que otras especies. Pero esta y otras hipótesis están más que discutidas y tienen mucho más de especulación que de realidad.

Otros investigadores han medido el tamaño de las órbitas de los ojos en el cráneo humano y lo han comparado con las órbitas del resto de primates. Nuestras cavidades orbitarias son más anchas que altas, lo que nos proporcionaría, según estos autores, una mayor visión lateral. Al mismo tiempo, una posición más adelantada de nuestros globos oculares mejoró nuestra capacidad para observar el ambiente en espacios abiertos y esto se unió a otros cambios en el tránsito de los bosques a las anchas estepas. Pero hay muchas pruebas que demuestran la ausencia de correlación entre tamaño de las órbitas y el tamaño del ojo y su capacidad de movimiento. Un estudio que hizo mucho ruido hace unos años analizaba el tamaño de las órbitas oculares de los neandertales como indicador de sus proporciones cerebrales. El trabajo apuntaba a que los neandertales tenían más grandes los lóbulos occipitales (encargados de integrar visión) que los humanos actuales, y eso dio lugar a titulares que apuntaban a que veían mejor que nosotros. La hipótesis es que «ver mejor» les pudo salir caro, ya que al sacrificar capacidades como las de nuestro lóbulo parietal vivían en grupos más pequeños, peores para la supervivencia en condiciones extremas como una glaciación. Pero faltan pruebas para ir tan lejos con las especulaciones.

Emiliano Bruner es especialista en paleoneurobiología del Centro Nacional de Investigación sobre Evolución Humana (CENIEH), y su trabajo consiste en analizar la forma de los cráneos de nuestros ancestros para obtener información sobre cómo evolucionó su cerebro. Los primates somos seres «visuales», apunta, y hemos abandonado un mundo de sonidos y olores por un mundo de formas y colores. Es verdad que «nuestro cerebro “piensa” con los ojos», admite. Ahora bien, muchas de las interpretaciones sobre nuestras adaptaciones y cambios evolutivos se cuentan como «una novela especulativa y romántica», frente a la paleontología cuantitativa y experimental. Su trabajo se ha centrado en el análisis de otra zona cerebral implicada en la combinación de la vista y nuestros movimientos, el lóbulo parietal, donde se produce algo llamado «integración visuoespacial». En este sentido, lo que nos distingue más claramente de otras especies, incluidos los neandertales, es que pensamos más con el cuerpo y al manipular objetos. El sistema mano-ojo es nuestro interfaz principal y eso sí puede marcar la diferencia, según Bruner. En el transcurso de sus investigaciones, además, él y otros científicos también han observado algo que contradice nuestro punto de partida de que somos una especie con una visión «superior». En la evolución de nuestros rasgos morfológicos (cara y cráneo) se ha producido una paulatina deformación del globo ocular, «lo justo para seguir con buena vista pero un poco defectuosa». En otras palabras, es posible que nuestra especie haya mejorado algunas capacidades y que sus lóbulos frontal y temporal se hayan extendido, a costa de que el ojo quede un poco aplastado y de hacernos un poco miopes.

Sea como sea nuestra capacidad visual, de lo que no hay duda es de que ha monopolizado buena parte de nuestro desarrollo cognitivo y por eso algunos teóricos han acuñado un término que nos define bien como especie: oculocentrismo. La idea es que nuestros ojos no solo han marcado la forma que tenemos de pensar y de comprender el universo, sino las formas de manifestarnos cultural y artísticamente. Un equipo de lingüistas y antropólogos del Instituto Max Planck estudió a principios de 2015 las expresiones de trece lenguas y culturas diferentes y el número de palabras dedicadas a los sentidos. Entre los lenguajes estudiados estaban el español, el chino mandarín y el inglés, pero también otras lenguas minoritarias, como el cha’palaachi, hablado por unos cuatro mil cayapas del noroeste de Ecuador. En todas estas culturas las palabras y verbos relacionados con la vista (como observar, contemplar, mirar, ver) representaban una media del 60 % del vocabulario referido a los sentidos. En los lenguajes mayoritarios, como el castellano, la cifra llegaba hasta un 80 %. Nuestra fijación con la vista llega hasta el punto de que ver se ha convertido en sinónimo de entender o comprender y decimos «mira» o «fíjate» para explicarle una historia a alguien, incluso cuando esta persona es invidente.

FUEGO EN EL OJO

La obsesión de los humanos por el ojo está presente desde el inicio de la filosofía y a poco que rebusque uno se la encuentra en cualquier texto clásico. En el arranque de su Metafísica, Aristóteles ya hablaba de la superioridad de la vista sobre el resto de sentidos a la hora de relacionarlos con el mundo. «Preferimos el conocimiento visible a todos los demás conocimientos que nos dan los demás sentidos», escribía. «Igual que el Sol está en el mundo, los ojos están en el cuerpo» y son «sus componentes divinos», sostenía el médico Galeno quinientos años después. Para el médico inglés Helkiah Crooke, ya en el siglo XVII, los ojos también eran los «centinelas en lo alto de la torre, desde donde pueden ver más lejos», y René Descartes definía la vista como «el más noble y universal» de los sentidos.

A pesar de esta marcada preferencia visual, una de las conclusiones a las que llegaron enseguida los primeros pensadores fue que la vista no era fiable. Los griegos, por ejemplo, se dieron cuenta de que los ojos les podían jugar alguna mala pasada y conocían algunas ilusiones visuales. Incluso creaban pequeños juguetes con los que engañar a los sentidos por puro divertimento. Cleómedes describió en el siglo I con bastante exactitud una de las ilusiones más llamativas que se producían en los cielos, la que hace parecer especialmente grandes a la Luna y el Sol cuando se encuentran cerca del horizonte. Claudio Tolomeo, el mismo que definió durante siglos el sistema de movimiento de las esferas, se dio cuenta de que si caminaba por la calle las casas parecían moverse hacia atrás pero la Luna se quedaba inmóvil. Y notó que los colores aparentes de las cosas cambian con la distancia. Otros filósofos dejaron testimonio sobre las diferentes apariencias que podía tener un objeto en función de la distancia, el ángulo de la luz, el aire de la atmósfera o su forma cóncava o convexa. Este recelo frente a las apariencias llevó a algunos pensadores a fiarse menos de los sentidos y confiar en el razonamiento más abstracto, hasta el punto de elaborar teorías que a veces no tenían mucho que ver con la realidad palpable y que consistían en poner nombres a las cosas más que en conocer su verdadero significado. En esta búsqueda a tientas de una respuesta a qué consistía el acto de ver y cuál era la naturaleza de la luz, los griegos elaboraron teorías que hoy nos parecen absurdas o humorísticas, pero que para el conocimiento de su tiempo suponía una aproximación muy valiosa.

Una de las propuestas más antiguas, y que coleó hasta bien entrada la Edad Media, se atribuye al filósofo Empédocles, quien expuso hacia el 450 a. C. que nuestros ojos emitían una especie de rayos invisibles que tocaban las cosas y regresaban con información de vuelta. Quizá porque el tacto les parecía un sentido bastante fiable, sus seguidores pensaban que el ojo enviaba unos dedos invisibles que palpaban el mundo exterior para saber cómo era. Siguiendo con esta línea de pensamiento, Platón llegó a considerar que el interior del ojo albergaba un fuego muy débil que impregnaba las cosas visibles para traerlas a nuestra mente. La luz se asociaba al fuego, uno de los cuatro elementos de la naturaleza, y por tanto, parecía lógico que tuviéramos una diminuta llama dentro del ojo para acceder a la realidad.

Estas ideas fueron discutidas por sus contemporáneos, como el propio Aristóteles, para quien la existencia de rayos oculares no tenía ningún sentido. «Es en absoluto absurdo sostener que se ve por alguna cosa que sale del ojo y que esta cosa se extienda hasta los astros o hasta que encuentra alguna otra cosa que le viene en contra», escribió en referencia a Empédocles. Si la visión solo era posible mediante rayos oculares, se preguntaba, ¿cómo era posible ver por la noche? Una posible fuente de confusión era el hecho de que algunos animales parecían ver perfectamente en la oscuridad, y sus ojos brillaban con una especie de fuego interno. Los primeros atomistas, Leucipo y Demócrito, hicieron su aportación a la teoría de la visión introduciendo un nuevo elemento: los fantasmas visuales o eidola. Su idea, que iba un poco más encaminada, era que bajo la influencia de la luz los objetos que vemos a nuestro alrededor están emitiendo constantemente una especie de velo de partículas, una vaporosa réplica de sí mismos que cuando alcanza nuestro ojo produce la imagen. Cuando soñamos, explicaban los defensores de esta teoría, estos eidola que se han quedado por ahí flotando durante el día llegan a nosotros en forma de sueños. Pero con poco que uno le diera vueltas a la idea aparecían algunos pequeños problemas para la solidez de la hipótesis. Si vemos una montaña, por ejemplo, ¿cómo es que el fantasma de algo tan grande cabe en nuestros ojos tan pequeños? ¿Acaso los fantasmas visuales disminuían de tamaño al viajar por el aire? ¿Cómo se mantenían unidos los átomos de estas imágenes flotantes en una distancia tan larga? Si estábamos rodeados por millones de imágenes flotantes, ¿cuándo caducaban? ¿Acaso permanecían entre nosotros para siempre?

Para empezar a obtener respuestas tuvieron que entrar en escena otros personajes con herramientas diferentes para analizar la realidad: matemáticos, ingenieros y médicos. Al primer colectivo, y en letras de oro en la historia, pertenece Euclides, quien se interesó por el asunto de la visión pero al que le daba bastante igual cómo funcionaba el ojo. Básicamente se puso a trabajar con la geometría de los rayos de luz y el recorrido que pueden hacer desde el objeto hasta nosotros. Las cosas que se ven con un ángulo más grande parecen más grandes, afirmaba, y las que se ven con un ángulo más pequeño se ven más pequeñas. Este juego de líneas puede parecer una aproximación demasiado simple, pero lo cierto es que está en la base de todo lo que sabemos hoy de óptica, de cómo vemos a través del ojo, de las lentes, o reflejado en una superficie. A pesar de todo, Euclides también era partidario de la teoría de los rayos en los ojos y ni se le pasaba por la cabeza que la imagen se formara en el interior. Su influencia ayudó a propagar el error durante siglos.

Desde la ingeniería, la principal aportación la hizo Herón de Alejandría, un auténtico genio inventor capaz de diseñar el primer sistema de puertas automáticas de la historia, entre otros artilugios neumáticos. Herón concluyó que la luz viajaba a una velocidad infinita y que los rayos siempre recorrían el espacio más corto entre dos puntos, además de esbozar los primeros esquemas sobre la forma de reflejarse en los espejos.

Y en la parte médica, Galeno contó con la ventaja de tener la oportunidad de desmontar un ojo por piezas y analizar sus componentes. Una de las afecciones de ojos más frecuentes y conocidas desde la Antigüedad eran las cataratas. El problema es básicamente que la lente del cristalino se vuelve opaca y los médicos se dieron cuenta de que extrayendo la lente el ojo recuperaba la visión como quien retira una cortina, aunque le faltara capacidad de enfoque. Cuando analizó la estructura del ojo, Galeno situó erróneamente el cristalino en el centro del globo ocular y eso, junto con su experiencia con los pacientes, le llevó a concluir que la lente era el órgano de la visión humana. «El cristalino es el principal instrumento de visión», describió, «un hecho claramente probado por lo que los médicos llaman cataratas, que se producen entre el cristalino y la córnea e interfieren con la visión hasta que son acomodadas». Aunque ignoró la importancia de la retina, sí que fue capaz de identificar por primera vez el nervio óptico y su posible función de conexión con el cerebro. Pero como había asimilado la idea de la emisión de rayos de Platón, se equivocó otra vez en la interpretación. Aseguró que el nervio óptico estaba hueco (falso) para que encajara con su rocambolesca teoría de un ánima que sale por él cada vez que vemos. Cuando observamos un objeto, afirmaba Galeno, el «espíritu animal» que hay en los ventrículos de nuestro cerebro sale del ojo a través del nervio óptico y se convierte en una extensión de los nervios y del cerebro que regresa con información de lo que se ha encontrado en el camino. Un viaje interesante, pero un poco enrevesado para algo tan aparentemente inmediato como la visión.

CAMINAR SOBRE UN ECLIPSE

La historia del conocimiento del ojo corre en paralelo con la del estudio de la luz. Saber qué es la luz y cuáles son sus propiedades no es algo tan intuitivo como parece. La primera idea podemos intuirla cualquier día soleado al ver que la luz pasa a través de una ventana y el polvo en suspensión nos deja apreciar la naturaleza de sus rayos rectilíneos. Quizá nos recuerda a una especie de fluido que procede de cuerpos como el Sol o las estrellas, pero también sale del fuego. Una característica llamativa es que viaja a una velocidad vertiginosa, tanto que nos parece inmediata. Si las estrellas están tan lejos como creemos, la luz parece llegar sin interrupción hasta nuestros ojos a una velocidad infinita. Otra primera toma de contacto casi universal sobre la naturaleza de la luz es la que muchos tuvimos la primera vez que jugamos con una lupa al aire libre. Aún recuerdo el impacto que me causaba ver los rayos de sol pasando a través de una lupa hasta convertirse en un poderoso punto capaz de quemar la madera de un banco o achicharrar a una pobre hormiga. La luz del sol se antojaba como algo que uno podía introducir en un «embudo» y convertirlo en un arma poderosa. Otro de mis recuerdos sobre la luz tiene que ver con los espejos. Como otros niños, yo me pasaba el día jugando en la calle y a veces tenía la suerte de encontrarme los restos de un espejo roto. Mis amigos y yo tomábamos nuestro pequeño tesoro y nos dedicábamos a reflejar la luz del sol sobre los edificios. Era lo más parecido a manejar un enorme foco de iluminación como los de Hollywood. La sensación de dirigir un chorro de luz a tu antojo (entonces no teníamos punteros láser) te hacía sentir poderoso. Uno de los hechos que más llamaban mi atención era que el reflejo de la luz sobre los edificios de enfrente (pobres vecinos deslumbrados con nuestros destellos) tenía una forma perfectamente redonda. Y todo a pesar de que mi espejo era rectangular, cuando no totalmente irregular y con aristas, por más que me esforzase en buscar el fragmento menos anguloso. ¿Qué extraña magia era aquella que convertía la luz en un círculo perfecto y enorme a decenas de metros de distancia?

En el transcurso de los siglos muchos otros niños y hombres se vieron sorprendidos por los fenómenos de la luz más evidentes, como el arcoíris, los colores del cielo o la forma en que la luz cambia de dirección al entrar en un líquido. Este último fenómeno, llamado «refracción», desató durante siglos encendidas discusiones y llegó a despistar al mismísimo Newton. Al ver pasar la luz por el agua, parecía claro que las imágenes hacían algo raro. Séneca, en el siglo I, se preguntaba por qué un remo dentro del agua daba la impresión de estar roto. Para comprender el fenómeno, Tolomeo hacía un experimento que es hoy un clásico y muy sencillo de reproducir con pocos medios. Tomamos un recipiente, preferentemente opaco, y con forma de ensaladera, y colocamos en su interior una moneda. La moneda debe estar en la base y en la parte más alejada si ponemos el recipiente delante de nosotros. A continuación movemos el bol hasta que la moneda desaparezca de nuestra vista y, una vez hecho esto, vertemos agua en su interior muy despacito con una jarra. Para nuestra sorpresa, la moneda que hace un momento permanecía oculta tras la pared delantera del recipiente reaparece ante nuestros ojos. ¿Qué ha pasado aquí? Básicamente el cambio de dirección la luz ha hecho que la imagen de la moneda sortee la pared del bol hasta nosotros.

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Aparte de cómo cambiaba la luz de trayectoria, otros filósofos se fijaron en cómo se reflejaba en los espejos y en qué ángulos se producía la reflexión. En algunos textos se contaba que Arquímedes había intentado hundir los barcos romanos que acosaban Siracusa con un enorme espejo reflector que concentraba los rayos de luz en un solo punto, aunque hoy parece que se trata más bien de una idea que se convirtió en leyenda. Mientras Arquímedes jugaba con sus espejos y sus círculos, otros fenómenos naturales generaban nuevas incógnitas para sus observadores. Ya en el siglo IV a. C. Aristóteles se había fijado en un curioso efecto de la luz al atravesar agujeros o aperturas irregulares. «¿Por qué cuando el sol pasa a través de formas rectangulares, como por ejemplo los mimbres de una cesta, no produce una figura con forma rectangular sino circular?», escribió. «¿Por qué durante un eclipse de Sol, si uno mira a través de un tamiz o las hojas de un árbol, o si pones los dedos de una mano sobre los de la otra, los rayos se convierten en lunas crecientes cuando alcanzan la Tierra?» Efectivamente, si uno tiene un poco de suerte y sabe dónde mirar, hay pocas experiencias tan emocionantes como caminar sobre un suelo de medias lunas bajo los árboles de un parque en un eclipse parcial de sol. Mientras la gente mira al cielo con filtros especiales, tú estás viendo el eclipse reproducido centenares de veces en el suelo. Lo que ocurre es que los huecos entre las hojas actúan como diminutos agujeros que dejan pasar la luz de tal manera que en el suelo se reproduce el patrón de luz de la fuente emisora, en este caso el sol. El mismo efecto se puede conseguir haciendo un agujero diminuto, de apenas 5 mm, en un trozo de cartón y dejando pasar el sol para que se refleje en una hoja en blanco, donde veremos la forma del sol con la sombra de la luna en su interior. Otra versión aún más espectacular del efecto circula por internet en un popular vídeo en el que un tipo entra en su casa durante un eclipse parcial y los espejos de la bola de discoteca que tiene colgada del techo proyectan decenas de medias lunas por toda su habitación.

Pero para comprobar todos estos extraños efectos de la luz no hace falta esperar al siguiente eclipse ni montar una fiesta en casa. Basta salir a la calle cualquier día soleado, hacer un agujero en un folio y dejar pasar la luz para que se proyecte sobre una pared. El resultado será un círculo de luz, lógicamente. Pero, ¿y si haces el agujero en forma de triángulo? ¿Qué forma esperaría uno que tenga la luz? Cuando se hace esta demostración a la gente, se queda bastante sorprendida y tarda en entender que lo que está viendo en la pared, ese círculo que ve al pasar la luz por el triángulo, es en realidad la forma del sol, proyectado como con una cámara de cine. Todo depende del tamaño del agujero y de la distancia a la pantalla de proyección. Cuando el agujero es estrecho, proyecta una imagen real de la escena que hay en la fuente hasta el punto de que se puede contemplar una especie de proyección invertida de la realidad. Un efecto que se conoce desde la Antigüedad como cámara oscura y que es el mismo que funciona en las hojas del árbol durante el eclipse. Si el agujero es más grande, cuando la pantalla está cerca vemos la forma original del agujero (triangular), pero a medida que lo alejamos los millones de triangulitos que proyecta el sol se reúnen en forma de círculo. Es como si dejamos pasar la luz por una ventana rectangular. Si la pared sobre la que se refleja está cerca veremos un rectángulo perfecto, pero a medida que alejamos la pared la luz se difumina y terminará perdiendo su forma original y definida.

El patrón proyectado depende del tamaño de la abertura y la distancia a la pared donde se proyecta. © IDEE.

Este problema aparentemente nimio fue discutido durante siglos y se convirtió en uno de los motores que ayudó a comprender qué era la luz. Sin entender la manera en que se desplazan los rayos es imposible comprender por qué unas veces aparece el sol proyectado y otras lo que vemos es la forma del agujero. De vez en cuando, la naturaleza ofrecía alguna pista, y si el observador casual era lo suficientemente agudo, podía tratar de descifrar qué estaba pasando. En sus memorias, por ejemplo, Santiago Ramón y Cajal cuenta un descubrimiento que hizo de niño y que creyó ser el primero en advertir. En una de las ocasiones en que el maestro le había castigado en el «cuarto de los ratones» de la escuela, Cajal se había dado cuenta de que la luz entraba por un pequeño orificio y proyectaba una imagen en el techo. «Advertí con sorpresa que un tenue filete de luz proyectaba, cabeza abajo y con sus naturales colores, las personas y caballerías que discurrían por el exterior», escribió. Lo que estaba viendo era la imagen de la plaza en vivo y en directo y en su ingenuidad infantil creyó haber descubierto un fenómeno desconocido para la física. Desconocía entonces que generaciones y generaciones de filósofos y científicos habían hecho sus principales descubrimientos en una habitación oscura por la que pasaba un finísimo haz de luz. De la misma manera, y aunque no había oído hablar jamás sobre óptica geométrica, jugaba yo con mi espejo y los haces de luz en la pared. Estaba viendo la forma del sol reflejada en las casas de mis martirizados vecinos y me sentía como un mago de la luz. Pero no tenía ni idea de por qué estaba pasando aquello.

UN GENIO A OSCURAS

Si uno ha leído Las mil y una noches es probable que se imagine el Bagdad del siglo XI como una ciudad plagada de magos, ladrones y vendedores de alfombras voladoras. La realidad fue seguramente más aburrida, pero en aquella época uno podía encontrarse en sus calles con la criatura más parecida al genio de la lámpara que ha dado la historia. El matemático y astrónomo Ibn al-Haytham, más conocido como Alhacén, era tan genial que había entendido lo que sucedía con las hojas de los árboles y el eclipse y había hecho su propia versión del experimento. Pero antes de eso había desmontado la teoría de los rayos oculares con sus observaciones y razonamientos.

Aparte de las dudas de siglos anteriores, como el hecho de que nuestros rayos visuales no funcionen demasiado bien por la noche, Alhacén argumentaba que dado que mirar al sol era casi imposible y producía un gran dolor, era evidente que algo estaba entrando en el ojo en lugar de salir. Y si quedaba deslumbrado se producía un curioso efecto: el ojo seguía viendo la imagen del objeto durante largo rato en la oscuridad e incluso al cerrar los párpados, como si algo hubiera quedado impregnado en su interior. Además, razonaba, cada objeto se veía de un color en función de la luz que los iluminaba, otra prueba de que la visión dependía de una fuente externa y no de los rayos oculares. «No hay visión a menos que algo venga desde el objeto visible hasta el ojo, salga o no cualquier cosa de este», concluyó. Por primera vez se separaban el ojo, el objeto y la luz como elementos independientes y se hacía a partir de observaciones y experimentos, y no de la mera especulación.

La vida de Alhacén se parece un poco a una de esas leyendas orientales. Nacido en Basora en el año 965, a la edad de 31 años ya era un destacado matemático y astrónomo, y el califa Al-Hakim le encargó un plan para regular el caudal de agua del Nilo. Cuando se dio cuenta de que era una tarea inasumible, Alhacén renunció y Al-Hakim le relegó a un puesto administrativo. Según varias fuentes, temeroso de la conocida crueldad del califa, Alhacén se hizo pasar por loco durante varias décadas hasta que el califa murió en 1021 y pudo dejar de fingir. Ese mismo año publicó su Libro de óptica, en el que resumía sus años de investigaciones sobre la luz y fenómenos como la refracción y la reflexión, y que se convirtió en el libro de física más influyente hasta el Renacimiento.

Para conocer mejor la naturaleza de la luz, Alhacén continuó con los experimentos de espejos de Herón y los de la refracción de la luz de Tolomeo y tuvo la genial intuición de que la causa estaba en que la luz se retrasaba al pasar del aire a un medio más denso como era el líquido. Al observar las puestas de sol en Bagdad se dio cuenta de que después de ponerse el sol su luz se seguía propagando por la atmósfera y asoció este fenómeno con la refracción de la luz. Utilizando la geometría, calculó la distancia que habría recorrido el sol al desaparecer bajo el horizonte, a razón de 15 grados por hora, midió el tiempo que pasaba hasta que dejaba de verse el atardecer y con eso calculó el ángulo en que el aire desplazaba la luz de la estrella durante el ocaso. Todo esto le sirvió para estimar que la atmósfera tiene un grosor de entre 15 y 40 kilómetros, una aproximación sorprendentemente buena para la época.

Pero si hay algo por lo que Alhacén es recordado es por su descripción del fenómeno de la luz al pasar por un diminuto agujero, la conocida cámara oscura. Imaginemos al sabio en la oscuridad de una tienda de campaña, en mitad de una soleada mañana en Bagdad. Por una diminuta incisión de la tienda entra un rayo de luz que proyecta la escena sobre la pared más próxima. El mundo se está reproduciendo frente a él, pero dado la vuelta. Curiosamente, Alhacén no recalca el hecho de que la imagen esté invertida, sino que fija su atención en el recorrido que hacen los rayos de luz. Para comprenderlo mejor repite el experimento en la oscuridad, pero prescinde de la luz del sol. En su lugar coloca tres velas a diferente altura y deja pasar su luz por un pequeño agujero. Cada vela aparece reflejada en el otro lado de forma independiente, y si apaga una, el punto de luz correspondiente a esa vela desaparece. Los rayos de luz no se molestan entre sí al pasar por el agujero y viajan de forma independiente. «Si las luces estuvieran mezcladas con el aire», escribe en alusión a las anteriores teorías, «estarían juntas en el agujero y deberían cruzarlo entremezcladas; no se separarían después». Ahí tiene la respuesta que estaba buscando: lo mismo que está sucediendo en la cámara oscura, deduce, ocurre en el interior del ojo. Multitud de rayos de una escena pasan a través de nuestra pupila y componen una imagen de la realidad. Esta conclusión es toda una revolución en la concepción de nuestra vista, ya que implica por primera vez que la imagen se forma por la suma de un montón de rayos de luz que viajan e inciden en diferentes puntos del ojo y no solo por los que inciden perpendicularmente o de imágenes fantasmales que van por el aire de un sitio a otro.

El esquema del ojo de Alhacén. Cortesía de Qatar Foundation.

En los años siguientes la cámara oscura sería uno de los instrumentos fundamentales de la revolución óptica. Observar la realidad proyectada sería utilísimo para pintores y topógrafos, que solo tenían que seguir una plantilla para copiar lo que veían sus ojos. La estrafalaria idea del inglés Robert Hooke de fabricar una especie de caja en la que un observador podría introducirse y dibujar lo que viera no se puso en práctica tal cual, pero sí se diseñaron pequeñas tiendas portátiles para montar una cámara oscura en cualquier parte y observar fenómenos astronómicos con ellas. Algunos de los primeros eclipses o tránsitos planetarios se vieron proyectados en una pared con el viejo truco del agujero que dejaba pasar la luz. El primero del que se tiene constancia gráfica aparece en un libro del astrónomo holandés Regnier Gemma Frisius en 1545, en el que ilustra cómo había usado este sistema para observar un eclipse en 1544. Como curiosidad, el sistema de cámara oscura también aparece en los ojos más primitivos de la naturaleza, como los de la almeja gigante o el cangrejo herradura. El ejemplo más conocido es el del nautilo, un precioso cefalópodo que parece congelado en el tiempo. Sus ojos son tan sencillos que solo consisten en un diminuto orificio por el que penetra la luz hasta la retina a manera de cámara oscura. La imagen no es muy precisa ni el ojo muy versátil, pero para su vida en las profundidades al nautilo parece haberle bastado con conocer las gradaciones de luz en el ambiente.

Observación del eclipse por Frisius. Granger Collection-Album.

Sobre la inversión de la imagen, una forma de comprobarlo sin necesidad de encerrarse a oscuras requiere un simple vaso de cristal. Dibujamos en un papel un par de flechas que apuntan hacia la derecha y lo colocamos a unos cinco centímetros detrás del vaso vacío. Como pasó con el experimento de Tolomeo, llenaremos el recipiente de agua para comprobar el efecto de la refracción. Nos colocamos justo enfrente, en el punto en que nuestro ojo ve las dos flechas que apuntan hacia la derecha a través del cristal, y empezamos a verter agua en el vaso. Llegado un punto, cuando el vaso está hacia la mitad, la flecha inferior empieza a verse a través del agua y se ve al revés. Ahora vemos una flecha apuntando en cada dirección en función de si la luz ha pasado solo por el aire o por el aire más el agua. El rayo de luz que viajaba en línea recta en el aire se ha desviado al entrar en el líquido, de modo que todo el vaso actúa como una lente y los rayos se cruzan hasta invertir la imagen. Al entrar en una cámara oscura, o en el interior de nuestro ojo, sucede exactamente lo mismo, pero Alhacén quizá lo omitió para no confundir demasiado a sus lectores. Por eso y porque su explicación de la visión aún contenía un error heredado. Seguía creyendo que el humor vítreo era fundamental en la visión, puesto que si la imagen se hubiera formado más atrás (en la retina) estaría efectivamente del revés. Para deshacer este entuerto hubo que esperar aún unos siglos y a las tribulaciones de un astrónomo con problemas de vista.

© IDEE.

EL ASTRÓNOMO MIOPE

Entre las ideas de Alhacén y el siguiente gran avance en óptica hay un intervalo de cuatrocientos años, pero durante este periodo no reinó el vacío intelectual que algunas veces asociamos con la Edad Media. En la escuela franciscana de Oxford ya había pensadores como Jean Buridan o Nicolás Oresme que hablaban sobre la inercia, el heliocentrismo o la posibilidad de que existieran otros mundos habitados en el espacio. Las ideas de los clásicos, sobre todo Aristóteles, regresaban paulatinamente a Europa desde el mundo árabe, donde se produjeron grandes progresos en materias como medicina, astronomía o matemáticas. El libro de Alhacén sobre óptica se tradujo al latín en relativamente poco tiempo, y sus ideas se hicieron conocidas a través de un fraile polaco llamado Witelo y gracias al trabajo de otro franciscano, el inglés Roger Bacon. El «Doctor Mirabilis», como le conocieron en su época, retomó el estudio de la luz y el ojo, experimentó con lentes y espejos, reconstruyó geométricamente el recorrido de los rayos de luz como antes habían hecho otros y adelantó que el arcoíris era el resultado de la refracción y reflexión de la luz sobre gotas de lluvia individuales.

Debido a su comprensión del funcionamiento de las lentes, se le ha atribuido algunas veces la invención de las primeras gafas para poder leer, que aparecen retratadas en algunos manuscritos y frescos de los años posteriores. Según Brian Clegg, autor de una de sus biografías, Bacon no tuvo la intuición de utilizar las lentes para ver a través de ellas, aunque paradójicamente fue capaz de predecir su futuro uso. El conocimiento de los principios de refracción de la luz, escribió en su Opus Maius, permitiría…

… que objetos muy grandes puedan hacerse parecer muy pequeños, y al revés, que objetos muy distantes parezcan al alcance de la mano.

Algunos pensamientos de aquella época parecían adelantar ya la siguiente gran revolución que cambiaría radicalmente la manera de acercarnos al conocimiento de la naturaleza. «Los sentidos no son de fiar en cuanto a los objetos más grandes ni a los más pequeños», reflexionaba Adelardo de Bath en el siglo XII. «¿Quién ha comprendido jamás el espacio celeste mediante el sentido de la vista? ¿Quién ha distinguido jamás los minúsculos átomos a simple vista?» Su reflexión parecía estar pidiendo a gritos la fabricación de algún artilugio que permitiera ir más allá de lo que nuestros propios sentidos podían proporcionarnos, pero para eso —y a pesar de contar con la tecnología para desarrollarlo— hubo que esperar hasta el siglo XVII, cuando se fabricaron los primeros telescopios y microscopios, y se abrió por primera vez la posibilidad de contemplar un mundo invisible.

En la frontera de aquel cambio tecnológico vivió el astrónomo alemán Johannes Kepler, a quien se le recuerda con justicia por su descripción matemática del movimiento de los planetas alrededor del Sol y el descubrimiento de las órbitas elípticas que allanaría el camino a Isaac Newton. Rara vez, incluso entre personas bien formadas científicamente, se habla de su papel al describir las leyes de la óptica y descifrar el enigma del funcionamiento del ojo. En buena parte porque su aportación en este campo se ha olvidado y porque otras figuras y descubrimientos eclipsaron posteriormente su genio.

Hacia 1601 Kepler era uno de los astrónomos de más renombre en Europa y había relevado a Tycho Brahe como matemático imperial de Rodolfo II. Faltaba casi una década para que Galileo Galilei apuntara con su perspicillum hacia los cielos, y las observaciones estelares se basaban en el seguimiento a simple vista de los objetos (Tycho había usado un tubo sin lentes para centrar la vista, según algunas fuentes) o gracias al juego de agujeros y proyecciones de la cámara oscura que permitía vislumbrar sobre un papel la forma de los astros y sus evoluciones cuando pasaban por delante del Sol. En 1590 Kepler había contemplado su primer eclipse proyectado por un agujero en una de las cúpulas de la catedral de Tubinga y unos años después tuvo una experiencia con una cámara oscura como las que había diseñado Alhacén que le dejó marcado. En una visita al gabinete de curiosidades (Kunstkammer) de la ciudad de Dresde, el alemán había entrado en una habitación aislada en la que la luz penetraba únicamente por una diminuta abertura provista de una lente y formaba una imagen que se proyectaba sobre la pared o sobre su propio cuerpo si se interponía en su recorrido. ¿Qué estaba pasando en aquel cuarto oscuro y qué relación tenía con el ojo? La idea de que el ojo podía funcionar como una cámara oscura ya la habían esbozado otros autores, como Giovanni Battista della Porta en su conocida Magia naturalis (1558), pero Kepler la maduró hasta exponerla de forma brillante en 1604, en una obra titulada Ad Vitellionem paralipomena (lo que podríamos traducir en nuestros tiempos como Lo que Witelo no te contó). En este trabajo Kepler adelantaba ideas muy avanzadas sobre la luz, como que no tiene masa o es una forma de calor, y proponía una fórmula para explicar la refracción que estaba muy cerca de la solución real. Pero sobre todo, destacaba él mismo, la observación de los eclipses de Sol y Luna le habían hecho entender «la visión y la función de los humores oculares, contra los ópticos y los estudiosos de la anatomía». Sus cálculos geométricos y su dominio de las matemáticas le llevaban a concluir que, pese a lo que llevan afirmando los filósofos durante siglos, la imagen no se forma en el cristalino ni es este el lugar en el que se produce la visión, sino que esta se proyecta sobre la retina. Y las implicaciones que conllevaba tal afirmación eran desconcertantes, ya que la imagen llega a este lugar central de la visión invertida, ni más ni menos que como sucede en una cámara oscura. Es decir, lo que vemos está al revés. «¿Cómo conecta esta imagen con el espíritu visual que reside en la retina y el nervio óptico?», se preguntaba él mismo. Y a continuación se quitaba de en medio con maestría: «Sobre eso dejo que sean los médicos los que decidan».

Fueron precisamente las aportaciones de un médico y anatomista, el suizo Felix Platter, las que inspiraron las nuevas ideas de Kepler. Siguiendo la estela de Andrés Vesalio, autor del libro de anatomía más influyente de la época (De humani corporis fabrica), Platter dibujó las diferentes partes que componen el ojo de forma esquemática, como si fueran los componentes de una máquina. Pero esta vez corrigió algunos errores heredados de la vieja escuela de Galeno y situó el cristalino en su sitio, como una lente que dejaba pasar la luz hasta la retina. Ya no era el humor cristalino el que estaba conectado al nervio óptico, sino la parte trasera del ojo, donde debían incidir necesariamente los rayos de luz que componen la imagen y «la retina se pinta con los rayos coloreados de las cosas visibles», en palabras de Kepler.

Para demostrar que la imagen pasa efectivamente por la pupila y se invierte, Kepler realizó un experimento muy habitual en la época y que más adelante repetirían otros. Se fue a un matadero, consiguió un ojo de buey y limpió su parte trasera hasta dejar su delicada retina a la vista. Al hacer pasar la luz a través de la pupila, Kepler observó que en la telilla se formaba claramente una imagen invertida. El hallazgo era el primer paso en el camino para entender cómo procesa nuestra mente las imágenes y que todo no es más que un constructo mental, un interfaz más o menos útil para interaccionar con el mundo. Un camino que seguiría Descartes y, ya en el siglo XX, los científicos que aprendieron a mirar el mundo al revés.

Las aportaciones de Kepler no se quedarían en el descubrimiento de la imagen invertida en la retina. En los siguientes años aprendería más del ojo, esta vez estudiando el telescopio que había lanzado a la fama Galileo con sus descubrimientos. En cuanto tuvo conocimiento de que el italiano estaba realizando estas observaciones, Kepler saludó sus descubrimientos en una pequeña obra en respuesta al Sidereus Nuncius y le rogó en varias ocasiones que le prestara uno de sus telescopios para estudiarlo. Pero Galileo era muy celoso de sus instrumentos y, aunque distribuyó algunas de sus lentes, Kepler tuvo que conseguir un telescopio por sus propios medios. El astrónomo alemán miró al cielo y analizó las lentes concienzudamente durante días. Como sostiene el físico David Park, es posible que aquella fuera la primera vez que Kepler, profundamente miope, viera las estrellas de verdad, pues el instrumento corregía su problema visual. Lo que sí sabemos a ciencia cierta es que, además de confirmar algunos descubrimientos de Galileo, Kepler fue el primero en comprender el funcionamiento de los telescopios, que describiría en su obra Dioptrice, en 1611.

Esquema del ojo, por Felix Platter. World History Archive.

En su nuevo libro se da una circunstancia fantástica. Esta vez era el estudio de los aparatos artificiales para la visión lo que ayudaba a Kepler a comprender mejor el funcionamiento del ojo y no al revés. El astrónomo se dio cuenta de cómo se producía el enfoque y qué era exactamente lo que les sucedía a las personas que, como él, eran cortas de vista. Unas décadas antes el abad italiano Francesco Maurolico había especulado con la posibilidad de que la forma de la lente tuviera un papel en la visión y que fuera más convexa en la miopía (los que veían peor de lejos) y más plana en la hipermetropía (los que veían peor de cerca). Ambas condiciones se conocían desde la Antigüedad, aunque la hipermetropía tenía solución más fácil: era más sencillo encontrar un cristal con forma convexa, que funcionara como lente de aumento, que una lente cóncava. Y se llegaban a utilizar «piedras de leer» para corregir esta condición. Pero lo que describía Kepler por primera vez era el funcionamiento normal de un ojo.

El astrónomo alemán propuso que la visión normal enfocaba los objetos lejanos o distantes cambiando la forma del globo ocular o la densidad del fluido en su interior (aún no fue capaz de anticipar que el cristalino se deforma mediante la acción de unos músculos). Este cambio hacía que los rayos de luz se proyectaran antes de la retina (miopía) o después (hipermetropía), y las lentes cóncavas hacían que la luz se «abriera» o «cerrara» para modificar el lugar de formación de la imagen. En sus experimentos, Kepler volvió a utilizar la cámara oscura y usó un recurso que hemos visto más arriba en el experimento con el agua y las flechas. «Para simular el cristalino, utilizó un vaso de vidrio esférico lleno de agua, que colocó delante y muy próximo al pequeño orificio de una cámara oscura», explica el catedrático Antoni Malet. «Entonces, afirma Kepler, se puede observar que en el papel, donde antes se contemplaban borrosas las cosas en el exterior, ahora se dibujan las mismas cosas “de la forma más clara y hermosa”.» El vaso de agua funcionaba como una lente y en función de su posición la imagen se formaba con más o menos nitidez. El astrónomo miope estaba viendo en aquel juego de imágenes lo que pasaba dentro de su propio ojo.

Un esquema de la obra de René Descartes La Dioptrique, 1637. Bibliothèque de l’Académie de Médecine, Paris, France/Archives Charmet/Bridgeman Images/AGE.

EL MUNDO AL REVÉS

La idea de que nuestro ojo percibía la realidad al revés pero era el cerebro el que la transformaba después no fue fácil de asimilar. El testigo de Kepler en materia óptica lo tomó René Descartes, quien hizo su propia aproximación a fenómenos como el arcoíris y la refracción en su obra La Dioptrique (1637), en la que intentaba ordenar las ideas anteriores sobre la luz y la visión. Entre sus aportaciones más valiosas está el reconocimiento abierto, por primera vez, de que el mundo es una reconstrucción mental fabricada a partir de lo que perciben nuestros sentidos. La imagen invertida podía proyectarse en nuestro interior en cualquier dirección, aunque Descartes reflejó algunas ideas que hacían pensar en que en nuestro interior habita un hombrecillo que contemplaba la realidad proyectada en una especie de pantalla de cine. Como explica Kevin O’Regan, el filósofo se inventó un último paso en el que la imagen llegaba de nuevo sin invertir a la glándula pineal, donde consideraba que residía el alma. Este «teatro cartesiano», como fue bautizado después, sería desmontado por la neurociencia, pero en aquel primer momento era la mejor explicación. La idea de que los estímulos y su traslado a la mente no tenían por qué tener una correspondencia exacta era brillante y novedosa, y la aderezaba con algunos buenos ejemplos. El cerebro, explicaba Descartes, actúa como un ciego que lleva dos bastones cruzados en las manos. Aunque toque su entorno con los bastones invertidos, el invidente podrá construir un mapa mental de lo que le rodea sin caerse.

Famosa ilustración de la obra de Descartes El tratado del hombre (1664) sobre la glándula pineal. Woodcut/Universal History Archive/UIG/Bridgeman Images/AGE.

En esa misma época, otro filósofo natural, el irlandés John Molyneux, planteó un interesante dilema para intentar comprender mejor el proceso de reconstrucción mental de las percepciones. Si una persona ciega de nacimiento aprende a distinguir la forma de una esfera y un cubo mediante el tacto, se preguntaba, ¿reconocería visualmente las formas si recuperara súbitamente la vista? La idea se le había ocurrido, probablemente, porque su mujer había quedado ciega por una enfermedad al poco tiempo de casarse y Molyneux intuía que la respuesta era negativa, es decir, que la visión es un aprendizaje y alguien que nunca ha visto debería aprender a distinguir las formas esféricas y cúbicas. En los años siguientes, gracias a las operaciones de cataratas, se vio que era así y que personas que recuperan la vista a partir de determinada edad deben reaprender a ver, tal y como había predicho el irlandés. En su libro Un antropólogo en Marte, Oliver Sacks describe el caso de Virgil, un paciente al que retiran las cataratas después de 50 años de ceguera y comienza a ver el mundo por primera vez. Interpretar la nueva realidad, para él, se convierte en un problema porque no ha aprendido los códigos que necesita para descifrarla. Por eso no distingue su perro de su gato y no reconoce cuál es cuál hasta que no los toca. «Ahora que lo he tocado, puedo verlo», aseguró también otro paciente, un británico de cincuenta años al que le hicieron un trasplante de córnea en 1959, cuando le pusieron delante de su torno. En los últimos años, gracias al avance de la tecnología, los casos de recuperación de la visión son más frecuentes y a casi todos les sucede lo mismo. En 2003, científicos de la Universidad de California San Diego trataron a un paciente llamado M. M. con una terapia génica que le permitió regenerar los receptores y recuperar la visión de uno de sus ojos. Por primera vez en su vida era capaz de distinguir formas, la orientación de las líneas (horizontal, vertical o diagonal) y los cambios de posición. Pero el hecho de no haber tenido un aprendizaje le impedía reconocer otros elementos, como la profundidad de campo. Si veía a una persona alejarse, le costaba entender que no estuviera encogiendo de tamaño. Era algo que su sistema visual no había aprendido. Si le ponían un dibujo como el siguiente, por ejemplo, M. M no interpretaba que se trataba de la representación de un cubo en tres dimensiones, sino que se limitaba a describirlo como «un cuadrado con líneas».

A pesar de estas pruebas, no toda la visión es aprendida; hay algunas características y mecanismos de procesamiento visual que, como se ha comprobado en otros experimentos, el ojo parece traer de serie. En un trabajo en 2015 en la India, con niños de entre 8 y 16 años que habían recuperado la vista, se comprobó que dos de las más conocidas ilusiones visuales que se pensaban aprendidas resultan ser innatas. En ambos juegos visuales —la ilusión de Ponzo y la de Müller-Lyer— se colocan dos líneas idénticas en diferentes posiciones, pero nuestro cerebro interpreta que una de ellas es más corta. Y como toda buena ilusión, da igual las veces que lo veamos, porque seguimos picando. Durante décadas se ha pensado que estas percepciones son producto de la experiencia y el aprendizaje visual, pero el trabajo demostraba que aquellos niños que veían por primera vez tenían el mismo sesgo que todos los demás ante las ilusiones ópticas a pesar de que su experiencia no les podía haber condicionado. Veían las líneas diferentes a pesar de ser iguales.

Ilusión de Ponzo (izquierda) y Müller-Lyer (derecha).

Tratando de descubrir cuál es la base física de la percepción y qué parte es aprendida, se realizaron experimentos de lo más curioso. Hacia 1951, el premio Nobel Roger Sperry hizo una serie de pruebas con ranas para comprender mejor cómo se organizan las neuronas del sistema visual. A una de ellas le sacó un ojo y se lo volvió a implantar, esta vez al revés. Lo que observó fue que, después de la operación, cada vez que una mosca pasaba por encima de la rana, esta proyectaba su lengua hacia el suelo para cazarla, en dirección contraria a donde se encontraba realmente. Lo que demostraba que el diseño del cableado determina en buena medida cómo percibimos. Pero en el terreno de la reconstrucción mental de la realidad, el gran pionero fue el físico y médico alemán Hermann von Helmholtz, quien a finales del siglo XIX puso a prueba el componente subjetivo de la visión con numerosos experimentos. A algunos de sus voluntarios, por ejemplo, les colocaba unas gafas que distorsionaban sus campos de visión para ver cómo reaccionaban. Al cabo de unas horas, Helmholtz comprobaba que su cerebro se había adaptado a las lentes y que los sujetos eran capaces de recalcular distancias sin dificultad. Interesado por esta idea, el psicólogo californiano George M. Stratton decidió ir un poco más allá y se preguntó qué pasaría si una persona llevara unas gafas para ver el mundo al revés durante suficiente tiempo. Si el cerebro era capaz de forma cotidiana de procesar la señal invertida en la retina, quizá podría aprender sin dificultad a vivir en una realidad cambiada.

En 1897 Stratton diseñó unas gafas que le permitían invertir la realidad de izquierda a derecha y de arriba abajo. A través de aquel dispositivo, el mundo aparecía del revés y las primeras sensaciones eran de desorientación y mareo. En un primer experimento, Stratton llevó las gafas puestas durante 21,5 horas en un periodo de tres días y, aparte de la dificultad para entender lo que veía y moverse, no experimentó ningún cambio. Pero en su segundo intento, tras llevar las gafas puestas de manera ininterrumpida durante días, saltó la sorpresa. Hacia el cuarto día del experimento, las imágenes estaban todavía boca abajo, pero el quinto día se dio cuenta de que las veía del derecho, y solo si se concentraba podía volver a verlas como las había percibido los primeros días. Su cerebro se había adaptado a los cambios.

Aquel primer experimento marcó una vía que luego siguieron otros investigadores que intentaron aprender a ver al revés. En la década de 1950, el psicólogo austríaco Ivo Kohler se construyó sus propias gafas para ver el mundo invertido mediante un sistema de espejos y se puso a prueba a sí mismo durante días. En el documental que grabó sobre los experimentos, vemos a Kohler caminar por el campus de la Universidad de Innsbruck mientras realiza tareas como intentar llenar una taza o atrapar el globo que deja escapar una niña. Al cabo de diez días el cerebro de Kohler se había adaptado a la nueva forma de ver y era capaz de pasear tranquilamente por el campus e incluso de circular en bicicleta por la carretera con aparente seguridad. Unos años después, el psicólogo James Taylor, de la Universidad de Ciudad del Cabo, repitió el experimento con una variante: esta vez para él el mundo estaba invertido solo de derecha a izquierda, como si lo estuviera viendo reflejado en un espejo. Aunque pueda parecer sencillo, orientarse en la realidad bajo estas circunstancias resulta bastante complicado, a pesar de lo cual a partir del octavo día Taylor estaba en condiciones de montar en bicicleta y leer las señales al revés.

En enero de 2015 tuve la oportunidad de hablar con Jan Degenaar, investigador de la Universidad de París Descartes (no había lugar más apropiado), uno de los últimos pioneros de la percepción empeñado en aprender a ver el mundo del revés. Degenaar me explicó que había fabricado sus propias gafas de visión invertida y las había llevado durante cuatro horas al día en un periodo de 31 días. «Al principio, la sensación al mover la cabeza era terrible», me confesó. «Me sentía mareado y vomité varias veces. El mundo se convierte en algo confuso, todo está justo donde no esperas y tu estabilidad visual se rompe en pedazos.» Sus gafas no volteaban la realidad de arriba abajo, sino de izquierda a derecha, de modo que Degenaar caminaba como dentro de un inmenso espejo. «Si quieres mirar a la derecha sigues girando la cabeza a la derecha», me explicó, «pero debes girar los ojos a la izquierda». Durante días sintió náuseas, apenas podía agarrar objetos o desenvolverse y cualquier movimiento sacaba la escena de su campo de visión.

Pero algo cambió con el paso del tiempo. El mareo desapareció hacia el tercer día, y el cuarto ya podía realizar tareas simples como cocinar. Al poco tiempo empezó a salir a la calle provisto de un bastón de invidente para no chocar con los viandantes y alrededor del trigésimo día llegó el cambio radical. Habían pasado varias semanas y empezaba a estar adaptado a su visión invertida de forma casi natural. Pero lo más interesante es que no había pasado lo que Descartes habría previsto: su cerebro no había empezado a ver el mundo en una especie de pantalla al revés que uno ya puede entender, sino que era capaz de elegir entre dos condiciones. Igual que cuando uno mira un cubo de Necker, en el que uno puede mirar un mismo objeto e interpretar su orientación de dos maneras diferentes, su cerebro podía alternar ahora entre ver la realidad como en un espejo o reinterpretarla en los términos en que un ser humano ve habitualmente. Su cerebro no había aprendido a darle la vuelta a la imagen, sino a resolver el conflicto entre la dirección que debían tomar sus ojos en cada momento, de modo que reaprender a ver consistía en resolver este conflicto más que en «voltear» el cine cartesiano. No hay un homúnculo al mando del cerebro contemplando la escena, sino un complejo sistema sensomotor que ante un cambio de circunstancias está preparado para reaprender.

INVISIBILIA

La primera vez que uno mira por un telescopio o un microscopio la imagen que observa le parece irreal. El primer día que mi hija observó un grano de azúcar con un microscopio de juguete se apartaba y me miraba con incredulidad, como si le estuviera tomando el pelo. Me pasó lo mismo cuando tuve la ocasión de observar Saturno a través de un telescopio. Me parecía que aquello que estaba viendo —inapreciable a simple vista en el cielo— era algún truco dentro del instrumento, lo veía tan nítido y cercano que no parecía corresponderse con el objeto al que yo apuntaba en la oscuridad. La historiadora Laura J. Snyder sostiene que si hubo un momento en que la humanidad tuvo que reaprender a ver fue el siglo XVII, tras la aparición de los primeros instrumentos ópticos. Aunque la expresión «revolución científica» está un poco cuestionada, la sucesión de acontecimientos que se produjo en pocos años en Europa facilitó un cambio de perspectiva respecto a la naturaleza. Y sucedería casi de golpe. El lugar, los Países Bajos, y la época, el periodo comprendido entre 1570 y 1610. Artesanos y comerciantes trabajaban con sus lentes para observar mejor sus telas y mercancías y estaban creando, sin sospecharlo, una serie de nuevas herramientas que permitían mirar las cosas no «como eran», sino como ni siquiera sospechaban que eran.

Hacia 1609, Galileo había escuchado que un fabricante de lentes holandés llamado Hans Lippershey había creado un instrumento para observar objetos más de cerca. Consciente de las posibilidades, el pisano copió la idea y se puso a fabricar su propio catalejo para la observación. Unos años antes, Zacharias Janssen —o alguien de su entorno— tomaba un tubo y colocaba una lente convexa en cada extremo para crear el primer microscopio que unas décadas después el comerciante Anton Van Leeuwenhoek llevaría hasta su máxima expresión. No serían los únicos instrumentos de observación o medición nacidos en aquella época. El termómetro, el barómetro, el reloj de péndulo o la bomba de vacío estaban también a punto de abrir la puerta a una realidad más allá de lo que percibían los sentidos. El siglo XVII era el siglo de lo invisible, se estaba penetrando en un reino desconocido y lo que se encontraba podía hacer tambalearse todo un sistema de creencias establecidas, los errores heredados por la transmisión cultural y el oculocentrismo.

Este nuevo optimismo lo expresó mejor que nadie Robert Hooke en 1665 en la introducción de su Micrographia, la obra en la que plasmó sus primeras observaciones al microscopio y presentó un nuevo universo a los miembros de la Royal Society:

Gracias a los telescopios no hay nada suficientemente lejos que no pueda ser presentado ante nuestra vista; y con la ayuda de los microscopios, no hay nada tan pequeño que se escape a nuestras preguntas, por lo que existe un nuevo mundo visible descubierto para nuestro entendimiento.

No había nada que pudiera impedir que «una mano sincera y un ojo fiel» reflejaran las cosas tal y como aparecían, reclamaba Hooke en la presentación de su obra y sus virtuosas ilustraciones de insectos y plantas. «La ciencia de la Naturaleza ha sido realizada durante demasiado tiempo con el trabajo del cerebro y la imaginación», escribió en referencia a la pesada herencia de Aristóteles, cuyas ideas serían puestas sistemáticamente en cuestión con los nuevos hallazgos. Las observaciones de Galileo serían los primeros mazazos al sistema aristotélico: en el mundo inmutable de las esferas aparecían nuevos cuerpos, como los satélites de Júpiter, que descuadraban las cuentas, la Luna se revelaba llena de montañas, el Sol tenía oscuras manchas que evidenciaban que estaba dando vueltas sobre sí mismo y la Vía Láctea era algo más que un simple manchurrón blanco en el cielo. Mientras tanto, al mirar hacia lo más pequeño, los nuevos filósofos descubrían paisajes monstruosos e insospechados. La punta afilada y lisa de una aguja aparecía bajo el microscopio de Hooke como un objeto irregular de punta plana, desafiando los sentidos. ¿Cómo podía clavarse aquello en la tela si no estaba afilado como aparentaba? Una insignificante pulga o una mosca aparecían como descomunales leviatanes bajo la lente, cuestionando todo lo que habían aprendido hasta entonces observando la realidad con el «ojo desnudo». Equipados con una nueva herramienta, aquellos filósofos naturales no dejaban nada por observar; parecían estar trazando un nuevo mapa de la realidad escaneada con los nuevos ojos. En Holanda, Jan Swammerdam escudriñaba la apariencia de los más variados insectos o los estadios en el desarrollo de una rana; en Italia, Marcello Malpighi dirigía su microscopio a las estructuras del cuerpo, como el riñón, el hígado o los pulmones y descubría que no estaban hechos como los clásicos habían previsto, o que la sangre tenía unas pequeñas «esférulas» que se movían de un lado a otro; en Gran Bretaña, Hooke preparaba demostraciones a la Royal Society y trataba de explicar a sus contemporáneos cómo era el ojo de una mosca, compuesto por infinidad de pequeñas lentes, pero con estructuras parecidas a la córnea y la retina humanas. «Esto excede lo que uno pueda creer», escribiría justo unos años después Leeuwenhoek tras descubrir en el agua de un lago millones de seres vivos, o «animálculos», mil veces más pequeños que cualquier otra criatura conocida, incluso que las que habían observado sus compañeros con el microscopio. Existía un mundo de pequeños seres misteriosos de los que nadie había tenido noticia y que estaban en nuestra boca, en el agua que bebíamos y en nuestros fluidos corporales.

La aparición de estos nuevos instrumentos para acceder a la realidad invisible requería de un reaprendizaje intelectual y también técnico. Galileo advertía a quienes fueran a usar los nuevos catalejos para observar el cielo de que debían tener en cuenta factores como su propia respiración, el pulso o el vapor que se desprende del ojo. Las propias lentes, si no estaban bien fabricadas —como solía ser el caso—, podían confundir al observador con sus imperfecciones y revelar la existencia de un nuevo cuerpo que no era más que una diminuta burbuja de aire en el cristal. En 1616, uno de los ayudantes de Galileo, Giovanni Francesco Sagredo, relataba que había examinado más de trescientas lentes fabricadas por los mejores artesanos de Venecia y solo una veintena le habían servido. Por si fuera poco, las imágenes contenían extraños patrones de colores, deformaciones en la imagen que hacían dudar sobre la verdadera naturaleza de los objetos más pequeños o más lejanos, y se abrió un nuevo debate entre lo que se veía a simple vista y lo que mostraban los aparatos. ¿Lo que estaban viendo a través de los nuevos instrumentos, revelaba la realidad última de las cosas o era solo un engañoso espejismo? Sería tratando de resolver esta contradicción como un grupo de científicos terminaría de entender qué es el fenómeno de la luz y cómo funcionan nuestros ojos.

ARTEFACTOS

RAYOS Y CANALES

A finales de 1877 el planeta Marte se situó en oposición a la Tierra, es decir, en dirección opuesta al Sol, un lugar privilegiado para la observación detallada de su superficie. Durante varias noches de septiembre, el astrónomo italiano Giovanni Schiaparelli, quien sufría miopía y una severa ceguera al color, observó el planeta rojo con un telescopio desde Milán utilizando la técnica que usaban los observadores del cielo antes de la invención de la fotografía astronómica: con un ojo miraba Marte y con el otro dibujaba lo que veía sobre su superficie. Al mismo tiempo anotaba algunas de sus impresiones sobre lo que estaba descubriendo, que aún pueden leerse en los cuadernos que se conservan en los archivos del observatorio astronómico de Brera. «Es maravilloso», escribió, «lo veo bien», «hipótesis a comprobar».

Las anotaciones y dibujos realizados en aquellas noches por Schiaparelli se convirtieron, tras su publicación, en uno de los documentos más influyentes de la astronomía de la época. Para empezar trazó lo que aspiraba a ser el mapa más detallado de Marte hasta aquel momento y puso nombre a muchas de las estructuras que detectó, como el Monte Olimpo o Syrtis Major (la mancha negra más característica de su superficie), que perduran hasta nuestros días. Pero lo más llamativo de sus notas son una serie de estructuras lineales que cruzan los mapas, que él bautizó como canali (canales) y a las que puso nombres de ríos bíblicos o de la mitología. En sus publicaciones Schiaparelli se muestra prudente, habla de cuanto ho veduto o creduto di vedere (cuanto he visto o he creído ver) y asegura que no quiere condicionar con los nombres una posible interpretación. «Estos nombres pueden ser vistos como mero artificio», escribe. «Después de todo, hablamos de una forma similar de los mares de la Luna, sabiendo muy bien que no consisten en masas de agua.»

Pero durante la oposición de Marte de 1879, Schiaparelli volvió a mirar el planeta rojo con el telescopio y esta vez se convenció más de lo que veía. Dibujó más canales e incluso empezó a sospechar que la gran mancha negra de Syrtis Major era producto de lo que un día pudo ser una gran inundación. Para él, dudar de la existencia de los canales era ahora tan absurdo como dudar de la existencia del río Rin sobre la Tierra. Consideraba que los canales podían haber aparecido por la propia evolución de Marte, como sucede con el canal de la Mancha en nuestro planeta, pero estaba abierto a otras interpretaciones. «Su aspecto singular, y el hecho de que estén dibujados con absoluta precisión geométrica, como si se hubieran hecho con un compás, ha conducido a algunos a pensar que son trabajo de seres inteligentes», escribía. «Tengo mucho cuidado de no combatir esta suposición, que admite que nada es imposible.»

Las afirmaciones eran tan inesperadas que algunos astrónomos de la época se mostraron muy escépticos con los hallazgos y consideraban que la ceguera al color y las condiciones precarias de observación, que el propio Schiaparelli describía en sus textos, pudieron llevarle al error o a sufrir una alucinación. El astrónomo italiano narra cómo toma precauciones para «evitar al ojo el doloroso contraste del potente resplandor del planeta con la oscuridad circundante» y cómo evita la ingesta de cualquier sustancia que pueda alterar su percepción, «desde narcóticos a alcohol y sobre todo café, que según mi experiencia es especialmente perjudicial para la precisión de las observaciones». Pero la bomba ya estaba lanzada, y existía un caldo de cultivo en la sociedad de la época para ver el hallazgo, como la prueba de que quizá hubiera una civilización extraterrestre en el planeta vecino. Autores como H. G. Wells o Camille Flammarion fantaseaban en aquellos años con la posibilidad de vida marciana, pero fue un astrónomo norteamericano adinerado y de cierta fama el que tomó la hipótesis de la existencia de los «canales» de Marte y la lanzó al estrellato.

Percival Lowell era un tipo algo excéntrico pero no se puede decir que no tuviera formación. Aunque se había graduado con distinciones en matemáticas en la Universidad de Harvard, decidió posteriormente dedicar su carrera al estudio de las estrellas. En 1894 construyó en Flagstaff, Arizona, un observatorio que sigue activo y en el que pocos años después de su muerte se descubriría la existencia del pequeño Plutón, al que entonces se consideró el noveno planeta. Pero en la primera década del siglo XX Lowell tenía la atención puesta en Marte y pasó años observando los supuestos canales del planeta rojo y haciendo dibujos de su superficie. Maravillado por los descubrimientos de Schiaparelli, se convirtió en portavoz de la causa de los canales y aparecía en la prensa de la época convencido de que eran obra de una civilización marciana que trataba de transportar el agua de las zonas polares a las tierras más áridas del planeta. Sus afirmaciones en los medios tendrían un papel determinante para que el escritor Edgar Rice Burroughs comenzara a los pocos años su serie de novelas de ciencia ficción con guerreros y princesas que cabalgan a lomos de criaturas de ocho patas sobre la superficie marciana. El clima de los nuevos descubrimientos invitaba a dejar volar la imaginación. En la revista The New York Times, Sunday Magazine, el 27 de agosto de 1911, aparece un artículo bajo el título «Los marcianos construyen dos inmensos canales en dos años», en el que Lowell describe

… canales de mil millas de largo y veinte millas de ancho [que] están, simplemente, más allá de nuestra comprensión. A pesar de que somos conscientes del hecho de que una roca que aquí pesa cien libras allí solo pesa treinta y ocho libras, y que las operaciones de ingeniería serían, en consecuencia, menos arduas que aquí, sin embargo, apenas podemos imaginar a los habitantes de Marte capaces de llevar a cabo esta tarea hercúlea en el breve intervalo de dos años.

Algunos historiadores creen que el error de Lowell parte de una mala interpretación del término italiano canali, que Schiaparelli utilizó para referirse a estructuras naturales y que el astrónomo norteamericano habría interpretado como channels, estructuras realizadas por seres inteligentes. En cualquier caso, no sería la única vez que Lowell se dejara engañar por sus sentidos y sus sesgos cognitivos respecto a lo que esperaba encontrar. Casi por la misma época, el astrónomo estadounidense dedicó su tiempo a la observación del planeta Venus y de nuevo se encontró con algo inesperado. Su turbulenta superficie aparecía cubierta por una serie de curiosos rayos y un extraño punto en el medio de origen desconocido.

Sus observaciones de Venus comenzaron en el verano de 1896 con un telescopio Alvan Clark & Sons que colocaba con una mínima abertura para evitar las turbulencias de la atmósfera. El esquema de lo que veía sobre Venus es igual de desconcertante o más que los famosos canales de Marte. Sobre la mitad derecha de la esfera, Lowell retrata una serie de trazos con un punto centrado, como los radios de una bicicleta o como si Venus estuviera envuelto con lazos en papel de regalo. Las marcas no se parecían a las sombras difusas que habían visto sus antecesores al mirar al planeta, sino marcas bien visibles, «tan acentuadas a la vista como las marcas de la Luna y, debido a su carácter, mucho más fáciles de dibujar». Tenían también el «contorno bien marcado» y unas eran «mucho más oscuras que otras».

Una vez más, los demás astrónomos se tomaron las observaciones de Lowell como una excentricidad, aunque este justificaba sus hallazgos por las magníficas condiciones atmosféricas del observatorio de Flagstaff. Tras presentar sus dibujos en una carta a la Royal Astronomical Society, hubo algunos comentarios crueles. Eugène Antoniadi señaló la aparente contradicción de que el punto más oscuro apareciera siempre en el mismo lugar del planeta, independientemente de su rotación, mientras que otros se preguntaron por qué Lowell volvía a ver los mismos patrones que ya había encontrado en Marte. «No sé si el señor Lowell ha mirado a Marte hasta que se le ha metido en el cerebro y por alguna transferencia ha transcrito las marcas en Venus», escribía William Noble.

Así dibujaba Lowell los canales que veía sobre Marte. World History Archive.

Todas estas críticas dejaron a Lowell fuera de combate durante cuatro años, retirado por una crisis nerviosa y en reposo absoluto. Pero en 1901 regresó al observatorio y al poco tiempo ya estaba mirando a Venus de nuevo, esta vez más convencido de que las marcas eran algo más que una ilusión óptica y con nuevos datos que le hacían sospechar que la mancha más destacada tenía que ver con la radiación del sol sobre el planeta. Durante los años siguientes hubo varios intentos de explicar el fenómeno, algunos de los cuales hablaban de las jugarretas que causa la retina cuando se miran objetos distantes. En 1952, un astrónomo aficionado alemán llamado W. W. Spangenberg hizo un experimento con telescopios y bolas que alejaba e iluminaba para que los voluntarios pudieran ver justo el tamaño aparente con el que Lowell había observado Venus, y una buena parte de ellos veían los patrones en forma de cruz o radios que el astrónomo norteamericano había descrito medio siglo antes.

¿Qué era exactamente lo que había visto Lowell en Venus? La clave del asunto la dieron William Sheehan y Thomas Dobbins en 2003, quienes ya encontraban sospechoso que el astrónomo hubiera descrito patrones lineales en todos los objetos del sistema solar que observó durante su carrera. «Una intrincada red de canales de riego en Marte», enumeran, «grietas en Mercurio, extrañas marcas en los satélites galileanos de Júpiter y cuñas en forma de V en los anillos de Saturno». Acaso, como se había preguntado Flammarion unas décadas antes, «¿cada astrónomo tiene su forma de ver las cosas?». La solución del misterio es mucho más prosaica y tiene que ver con la forma en que Lowell utilizaba el telescopio. Al colocar la abertura tan cerrada, dejando pasar la luz en apenas 0,5 milímetros, estaba convirtiendo su aparato de observación de las estrellas en un gigantesco oftalmoscopio, es decir, en un instrumento como el que usan los oftalmólogos para ver ampliado el fondo del ojo de un paciente. En otras palabras, lo que estaba viendo Lowell en sus largas jornadas de observación del planeta Venus eran las venas de su propia retina.

CURIOSIDAD Y VISTA CORTA

Decía el filósofo francés Bernard Le Bovier de Fontenelle que todas las teorías que hemos elaborado para entender el mundo se deben básicamente a dos cosas: a nuestra curiosidad y a que somos cortos de vista. «El problema», añade, «es que queremos saber más de lo que podemos ver». Y esta es la cuestión sobre la que llevamos dando vueltas durante los últimos siglos. Lo que le sucedía a Percival Lowell con sus canales, en una fecha tan tardía como 1900, era una traslación de lo que había experimentado Galileo al dudar de sus lentes o de lo que sentiría Dalton al observar la extraña apariencia de una flor en la oscuridad. La dicotomía entre lo que nuestros sentidos nos dicen y lo que conforma la realidad. Podían fallar los instrumentos o podía engañarnos nuestra propia subjetividad. En 1623, Galileo lo expresó de manera particularmente inspirada en su obra El ensayador (Il Saggiatore). De pronto intuyó que

… sabores, olores, colores, etc., por el lado del sujeto en el cual parecen residir no son más que puros nombres, y tienen únicamente su asiento en el cuerpo sensitivo, de manera que, suprimido el animal, quedan aniquiladas y eliminadas todas estas «cualidades».

Si una propiedad como el color es un «puro nombre» estamos cerca de comprender que la realidad es una reconstrucción a partir del proceso perceptivo y que los seres humanos podemos ver el mundo exterior de maneras muy diferentes, incluidos aquellos que observan dicha realidad de cerca, como los filósofos naturales. Lo que nosotros denominamos naranja, amarillo o verde, por ejemplo, para Dalton formaba parte de un solo color que él habría denominado de otra manera, de no haber vivido en una cultura de seres tricrómatas. Cuando afirmamos algo tan evidente como que el cielo es azul, podemos explicar desde la física cómo se produce la dispersión de los rayos en la atmósfera, pero el concepto «azul» hace alusión a algo que nosotros construimos mentalmente y que no tiene existencia como tal. Los propios nombres de los colores son parte de lo que hemos aprendido y heredado culturalmente hasta adquirir nuestro particular sesgo con el que construir la realidad. Buena parte de los idiomas del mundo, por ejemplo, no tienen una palabra diferenciada para «azul» y «verde», como tenemos nosotros, sino que usan un término que sirve indistintamente para ambos. ¿Significa esto que no ven los mismos colores? En la década de 1950 se realizó un experimento con un grupo de hablantes monolingües de zuñi, una lengua amerindia de Nuevo México, que no diferenciaban en su lengua entre naranja y amarillo y les costaba más recordar los objetos de este color. Estudios posteriores demostraron que no es que no apreciaran la diferencia, sino que en su día a día les era perfectamente indiferente distinguir entre uno y otro. En este sentido se ha especulado erróneamente con que los antiguos griegos no veían el mar como lo vemos nosotros. En sus obras Homero describe el océano como púrpura, blanco o del color del vino y habla del cielo como bronce o del color del hierro, pero nunca azul. Hacia el 700 a. C. una tablilla babilónica describe a Sirio, que nosotros vemos brillar azul en el cielo, como una estrella que «brilla como el cobre» y más adelante son frecuentes los testimonios de otras culturas que ven la estrella rojiza. Pero con lo que sabemos de astrofísica, en esas fechas Sirio no podía ser rojiza.

Todas estas civilizaciones tenían una configuración visual idéntica a la nuestra, pero la cognición, en este caso a través de la cultura, estaba ejerciendo de mediadora en su manera de explorar el mundo e interiorizarlo. Porque para ver hay que aprender a mirar. El paciente M. M. que recuperó su visión en 2003 no interpretaba bien la profundidad de campo porque no había «aprendido» a ver de esa manera. La capacidad para enfocar la vista y distinguir la profundidad se adquiere entre los dos y los cuatro meses de edad. El bebé aprende que colocando sus ojos de forma convergente enfoca objetos cercanos y separándolos aprecia objetos a más distancia. Al ver por vez primera, al paciente M. M. le parecía que las personas que estaban lejos eran enanitas. La neurocientífica Susan Barry, quien perdió su visión estereoscópica de niña tras una operación de estrabismo, relata cómo tuvo que reaprender a interpretar estas señales sobre la distancia de los objetos cuando recuperó la vista en 3D. Esto también puede venir condicionado por el entorno en el que te desarrolles. En su libro The Forest People, el antropólogo Colin M. Turnbull cuenta su experiencia con Kenge, un pigmeo al que acompaña por primera vez fuera de los tupidos bosques en que vive su tribu. Al ver unos cuantos búfalos en la distancia, Kenge se vuelve y pregunta a su guía: «¿Qué insectos son aquellos?». De alguna manera el pigmeo no ha aprendido a ver en los mismos términos que quienes se mueven en espacios abiertos y le cuesta creer que eso que parecen búfalos diminutos sean solo búfalos muy lejos. Una experiencia parecida relata Nigel Barley en El antropólogo inocente al hablar de su experiencia con la tribu de los dowayo, en Camerún. Algunos miembros del grupo no han visto una foto en su vida y no conocen los códigos para interpretar lo que ven allí, hasta el punto de que cuando les muestra la foto de un leopardo alguien observa: «No conozco a ese hombre».

Una de mis demostraciones favoritas de que «la percepción está saturada de cognición» fue creada por Karl M. Dallenbach en 1951. Este profesor de psicología de la Universidad de Illinois tomó una fotografía en blanco y negro y le fue restando elementos hasta dejarla en sus componentes más básicos. La mayoría de las personas que ven por primera vez la imagen solo ven un patrón de manchas sin ningún sentido [antes de seguir echa un vistazo a la imagen detenidamente]. Cuando se les pregunta qué ven, pueden pasar minutos o incluso horas sin identificar nada concreto, e incluso cuando les revelas que lo que hay es un animal que nos mira en primer plano, algunos tardan en encontrarlo. Pero cuando detectan la vaca, ya no pueden dejar de verla.

¿Qué ves en la imagen? Foto: Karl M. Dallenbach. Derechos reservados.

La explicación más inmediata tiene que ver con la forma en que nuestro cerebro construye la sensación de profundidad o de tres dimensiones. A diferencia de un cuadro en el que el pintor coloca un punto de fuga y hace decrecer los objetos que se suponen más alejados, en esta imagen reducida a su mínima expresión no hay pistas que nos indiquen que puede haber otra dimensión. Pero no solo eso; se trata además de un ejemplo estupendo de cómo nuestro cerebro construye la realidad y no percibe lo que «ve» (lo que registra su ojo), sino lo que puede decodificar a partir de lo que ha aprendido. Puedes tener algo delante de tus ojos y no reconocer en absoluto lo que ves porque te faltan los elementos para decodificarlo. Mi amigo Javi Álvarez aún recuerda el día en que paseaba por un valle y distinguió la mancha de un rebaño en la lejanía. Al mirar con sus prismáticos no salía de su asombro al ver que el pastor le hacía gestos con la mano, porque el hombre sí le veía a él a simple vista. ¿Ojos de lince? Quizá el pastor tenía mejor entrenada la vista para distinguir figuras en la lejanía. En el verano de 2014 me embarqué con Philippe Verborgh y su equipo en aguas del estrecho de Gibraltar en busca de cachalotes. Él y otros miembros de la asociación CIRCE llevan más de quince años saliendo al mar y documentando la actividad de estos y otros cetáceos para ayudar a su conservación. Subido a lo alto de la embarcación, Philippe escudriñaba el mar cubierto de olas y espumas y gritaba de vez en cuando: «¡Cachalote!». ¿Cómo podía distinguir aquellas nubecillas de vapor a varios kilómetros de distancia?, me preguntaba yo. Simplemente, su ojo estaba entrenado y sabía qué patrones debía buscar, mientras que para mí el océano era un caos de espumas y salpicones en el que el rastro de un cachalote resultaba indistinguible.

Que la percepción es variable y basada en convenciones se entiende mejor si lo abordamos desde el punto de vista evolutivo. El biólogo Antonio José Osuna lo explica en su libro El error del pavo inglés con el caso de un pavo real que se hizo famoso en una pequeña localidad de Inglaterra porque dedicaba diecisiete horas al día a flirtear y desplegar su vistoso plumaje delante de un surtidor de gasolina. Otro ejemplo parecido es de la especie de escarabajo australiano que casi se extingue porque los machos confundían las botellas de cristal marrón de cerveza con sus parejas. La cuestión de fondo es si la naturaleza, la selección natural, favorece la aparición de órganos de percepción que den un reflejo fiel de la realidad o si nos basta con un trasunto más o menos aceptable que nos permita tener mayor éxito reproductivo. El científico cognitivo Donald Hoffman está realizando experimentos con «biología computacional», generando organismos virtuales que compiten entre sí con distintos rasgos. Lo que muestran sus pruebas es que los que perciben algo más parecido a la «realidad» de ese entorno simulado no son los más exitosos, sino aquellos que tienen una manera más «provechosa» de percibir lo que les rodea. El pavo que quiere ligarse a un surtidor, o el escarabajo que se frota contra la botella, son pequeños fallos de un sistema muy eficiente desde el punto de vista evolutivo. Esa capacidad para distinguir la luz de determinada forma ha permitido a su especie sobrevivir durante miles de años, al igual que a nosotros nuestro sistema visual, aunque como sospecha Emiliano Bruner, seamos una especie un poquito miope.

Descubrir que interaccionamos con eso que llamamos realidad (el conjunto de cosas que percibimos) a través de un interfaz más o menos eficaz es algo de lo que Galileo y quienes le siguieron aún estaban lejos. El interfaz, con su preponderancia casi absoluta de la vista, condicionó las primeras interpretaciones sobre cómo estaba construido el mundo, y lo hizo con tal fuerza que aún hoy tenemos que luchar contra estas intuiciones. Nuestras ideas sobre la forma de la Tierra, de su posición en el universo, de las dimensiones del Sol, la Luna y las estrellas, surgieron con un condicionamiento de partida, el de la apariencia de las cosas desde nuestro punto de vista subjetivo, y esa facultad tan escurridiza que nosotros llamamos «sentido común». Si el Sol sale por el este y se pone por el oeste, es casi de cajón pensar que está dando vueltas alrededor de nosotros, o que por la noche se sumerge en el reino de las tinieblas para volver a aparecer al día siguiente. ¿Quién puede pensar, a partir de lo que ve, que somos una diminuta mota de polvo cósmico que viaja a toda velocidad, girando sobre sí misma, en medio de la inmensidad? Para eso hay que ir mucho más allá de la tiranía de los sentidos y especialmente de la vista.

Si miramos a nuestro alrededor veremos que la propia naturaleza parece tener querencia por los ojos, y que la existencia de órganos que perciben las variaciones en la luz se ha mostrado bastante ventajosa evolutivamente. Aunque hay dos tipos fundamentales de ojos, los simples (como los nuestros) y los compuestos (como los de las moscas), dentro de cada clase existen innumerables variaciones y los biólogos han encontrado hasta 65 momentos en los que el ojo pudo aparecer en la historia filogenética de los animales. A la naturaleza le gustan los ojos y los pone por todas partes. Pueden ser agujeros para percibir la luz por todo el cuerpo, como en la lombriz de tierra, pueden estar en cada pata, como en las estrellas de mar, o en varios puntos estratégicos de la cabeza, como en el caso del saltamontes, que tiene un par de ojos compuestos en los laterales, uno en la frente y dos más detrás de las antenas. Los neurocientíficos creen que nuestro sistema nervioso surgió y evolucionó cuando las criaturas empezaron a moverse y necesitaban orientarse espacialmente. En este sentido, recibir información de la luz, aunque sea de forma tan precaria como con la cámara oscura del nautilo, marca la diferencia a la hora de sobrevivir. Recientemente los científicos han descubierto un grupo de bacterias que reaccionan a la luz de una manera parecida a como lo haría nuestro ojo, pero el caso más alucinante descubierto hasta ahora es el de unas criaturas unicelulares que también se han provisto de una especie de ojo microscópico. Se trata de un tipo de plancton marino dentro del grupo de los dinoflagelados, que poseen unas estructuras llamadas oceloides que detectan la luz y podrían servirles para cazar a sus presas. Un grupo de biólogos acaba de descubrir, además, que estos oceloides contienen una colección de orgánulos subcelulares que recuerdan mucho a los sistemas ópticos, como la córnea y la retina de los seres pluricelulares, y que provienen de una mitocondria y un alga unicelular incorporadas a la célula mediante un proceso de endosimbiosis. Por si fuera poco, cuando se hace una reconstrucción de la evolución de la vida a nivel molecular, resulta que hay unas moléculas que podrían haber sido protagonistas de todos estos cambios desde el principio. Algunos científicos creen que, por su capacidad para reaccionar a la luz, las opsinas que sirvieron a los primeros organismos que utilizaron la luz del sol para hacer la fotosíntesis están relacionadas con las que utilizaron algunas criaturas para desarrollar las primeras formas de ojos. Como si las capacidades de ver y respirar se hubieran desarrollado en paralelo. No se puede afirmar que tengan un origen común, pero lo cierto es que son estas moléculas las que hoy hacen posible que nosotros veamos.

Los ojos no son el único receptor de información externa que desarrollaron los animales. Como las células visuales, el resto de sentidos se fundamentan en el trabajo de antiguas células epiteliales que evolucionaron para cambiar de función, menos las responsables del olfato, que son —por decirlo así— neuronas con los axones al aire. El resto (las papilas gustativas, los conos y bastones de la retina o las células del oído) son células de la piel que sufrieron una suerte de reconversión laboral. Y todas envían una señal que el cerebro interpreta después y transforma en eso que llamamos qualia y que es la forma que tenemos de definir algo que no sabemos definir. Nos referimos, por ejemplo, a la propiedad de que un objeto sea rojo, o lo que sentimos cuando notamos frío o cuando saboreamos una comida. Y en esta discusión estaban los filósofos cuando trataban de definir la realidad y poner en común lo que cualquiera de nosotros puede percibir como real y forma parte de un consenso colectivo.

La nueva revolución óptica del siglo XVII introducía nuevos elementos en discordia en este consenso. Cuando los filósofos habían asimilado que los ojos les engañaban, de pronto cabía la posibilidad de que fueran los instrumentos los que indujeran al error. Es en esta época cuando se empieza a manejar el concepto de «aberración» para denominar a aquello que está alterando la relación entre el observador y la realidad. La expresión procede del latín y está compuesta por el prefijo -ab (que indica separación) y errare (vagar, errar), de modo que denota algo que se sale de lo normal, que se desvía de la regla. La nueva realidad se movía en términos no previstos y lo hacía entre dos planos: lo que se apreciaba al ojo desnudo y lo que aparecía al mirar a través de estos artefactos. Algunos, como Galileo, confiaban en la sinceridad de los aparatos y otros creían que era una nueva manera de engañar a los sentidos con un burdo trampantojo. En ese mismo juego, la palabra «artefacto», que servía para nombrar los instrumentos construidos por el hombre (del latín, ars y factum), comenzó a denominar también el producto equívoco de las propias observaciones. El diccionario recoge como artefacto «toda variación no originada por el órgano cuya actividad se desea registrar». Por la magia de la metonimia, el artefacto pasaba a ser también la distorsión introducida por el propio artefacto y advertida desde el inicio por los pioneros como Robert Hooke, al observar los ojos de una mosca al microscopio:

Es excesivamente difícil distinguir entre una prominencia y una depresión en algunos objetos, o entre una sombra y una mancha negra, o un reflejo de la claridad del color. Además, la transparencia de la mayoría de objetos los representa con mayor dificultad que si fueran opacos. Los ojos de una mosca bajo un tipo de luz aparecen casi como una cuadrícula, taladradas con muchos agujeros pequeñitos […] A la luz del sol parecen la superficie cubierta por clavos dorados, en otra posición, como una superficie cubierta por pirámides; en otra, por conos; y en otras posiciones de otras muchas formas.

Como en un espejo, allí estaba Hooke mirando con sus ojos otros ojos, estructuras de una delicadeza como nadie había podido imaginar hasta entonces y en las que le sorprendía encontrar elementos reconocibles como la córnea y el humor vítreo que quizá ocultaban una retina o miles de retinas. Pero antes de anotar nada, o de pasarlo a limpio en sus virtuosos dibujos, Hooke movía la mosca y la examinaba desde distintos puntos de vista y con diferentes incidencias de la luz, por si lo que estaba viendo no era más que un espejismo. Toda precaución era poca ante el nuevo escenario. En esos mismos años, otro miembro de la Royal Society, William Croone, creería ver un pollo entero, con alas, pico, patas y todos sus órganos, en el interior de un huevo sin incubar, y el astrónomo Henry Power aseguró poder detectar con su telescopio, en ciertos días, millones de criaturas flotando en el aire y moviéndose frenéticamente. En 1694, Nicolaas Hartsoeker publicó su famosa ilustración de un hombrecillo agazapado dentro de un espermatozoide que pretendía reflejar las teorías preformistas a partir de las observaciones de sus contemporáneos. Nadie estaba a salvo de estas ilusiones y errores de observación. Nadie estaba a salvo de los «artefactos» producidos incluso por los viejos artefactos. Y hasta el mismísimo Kepler podía confundir una sombra en el Sol con un planeta.

SOMBRAS EN TRÁNSITO

El 28 de mayo de 1607, el intrépido Johannes Kepler volvió a utilizar sus conocimientos de óptica para fabricar una cámara oscura y observar los astros. En esta ocasión se proponía algo un poco más ambicioso que contemplar un eclipse solar: su intención era observar la silueta del planeta Mercurio al pasar por delante del Sol, lo que se conoce en astronomía como un «tránsito». Con aquello, Kepler esperaba tener una referencia de su tamaño aparente y completar sus cálculos del tamaño del sistema solar. Así pues, se puso manos a la obra y fabricó un minúsculo agujero en el ático de su casa en Praga que dejaba pasar un haz de luz y lo proyectaba sobre una hoja de papel. Llegado el momento, Kepler observó «un diminuto punto del tamaño de una mosca pequeña en la parte izquierda» del disco solar que se movía lentamente a través de él. Después de mover la hoja en diferentes posiciones y asegurarse de que no se trataba de una mancha del papel ni la sombra de una tela de araña del techo, Kepler se convenció de que aquel punto oscuro era el planeta Mercurio en su camino por delante del Sol. Para que nadie pudiera poner en duda su descubrimiento, reclutó a varios testigos (se dice que acudió alborozado para enseñarle el tránsito a su jefe, el emperador del Sacro Imperio Romano Germánico) y publicó los resultados en su libro Phaenomenon singulare, de 1609.

Pero la ilusión le duró un suspiro. Solo unos meses después, tras conocer las observaciones del Sol de David Fabricius y su hijo Johannes, y del propio Galileo, Kepler se convenció de que había sido víctima de un error y que lo que le había parecido Mercurio era en realidad una mancha solar. Sus contemporáneos habían descrito unos puntos en la superficie del Sol que David Fabricius propuso bautizar como «estrellas borbónicas», como homenaje a la casa real de los Borbones frente a los Habsburgo. Galileo se dio cuenta de que las manchas se movían y que completaban una vuelta en el transcurso de un mes, y en una carta publicada en 1613 afirmaba que se trataba de grandes nubes oscuras sobre la atmósfera del Sol. Cuando Kepler leyó aquellas noticias, no solo admitió el error con elegancia, sino que se lamentó con sorna de su confusión y escribió sobre sus observaciones: «Oh, ¡qué suerte tengo! ¡El primero del siglo en ver una mancha solar!».

La historia de Kepler con Mercurio aún no había terminado. Como el magnífico observador de la mecánica orbital que era, el astrónomo calculó la trayectoria del planeta y estimó cuáles serían los siguientes tránsitos por delante del Sol. Uno de ellos se produciría un año después de su muerte, en noviembre de 1631, y pese a que se anunció por encargo suyo a los astrónomos europeos, el único que publicó su intento de registrarlo fue otro personaje fascinante, el astrónomo y sacerdote defensor del atomismo Pierre Gassendi. El francés preparó la cámara oscura siguiendo las instrucciones y consejos de Kepler y esperó a que se produjera el acontecimiento. El 5 y 6 de noviembre el cielo amaneció lluvioso en París, pero el día 7 Gassendi tuvo más suerte y hacia las 8:00 h empezó a despejarse. A las 9:00 h tenía una imagen nítida del Sol sobre el papel y una pequeña mancha oscura reflejada en ella. Pero la mancha era demasiado pequeña. De ninguna manera le parecía a Gassendi que aquello pudiera ser el planeta y consideró que era una mancha solar durante horas mientras reajustaba una y otra vez los instrumentos a la espera de que el verdadero Mercurio hiciera su aparición.

Alineé el diámetro del círculo a través del supuesto punto con intención de medir su distancia del centro y la esperanza de que Mercurio apareciera después y poder compararlo con el punto de diversas maneras. […] Entonces aseguré que la distancia eran 17 divisiones. Después de un retraso razonable entre observaciones, y tras restaurar la posición del Sol entre diámetros, observé que dicha distancia había aumentado en cuatro divisiones [se refiere a las marcas con las que mide el avance de la mancha]. A continuación, sumido en la confusión, empecé a pensar que una mancha normal no habría podido cubrir esa distancia en un día entero. […] Y cuando el Sol brilló otra vez, y confirmé que la distancia aparente era mayor por dos divisiones… Entonces por fin me convencí de que había pruebas suficientes de que se trataba de Mercurio.

En otras palabras y en resumidas cuentas: en 1607 Kepler había confundido una mancha solar con Mercurio y un cuarto de siglo después Gassendi había tomado el verdadero Mercurio por una mancha solar. ¿Por qué ese cambio de papeles y semejante desbarajuste entre criterios? Porque Gassendi y otros astrónomos de la época no esperaban que el tamaño de Mercurio fuera tan extremadamente pequeño en comparación con el Sol. De hecho se pasaron en las estimaciones: el planeta era aún más pequeño de lo que habían calculado aquel día. Aunque el francés fue el primero en publicar su observación pronto se conoció el testimonio de otros astrónomos en Europa que habían observado el fenómeno con diferente fortuna y se estableció una pequeña polémica sobre la veracidad de las observaciones de Gassendi. Una de las pruebas determinantes para darse cuenta de que se trataba de Mercurio y no una mancha solar era la velocidad con la que había pasado por delante del Sol. Ninguna mancha podría avanzar tan rápido. Entre los defensores de Gassendi estaba el astrónomo holandés Martinus Hortensius, quien escribió un alegato sobre la honestidad del francés que es un resumen maravilloso de esta época de espejismos y observaciones engañosas:

Desde luego que sucede así: cuántas veces no somos retenidos por el prejuicio, de modo que no admitimos lo que está delante de nuestros ojos o cedemos todo lo posible ante una opinión preconcebida por la perversa costumbre de la naturaleza humana. Ni siquiera yo me excluyo de esa debilidad: yo habría pensado lo mismo si hubiera tenido éxito observando Mercurio.

FULGORES POSTIZOS

Cuando Galileo tuvo noticia de que Kepler había confundido Mercurio con una mancha solar no le sorprendió en absoluto, pues el prejuicio sobre el tamaño del planeta estaba en la base misma de una de sus grandes peleas y de las contradicciones que había encontrado al dirigir su telescopio a los cielos. La primera y más llamativa de todas era la siguiente: al observar la Luna y los planetas a través de las lentes, su tamaño aumentaba de manera exponencial hasta completar un gran disco delante de sus ojos, pero cuando dirigía el telescopio a las estrellas, estas aumentaban en una proporción mucho menor. «El telescopio podrá multiplicar los restantes objetos, por ejemplo, según una proporción de cien», escribe, pero «las estrellas apenas se convierten en cuatro o cinco veces más grandes». No era la única diferencia que había entre las observaciones con l’occhio libero («el ojo desnudo») y las que hacía a través de su nuevo instrumento. A simple vista, cuando Marte estaba en su posición más cercana aparentaba ser unas cuatro o cinco veces más grande que cuando estaba más alejado. Cuando Galileo miraba lo mismo por el telescopio, el tamaño aparente de Marte aumentaba a sesenta veces. En las noches en que Júpiter y Venus aparecen próximos el uno al otro en el cielo, la impresión que da el brillo de ambos planetas es que el segundo es como diez veces más brillante y grande que el primero, pero Galileo miraba a ambos y el telescopio le mostraba Júpiter cuatro veces más grande que Venus, a pesar de las distancias.

Esquema de las Pléyades dibujado por Galileo en Sidereus Nuncius. © Jay M. Pasachoff-Getty Images.

Todos estos datos llevaron a Galileo a una conclusión: pese a las necesarias precauciones que él mismo apuntaba, el telescopio no solo era fiable, sino que era más fiable que el propio ojo humano. Es más, las diferencias de observación se debían, según sus palabras, a un defecto de nuestro ojo, incapaz de filtrar los «fulgores que rodean las estrellas», que él denominó «rayos adventicios», o «fulgores postizos», que el telescopio sí limpiaba. Esto explicaba, a su juicio, por qué al mirar una estrella a simple vista parecía más grande que cuando la miraba con sus lentes de aumento. Así lo explica en su Sidereus Nuncius:

Cuando se miran las estrellas a simple vista, no se nos muestran según su simple y, por así decirlo, desnuda grandeza, sino irradiadas por una especie de fulgores, y por una cabellera de brillantes rayos, y esto es tanto más potente cuando ya es noche cerrada. Es por eso que parecen bastante más grandes que si estuviesen libres de esas melenas postizas. En efecto, el ángulo visual no está delimitado por el cuerpo propio de la estrella, sino por el resplandor ampliamente esparcido alrededor.

¿Dónde se metían estos «rayos adventicios» cuando Galileo miraba otros objetos como la Luna? En su opinión, la imagen aparente de nuestro satélite, o de los planetas, se hacía tan grande en el objetivo que no dejaba sitio a los perniciosos destellos que engañaban a nuestro entendimiento. «Los planetas muestran sus globos exactamente redondos, circulares y esféricos», insiste, mientras que «las estrellas fijas nunca se ven delimitadas por un perímetro circular, sino por ciertos resplandores, que liberan rayos brillantes y muy titilantes todo alrededor». Galileo aventuraba una posible explicación de aquella ilusión sobre el tamaño de las estrellas y lo achacaba a que «la luz es reflejada en la humedad que cubre la pupila o porque es reflejada por los bordes de los párpados y estos rayos reflejados se difuminan sobre la pupila, o por alguna otra razón». La idea de que el origen de todo estaba en el ojo se reforzaba al comprobar que las estrellas perdían ese brillo pernicioso cuando se las miraba de día o cuando una nube muy tenue pasaba entre el observador y la estrella.

Este mismo efecto lo hace el telescopio, que primero quita los fulgores postizos y accidentales de las estrellas y después aumenta las esferas realmente aisladas de aquellas (si de verdad tuviesen forma esférica), por lo que así parecen aumentadas en una proporción más pequeña: en efecto, las estrellitas de una quinta o sexta magnitud, vistas a través del catalejo se muestran tan grandes como si fuesen de primera magnitud.

Durante los siguientes años, este efecto por el que unos objetos aparecían de distintos tamaños según se miraran a simple vista o con el telescopio se achacó a una característica del propio ojo, aunque los mecanismos no se terminaban de comprender y dieron pie a distintas especulaciones. No sería hasta cuatro siglos después, en febrero de 2014, cuando un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Nueva York, dirigidos por el español José Manuel Alonso, ofreció una explicación desde la neurociencia. Lo que sucede, me cuenta Alonso, es que los estímulos oscuros producen una respuesta neuronal fiel al objeto, mientras que los claros lo exageran. Y esto es una propiedad intrínseca de las células de la retina, que se activan de manera diferente según los niveles de luz. Esto explica, por ejemplo, que Venus pareciera mucho más grande de lo esperado a simple vista. Para entenderlo, se suelen poner dos imágenes adyacentes idénticas pero con los colores alternados. En la primera vemos un círculo negro con los bordes difuminados sobre un fondo blanco y en la segunda un círculo blanco sobre fondo negro. El efecto se reconoce de inmediato y es el mismo que observaba Galileo cuando veía un planeta a simple vista sobre el fondo de la noche y luego lo observaba con su catalejo: el círculo blanco aparenta ser mayor que el círculo negro a pesar de que son del mismo tamaño. Es el ojo el que nos está dando la información alterada.

Los estímulos oscuros producen una respuesta neuronal fiel al objeto, mientras que los claros lo exageran. Agencia SINC.

A pesar de su firme creencia en las virtudes del telescopio como filtrador de rayos perturbadores, Galileo también tuvo dudas sobre la fiabilidad de lo que estaba viendo. Su actividad en torno al año 1610 fue absolutamente frenética. Era el primero en llegar a la nueva Terra Incognita, al territorio de lo que había permanecido invisible, y cada noche hacía uno o varios descubrimientos. Mirara donde mirara había fenómenos sorprendentes y nunca antes observados. Como suele suceder, la primera reacción de algunos contemporáneos al tener noticia de sus observaciones fue de incredulidad, cuando no de desprecio. Es famoso el ridículo de Martin Horky, quien, además de afirmar que al mirar con el telescopio algunas estrellas fijas se ven doble, insistió en que «Dios no crea cosas inútiles» y «estos astros no pueden existir». Por su parte, Giovani Magini decía que cuando miraba al Sol con el telescopio con lentes oscuras veía tres soles, y el jesuita alemán Christopher Clavius indicó a través de terceros que Galileo no había podido ver las lunas de Júpiter a menos que las hubiera metido dentro del telescopio (aunque en su descargo hay que decir que al comprobarlo por sí mismo se retractaría).

La meticulosidad de Galileo le hizo salir airoso de la mayoría de las críticas. En ocasiones se equivocó, como su explicación de las mareas (que atribuyó al movimiento de la Tierra), donde se le escapa un ramalazo escolástico, pero sus aciertos se debieron en parte a un cambio de enfoque a la hora de afrontar la búsqueda del conocimiento. Ya no partía de ciertas premisas en busca de pruebas, sino que observaba e intentaba construir de abajo hacia arriba. Lo resume por boca de Simplicio en uno de los Diálogos:

Aristóteles construyó su principal fundamento sobre el razonamiento a priori, mostrando la necesidad de la inalterabilidad del cielo por sus principios naturales, manifiestos y claros. Y lo mismo estableció después a posteriori mediante los sentidos y las tradiciones de los antiguos.

Galileo y sus contemporáneos aún estaban muy lejos de utilizar el método científico tal y como se define hoy en día, pero su experiencia directa con la realidad le había puesto delante de un problema que después sería fundamental para el desarrollo del conocimiento: la corrección sistemática de sesgos. Con su intuición, el italiano comprendió que las fuentes de engaño estaban incluso en sí mismo y, aunque confiaba demasiado en los instrumentos, se dio cuenta de que había aberraciones que producía la propia observación y otras que estaban en la naturaleza, como los «vapores terrestres» que hacían parecer mayores al Sol y la Luna y que, según intuía, quizá existieran en otros planetas. Contemplando la nueva realidad que había permanecido inaccesible a nuestros sentidos hasta el desarrollo de su telescopio y otros aparatos, Galileo comprendía que se podían descubrir cosas nuevas no solo sobre otros mundos, sino esencialmente sobre el que ya creíamos haber comprendido.

ESTRELLAS EN EL MUSEO

Es una fresca mañana de junio de 2014 y estamos en una de las salas del Museo del Prado, en Madrid, frente a varios cuadros del pintor flamenco Pieter Paul Rubens. Me acompaña Montserrat Villar, astrónoma del Centro de Astrobiología (CAB-CSIC) asociado al Instituto de Astrobiología de la NASA, quien lleva unos años dedicada a una curiosa labor: rastrear los cielos de los cuadros en busca de fenómenos astronómicos. Nos hemos venido al Prado precisamente a ver las estrellas que los pintores reflejaban en sus cielos y atisbar cuáles eran sus conocimientos de astronomía. El primer cuadro que queremos analizar es el impactante Saturno devorando a sus hijos, de Rubens. La escena representa un episodio mitológico que se ha pintado muchas veces (unas cuantas salas más allá está la versión de Francisco de Goya, cuya visión me provocó pesadillas en la infancia) en el que el Dios se come a sus hijos para tratar de impedir que uno de ellos le destrone como augura la profecía. En primer término, el anciano sostiene en su regazo a un niño al que asesta una brutal dentellada en el pecho. El detalle con el que Rubens ha representado la piel y la carne separándose del cuerpo del chiquillo causa cierto desasosiego. También su cabeza vuelta hacia atrás y los ojos transidos por el dolor. Pero lo que nos interesa a nosotros es un detalle más sutil del cuadro, que puede pasar desapercibido para el observador. En la parte de atrás, entre siniestros nubarrones, Rubens ha pintado tres «estrellas» que representan precisamente al planeta Saturno, el viejo titán Crono, padre de Júpiter.

Lo que está haciendo Rubens, nos explica Montserrat, es representar Saturno tal y como lo había visto Galileo a través del telescopio. En 1610, veintiséis años antes de que se pintara el cuadro, el astrónomo italiano había dirigido sus lentes hacia el planeta y se había sentido confundido. «La estrella de Saturno no es una única estrella, sino que está compuesta de tres, que casi se tocan, nunca cambian de posición ni se mueven con respecto a las otras», escribió Galileo. Le extrañaba que fuera tan diferente de las otras estrellas y recalcaba que «el ojo desnudo no distingue ninguna de estas formas sin el telescopio», así que lo atribuyó de nuevo a los dichosos rayos adventicios. A falta de entenderlo mejor, representó lo que veía sobre el papel con un sencillo esquema: oOo

Lo curioso, y de lo que Rubens no había tenido noticias, es que Galileo volvió a mirar a Saturno dos años después y no vio lo mismo. Las estrellas pequeñas habían desaparecido y el italiano llegó a bromear sobre si verdaderamente Saturno había devorado a sus hijos, esta vez en los cielos. Sus dibujos representan perfectamente la evolución de lo que Galileo iba viendo con su telescopio: primero una estrella doble, después una especie de círculo con asas, más tarde una especie elíptica con forma de ojo. A pesar de sus afirmaciones contundentes («cómo puede pasársele por la cabeza a alguien que me haya engañado ingenuamente con mis observaciones», escribe), lo cierto es que Galileo duda y empieza a plantearse si no ha sido víctima de una ilusión, como ha sucedido en otras ocasiones. El italiano tiene todos los datos delante, como nos explica Montserrat, pero no cuenta aún con las herramientas ni el contexto para interpretar lo que está viendo de manera correcta. Será el holandés Christiaan Huygens quien, unos años después, al observar las imágenes por su cuenta, ate los cabos y comprenda que se trata de un sistema de anillos y que lo que está viendo Galileo es la posición de estos mientras el planeta cambia de lugar respecto a la Tierra y, con ello, el ángulo en el que se perciben los anillos.

Galileo ilustró así lo que veía al observar Saturno. © NASA.

Justo al lado de Saturno devorando a sus hijos tenemos otro cuadro de Rubens que parece la continuación de esta historia astronómica. Este representa El nacimiento de la Vía Láctea y en él vemos a la diosa Juno en un carro dorado arrastrado por dos pavos reales. En la parte de atrás asoma Júpiter, el hijo que Saturno no consiguió devorar y que al final terminó destronándolo, y está muy enfadado porque aquí se desarrolla una especie de culebrón divino. El niño al que está amamantando la diosa es Hércules, el hijo que ha tenido Júpiter (Zeus) con una mortal y que él ha colocado a escondidas junto a Juno dormida para que esta le amamante con su leche. Pero la diosa despierta de repente y al retirar el pecho sale un chorro de leche que al esparcirse forma, según el mito, la Vía Láctea. Y eso es lo que vemos en el cuadro, leche que sale hacia el firmamento y se convierte en un montón de pequeñas estrellas. Una vez más lo que nos interesa está en la parte del cuadro en la que menos se fija la gente: el fondo estrellado. Si nos acercamos, podemos apreciar que la Vía Láctea está resuelta en muchas estrellas individuales. Otro de los hallazgos de Galileo. Durante milenios, los hombres habían mirado al cielo y habían visto aquel camino de leche, pero todos veían una banda difusa. Solo cuando Galileo apuntó con su telescopio se dio cuenta de que estaba compuesta de infinidad de estrellas.

Las observaciones de Huygens le llevaron a comprender que se trataba de anillos. AESA.

En otra de sus obras Galileo reflexiona sobre la naturaleza de estas nebulosas y resalta que ahora sabemos que «no son más que un agregado de muchas estrellas diminutas que resultan invisibles para nosotros». El hecho de que las veamos en forma de río de leche o camino blanquecino, insiste, se debe a la conjunción de los brillos que coronan a cada una de estas pequeñas estrellas por separado y causan una falsa impresión cuando las miramos a simple vista. Y de aquí Galileo da otra vez un triple salto con pirueta y nos muestra que lo que vemos no existe:

Pero dado que estas irradiaciones existen solo en nuestros ojos, debe suceder que cada imagen de cada estrella existe realmente y de manera independiente en nuestros ojos. De esto podemos deducir otra doctrina: que la nebulosa e incluso la Vía Láctea no existe en el cielo sino que es una pura sensación de nuestros ojos, en el sentido de que si nuestra visión fuera tan aguda como para distinguir las estrellas más pequeñas, no habría ni nebulosa ni Vía Láctea en el cielo.

La Vía Láctea es una ilusión, a juicio de Galileo, y solo el telescopio nos puede contar la verdad de los cielos. La nueva realidad invisible está desmontando ladrillo a ladrillo el edificio del conocimiento aristotélico. En 1572, y sin tener un telescopio, Tycho Brahe ya había observado lo que él consideró «el nacimiento de una estrella» en la constelación de Casiopea (una supernova) y la siguió durante meses con un sextante esperando encontrar una paralaje diurna. Al no hallarla llegó a la conclusión de que aquel cambio se había producido mucho más allá de la Luna, lo que contradecía el principio de Aristóteles según el cual los cielos más allá de nuestro satélite permanecían inalterados. Las observaciones de los cometas, que entraban y salían del cielo de vez en cuando, confirmaban aquella contradicción. El Sol, como hemos visto, tenía unas extrañas manchas cuyo movimiento demostraba que giraba sobre sí mismo, los planetas como Júpiter tenían lunas que giraban a su alrededor —en coherencia con la mecánica heliocéntrica de Copérnico—, Venus tenía fases como nuestro satélite y la Luna no era la esfera perfecta y pura que habían predicho los clásicos, sino que mostraba montañas, valles y un montón de irregularidades que el inglés Thomas Harriot había visto y representado antes que el propio Galileo.

Uno de los dibujos de la Luna hecho por Thomas Harriot, antes que Galileo. © Heritage.

A propósito de la Luna, nuestro paseo matutino por el Museo del Prado termina unas salas más allá de donde empezó, ante las Inmaculadas del sevillano Bartolomé Esteban Murillo. En todas estas pinturas, la Virgen aparece resplandeciente sobre una esfera blanca que representa a la Luna, siguiendo la descripción de san Juan en el Apocalipsis, «una mujer vestida de Sol, con la Luna a sus pies». Durante siglos, explica mi guía, la blancura de nuestro satélite se asoció con la Virgen como un símbolo de pureza y la iconografía se repite aquí y allá en todas las representaciones. Pero existe una excepción, pintada por la misma época y obra de un artista italiano. El fresco se conserva en lo más alto de una de las capillas de la basílica de Santa María la Mayor de Roma y también representa a la Virgen sobre una esfera lunar, pero esta no es blanca y esmerilada como en todos los demás cuadros de aquellas fechas, sino que presenta pequeñas irregularidades y lo que parecen grietas.

El autor de esta pintura tan particular se llamaba Ludovico Cardi, pero era más conocido como Cigoli, y era amigo de Galileo, con el que compartía la pasión por la naturaleza y la pintura. Como testimonio nos ha quedado una carta del naturalista Federico Cesi a Galileo de diciembre de 1612 en la que le informaba de que Cigoli progresaba con la pintura del fresco en la basílica…

… y como leal amigo que es, bajo la imagen de la sagrada Virgen ha pintado la luna en la manera que ha sido revelada por su Señoría, con la línea divisoria con forma dentada y sus pequeñas islas.

Estas observaciones de Galileo con el telescopio también habían sacudido la forma de entender el mundo de sus contemporáneos. La Luna, escribe el italiano, «no es alisada, uniforme y de esfericidad exactísima, tal como la inmensa mayoría de filósofos opinó de la misma y de los restantes cuerpos celestes, sino al contrario: desigual, arrugada, y llena de huecos y protuberancias, absolutamente como la faz de la Tierra, en la que se distinguen aquí y allá las cumbres de los montes y las profundidades de los valles». El fresco de Cigoli sigue hoy día en lo alto de la cúpula, con esa esfera imperfecta algo oculta a la vista de los visitantes, como testimonio de aquel cambio en la concepción de los astros. La pintura no causó, que sepamos, ninguna conmoción ni escándalo en su momento, ni tampoco las afirmaciones de Galileo sobre la Luna, más allá de la resistencia de algún astrónomo jesuita como el citado Clavius, que había aceptado las observaciones de Galileo de buen grado pero insistía en que la Luna no tenía montañas ni valles y seguía viendo a su alrededor un halo transparente, que la hacía pura e inmaculada. Estas observaciones enfadaron al propio Cigoli que, en una carta a Galileo, dice que Clavius es

… sia non solo un mezzo matematico, ma ancho uno huomo senza ochi.

Lo que traducido es algo así como: «No solo un matemático mediocre, sino un hombre sin ojos». Aceptar una Luna gris y fea era más de lo que el jesuita estaba dispuesto a admitir sobre la naturaleza antes de morir en 1612, a los 73 años. Como ironía del destino, hoy en día uno de los mayores cráteres de la Luna lleva el nombre de Clavius.

LICENCIA PARA OBSERVAR

Si tuviera que escribir el guion de este trepidante siglo de descubrimientos, la película comenzaría una mañana, pongamos que lluviosa, en las calles de la ciudad de Danzig (en la actual Polonia). En escena veríamos a un extranjero, un inglés elegantemente vestido que baja de un carruaje con un maletín y una misión muy especial. La misión no se la ha encomendado Scotland Yard ni el MI6 (entre otras cosas, porque aún no se han fundado), sino una de las sociedades británicas que se convertiría en una de las más influyentes y poderosas de su tiempo: la Royal Society. El protagonista de esta historia es Edmund Halley, al que se conoce irónicamente por un cometa que no descubrió y cuya vida es una sucesión de aventuras y descubrimientos que merecen su propio libro. Halley ha llegado a la ciudad para encontrarse con otro personaje relevante de la época con el que algunos miembros de la Royal Society, incluido el ínclito Robert Hooke, han tenido un enfrentamiento bastante agrio, que ha rozado la descalificación personal. Estamos a 3 de abril de 1679 y el anfitrión de Halley es Johannes Hevelius, el astrónomo europeo más prestigioso del momento, el hombre que había cartografiado la Luna y trazado el mayor mapa estelar desde los tiempos de Hiparco, pero que, por algún motivo, ha renunciado a utilizar el telescopio. El mismo tipo que había fabricado unos años antes los telescopios más grandes de Europa, es ahora el último astrónomo que trabaja «a ojo desnudo».

Quien recibe a Halley no es el propio Hevelius sino su segunda esposa, Elizabeth, la que a la postre será considerada por muchos como la primera gran astrónoma de la historia moderna. Las observaciones que le han encomendado comienzan la misma noche de su llegada, pero en los primeros días el inglés se limita a observar el método de trabajo de su colega. Este utiliza un cuadrante de gran tamaño con el que mide los ángulos y las posiciones de los astros a simple vista, que era lo que criticaban tanto Hooke como el astrónomo real John Flamsteed. En opinión de los ingleses, el sistema de Hevelius era atrasado e impreciso, y no tenía sentido seguir mirando a las estrellas sin utilizar los instrumentos que permitían resultados más fiables. Estaban seguros de que sus mediciones tenían un error sistemático de no menos de un minuto de arco cuando los telescopios permitían reducirlo a un segundo. Le acusaban de cometer los mismos errores de medición que había cometido Tycho Brahe unas décadas antes. A menos que dos estrellas estuvieran separadas por esta distancia, argumentaban, aparecerían a simple vista como una sola. Hevelius no negaba que pudiera ser más preciso el telescopio, pero aseguraba que su técnica, depurada por los años, ofrecía una gran fiabilidad. Lo que terminó de enfadarle fueron las ridiculizaciones de Hooke, así que retó a la Royal Society a que enviara un emisario a comprobar si su método era tan poco fiable como ellos anunciaban.

Tras una primera toma de contacto, Halley sacó sus propios instrumentos y comenzó a trabajar mano a mano con Hevelius cada noche durante dos largos meses. El 5 de junio observaron juntos la ocultación de Júpiter por la Luna. En las sesiones había a veces hasta seis observadores más, para contrastar los datos. Observaban la distancia al horizonte de las estrellas, la Luna y distintos astros con meticulosidad, anotando cada posición. Halley, con su cuadrante telescópico, y Hevelius, con el suyo a simple vista. Algunas noches hubo estrellas que Halley sí podía ver y que resultaban invisibles a los ojos de Hevelius, pero cuando realizaron las tablas y compararon los resultados no había grandes diferencias. Aunque los métodos le seguían pareciendo obsoletos, Halley tuvo que admitir que Hevelius estaba haciendo bien su trabajo y así lo admite en una carta a Flamsteed el 7 de junio:

… sobre las distancias medidas con los sextantes, le aseguro que me sorprendí al ver un acuerdo tan parecido en ellas […] Verifico que he visto la misma distancia repetida en numerosas ocasiones sin ningún error mayor de 10 segundos de arco.

El honor de Hevelius quedó restituido y Halley partió rumbo a Londres el 18 de julio con el encargo de comprarle un vestido de seda a Elizabeth. Solo dos meses después, el 26 de septiembre de 1679, la historia se cerraría de una forma dramática. Johannes y Elizabeth Hevelius habían salido a pasear por un jardín no demasiado lejos de la muralla de Danzig. Hacia las 23:00 h regresaban en un carruaje a su casa cuando descubrieron una luz a lo lejos y una multitud en torno a su residencia: el observatorio había sido consumido por un espantoso incendio. Los sirvientes habían intentado salvar algunos de los valiosos libros y cartas astronómicas arrojándolas por las ventanas, pero buena parte de lo contenido en el observatorio y de los instrumentos habían sido destruidos por el fuego. Un corresponsal relata al cónsul inglés Peter Wyche los detalles de lo sucedido aquella noche, como testigo y con el relato del propio Hevelius. El fuego había empezado dos horas antes en las caballerizas porque el cochero se había dejado una vela encendida. En pocos minutos, ayudado por el viento, todo se había convertido en una bola de fuego.

Ojalá el Todopoderoso tenga piedad y no nos deje ver otro fuego como ese, tan doloroso y tan horrible. Apenas puede describirse la manera en que el aire se llenó de papeles volando, empujados por el viento […] Y si Dios no hubiera querido que el viento soplara en otra dirección, la vieja ciudad de Danzig habría corrido un gran peligro.

Afortunadamente, Hevelius recabó la ayuda de nobles y mandatarios de la época y se repuso del trago. A su muerte, Elizabeth continuó con la labor de su esposo y completó muchos de los mapas que él había comenzado. Y, pese a los reproches de Hooke, Halley y muchos otros, siguió mirando al cielo con unos viejos cuadrantes y el ojo desnudo.

OTROS OJOS, OTROS PLANETAS

Por aquellas mismas fechas, en 1686, se produjo otro encuentro entre dos de los grandes personajes de este siglo de la observación y de nuevo con el trasfondo de la desconfianza en los nuevos hallazgos. El filósofo inglés John Locke viajó desde Gran Bretaña a otro lugar de Europa, la pequeña localidad holandesa de Delft, donde le esperaba el hombre de moda del momento, el conspicuo e hiperactivo Anton Van Leeuwenhoek. De aquel encuentro hay muy pocos datos y algunos los recopila Catherine Wilson en su maravilloso The Invisible World. El comerciante holandés mostró orgulloso al inglés algunas de las maravillas a las que podía acceder a través de sus instrumentos de observación, como células de la sangre, el aspecto de un diente humano o espermatozoides del semen de un perro.

Pude ver pegados en una placa de cristal algunos de los pequeños animales que él me dijo que había sacado del útero de una perra tras el coito. Me parecieron pequeñas bolas y con mucha dificultad pude apreciar las colas que él describe en ellas si es que vi alguna, pues había pasado mucho tiempo desde que habían sido tomadas y se habían secado y muerto en la placa de cristal.

Locke estaba en Delft por lo mismo que tantos otros. Casi nadie se creía que lo que contaba Leeuwenhoek fuera real. Las cartas del holandés a la Royal Society en las que aseguraba poder distinguir unas diminutas criaturas, llamadas animálculos, con un instrumento de aumento mucho más potente que los de Hooke, habían sembrado el desconcierto. Malpighi, Swammerdam y el propio Hooke estaban haciendo grandes aportaciones con lo que descubrían al microscopio, pero los hallazgos de Leeuwenhoek resultaban inverosímiles. «¿No tendrá este señor alguna idea preconcebida en los ojos y en el microscopio que le impida ver correctamente?», se preguntaba en una carta de 1686 el anatomista Lorenzo Bellini. Otro miembro de la Royal Society, el doctor Daniel Whistler, que trabajaba en el estudio del raquitismo, calificaba los animálculos como «pequeñas criaturas imaginadas», que «podrían no ser nada más que pequeñas partículas de pimienta flotando en el agua». Hasta el gran Christiaan Huygens se cuestionó la veracidad de las afirmaciones. «He intentado en vano ver las cosas que él ve», escribió, «pero dudo que sean algo más que ilusiones ópticas».

La posibilidad de que estuvieran ante un artefacto llevó a la Royal Society a pedir más pruebas, así como instrucciones para poder reproducir el experimento. Pero el holandés era muy cauto a la hora de divulgar su conocimiento de las lentes y solo después de muchos intentos Robert Hooke consiguió ver los mismos animálculos con sus lentes. Otra forma de revisión por pares de la época, antes de que nacieran las revistas científicas (Philosophical Transactions acababa de aparecer), era el reclutamiento de testigos. Leeuwenhoek había hecho sus observaciones con hasta ocho testigos, entre ellos dos ministros y un notario de la localidad de Delft, pero aun así no era suficiente. El lema de la Royal Society recogía ya el espíritu de esta desconfianza en los demás. Nullius in verba, que significa «en la palabra de nadie», era otra andanada a Aristóteles, pues remitía a un poema de Horacio en el que el poeta presumía de no ser dado a «confiar en la palabra de ningún maestro». El propio Locke viajaba a Holanda siguiendo la filosofía del «si no lo veo no lo creo» y, a pesar de contemplar con sus propios ojos las criaturillas flotantes en el agua, siguió convencido de que los microscopios no podían mostrar más que la superficie de las cosas.

Leeuwenhoek era un hombre extremadamente curioso. Construyó decenas de microscopios con su propio sistema, diferentes a los que estaban fabricando naturalistas como Hooke y otros, realizó cientos de observaciones e investigó sobre temas como el olor de la orina después de comer espárragos. Recibió en su gabinete a los personajes más ilustres de la época, como Pedro el Grande, Federico de Prusia o la reina María II de Inglaterra. Además de sangre y saliva, observó muestras de leche, huesos, pelo, sesos, sudor, grasa, lágrimas… y lo más importante: descubrió los primeros protozoos y bacterias, aunque aún no tenía elementos para relacionarlos con las enfermedades. También se defendió de las críticas, pero no ignoraba la existencia de artefactos. Como había hecho Hooke con anterioridad, Leeuwenhoek advirtió de la posibilidad de engañarse al observar a través de la lente.

Nadie debe publicar o sacar a la luz nuevos descubrimientos, juzgados por una observación, sino que debe ver lo mismo una y otra vez muchas veces, porque me pasa a menudo que gente que ha mirado por un cristal de aumento, dicen ahora haber visto esto, luego lo otro, y cuando les doy mejores instrucciones se dan cuenta de que sus opiniones estaban equivocadas y, lo que es más, incluso aquel que está acostumbrado a mirar por el microscopio puede ser confundido haciendo un juicio demasiado rápido sobre lo que ve.

Otro holandés, Jan Swammerdam, quien llevaba tiempo observando con sus propios instrumentos insectos y «animales que carecen de sangre», también era cauto.

Aquellos a quienes gusta el microscopio deben tener cuidado de no confiar únicamente en una lente o cristal, y no deben mirar el objeto de la misma manera y en la misma posición, pues por estos medios se producen muchos errores.

Con el microscopio no solo era difícil obtener una imagen nítida y estable, sino que lo que aparecía ante el ojo estaba a veces distorsionado o cambiaba de color. «La sangre parece roja a simple vista», escribió Locke tras su visita al holandés, «pero con un buen microscopio, que desvela sus partes más pequeñas, se ven solo unos cuantos glóbulos rojos, flotando en un líquido transparente». Robert Boyle, otro de los científicos pioneros que trabajaba con la ayuda de Hooke en la búsqueda del vacío, también recalcaba este cambio de apariencia de las cosas cuando se las veía al microscopio. El color cambiaba o perdía su intensidad, parecía difícil de creer que fuera la misma cosa. «Son muchos los cuerpos que existen», escribía Boyle, «cuyos fragmentos parecen opacos al ojo desnudo, que cuando los pongo bajo un buen microscopio aparecen transparentes… Todavía no estoy seguro de que existan cuerpos cuyas partículas más minúsculas, incluso en un microscopio como el mío, no parezcan diáfanas».

Las dos principales fuentes de distorsión en microscopios y telescopios eran la aberración cromática (los colores se veían distorsionados porque las longitudes de onda viajaban de forma distinta a través de la lente) y la aberración esférica, que daba a los objetos una apariencia estrambótica y abombada. Estos detalles servían a los detractores del microscopio para reafirmarse en sus críticas. «Un piojo, en virtud de una lupa, parece una langosta», escribía la influyente Margaret Cavendish, duquesa de Newcastle. Para ella, la imagen distorsionada que ofrecían los artefactos no tenía correspondencia con la realidad natural, y por tanto, no servía para juzgarla.

Según las estimaciones hechas hoy, los cuerpos más pequeños que observó Leeuwenhoek podían tener en torno a 1,25 micras, suficiente para haber podido ver bacterias. Sus lentes, que él sostenía en lo alto para ver las muestras con la luz del sol, conseguían cerca de quinientos aumentos, cuando el telescopio con el que Galileo había hecho sus descubrimientos tenía apenas veinte. Pero ¿cómo sabía él en qué escala se estaba moviendo y qué dimensiones tenían los animálculos de ese mundo desconocido? Los medios para determinarlo eran muy caseros. Al principio Leeuwenhoek hacía comparaciones un poco vagas, como «esto es ocho veces más pequeño que el ojo de un piojo», pero después empezó a colocar un grano de arena como referencia e iba viendo a qué tamaño conseguía aumentarlo la lente. En octubre de 1676, cuando hizo su gran descubrimiento de los animálculos nadando en el agua recogida de un lago, Leeuwenhoek hacía sus cálculos:

Imagino que cien mil de estas pequeñas criaturas no igualan el tamaño de un grano de arena normal: y al lado de un ácaro del queso (cuyo movimiento se puede ver a simple vista) calculo que una de estas criaturas acuáticas es como una abeja al lado de un caballo. Y la circunferencia que ocupa uno de estos pequeños animales en el agua no es tan grande como el pelo de un ácaro.

Aunque el holandés utilizó también alguna regla de latón para hacer la comparación de tamaño, hubo que esperar hasta 1718 para que James Jurin fabricara un ingenioso dispositivo para tomar referencias que consistía en enrollar un fino hilo de plata en un alfiler y contar después el número de vueltas con el espécimen observado. En 1750 se crearían los primeros micrómetros basados en un principio parecido, esta vez con una cuadrícula extremadamente fina de metal.

Muy poco antes, Galileo había tenido el mismo problema para calcular la escala. ¿Cómo podía saber la distancia que estaba salvando su telescopio cuando observaba un objeto? El primer ajuste lo hacía con las casas e iglesias de su pueblo, tomando como referencia un objeto y comparando la diferencia (parecido al grano de arena de los microscopistas). También se las ingeniaba con círculos para crear un primer calibre:

… para comprobar con poco esfuerzo el aumento del instrumento, se dibujarán dos círculos, o dos cuadrados en un cartón, de los que uno sea cuatrocientas veces mayor que el otro, y esto ocurrirá en el momento en que el diámetro del mayor tenga la longitud veinte veces más grande que el diámetro del otro. Luego se examinarán desde lejos ambas superficies, fijas en la misma pared, la más pequeña con el ojo acercado al catalejo, la más grande, a su vez con el otro ojo libre, cosa que es fácil de hacer teniendo abiertos a un tiempo ambos ojos. Si el instrumento aumentase los objetos según la proporción deseada, entonces, ambas figuras aparecerán del mismo tamaño.

Por si fueran pocos los límites físicos, la observación estaba sujeta a otro sesgo aún más importante: el de las propias creencias del observador. De forma inconsciente era muy fácil dejarse llevar por las ideas preconcebidas y ver lo que uno quiere ver. Por eso, al observar los primeros glóbulos rojos, que ya había divisado Malpighi, tanto Leeuwenhoek como Swammerdam creyeron ver precisamente eso, «glóbulos», cuando estas células son aplanadas con una concavidad en el centro. Tanto uno como otro, influidos por las teorías del corpuscularismo, tendían a ver esferas diminutas por todas partes. Y también estaban influidos por sus prejuicios morales. Cuando observaba los espermatozoides, a Leeuwenhoek le preocupaba que pudieran pensar que eran los suyos propios y que hubieran sido obtenidos de manera «pecaminosa». La primera vez aseguró haber obtenido el semen descargado espontáneamente por un hombre que yacía con una mujer «no limpia» que tenía gonorrea. Después observó espermatozoides de perro y de conejo y terminó admitiendo que eran los de su lecho de matrimonio, pero recalcando que no los obtenía por el oscuro pecado de la masturbación, sino que los recogía de la cama tras yacer con su mujer y que lo hacía inmediatamente (habría que ver qué pensaba ella cuando le veía saltar de la cama a toda velocidad en dirección al microscopio). Además, Leeuwenhoek no había sido el primero. Nicolaas Hartsoeker reclamó después haber sido el pionero en la observación de los animálculos del semen, pero no lo había promulgado porque le pareció «poco decoroso» su anuncio a la sociedad. Con todos sus remilgos, el espectáculo que describen era maravilloso y desconcertante. Al describir el semen, Leeuwenhoek se asombraba de haber visto

… tal cantidad de criaturas vivas en él que algunas veces más de un millar se estaban moviendo en un trozo de material del tamaño de un grano de arena. Estos animálculos eran más pequeños que los corpúsculos que le dan el color rojo a la sangre, de modo que me parece que un millón de ellos no igualarían en tamaño a un grano grande de arena…

Se movían hacia delante con el movimiento de serpiente de su cola, como hacen las anguilas cuando nadan en el agua.

Nada de todo aquello encajaba bien con el esquema previamente trazado para explicar la realidad y desencadenaría un interesante, y a veces sórdido, debate sobre la reproducción humana. Mientras se debatía sobre las generaciones de hombrecitos esperando a nacer dentro de nosotros, la «sustancia homogénea» que, según Aristóteles componía el mundo, sufría nuevos zarpazos. Las cosas al microscopio eran feas e imperfectas, aunque Hooke encontró un atajo para salvar el papel del Creador cuando observó que estas imperfecciones se daban en objetos construidos por el hombre, como la aguja, pero que los pelos de una mosca, por ejemplo, eran infinitamente más lisos y afilados. En torno a la nueva realidad invisible, John Locke se planteó otro debate interesante: si Dios nos había dado los ojos para ver lo que vemos, ¿por qué habría de querer que viéramos más allá y qué utilidad tenía? El filósofo inglés estaba convencido de que, aunque los artefactos permitían ver más allá (los «átomos vivos» que menciona alguna vez Leeuwenhoek), se trataba de un acto fútil, como si viéramos los componentes de un reloj por separado y no pudiéramos saber la hora. Y mientras ahondaba en esta cuestión planteó una posibilidad que hoy parece el argumento de una novela de ciencia ficción: si tuviéramos ojos capaces de ver a nivel microscópico, ¿qué entenderíamos de la realidad? Igual que no podemos respirar en lo alto de las montañas, argumentaba Locke, o que tener un oído ultrasensible sería insoportable, un sentido de la vista que alcanzara la realidad microscópica sería doloroso. Si la visión de una persona fuera «de 1.000 a 100.000 veces más aguda de lo que es ahora con el mejor microscopio», escribió, «serían visibles al ojo desnudo cosas que son millones de veces más pequeñas que el objeto más diminuto que vemos ahora». Bajo esta nueva visión, «nada sería igual», concluía, pero el resultado sería «incomunicable e inútil» para el conocimiento humano.

Antes de que Locke hablara de ojos microscópicos, el meticuloso Robert Hooke ya había tomado conciencia de las nuevas perspectivas que abrían los artefactos de observación. Dado que al mirar los objetos más pequeños, «cuya superficie aparece lisa al ojo desnudo», descubrimos que están llenos de irregularidades y grietas, bien podría pasar lo mismo al mirar los objetos más grandes y lejanos como los cuerpos celestes y hasta la propia Tierra parecería un objeto diminuto como nos parecen a nosotros las estrellas. Por eso, en un futuro…

… no parece improbable que, como se habrán inventado otras muchas ayudas para el ojo, que superen en mucho a las ya inventadas… quizá seamos capaces de descubrir criaturas vivas en la Luna y en otros planetas.

Trescientos años antes de que todo aquello fuera materia de estudio, Hooke estaba profetizando la búsqueda de vida extraterrestre, aunque sería Christiaan Huygens quien iría más allá por aquellas mismas fechas con su pequeña obra, bajo el título de Cosmotheoros, en la que exponía la vida que imaginaba en los otros cuerpos del sistema solar. Huygens creía que había muchos planetas y lunas más allá de los que vemos y que los veríamos porque la luz viaja de manera instantánea. ¿Qué puede ser más asombroso, se preguntaba, que la partícula de un cuerpo nos pueda dar información sobre la forma, la posición, la distancia o el color de un objeto que está tan lejos de nosotros? Si la luz es este movimiento instantáneo, argumentaba, y nuestro ojo está diseñado para la recepción de estos estímulos tan concretos…

… es probable, y creíble, que en estos planetas las cosas tengan una exacta correspondencia con nosotros, y que sus animales tengan los mismos órganos y que utilicen la vista de la misma manera que nosotros. Entonces estas criaturas tendrán ojos, y al menos debemos garantizarles dos porque de otra manera no percibirían algunas cosas próximas a ellos.

En otras palabras, si la luz es instantánea y la manera óptima de interpretarla es la nuestra, en caso de existir criaturas en otros planetas es lógico pensar que el sistema empleado para percibir la realidad será el mismo. Los extraterrestres tendrán ojos y serán como los nuestros.

COLORES

SERPIENTES EN EL CIELO

En una de las escarpadas paredes del Parque Nacional Kakadu, al norte de Australia, hay pintado un arco de color anaranjado sobre la roca. La pintura tiene varios miles de años de antigüedad y es una de las muchas representaciones de una deidad de los aborígenes australianos conocida como la «serpiente arcoíris». Durante siglos los habitantes de esta zona del planeta pensaron que el arcoíris era una enorme serpiente que vivía en el interior de las pozas y de los ríos y que de vez en cuando asomaba para viajar desde uno a otro por el cielo. El mito se repite de forma global en casi todas las culturas que viven en zonas tropicales, donde llueve mucho y hay serpientes por todas partes. Los guajiros, que viven entre Colombia y Venezuela, pensaban que el arcoíris era una serpiente que espantaba a la lluvia escupiendo colores por su boca. En las mitologías de otras zonas más frías, como la nórdica, el arcoíris era un enorme puente entre la tierra de los hombres y los dioses al final del cual el dios Heimdal vigilaba a los gigantes.

Salvo que vivas en el desierto de Atacama, hay pocas experiencias más universales que la visión del arcoíris. Por muchas veces que se haya visto, la imagen de un arco de colores en el cielo sobrecoge a cualquiera que la contemple y no es de extrañar que en la Antigüedad disparara la imaginación de los seres humanos. Los primeros intentos de explicar racionalmente su origen son de la antigua Grecia. Aristóteles lo asoció a la presencia de nubes de lluvia y aventuró que la luz rebotaba sobre estas, creando una especie de esfera en cuyo centro estaba el observador. Su explicación era la más intuitiva, pues el arcoíris suele aparecer con nubes cerca y era difícil comprender su verdadera naturaleza sin más conocimientos. En los siglos siguientes, hacia el año 1000 d.C., el filósofo musulmán Avicena avanzó un poco al determinar que el arcoíris se formaba como consecuencia de la reflexión de la luz en pequeñas partículas de agua dispersas en al aire. Pero ni el genio de Alhacén se acercó mucho más a la respuesta correcta; siguió pensando que el arcoíris se formaba al rebotar la luz sobre las nubes como en un espejo cóncavo. Tuvieron que pasar doscientos años desde los experimentos de Alhacén para que uno de los seguidores de sus enseñanzas desentrañara la clave de los arcoíris. Y lo haría utilizando una herramienta perfecta para estudiar la luz. ¿Adivinan? Una cámara oscura.

Hacia 1300 el persa Al-Farisi tuvo una idea brillante. Si el arcoíris se formaba al pasar la luz a través de una gota de agua, qué mejor que fabricar su propia gota y hacer pasar la luz a través de ella. Provisto de una esfera de cristal llena de líquido, Al-Farisi se encerraba en el interior de un habitáculo totalmente oscuro y dejaba pasar un fino haz de luz a través del cristal para comprobar su comportamiento. Y por primera vez indicó que existía algo más que la reflexión de la luz sobre la superficie. La luz entraba en el interior de la esfera con agua y se refractaba de diferentes formas y en distintos ángulos, lo que daba la primera pista de cómo se formaban los colores y el arcoíris secundario que Aristóteles había atribuido simplemente al reflejo de la luz solar a más distancia. Casi en las mismas fechas, un monje europeo, el dominico Teodorico de Friburgo, llegaba a conclusiones parecidas. «Cuando la luz cae sobre una sola gota», escribió, «se refracta dos veces y se refleja una vez antes de alcanzar el ojo del observador». Estaban muy cerca de saber cómo se formaban los colores en el cielo y por qué siempre se veían desde las mismas posiciones respecto al Sol, pero aún quedaban muchas preguntas en el aire.

Trescientos años después el filósofo francés René Descartes retomó la idea de utilizar una esfera llena de agua como modelo de gota y trasladó estos cálculos al lenguaje de las matemáticas.

Esquema de Descartes para explicar el arcoíris. Wikipedia.

Usando las mismas herramientas, y de forma independiente, Descartes se dio cuenta de que la luz se refractaba dentro de la gota en determinados ángulos y que cada ángulo correspondía a un color, por lo que llegó a la conclusión de que cada color se producía por la refracción de la luz en un grupo de gotas diferente. Para hacer bien estos cálculos era fundamental conocer cómo cambia de velocidad la luz al cambiar de medio, la llamada «ley de refracción» que Descartes se atribuyó pero que había descrito unos años antes el holandés Willebrord Snel Van Royen, a quien la posteridad le daría el reconocimiento y una L de más. Aunque se conoce como la ley de Snell, la fórmula para calcular el ángulo de la luz al atravesar la superficie de dos medios tiene muchos padres. Algunos consideran que el primero en definirla fue Ibn Sahl en el siglo X, al trabajar con sus lentes, y otros apuntan al misterioso Thomas Harriot (el inglés que miró la Luna de cerca antes que Galileo), quien demostró conocer la fórmula, aunque se negó a revelársela a Kepler cuando se la preguntó. En cualquier caso, todos dieron bastantes tumbos hasta que el matemático Pierre de Fermat, especialmente famoso por su último teorema, dio una explicación matemática de por qué la luz al cambiar de medio no seguía el camino más corto sino el que le llevaba menos tiempo. Este enfoque explica por qué ni a Newton ni a Descartes les salían las cuentas: el primero creía que la luz viajaba más deprisa en el agua y el segundo que la luz era instantánea. Al considerar que la luz viajaría más despacio en un medio como el cristal o el agua, Fermat llegaba a la conclusión de que la línea recta ya no era el camino más corto y lo demostraba matemáticamente. Para explicar este comportamiento de la luz, el premio Nobel Richard Feynman utilizó otro de sus maravillosos ejemplos, esta vez poniendo como supuesto que estamos en una playa, en el punto A, y vemos a una chica que se ha caído de una barca y está ahogándose en el punto B. Sabemos que si queremos salvarla nos toca correr y nadar. Si tomamos el camino en línea recta avanzamos muy poco en tierra y nos toca nadar un trecho más largo. Llegaremos más tarde. Si somos inteligentes nos daremos cuenta de que merece la pena recorrer más trecho por tierra y lanzarse luego al agua. Pero tampoco iremos locamente hasta C y luego saltaremos, porque lo que nos dice la geometría es que el camino óptimo está entre las dos rutas, que es exactamente el ángulo que toma la luz cuando entra en el agua.[*]

Representación del ejemplo de Feynman. © IDEE.

Mientras se discutía todo esto, otro monje, el jesuita Francesco Maria Grimaldi, inauguraba una nueva línea de experimentos que abriría uno de los debates más interesantes de la física durante años. Usando también una cámara oscura, Grimaldi quería saber qué pasaba cuando la luz golpeaba contra un objeto opaco y qué comportamiento tenían las sombras del objeto. En uno de sus experimentos comprobó que al enviar luz desde dos focos diferentes se producía una sombra más grande de lo que cabría esperar al hacer los cálculos para un rayo rectilíneo. Y que al golpear un objeto las sombras no tenían un borde nítido sino difuminado, es decir, que la luz se comportaba como el agua de un lago al producir ondas. Para explicar lo que estaba viendo, el monje acuñó por primera vez el término «difracción» y se dio cuenta de que, al igual que la reflexión y la refracción, podía tener un papel en la formación de los colores. Al rascar una superficie de metal, observó, la luz reflejada estaba coloreada, lo mismo que sucedía cuando atravesaba los finísimos filamentos de las plumas de una paloma, que provocaban una iridiscencia. Cada vez estaba más claro que el color era una propiedad de la luz y Grimaldi sospechaba que se trataba de un tipo de movimiento especial en el «flujo etéreo» que acudía desde el objeto visible hasta el ojo.

¿Qué era entonces esa propiedad tan intangible del color? Cuando los átomos de una sustancia son liberados por fricción, había propuesto Galileo, la luz emana. Huygens y Hooke asociaban el fenómeno a las vibraciones de un objeto caliente y Leonhard Euler propuso que era una especie de cuerda en movimiento. La respuesta a muchas de las preguntas había empezado a atisbarse al mirar por los nuevos instrumentos de observación. Debido a la aberración cromática, Galileo había visto extraños colores al mirar a las nuevas lunas del sistema solar y Hooke había visto el arcoíris completo dentro de su microscopio. Al observar delgadas placas de mica bajo las lentes, Hooke se había dado cuenta de que se producía un efecto multicolor que le recordaba al que había visto en la superficie de una pompa de jabón en algunas ocasiones. Si la lámina era uniforme, el color era uniforme, pero si la lámina era irregular y se superponían varias capas en forma de escalera, de pronto aparecía una gradación de colores similar a la del arcoíris: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. El mismo efecto se producía al presionar una capa de mica contra otra con una pinza, si quedaba aire atrapado entre las dos superficies. De pronto podía hacer aparecer un montón de colores en patrones circulares o convertirlos en color blanco a su antojo. Estaba fabricando arcoíris a escala microscópica.

DESTEJIENDO EL ARCOÍRIS

Cuando se habla de la teoría del color, a muchos nos viene a la mente lo que nos explicaron en el colegio sobre el experimento de Isaac Newton y la luz pasando a través de un prisma. Pero ¿estamos seguros de haber entendido el fondo del asunto? Antes de explicar el meollo de su experimentum crucis sobre la luz, conviene volver a hablar de telescopios. Hacia 1668 el joven Isaac ya estaba pensando y trabajando intensamente sobre estos temas y se dio cuenta de que podía diseñar un sistema que evitara la aberración cromática que habían sufrido los que miraban al cielo con los catalejos de Galileo. En un golpe de genialidad, Newton comprendió que el problema estaba en el núcleo del telescopio, en las lentes de cristal que estaban actuando exactamente igual que sus prismas que descomponían la luz. Por eso al observar el cielo con los telescopios refractores, los astros lucían con extraños colores. Pero, ¿y si en lugar de una lente se utilizaba un espejo? Si la idea para mejorar la imagen era hacer converger los rayos de luz en un punto, se podía optar por reflejar la imagen con una superficie cóncava en lugar de hacerla pasar por un material que la distorsionara. De esta forma, Newton diseñó el primer telescopio reflectante de la historia, en el que la luz entra por el tubo, se refleja en una superficie muy bien pulida, llega hasta un segundo espejo más pequeño y en diagonal y de ahí viaja hasta el ojo del observador. Mediante este ingenioso sistema, el problema de la aberración cromática estaba arreglado y las imágenes eran perfectamente nítidas, aunque el tamaño del prototipo hacía que tuviera poca luz. Pero la estrategia era tan interesante que se ha seguido usando durante siglos con distintas variaciones y algunos de los mejores telescopios que nos sirven para estudiar las estrellas siguen este principio.

La solución reflectante era extraordinariamente original y práctica, y al poco tiempo de mostrárselo a un pequeño grupo Newton fue admitido como miembro de la Royal Society que después presidiría. En cuanto puso un pie en la sociedad comenzaron sus disputas con Robert Hooke, en especial a cuenta de la paternidad de las ideas sobre la ley de gravitación universal. Hooke, que había sido un prolífico experimentador en distintos campos, era propenso a pensar que el resto del mundo le había copiado. De hecho, acusó a Newton de haberle robado la idea del telescopio reflectante, entre otras lindezas. A Newton le enfurecieron tanto las distintas acusaciones que decidió no publicar nada más sobre sus observaciones de la luz, y no sería hasta después de la muerte de Hooke cuando desarrollaría sus ideas en su libro Optiks (1704). Pero Newton no era ningún angelito, sino un ser bastante rencoroso que trabajó cuanto pudo en la Royal Society para devolver los ataques de Hooke y oscurecer su figura (se cuenta que destruyó uno de sus retratos). Cuando su teoría de la luz ya estaba explicada y consolidada, Newton describió un curioso fenómeno que sucedía cuando se colocaba una superficie curvada sobre una plana. La luz formaba una serie de círculos concéntricos con los colores del arcoíris. El material con el que había hecho el experimento era la mica, y la fuente de inspiración directa, casi con toda seguridad, la descripción que había hecho Hooke muchos años antes en su libro Micrographia. Pero Hooke no aparecería citado por ninguna parte, y hoy el fenómeno se conoce como los «anillos de Newton».

Un esquema del telescopio newtoniano. © Royal Society of London.

La superioridad de Newton sobre los demás pensadores de su época hacía innecesarios aquellos ramalazos vengativos. Antes del famoso experimento de los colores, Newton hizo otras observaciones relacionadas con el tema. En una de sus pruebas ató un hilo rojo y uno azul, los estiró y observó ambos a través de un prisma. Lo que vio fue que a través del cristal la línea recta del hilo cambiaba su apariencia y la parte del hilo rojo aparecía un poco más abajo que la del hilo azul. ¿La luz de un objeto rojo viajaba a una velocidad diferente de la luz de un objeto azul? ¿Qué sentido tenía aquello?

El experimento principal, con el que demostró la verdadera naturaleza de la luz, se puede reproducir hoy día con pocos medios y cierta dosis de paciencia. Mi amigo Carlos Durán me lo enseña en el Centro de Ciencia Principia de Málaga con un simple proyector de diapositivas, que emite un chorro de luz blanca, y un par de prismas de cristal. Como no tenía proyectores, lo primero que hizo Newton fue, una vez más, construir una cámara oscura en la que dejar entrar un haz de luz solar que llegara hasta el primer prisma. Al atravesar el objeto la luz se descomponía en los colores del arcoíris, pero esto no era una novedad, se había observado desde la Antigüedad y hasta Descartes lo había usado con el mismo efecto. Carlos hace pasar la luz blanca del proyector por el primer prisma y ahí lo tenemos, sobre la pared y en un ángulo de 45 grados: un pequeño arcoíris fabricado artificialmente y similar a lo que Newton debió de ver en la oscuridad. En una demostración que debió de dejar a los miembros de la Royal Society con la boca abierta, el físico añadió un elemento más y con unas láminas en las que había hecho un pequeño agujero mostró que podía separar cada uno de los colores y proyectarlo en un lugar de la pared, para evidenciar su naturaleza independiente. Al cruzar estos datos con lo que había visto con el experimento de los hilos, Newton constató que la luz azul también se refractaba más que la roja, aunque esta vez la fuente era el sol.

Pero la demostración aún no había terminado. Aquí llegaba la parte del experimento que diferencia a un genio de cualquiera de nosotros, que nos habríamos quedado mirando el arcoíris en la oscuridad embobados durante horas, pero sin sacar más conclusiones. ¿Qué pasaría, se preguntó Newton, si hacía pasar aquellos haces de luz de colores puros de nuevo por el prisma? ¿Eran los colores algo que el prisma añadía a la luz, como decía Descartes, o era algo que ya estaba desde el principio en ella? Cuando Carlos Durán hace pasar las luces coloreadas por un segundo prisma tenemos la respuesta tal y como la pudo observar Newton la primera vez: el abanico de colores atraviesa el cristal y reaparece en otro extremo de la habitación en forma de luz blanca. La luz del sol se ha reagrupado.

Esquema realizado por Newton de su experimento con dos prismas. Remitido a la Royal Society en una carta del 6 de junio de 1672. © Granger Collection-Album.

Lo que ahora nos parece un hecho bastante obvio era un descubrimiento colosal que resolvía por primera vez un gran enigma sobre la luz y el color. El prisma no añadía ni quitaba nada a la luz del sol sino que ponía de manifiesto que esta contenía rayos «de diferente refrangibilidad» o, lo que es lo mismo, rayos independientes con diferentes grados de refracción. La luz blanca era la suma agregada de todos estos rayos azules, verdes y rojos, de modo que el blanco no podía considerarse propiamente un color. Y explicaba por primera vez por qué vemos los objetos en distintos tonos. Si vemos algo rojo, por ejemplo, es porque la superficie del objeto ha absorbido el resto de rayos que contienen los otros colores y refleja solo el rojo. Para demostrarlo Newton tomaba un objeto azul y lo iluminaba solo con luz azul: se veía azul. Después iluminaba ese mismo objeto con luz roja y se veía negro. La luz roja era absorbida y no rebotaba ningún «rayo azul». «Si la luz del sol consistiera en un solo tipo de rayos», escribió Newton, «solo habría un único color en el mundo».

Con todos estos elementos, «el motivo por el que el arcoíris aparece a través de las gotas de lluvia que caen es también evidente», concluyó Newton. «Esas gotas que refractan los rayos dispuestos para parecer púrpuras», explicaba, «refractan los rayos de otros tipos mucho menos hasta el punto de dejarlos pasar, y así son las gotas del arcoíris primario». Es decir, que las gotas refractaban los colores en diferentes ángulos y estos llegaban hasta el ojo. Saber cómo percibía el ojo era otro cantar y llevaría a una larga serie de investigaciones y polémicas en las que intervendría hasta el afamado Goethe. El impacto de las teorías de Newton fue de tal calibre que algunos poetas se lo tomaron como una afrenta a la belleza de la naturaleza. «¿No se desvanecen los encantos solo con que los toque la gélida filosofía?», se preguntaba John Keats en su poema Lamia, en 1820. «Antes había en el cielo un sobrecogedor arcoíris» y la filosofía lo había convertido en otro elemento del «aburrido catálogo de las cosas vulgares», argumentaba. El conocimiento traído por Newton y los demás filósofos recortaba las alas del ángel, despojaba de embrujo el aire y «destejía el arcoíris», según el poeta. Unos años más tarde, en 1851, el filósofo y escritor Henry David Thoreau, escribiría:

A veinte millas de distancia, veo una nube carmesí en el horizonte. Afirmáis que es una masa de vapor que absorbe todos los rayos y refleja el rojo, pero eso no viene al caso… ¿Qué clase de ciencia es la que enriquece la comprensión pero despoja a la imaginación? Si conociéramos todas las cosas de ese modo meramente mecánico, ¿sabríamos algo de verdad?

Por suerte, Keats y Thoreau no podían estar más equivocados.

UNA CUESTIÓN «PARTICULAR»

Para resolver por completo el enigma de la luz había que volver al ojo. Newton era consciente de este punto y experimentó con sus propios globos oculares en busca de respuestas. «Tomé una aguja de coser y la puse entre mi ojo y el hueso lo más cerca posible que pude de la parte posterior», escribió, «y presionando mi ojo con el final de esta (para producir una curvatura en mi ojo) aparecían numerosos puntos oscuros y círculos de colores». Con este peligroso experimento, que podía haberle causado una lesión grave, Newton estaba intentando responder a algunas de las preguntas que se había hecho Descartes acerca de la parte subjetiva de la visión y si estaba realmente controlada por la conexión de los nervios. Unos años antes, Leeuwenhoek había desarrollado una obsesión similar por los ojos en busca de respuestas. Igual que Hooke se había quedado obnubilado ante los ojos de una mosca casera, el holandés analizó los de una libélula en el microscopio, separó la córnea y observó que estaba compuesta de seis partes. Después encendió una vela para ver su luz a través del ojo de la libélula y constató que se formaban diminutas imágenes invertidas. De la misma manera observó ojos de peces, insectos, renacuajos y el ojo de una vaca, con el que comprobó por sí mismo que el nervio óptico no era hueco para «dejar pasar al espíritu», como había predicho Galeno, y que estaba hecho «de muchas partículas filamentosas de una sustancia muy delicada».

En 1713, cuando Leeuwenhoek ya era un anciano, convenció al capitán de un ballenero que volvía de Groenlandia para que le dejara un enorme ojo de ballena para examinarlo. Para su análisis, publicado con gran lujo de detalles y algunos dibujos, el holandés seccionó la córnea y encontró que estaba compuesta por más de dieciséis capas. Viendo la dureza de la estructura del ojo, dedujo que se debía a la necesidad de soportar la presión de las grandes profundidades en las que nadaba el animal. «Entonces me empleé en extraer la membrana que cubre la parte trasera del ojo y examinar el nervio óptico», escribió. Encontró que «no era mayor que el nervio óptico de un buey» y esto le sorprendió, lo mismo que al ver que sus glóbulos rojos eran del mismo tamaño que los de cualquier otra criatura. Pero no halló muchas más respuestas en un ojo más grande. En ocasiones se cita a Leeuwenhoek como el primero en observar los conos y bastones de la retina, que detectó sin saber entonces que eran las células fotorreceptoras del ojo, pero leyendo sus escritos originales la afirmación quizá va demasiado lejos. En 1674 comparó el funcionamiento del ojo con lo que pasa al tocar un vaso alto de cerveza lleno de agua. «Imagino este vaso como si fuera uno de los filamentos del nervio óptico y el agua dentro del vaso son los glóbulos de los que está hecho el nervio», escribió, aún obsesionado con las formas globulares. Si tocaba el agua con un dedo, Leeuwenhoek suponía que el movimiento se transmitía por el líquido como lo hacía la señal nerviosa hasta el fondo del vaso.

Lo imagino como el movimiento que produce un objeto visible entre los delicados glóbulos que residen al final del nervio óptico cerca del ojo, de los cuales los más exteriores comunican esa especie de movimiento a los otros glóbulos hasta llegar al cerebro.

Quizá aquellos «delicados glóbulos que residen al final del nervio óptico cerca del ojo» fueran un primer atisbo de los conos y bastones, pero aún quedaba mucho recorrido antes de conocer lo que estaba pasando con la luz y el color en la superficie de la retina.

Los hallazgos de Newton sobre la luz ponían un problema bastante interesante encima de la mesa. Si la luz del sol estaba compuesta por todos los colores, ¿por qué nuestro ojo no era capaz de distinguirlos por separado? El oído, por ejemplo, parecía un instrumento más sofisticado, pues era capaz de distinguir dos notas diferentes sin ninguna dificultad. ¿Era la estructura del ojo especial respecto a las propiedades de la luz? Para entender este problema los filósofos naturales regresaron al debate que había abierto Grimaldi décadas antes sobre la naturaleza de la luz y lo que sucedía con la difracción. ¿Estaba hecha la luz de ondas o de partículas? Newton tenía muy claro que los rayos de luz eran «partículas muy pequeñas emitidas por las sustancias que brillan», aunque había barajado la idea de que podía deberse a algún tipo de movimiento periódico. Las ondas más largas parecían producir el rojo que vemos al final del espectro, dedujo a partir de las observaciones de Hooke y las suyas propias sobre los patrones de color observables en las láminas de mica. Pero había una diferencia fundamental entre el comportamiento de la luz y el del sonido. Si la luz y el sonido eran ondas, ¿por qué la luz no «giraba» en las esquinas? Si yo avanzo cantando por la calle y alguien está justo detrás de la esquina las ondas sonoras de mi voz llegan hasta sus oídos. Pero si pongo una fuente de luz no hay rayos que giren en la dirección de la persona detrás del rincón. O eso suponían entonces. Por otro lado, si la luz estaba hecha de partículas, como afirmaba Newton, ¿por qué no chocaban entre ellas como si fueran canicas? Algo raro estaba pasando y lo hacía delante de sus ojos.

Atreverse a aquellas alturas a cuestionar a Newton, cuando había clarificado tantos fenómenos físicos y ordenado la naturaleza con reglas matemáticas, era toda una osadía. Pero Christiaan Huygens había estudiado la luz tanto como Newton y sus conclusiones eran diferentes. Al holandés ya lo hemos citado por aquí como el descubridor de que el triple sistema que Galileo había visto en Saturno era en realidad sus anillos y como autor del primer libro de astrobiología de la historia, en el que preveía que los extraterrestres tendrían ojos como los nuestros. Huygens fue una de las mentes más brillantes e inquietas de su época, experimentó con lentes, inventó el reloj de péndulo e hizo algunas observaciones sobre la forma de la Tierra que contradecían las predicciones de Newton. Pero era bastante reacio a publicar sus descubrimientos, lo que le restó notoriedad durante años. En el asunto de la luz, se alineó con las primeras críticas de Hooke y lo hizo mediante experimentos que contradecían las afirmaciones de Newton sobre su naturaleza corpuscular.

Huygens construyó un modelo para explicar lo que sucedía cuando la luz salía de una fuente si suponíamos que se trataba de ondas. Poco a poco unas ondas interaccionaban con otras, formaban ondas secundarias y configuraban un frente que explicaba lo que Grimaldi había observado en las sombras de los objetos, que tenían los bordes difuminados (algo que si la luz estaba hecha de partículas no tenía sentido). Para que su modelo fuera válido, las ondas debían desplazarse por algún medio, y aquí tomaba prestada la idea de Descartes de que el espacio estaba lleno de infinidad de esferas diminutas componiendo un continuo al que llamó «éter». A diferencia del modelo cartesiano, Huygens proponía que las esferas no eran rígidas, sino que se deformaban como pelotas de goma, lo que significaba que si se producía un movimiento en una primera bola, este se transmitía en forma de ondas hasta la última. Lo explica en su Tratado de la luz:

Cada partícula de materia en la que una onda se propaga no solo debe comunicar su movimiento a la siguiente partícula que está en línea recta desde el punto luminoso, sino que también lo pasa a todas las demás que la tocan […] Así pues, sucede que alrededor de cada partícula hay una onda de la que esa partícula es el centro.

Esquema de las ondas de luz de una vela. Huygens, Tratado de la Luz. © Museum Victoria.

Para explicar su teoría Huygens había imaginado lo que sucedería con la luz de una estrella al viajar hasta nosotros. El aparente caos de ondas que chocan desde la fuente termina formando un frente regular de una sola onda. Y su teoría funcionaba mejor que la de Newton cuando se aplicaba al fenómeno de la refracción, el cambio de velocidad de la luz al pasar de un medio como el aire a uno como el agua o el cristal. Como hemos visto, Newton y otros habían supuesto que la luz viajaría más deprisa en el agua, pero los experimentos de Huygens, aplicando el modelo de ondas, encajaban y mostraban justo lo contrario. Aquí le daban la razón los trabajos pasados de Fermat y se los darían los del matemático Leonhard Euler, quien aseguraba que «la vibración de las partículas del éter formaba la luz o los rayos luminosos». Cuando el frente de ondas de la luz pasaba de un medio a otro, suponía Huygens, cambiaba de dirección y se ralentizaba, como sucedería con una línea de soldados que pasa de tierra firme a un terreno pantanoso. Pero para que todo el sistema de Huygens funcionara debía cumplirse una premisa que aún estaba en el aire: que la velocidad de la luz fuera finita y no viajara de forma instantánea como se había supuesto hasta entonces.

A LA VELOCIDAD DEL RAYO

Intuir que la luz viaja a una velocidad finita es algo más complicado de lo que parece. Hacia el 300 a. C. Euclides sospechaba que los rayos visuales debían de viajar a una velocidad enorme, puesto que si uno cerraba los ojos y los volvía a abrir las lejanas estrellas estaban ahí de inmediato. Una de las pruebas más evidentes de que hay algo que sucede a distinta velocidad es el retardo entre el relámpago y el trueno durante una tormenta. Que el sonido tarde varios segundos en llegar hasta nosotros nos da una idea de que unas ondas viajan más despacio que las otras, aunque no nos dice nada sobre si la luz es instantánea. Tratando de aclarar este fenómeno, el francés Pierre Gassendi (el mismo que confundió momentáneamente Mercurio con una mancha solar) ideó una estrategia sencilla para medir la velocidad del sonido. Hacia 1635 pidió la colaboración de un amigo para que disparara un cañón desde cierta distancia y midió el tiempo que pasaba desde que veía el fogonazo de pólvora en la lejanía hasta que escuchaba el sonido. En función del tiempo que tardaba en escuchar el disparo, y bajo el supuesto de que la luz viajaba a una velocidad infinita, Gassendi obtuvo un valor para la velocidad del sonido de 478 m/s, un poco alejado de los 343 m/s reales, condicionado quizá por su propio tiempo de reacción en las mediciones. Un colega suyo, el sacerdote y matemático Marin Mersenne, conocido por sus trabajos con los números primos, tuvo una idea aún más audaz y probó a medir el retardo del sonido escuchando su propio eco. Cuenta el especialista en sonido Trevor Cox que Mersenne buscó una pared reflectante y comenzó a repetir la frase Benedicam dominum («Bendigamos al Señor») y a medir con un péndulo el tiempo en que la pared devolvía sus sílabas. Mersenne llegó a alejarse del reflector hasta 159 metros y concluyó que el sonido de sus palabras tardaba en ir y volver aproximadamente un segundo, lo que le daba un valor de unos 300 m/s, sorprendentemente cercano a la velocidad real.

Para medir la velocidad de la luz, Galileo ideó una estrategia parecida que explicó en sus Diálogos y que consistía en enseñar a dos personas a mover un farol una frente a otra, de tal manera que cuando uno ve el farol del otro oculta el suyo y así sucesivamente. Una vez que ambos han cogido la dinámica, se separan paulatinamente en el espacio con los faroles, de modo que al estar a una distancia de unos 12 kilómetros, por ejemplo, uno pueda ver la luz del otro a través de un telescopio y calcular el retardo con el que reacciona a sus movimientos. «En realidad, no he ensayado el experimento sino a distancia breve, de menos una milla, por lo cual no he podido averiguar a punto fijo si la aparición de la otra luz era o no instantánea», admitía el físico, pero estaba seguro de que si se hacía entre dos montañas lejanas, y con dos observadores entrenados, se podría obtener un valor finito de la velocidad de la luz.

El trabajo de Galileo llevaría de forma indirecta a la primera prueba sólida de que la luz se movía a una velocidad determinada y no infinita. Uno de sus seguidores, Giovanni Domenico Cassini, comenzó a elaborar unas tablas con los movimientos de las lunas que Galileo había descubierto en Júpiter. La idea por entonces era encontrar una especie de reloj cósmico cuya precisión permitiera a los marineros tomar una referencia a la hora de calcular la longitud, el principal punto débil de la navegación, que costaba muchas pérdidas materiales y humanas. Cassini se pasó dieciséis años trabajando en las tablas más precisas que predecían los movimientos de los satélites y la ocultación detrás del planeta gigante con una precisión de minutos y segundos. En 1672 encargó al astrónomo danés Olaff Rømer, que acababa de ser nombrado miembro de la Academia de Ciencias de Francia, que revisara las tablas en busca de errores. Como la pereza es una característica universal, el danés empezó por lo más fácil, que era seguir los movimientos del satélite Ío, el más cercano a Júpiter y el tercero más grande. La ventaja no era solo que Ío se movía con una gran regularidad conforme a las leyes de Kepler sobre mecánica orbital, sino que tardaba muy poco en dar la vuelta completa a Júpiter: exactamente 1 día, 18 horas y 28 minutos. Pero cuando Rømer pasó el primer año anotando las horas en que se producían las ocultaciones, notó que algo raro estaba pasando.

A medida que transcurría el año, la ocultación del satélite detrás de Júpiter se iba produciendo cada vez más tarde respecto a la Tierra, hasta el punto de que el retraso llegaba a ser de diez minutos. El periodo de rotación era el mismo, pero el eclipse se producía más tarde de lo predicho por los cálculos orbitales. Cuando Rømer mostró sus mediciones a Cassini, este reaccionó como haríamos cualquiera: pensó que el danés estaba haciendo un trabajo penoso y que habría que revisar todos sus cálculos. Pero Rømer estaba seguro de no haberse equivocado, asumió la pugna con Cassini, y buscó otra posible explicación. En 1676 publicó en Philosophical Transactions, un trabajo en el que explicaba lo que podía estar sucediendo. Los retrasos de las ocultaciones se producían en el momento en que la Tierra estaba más lejos de Júpiter, y el tiempo se iba recuperando a medida que nuestro planeta se iba acercando al otro en su viaje alrededor del Sol. Cuando estaban en el punto más próximo las cosas iban bien, pero el reloj estelar retrasaba con el movimiento relativo de uno respecto al otro cuando Júpiter y la Tierra se alejaban. Y eso solo podía explicarse, según Rømer, por una razón: que la luz tardaba un poco más en viajar entre los dos puntos cuando la Tierra estaba más lejos y obteníamos una imagen con retraso. Aunque el danés no hizo los cálculos, aquello tenía una primera consecuencia revolucionaria: era la primera prueba de que la luz podía tener una velocidad finita. Con los datos de aquellas tablas, si hacemos el cálculo hoy, obtenemos una velocidad de la luz de 215.000 kilómetros por segundo, lejos de los 300.000 kilómetros por segundo reales, pero era una aproximación intelectual brillante y una de las demostraciones más contundentes de que mirando el cielo se podían descubrir aspectos insospechados de la realidad.

Con los datos de Rømer, con quien se intercambió abundante correspondencia, Huygens ya tenía elementos para hacer su propio cálculo de la velocidad de la luz. Aunque lo calculó en toesas (la medida de longitud francesa antes de crear el metro), y aún no se tenía una idea muy exacta del tamaño del sistema solar, Huygens estimó que la luz tardaba unos 11 minutos en llegar desde el Sol a la Tierra, lo que difiere bastante de los 8 minutos y 19 segundos reales. Aun así, daba una idea de la increíble velocidad de la luz. El propio Robert Hooke expresó su asombro con una comparación bastante naíf. «El movimiento de una bala de cañón es tan lento respecto al de la luz como lo es el movimiento de un caracol respecto a una bala de cañón», escribió. Los cálculos más exactos tuvieron que esperar unas décadas, hasta mediados del siglo XIX, cuando Hippolyte Fizeau, primero en solitario y luego ayudado por Léon Foucault, realizaron un experimento que recordaba a la idea original de las linternas de Galileo. Esta vez separaron la fuente de luz a una distancia suficiente, 35 kilómetros, y la hicieron pasar por un disco giratorio ranurado y con espejos. Midiendo el ángulo en el que se desviaba la luz al rebotar en un segundo espejo y regresar, obtuvieron un valor de la velocidad de la luz un 5 % superior al real, pero abrieron el camino a los experimentos definitivos que establecieron en el siglo XX que la luz viajaba a casi 300.000 kilómetros por segundo (299.792.458 m/s, para ser exactos).

Diagrama de Huygens sobre la investigación de Rømer, con las posiciones del Sol (A), Júpiter (B) y las posiciones de Ío (D, C). Wikipedia.

LA PIEDRA QUE CONFUNDIÓ AL SOL

Casi al mismo tiempo que Newton hacía sus experimentos con la luz y los prismas, otro físico estaba a punto de abrir una nueva incógnita haciendo pasar la luz a través de una piedra. Rasmus Bartholin trabajaba en la Universidad de Copenhague como matemático y médico, pero tenía una afición que le robaba buena parte del tiempo: estudiar minerales como la calcita y observar qué comportamiento tenía la luz en su interior. En 1668 una expedición geológica regresó a Dinamarca con un cargamento recogido de Islandia, un tipo de calcita de la cantera de Helgustadir especialmente transparente. En cuanto Bartholin realizó las primeras pruebas con la piedra se dio cuenta de que tenía entre sus manos algo muy especial. Al penetrar en aquel mineral, la luz parecía obviar la ley de la refracción que tanto había costado describir y que se cumplía con otros medios como el agua y el vidrio. Al atravesar el «espato de Islandia», como se conocería después a esta variedad de calcita, la luz seguía dos recorridos diferentes y producía dos imágenes. Si la ponía sobre los caracteres escritos en un papel, por ejemplo, Bartholin veía un juego doble de letras que desafiaba sus conocimientos sobre la luz. A la imagen que seguía el camino normal la llamo solita y a la que seguía el camino alternativo la identificó como insolita.

Huygens, que andaba muy activo y carteándose con todo el mundo, tuvo noticia del trabajo de Bartholin y le pidió prestados varios fragmentos de espato. Cuando se puso a trabajar con ellos lo primero que descubrió fue que si ponía un fragmento de espato junto a otro este no duplicaba la doble imagen del primero y formaba cuatro imágenes. De hecho, si jugaba con los dos fragmentos moviéndolos uno sobre otro podía anular la doble imagen. Pero ¿qué implicaba aquel fenómeno respecto a la naturaleza de la luz? ¿Demostraba que era una partícula, como sostenía Newton, o reafirmaba la convicción de Huygens de que era una onda? Para el holandés, la cosa estaba clara, y apoyaba su teoría de que la luz se movía en forma de un frente de ondas y que unas se movían más despacio que las otras formando la doble refracción. Pero Newton no estaba dispuesto a dar su brazo a torcer. Para él, estaba claro que las partículas de la luz tenían dos caras y las láminas de la calcita las separaban.

Durante los siguientes años las propiedades del extraño cristal dieron lugar a todo tipo de experimentos e hipótesis, pero no terminaba de estar claro si el fenómeno de la birrefringencia apoyaba la teoría ondulatoria de la luz o la corpuscular. Hacia 1808, el físico francés Étienne-Louis Malus, un tipo que había acompañado a Napoleón en su campaña de Egipto, trabajaba analizando la doble refracción cuando hizo un descubrimiento fundamental. Desde su habitación en la Rue d’Enfer (literalmente, «la calle del Infierno»), en París, Malus miraba a través de su cristal de espato y se dio cuenta de que cuando dirigía su vista hacia los cristales del palacio de Luxemburgo estos producían un intenso reflejo de la luz, pero cuando miraba a través del mineral los reflejos se anulaban o modulaban a medida que lo iba rotando. Bautizó el fenómeno como polarización de la luz y anunció al mundo que para conseguir que los rayos tomaran un determinado ángulo no hacía falta un cristal especial recogido en los confines del mundo, sino que podía conseguirse con otros muchos materiales. «La luz que es reflejada de forma oblicua por la superficie lisa de un aislante o un metal, experimenta de alguna manera el mismo cambio que al atravesar un doble cristal refractante.»

Esquema de Huygens sobre las propiedades del espato. AESA.

Entender cómo funciona este fenómeno es bastante sencillo porque forma parte de nuestra realidad cotidiana y podemos ponerlo a prueba con objetos que usamos cada día, como las gafas de sol o la luz que sale de la pantalla de nuestro ordenador. Para explicarlo debemos imaginar temporalmente la luz como una onda y más concretamente como una cuerda que oscila cuando la tomamos por dos extremos y la movemos como si fuera una comba. La luz del sol nos llega en todas las direcciones, pero cuando la luz rebota en algunas superficies, o la pasamos por un filtro especial, podemos hacer que solo lleguen las ondas que llevan determinada orientación. Para entenderlo mejor se suele explicar como si fuera un cuento. Imagina un rey que vive en un país en el que todo el mundo está obligado a llevar un bastón en la mano y lo debe llevar en una determinada orientación. Simplificando mucho más, pongamos ahora que hay dos tipos de súbditos, los que sujetan el bastón en vertical y aquellos que lo sujetan en horizontal. Un día el rey decide poner en torno a su palacio una valla de rejas verticales. A partir de ese día solo pueden acceder a él aquellas personas que llevan el bastón vertical; los demás se quedarán atascados con sus bastones horizontales al intentar acceder al palacio.

Aunque no funcionan con el mismo principio, el sistema recuerda a las gafas que se fabrican los esquimales con hueso de ballena. Como en el hielo hay demasiada luz, los habitantes de las zonas más septentrionales se cubrían los ojos con un hueso en el que tallaban una diminuta rendija para dejar pasar menos cantidad de luz. Los filtros polarizadores sintéticos, inventados en el siglo XX por un genio llamado Edwin H. Land, y nuestras gafas de sol reducen también la cantidad de luz, pero lo hacen porque las microscópicas y alargadas tiras de polímeros de su estructura dejan pasar solo aquella luz que tiene cierta orientación. Es decir, que hacen lo mismo que hacía el rey del cuento y dejan pasar solo a los súbditos que llevan el bastón en determinada posición: polarizan la luz que llega a nuestros ojos. Lo que estaba viendo Malus cuando miraba los reflejos del palacio de Luxemburgo a través del espato de Islandia era precisamente eso. Los cristales del edificio estaban reflejando la luz solar en un ángulo de 45 grados, lo que equivale a polarizar esa parte de la luz, y cuando Malus lo veía a través de su mineral quedaban bloqueados. Hoy en día los filtros de las cámaras fotográficas eliminan los reflejos por este mismo principio.

El asunto es un poco más complejo porque existen polarizadores lineales y circulares, pero explica también cómo funcionan las gafas para ver películas de 3D que casi todos tenemos por casa. Para generar la sensación de profundidad del ojo se utilizaba al principio una técnica un poco más rudimentaria. Se ponía un filtro rojo en un ojo y un filtro azul en el otro, se filmaba la película con dos filtros de color y cuando el espectador veía la película su cerebro recreaba la profundidad en una proyección plana porque llegaban dos señales diferentes, como sucede con nuestra visión cuando vamos andando por ahí. Las gafas de ahora tienen dos polarizaciones, de modo que cuando vemos una película en 3D estamos viendo dos películas filmadas con filtros diferentes, uno para cada ojo. Y de nuevo el cerebro pica enseguida: dos señales con milésimas de segundo de diferencia le bastan para recrear esa falsa sensación de profundidad. Para comprobar cómo funciona el mecanismo lo mejor es coger una de estas gafas que tengamos por casa y encender la pantalla del ordenador. Como los monitores también llevan un filtro polarizador, si ponemos las gafas delante y miramos a través de sus lentes podemos ver que la luz hace cosas raras. Si las giramos 360 grados llega un punto en el que la luz se bloquea: el filtro de la pantalla manda la luz en una orientación y el de las gafas no deja pasar a nadie con ese tipo de bastón, así que se acabó lo que se daba y se produce el apagón.

Conseguir un espato de Islandia también es bastante fácil; lo venden en cualquier mercadillo de minerales o se puede comprar a través de la red a un precio muy barato. Si tienes la oportunidad de probarlo, es un instrumento maravilloso para realizar experimentos de física sencillos pero muy reveladores. Si lo pones sobre las letras verás doble, pero si pones encima un filtro polarizador y lo rotas verás que hay un punto en el que eres capaz de anular el efecto y ver solo una de las imágenes. El filtro está parando la luz que llega en una determinada dirección. La fama del espato de Islandia ha aumentado en los últimos años, cuando los científicos han empezado a tener pruebas de que quizá la «piedra solar» que usaron los vikingos para orientarse en los mares del norte era una de estas calcitas con las que Bartholin abrió una nueva vía para el estudio de la luz. Como guiarse por el sol en un cielo perennemente encapotado resultaba difícil, se cree que los navegantes nórdicos llevaban a bordo una de estas piedras para observar el cielo e ir rotándolas hasta encontrar el punto en que podían detectar la luz polarizada y la posición de la estrella.

FOREVER YOUNG

El conocimiento más profundo de la realidad puede llegar a veces a través de los medios más sencillos. En una época en la que la gran ciencia se hace con sofisticados aparatos que cuestan millones de euros y requieren la participación de decenas de científicos resulta difícil imaginar los tiempos en que con un par de cartones y un agujero en la pared se podía descubrir un principio fundamental de la naturaleza. Pero se hacía. Provisto de una vela, por ejemplo, el grandísimo Michael Faraday explicaba todo tipo de principios químicos y físicos a partir de observaciones como la forma de la llama, la luminosidad, su manera de arder o si el fuego proyectaba o no una sombra en la pared. Y observando los efectos de la luz de una vela fue como uno de los mayores genios de la historia de la ciencia, el británico Thomas Young, tuvo la idea que dejaría a Newton temporalmente sobre la lona.

Young estudió medicina y física, manejaba once idiomas y contribuyó a descifrar el contenido de los jeroglíficos egipcios a través de la piedra de Rosetta. Sus trabajos son tantos y tan brillantes que algunos le han calificado como «el último físico que lo sabía todo». Había aprendido a leer a los dos años y su cerebro era un ente insaciable. «Sabía tanto», decía su compañero en la Royal Institution, sir Humphrey Davy, «que era difícil decir qué era lo que no sabía». A Young le unía con Newton no solo el talento y su inquietud con todo tipo de materias, sino la manía de hurgarse en el ojo para saber qué pasaba con la luz. En su famosa conferencia On the mechanism of the eye de 1802, anuncia:

Convencido de la ventaja de hacer cada observación con la menor ayuda posible, me he esforzado por hacer la mayor parte de los experimentos con mis propios ojos; y basaré mis cálculos, en general, en la suposición de un ojo similar al mío.

Como explicaremos más adelante, en uno de estos experimentos, presionando su globo ocular, comprobando su agudeza visual desde distintos ángulos o sumergiendo el ojo en agua, Young descubrió que él mismo sufría una alteración y definió por primera vez el astigmatismo, el problema por el que el ojo enfoca la luz de manera deficiente por las irregularidades de la córnea. Y de paso definiría en qué consiste la acomodación del ojo, pero antes de hablar de eso centrémonos en lo que resolvió sobre la naturaleza de la luz.

Hacia 1800 Young había estudiado las teorías corpuscular y ondulatoria y estaba más cerca de la opinión de Huygens. Mientras investigaba el efecto de la temperatura en la formación de las gotas de rocío (ya hemos dicho que era variado en sus intereses), se dio cuenta de que al acercar una vela a un grupo de gotas diminutas y proyectar su luz sobre una pantalla se producía un patrón de anillos de colores alrededor de un centro de color blanco. El fenómeno recordaba a lo que había visto Hooke con sus placas de mica y que Newton había explicado años después. A Young le pareció que se producía como consecuencia de la interacción de las ondas de luz. Como no podía quedarse con la duda, se encerró durante una temporada en una habitación oscura y comenzó a hacer experimentos con un diminuto haz de luz, como habían hecho tantos sabios antes que él. En 1801, cuando tuvo todos los elementos para explicar lo que había visto, se presentó en la Royal Society y ofreció una serie de charlas-demostraciones tan memorables como las que había dado Newton un siglo antes con sus prismas de colores, solo que esta vez Young tenía la intención de demostrar lo contrario.

Aunque al hablar de Young se suele mencionar el experimento de la «doble rendija», lo cierto es que su demostración era bastante más sencilla. En su primera charla «sobre la teoría de la luz y los colores» el inglés repitió el viejo procedimiento de la cámara oscura, tomaba un haz de luz solar que entraba por un pequeño agujero, lo hacía chocar con el borde una cartulina para dividirlo en dos y obtenía un patrón de difracción (se conoce con este nombre al comportamiento de las ondas al chocar con un obstáculo). La luz que sorteaba el cartón aparecía en una serie de franjas que demostraban que la luz no llegaba ininterrumpidamente hasta el final porque en el camino unas ondas interferían con otras (se cancelaban) o se sumaban. «Ni siquiera aquellos con más prejuicios podrán negar que las franjas que se observan son producidas por la interferencia de dos porciones de luz», aseguró Young. En experimentos posteriores se haría pasar la luz por una doble rendija, repitiendo el fenómeno que puede observarse con las ondas sobre la superficie del mar si uno coloca un par de obstáculos para frenar el oleaje. La luz atraviesa un primer agujero y pasa después a través de otros dos para formar un patrón de interferencia. Estas cancelaciones de la luz solo podían explicarse (con la física de entonces) si la luz se movía en forma de ondas, de modo que Newton había perdido la batalla. Por supuesto, decir esto en Gran Bretaña en 1801 no era muy bien aceptado y Young tuvo que esperar unos años a que los experimentos de otros físicos europeos, como Fresnel y Arago, reforzaran su posición.

Esquema para explicar la interferencia de ondas en el experimento de Young. © Graycrawford.

Los hallazgos de Young con su experimento no se limitaban a demostrar la naturaleza ondulatoria de la luz. Al difractar los rayos, el físico obtenía un patrón compuesto por una franja central blanca, bordeada por dos zonas más oscuras y varias franjas coloreadas en los laterales. Young observó que cada color mostraba pequeñas diferencias de separación entre sus máximos y mínimos y midiéndolas fue capaz de calcular la longitud de onda de cada uno. Su precisión, para los escasos medios con que contaba, produce escalofríos. En sus tablas se pueden leer las anotaciones del número de oscilaciones de la luz por pulgada y segundo. Para el rojo, por ejemplo, la longitud de onda era de 0,000026 pulgadas y oscilaba 463 billones de veces. Con un chorro de luz y una cartulina, Young estaba definiendo las longitudes de onda de la luz que hoy medimos en nanómetros. Situó, por ejemplo, la longitud de onda del violeta extremo en 420 nm, la del amarillo, el dominante en la luz solar, en 560 nm, y la del extremo rojo en 760 nm, casi el doble que el del violeta, rango que no es muy diferente de los valores actuales. Pero lo más importante: por primera vez se explicaba la naturaleza del color. Aquellas ondas del espectro que tenían una mayor longitud formaban el color rojo, mientras que si uno iba disminuyendo la longitud se iba moviendo hacia el naranja, amarillo, verde, azul… Esto explicaba muchísimas de las incógnitas que los filósofos se habían planteado con anterioridad, como el hecho de que al mirar por una lente se produjera la aberración cromática, los colores del arcoíris o los extraños y coloridos círculos concéntricos que Hooke veía en las láminas de mica. Unos años después, al conocer los trabajos de Fresnel, Young se dio cuenta de otro factor y descubrió que las ondas de la luz oscilaban transversalmente a su dirección de propagación, lo que explicaba la polarización.

El esquema no estaba del todo completo sin una explicación de cómo perciben nuestros ojos la luz. Con todos los elementos anteriores encima de la mesa, Young no concebía un sistema en el que nuestros receptores se estimularan por cada uno de los colores que existían. Conocía bien que a partir de los colores primarios, definidos por Newton, se podían componer otros muchos, de modo que quizá no era necesario un sistema tan complejo. Y aquí es donde tuvo una genial intuición sobre el funcionamiento de la visión:

Como es casi imposible que cada punto sensible de la retina contenga un número infinito de partículas, cada una capaz de vibrar perfectamente al unísono con cada posible ondulación, se hace necesario suponer que el número está limitado, por ejemplo, a los tres principales colores, rojo, amarillo* y azul […] y que cada una de las partículas es capaz de ponerse en marcha con más o menos fuerza por ondulaciones que difieren más o menos de una sincronización perfecta.

En otras palabras, Young proponía que nuestro sistema visual funcionaba con tres receptores para tres rangos de longitudes de onda y se estimulaba en modos intermedios para extrapolar la existencia de un nuevo tono, tal y como hacían los artistas al mezclar sus colores. Cuando percibimos la luz solar como blanca, reflejada sobre una superficie, se estaban estimulando los tres tipos de receptores a la vez. Cuando vemos algo rojo se activan los receptores de las longitudes de onda más larga, y si el objeto refleja ondas rojas y verdes pero no azules, nuestros ojos activan los dos receptores de manera ponderada y vemos amarillo. De esta forma, cuando un objeto refleja ondas azules y rojas, nuestro ojo no percibe el color verde, sino que recrea el color magenta, resultado de la mezcla que hace el cerebro tras el estímulo de esas longitudes de onda.

El divulgador británico Steve Mould hace una demostración muy sencilla sobre cómo percibimos el color con tres pequeñas linternas led. A finales de 2014 le pedí la «receta» para poder mostrarlo en el programa «Órbita Laika» de Televisión Española y conseguí las linternas y los filtros necesarios. Cada una de las tres produce un foco de los colores primarios: rojo, verde y azul (*en su texto, Young citaba el amarillo por el verde). Al proyectarlos sobre una pared podemos ver muy fácilmente lo que percibe nuestro ojo al mezclar dos longitudes de onda. Cuando juntas el foco azul con el verde la luz aparece amarilla; cuando juntas el rojo con el verde obtienes cian (un azul muy clarito) y al juntar los dos colores que están en los extremos del espectro se produce el magenta. Mould aprovecha para explicar algo que a veces nos cuesta interiorizar: que los colores son una recreación del cerebro. Por eso afirma que el rosa (llamemos así al magenta para que se entienda mejor) no existe y que es el fruto de una interpolación de nuestros receptores cuando se activan los que son sensibles a las longitudes más largas y los que se excitan con las longitudes de onda más cortas. En realidad, es un poco más complicado que todo eso, pero en una charla conviene simplificar el mensaje. Nuestros receptores del color, llamados conos, son de tres tipos y tienen tres rangos de sensibilidad. Los más escasos tienen el pico de excitación con una longitud de onda de unos 420 nm, los de sensibilidad intermedia con 530 nm y los últimos con 560 nm. Los llamamos receptores del azul, verde y rojo por pura conveniencia, porque esas longitudes de onda tampoco coinciden con esos colores, y como ya hemos adelantado, no es posible la definición absoluta de un qualia o recreación interna de una sensación. Lo que sí sucede es que de la excitación ponderada de esos receptores contemplamos y recreamos los colores en nuestro cerebro, desde los «puros» como el rojo, a los «inexistentes», como el rosa o el marrón. Cuando se excitan todos a la vez —el equivalente metafórico a juntar los focos de las tres linternas sobre la pared— vemos el color blanco y nos llevamos una pequeña sorpresa, por más que sepamos que Newton descubrió que en la luz blanca estaba la suma de todos los colores. Esto se aprecia maravillosamente bien con un aparato llamado precisamente «disco de Newton», un disco con los tres colores primarios que al hacerlo girar aparece blanco ante nuestros ojos.

Tabla elaborada por Young con la medición de la longitud de onda de los colores. En ella aparece la longitud y frecuencia absolutas de cada vibración; suponiendo que la luz viaja a 8¹/8 minutos/500.000.000.000 pies (152.400.000 km).

Lo más deslumbrante de Young es que todas estas intuiciones sobre los tres tipos de fotorreceptores no se confirmaron experimentalmente en el ojo hasta 1956. En 1801 él ya había explicado cómo se difractaba la luz, su naturaleza ondulatoria, cómo se formaban los colores, las causas profundas del arcoíris y cómo funcionaba nuestra visión. ¿Acaso le faltaba algo? Para cerrar el círculo aún faltaba por explicar qué pasaba con los ojos de su colega John Dalton.

FOTOS EN EL FONDO DEL OJO

Hacia 1830, cuando el médico alemán Gottfried Reinhold Treviranus describió por primera vez las células fotorreceptoras del ojo, habían pasado casi dos siglos desde que Leeuwenhoek avistara sus «delicados glóbulos que residen al final del nervio óptico». Treviranus midió los nervios de muchos animales e identificó unas estructuras cilíndricas, que él llamó papillae y que medían 0,003 mm de diámetro en los humanos, aunque su mejor dibujo es el de la retina de un cuervo. Poco después, otro alemán, Johannes Müller, afirmó haber observado unas células «en forma de bastón» en la retina, aunque su relación con el nervio óptico era un poco confusa, mientras que el inglés William Bowman habló de «bastones y bulbos» y apuntó la diferencia entre los ojos de distintas especies.

En aquellos primeros esquemas casi todos cometieron un mismo error al dejarse llevar por sus intuiciones: dibujar las células de la retina al revés, con las papillae apuntando hacia la luz en lugar de alejándose de ella, en la línea de las ideas de Descartes. Otra confusión se produjo por el orden en que esperaban encontrar las capas de receptores. A medida que se analizaba la estructura del ojo se comprobaba que había un montón de elementos entre la luz y los receptores, como las células ganglionares y bipolares. Lo que les decía la lógica a aquellos primeros investigadores era que el camino entre el mundo exterior y las células receptoras de la luz debía estar despejado, pero lo que veían al microscopio era justamente lo contrario; los receptores quedaban al fondo y el «cableado» neuronal quedaba por el medio, delante de la fuente de luz. Por si fuera poco, esta disposición espacial provocaba un punto ciego en el lugar en que los vasos sanguíneos y los nervios se agrupan tras recoger la señal de los receptores y mandarla al cerebro. Al estudiar otros tipos de ojos, como los de los cefalópodos, se descubrió que su sistema era inverso al nuestro, es decir, que los receptores están en la parte delantera y los axones detrás, de modo que no hay obstáculos ni puntos ciegos. Algunos biólogos, como Richard Dawkins, han aprovechado esta disposición aparentemente «chapucera» para combatir los argumentos de los creacionistas, quienes afirman que somos producto de un «diseño inteligente» por parte de un creador. Sin embargo, como bien explica mi amigo el neurofisiólogo Xurxo Mariño, si se mira con detenimiento se observa que la solución del ojo humano, y de los vertebrados, no es en realidad «peor» que la de un pulpo.

El factor más importante para entender la cuestión es que estas células que captan la luz son las que tienen mayor actividad metabólica de todo el cuerpo. La actividad del ojo es frenética durante todo el día, cada uno de estos receptores puede absorber hasta un millón de fotones por segundo y poner en marcha un complejo mecanismo basado en la vitamina A y en una proteína sensible a la luz llamada «rodopsina». Cuando esta molécula se descompone, se pone en marcha un proceso por el que la información visual llega al nervio óptico y viaja al cerebro. Pero estos pigmentos están en un continuo proceso de creación y destrucción. En el caso de los pulpos, sus células fotorreceptoras evolucionaron de manera que son capaces de autoabastecerse de pigmentos, de modo que cuando un fotón estimula el receptor este queda inactivado brevemente hasta la llegada de otro fotón. Esto da una gran autonomía al sistema (no necesita del aporte de pigmentos constante), pero tiene una contrapartida muy importante: es mucho menos eficiente en condiciones de baja luminosidad. En el caso de los vertebrados, nuestros fotorreceptores están colocados al fondo, sobre una capa denominada «epitelio pigmentario», el sistema que aporta ininterrumpidamente pigmentos y nutrientes a los conos y bastones. Esto quiere decir que, aunque haya poca luz, el sistema se recarga de forma continua y la sensibilidad del ojo aumenta notablemente. Otro factor no menos importante es que este epitelio se deshace fácilmente de los abundantes residuos celulares que genera toda esta actividad y tiene un color opaco y oscuro que absorbe la luz que entra en el ojo y no la deja rebotar, a diferencia de lo que le sucede al pulpo. Así pues, que nuestro ojo lleve el cableado por delante no es una chapuza evolutiva, sino una solución que, como dice Mariño, permite que las células más activas de todo el organismo funcionen de manera continua con una sensibilidad extraordinaria, capaces de «ver» en condiciones de muy poca luz, o de no saturarse a pesar de recibir en un día soleado diez millones de fotones de luz visible por segundo en cada micra cuadrada de superficie.

Sobre el proceso fotoquímico y las moléculas sensibles a la luz, el primero en darse cuenta de lo que estaba sucediendo en los receptores fue el fisiólogo alemán Franz Böll, que en 1876 observó que sucedía algo raro con la retina de las ranas con las que estaba trabajando. Cuando las dejaba en el laboratorio —por entonces trabajaba en Roma—, las células obtenidas de una rana adaptada a la oscuridad cambiaban de color al ser expuestas a la luz y pasaban de ser rosáceas o púrpuras a adquirir un tono amarillento. Aquello le hizo pensar que la retina poseía una sustancia sensible a la luz a la que él llamó «púrpura visual». Aquella sustancia parecía estar en los receptores de la retina y volvía a adquirir el color rosado cuando se ponía de nuevo en la oscuridad.

Tras anunciar sus hallazgos, sería su colega, el profesor de fisiología Wilhelm Kühne, el que comprendería el verdadero papel de aquella misteriosa sustancia. Con sus conocimientos de química consiguió aislar la «púrpura visual», a la que dio el nombre de «rodopsina», y se dio cuenta de que era la molécula esencial en el proceso de activación de los bastones y de la percepción de la luz en condiciones de oscuridad. Lo que había descubierto Böll era «ni más ni menos que la llave del secreto, lo que permitía entender cómo un nervio puede ser excitado por la luz», escribió Kühne. «En otras palabras, fue la primera prueba que mostraba la existencia de procesos fotoquímicos en la retina.» Ninguno de los dos investigadores conocía aún a fondo cuáles eran los procesos químicos y moleculares que se ponían en marcha —habría que esperar hasta 1967, cuando George Wald ganó el premio Nobel por sus trabajos sobre los fotopigmentos—, pero ya tenían indicios de que el proceso de regeneración de la rodopsina era cíclico. «Durante su vida», escribió Kühne, «el color propio de la retina de todos los animales está siendo continuamente destruido por la luz que penetra en el ojo; es restaurada en la oscuridad y después de la muerte solo permanece unos momentos». Esta enigmática alusión a la muerte hacía referencia a un proyecto en el que Kühne había estado trabajando tras el descubrimiento. ¿Y si aquellas sustancias que se estimulaban con la luz como en una placa fotográfica, podían dejar fijada una imagen en la retina de una persona o animal en el instante antes de morir?

Optograma tomado por Wilhelm Kühne en 1878 con la última visión de un conejo. Wikipedia.

La idea se bautizó como «optografía» y aunque sonaba como una completa chaladura, Kühne demostró que los principios en los que se basaba tenían fundamento. Tras realizar numerosas pruebas con animales, su primer «éxito» llegó con un conejo albino al que utilizó como si fuera una especie de cámara viviente. Primero cubrió su cabeza durante varios minutos para facilitar que la rodopsina se acumulara en su retina. A continuación lo descubrió y expuso sus ojos a la luz de una ventana del laboratorio durante tres minutos, al cabo de los cuales lo decapitó para extraer y analizar sus ojos. Tras diseccionar el globo ocular en finas láminas desde la parte exterior, el científico bañó la mitad anterior del ojo en alumbre para facilitar la fijación de la imagen en la rodopsina aclarada y, mediante una especie de revelado en un cuarto oscuro, obtuvo el primer «optograma» de la historia: una precaria imagen en blanco y negro en el que parece distinguirse la forma de una ventana. Aquello era la última visión, se suponía, del pobre conejo albino. Pocos meses después, en 1880, Kühne fue más lejos e intentó obtener el primer optograma procedente de un humano. El 16 de noviembre un tal Erhard Gustav Reif fue guillotinado por haber asesinado a sus hijos en la localidad de Bruchsal. Los ojos del reo fueron enviados al laboratorio de Kühne en la Universidad de Heidelberg, donde los diseccionó en una habitación oscura y, según las crónicas, enseñó a sus colegas lo que aparecía en la retina tras pasar la luz a través del ojo y revelarlo: una especie de rectángulo con la forma superior escalonada del que solo se conserva un dibujo realizado por el propio Kühne. Aunque algunos quisieron ver en aquella imagen la forma de la guillotina o de los escalones del cadalso, lo cierto es que durante su ejecución Reif había estado con los ojos vendados.

Esquema de Kühne sobre el primer optograma humano.

Durante las décadas siguientes el mito de que el ojo puede recoger la escena final contemplada por un muerto se siguió extendiendo y se llegó a aplicar en algún caso de asesinato en la época victoriana —se dice que se utilizó con una o dos víctimas de Jack el Destripador—, pero nunca tuvo ningún valor científico ni forense. Como curiosidad, en 1975 un investigador de la misma Universidad de Heideberg, el profesor Evangelos Alexandridis, recibió una petición de la policía para que pusiera a prueba los métodos de Kühne por si podían ser de alguna utilidad. Alexandridis repitió los procedimientos del fisiólogo con técnicas científicas modernas y equipamiento actual y obtuvo algunas imágenes con de la retina de varios conejos a los que se expuso a imágenes de alto contraste (una de ellas un cuadro de Salvador Dalí, para mayor gloria del surrealismo). Pese a todo, y después de tanto trabajo, descartó por completo cualquier valor de aquel sistema como prueba, entre otras cosas porque nadie se queda mirando a su asesino fijamente durante tres minutos como si estuviera tomando un daguerrotipo.

CIEGOS AL COLOR

A pesar de su genialidad, y como sucede muchas veces en la historia de la ciencia, Thomas Young no había sido el primero en tener la idea sobre la visión tricromática. Unos treinta años antes, en 1777, el inglés George Palmer, un polifacético investigador que trabajó diseñando tintes para fábricas de tejidos entre Francia e Inglaterra, ya había propuesto que la retina contenía tres tipos de «partículas sensibles a los diferentes colores de la luz» e intuyó que si alguna de aquellas «moléculas» no funcionaba el resultado sería la ceguera al color. Sus ideas pasaron bastante desapercibidas y la teoría sobre la visión a partir de tres colores no se consolidó hasta que Hermann von Helmholtz y el mismísimo James Clerk Maxwell, el padre de las ecuaciones del electromagnetismo, recogieron la idea a partir de Young. En cuanto a Helmholtz, hacia 1850 el físico alemán describió por primera vez la visión tricromática tal y como la conocemos hoy basándose en la existencia de varios tipos de «fibras nerviosas» (aún no habían sido bautizados como conos y bastones). Por un lado, estaban las que reaccionaban a las variaciones de luz, y por otro, las que detectaban el color. Dentro de estas, cabía distinguir los que se excitaban con longitudes de onda cortas (azul), los que reaccionaban a las medianas (verde) y los que se activaban con la luz de longitud más larga (rojo). Para explicar cómo viajaban estos estímulos desde la retina y a través del nervio óptico, Helmholtz comparaba las conexiones nerviosas con los cables del telégrafo, que «conducían las impresiones sensoriales desde los órganos externos al cerebro». Habría que esperar mucho tiempo hasta que Santiago Ramón y Cajal, ya en el siglo XX, describiera las células de la retina y a que otras observaciones microscópicas sirvieran para identificar los receptores, pero con aquellas primeras aproximaciones sobre la estructura del ojo y el sistema nervioso, ya existían elementos suficientes para comprender lo que sucedía con la visión de John Dalton.

En su época, tras confesar su particular forma de percibir el color, el físico inglés se había convertido en objeto de interés de sus contemporáneos. Se sabe que John Herschel y David Brewster le interrogaron directamente y ambos llegaron a la conclusión de que Dalton tenía un problema con uno de los pigmentos del ojo. Thomas Young, con su teoría de la visión tricromática, también se atrevió a hacer un diagnóstico:

Él [Dalton] piensa que es probable que el humor vítreo (de su ojo) está teñido de un color azul oscuro (por lo tanto, absorbe el rojo); pero esto nunca ha sido observado por los anatomistas y es mucho más simple suponer la ausencia o parálisis de esas fibras de la retina, que se ha calculado que perciben el rojo…

Lo que proponía Young es muy parecido a lo que sabemos hoy día sobre el daltonismo. Algunos receptores presentan una anomalía en el funcionamiento, y la persona observa el mundo de una manera diferente a la mayoría de la población. Si uno de los tipos de conos falla, el sujeto debe construir el mundo con solo dos colores y sufre dicromatismo. El primero en acuñar el término «dicrómata» fue precisamente John Herschel tras cartearse con Dalton, convencido de que este solo podía ver con los receptores del amarillo y el azul.

Está claro que vos y todos los otros afectados perciben como luz cada rayo que perciben los demás. […] A mí me parece que nosotros (los de visión normal) tenemos tres sensaciones primarias donde vosotros tenéis dos. Nos referimos, o podemos referirnos en la imaginación, a todos los colores a partir de tres: amarillo, rojo y azul. Todos los demás colores, creemos, los percibimos como mezclas de estos […] Sin embargo, para los ojos como los suyos, me parece que todos tus pigmentos se limitan a dos.

Young también sospechaba que Dalton era ciego al rojo. Él mismo decía que aquella parte del espectro que otros llamaban rojo no era para él más que «una sombra o ausencia de luz». David Brewster apostó por lo mismo:

La naturaleza apagada de la luz amarilla que es percibida en el espacio del rojo confirma la opinión de que la retina no ha recibido la influencia de un simple rayo rojo.

Sería precisamente Brewster el que utilizaría el término más adecuado para definir lo que le pasaba a Dalton al hablar de «ceguera al color», que incluye todas las posibles alteraciones de la visión cromática que puede sufrir una persona. Hoy sabemos que este problema puede tener dos orígenes: por un lado, están aquellos sujetos que tienen la ausencia de uno de los tipos de receptores o conos (los dicrómatas como Dalton) y, por otro, aquellos que tienen una disfunción en los pigmentos (anomalías). En el primer caso, si le faltan los receptores del rojo se habla de «protanopia»; si faltan los del verde se llama «deuteranopia» y si el problema está en los del azul se habla de «tritanopia» (muchísimo menos frecuente). Sin embargo, en la condición más extendida de ceguera al color la persona conserva los tres tipos de conos, pero uno de los fotopigmentos no está o no funciona. El problema se conoce como «tricromatismo anómalo», que también lleva a confundir un color con otro, pero no imposibilita distinguirlos. En realidad, como ya hemos visto, lo más correcto no es hablar de conos rojos, verdes y azules, sino identificarlos por las longitudes de onda a las que se excitan. Cuando se observa el esquema con las curvas de sensibilidad de los receptores vemos que los conos M y L (los receptores que se activan con las longitudes medias y largas) están en un rango muy cercano, lo que explica por qué la mayoría de cegueras al color son al rojo-verde. (Ver gráfico en láminas centrales.)

A Dalton, que se carteó con sus compañeros en varias ocasiones, no le convencían nada sus explicaciones sobre fibras sensibles al color. Él seguía pensando que el líquido dentro de sus globos oculares estaba tintado y provocaba su particular forma de ver la realidad. «Uno de los humores de mi ojo», escribió, «debe ser un medio transparente pero coloreado, constituido, por tanto, para absorber los rayos rojos y verdes principalmente (pues no obtengo señales propias de estos en el espectro solar) y preparado para transmitir el azul y otros colores con más perfección». El misterio comenzó a resolverse, como ya sabemos, cuando su médico, el doctor Joseph Ransome, hizo el análisis post mortem de los ojos de Dalton por encargo de este. Acompañado del profesor George Wilson, de la Universidad de Edimburgo, Ransome analizó el ojo y anotó:

… el humor acuoso fue recogido en un cristal de reloj tras una delicada punción de la córnea y viéndolo tanto con luz reflejada como trasmitida, encontramos que era totalmente transparente y sin color. El humor vítreo y su recipiente eran también perfectamente incoloros. El cristalino era ligeramente ámbar, como suele suceder en personas de avanzada edad.

El doctor Wilson había sido uno de los primeros científicos en analizar seriamente la ceguera al color. Su interés había nacido durante sus clases de química, tras comprobar que algunos de sus alumnos eran incapaces de reconocer los cambios de color que se producían al mezclar algunas sustancias. Intrigado por este hecho, Wilson comenzó a sistematizar el estudio de la visión del color y pidió a través de un periódico local de Edimburgo la colaboración de personas que tuvieran problemas para distinguir los colores. De los setecientos sujetos que examinó Wilson, solo una veintena tenía verdadera ceguera al color, pero le sirvió para identificar por primera vez los principales tipos de daltonismo. Se dio cuenta de que era mucho más frecuente en hombres que en mujeres y que a menudo se transmitía de padres a hijos. Examinó posteriormente a más de mil estudiantes, policías y militares, y advirtió acerca de los peligros que esta ceguera al color podía tener en algunas profesiones, una preocupación creciente después de que un accidente de tren en Suecia en 1876 se atribuyera al error de un guardavías tras confundir una indicación.

El descubrimiento de la ceguera al color ponía en evidencia que todo el proceso de visión era una construcción a partir de determinados parámetros, en este caso de la recepción de tres rangos de frecuencias, pero se podían dar múltiples variables y construir un mundo visual a partir de otros valores. Wilson y los siguientes científicos que exploraron la visión del color se dieron cuenta de que existían personas que solo tenían uno de los pigmentos (monocrómatas) o que tenían los tres pero no percibían correctamente los tonos. Cuando no existe ninguno de los tres tipos de conos, o no son funcionales, se produce la conocida como «acromatopsia», y el individuo ve el mundo en blanco y negro. Los conos de su fóvea no funcionan, de modo que tienen una pérdida grave de agudeza visual y una fuerte aversión a la luz intensa. En su libro La isla de los ciegos al color el neurocientífico y divulgador Oliver Sacks relataba su viaje a las islas de Pingelap y Pohnpei, en Micronesia, donde un tercio de la población es portadora de la mutación genética que les convierte en monocrómatas. A estos ciegos totales al color se les distingue porque en pleno día parpadean y guiñan los ojos constantemente y tratan de protegerse de la luz como sea, a veces con un trapo sobre la cabeza. Entre los nativos se ha extendido la creencia de que el mal se produce cuando el vientre de la madre embarazada recibe demasiado sol y el feto queda deslumbrado. A pesar de todo, y aunque la ausencia de agudeza visual les coloca cerca de la ceguera legal, se las apañan para seguir con sus vidas y a veces sacan partido de algunos aspectos concretos de su peculiar visión, en particular en condiciones de oscuridad. Los ciegos al color, por ejemplo, se muestran como excelentes pescadores nocturnos, pues los bastones son mucho más sensibles a los cambios de luz y movimientos, y bajo una noche estrellada son capaces de contemplar la belleza del universo como nosotros ni siquiera podemos imaginar. Las mujeres acromáticas de Pingelap también son capaces de tejer telas con bonitos dibujos guiándose solo por la claridad de los hilos. En el libro de Sacks un amigo acromático le cuenta que ha tejido un jersey con un dibujo que solo pueden distinguir los ciegos al color, pues los matices de cambio de luminosidad son casi inapreciables para un tricrómata. Esta capacidad ha dado lugar a leyendas o especulaciones, como la que cita el biólogo Richard Dawkins, sobre la presencia de ciegos al color en algunos bombarderos de la Fuerza Aérea de Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial porque eran capaces de detectar determinados patrones de camuflaje que a los ojos de un tricrómata pasan desapercibidos. No hay pruebas de que la capacidad de las personas con acromatopsia se utilizara de este modo, pero un equipo de científicos de Cambridge quiso comprobar si sería posible para ellos distinguir imágenes o contrastes de luz donde los demás no apreciamos nada. Y efectivamente, en sus experimentos, que consistían en una especie de test de Ishihara inverso, los ciegos al color eran capaces de distinguir figuras que los tricrómatas no distinguían.

La prueba creada por el japonés Shinobu Ishihara en 1917 consiste en una serie de hasta 38 cartas con círculos formados de puntos de colores que esconden un patrón en su interior. El famoso sistema está diseñado para que las personas con visión normal vean un símbolo —generalmente un número— mientras que los daltónicos ven otro o no ven nada. Como el brillo y los tonos varían, no basta una sola carta para determinar el tipo de anomalía, sino que debe completar varias pruebas. A lo largo de las décadas se diseñaron diversos sistemas para detectar la ceguera al color, pero uno de los más efectivos, y que ha perdurado desde 1881, es el ideado por el físico británico John William Strutt, más conocido como lord Rayleigh, quien tuvo una idea sencilla y genial. Si el problema de los daltónicos era la combinación de pigmentos para generar colores, una buena forma de detectar la anomalía es observar cómo hacía el sujeto las mezclas. Así, Rayleigh diseñó una prueba que consistía en pedir a las personas que combinaran determinadas cantidades de rojo y verde para generar el color amarillo. En función de la cantidad de cada color que necesitaba cada individuo se podía determinar qué grado de ceguera al color tenía y hacia qué color estaba «desviada». También se les pedía que diferenciaran entre un color amarillo «puro» y uno generado a partir de la mezcla. El sistema se llama «anomaloscopio» y sigue utilizándose como método para investigar y diagnosticar la ceguera al color. Utilizando una variante de esta prueba, en 1992 los investigadores Gabriele Jordan y John Mollon identificaron y documentaron una anomalía todavía más sorprendente: el primer caso de una persona con cuatro tipos de receptores al color, lo que se conoce como «tetracromatismo». La prueba consistía en presentar al sujeto una serie de discos coloreados con diferentes mezclas de pigmentos, como verde hecho a partir de amarillo y azul. Esta mezcla era demasiado sutil para que cualquiera de nosotros pudiera diferenciarla del genuino verde, pero alguien con visión tetracromática puede ver la diferencia con facilidad. Una posible tetracrómata es la pintora estadounidense Concetta Antico, cuyos cuadros son particularmente coloridos, hasta el punto de que recuerdan a una especie de sueño «ácido». Uno de sus clientes, con conocimientos de oftalmología, le preguntó por su forma de ver las cosas y le pasó el contacto de unos investigadores de la Universidad de California. Los científicos comprobaron que ante un paisaje en el que nosotros solo vemos un camino de piedras grises, los receptores de Concetta ofrecen una imagen adornada por más colores. «Las pequeñas piedras me asaltan con sus naranjas, amarillos, verdes, azules y rosas», asegura. «Me impresiona bastante cuando me doy cuenta de lo que otras personas se están perdiendo.» La intensidad de los colores es tal que a veces prefiere tener menos estímulos. Cuando va a la frutería, por ejemplo, es para ella «una pesadilla». «Es como una montaña de colores viniendo a mí desde cada ángulo», explica. Por eso su color favorito es el blanco. «Es como un descanso para mis ojos. Todavía hay un montón de color, pero no me hace daño.» Desde pequeña sus padres sabían que ella veía el mundo de una forma especial, que podía distinguir un millón de colores, aunque los expertos dudan de que las diferencias con la visión tricromática sean tan marcadas como ella expresa. Debido precisamente a que se trata de una condición genética, la hija de Concetta es ciega al color.

Sobre la naturaleza hereditaria del daltonismo, hoy sabemos que las mutaciones que lo provocan pueden tener origen en 19 cromosomas diferentes e implicar hasta 56 genes. Sin embargo, la causa más frecuente se encuentra en un gen recesivo en el cromosoma X, lo que provoca que sean los hombres los que sufran más a menudo la ceguera al color, con hasta un 8 % de incidencia frente a un 0,5 % en las mujeres. La causa, como en otras enfermedades genéticas, está en que los varones, que poseen una pareja de cromosomas sexuales XY, no tienen una segunda oportunidad: si un gen en el cromosoma X está defectuoso no tienen un juego de recambio como ellas, cuyo par es XX. Es también por esta gran cantidad de combinaciones posibles por lo que existen muchas formas de ser «daltónico». La más frecuente es la ceguera al rojo-verde y en un 80 % de los casos no se trata de que no funcionen los conos de determinado color (como en la protanopia, deuteranopia y tritanopia), sino de un fallo en el funcionamiento de los pigmentos. Este «tricromatismo anómalo» es la forma más leve de daltonismo, hasta el punto de que con algunos trucos ópticos es posible que algunas de las personas tengan acceso temporalmente a otra forma de ver el color.

La historia del daltonismo está unida a los múltiples intentos de diseñar unas lentes para corregirlo. Uno de los primeros en crear uno de estos dispositivos fue el físico escocés James Clerk Maxwell, quien, además de establecer las leyes del electromagnetismo siguiendo los pasos de Faraday, vivía fascinado por los fenómenos relacionados con la luz y el color. En sus pruebas con ciegos al color determinó que existían básicamente dos variables mayoritarias, los que estaban afectados por la ceguera al rojo y quienes no veían bien el verde. Tal y como había predicho Young, el modelo físico con tres colores resonadores explicaba la percepción del color. Para intentar corregirlo, en 1850 Maxwell diseñó las primeras gafas contra el daltonismo basadas en filtros. El dispositivo consistía en dos lentes divididas en franjas horizontales tintadas en rojo y verde para que el sujeto pudiera modificar la apariencia de los objetos eligiendo por donde mirar. Mientras hacía estos experimentos Maxwell tuvo una idea que se podía aplicar a la fotografía y encargó a su amigo Thomas Sutton que realizara un experimento. La idea consistía en retratar un mismo objeto tres veces, cada una de ellas con un filtro con los colores primarios, y proyectarlos de manera conjunta. En 1861 Sutton retrató una especie de lazo de tela escocesa con los tres filtros y tras colocar las diapositivas verde, roja y azul, proyectó sobre una pared la que está considerada la primera fotografía en color de la historia.

Las supuestas soluciones para corregir el daltonismo que aparecieron en los años siguientes se basaron en principios parecidos. Si se coloca una lente tintada, argumentaban sus creadores, es posible que el sujeto con ceguera al color corrija temporalmente su problema y tenga una nueva visión de la realidad. En la década de 1970 se comercializaron en Estados Unidos unas lentes de contacto de colores llamadas X-Chrom que prometían ayudar a sus portadores a pasar las pruebas para detectar el daltonismo, como el famoso test de Ishihara. Los estudios sobre este mecanismo demostraron que el sistema no era muy efectivo y que podía provocar problemas a la hora de juzgar el movimiento o la distancia. En la actualidad se comercializan varias lentes tintadas que siguen el mismo principio y que en realidad distorsionan la percepción del color en lugar de corregirla. Si colocas un filtro para la longitud de onda del verde/azul, por ejemplo, todo lo que sea rojo brillará más, pero lo que es verde se verá negro, porque las gafas no dejan pasar esa parte del espectro. Puede que el sistema te deje ver algunos tonos que no veías, pero en general el sujeto no verá mejor. Aun así, utilizando el sistema de filtros para determinado color, existe la posibilidad de conseguir que algunas personas con la ceguera más leve puedan llegar a ver colores que no han visto nunca. Y el descubrimiento de este atajo fue puramente casual.

En 2002 el especialista en óptica Don McPherson estaba trabajando en el diseño de unas gafas para cirujanos que protegieran sus ojos de los láseres que utilizan en el quirófano al tiempo que permitían diferenciar el tejido humano durante una operación. El sistema se basaba en intentar discriminar unas longitudes de onda y potenciar el paso de otras. Cuando comenzaron las pruebas, los responsables tuvieron noticia de que los médicos no solo estaban usando exitosamente el dispositivo para trabajar, sino que las gafas proporcionaban una visión tan nítida que les gustaba usarlas fuera del hospital. Sorprendido por este efecto, McPherson empezó a usarlas en su vida diaria para comprender mejor lo que estaba pasando. A los pocos días, mientras participaba en una competición de lanzamiento de frisbee en Santa Cruz (California), un amigo tomó prestado uno de los prototipos de gafas y de pronto empezó a gritar emocionado: podía ver los conos de señalización naranja sobre el césped verde con un color y una viveza como nunca había visto. Aunque McPherson no lo sabía, su amigo era daltónico y las gafas estaban provocando en él un efecto espectacular, algo que hasta entonces no había experimentado.

Tras este descubrimiento, McPherson siguió investigando y terminó fundando la empresa EnChroma, que comercializa unas gafas que permiten a cierto tipo de «daltónicos» tener una impresión de cómo sería percibir los colores que habitualmente confunden (en ningún caso «cura» esta condición). El sistema funciona solo con la ceguera al rojo/verde y solo con aquellas personas cuyo problema es que uno de los pigmentos da una respuesta disfuncional, no con aquellos que tienen inutilizados alguno de los tres tipos de conos. Las lentes siguen el mismo principio que servía a los cirujanos: impiden el paso de la luz en las longitudes de onda que desatan una respuesta conflictiva, entre el rojo y el verde. De este modo, como el sistema visual funciona correctamente, cuando deja de haber una señal confusa el cerebro vuelve a manejar tres frecuencias para construir la imagen. El sistema se entiende mejor cuando vemos el gráfico con las curvas de sensibilidad espectral de los receptores. Como hemos dicho, los que llamamos receptores del azul o conos S tienen su pico de sensibilidad en una longitud de onda de unos 420 nanómetros; los que denominamos conos M, o verdes, se activan con una sensibilidad de 530 nm, y los conos L o rojos, se activan en los 560 nm. Como se ve, la separación entre los dos últimos picos de sensibilidad es muy pequeña, así que la estrategia de McPherson es colocar un filtro que frena aquellas longitudes de onda en las que los conos L y M responden a la vez. Se elimina el conflicto rojo/verde y el cerebro puede reconstruir los colores que le costaba diferenciar. (Ver imagen en láminas centrales.)

Las gafas se han hecho especialmente famosas porque muchos usuarios graban y suben a las redes sociales el momento en que se las ponen y ven por primera vez los colores. En los vídeos se ve a personas —a veces niños— que se quedan en silencio y se emocionan hasta las lágrimas en cuanto empiezan a apreciar matices que hasta ese momento nunca habían percibido. De pronto ven el cielo de un azul mucho más intenso o la vegetación en un tono que nunca habían apreciado y viven una explosión de felicidad.

Intrigado por este fenómeno, en diciembre de 2015 decidí hacer un experimento y ponerlo a prueba por mi cuenta. A través de las redes sociales recluté a Miguel y Diego, dos voluntarios con ceguera al color —deuteranómalos que no distinguen bien el rojo y el verde— y los convoqué para probar las gafas que me prestó mi amigo Rubén. Él, que también es ciego al color, compró las gafas a través de la web oficial de EnChroma y su experiencia no fue tan espectacular como la de los vídeos, aunque con el tiempo ha aprendido a usarlas y a disfrutar de una nueva «realidad». Mi duda era: ¿serían las gafas un fenómeno real o las grabaciones eran más bien una herramienta de propaganda de la compañía? Cuando llegué al parque de Móstoles en que habíamos quedado, Miguel y Diego ya se habían presentado y tenían una animada conversación. Era la primera vez que hablaban con alguien que tenía experiencias similares: problemas con los semáforos o con los indicadores de los cargadores que son universales para casi todos los daltónicos y que suelen descubrir cuando son niños. A Rubén, por ejemplo, un día un vecino le preguntó por qué coloreaba los troncos de los árboles en verde y pintaba las hojas marrones. El caso es que le parecía llamativo que las cajas de rotuladores tuvieran tantas pinturas repetidas. «Serán las que más usa la gente», pensaba al ver que había varios marrones y grises.

A los dos voluntarios del experimento les sucedía algo parecido. Miguel tiene 31 años, y lleva una empresa de reformas y su pareja es decoradora, así que su vida es «muy intensa», me contó riendo. Diego tiene 51 años y se dio cuenta de que tenía un problema con los colores en el colegio, donde a los profesores les extrañó que siempre pintara los cielos morados. Ahora trabaja como electrónico y a lo largo de su carrera ha tenido que buscarse la forma de sortear los problemas que le ocasiona no reconocer los colores. Si fuéramos conscientes de ello, asegura, unos pequeños cambios podrían ser de mucha ayuda. Cuando acude a la playa a bañarse, por ejemplo, no puede saber si la bandera es verde o roja, se tiene que guiar por la cantidad de gente que ve y si hay muchas olas. Algo tan simple como los planos de metro de las grandes ciudades son un problema para miles de personas que no distinguen el color, pero como el mundo lo diseña una mayoría de tricrómatas, ellos tienen que afrontar estos pequeños inconvenientes a diario. Si una buena parte de la población masculina confunde algunos tonos de verde con algunos tonos de rojo, ¿no sería buena idea que los cargadores de batería o los semáforos tuvieran dos luces de otro color? «Nunca sabes si una batería está cargada o aún se está cargando», me confiesa Rubén. «A mi chica le pregunto muchas veces si ya está en verde el indicador.»

Una vez hechas las presentaciones llegó la hora del experimento. El primero en probar las gafas fue Miguel, que se quedó unos segundos en silencio y después soltó un «¡guau!», presa de la emoción. De pronto veía la realidad con más intensidad, como más vívida. Lo que más llamaba su atención eran los pantalones de Rubén. Unos segundos antes eran de un color mortecino y con las lentes adquirían un tono rojo vivo y espectacular. No podía dejar de mirarlos, con y sin las gafas, como si estuviera asistiendo a una especie de truco visual. «¡El verde de la hierba!», exclamó cuando levantó un poco la vista. Después se alejó hacia la pradera y un estanque cercano, como queriendo buscar un momento de intimidad con aquellas nuevas sensaciones. Cuando le llegó el turno a Diego la impresión fue aún más intensa. «Qué bonito, tío», dijo visiblemente emocionado. «¿Esto es el otoño?» «Estoy viendo cosas que no había visto en mi vida», me confesó mientras observaba unos juncos y las hojas de un árbol. Los colores que veía ahora eran completamente nuevos para él, tanto que no tenía un nombre con el que designarlos. Tendría que volver a aprenderlos como un niño, pensó. Incluso la visión de un pato en el lago le despertaba un mundo de sensaciones inéditas. Llevado por la curiosidad, en un momento de la prueba se quitó su abrigo rojo y lo puso sobre la hierba. Gracias a las gafas distinguía perfectamente entre el rojo y el verde. «¡Vamos a un semáforo!», gritó entusiasmado por su nueva capacidad para discernir entre los dos tonos. Pero el momento más emocionante llegó cuando puso sus ojos en el sol que se estaba ocultando en el horizonte. Diego y Miguel se pasaban las gafas ensimismados ante un espectáculo nuevo en el que el atardecer era un crisol de tonalidades y gradaciones que hasta aquel día habían visto en un tono mortecino y sin grandes contrastes.

Quienes han usado las gafas coinciden en que hasta ese momento su mundo estaba como «apagado», y el dispositivo parece cambiar la percepción como por arte de magia. Pero lo que está ocurriendo en su vista no es un sortilegio ni una curación repentina, sino que está basado en los principios físicos de la luz y la visión. «Lo que hacen esos cristales es cambiar la “paleta cromática”, es como si “tiñera” o “virara” todo el espectro visible», me explica el oftalmólogo Rubén Pascual. «Esa es la magia que les alucina a los daltónicos cuando se ponen las gafas: aparecen colores diferentes donde antes no había.» Es importante recalcar, me dice el propio Don McPherson en conversación telefónica desde Los Ángeles, que las gafas actúan cuando lo único que funciona mal es la sensibilidad de uno de los fotopigmentos, de modo que la señal combinada que llega al cerebro llega con más retraso o de forma confusa. «La función primera de las gafas es quitar parte de la luz en la región espectral donde los dos pigmentos se sobreponen demasiado», me explica, y es por eso que las gafas también causan una sensación de mayor nitidez en las personas con visión tricromática, como les pasaba a los cirujanos que se las llevaban fuera del hospital. «El mecanismo que crea más saturación de color es el mismo que incrementa el reconocimiento del color en una persona con deficiencia.» Es como si las lentes limpiaran las señales sobrepuestas y ayudaran al cerebro a ver con menos «ruido». En el fondo, me dice el médico Rubén Pascual, las gafas hacen lo mismo que el propio daltonismo, pero en sentido contrario. «Ser daltónico puede ser entendido como sufrir un bloqueo parcial de uno de los colores primarios», indica. «Esa pérdida relativa cambia la percepción de todos los colores. Con las gafas, una zona del espectro gana contraste y otra pierde. Lo que pasa es que se gana contraste precisamente en la zona “de pérdida” del daltónico, por lo que en parte se compensa el problema.» Es la posibilidad de visualizar por primera vez esta zona del espectro la que causa en los daltónicos una sensación de ver el mundo en todas sus dimensiones. «Llevas toda la vida teniendo la sensación de que no estás viendo todo en su máximo esplendor», me dice Rubén para explicar la «conmoción» que produce descubrir lo que se han «perdido». Con las gafas puestas, y los ojos llorosos, Diego me mira y tiene un arrebato poético que explica perfectamente esa sensación de ser un alienígena: «O sea», me dice, «¿que así es mi planeta?».

BICHITOS EN LA PISCINA

En 1801, mientras Thomas Young presentaba su experimento sobre los patrones de interferencia, se estaba descubriendo no solo que había diferentes maneras de ver los colores, sino algo aún más interesante: que existían más formas de luz que las que distinguimos a simple vista. El experimento inaugural lo llevó a cabo un año antes el astrónomo William Herschel, el padre del Herschel que luego interrogaría a Dalton y un tipo con una capacidad extraordinaria para detectar cosas hasta entonces invisibles (no en vano había descubierto el planeta Urano). Por aquellas fechas el astrónomo estaba ocupado detectando la evolución de las manchas solares mediante filtros, cuando se dio cuenta de que con determinados colores, como el rojo, el filtro se calentaba más. ¿Qué relación tenía la temperatura con los colores del espectro? Para comprobarlo diseñó un experimento sencillísimo y muy fácil de repetir. Como había hecho Newton, dejó pasar un haz de luz a través de un prisma y produjo un pequeño arcoíris. Para medir la temperatura de cada color colocó un pequeño termómetro en cada franja del espectro y un termómetro adicional en un lateral simplemente para controlar la temperatura ambiente de la estancia. Su sorpresa llegó al cabo de unas horas cuando, al anotar las mediciones, descubrió que era el termómetro fuera de la luz visible el que más se calentaba. Al lado del espectro, más allá de la luz roja, había algo que calentaba más que la propia luz y que él bautizó como «rayos calóricos». Aquellos rayos daban calor de muchas maneras y eran reflejados, refractados y transmitidos como la luz visible. Era la primera vez que se demostraba la existencia de una forma de luz más allá de lo que distingue el ojo humano. Hoy los conocemos como «rayos infrarrojos».

Un año después, otro científico descubrió que la luz invisible seguía también por el otro lado del espectro. El alemán Johann Wilhelm Ritter conocía el experimento de Herschel y se puso a investigar si existía alguna otra forma de luz más allá del color violeta. Repitió el procedimiento del prisma y esta vez colocó una lámina de cloruro de plata en aquella zona del espectro. Por entonces se conocía que estas sales se ponían de color negro si se exponían a la luz solar (estaban a un paso de desarrollar la fotografía), así que Ritter probó a ver qué reacción producían los distintos colores. La luz oscurecía más rápido las sales a medida que se movían del rojo al violeta, pero la reacción era muchísimo más fuerte junto al extremo del espectro, donde no se apreciaba ningún color. A esta nueva luz la bautizó como «rayos desoxidantes», que más tarde se conocieron como «rayos químicos» y que hoy llamamos «luz ultravioleta».

Como veremos más adelante, el descubrimiento de que la luz era una onda electromagnética, con los experimentos de Faraday y las ecuaciones de Maxwell, daría lugar a una revolución del conocimiento científico que llevaría indirectamente a la teoría de la relatividad y el desarrollo de la mecánica cuántica. El alemán Wilhelm Conrad Röntgen había descubierto poco antes otro tipo de luz con una longitud de onda aún más corta y un montón de aplicaciones médicas, los famosos rayos X. Heinrich Rudolf Hertz realizó los primeros experimentos de transmisión de ondas, que llevarían al desarrollo de la radio y el telégrafo, y Rutherford y otros experimentaron con los rayos gamma. El espectro electromagnético se mostraba como un abanico gigantesco de longitudes de onda de las que los seres humanos solo éramos capaces de distinguir una diminuta fracción a simple vista. Como había sucedido antes con el microscopio y el telescopio, un nuevo universo invisible estaba disponible ante nosotros y podíamos observar la realidad con nuevos ojos, captando la luz infrarroja o ultravioleta de las estrellas, los rayos ultraenergéticos del espacio profundo o estimulando la materia con electrones para ver más allá de la longitud de onda visible más pequeña.

Este inmenso abanico del espectro abarca desde la longitud de onda de las señales de radio más extremas, del tamaño de un sistema solar, por ejemplo, a las microondas de pocos centímetros, la radiación ultravioleta, los rayos X y los temidos rayos gamma, con una longitud de onda tan diminuta que puede interaccionar con la materia en sus niveles más íntimos y provocar daño celular. En ese abanico de ondas de miles de kilómetros, nuestros ojos son sensibles a una franja de entre los 400 y los 700 nanómetros. Para hacerse una idea de las proporciones, si el espectro completo fuera la bobina de una película de cine que llegara desde Madrid hasta Moscú, la parte que nosotros vemos tendría el ancho de un solo fotograma de dos o tres centímetros. Ver, como explicaba Richard Feynman en su célebre entrevista televisiva del sillón de orejas, no es más que descifrar un mensaje a partir de las vibraciones electromagnéticas que viajan en todas direcciones. Para entenderlo, el físico pedía que imagináramos un bichito en la esquina de una piscina en la que varias personas se tiran a nadar. ¿Podría saber el bichito las características de la persona que se ha tirado al agua por la vibración que produce su inmersión en el agua en forma de ondas? Eso es lo que hace nuestro ojo cuando miramos algo, solo que en tres dimensiones. Reconstruimos la realidad de lo que sucede en la «piscina» del cosmos a partir de la información que nos transmiten unas cuantas «olas» en la superficie, como hacían algunos navegantes polinesios que pegaban la oreja al fondo de la barca para tratar de detectar la cercanía de una isla. Y tiene su mérito porque, como recuerda Feynman, en nuestro entorno «hay un lío tremendo de ondas viajando por todas partes», desde las que transmiten la señal de televisión o radio a las que llegan desde el otro extremo de la galaxia.

Fuente: CSIC, Año Internacional de la Luz. © Carles Salom.

Toda esa amalgama de ondas está llena de información, pero nuestros receptores han evolucionado para detectar solo algunas. Hay «olas» más largas que no vemos aunque las sentimos en la piel, como la radiación infrarroja del sol, pero existen otras criaturas que sí las detectan visualmente porque su rendija para percibir la realidad está más abierta hacia un lado o hacia otro. Las serpientes que viven en algunos desiertos, recordaba Feynman, sí ven la radiación infrarroja y pueden detectar con ella la presencia de un ratón en la arena. Para comprobar nuestra limitación a una franja del espectro hay un sencillo experimento que cualquiera puede hacer en casa y resulta muy ilustrativo. Basta tomar el mando a distancia de la televisión o cualquier otro aparato y fijarse en el piloto que todos tienen en el extremo delantero. Si pulsamos un botón y miramos la bombillita a simple vista no veremos nada, pero si lo vemos a través de la cámara de nuestro teléfono móvil o algunas cámaras digitales, vemos claramente una luz blanca que se enciende cada vez que presionamos. El rango para el que está programada la cámara es distinto del que perciben nuestros ojos y por eso ella «ve» la luz y nosotros no. Si tienes un gato en casa, piensa que cada vez que cambias de canal él sí está viendo la bombilla de luz infrarroja con la que tú apuntas al televisor para cambiar de canal y se estará preguntando qué hace su dueño disparando luz hacia delante.

Pero ¿existe algún ser humano que pueda ver más allá del rango de lo visible? En 1923 se creó en España una comisión de investigación presidida por el mismísimo Santiago Ramón y Cajal y compuesta por eminentes científicos para estudiar el denominado caso del «hombre con rayos X en los ojos». El supuesto «superhombre» era Joaquín María Argamasilla de la Cerda y Elio, un joven madrileño que afirmaba tener el poder de ver a través de los objetos y cuya historia apareció en las páginas del The New York Times. Argamasilla se colocaba ante su público con los ojos vendados y después averiguaba lo que alguien había escrito en un papel metido dentro de una caja de metal o la hora que marcaba un reloj de bolsillo. Su figura despertó tal interés que involucró a conocidos personajes de la época, como el escritor Ramón María del Valle-Inclán, que se posicionó a su favor y creía firmemente en sus poderes. Todo hasta que Argamasilla viajó a Nueva York para retar al Gran Houdini —ocupado por entonces en desenmascarar embaucadores— y los engaños quedaron expuestos a la luz pública (le pilló mirando a escondidas en las cajas que decía atravesar con su vista).

Por supuesto, ningún ser humano es capaz de ver en longitudes de onda como los rayos X, pero eso no quiere decir que no pueda haber casos extraordinarios. Hacia 1921, por ejemplo, el pintor francés Claude Monet se vio sumido en una profunda depresión porque estaba perdiendo la vista. Al final de su vida, el que fuera uno de los creadores del impresionismo, apenas podía distinguir la realidad como consecuencia de unas cataratas. Como sucede con muchas personas al llegar a cierta edad, el cristalino de su ojo era cada vez más opaco y le impedía seguir pintando flores y nenúfares a los que había dedicado buena parte de su última obra. Aconsejado por los médicos, a la edad de 82 años Monet se sometió a dos operaciones que le retiraron el cristalino y permitieron de nuevo el paso de la luz a sus ojos, a costa de perder la capacidad de acomodar la vista y enfocar con detalle. A cambio, el artista podía volver a percibir los colores y además había ganado algo que no esperaba: podía distinguir tonos que no había visto nunca. A partir del análisis de algunas de sus últimas obras algunos autores creen que es posible que Monet pudiera percibir la luz más cercana al espectro ultravioleta tras la operación. Sus flores estaban teñidas de pronto por el azul blanquecino característico de la percepción de este rango de frecuencias. También hay quien atribuye este «exceso de azul» al efecto que percibe su cerebro tras años acostumbrándose a que el mundo se vuelve rojo-amarillento. En cualquier caso, está bien documentado que las personas sometidas a una operación de cataratas amplían en ocasiones su rango visual y algunos de sus fotorreceptores se excitan con luz por debajo de los 420 nanómetros. Cuando a una persona se le retira el cristalino —lo que los médicos conocen técnicamente como «afaquia»— desaparece uno de los principales filtros que contiene la radiación ultravioleta y algunos fotorreceptores se activan y dan una visión del mundo novedosa y diferente, que recuerda a la que tendría un insecto o un superhéroe.

El profesor de neurociencia Glen Jeffery, del University College de Londres, sostiene que el hecho de no percibir la luz ultravioleta nos convierte en una excepción dentro del reino animal. Los insectos y buena parte de las aves perciben esta zona del espectro que les ayuda a distinguir los patrones de las flores o a encontrar pareja. Y por lo que empezamos a saber, parece que algunos mamíferos también se han adaptado para distinguir la luz de longitudes de onda más cortas, como algunos roedores y marsupiales, incluidos los koalas. Por su parte, Jeffery y su equipo llevan años estudiando la visión de los animales que habitan en el Ártico y pasan varios meses en la oscuridad, como focas, renos y osos polares, y ha comprobado que su mayor sensibilidad al espectro ultravioleta les otorga una ventaja para su supervivencia. Con este tipo de visión, por ejemplo, un liquen aparece resaltado como una mancha negra en mitad de los hielos árticos, lo mismo que ocurre con un depredador que se acerca acechante o las marcas de orina de una posible pareja. Mientras la nieve refleja la radiación, estos otros cuerpos la absorben y aparecen oscurecidos. Las focas, que viven en un mundo de penumbra bajo el hielo, no van a dejar escapar un solo fotón sea de la longitud de onda que sea, según Jeffery. Así que tiene sentido que hayan desarrollado esta adaptación. Su trabajo comenzó en el año 2000, cuando un grupo de investigadores noruegos le insistió para que investigara cómo podían los animales árticos vivir en la oscuridad durante largos meses. Un buen día le enviaron un saco con decenas de ojos de renos sacrificados por los pastores saami que habitan en territorio lapón. El cargamento venía en dos partes, una con los ojos de los animales sacrificados en verano y otra con los ojos de aquellos que murieron en invierno. El típico envío que recibe un profesor del departamento de oftalmología de una universidad. Cuando Jeffery procedió a diseccionarlos descubrió algo completamente inesperado: los ojos de un grupo y los del otro eran de diferente color.

Al dirigir una fuente de luz a los ojos, el neurocientífico se dio cuenta de que los que pertenecían a renos que habían muerto en verano reflejaban una luz amarillenta, mientras que los de renos muertos en invierno reflejaban luz azul. Para comprobar qué estaba pasando, el científico continuó con pruebas sobre el terreno que consisten en capturar renos, anestesiarlos y estimular sus ojos con una luz ultravioleta para ver si registran actividad. Y lo que ven es que, efectivamente, desata una respuesta. Pero el asunto es aún más intrincado e interesante. Tras años recopilando pruebas, Jeffery tiene una hipótesis para explicar la diferencia de color en los ojos de los renos en función de la época del año. La respuesta no tiene que ver con los pigmentos que utilizan para procesar la visión, sino con la presión que ejercen sus músculos sobre el globo ocular. La parte del ojo que refleja la luz amarilla o azul según se trata de un reno de invierno o verano se llama tapetum lucidum, una capa que recubre la retina en muchos vertebrados y que refleja la luz hacia el exterior. Debido a esta estructura —que los humanos no tenemos— a muchos animales les brillan los ojos en la oscuridad cuando les llega algo de luz, lo que pudo inspirar a los griegos para sus teorías del fuego en el ojo. En condiciones normales, la mayoría de los ojos de animales reflejan la luz amarilla, como los renos de verano de los saami, pero los que habían estado viviendo muchos meses en la oscuridad reflejaban la luz azul. El motivo, según Jeffery, está en lo que sucede en el iris cuando nos adaptamos a las condiciones de baja luminosidad. Para captar más luz, las pupilas se dilatan y este esfuerzo constante —prolongado durante semanas y semanas— provoca un sobresfuerzo muscular que acaba teniendo un efecto en el tapetum. Las fibras de colágeno empiezan a estar más apretadas y esto afecta a la luz que reflejan; cuando están separadas reflejan luz amarilla y cuando están prietas reflejan luz azul. Las pruebas con los renos anestesiados muestran que este cambio de disposición afecta también a la sensibilidad del ojo, de modo que los renos de «ojos azules» tienen una sensibilidad mucho mayor que los renos de «ojos amarillos». Algunos científicos no están de acuerdo con esta hipótesis, pero Jeffery descubrió recientemente algo que podría terminar de darle la razón: un grupo de renos en los que el tapetum reflejaba luz verde. En este caso se trataba de animales que habían empezado a pasar el invierno con los pastores saami —en la oscuridad— pero luego habían sido adquiridos y llevados a establos con luz artificial, como si el proceso de compresión de los músculos de la pupila hubiera quedado a medias. Y por eso el fondo de su ojo reflejaba otro tipo de luz entre los dos extremos.

Estas cuestiones sobre la capacidad de ver a un lado u otro del espectro nos llevan a algunas preguntas que nos hemos hecho desde el principio: ¿en qué momento dejamos de ver el ultravioleta y por qué vemos como vemos? Reconstruyendo la posible evolución molecular de las opsinas, los científicos creen que los primeros vertebrados pudieron tener ya un sistema basado en cuatro fotorreceptores y que a partir de ahí hubo especializaciones y cambios. Para mejorar sus posibilidades de supervivencia en los tiempos de los dinosaurios, los mamíferos adoptamos costumbres nocturnas y perdimos dos receptores: nos bastaba con los otros dos para desenvolvernos en la oscuridad. Los mamíferos nos hicimos dicrómatas mientras peces, reptiles y aves siguieron siendo tetracrómatas. Mucho tiempo después, hace unos 35 millones de años, un grupo de mamíferos entre los que se encontraban los antepasados de los humanos recuperaron un tercer fotorreceptor al tiempo que perdieron toda sensibilidad al espectro ultravioleta. Y los primates nos convertimos en una excepción entre los mamíferos al ser capaces de ver a partir de la mezcla de tres colores.[*]

Sobre la causa última de este cambio, hay diversas hipótesis y ninguna está plenamente aceptada. La más conocida es la que atribuye una ventaja evolutiva al tricromatismo debido a la capacidad de distinguir los colores de algunos frutos entre los árboles. Esta capacidad pudo hacer que los primates que distinguían tres colores se alimentaran y aparearan con ventaja respecto a los dicrómatas. Pero existen motivos para cuestionarse esta teoría, como las pruebas que demuestran que los dos receptores de los monos dicrómatas también sirven para distinguir determinados frutos y que estos se alimentan en cantidades similares a los tricrómatas. Para poner a prueba estas hipótesis se han hecho experimentos de lo más variado. En 2013 un equipo de la Universidad de Cardiff reclutó a dos grupos de personas, unos con ceguera al color y otros con visión normal, y realizaron una serie de pruebas escondiendo frutos entre frondosos matorrales. La única ventaja que apreciaron, al comprobar quién distinguía más frutos, fue que los tricrómatas tenían mejores resultados cuanto más lejos estaba la planta. Otra teoría apunta a una posible ventaja del tricromatismo a la hora de distinguir los frutos más maduros o las hojas más jóvenes, y por tanto más nutritivas, y hay hasta quien cree que esta capacidad permitía distinguir mejor la salud de las crías al verles el color de la cara. Aparte de estas especulaciones, lo interesante del asunto —y lo que permite reconstruir mejor la historia evolutiva— es que no todos los miembros del grupo al que pertenecemos evolucionaron igual. Esta diferencia se puede apreciar hoy día en que los monos del Viejo Mundo (los que viven en Asia y África) son estrictamente tricrómatas, mientras que en los del Nuevo Mundo (América) se produce una mezcla genética que hace que en muchas especies los machos sean dicrómatas y la mayoría de las hembras vean a partir de la combinación de tres colores. Y fue precisamente con una de estas especies con las que Jay Neitz y su mujer, Maureen, comenzaron a trabajar en 1999.

Esta pareja de especialistas en oftalmología de la Universidad de Washington consiguió dos monos ardilla ciegos al rojo y al verde porque les faltaban, como a todos los machos de la especie, los pigmentos sensibles a las longitudes de onda más largas. Seguidamente, Jay y Maureen Neitz entrenaron a los monos para realizar una serie de tareas entre las que estaba identificar patrones de color. La prueba principal consistía en ponerles ante una pantalla con un patrón de círculos parecido al test de Ishihara, pero en el que no debían distinguir números ni figuras, sino simples manchas de color verde (que ellos distinguen como amarillo). Cuando en el monitor aparecía el patrón, el mono debía darle con la mano y en caso de acierto obtenía unas gotitas de zumo de recompensa. En los vídeos de las pruebas se ve a Dalton y Sam (así los bautizaron) dándole a la pantalla con la nariz y obteniendo su recompensa (lo de las manos les hacía perder tiempo y los monos ardilla son muy prácticos). En una segunda parte del aprendizaje, los científicos repitieron una y otra vez la prueba pero con manchas de color rojo para asegurarse de que los monos no las podían distinguir y de que ni siquiera podían aprender a predecir dónde aparecerían. En los vídeos de estas pruebas se ve a los pobres simios muy desorientados y algo malhumorados porque no eran capaces de obtener el zumo que tanto les gustaba.

Todo este entrenamiento era la preparación para un proceso mucho más ambicioso. Neitz y su equipo realizaron un tratamiento de terapia génica en la retina de ambos monos para introducir el tipo de pigmento que les faltaba. En otras palabras, para intentar curar su dicromatismo y convertirlos en tricrómatas. ¿En qué consistía el experimento? Los científicos inyectaron en la retina de los monos un virus que debía cambiar la información genética de algunos de sus receptores, programándolos para producir una nueva gama de pigmentos que reaccionan al rojo (L), de modo que el ojo adquiría la base para poder comenzar a procesar la visión a partir de tres pigmentos. Y se sentaron a ver qué pasaba. Durante 22 semanas las pruebas con el monitor no sufrieron ninguna variación. La visión de los monos seguía siendo dicromática como antes de la operación, pero entonces hubo un cambio. De pronto los monos empezaron a distinguir el rojo y a acertar en las pruebas. En el vídeo que publicó la revista Nature en 2009 se ve al mono Dalton dándole al monitor con la nariz cada vez que distingue un patrón de color rojo/rosáceo y obteniendo su recompensa. Se había convertido en tricrómata gracias a la terapia génica, lo que abre una puerta a la esperanza para futuros tratamientos a humanos, aunque la posibilidad es aún muy lejana debido a los riesgos. ¿Eran conscientes los pequeños monos ardilla de que estaban viendo una realidad nueva? El profesor Neitz apuesta a que solo notan que hay algo diferente, pero no son capaces de asociar ese estímulo con nada de lo que han aprendido. Si hubiera podido hablar, al mono Dalton le habría pasado lo mismo que a Diego cuando probó las gafas para distinguir el rojo y el verde, que no tendría nombres para identificar aquellos colores.

Como primates, pues, nuestra capacidad para ver con tres fotopigmentos es muy ventajosa, pero se limita a una estrecha banda del espectro, salvo que nos operen de cataratas y podamos ver temporalmente un poquito más allá de las longitudes de onda de 420 nanómetros. Aun así, algunos humanos tienen capacidades visuales que hasta hace poco ni siquiera sospechábamos. Recientemente, el equipo de Grazyna Palczewska ha descubierto algunos mecanismos a partir de los cuales la luz infrarroja podría estimular los fotopigmentos, lo que podría ser una vía para ampliar nuestra visión por el otro lado del espectro. Y desde hace tiempo se investiga la posibilidad de que nuestro ojo sea capaz de percibir luz polarizada.

Muchos animales, como las abejas, las hormigas o algunos peces, son capaces de detectar la orientación de la luz para navegar. Como hemos visto, si colocamos un filtro que solo deja pasar las ondas con determinado ángulo —como hacen las gafas de sol— podemos polarizar la luz como queramos. Y esto es lo que hacen los ojos de algunas de estas criaturas. En 1844 el físico austríaco Wilhelm von Haidinger se dio cuenta de que algunas personas podían percibir un patrón lineal de polarización de la luz cuando miraban al cielo, una especie de mancha amarilla horizontal que desde entonces se conoce como «cepillo de Haidinger». Con sistemas más modernos, el patrón se puede percibir al mirar una pantalla LCD de luz polarizada y permite ver durante unos instantes el manchurrón amarillo y un patrón perpendicular azul que provoca el propio ojo para compensar la señal. Pero el efecto dura solo un instante, antes de que nuestro cerebro elimine el «ruido» y lo dejemos de ver. En 2015 el equipo de Juliette McGregor, de la Universidad de Leicester, trabajaba en un experimento para detectar si pulpos y sepias veían la luz polarizada cuando decidieron reciclarlo y probarlo en humanos. Mediante pantallas LCD, los científicos vieron que, efectivamente, determinadas personas son capaces de detectar la variación que se produce al rotar el ángulo de la luz y descubrieron que la clave para percibir este efecto estaba en las propiedades de la córnea de cada individuo (la lente más externa del ojo) y en la forma en que se organizan los pigmentos en la mácula (el área de la retina donde se encuentra la mayor concentración de conos). Cuando su distribución es simétrica y circular, argumenta McGregor, se produce una mayor absorción de la luz azul que podría explicar el fenómeno. La conclusión de los experimentos fue que algunos humanos detectaban la luz polarizada y «no eran tan buenos como las sepias, pero aun así mejores que otros vertebrados con los que se han hecho pruebas hasta ahora».

El efecto descubierto por Haidinger se producía al mirar al cielo porque es una de las principales fuentes de luz parcialmente polarizada. Este comportamiento de la luz al dispersarse en la atmósfera explica por qué el cielo es azul a mediodía y rojo en los amaneceres y ocasos. Hacia 1870, otro investigador de la luz, el inglés John Tyndall, realizó una serie de experimentos que consistían en hacer pasar un haz de luz blanca por un tanque de cristal en el que ponía humo, polvo o líquidos con partículas de distintos tamaños. Lo que vio fue que parte de la luz que se dispersaba hacia los lados estaba polarizada y que era más azulada cuanto más pequeñas eran las partículas. Esto, junto con los hallazgos de lord Rayleigh y la sensibilidad de nuestros ojos, explica por qué vemos el cielo como lo vemos. La luz con longitudes de onda más pequeñas (azul) se dispersa antes que la otra y se proyecta sobre nuestras cabezas. A mi amigo Joaquín Sevilla le gusta explicarlo como si la luz de distintas longitudes de onda fueran canicas de distinto tamaño. Las más gordas tienen más opciones de seguir cayendo y las pequeñitas rebotan con todo lo que encuentran por el camino. Eso sí, cuando la luz se topa con partículas de un tamaño mucho mayor, como el vapor de agua de una nube, rebotan todas las «canicas» y vemos el color blanco. Cuando vemos el atardecer, el cielo cambia de color por los mismos motivos. El primero es que las canicas azules tienen que recorrer más kilómetros de atmósfera para llegar hasta nosotros, y como se dispersan («rebotan») con más facilidad, se quedan por el camino. Por el contrario, las canicas con longitud de onda más larga sobreviven al largo viaje y llegan hasta nosotros formando la clásica estampa del ocaso y los rayos de color rojo y rosáceo.

Todo esto sucede de un modo parecido cuando la luz entra en un nuevo medio, como el mar, donde se produce una absorción de las ondas en función de sus características. Esta vez, la parte de la luz que es más energética (los azules) penetra a mayor profundidad, mientras que las ondas más largas se quedan por el camino. Por eso a medida que se baja a la profundidad los tonos son más azules hasta que la oscuridad es total y la mayoría de criaturas marinas han desarrollado receptores para la luz de onda más corta. Han evolucionado para emitir y ver en el azul. Pero hay alguna excepción. El biólogo Christopher Kenaley, de la Universidad de Harvard, lleva años estudiando varias especies de «peces demonio» que han desarrollado la capacidad de emitir y detectar luz en el espectro del rojo, lo que les proporciona una sorprendente y siniestra ventaja: pueden iluminar a los otros peces y verlos sin ser vistos. «Existe una carrera armamentística ahí abajo», me cuenta. «La luz se usa para comunicarse con potenciales parejas, para camuflarse o para iluminar. Si la presa es iluminada con una longitud de onda que no puede detectar, el depredador tiene una enorme ventaja.» La situación recuerda a la famosa escena de la película El silencio de los corderos (1991) en la que la agente Starling (Jodie Foster) trata de encontrar al psicópata Gumb en su casa, pero este hace saltar los plomos y la observa en la oscuridad con unas gafas de visión nocturna. La evolución sigue a veces caminos caprichosos y no hay una forma de ver estándar que sea más ventajosa que otra en todos los sentidos; sino que todo depende de las adaptaciones y de si contribuyen a una reproducción más exitosa.

Ilustración original de Thomas Young sobre la forma de su ojo. © The Royal Society.

Ahora volvamos al ojo e imaginemos que la luz hace un viaje parecido al que realiza al entrar en nuestra atmósfera. A lo largo de ese viaje va pasando por diferentes medios, desde la córnea del exterior pasando por el líquido del humor vítreo hasta alcanzar la retina. El siguiente paso de la luz es a través del iris, cuya función es básicamente contraer y dilatar la pupila de forma que entre más o menos luz, y de ahí alcanza la segunda lente, llamada «cristalino». Gracias a los experimentos con su propio ojo, Thomas Young descubrió no solo que su córnea era irregular, lo que le producía un trastorno que llamó astigmatismo, sino que las lentes se acomodaban, es decir, cambiaban de forma para enfocar la vista. Pero ¿qué lente hacía aquellos cambios? ¿El cristalino o la córnea? Young ya sospechaba que el problema estaba en el primero, pues los pacientes a los que operaban de cataratas perdían la capacidad de regular la vista, pero para comprobarlo se le ocurrió una idea un poco loca. El físico decidió inundar su ojo, meter la córnea dentro del agua para igualar los índices de refracción y descubrir si seguía acomodándose con su característico astigmatismo.

Tomé un pequeño microscopio botánico y saqué una lente doble convexa […] la fijé en un recipiente de una quinta de pulgada de profundidad; asegurando sus bordes con cera. Vertí en su interior un poco de agua, algo fría, hasta que estuvo lleno en sus tres cuartas partes, y después me lo puse en el ojo, de modo que la córnea entrara hasta la mitad en el recipiente y en contacto total con el agua.

Con todo este despliegue, Young había anulado su córnea —al introducirla en el agua— pero se dio cuenta de que la pequeña lente del microscopio no era suficiente para sustituirla, así que añadió otra más. Cuando restauró su visión utilizó un optómetro fabricado por él mismo (una rendija por la que dejaba pasar la luz de una vela e iba comprobando los movimientos de enfoque) y se dio cuenta de que podía seguir enfocando como antes, lo que le llevó a la conclusión de que era el cristalino el que variaba su forma. De esta manera sería Young el primero en definir que esta lente se hace más estrecha o más ancha para cambiar la curvatura de la luz y por eso podemos enfocar a distintas distancias. Esta capacidad de enfoque (que en una cámara de fotos se produce alejando o acercando dos lentes) se conoce como «acomodación del ojo». A medida que pasan los años el cristalino va perdiendo elasticidad y esto causa la famosa presbicia o «vista cansada» (al ojo le cuesta enfocar a distintas distancias). Cuando el cristalino se hace más opaco se producen las cataratas.

Si recopilamos toda esta información, ya tenemos un buen resumen de cómo funciona el ojo. Como resultado de la acomodación del cristalino, como había descubierto Kepler, la luz atraviesa el cuerpo vítreo y la imagen se proyecta sobre la retina, estimulando los fotorreceptores, ya sean los bastones (distribuidos por todo el ojo y que se activan con poca luz) o los conos (sensibles a tres rangos de longitudes de onda y presentes sobre todo en la fóvea o punto de mayor resolución). Si la imagen se forma delante de la retina, estamos ante una persona de vista corta o miope, pues le cuesta ver los objetos de lejos. Si la imagen se forma más allá de la retina estamos ante un caso de hipermetropía. Cuando a uno le ponen gafas con lentes convergentes o divergentes lo que consigue es que la imagen se forme en la retina y no más atrás ni más adelante. En la actualidad los dos problemas se arreglan también mediante una sencilla operación para tallar con láser las lentes oculares.

Para completar el viaje, además de los juegos de lentes, debemos comprender el proceso fotoquímico que hace posible la visión y que habían atisbado Böll y Kühne a finales del siglo XIX con sus experimentos con ranas y conejos. La «púrpura visual» que ellos habían descrito era una de las moléculas que participan en la sucesión de cambios que nos permiten ver. Estas moléculas, llamadas «opsinas», cambian su estructura con el estímulo de un fotón y ponen en marcha una serie de transformaciones que terminan activando una señal nerviosa en milisegundos. Cuando uno estudia los detalles de este mecanismo fotoquímico comprueba que se trata casi de una cuestión geométrica; un fotón cambia la forma de un enlace, la molécula se dobla o se estira, y pasa a realizar otra función. Como un tetris molecular. Los bastones funcionan por la acción de la «púrpura visual» o rodopsina, compuesta por opsina y un pigmento llamado «retinal» (una de las formas de la vitamina A), mientras que en los conos actúa otra variante llamada «yodopsina». El primer proceso interviene en la percepción de la luz en momentos de oscuridad y el segundo en la percepción del color con mucha luz. Y al ser fenómenos relacionados con la cantidad de luz influyen uno en el otro, lo que explica por qué tardamos un rato en adaptarnos a la oscuridad o por qué nos deslumbramos y vemos mal cuando alguien enciende la luz y estábamos a oscuras. En presencia de luz, la rodopsina de los bastones se descompone en opsinas y retinal, de forma que la sensibilidad del ojo a la luz disminuye enormemente, aunque ahora vemos los colores. Cuando nos quedamos un rato a oscuras, en cambio, el retinal que está en el epitelio pigmentario empieza a acumularse en los bastones y el ojo «se carga» para poder ver en la oscuridad. Es por esto por lo que Kühne había colocado al conejo albino con los ojos tapados durante unos minutos antes de intentar inmortalizar una imagen en sus fotorreceptores y obtener su visión final del mundo. Debía cargar sus niveles de rodopsina en los bastones antes de «revelar» el optograma final.

En el ojo de visión normal la luz llega a la retina (izquierda), en el ojo miope los rayos se enfocan antes (centro) y en el hipermétrope se enfocan después (derecha).

LOS OJOS DE DALTON

Cuando Alice Cliff abre la puerta del almacén, los ojos de John Dalton ya nos están esperando, cuidadosamente colocados sobre una mesa. Estamos en el sótano del Museo de Ciencia e Industria de Manchester y la conservadora ha accedido a mostrarme este pequeño tesoro, que permanece más o menos intacto desde el 28 de julio de 1844, el día en que el doctor Ransome analizó y conservó los ojos en el interior de dos vidrios de reloj. Durante muchos años los ojos estuvieron en posesión de la universidad, que en 1958 los donó a la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester, la institución en la que Dalton desarrolló buena parte de su actividad. En 1991 la sociedad los prestó para una exposición y seis años después se cedieron definitivamente para los fondos del museo, donde han permanecido desde entonces y se han expuesto varias veces de manera temporal.

La estructura de cristal en que se encuentran los restos contiene dos receptáculos cada uno con los restos de un ojo. Pero la distribución es muy desigual, porque en el lado derecho hay dos fragmentos muy grandes del mismo ojo y en el otro hay un fragmento más pequeño. Los dos primeros son un trozo de la retina y la parte delantera de ese mismo ojo. El fragmento solitario y pequeño son las 5/6 partes de otro ojo, con partes del iris y el nervio óptico. «Esta pieza es una parte de la retina. Es casi transparente, con un borde pigmentado aquí», señala Alice. Lo que hizo el doctor Ransome durante el análisis post mortem fue exprimir uno de los ojos para observar el humor vítreo y cortarlo en láminas cuidadosamente hasta acceder a la parte trasera donde se encuentra la retina. De alguna manera, dice Alice, el médico fue «desnudando» el ojo hasta sacar las capas que le interesaban y poder examinarlas de forma separada.

Lo que quedó tras el análisis es lo que el médico desecó, una forma de conservación que consiste en extraer toda el agua del tejido, e introdujo en los vidrios de reloj que ahora vemos. Examinados de cerca, los restos recuerdan a la piel seca de una serpiente, tres laminillas curvadas y suspendidas en el interior del cristal como si hubieran sido congeladas. «Ransome hizo el análisis que le había pedido Dalton y comprobó que su humor vítreo no estaba tintado de azul», explica Alice. «Y después fue buscando la retina, donde sabía que estaban los receptores de la luz. Pero en aquel momento no podía llegar a ninguna conclusión sobre qué causaba su percepción del color.» Aunque poco después Young y otros especularían con la existencia de fotorreceptores, la hipótesis más aceptada por la medicina de la época era que la ceguera al color podía estar causada por algún tipo de defecto cerebral. De hecho, en la autopsia Ransome habla de un «desarrollo deficiente» del órgano frenológico del color, una zona que corresponde con una de las circunvoluciones del lóbulo frontal. La frenología era una teoría de moda de la época que pretendía explicar las características de las personas a partir de la forma de su cráneo y, por tanto, de su cerebro. Uno de los escultores y frenólogos más prolíficos fue William Bally, quien realizó el molde de decenas de cráneos de personas que hoy se conservan y componen una galería inquietante. En los registros de la época, me revela Alice, consta que llegó a tiempo para sacar un molde de la cabeza de Dalton, pero se lamentó de no poder hacer una máscara de la cara porque ya no tenía los ojos.

Aunque se equivocó sobre el motivo que causaba su ceguera al color, Dalton había valorado meticulosamente todas las posibilidades y las formas en que se manifestaba, hasta el punto de ser el primero en afrontar científicamente el problema y buscar una explicación. En una carta a Elihu Robinson en 1794, poco antes de publicar su famoso trabajo «sobre los hechos extraordinarios relativos a la visión del color», ya adelanta lo que ha descubierto:

Estoy sumido ahora en una investigación muy curiosa. El verano pasado descubrí con certeza que los colores tienen una apariencia diferente para mí que para los demás. Las flores del geranio son para mí, a la luz del día, casi del mismo color que el azul del cielo, mientras que otros llaman a eso rosa oscuro; pero observando casualmente una de ellas a la luz de una vela descubrí que tenía un color totalmente diferente del que presentaba durante el día; parecía entonces muy parecido al amarillo, pero con una tintura de rojo; pese a que nadie más me dijo ver esta diferencia con el aspecto diurno, mi hermano resultó ser la excepción, ya que parece ver como yo…

Las observaciones de Dalton, sin embargo, no eran las primeras sobre la ceguera al color, como muchas veces se cree. Unos veinte años antes, el navegante e investigador británico Joseph Huddart fue el primero en descubrir que una familia de Maryport, un pueblecito costero en la región de Cumberland, al noroeste de Inglaterra, tenía una extraña manera de percibir el color. En una carta enviada a Joseph Priestley en 1777 y leída por este ante la Royal Society, Huddart explica su relación con un zapatero del pueblo, llamado Thomas Harris, al que conoce desde hace unos diez años. La misiva, que lleva por título «Un apunte sobre las personas que no pueden distinguir colores», resume lo que ha podido saber tras muchas conversaciones con el zapatero. El señor Harris, asegura el corresponsal, no distingue los colores hasta el punto de no ser capaz de adivinar el nombre de ningún tono y solo distingue el blanco del negro. Además, tiene otros tres hermanos en las mismas circunstancias y una hermana que no sufre ningún problema en la visión. Los trabajos de Huddart tienen mérito porque es el primero que hace pruebas con telas y prismas para constatar qué es lo que perciben estas personas. Uno de los hermanos, llamado Jonathan y de profesión marinero, se sometió a una prueba con lazos de colores. Al examinarlos, los que eran marrones los veía negros, los que eran verdes le parecían amarillos y los rojos los identificaba como azules.

… pero de todos el que más le engañaba era el color naranja; de él habló muy confiado diciendo: «este es el color de la hierba, esto es verde».

Por supuesto, en cuanto comenzó a hacer sus pesquisas, Dalton tuvo noticia de la existencia de esta familia y se puso en contacto con Joseph Dickinson, un conocido que vivía en Maryport, para intentar llegar hasta la familia Harris y hacerles una serie de preguntas. Había pasado tanto tiempo que ya solo quedaban dos hermanos vivos, Joseph y John, que también tenían ceguera al color. A través de Dickinson, Dalton les hizo llegar una serie de lazos con colores y un cuestionario con estas preguntas:

1. ¿Ha mirado alguna vez a través de un prisma? ¿Cuáles son los colores principales que ve en él?

2. Los colores rosáceos, que otros llaman rojos, ¿le parece que tengan algún parecido con el azul del cielo?

3. ¿Tiene conceptos diferentes para rojo, naranja, amarillo o verde?

4. ¿Cuáles son los colores más llamativos del arcoíris?

5. La tela de lana verde, que se usa para cubrir las mesas, ¿le parece verde o más bien marrón-rojizo? ¿Le recuerda más a la cera roja para lacrar sobres o es más como el color de la hierba?

6. Desearía saber especialmente si una cinta de color rosa oscuro le parece sustancialmente diferente a la luz del día y a la luz de una vela, al igual que el verde oscuro y el carmesí.

7. ¿Aprecia mucha diferencia a la luz del día entre el carmesí y el gris apagado?

Dalton estaba recomponiendo las pruebas para conocer cuál era el mecanismo último por el que su visión era especial o diferente a la de los demás. «Lo que más me fascina de Dalton es que tardó mucho tiempo en darse cuenta de que él no veía los colores como el resto de la gente», me confiesa Alice. «Tenía unos 20 años cuando empezó a estudiarlo sistemáticamente, pero él no notaba que tuviera ninguna deficiencia, solo que la gente se refería al color de manera diferente.» Pero después afrontó el problema de la misma forma que lo había hecho con sus estudios sobre la atmósfera, recogiendo todos los datos posibles y tratando de extraer conclusiones. «Comenzó a mandar lazos con colores a amigos y conocidos para preguntarles qué color veían ellos; y solo entonces se dio cuenta de que no veía igual que los demás», resume Alice. Y hay un componente local, añade la conservadora, y es que Dalton estaba en Manchester, que era el centro de la industria textil y del algodón y estaba lleno de especialistas en tintes que tenían acceso a un montón de colores, con decenas de matices. Estaba en una ciudad que tenía su propia manera de hablar del color y nada de lo que veía a su alrededor le cuadraba. En una de sus comunicaciones, escribe:

Siempre fui de la opinión —aunque a menudo no la mencionaba— de que muchos colores estaban nombrados de manera imprudente.

Estas diferencias de percepción le llevaron a muchas situaciones incómodas, a veces divertidas, en su vida cotidiana. En una ocasión, relata John Price Millington en su biografía, Dalton compró un par de medias a su madre por su cumpleaños que a él le habían parecido elegantes para sus reuniones de sociedad y que resultaron ser de un chillón y brillante escarlata. En 1821, antes de su visita a París, donde sería recibido con grandes honores, quiso hacerse un traje digno para la ocasión y cuando acudió al sastre le señaló una tela que le gustaba. De todos los posibles materiales, Dalton había elegido una llamativa tela roja que se emplea para los trajes de caza del zorro y con el que habría dejado a sus anfitriones parisinos boquiabiertos. Cuando el sastre se lo hizo notar, Dalton le respondió: «¡Ah, ya veo que tiene usted noticia de la enfermedad de mis ojos!». Con todas estas confusiones relatadas por él mismo, algunos de sus coetáneos se atrevieron a proponer una explicación a su ceguera al color. Para Thomas Young, como hemos visto, parecía evidente que el problema estaba en la ausencia de uno de los tres receptores del color, en este caso el rojo, y no en la pigmentación del líquido vítreo del que hablaba el propio Dalton. Y esta fue la explicación comúnmente aceptada durante muchos años; el dicromatismo de Dalton se debía a la ausencia de los conos L, los receptores más sensibles a las longitudes de onda más largas, lo que se conoce como «protanopia». Pero aún no estaba todo dicho sobre el asunto.

En 1995, un grupo de investigadores liderados por John Mollon y David Hunt se pusieron en contacto con la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester para obtener una muestra de los ojos de Dalton y someterla a un análisis genético. «Tomaron una muestra de la retina y fueron muy cuidadosos», explica Alice. Los científicos tuvieron cuidado de coger la muestra del interior del ojo, de una parte de la retina que no hubiera sido manipulada por Ransome, para evitar que fuera una parte contaminada y tener un resultado falso. «Algo interesante es que la primera vez que contactamos con el museo, ellos no veían nada especialmente valioso en estos ojos», me cuenta el profesor Hunt en conversación telefónica desde Australia, donde trabaja actualmente. «Los tenían en dos vidrios de reloj, pequeños y circulares, pero no conservados como ahora, con una carcasa de cristal que los protege. Preguntamos si podíamos tomar dos pequeñas muestras para analizar el ADN y de pronto se dieron cuenta de que tenían algo histórico allí.» Tras llevar los ojos al laboratorio de John Mollon, el profesor Hunt tomó las dos muestras personalmente con un escalpelo estéril y se aseguró de extraerlas de las zonas que no hubieran sido manipuladas. «La contaminación era nuestra mayor preocupación, porque en aquel estado otros podían haber tocado los ojos», me cuenta. «Además nos aseguramos de que no hubiera nadie más en el laboratorio que fuera ciego al color, para tener certeza de los análisis.» Una vez que obtuvieron los resultados estuvieron seguros de que eran buenos y que no podían ser de otra persona que no fuera Dalton, pues correspondían a un individuo con una alteración muy particular de los receptores. Para su sorpresa, pese a lo que siempre se había creído y lo pronosticado por Young, el problema de Dalton no estaba en los receptores del color rojo, sino en los del color verde o longitud de onda media (M). En otras palabras, Dalton no era protanope sino deuteranope, un tipo de ceguera al color igual de infrecuente, pero insospechado cuando se hablaba de la visión del físico inglés.

¿Tenía sentido aquel resultado con los datos que había proporcionado Dalton sobre su propia percepción? Para asegurarse, el equipo de Mollon y Hunt realizó otra serie de pruebas extra y comprobó que un deuteranope ve las cosas de la misma manera en que el inglés las describe. Dalton, por ejemplo, había descrito varias veces que la cera roja para lacrar le parecía del mismo color que las hojas de laurel, y tomando medidas con un espectrorradiómetro el equipo confirmó que los colores caen en la línea de confusión tanto para un deuteranope como para un protanope. Sobre las flores que Dalton había visto bajo distintos tipos de luz, se podía ir aún más allá. Recordemos cómo había descrito el momento culminante, en el que comprendió de verdad que su vista era diferente:

La flor era rosa, pero a mí me parecía del color azul del cielo por el día; a la luz de la vela, sin embargo, la flor había cambiado […] y se presentaba en lo que yo llamaba rojo…

Cuando Mollon y Hunt analizaron el espectro de este tipo de flor con distintos grados de luminosidad vieron que también era compatible con una alteración de los receptores del verde. Pero no solo eso: buscaron a una persona diagnosticada con el mismo trastorno que Dalton y le pidieron que observara las mismas flores que había visto él en distintas condiciones de luminosidad. El voluntario con ceguera al color verde observó una flor de geranio zonal (Pelargonium zonale) en las dos situaciones y confirmó que para él aparecía azul a la luz del día y roja a la luz de una vela. Al contemplar la misma escena que habían visto los ojos de John Dalton doscientos años antes, relataba exactamente la misma sensación. ¿Por qué se había encasillado tantas veces mal la ceguera al color de Dalton? Básicamente porque en sus descripciones aseguraba no percibir nada de rojizo en el rosa, lo que llevaba a muchos a pensar que el motivo estaba en la ausencia de conos receptores del rojo. Pero el hecho de que el rosa a nosotros nos recuerde al rojo no quiere decir que el color se construya así, como recalcan Mollon y Hunt:

… el hecho de que el rosa parezca tan rojizo al ojo normal sirve para recordarnos el peligro de ponerle nombres de colores a los receptores cuando hablamos de visión.

Cuando Brewster, Herschel y Young escuchaban las descripciones de Dalton les parecía evidente que el ojo estaba sustrayendo el rojo de la imagen, pero no era eso lo que estaba sucediendo. Dado el nivel de solapamiento de las curvas de respuesta de los conos L y M, los ciegos al verde pueden observar una escena de forma muy parecida sin que se trate de una falta de sensibilidad al rojo. Conocer todas estas sutilezas de la visión llevó muchas décadas de estudio, así que es hasta cierto punto normal que las primeras versiones sobre lo que pasaba en los ojos del físico inglés fueran equivocadas.

Mientras miramos los ojos de Dalton, Alice tiene una última sorpresa. En una de las estanterías ha encontrado un fragmento de la cera para lacrar que Dalton describe en sus textos. Es una barrita de apenas dos o tres de centímetros, gastada por el uso y en la que se aprecia la zona ennegrecida por el fuego con el que se calentaba la cera para reblandecerla y estamparla en los documentos oficiales. Es una de las barras que Dalton utilizó para sus envíos y en cuyo color se había fijado tantas veces. A nuestros ojos, la barrita es claramente roja, pero para él aquello era igual que una hoja de laurel. Durante las pruebas que hicimos con las gafas EnChroma, Diego y Manuel me recomendaron una aplicación para el teléfono móvil que tiene una curiosa utilidad: permite ver el mundo desde la perspectiva de una persona con visión «normal» y desde la perspectiva de un ciego al color. Se lo comento a Alice y hacemos la prueba con la barrita de lacre de Dalton. Selecciono los dos modos de visión en la aplicación, normal y deuteranope, y al colocar el teléfono obtengo una imagen. La barrita aparece a la izquierda tal y como la vemos Alice y yo a simple vista, y a la derecha tal y como la puede observar alguien con un problema en los receptores del verde. A un lado es roja y al otro es del color exacto de una hoja de laurel. A un lado lo que decían los demás que veían y al otro lo que veía él. Es como mirar por un instante a través de los ojos de Dalton. Y ya no puede estar más claro por qué las descripciones del color de los demás le parecían tan desconcertantes.

OBJETIVIDAD Y GOTAS DE LECHE

A pesar de todo lo dicho hasta ahora, para comprender que la percepción de los colores es una experiencia individual y subjetiva no hace falta ser daltónico. En 1885, mientras trabajaba en su laboratorio de Praga, el fisiólogo Ewald Hering advirtió que él y sus ayudantes, Wilhelm y Edgar, discrepaban respecto a los colores que tenían los paneles que usaban en los experimentos. Intrigado por el asunto, Hering hizo algunas pruebas y descubrió que, aunque los tres eran observadores entrenados y objetivos, cada uno de ellos apreciaba tonos muy diferentes en los paneles. «Un verde que a mí me parecía puro, para B resultaba definitivamente amarillento, y lo que a él le parecía un verde puro a mí me parecía azulado», escribió. Las diferencias se repetían entre los dos ayudantes, que también discrepaban en sus apreciaciones del color, lo que le llevó a Hering a concluir que la percepción del color no era uniforme y presentaba una gran variabilidad entre sujetos. De hecho, a partir de este y otros experimentos llegó a la conclusión de que Young y Helmholtz estaban equivocados en su teoría de la percepción del color, pues sus pruebas indicaban que no percibimos a partir de tres colores primarios (rojo, verde y azul), sino mediante un sistema de colores opuestos. Lo que veía Hering es algo que se puede comprobar de manera sencilla con un pequeño experimento. Cuando ponía a una persona a mirar un círculo rojo durante varios segundos, por ejemplo, al retirarlo se generaba una «postimagen» en la retina de color verde. Y viceversa. Cuando lo hacía con círculos amarillos la «postimagen» que aparecía era azul, y cuando lo hacía con círculos azules, la «postimagen» era amarilla. ¿Qué significaba esto? Para Hering estaba claro que el sistema visual no funcionaba solo a partir de tres conos con los tres colores primarios, sino agrupados en tres pares: rojo-verde, amarillo-azul y blanco-negro. Y la controversia sobre cómo funcionaba el sistema de percepción del color se puso un poco violenta, con el propio Hering insultando a Helmholtz y cuestionando sus capacidades. ¿Quién tenía razón? Cuando en el siglo XX se desentrañó el proceso fotoquímico en el interior del ojo se vio que los dos estaban en lo cierto a su manera. Efectivamente, existen tres tipos de fotorreceptores especializados en los tres colores primarios, como anticipaba Helmholtz, pero en la siguiente capa de células glanglionares se produce un complejo proceso de activación/inhibición por colores antagónicos que explica la oposición de colores que veía Hering.

Por si el asunto no estaba lo suficientemente interesante, los estudios más recientes sobre la visión apuntan a que la percepción del color responde a muchas más variantes. Algunos equipos trabajan en investigar el curioso fenómeno por el cual nuestro estado emocional podría cambiar la manera en que apreciamos un tono, y desde luego la forma en que lo recordamos, mientras que en Reino Unido un grupo de investigadores ha encontrado pruebas de que la percepción del color cambia con las estaciones. En un estudio realizado con 67 voluntarios en la localidad de York, el equipo de Lauren Welbourne descubrió en verano de 2015 que las personas apreciamos de diferente manera el color amarillo a medida que transcurre el año, aunque aún desconocen cuáles son los mecanismos. Ya hemos visto, cuando hablábamos de la ausencia del término «azul» en las obras de Homero, que el factor cultural también puede afectar a nuestras definiciones del color. Psicólogos y antropólogos han reunido suficientes pruebas experimentales para mostrar que tener un nombre para denominar un color influye en la capacidad para distinguir ese color. Un determinado matiz de verde caqui es muy distinto de un verde oscuro, pero puede entrar para nosotros en la categoría indiferenciada de «verde», mientras que para algunos grupos humanos puede tener un nombre diferente y muy específico. Uno de los casos más conocidos es el de la tribu de los himba, en Namibia, que utilizan la palabra serandu para lo que nosotros llamamos rojo, naranja o rosa; o zoozu para designar nuestro azul oscuro, verde oscuro, púrpura, rojo oscuro y negro. La tribu de los pirahã, en el Amazonas, es el único grupo humano que no se han desarrollado palabras para denominar ningún color, sino que se refieren a las cosas por comparación y para designar que algo es rojo, explica el lingüista Daniel Everett, dirán que algo es «como la sangre». Aunque hay una discusión abierta sobre este «relativismo lingüístico», en general los científicos han llegado al consenso de que términos como marrón, rosa o naranja no emergen en una lengua hasta que no se han distinguido previamente entre el azul y verde. Y las palabras que designan colores suelen aparecer en orden desde el negro/blanco (oscuridad/luz), al rojo y verde o amarillo.

Además de emocional y cultural, Hering se dio cuenta de que nuestra percepción estaba influida también por nuestra memoria. «El color en el que más a menudo hemos visto un objeto externo», escribió, queda «fijado como una característica del recuerdo de la imagen». Para Hering, todos los objetos que ya conocemos por nuestra experiencia, los vemos «a través de las gafas de la memoria del color». En otras palabras, lo que vemos está condicionado por lo que sabemos y por lo que recordamos de ese objeto. Un tiempo después se descubrió que no solo la memoria tenía un efecto modulador, los propios receptores y las neuronas de la corteza cerebral realizan una serie de ajustes que dan lugar a lo que se conoce como «constancia del color». La idea es que nuestro cerebro no solo juzga los colores por lo que ya sabe, sino que determinadas células de la retina y la corteza (por eso el proceso se llama «retinex») hacen un reajuste y nos permiten reconocer un mismo color bajo iluminaciones completamente distintas. Esta reconstrucción subjetiva explica por qué una manzana nos puede parecer igual de verde bajo la luz de una lámpara que bajo la luz de mediodía, aunque si analizamos el espectro veremos que las longitudes de onda son bien distintas. De esta forma, memoria y constancia del color se combinan para dar un resultado.

En 1938 el psicólogo de la Gestalt Karl Duncker demostró que si recortaba una cartulina verde con la forma de una hoja, los sujetos la apreciaban como más verde que si la recortaba con la silueta de un burro, debido a que nuestro cerebro está habituado a asociar sus formas y colores. La profesora Anya Hurlbert, de la Universidad de Newcastle, ha realizado varios experimentos muy reveladores para mostrar estos efectos. En uno de ellos proyecta diferentes tonos de amarillo sobre un objeto tridimensional genérico, como una media esfera, y pide a los sujetos que identifiquen aquel amarillo que les recuerda a un plátano. A medida que los sujetos van viendo las proyecciones, descartan la mayoría porque no le encuentran parecido con el color de la fruta. Sin embargo, en cuanto Hurlbert sustituye la esfera por la forma de un plátano real y proyecta sobre ella los distintos tonos de amarillo, la mayoría son aceptados como pertenecientes a esa fruta, aunque haya muchas variaciones de tono entre ellos. En otra prueba diferente, cuando les pide a los voluntarios que señalen en una paleta de color aquel que encaja mejor con un plátano, los resultados son mucho mejores cuando tienen delante la forma real de la fruta. Lo que nos indican ambos experimentos es que la forma de los objetos, debido a nuestros recuerdos, influye en la manera de percibir la realidad.

Otro de los investigadores que atisbó estas intervenciones del cerebro en el proceso visual fue el psicólogo alemán de origen ruso Adhémar Gelb. En 1929 llevó a cabo un curioso experimento: en una habitación oscura colocó un foco de luz e iluminó con él una hoja de papel negro. Al ser el objeto de mayor luminosidad de la escena, nuestro ojo lo percibe como blanco, pero si introducía una hoja de papel blanco junto a la primera hoja negra, la percepción cambiaba y nuestro ojo empezaba a percibirlo como gris o negro. Gelb estaba adelantando algo que después sería objeto constante de estudio por los especialistas en percepción visual y que entra en juego en algunas de las ilusiones ópticas más conocidas. El cerebro hace una calibración, y un mismo color nos puede parecer completamente diferente en función del contexto. Es muy conocida la imagen diseñada por Edward H. Adelson en la que vemos un tablero de ajedrez con casillas grises y blancas y sobre el que se asienta un cilindro verde. En la ilusión aparecen dos casillas, A y B, que nuestro cerebro percibe completamente diferentes, pero son del mismo color. Solo que B está bajo la sombra del cilindro y nuestro cerebro hace un ajuste para mantener la constante de color y equilibrar el gradiente de luz. En este caso el cerebro parece reaccionar de manera inversa a como lo hace cuando existe «constancia del color». En lugar de tomar dos tonos distintos y verlos iguales, toma dos tonos iguales y los ve diferentes. Está tomando el contexto y la experiencia previa y los está calibrando con la señal que le llega del exterior para construir la visión.

Todo esto son ejemplos de que el cerebro nunca interpreta ninguna señal visual de forma aislada. La demostración más palpable de que el color es una construcción mental la vivieron millones de personas en febrero de 2015 cuando la imagen de un vestido que se percibía indistintamente como azul o amarillo se convirtió en viral en las redes sociales. Por un instante, media humanidad sentía que se había vuelto daltónica. ¿Qué estaba pasando allí? A diferencia de otras ilusiones de percepción del color, donde el cerebro hace una estimación en función del fondo o de los elementos que hay alrededor, aquí sucedía que uno podía verlo de una manera u otra en función de las horas del día. Mi amigo Luis Martínez Otero, investigador del Instituto de Neurociencias de Alicante, acertó desde el primer momento con la explicación que luego darían otros neurocientíficos. En una imagen tan ambigua en la que no se sabe qué pasa alrededor del vestido, el cerebro pone en marcha el contexto interno, es decir, interpreta si en ese momento la luz es de mañana o es de tarde, por ejemplo. Si eres una persona que trabaja en un sitio sin ventanas, o en ese momento llevas un rato en una zona cerrada, es posible que al ver el vestido apliques más el filtro de transición tarde-noche y restes los naranjas, por lo que verás el vestido azul. Pero al cabo de un rato esa persona puede salir a dar una vuelta y, al mirar de nuevo el vestido, verlo distinto: su cerebro está aplicando ahora el filtro matutino y restando la luz azul, por lo que verá el vestido blanco y dorado. En este caso te está condicionando tu experiencia previa a la hora de construir una imagen, lo que has vivido unos minutos antes de mirar el vestido. Lo mejor del asunto es que fue una demostración casi universal de que nuestro cerebro pondera, contrasta y decide qué color está viendo en función del fondo, la iluminación, los colores adyacentes e incluso su impresión subjetiva sobre la hora en que está tomada la foto. Y si nadie nos dice nada, ni se nos pasa por la cabeza que otros estén viendo la realidad de forma diferente.

Ahora que sabemos que la visión no es una mera cuestión física, sino que nuestro cerebro modela y transforma lo que percibe, resulta más sencillo entender por qué Leeuwenhoek denominaba «glóbulos» a unas células que en realidad son aplanadas y se dejaba llevar por sus expectativas. Este dilema que se producía al mirar por los nuevos instrumentos seguiría estando presente más adelante, y en el siglo XIX, la aparición de la fotografía y otras técnicas de observación llevarían a una situación parecida a la que ya habían vivido Galileo y sus contemporáneos. Se desató entonces una discusión entre científicos sobre qué era más fiel a la realidad, si las cuidadas ilustraciones en las que se representaba el objeto tras recoger sus características más destacables o las fotografías que captaban el instante. En su libro Objectivity, Lorraina Daston y Peter Galison relatan con detalle el caso de un físico no demasiado conocido, Arthur Worthington, quien hacia 1875 centró toda su atención y trabajo en analizar los patrones que producía una gota al rebotar sobre una superficie. Durante casi veinte años, el británico observó la caída de pequeñas gotas de leche provisto de uno de los mejores flashes de luz que existían en la época, capaz de emitir pulsos de luz con un intervalo de milésimas de segundo. A veces dejaba caer la gota sobre líquido y en otras ocasiones lo hacía sobre una superficie sólida. Un instante después de observarla con el ojo desnudo plasmaba lo que había visto sobre el papel tratando de capturar la esencia del fenómeno.

En sus decenas de dibujos Worthington refleja las formas perfectamente simétricas de las gotas al caer, con patrones de lo más variado, con forma de hongo, de anillo o de estrella de finas puntas separadas elegantemente en el aire. En ninguna faltaba la fascinante simetría que le tenía cautivado. Pero en la primavera de 1894, el físico consiguió por fin congelar el movimiento de aquellas gotas mediante la fotografía y observar el fenómeno a través de los fríos ojos de una cámara. Y lo que vio Worthington en aquellas primeras instantáneas supuso una verdadera conmoción. No había ni rastro de la simetría que él había apreciado durante dos décadas en sus meticulosas observaciones a la luz del flash. Las irregularidades eran constantes y casi ninguna gota de leche se parecía a la anterior en su manera de estallar. «La mente del observador», reconoció, «proyecta una salpicadura ideal —la autosalpicadura—, cuya perfección quizá sea imposible de alcanzar». Es más, al volver a observar y fotografiar el fenómeno a la vez, comprendió cómo su vista le engañaba, pues lo que en su percepción había sido otra gota perfecta y simétrica, aparecía después en la fotografía revelada como una pequeña muestra del caos. Como le había pasado a Robert Hooke al mirar por el microscopio las patas peludas de una mosca, Worthington había descubierto que el mundo real se alejaba mucho de la idealización que él había hecho y que estaba introduciendo un sesgo sistemático en sus observaciones. Pero no solo eso, sino que ahora reconocía que él había sido partícipe de aquel autoengaño, seleccionando solo aquellos dibujos en los que no se veían las imperfecciones y descartando los que no cuadraban con el ideal. «Tengo que confesar», escribió, «que volviendo a mirar mis dibujos originales encuentro ahora bocetos de muchas figuras asimétricas e irregulares, pero al recopilarlas ha sido inevitable rechazarlas». Worthington no había sido deshonesto en su comportamiento, simplemente estaba sufriendo en sus carnes las consecuencias de un choque en la forma de observar y comprender la realidad.

Las ilustraciones de Worthington tras observar las gotas de leche al microscopio.

Algo parecido ocurrió con los copos de nieve, cuya estructura ha fascinado a los seres humanos desde la Antigüedad. En el año 135 d. C. el chino Han Yin se extrañaba por el hecho de que las plantas y las flores tuvieran una simetría en cinco puntas pero los copos tuvieran una simetría de seis. Hacia 1611 Kepler también se interesó por el fenómeno, hasta el punto de escribir un pequeño libro sobre los copos de nieve como regalo a uno de sus mecenas. En él relata que paseaba por la ciudad de Praga cuando quedó fascinado por un poco de nieve en la solapa de su abrigo. La obra se titula Strena seu de nive sexangula («Sobre el copo de nieve hexagonal») y Kepler lo describe así:

Justo entonces, por una feliz casualidad, un poco del vapor en el aire se convirtió en nieve por la fuerza del frío y unos cuantos copos dispersos cayeron sobre mi abrigo, todos de seis puntas… ¡Por Hércules! Allí había algo más pequeño que una gota, pero dotado de forma.

Inspirado por la teoría de los sólidos platónicos, Kepler sospechaba que algunas formas geométricas, en concreto determinados poliedros, subyacían en la formación de la materia e incluso en la manera en que los planetas giraban alrededor del Sol. La nieve debía empaquetarse con una simetría de seis puntas por la forma en que se empaquetan las partículas que lo constituyen, aunque aún estaba muy lejos de conocer qué era el átomo y que la forma hexagonal se debe a la forma en que se estructuran las moléculas de H₂O al formar el hielo. Aquella aparente simetría de los cristales de hielo se convirtió en objeto de todo tipo de tratados y se hicieron cientos de ilustraciones que reflejaban sus más bellas formas. Una de las primeras está ya en la Micrographia de Robert Hooke, quien muestra algunos esquemas con las formas de los copos hexagonales. A principios del siglo XIX, una de las aportaciones más populares fue la del físico y oculista John Nettis, que retrató decenas de copos de nieve preciosos y simétricos gracias a sus observaciones a través de un microscopio compuesto. Aunque admitía que había una infinidad de formas asimétricas, se limitó a poner un par de ejemplos con una nota a pie de página y a realzar solo los que eran bellos. ¿Cómo afectó la fotografía a aquellas observaciones? El primer contacto no fue problemático, más bien continuó la línea iniciada por Nettis. En 1885, un fotógrafo llamado Wilson Bentley convirtió su libro Snow Crystals («Cristales de nieve») en un superventas que siguió imprimiéndose hasta bien entrado el siglo XX. En la obra había más de 2.000 fotografías de copos de nieve, todos perfectos y simétricos y cada uno de ellos diferente de los demás. Pero aquí también llegó el conflicto. Por las mismas fechas, el meteorólogo alemán Gustav Hellman y el fotógrafo Richard Neuhauss comenzaron a fotografiar cristales de nieve y descubrieron que de simetría, nada de nada. «Uno se había acostumbrado tanto a la regularidad matemática en la construcción de los copos que es un poco decepcionante no encontrarla», escribieron. Neuhauss acusó incluso a Bentley de falsificar la realidad para hacerla más bonita. «En muchas imágenes», escribió, «Bentley no se limitó a “mejorar” los contornos; metió su cuchillo hasta el corazón de los cristales, de manera que surgieran figuras completamente arbitrarias».

«No tienes que ser científico para ver que los cristales de nieve no son simétricos», me confiesa el físico Kenneth G. Libbrecht, que lleva veinte años creando estos cristales en el Instituto Tecnológico de California. «Con que salgas, y veas la nieve, vale. Los copos no son simétricos en su mayoría. Chocan con otros cristales, el viento los rompe… Ocasionalmente consigues uno que es casi simétrico, y claro, siempre se elige ese para la foto, no coges el feo. Así que siempre fotografiamos ejemplos bonitos y no los otros.» En su caso, él intenta adentrarse en los secretos de la formación de cristales y consigue producir distintas formas alterando las condiciones de temperatura y humedad. Una de las formas de hacerlo es llenar una cámara con aire muy frío e introducir vapor de agua para que empiecen a formarse los copos. «Entonces tengo un montón de cristales que dan vueltas por el aire mientras van creciendo», asegura. Después selecciona los que más le gustan y trabaja con ellos de forma individual, hasta escoger los más espectaculares. «El proceso es prácticamente igual al que se produce en el interior de una nube, son vapores de agua condensándose en un cristal.»

Los famosos copos fotografiados por Wilson Bentley. Wikipedia.

En el verano de 2015 Libbrecht consiguió algo que durante años parecía impensable, dado el tópico de que no existen dos cristales de hielo iguales. El físico ha desarrollado un método para crear dos copos de nieve idénticos. A él le gusta llamarlos gemelos idénticos porque, como pasa con las personas, siempre hay un pequeño porcentaje de diferencias. La distancia justa para que los dos copos crezcan sin chocar y en las condiciones ambientales más parecidas posibles son dos milímetros. Un poco más cerca y ambos chocan, un poco más lejos y la temperatura y humedad ya no son iguales y los brazos de los cristales ya no crecen de la misma forma. En la Universidad de Utah, el físico Tim Garrett también trabaja con copos de nieve, pero en su caso ha desarrollado una técnica para fotografiarlos en tres dimensiones en su estado natural, mientras caen. Sus imágenes son otra prueba de que la simetría es un artefacto que introducimos con nuestras observaciones. «Los copos casi nunca están formados por un único y simple cristal», asegura. «Más bien experimentan una especie de “escarchamiento”, cuando millones de gotas de agua colisionan con el copo y se congelan en su superficie. O chocan y forman agregados.» La simetría y perfección de los copos de las ilustraciones del siglo XIX no era más que lo que los autores querían ver y lo que muchos tomaban, a veces, por realidad.

En la confluencia de las nuevas formas de mirar y adquirir conocimientos se produjeron muchos otros conflictos, como el que llevó al embriólogo Wilhelm His a lanzar un furibundo ataque contra su colega Ernst Haeckel hacia 1870. Le acusaba de estar manipulando sus ilustraciones de fetos y embriones de humanos y animales para que cuadraran con sus convicciones y teorías. «Crecí en el convencimiento de que entre todas las cualidades que debe tener un científico la fiabilidad y el respeto a la verdad de los hechos son las únicas indispensables.» Haeckel se defendió muy enfadado de estas acusaciones argumentando que aquellas ilustraciones no pretendían ser «exactas y completamente fieles», pues hasta entonces se hacía una especie de sublimación del objeto observado para representarlo con sus características más señaladas. Las ilustraciones del pasado, virtuosos dibujos con los rasgos más llamativos de cada planta o animal para su clasificación taxonómica, representaban una criatura ideal, un compendio de todos los detalles que debían figurar en el catálogo para su correcta identificación. Pero los nuevos medios de observación y registro, primero la cámara lúcida y después la fotografía, mostraban un espécimen real, alejado a veces del modelo que tan meticulosamente habían construido los naturalistas. Y en aquel camino el observador trataba a veces de hacer encajar lo que veía con lo que esperaba encontrar según las predicciones del modelo.

La apoteosis del conflicto entre lo observado y lo que se quiere observar la alcanzaron Santiago Ramón y Cajal y su colega italiano Camillo Golgi en 1906, cuando llevaron sus discrepancias hasta la mismísima ceremonia en la que les entregaban el premio Nobel de Medicina conjunto por «sus trabajos en la estructura del sistema nervioso». En dos conferencias alternas, en días consecutivos, ambos defendieron sus visiones diametralmente opuestas sobre el mismo asunto. Aunque el italiano había sido el creador de la técnica de tinción celular que Ramón y Cajal había utilizado y refinado, las conclusiones sobre lo que observaban eran muy diferentes. Golgi estaba convencido de que el sistema nervioso era una continuidad, una especie de malla o red que componía un todo, sin que las partes fueran especialmente relevantes. Por su parte, Ramón y Cajal había mejorado el sistema de tinción y había observado las neuronas individuales y el lugar en el que los axones se conectaban unos con otros. Se trataba de una guerra entre «reticularistas» y «neuronistas» de la que el científico español escribiría más adelante en sus memorias. A su juicio, Golgi estaba cometiendo «errores odiosos» y «omisiones deliberadas» con sus ilustraciones, y manipulaba sus dibujos para que encajaran con lo que él creía ver. El propio Golgi, que aseguraba hacer sus dibujos con las observaciones al microscopio, reconocía que lo que reflejaba era una versión «menos complicada que la naturaleza». Aunque probablemente actuaba de buena fe, el italiano estaba plasmando una realidad alterada, materializando lo que Ramón y Cajal calificó como una falsificación para adaptarse a sus «ideas caprichosas».

Varios tipos de estructuras nerviosas dibujadas por Santiago Ramón y Cajal en 1894. Wellcome Library, Londres.

Unas décadas antes del enfrentamiento entre estos dos eminentes neurocientíficos, el padre de la histología moderna y el inventor de las disecciones, el francés Xavier Bichat, ya había dicho que desconfiaba del microscopio porque «cuando se mira en la oscuridad, cada cual ve a su manera». Igual que había sucedido antes con el astrónomo Johannes Hevelius, autor de las cartas estelares más precisas de su época a pesar de negarse a volver a utilizar el telescopio, resulta paradójico que el naturalista que descubrió la importancia de los tejidos en el cuerpo humano evitara y prohibiera a sus estudiantes el uso de microscopios. Su defensa del vitalismo frente al materialismo explicaba en parte su posición: pensaba que los organismos vivos se diferenciaban de los objetos inanimados en una fuerza vital difícil de aprehender por muy «abajo» que se mirara. Su rechazo llegaba al punto de menospreciar los hallazgos realizados por Leeuwenhoek, Malpighi y otros naturalistas anteriores con el argumento de que se buscaban «unas primeras causas inaccesibles que no añaden nada a las nociones fisiológicas». En su Anatomía general, Bichat advertía a sus lectores:

Abandonemos todas esas cuestiones vagas en las que ni la inspección ni la experiencia pueden guiarnos. Empecemos a estudiar la anatomía donde comienzan los órganos hasta quedar al alcance de nuestros sentidos. El progreso riguroso de las ciencias de este siglo no encaja en absoluto con esas hipótesis que no han sido más que una ficción frívola de una anatomía y fisiología generales en el siglo pasado.

Bichat despreciaba los métodos de observación que llegaban más lejos por su concepción de la vida como algo más allá de la pura materia, una visión que recibiría un duro golpe en 1828, cuando Friedrich Wöhler sintetizó por primera vez un compuesto orgánico, la urea, a partir de compuestos inorgánicos, lo que demostraba que no había ninguna diferencia «trascendental» entre ambos tipos de sustancias. Algo parecido al vitalismo le ocurrió a la discusión sobre la fiabilidad de lo observado y los criterios para su reproducción, ya fuera a través de ilustraciones o fotografías: se agotó en sí misma con los nuevos descubrimientos. Discutir sobre si era mejor ver las cosas a través de un instrumento de amplificación, o si era preferible dibujarlo a través del filtro del ojo humano o fotografiarlo, perdió parte del sentido con la llegada del siglo XX y el descubrimiento de un hecho esencial: existían límites más allá del cual los instrumentos ópticos y la tecnología no podían llegar.

Uno de los primeros en describir este límite en el ámbito de la observación con telescopios fue el astrónomo inglés William Rutter Dawes, a quien llamaban «ojo de águila» por su agudeza visual. Hacia 1867 Dawes había realizado un montón de pruebas con telescopios y determinó que existía un punto a partir del cual estos no permitían distinguir una estrella doble, o dos puntos brillantes superpuestos, en función de su abertura. O lo que es lo mismo, que existía un límite de difracción de la luz. Para entender cómo influyen la distancia y el diámetro del instrumento en una observación, imagina que estás en mitad de la noche y ves un punto de luz en el horizonte. Alguna vez te habrá pasado que tomas ese punto de luz por una motocicleta y hasta que no está más cerca no te das cuenta de que lo que viene hacia ti es en realidad un coche, con dos focos de luz separados. Esto se debe básicamente a dos cosas: el tamaño del agujero por el que pasa la luz a tus ojos —la pupila— y el tamaño de la onda de luz que llega hasta ellos. Ojos más grandes o telescopios con más abertura son capaces de diferenciar mejor objetos pequeños en la distancia, cuando las ondas de uno —como sucede con los dos faros del coche— interfieren con las del otro.

Este límite tiene que ver con lo que conocemos hoy como «resolución óptica» y es el motivo por el cual a medida que disminuye la abertura de un telescopio resulta más difícil distinguir entre dos objetos lejanos separados. Las variantes de la fórmula para obtener la resolución angular incluyen la longitud de onda de la luz (λ) y el diámetro del instrumento de observación (d), pero el fenómeno es el mismo que había descrito Thomas Young con su famoso experimento de la rendija: la luz entra por el agujero del telescopio/microscopio (o nuestra pupila) y unas ondas interfieren con otras cancelándose o sumándose y provocando un patrón. Por efecto de esta difracción, por ejemplo, en los instrumentos de abertura circular los objetos observados más allá del límite generan un patrón en círculos concéntricos. Mirando las estrellas, en 1828 John Herschel ya había observado algo especial:

… la estrella se ve entonces (en circunstancias favorables con la atmósfera tranquila y temperatura uniforme) como un disco planetario perfectamente redondo y bien definido, rodeado de dos, tres o más anillos alternativos oscuros y brillantes que, examinados con atención, se ven ligeramente coloreados en los bordes. Se suceden unos a otros a intervalos casi equivalentes alrededor del disco central…

Un tiempo después sería el matemático y astrónomo británico George Biddell Airy quien describiría y bautizaría el fenómeno como discos de Airy, que son los patrones circulares que produce el punto más pequeño que una lente puede enfocar. Aun así, y aunque construyéramos una lente perfecta, los astrónomos se dieron cuenta de que era imposible eliminar toda distorsión, pues el aire de la atmósfera, y las capas a diferente temperatura, están actuando a su vez como una lente y provocando pequeñas perturbaciones. Es decir, hay que inventar nuevos sistemas para conseguir ver la realidad sin que el entorno o nuestros propios instrumentos la distorsionen.

En el ámbito de los microscopios fue el físico alemán Ernst Abbe quien en 1873 se dio cuenta de que con estos instrumentos nos enfrentamos a un límite de difracción en el que el tamaño de la luz visible desempeña un papel crucial. En otras palabras, tenemos difícil observar algo que es más pequeño que la propia onda de luz con la que queremos verlo. Durante casi un siglo, el llamado «límite de Abbe» supuso un problema para la microscopía, pues si se utilizaban otras longitudes de onda, como la ultravioleta, se dañaban las muestras vivas. Sería en la búsqueda de este tipo de soluciones técnicas, y en el empeño en comprender mejor la naturaleza de la luz, como un grupo de físicos desentrañaría los secretos de la materia y entendería cómo están hechos los átomos, qué sucede en su interior a escalas aún más diminutas y cómo se podían superar los límites que hasta entonces parecía tener la óptica convencional. De rebote, y como en un homenaje póstumo a Dalton, tratando de entender qué es la luz y qué es lo que vemos, averiguamos finalmente de qué estamos hechos.

ESPECTROS

«¿Pero qué son las estrellas?»

«Son luces que llevamos

sobre nuestra cabeza.»

«Nosotras no las vemos»,

las hormigas comentan.

Y el caracol: «Mi vista

solo alcanza a las hierbas».

FEDERICO GARCÍA LORCA

LUCES SOBRE NUESTRAS CABEZAS

En la Biblioteca del Congreso de Estados Unidos se conserva uno de los mapas más extraños de la historia de la cartografía. La ilustración fue realizada en 1893 por un promotor inmobiliario de Dakota del Sur llamado Orlando Ferguson y representa la forma de la Tierra de acuerdo con las enseñanzas de la Biblia. El mapa original iba acompañado de un ensayo de 92 páginas del propio Ferguson, que se hacía llamar a sí mismo «profesor» y lo distribuía por la localidad de Hot Springs y alrededores para explicar la verdad sobre la forma de nuestro planeta. Al pie de la ilustración aparecen algunos pasajes bíblicos que confirman esta idea de que la Tierra es estática y plana, aunque son solo una pequeña selección, pues el texto anuncia que existen «cuatrocientos pasajes de la Biblia que condenan la teoría del globo terrestre o de la Tierra voladora y sin sostén». «Este mapa», advierte el subtítulo con cierta pompa, «es el mapa del mundo de la Biblia».

Aunque presume de representar la Tierra plana, lo que vemos en el mapa es en realidad una especie de toroide invertido (la forma que dejaría un donut si lo incrustáramos en la arena) sobre la que se extienden los continentes. La ilustración simula una tercera dimensión, de modo que las tierras del hemisferio norte quedan en la parte central y elevada del plano y el resto queda hundido en el foso circular que lo rodea. En el foro digital de la Sociedad de la Tierra Plana (aunque alguno no lo crea, existe algo así hoy en día) hay una página dedicada al mapa en la que un lector ha hecho notar que, de acuerdo con esa distribución, la Antártida, África, Australia y Sudamérica deberían estar sumergidas bajo las aguas. Ante tan aguda observación, el administrador se ha limitado a apuntar que aquel no es un foro de debate. Aparte de los cuatro ángeles que custodian el mapa en cada esquina, la representación tiene otros elementos desconcertantes. En la parte derecha aparece un pequeño dibujo en el que vemos una Tierra en miniatura que parece desplazarse a gran velocidad y dos personajillos agarrados a ella y arrastrados por su vuelo. Bajo el dibujo puede leerse un comentario que pretende burlarse de quienes defienden que la Tierra es esférica y gira sobre sí misma: «Estos hombres están volando en un globo a una velocidad media de 65.000 millas por hora [105.000 km/h] alrededor del Sol, y a 1.042 millas por hora [1.677 km/h] alrededor del centro de la Tierra (en sus mentes). ¡Piense sobre esa velocidad!».

Detalle del mapa de la Tierra plana de Orlando Ferguson (1893). Copyrighted work available under Creative Commons Attribution only licence CC BY 4.0http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

La idea de que la Tierra es esférica y se desplaza a gran velocidad alrededor del Sol y dando vueltas sobre sí misma no es nada intuitiva. En concreto, cada uno de nosotros se está desplazando en este preciso instante a una velocidad de 1.675 km/h por el espacio, aunque no notemos nada. Somos ciegos a esta circunstancia por muchos motivos, entre ellos la falta de atención y la pérdida de la cultura astronómica. Mi amigo el astrónomo Javier Armentia hace a veces una divertida prueba con niños para que aprecien estos cambios. Los junta en grupos de tres o cuatro y les pide que pongan un palo y coloquen un dedo en el extremo de la sombra, sobre la tierra, y que no se muevan. Al cabo de un rato los niños empiezan a discutir sobre quién ha movido el dedo porque la sombra ya no está en el punto que ellos señalaban. Ninguno de los críos se da cuenta de que es el movimiento de la Tierra el que hace que la sombra se desplace. Algo parecido sucede en muchas sesiones de observación astronómica para aficionados. Es habitual que el astrónomo deje el telescopio apuntando a Marte o la Luna y se marche a hacer otra cosa mientras las personas hacen cola para ir mirando por el visor y disfrutar del panorama. Si tarda unos minutos, siempre hay alguien que avisa de que el planeta o la Luna no se ven y sospecha que quien iba delante de él ha movido el telescopio. Nos resulta difícil considerar que nuestro planeta está en movimiento y que tal es la causa del desacople. Otro amigo astrónomo de la Casa de las Ciencias de A Coruña me comentaba que habían hecho una vez una pequeña encuesta entre los vecinos de la ciudad para que les dijeran por qué lugar salía y se ponía el Sol a lo largo del año, y la mayoría ni siquiera era consciente de los cambios estacionales. Pero la anécdota más sensacional sobre esta incapacidad para entender nuestro lugar en el mundo me la contó hace unos años mi buen amigo Moncho Núñez, divulgador incansable y exdirector del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología (MUNCYT), quien de cuando en cuando enseñaba el cielo nocturno a chavales en los colegios. Una noche, mientras señalaba las posiciones de Marte, Venus y Júpiter en la bóveda celeste, uno de los chicos se levantó y le preguntó: «Pero ¿dónde está la Tierra?». El pobre crío había mirado tantas veces los libros de texto que no había entendido el sentido último de lo que estaba viendo en el cielo.

Cuando a Aristóteles le planteaban la idea de que la Tierra era esférica y se movía a gran velocidad tampoco le entraba en la cabeza. Si fuera así, argumentaba, al tirar una piedra hacia lo alto no volvería a caer sobre el mismo sitio, sino un poco más atrás respecto al movimiento del planeta. La idea se extendió durante muchos años y en la Edad Media el brillante Jean Buridan se planteaba una situación parecida con una flecha. Si un arquero disparaba hacia el cielo, argumentaba, la flecha debía desviarse sistemáticamente, pues la Tierra se había movido un tramo mientras esta volaba. La explicación a este fenómeno la dio Galileo con sencillez unos siglos después, mediante su principio de relatividad (anterior al de Einstein). Si uno viaja en un barco y lleva consigo una botella que se vacía gota a gota sobre otra, proponía, la gota no se desplazará ni caerá fuera de la botella si no hay fluctuaciones externas. De la misma manera, si dentro del barco hubiera moscas y mariposas, no verán alterado su vuelo por el desplazamiento. Este principio tan sencillo, por el que no sentimos que nos movemos con la Tierra ya que nos movemos a la vez que ella, es el que se aplica si pegamos un salto dentro de un tren en movimiento. Nadie pensaría que por moverse el vagón a gran velocidad vayamos a caer unos metros más allá en el pasillo.

Que la Tierra se moviera a toda velocidad parecía impensable en tiempos de Aristóteles, pero sobre la forma esférica del planeta se tenían algunas pistas. Una de las más claras la observaban a diario los marineros, cuando veían aparecer un barco en el horizonte y aparecía primero el mástil y después el casco. Aquello era una pista de que el océano se combaba con la forma del planeta, pero aún era difícil de asimilar que los que estaban en el otro extremo no se cayeran. Otra pista que convenció a Aristóteles era la sombra de la Tierra observable sobre la superficie de la Luna durante los eclipses lunares. Ese momento en que nos interponemos entre el Sol y nuestro satélite ofrece una oportunidad única para atisbar fugazmente la silueta de nuestro planeta. La forma de la línea divisoria es curva, argumentaba el filósofo, y esa línea está causada por la Tierra, por lo que resulta evidente que es esférica. Otro hecho muy revelador, añadía, eran los cambios que se detectaban en el cielo al viajar a otras latitudes. Así, observó:

Algunas estrellas son visibles en Egipto y sobre Chipre, pero no en las regiones del norte; y las estrellas que son visibles permanentemente en el norte, desaparecen en las regiones más al sur.

Con aquellos datos había elementos para sospechar que la Tierra era redonda o tenía forma de esfera, pero lo que observaban a simple vista les seguía indicando, sin ningún género de duda, que la Tierra estaba en el centro del sistema y eran los demás elementos, desde el Sol a la Luna y los planetas, los que se movían alrededor de nosotros. Había que tener una intuición fuera de lo normal para sospechar que sucedía de otra manera. Unos años después de Aristóteles, hacia el 300 a. C., Aristarco de Samos fue el primero en cuestionar el geocentrismo y plantear que era la Tierra la que giraba alrededor del Sol, y lo haría casi dos mil años antes que Copérnico. Sobre este personaje, que vivió entre el 310 y el 230 a. C., tenemos muy poca información y lo que conocemos nos ha llegado de forma indirecta, a través de las referencias de Plutarco y Arquímedes. Este último comentaba que Aristarco había lanzado una idea revolucionaria:

Sus hipótesis son que las estrellas fijas y el Sol permanecen inmóviles, que la Tierra gira alrededor del Sol en la circunferencia de un círculo, el Sol yace en el centro de la órbita.

A Arquímedes y sus contemporáneos aquella idea les parecía descabellada, pero no porque fueran menos inteligentes que Aristarco, sino porque carecían de las herramientas para saber si era la Tierra la que giraba alrededor del Sol o era al revés. Aún hoy, los mecanismos para conocer qué gira alrededor de qué son más complicados de lo que parece, pues en el espacio todo se mueve en función del punto de referencia que tomemos y se necesita algo más que una idea que encaje para demostrar qué sucede de verdad. Aristarco tuvo una intuición genial, pensó que era nuestro planeta el que giraba alrededor del Sol y que las estrellas permanecían fijas mientras la Tierra daba vueltas alrededor de sí misma. La conclusión de que las estrellas no se movían llegaba por la ausencia de paralaje, es decir, del hecho de que no las viéramos en distintas posiciones a pesar de que nos movemos respecto a ellas. Para entender este fenómeno solo tienes que extender un brazo con el dedo pulgar apuntando hacia arriba y mirarlo alternativamente por cada ojo. Si lo haces bien —y sabes guiñar los dos ojos— verás que el dedo parece variar ligeramente de posición respecto al fondo. Esta diferencia, que nos permite calcular si un objeto está más o menos lejos y nos da sensación de profundidad (recordemos cómo funcionan las gafas 3D), no se advertía respecto a las estrellas. Imaginemos la Tierra en su órbita alrededor del Sol. Cuando está en un extremo consideraremos que es el globo ocular izquierdo. Cuando está en el otro extremo consideraremos que es el ojo derecho. A lo largo del año podemos anotar la posición de cada estrella cuando está en un lado y las posiciones cuando está en el otro. Es como si mirásemos el universo con dos ojos. Pues bien, la distancia de las estrellas es tan brutal que no advertimos diferencia de paralaje salvo que usemos sofisticados telescopios. Es como cuando viajas en coche y la Luna parece perseguirte por la ventanilla. Está demasiado lejos para que notes ningún cambio al moverte. Y los árboles que están más cerca se mueven más deprisa que los que están más lejos. Aristarco no veía ningún movimiento y consideró que la esfera de las estrellas estaba fija mientras nuestro planeta giraba alrededor del Sol.

Quitando este fallo perfectamente comprensible, Aristarco no solo acertó al imaginar un modelo heliocéntrico, sino que también fue de los primeros en intentar comprender el mundo por pura geometría. Se le ocurrió que si tomaba la Tierra, la Luna y el Sol como vértices de un triángulo podía calcular las distancias entre ellos en función del tamaño de cada objeto y de los ángulos. Su inspiración le debió de llegar también observando un eclipse lunar. En apariencia, calculó, la sombra de nuestro planeta ocupaba el doble que el satélite, de modo que la Tierra debía tener el doble de tamaño que la Luna. Por otro lado, cuando la Luna aparecía iluminada por la mitad (durante sus fases normales) dedujo que el ángulo con respecto al Sol y la Tierra debía ser de 90 grados. Si conseguía conocer el ángulo de la Tierra respecto a la Luna y el Sol, podría resolver el triángulo y saber las distancias entre ellos. Con los instrumentos que tenía, Aristarco adelantó por primera vez que el Sol era mucho más grande y estaba mucho más lejos que la Luna, pero sus cálculos se quedaron muy lejos de la realidad. Su resultado indicaba que la estrella era 20 veces más grande (cuando es 400 veces mayor) y que estaba a unos 8 millones de kilómetros, muy lejos de los 150 millones de kilómetros que conocemos ahora. Aun así, había puesto la primera piedra para descubrir la naturaleza del mundo a partir de triangulaciones.

Unas décadas después, otro griego mejoró los cálculos de Aristarco y lo hizo también gracias a un eclipse. Hiparco de Nicea se fijó esta vez en un eclipse total, probablemente el que se produjo el 129 a. C. en el estrecho de Dardanelos que separa Europa y Asia y al que los griegos se referían como el Helesponto. Hiparco tuvo una idea aún más sofisticada que la de Aristarco: sabiendo que la Luna pasaba por delante del Sol durante el eclipse, imaginó que existía alguna manera de triangular para calcular el tamaño de la sombra lunar a partir de la incidencia del fenómeno en distintas localizaciones. Conociendo que el eclipse era total en el Helesponto y parcial en Alejandría, donde solo quedaba visible una quinta parte del disco solar, Hiparco tomó la distancia entre los dos lugares para calcular los tamaños angulares y obtuvo un valor para la distancia a la Luna sorprendentemente preciso: unos 380.000 kilómetros.

Reproducción del cálculo geométrico de Hiparco. © IDEE.

A lo largo de los siglos, la trigonometría sería una de las herramientas más poderosas para comprender el mundo en el que estamos inmersos. Con un palo y la sombra proyectada por el Sol en dos lugares diferentes a la misma hora, Eratóstenes fue capaz de calcular con una precisión asombrosa el diámetro de la Tierra. Hacia el siglo IX el califa Al-Mamun organizó la primera expedición seria para medir el planeta y encargó a dos equipos liderados por sus sabios más destacados que viajaran a un desierto en Siria y partieran, uno hacia el norte y otro hacia el sur, con el objetivo de comprobar si las mediciones de los griegos eran correctas. Los enviados tomaron un punto de referencia y viajaron hasta que el Sol variaba su posición en un grado de arco al mediodía, de modo que volviendo sobre sus pasos determinaron que la distancia de un grado de la Tierra era de unos 111 kilómetros, lo que corresponde a una circunferencia de 40.248 kilómetros, muy cercano al valor real. Unos años después, el sabio persa Al-Biruni se proponía obtener la misma medida pero no contaba con los medios del califa, así que llegó a una solución aún más ingeniosa. Mientras estaba en la India observó la altura de una montaña en el horizonte y llegó a la conclusión de que si tomaba como referencia la cumbre y la distancia al suelo podía calcular la curvatura de la Tierra y, lo que es más impactante, el radio de nuestro planeta. Al-Biruni obtuvo un valor bastante preciso, teniendo en cuenta que midió la altura de la montaña a ojo, y fue el primero en calcular un valor como este en solitario y desde un solo punto.

El empeño por medir el planeta dio lugar a la moderna geodesia y tuvo algunos de los episodios más maravillosos de la historia de la ciencia, con las sucesivas expediciones para medir el meridiano. A finales del siglo XVIII los trabajos de Newton y Descartes habían generado una intensa polémica sobre la forma de nuestro planeta. Mientras el inglés predecía que estaría ligeramente achatado por los polos, el francés aseguraba que lo estaba por el ecuador. ¿Cómo salir de dudas? La Academia de Ciencias de París puso en marcha dos expediciones paralelas para resolver el problema. La primera, liderada por Pierre Louis Moreau de Maupertuis, partió de Ruán en 1735 hacia el norte en dirección a Laponia para medir el meridiano y aclarar el asunto del achatamiento. La segunda, comandada por Charles Marie de La Condamine, y en la que participaron los marinos y científicos españoles Jorge Juan y Antonio de Ulloa, viajó hasta Perú con un objetivo aún más ambicioso: medir la distancia de un grado de arco sobre el ecuador y establecer la primera medida exacta del diámetro terrestre, que daría lugar posteriormente al sistema métrico decimal. La aventura duró años y a su regreso los científicos ignoraban que la primera expedición ya había resuelto la cuestión. Algo parecido les ocurrió a Pierre Méchain y Jean Baptiste Joseph Delambre, a quienes unos años después la academia envió en dirección norte y sur desde París para medir el meridiano y obtener una referencia con la que establecer el valor del metro. Durante el viaje, como relata magistralmente Ken Alder en su libro La medida de todas las cosas, les sorprendió el estallido de la Revolución francesa y tardaron años en regresar con los resultados de las meticulosas triangulaciones a lo largo del meridiano tomando como referencia las estrellas y los puntos más elevados del terreno.

Todos estos cálculos matemáticos y geométricos permitieron cartografiar el mundo, avanzar en el conocimiento y predecir incluso la existencia de objetos ocultos hasta entonces a nuestra vista, como el planeta Neptuno, descubierto en 1846 después de que Le Verrier y Adams predijeran su existencia sobre el papel a partir de las anomalías en el comportamiento de Urano. Las matemáticas parecían ser «el lenguaje con el que Dios ha escrito el universo», como había advertido Galileo, pero nuestros ojos y las propiedades de la luz siguieron siendo fundamentales para realizar nuevos descubrimientos y comprender nuestro lugar en el cosmos. La vista, como habían descubierto los griegos desde muy pronto, era un sentido limitado, pero para obtener más información solo había que buscar una nueva forma de mirar y analizar los datos.

RELOJES ESTELARES

Habíamos dejado a Hiparco de Nicea mejorando las mediciones de la distancia a la Luna por simple triangulación allá por el siglo II a. C. Mientras observaba los astros cada noche desde la isla de Rodas, el griego tuvo una idea aún más brillante. Si lo que trataba de encontrar eran variaciones en los movimientos de las estrellas en busca de paralaje, lo natural era anotar la posición de cada astro cada noche y comparar su evolución durante largos periodos de tiempo. Así era como se hacía hasta entonces. Pero ¿había alguna otra manera de obtener pistas sobre su distancia? A Hiparco se le ocurrió clasificar las estrellas a partir de su brillo aparente en el cielo mediante un ingenioso sistema de velos. Si colocaba un primer velo, algunas de las estrellas que se veían a simple vista desaparecían. Si colocaba dos, el filtro dejaba solo las más brillantes, y así sucesivamente hasta colocar seis velos y que solo quedaran visibles unas cuantas estrellas, a las que clasificaría como de magnitud 1. De esta forma Hiparco realizó el primer catálogo astronómico con el «ojo desnudo» y clasificó 850 astros en 48 constelaciones a las que asignó diferentes magnitudes, del 1 al 6. Su trabajo, que después continuó Tolomeo, se adelantaba en siglos a la manera con la que consideramos hoy a los astros y obtenemos información sobre sus características.

A pesar de todo, aquella intuición de que existía distancia entre las estrellas quedó en una especie de limbo durante mucho tiempo, pues se perpetuó la idea de que los astros se encontraban en una esfera fija y lejana que rotaba alrededor de la Tierra. Hasta bien entrado el siglo XVIII, los atlas estelares seguían representando las constelaciones en una superficie plana, marginando la idea de profundidad. Galileo fue el primero en empezar a destejer la realidad del universo cuando apuntó con su telescopio a los cielos y apreció que el camino lechoso de la Vía Láctea estaba compuesto por cientos de miles de estrellas, pero habría que esperar a las observaciones de William Herschel para entrar en una nueva dimensión. Emigrado a Inglaterra desde Hannover, este músico de formación se aficionó a la astronomía y aprendió a pulir espejos de gran tamaño para construir telescopios reflectores como los de Newton pero con mucho más alcance. Hacia 1774 aquellos aparatos le ofrecieron una visión insospechada del cosmos que dejó boquiabiertos a los miembros de la Royal Society. Al poco de comenzar sus observaciones hizo el descubrimiento astronómico más importante de su época: observó una sombra que avanzaba a cierta velocidad cada noche y que resultó ser el séptimo planeta del sistema solar, que posteriormente pasaría a ser conocido como Urano. No solo eso, con sus potentes telescopios Herschel fue el primero en darse cuenta de que la estrella polar eran en realidad varias estrellas y en identificar un montón de estrellas dobles en busca de elementos para calcular la paralaje. Pero sobre todo fue el primero en intuir que las nebulosas que veía en la oscuridad eran en realidad otras «vías lácteas» como la nuestra que giraban a distancias enormes.[*] «He mirado el espacio de forma más profunda que cualquier otro ser humano antes», aseguró casi al final de sus días. «He observado estrellas cuya luz —se puede probar— tiene que haber viajado miles de años para alcanzar la Tierra.» Por primera vez tenía la visión de un universo en el que no solo la Tierra no era el centro, sino que ni siquiera nuestra galaxia resultaba especial y en el que el cielo nocturno no mostraba más que la imagen de un pasado distante, de fantasmas que habían dejado de existir muchos millones de años atrás.

Sobre el cálculo de las distancias, fue precisamente su hijo John el que retomaría la idea de Hiparco y el que diseñó un sistema rudimentario para medir la luminosidad de las estrellas. El inquieto John Herschel se preguntaba qué diferencia en la cantidad de luz había entre una estrella de magnitud 1 y una estrella de magnitud 6 y cómo podía cuantificarlo. Finalmente se le ocurrió que empleando telescopios newtonianos que le había enseñado a fabricar su padre, en los que se utiliza un espejo, podía controlar la cantidad de luz reflejada en cada observación. Podía fijar un telescopio en una estrella muy poco brillante, de magnitud 6, y enfocar después otro en una estrella de magnitud 1 para comparar. Si reducía el diámetro del segundo espejo hasta conseguir igualar los dos brillos (nótese que Herschel lo hacía a ojo) podía comparar las áreas de los espejos y obtener un valor. Sus cálculos matemáticos le llevaron a una relevante conclusión: entre una estrella de magnitud 1 y una de magnitud 6 había una relación de 1 a 100, es decir, llega 100 veces más luz de la primera que la segunda y se mantiene la relación en cada paso.

Con estos y otros datos, Norman R. Pogson formalizó una escala logarítmica que se sigue utilizando hoy día, según la cual cada salto de magnitud supone 2,512 más de luz. Se llama «logarítmica» a la escala en la que cada paso no corresponde a una subida lineal del valor, sino exponencial. Lo curioso del asunto es que el último paso de la escala de Pogson, las estrellas de magnitud 6, corresponde exactamente al límite del ojo humano sin ayuda del telescopio, o dicho de otra manera, son las últimas estrellas que podemos ver a simple vista. Y esta escala de magnitudes sigue la misma progresión que nuestra propia visión, como bien habían descubierto por la misma época Ernst Heinrich Weber y Gustav Theodor Fechner, bautizando una ley de psicofísica que lleva su nombre. El médico y el psicólogo, contemporáneos de Helmhotz, realizaron una serie de experimentos para demostrar que algunos eventos psicológicos se pueden estudiar en función de estímulos físicos medibles y demostraron que si un estímulo crece en progresión geométrica (multiplicando su intensidad por un factor) la percepción no evoluciona en la misma escala, sino en progresión aritmética. Sus experimentos más conocidos se hicieron con pesos: si uno sostiene en la mano un objeto de 100 gramos lo puede distinguir de uno de 110 gramos, pero si sostiene uno de 1 kilo ya no servirá la misma cantidad de 10 gramos: ahora necesitará que el peso aumente otros 100 gramos para que supere el umbral de sensibilidad y aprecie la diferencia. Pero lo mismo se puede aplicar a la visión o el oído o a estímulos más complejos como el calor, el dolor o la vibración. Así, por la llamada ley de Weber-Fechner, aunque la luz de la fuente aumente exponencialmente, la percepción de la misma no lo hace en la misma medida. En resumidas cuentas, escribía Fechner, «una serie aritmética de intensidades mentales podía corresponderse con una serie geométrica de energías físicas». Quizá, después de todo, las emociones se podían cuantificar con números y las matemáticas también regían las leyes del cuerpo humano.

El propio Hermann von Helmholtz había sido el primero en medir la velocidad de los impulsos nerviosos que viajan por nuestro cuerpo mediante un sistema para registrar el tiempo transcurrido entre un estímulo y el momento en que el músculo del cuerpo reaccionaba. Provisto de un galvanómetro y de técnicas que hasta entonces se habían utilizado en balística, el físico alemán halló que los impulsos nerviosos se movían a una velocidad de entre 25 y 43 m/s, un valor que entra dentro de la amplia horquilla de velocidades de transmisión de nuestro sistema nervioso. Lo importante en este caso ya no era tanto la exactitud del cálculo sino que había demostrado que nuestra percepción dependía de límites físicos y finitos, y tumbaba la creencia en una transmisión instantánea, como ya habían hecho los físicos al medir la velocidad de la luz.

A pesar de que Herschel y Pogson habían diseñado una escala sobre el brillo de las estrellas, aún quedaba lejos la capacidad para calcular las distancias y medir la paralaje con precisión. En 1725, el físico británico James Bradley había creído detectar por primera vez ese desfase de velocidad entre las estrellas más lejanas y los cuerpos más cercanos que permitiría calcular las distancias. Sucedió mientras ayudaba al astrónomo irlandés Samuel Molyneux a seguir con gran meticulosidad los movimientos de la estrella Gamma Draconis, a la que apuntaban con un telescopio fijo durante meses. Las observaciones indicaban que la estrella oscilaba hacia un lado en diciembre y hacia otro en marzo, algo muy parecido a la paralaje, pero al seguir otros astros Bradley se dio cuenta de que pasaba lo mismo, lo cual no tenía sentido. Fue de esta manera como descubrió lo que bautizó como «aberración estelar»: el movimiento de la Tierra con respecto a la luz de las estrellas provocaba una pequeña desviación similar a la que se produce si corremos bajo la lluvia con un paraguas sobre nuestras cabezas. Al desplazarnos, muchas de las gotas que caen en vertical nos alcanzarán por delante, que es lo mismo que sucede cuando nuestro planeta se desplaza y se topa con la luz que viaja desde las estrellas. Nuestro mapa del cosmos, el que observamos cada noche a simple vista, está ligeramente distorsionado por este factor y una vez más lo que vemos no es lo que parece. Para contrarrestar este efecto los astrónomos solo tienen que inclinar un poco el telescopio en la dirección del movimiento de la Tierra como si corrieran con un paraguas bajo una lluvia de estrellas.

Un esquema de la aberración descrita por Bradley.

A mediados del siglo XVIII los científicos ya sabían que había estrellas más y menos brillantes y que el movimiento de nuestro planeta al viajar por el espacio podía cambiar nuestra percepción del universo. Pero lo más interesante estaba por llegar. En 1784 dos astrónomos amigos, Edward Pigott y John Goodricke, descubrieron que las estrellas también variaban su magnitud y tenían un curioso comportamiento. El 10 de septiembre de aquel año Pigott observó con el ojo desnudo que una de las estrellas más brillantes de la constelación del Águila, Eta Aquilae, variaba su brillo con una periodicidad fija. Casi por las mismas fechas, Goodricke también observó a simple vista que la estrella Delta Cephei, en la constelación de Cefeo, variaba su brillo en un periodo de 5 días 8 horas 47 minutos y 32 segundos. En honor a este hallazgo, las estrellas de luminosidad periódica pasaron a conocerse como «cefeidas» y su importancia para el cálculo de distancias estaba aún por llegar. Mientras tanto, Goodricke —que se había quedado sordo de niño por la escarlatina— realizó otros descubrimientos realmente impactantes antes de morir por una pulmonía a los 21 años (menuda vida). Su atención se fijó en la constelación de Perseo, donde la estrella Algol realizaba también movimientos extraños. Otros astrónomos habían observado estos vaivenes en el brillo, pero solo Goodricke se atrevió a aventurar una explicación a aquellos cambios cada 68 horas y 49 minutos. Algol, cuyo nombre en árabe significa «cabeza de ogro», estaba acompañada por otra estrella y su brillo disminuía cuando la segunda pasaba temporalmente por delante. Era la primera descripción de una «binaria eclipsada» y tuvieron que pasar cien años para que, con instrumentos más modernos, otros astrónomos confirmaran el hallazgo y bautizaran a la segunda estrella con el nombre de Goodricke. Y sentaba un precedente sobre el método que en el siglo XXI utilizarían los científicos para detectar planetas extrasolares.

Hacia 1838 los instrumentos de observación habían mejorado lo suficiente como para poder medir la distancia a una estrella a partir de la paralaje. El alemán Friedrich Bessel pasó meses midiendo la posición de la estrella 61 Cygni respecto de otras del fondo, y tras cuidadosos cálculos concluyó que la diferencia era de apenas 0,314 segundos de arco, lo que permitía conocer que la estrella se encontraba a una distancia 660.000 veces mayor que la que hay de la Tierra al Sol. El descubrimiento suponía una auténtica sacudida porque demostraba que —como había intuido William Herschel— nuestro Sol era solo una estrella más en mitad de la inmensidad y nosotros una mota minúscula en el espacio. Pero, además, supuso el nacimiento de un término al que ya nos hemos habituado gracias a la ciencia ficción pero que hasta entonces no se empleaba: el cálculo de distancia en años luz. La medición en unidades astronómicas (la distancia del Sol a la Tierra) era poco manejable. Hasta 61 Cygni había unas 660.000 UA, por lo que Bessel propuso establecer la distancia en función de los años que tardaría la luz en llegar hasta el lugar, en este caso 10,3 años luz, una cifra que casi no cabía en las cabezas de la época y aún cuesta que quepa en las nuestras.

El siguiente gran cambio fue obra de una persona a la que la historia sepultó en el olvido durante años de forma injusta. Henrietta Swan Leavitt fue una de las miles de mujeres que participaron en la carrera del conocimiento como mano de obra barata y poco valorada. Las llamadas «calculadoras» (computers) eran mujeres a las que los astrónomos encargaban el trabajo «sucio» y aburrido de analizar cientos de fotografías y revisar meticulosamente los cálculos. Hacia 1908 Henrietta trabajaba en el observatorio de Harvard y estudiaba las estrellas variables de la Pequeña Nube de Magallanes cuando descubrió que se producía un patrón interesante en un grupo de ellas. Las cefeidas más brillantes parecían tener un periodo de pulsación más largo, mientras que las menos brillantes lo hacían con un periodo más corto. Cuando puso los datos en una gráfica, Leavitt lo vio muy claro: había una relación lineal entre el brillo aparente de aquellas estrellas y su periodo de pulsación. ¿Qué significaba aquello? Hasta entonces, conocer la magnitud aparente de un astro no aportaba ninguna información sobre lo lejos o cerca que estaba. A partir de determinadas distancias, además, el error de paralaje era demasiado pequeño para ser calculado con precisión. Pero lo que estaba viendo Henrietta, y que inicialmente se atribuyeron sus jefes, Edward Pickering y Edwin Hubble, era revolucionario: se podía conocer la magnitud absoluta de las cefeidas midiendo el periodo en el que su luz oscilaba.

Cruzando estos dos datos con la magnitud aparente, uno podía calcular si la distancia a la estrella era mayor o menor (distancia = luminosidad/brillo aparente). Era como si el universo estuviese lleno, de pronto, de una especie de relojes estelares, señales luminosas repartidas aquí y allá que nos podían decir lo lejos que estaba cada objeto. Si uno detectaba, por ejemplo, una cefeida con un periodo de rotación muy rápido, sabía que esta estrella tenía menos radio, y por tanto, emitía una determinada cantidad de luz. Midiendo la magnitud aparente podía comparar cuánto se separaba este brillo de su magnitud absoluta y calcular a partir de ahí el valor que faltaba: la distancia. Para calibrar el sistema de medición hacía falta tener una primera referencia de una cefeida cercana, lo que hizo el astrónomo alemán Ejnar Hertzsprung en los años siguientes. Sus datos apuntaban que la Pequeña Nube de Magallanes estaba a 33.000 años luz (una distancia que provocó las risas de algunos colegas, a quienes la distancia de 10,3 años luz de 61 Cygni ya les había parecido inconcebible). Gracias a los trabajos de Leavitt, en los siguientes años Harlow Shapley pudo determinar que la Vía Láctea era mucho más grande de lo que se creía hasta entonces.

Pero fue Edwin Hubble quien se apuntó el gran tanto para la historia. Combinando los datos anteriores con los del corrimiento hacia el rojo, Hubble anunció en 1923 que la constelación de Andrómeda era en realidad una enorme galaxia situada a unos 900.000 años luz de la Tierra y que muchas de las nebulosas y luces que detectábamos en el cosmos no eran estrellas dentro de la Vía Láctea, sino cientos de miles de galaxias similares o más grandes que la nuestra. Y, además, el espacio se estaba expandiendo. El descubrimiento cambió nuestra concepción del universo y consolidó el método de comparación de brillo aparente y periodos de pulsación para medir distancias. Hoy en día se siguen buscando cefeidas y otro tipo de estrellas variables que funcionan como indicadores de distancia, como las estrellas de tipo RR Lyrae y las supernovas de tipo Ia, a las que los astrofísicos se refieren como «candelas estándar». Si Hubble había descubierto a principios del siglo XX que el universo se estaba expandiendo, la observación de la evolución de una de estas supernovas de tipo Ia permitió casi un siglo después revelar otro hecho que hasta entonces permanecía oculto: que el universo se estaba expandiendo de forma acelerada y que buena parte de él estaba compuesto de algo que no podemos ver directamente y que ni siquiera entendemos, la energía oscura.

UNA ORACIÓN POR LOS ÁTOMOS

Mientras algunos miraban a los cielos era casi inevitable fijar la vista más cerca y preguntarse de qué estaban hechas las cosas que teníamos más a mano. También los griegos se lo habían preguntado y también ellos habían tenido una primera respuesta intuitiva y no del todo desencaminada. Quizá, se plantearon Leucipo y Demócrito allá por el siglo V a. C., la realidad material estaba hecha de partículas diminutas e indetectables para nuestros ojos. Incluso elementos inmateriales como el alma, decían, podían estar compuestos por estos corpúsculos indivisibles. Pero de ahí a descubrir la naturaleza última de los átomos había un trecho. Una buena manera de visualizar este problema es darle un jarrón a alguien y pedirle que lo machaque con un martillo hasta dejarlo reducido a sus piezas más pequeñas. Si el tipo se aplica a la tarea con entrega, al cabo de un rato tendremos muchos diminutos fragmentos que aún podemos distinguir a simple vista. Imaginemos que el más pequeño de esos fragmentos mide un milímetro de diámetro: ¿cuánto nos queda hasta llegar al átomo? ¿Y cómo de pequeño sería respecto a ese objeto de un milímetro? Resulta que es unas diez millones de veces más pequeño, de modo que deberíamos aumentar el tamaño de esa diminuta mota de polvo hasta que tuviera 10 kilómetros de ancho para que un átomo apareciera a nuestros ojos con un tamaño de 1 mm, similar al trozo más pequeño que estábamos viendo entre los restos del jarrón. Visto de otra manera, si el pequeño fragmento fuera más alto que el monte Everest, entonces veríamos cada uno de sus átomos tan pequeños como motas de polvo.

Con estas dimensiones es obvio que resultaba difícil adentrarse en los secretos de la materia. Durante muchos siglos la teoría de que las cosas estaban hechas de átomos cayó en el olvido, en parte por la influencia de Aristóteles, pero a partir del siglo XV se produjo una progresiva recuperación de documentos clásicos y las ideas refluyeron entre los europeos que se dedicaban a pensar. En su libro El Giro el escritor Stephen Greenblatt describe la influencia que tuvo en aquel cambio la obra del poeta romano Lucrecio De rerum natura (Sobre la naturaleza de las cosas) en la que recogía las ideas de Epicuro y describía el mundo en términos físicos con un atomismo primitivo. Redescubierto en 1417, el texto comenzó a distribuirse y contribuyó a la aparición de nuevas ideas sobre la naturaleza del mundo. Si no admitimos que deben existir partículas indivisibles, se plantea Lucrecio, ¿qué diferencia habrá entre un cuerpo grande y el cuerpo más pequeño?

Si la naturaleza creadora

no acostumbrase a reducir los seres

a sus mínimas partes, no podría

rehacer unos de otros, destruidos:

pues siendo todavía divisibles,

no podría enlazarse la materia,

ni tener pesadez, ni chocar,

ni encontrarse con otro ni moverse,

causas engendradoras de los seres.

Aquellas ideas de la Antigüedad, según las cuales «los átomos unidos han formado la tierra, el cielo, el mar, el Sol, los astros y el globo de la Luna», chocaban con algunos dogmas de fe de la época, hasta el punto de que determinados conceptos resultaban sacrílegos a oídos de la Iglesia. Si el universo estaba compuesto de átomos limitados e indivisibles, argumentaban los jesuitas, la idea de la transustanciación (la conversión del pan y el vino en el cuerpo y la sangre de Cristo) carecía de sentido, así que aquello constituía una herejía. Este temor les llevó a prohibir la enseñanza del atomismo en las escuelas de la Compañía de Jesús y, como relata Greenblatt en su libro, se llegaron a recitar oraciones contra los átomos en algunos de sus centros. Esta oración en latín se recomendaba recitarla a diario a los jóvenes de la Universidad de Pisa:

Nada sale de los átomos

todos los cuerpos del mundo resplandecen con la hermosura de sus formas.

Sin ellas el orbe sería solo un caos inmenso.

Al principio creó Dios todas las cosas, para que ellas pudieran engendrar algo.

Ten en nada aquello de lo que no puede salir nada.

Tú, Demócrito, no formas nada nuevo a partir de los átomos.

Los átomos no producen nada, luego los átomos no son nada.

La intención última de este mensaje —y este ensañamiento un poco ridículo con el pobre Demócrito— era impedir que los jóvenes cayeran en la tentación de explicar las cosas por lo que veían sus sentidos. Todo era una obra de perfección de Dios y cuestionarlo era una herejía. El 1 de agosto de 1632 la Compañía de Jesús prohibió y condenó la doctrina de los átomos, pero en las mentes de la época ya se había plantado una semilla que no tardaría mucho en germinar.

Las primeras pistas sobre la composición del mundo se buscaron en lo que se tenía más a mano, en sustancias como el agua o el aire o en la constitución de los metales que se habían manejado desde la Antigüedad para fabricar armas y herramientas. Se sabía que al calentar al fuego los minerales con cobre y estaño se obtenía bronce, o que al poner carbón vegetal al forjar el hierro se obtenía una aleación aún más fuerte (lo que nosotros llamamos «acero»). Las sustancias parecían tener propiedades particulares y se identificaban como elementos, aunque esta era una definición muy provisional y aún quedaba mucho para comprender su verdadero significado. Aquella capacidad para combinar unos elementos y otros a partir de una serie de misteriosas reglas envolvió su estudio en el halo místico de la alquimia y el vaporoso sueño de conseguir metales preciosos a partir de la combinación de elementos menos «nobles». El espejismo medieval tardaría varios siglos en disiparse —el propio Newton dedicó horas y horas a perseguirlo—, pero el trabajo meticuloso de pioneros como Robert Boyle ayudaron a hacerlo caer. Asistido por el inquieto y entonces joven Robert Hooke, Boyle había trabajado arduamente con la naturaleza de los gases y la idea del vacío. Así fue como descubrió que, a pesar de lo afirmado por otros filósofos, el sonido no se propagaba en el vacío —necesitaba las vibraciones del aire— pero la luz sí. Unos años antes, un discípulo de Galileo, Evangelista Torricelli, había hecho un descubrimiento fundamental. A partir de las pruebas con bombas de agua, que solo podían elevar el líquido hasta determinada altura, el científico italiano se dio cuenta de que la causa última estaba en el peso del aire en la atmósfera, que variaba a medida que uno ascendía en altura. Sus experimentos y los que haría después el francés Blaise Pascal demostrarían que alrededor de nosotros existía un océano invisible ejerciendo una fuerza que ni siquiera podíamos imaginar. Un alemán, Otto von Guericke, había inventado por aquellas mismas fechas una bomba capaz de succionar el aire y hacer el vacío. Cuando juntaba dos semiesferas y sacaba el aire del interior, ni siquiera la fuerza de varios caballos era capaz de separarlas. Pero lo que empujaba las esferas no era la fuerza del vacío, sino todo el aire que se acumula alrededor de ellas y del que no solemos ser conscientes.

Para demostrar esta presencia invisible basta con tomar una lata o un bidón de metal y sacar el aire de su interior con una bomba de vacío. Ambos quedarán estrujados en pocos segundos como si fueran una bola de papel. El experimento se puede hacer incluso con un vagón cisterna de un tren, que queda reducido a un gurruño como consecuencia de la presión que ejerce todo el aire que sostenemos sobre nuestras cabezas. Esta presión es de 1 kg/cm² así que si echas la cuenta comprobarás que sobre tu pecho soportas el peso de una columna de una tonelada de peso. Pero no morimos aplastados porque dentro de nosotros la presión es la misma que fuera. Cuando la lata, o nuestro cuerpo, están en condiciones normales, la presión en el exterior y el interior es de una atmósfera, pero si quitas lo que hay en el interior, el aire de fuera se muestra con toda su fuerza. Afortunadamente no hace falta aplastar trenes para mostrar la presencia de la atmósfera. A mí me gusta explicarlo con una simple caña de las que se utilizan para sorber un refresco. Si la sumerges en el líquido y tapas la parte superior, puedes dejar una pequeña cantidad de líquido atrapada que no se cae por el agujero exterior. Es el mismo principio por el que funciona una pipeta de laboratorio. Pero ¿por qué no se cae? Lo que sostiene el fluido no es el vacío, sino el aire que empuja desde abajo, aunque no lo veamos.

Observando lo que hacía la columna del mercurio en función del empuje del aire, con aquellos primeros barómetros, los físicos que siguieron a Torricelli podían predecir lo que estaba pasando en la atmósfera y si haría mejor o peor tiempo. Poco a poco empezaron a entender que cuando el aire pesa más (por decir de una manera sencilla que la presión atmosférica es mayor) suele hacer buen tiempo, mientras que si la aguja del barómetro baja, suele llover y el tiempo se vuelve inestable. La meteorología es una de las ciencias más complejas, pero simplificando mucho podemos decir que el viento no es más que el resultado de esos cambios de presión, por eso suele viajar desde las zonas de alta presión a las de baja. Si estuviéramos en una casa y una habitación tuviera menos presión que las otras, al abrir la puerta entraría todo el aire procedente de las demás estancias. En la atmósfera, este movimiento vertical hacia dentro suele provocar que el aire se condense en forma de nubes y aparezcan las precipitaciones. Y lo llamamos «borrasca». El conocimiento de estos fenómenos de presión ha permitido construir submarinos que no se aplasten al descender al océano o tratar determinadas enfermedades bacterianas con cámaras hiperbáricas (al subir la presión, los patógenos se convierten en esporas y cesan el ataque) e incluso controlar las condiciones de un habitáculo (la sala de aislamiento de un hospital, por ejemplo) para que no entre nada en él. En el invierno de 2013 tuve la oportunidad de descender hasta el túnel del Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra (LHC, por sus siglas en inglés), a 100 metros de profundidad bajo territorio franco-suizo. Recuerdo que al llegar abajo lo primero que nos dijeron fue que en caso de peligro, como una fuga de gases, hiciéramos lo contrario de lo que se suele pedir a la gente en las emergencias cuando uno está en la superficie: que corriéramos hacia el ascensor. El motivo era que estaba a una mayor presión que el resto del túnel, de modo que si había una fuga de helio estaríamos más seguros dentro de aquella estructura metálica que fuera.

Con el antecedente de las investigaciones de Torricelli, Boyle y Hooke construyeron su propia bomba de vacío y realizaron decenas de experimentos para estudiar el peso de los gases. Una de sus observaciones era que el aire podía comprimirse con facilidad, y aquello tenía sentido si se trataba de un fluido compuesto por diminutas partículas que se juntaban más o menos en función de la presión. En su obra Nuevos experimentos físico-mecánicos relativos a la elasticidad del aire y sus efectos, Boyle explicaba que en el interior del vacío las cosas no podían arder y los pequeños animales que introducía en su interior morían al poco tiempo. Durante las siguientes décadas los experimentos con campanas, velas y ratones se convirtieron en el LHC de la época. En 1772 el escocés Daniel Rutherford informó de sus experimentos con estos instrumentos y aisló una sustancia, que él llamó «aire flogisticado» (lo que hoy conocemos como «nitrógeno») en la que no podía arder una vela ni respirar un ser vivo. Unos años antes, otro químico, el alemán Georg Ernest Stahl, había definido el principio un poco enrevesado para explicar por qué las cosas ardían: aquellos objetos que se quemaban con facilidad eran ricos en una sustancia llamada «flogisto» y si este se gastaba en el objeto, la combustión se detenía. En aquellos términos, Rutherford interpretó que el aire rico en flogisto emanado de los objetos impedía la combustión y la vida.

Fue entonces cuando el clérigo inglés Joseph Priestley se adentró en la cuestión de la materia invisible dispuesto a saciar su infinita curiosidad. Su primera idea fue arrancar una planta de menta de su jardín y encerrarla en una de sus campanas de cristal para comprobar cuánto tiempo tardaba en morirse. Pero pasaron las semanas y, para su sorpresa, la planta estaba un poco tocada, aunque seguía viva y creciendo.

La planta no parecía afectada más allá de lo que imponía su situación de confinamiento […] continuaba creciendo hacia arriba, alimentándose a través de la raíz negra y putrefacta.

Tirando de aquel hilo, Priestley estaba a punto de hacer un primer hallazgo fundamental sobre el ciclo de la vida de las plantas. Al continuar con sus pruebas vio que cuando encendía una vela dentro de la campana que contenía una planta, esta no se apagaba, y si metía un ratón, este sobrevivía más tiempo. Había algo en la menta que regeneraba el aire. Para asegurarse fue un poco más allá. Introdujo una mecha en la campana que agotó todo el aire respirable dentro de ella y puso la menta en su interior. La planta sobrevivió y generó nuevo aire en el que incluso se podía encender otra vela (su experiencia anterior le indicaba que en el aire agotado ya no se producía la combustión). Aunque, como sostiene Steven Johnson en La invención del aire, nunca se le llegó a reconocer del todo, aquel hallazgo era en sí mismo sensacional. En una carta a Benjamin Franklin, Priestley escribe:

Estoy convencido de que el aire que se vuelve venenoso al respirar es restaurado por los esquejes de menta que crecen en él.

Era la primera vez que se observaba que «cada planta individual presta un servicio a la humanidad» y recicla el aire que ya ha sido respirado por otros seres vivos. Pero aquí no acababan sus descubrimientos. Tres años después, en 1774, el inglés trabajaba con óxido de mercurio y comprobó que, al poner este polvo rojo en un tubo de ensayo y calentarlo con una lente, el polvo daba lugar a pequeñas bolitas y generaba un gas que avivaba las llamas, como sucedía con el óxido nitroso. Aquello era algo inesperado, así que continuó calentando la sustancia y obteniendo mayores cantidades del nuevo gas. No tardó en meterlo en el interior de una de sus campanas de cristal y comprobar qué efecto tenía sobre sus plantas y sus ratones. En marzo de 1775, al introducir un ratón en una campana normal y otro en una campana con aire procedente del óxido de mercurio descubrió que el primero vivía quince minutos y el segundo sobrevivía el doble de tiempo. Definitivamente estaba ante algo llamativo y digno de estudio, y tan convencido estaba que lo probó sobre sí mismo.

La sensación en mis pulmones no fue muy distinta a la del aire común, pero durante algún tiempo después sentí el pecho inusualmente ligero y relajado.

Priestley había descubierto un nuevo elemento, pero aún no disponía de las claves para entenderlo del todo y lo denominó erróneamente «aire deflogisticado», en contraposición al aire de Rutherford que mataba a plantas y ratones. Unos años antes el sueco Carl Scheele ya había aislado el mismo elemento a partir del polvo de mercurio y lo había llamado «aire ígneo», pero lo comunicó más tarde. En uno de sus viajes a Francia, Priestley había compartido los resultados de sus pruebas con uno de los más agudos experimentadores de todos los tiempos, el francés Antoine Lavoisier, quien no tardaría en descartar la teoría del flogisto y llamar al nuevo elemento «oxígeno», que es como lo conocemos en nuestros días. A diferencia de Scheele, Rutherford y Priestley, Lavoisier disponía de los mejores aparatos de medición y un amor por la precisión que le ayudó a descubrir lo que estaba pasando. También contaba con la ayuda de su esposa, que le traducía los textos y le echaba una mano en el laboratorio, y disponía además de un montón de dinero procedente de su trabajo como recaudador de impuestos que a la postre le costó la cabeza (fue guillotinado durante la Revolución francesa). Gracias a todo esto, Lavoisier descubrió que lo que otros denominaban «flogisto» no era más que una fantasmagoría fruto de la falta de meticulosidad.

Si tuviera que elegir una imagen para contar esta historia de amor y ciencia que termina en decapitación me fijaría en un cuadro que se encuentra en el Museo Metropolitano de Arte de Nueva York con el título Portrait d’Antoine-Laurent Lavoisier et de sa femme. En la pintura, obra de Jacques-Louis David, vemos al matrimonio Lavoisier en su despacho de París, rodeados de algunos artilugios de laboratorio. Si uno observa con atención descubrirá que, a pesar de que el hombre de fama es él, la gran protagonista de la pintura es ella. Marie-Anne Pierrette Paulze está de pie y apoyada levemente sobre el hombro de su marido, que la contempla con admiración. Su rostro sonrosado nos mira con expresión de inocencia angelical, pero su mano derecha se apoya sobre la mesa con la firmeza de quien controla la situación. De hecho, es muy probable que el cuadro lo pintara David gracias a ella, pues había sido su alumna de dibujo. Esta habilidad le permitía hacer esquemas precisos de los instrumentos empleados por Lavoisier, los diagramas de sus experimentos y anotar los detalles de cada investigación. Ella era quien editaba y organizaba los informes y quien —gracias a su dominio del inglés, latín y francés— traducía los textos de otros investigadores europeos para que Lavoisier siguiera de cerca las novedades. Y así fue como tuvo noticia de las teorías del flogisto y de los gases que hacían sentir a Priestley de maravilla y de los experimentos de Henry Cavendish con un nuevo gas ligero e inflamable.

Una de las primeras cosas que descubrió Lavoisier fue que no debía pasar por alto ningún detalle. Si pesaba los elementos antes y después del experimento, sistemáticamente obtenía el mismo resultado, pues la materia se conservaba, ya fuera en una forma u otra, no desaparecía mágicamente. En uno de sus experimentos iniciales calentó durante semanas el agua de un recipiente de cristal herméticamente cerrado y demostró que era falsa la afirmación de los alquimistas de que parte del agua se transformaba en tierra durante el proceso. El peso del sedimento originado tras la ebullición del agua era igual que el peso perdido por el recipiente, de modo que los restos sólidos procedían del cristal y no del agua. Con el mismo sistema se puso a repetir los experimentos que había hecho Priestley con el óxido de mercurio y se dio cuenta de que la teoría sobre el aire deflogisticado no tenía sentido. Cuando se calentaba un metal —ya fuera el mercurio u otro—, las evidencias le mostraban que no es que este perdiera un elemento como el flogisto, sino que ganaba algo que estaba en el aire y que él denominó «oxígeno». Al realizar otras pruebas de combustión, quemando velas y trozos de madera, comprendió además que el oxígeno solo ocupaba una quinta parte del aire y que lo que quedaba era el gas inerte que mataba a los ratones y que Rutherford había identificado como aire flogisticado. Lavoisier también lo renombró temporalmente como «azote» (luego «nitrógeno») y lanzó una primera hipótesis sobre la composición del aire atmosférico. El «aire vital», aseguró, era apenas un 20 % de lo que respiramos y el resto era nitrógeno, lo que desterraba las complicadas teorías del flogisto para siempre.

El siguiente reto era comprender de qué estaba hecha el agua. En otro de sus experimentos Lavoisier puso a hervir el líquido en otro recipiente e hizo pasar el vapor a través de un tubo enterrado en brasas encendidas. Al salir por el otro lado, el vapor se enfriaba en un tubo en espiral y se condensaba parte del agua evaporada, pero la cantidad de agua obtenida era menor que la introducida al principio del experimento: faltaba parte del líquido. El químico francés se dio cuenta de que allí estaban sucediendo dos cosas. En el proceso la tubería que conducía el vapor había ganado peso y en otro recipiente se había acumulado una pequeña cantidad de otro gas, más ligero que el aire y muy inflamable. Si sumaba el peso del agua obtenida por condensación, el del nuevo gas ligero y el del material extra acumulado en el tubo, las cuentas cuadraban y se cumplía su principio de conservación de la materia. Aquellos resultados ya le daban una idea de cuál podía ser la composición del agua. Por un lado obtenía el gas que ya había descrito Cavendish (y que Lavoisier bautizaría como «hidrógeno» por su capacidad para generar agua) y por otro obtenía el óxido del tubo (el oxígeno que ya había visto que se adhería a los metales). Había descompuesto el agua en sus dos componentes principales, hidrógeno y oxígeno, pero para confirmar sus sospechas debía intentar producir el proceso a la inversa: combinar aquel «aire combustible» (hidrógeno) con el «aire vital» (oxígeno) para producir agua.

Uno de los experimentos de Lavoisier para determinar la composición del agua. University of Adelaide.

Lavoisier no fue el primero en tener la idea de «fabricar» agua a partir de sus dos componentes principales, pues parece que tanto Cavendish como Priestley lo estaban poniendo en práctica simultáneamente y un colega francés, Gaspard Monge, llegaba al mismo resultado con instrumentos diferentes. Los experimentos de unos y otros se sucedieron hasta el punto de que no está muy claro quién fue el primero en materializarlos, pero lo que es seguro es que Lavoisier fue el primero en entenderlo y en ponerlo en práctica a gran escala. Para ello, con la ayuda del eminente físico y matemático Pierre Simon Laplace, diseñó un complejo artilugio y lo llevó ante la Academia de las Ciencias. A grandes rasgos, el aparato consistía en dos campanas transparentes, una con aire inflamable (hidrógeno) y otra con aire deflogisticado (oxígeno), que se conectaban por dos tubos estrechos y alimentaban una lámpara en el centro que ardía muy lentamente. Al cabo de unos minutos, la campana central, en la que se había añadido mercurio para hacer de tapón, empezó a oscurecerse por la presencia de pequeñas gotitas en su superficie que se fueron concentrando hasta llenar el recipiente. Estaban obteniendo agua pura y destilada a partir de la mezcla de dos elementos. Lavoisier concluyó que nadie podía negar que había creado agua de la nada y escribió:

El agua no es un elemento, sino un compuesto formado por dos principios muy diferentes, la base de aire vital y la de gas hidrógeno; y […] estos dos principios se combinan en una relación aproximada de 85 a 15.

Por primera vez, Lavoisier empezaba a tener claro que la proporción de aquellas mezclas podía ser la clave para comprender una relación más profunda de los elementos. Pero no tendría mucho tiempo de darle vueltas. El 8 de mayo de 1794, durante el llamado «periodo del Terror», los revolucionarios le cortaron la cabeza.

EL HOMBRE QUE PESABA EL AIRE

Al pobre Lavoisier lo guillotinaron sus compatriotas el mismo año en que John Dalton presentaba sus documentos sobre los «hechos extraordinarios relacionados con la visión del color». Por entonces el joven inglés ocupaba sus días en el estudio apasionado de los gases atmosféricos, una obsesión que le acompañó de por vida y que le llevó mucho más tiempo y estudio que la visión o los átomos. El 24 de marzo de 1787, a la edad de 21 años, comenzó un diario que tituló «Observaciones sobre el tiempo» y que mantuvo hasta el mismo día de su muerte. En una carta a Sarah Hudson al año siguiente, Dalton describe con pasión lo que significa para él el estudio de la meteorología:

Si ser capaz de predecir el estado del tiempo con tolerable precisión […] fuera un objetivo absoluto que perseguir, la persona que haya contribuido al logro no puede decirse que haya vivido o trabajado en vano.

Su interés por comprender la naturaleza del aire y de los cambios en la temperatura y presión era tal que dedicó largos años a estudiar cada detalle de sus registros en busca de respuestas. Construía sus propios barómetros, termómetros e higrómetros, con los que registrar la presión, temperatura y humedad del ambiente. En 1793 publicó su primera obra científica, titulada Observaciones meteorológicas y ensayos, que trataba de acercar a los lectores de forma sencilla a cómo funcionaban aquellos aparatos. En otro trabajo posterior, Sobre las variaciones del barómetro, Dalton intenta comprender los cambios atmosféricos durante las estaciones.

Parece por las observaciones… que el estado medio del barómetro es más bajo durante el invierno que en verano, aunque una capa de aire sobre la superficie terrestre siempre pesa más en la primera estación que en la segunda.

Aquella contradicción, esgrimía Dalton, solo podía explicarse si la propia atmósfera estaba más alta durante el invierno que durante el verano, pues de otra manera las observaciones carecían de sentido. Llevado por esta curiosidad, Dalton fijaba su atención en asuntos como la cantidad de agua que se vertía al océano, la cantidad de agua que se eleva durante la evaporación o «el origen de las primaveras». A partir de 1795, y casi casualmente, comenzó a estudiar química y se hizo aún más metódico. Durante meses y meses recogió agua de lluvia y tomó medidas de su temperatura en diferentes momentos, o realizó experimentos mezclando agua caliente y fría para ver cómo se transmitía el calor, todo con el fin de encontrar alguna clave que explicara sus dudas sobre lo que sucedía en el cielo. A medida que se adentraba en el estudio de los gases encontró más preguntas y más dudas. Si el oxígeno era más pesado que el nitrógeno, predecía, este disminuiría en la atmósfera a medida que aumentara la altura, pero no era eso lo que veía en sus pruebas con gases, donde estos se mezclaban unos con otros como llevados por un principio de repulsión. Los gases, observaba Dalton, son fluidos elásticos y —como ya había observado Boyle— la capacidad para modificar su volumen parecía revelar la presencia de espacio entre las partículas que lo componen. Hacia 1800 su meticulosidad y esfuerzo le llevaron a ser el primero en describir la ley de expansión de los gases cuando se calientan, que luego describiría con más detalle Gay-Lussac. Mientras estudiaba la solubilidad de los gases en agua se hizo una pregunta clave que le ponía al filo de su gran descubrimiento. La mayor dificultad, observaba, surgía del hecho de que diferentes gases obedecieran a diferentes leyes y que se absorbieran en diferente medida por el agua. ¿Por qué el agua no admite el mismo volumen de cualquier tipo de gas? Entonces escribió:

He reflexionado profundamente sobre esta cuestión y, aunque no me satisface completamente la respuesta, estoy casi convencido de que tal circunstancia depende del peso y de la cantidad de las últimas partículas constituyentes de los diferentes gases; aquellos cuyas partículas son más ligeras son menos absorbibles y las otras más, a medida que aumenta su peso y complejidad.

Cuando llego a la biblioteca John Rylands de Manchester el jefe de los archivos y manuscritos, John Hodgson, me está esperando en la entrada. El edificio es una especie de abadía neogótica con una preciosa galería de arcos apuntados y una de las salas de lectura más bellas del mundo. Junto a las vidrieras se acumulan las estanterías y los ejemplares de libros medievales, pero no estamos en un edificio religioso. Fue construido expresamente como biblioteca por orden de Enriqueta Augustina Rylands para homenajear a su marido, uno de los millonarios de la industria textil de Manchester, y desde 1899 se guardan aquí algunos de los documentos más valiosos de la humanidad. Subimos unas escaleras y tras atravesar la zona en que los investigadores examinan ejemplares de la biblioteca, entramos en la zona restringida donde se encuentra el archivo. Es una gran sala llena de estanterías y avanzamos hacia el fondo del pasillo. Cuando encuentra el lugar exacto, Hodgson acciona la manivela circular que abre dos de los estantes como si fuera a desvelar un gran tesoro. Mi guía se adentra en este nuevo corredor y a la izquierda me muestra toda una estantería llena de carpetas negras cuidadosamente numeradas y en cuyo dorso se lee:

JOHN DALTON PAPERS

«Esto es todo el archivo que sobrevivió de Dalton», me dice. «Todas estas carpetas negras.» Abrimos una de ellas y Hodgson me muestra el estado de deterioro de los documentos, que ahora están conservados en fundas de poliéster para facilitar su manejo. Al pasar las hojas me hace notar un detalle: el borde de todos los documentos está ennegrecido y quemado por el fuego. «Por desgracia Manchester fue muy dañado por los bombardeos durante la Segunda Guerra Mundial», me explica. «Milagrosamente esta biblioteca sobrevivió, pero el edificio de la Lit & Phil [Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester] donde se encontraban los documentos de Dalton fue destruido por el intenso bombardeo del 24 de diciembre de 1940. Así que buena parte del archivo se perdió.» Por fortuna muchos de los documentos de Dalton estaban en una caja de metal en el sótano que los protegió parcialmente, pero aun así se estima que pudo perderse más de la mitad de los valiosos papeles del filósofo. Lo que estamos viendo es lo que sobrevivió y las decenas de documentos permiten hacerse una idea de la infinita curiosidad de Dalton por las más variadas materias. Enseguida localizamos el manuscrito en el que el físico ha dibujado la estructura de un ojo humano y explica en qué consiste cada una de sus partes. «Los rayos de luz de cualquier objeto», escribe, «pasan a través de la pupila y el humor del ojo hasta la parte trasera, y allí se forma la imagen del objeto en sus colores propios pero invertida en cada punto». El documento es una de las muchas notas que utilizaba para sus conferencias, y muestra el nivel de detalle con el que se había interesado por lo que sucedía en el interior del ojo. En otra carpeta descubrimos un documento en el que Dalton dibuja un esquema con el recorrido que hace la luz al atravesar diferentes tipos de lentes. También hay anotaciones sobre los trabajos de Newton y hasta sobre la velocidad de la luz. Pero no es su único interés. Durante casi dos horas curioseamos entre los papeles de Dalton en busca de información y descubrimos, por ejemplo, sus anotaciones sobre las ondas de sonido y varias partituras. Entre sus apuntes botánicos aparece una sombra que recuerda la forma de una planta, quizá una flor que conservó entre sus apuntes y luego se perdió. «Estaba interesado en todo», dice Hodgson. «Para él todo estaba conectado, tenía claro que para entender una cosa tienes que entender otras cosas, es como una espiral.»

La parte más relevante hasta ahora para los estudiosos son sus apuntes sobre sus experimentos con gases y las cuidadosas anotaciones de sus medidas. Están por todas partes; tablas de datos y cientos de notas sobre los pesos que estimaba que podía tener cada elemento en función de sus observaciones. En otra de las carpetas aparecen decenas de columnas con cifras y notas que por un momento nos despistan. Pero no, son las cuentas personales sobre las compras de la casa, montones de páginas con la cantidad y el precio de los pedidos de pan, mantequilla, patatas, té… Esta extraordinaria meticulosidad, incluso para las cosas más cotidianas, fue quizá su mejor virtud y la que le llevó a darse cuenta de que existían múltiples formas de combinar los elementos y que esto permitía inferir la existencia de partículas y sus características.

A partir de los trabajos de Lavoisier ya había otros químicos pensando en lo que podían ocultar las proporciones encontradas entre los componentes del agua. Joseph-Louis Proust, por ejemplo, se dio cuenta de que muchas sustancias tenían una proporción fija de sus elementos que se repetía una y otra vez. Si uno descomponía carbonato de cobre siempre obtenía las mismas cantidades de carbono, cobre y oxígeno, igual que Lavoisier había visto que al descomponer el agua el peso de sus componentes siempre se dividía en 85 partes de oxígeno y 15 de hidrógeno. Aquel principio se bautizó como «ley de proporciones fijas», pero Dalton le iba a dar otra vuelta de tuerca. En 1803 anunció que a partir de sus experimentos había descubierto que los elementos se podían mezclar de diferentes maneras, de modo que el carbono y el oxígeno podían combinarse de varias formas para dar lugar a compuestos distintos, como lo son el monóxido de carbono y el dióxido de carbono. Fue lo que llamó «ley de proporciones múltiples».

Pero lo más interesante es que Dalton había empezado a dibujar átomos, representando cada uno con un símbolo, y a plantearse cómo podían combinarse unos con otros a partir de sus pesos. En 1803 ya tenía una primera tabla con los pesos de seis elementos y quince moléculas, pero su famosa tabla de pesos atómicos no apareció impresa hasta 1808, en su obra Un nuevo sistema de filosofía química, donde trata de imaginar cómo se unen los átomos para las moléculas de los diferentes compuestos. El método consistía en deducir unos primeros pesos atómicos a partir de sus experimentos con gases y usar esos datos para calcular el peso de otros elementos a partir de nuevas combinaciones. Su gran descubrimiento, como vemos, no era el átomo —del que ya se venía hablando largamente— sino las primeras pruebas empíricas sobre cómo eran estas partículas y cómo se combinaban entre sí. A pesar de todo, en sus tablas había un error fundamental, el de empeñarse en que los átomos debían unirse preferentemente de dos en dos, lo que llevó a pensar que el agua, por ejemplo, estaba compuesta por un átomo de hidrógeno y otro de oxígeno con una diferencia de peso de 8 a 1, cuando la realidad —como revelaría el sueco Jöns Jacob von Berzelius más adelante— era que los átomos de oxígeno tenían un peso de 16 y la molécula del agua tenía dos átomos de hidrógeno (se mantenían las proporciones de peso 8:1, pero con una combinación diferente, 16:2).

La famosa tabla de pesos atómicos de John Dalton. Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester.

Menospreciado durante los primeros años como un científico de segundo nivel, aquel cuáquero de vista corta había conseguido poner encima de la mesa una serie de normas básicas sobre el funcionamiento de la materia que servirían para abrir un nuevo camino. Por primera vez se aportaban pruebas de que todos los átomos de un elemento eran iguales entre sí y diferentes a los del resto y que el peso era su principal diferencia. Combinando unos con otros se formaban los distintos compuestos en forma de moléculas, cada una con distintas formas producto de las distintas reacciones químicas. En 1807, durante una conferencia en la Royal Institution, Dalton aseguraba que había sido «capaz de reducir algunos hechos aparentemente anómalos a leyes generales» y adelantaba que aquello produciría «los más importantes cambios en el sistema de química». En 1825, durante una ceremonia de homenaje, el gran sir Humphrey Davy elogiaba a Dalton por haber descubierto «un principio sencillo, universalmente aplicable» y proclamaba:

… sus méritos se asemejan a los de Kepler en astronomía.

Mientras curioseamos entre los papeles de Dalton en la biblioteca John Rylands, John Hodgson descubre algo que no conocía. En una de las carpetas aparece un documento con un mechón de pelo blanco del propio Dalton. Está fechado el 2 de mayo de 1837, así que el físico ya era bastante mayor. De hecho, al leer lo que dice el documento nos damos cuenta de la sordidez del hallazgo: el mechón de pelo fue cortado por su ama de llaves el día en que Dalton había tenido un ataque de apoplejía y estaba paralizado. Le habían cortado el pelo a traición y para conservar un recuerdo del científico, algo que era bastante habitual con los personajes célebres en aquella época. A pesar de su avanzada edad y deteriorado estado de salud, Dalton siguió con sus investigaciones hasta los últimos días, y ni una sola jornada dejó de observar la atmósfera y anotar las mediciones de sus instrumentos. Uno de sus médicos, el doctor Wilson, describió lo que había hecho Dalton el día antes de morir.

El viernes, 26 de julio, se retiró a su habitación entre quince y veinte minutos antes de las 9:00 h, se dirigió a su escritorio, en el que solía tener los libros en los que registraba sus anotaciones meteorológicas, e introdujo los datos de su barómetro, termómetro, etc. a las 9 en punto, y añadió en la columna de observaciones las palabras little rain [un poco de lluvia] para describir lo poco que había llovido durante el día. Su criado observó que su mano temblaba más que nunca y que apenas podía sostener la pluma. De hecho, el libro muestra en sus caracteres temblorosos y sus figuras tachadas una prueba contundente del rápido decaimiento de sus facultades físicas. Pero había el mismo cuidado y vigilancia por la corrección de siempre, manifestado por el último golpe de su pluma; tras escribir en una observación previa Little rain this [poca lluvia este] se dio cuenta de que la frase estaba incompleta y añadió day [día], que fue la última palabra trazada por su pluma temblorosa.

Después Dalton se fue a la cama y la mañana siguiente su ama de llaves lo encontró muerto. En su cuaderno meteorológico quedó aquella anotación como testimonio de lo que más le había preocupado durante su vida. Little rain this day, la poca lluvia que había caído aquel día.

LAS LÍNEAS DEL SOL

Para entender otro gran hallazgo que cambió nuestra manera de mirar el universo debemos remontarnos de nuevo a la época de Newton. En 1752, unos cincuenta años después de la publicación de su Óptica, algunos filósofos seguían conmocionados por los hallazgos del físico inglés sobre la luz y el color. Animado por todas estas cuestiones, el escocés Thomas Melvill comenzó a hacer experimentos y se propuso continuar la labor de Newton donde este la había dejado. En su libro Observations on light and colours («Observaciones sobre la luz y los colores») se hizo una serie de preguntas sobre las características de la luz y el comportamiento de esta al atravesar distintas sustancias. A su parecer, la variación de los colores al atravesar un prisma no se producía por la diferencia de tamaños de las «partículas de la luz refractada», como decía Newton en un adelanto de lo que serían las longitudes de onda, sino porque las luces de diferentes colores tenían distintas velocidades, y apoyaba su afirmación en las variaciones de color apreciadas en las lunas de Júpiter. Aunque pronto se demostró que no tenía razón en este tema, lo cierto es que Melvill pulsó una tecla que después se demostraría clave para entender la naturaleza de la luz. Interesado por la explicación de Newton sobre el color de los objetos, y por qué absorbían determinadas «partículas» y rebotaban otras, Melvill empezó a poner objetos al fuego para estudiar qué pasaba. Efectivamente, admite en su libro,

… los cuerpos de los principales colores, rojo, amarillo, verde y azul, se alteran muy poco a la luz de los humores del fuego, pero si se los mezcla continuamente con sales durante la combustión, diferentes cambios acontecen.

A continuación Melvill describe los colores y tonalidades que podía observar al poner diferentes objetos al fuego, desde prendas de ropa o pinturas a trozos de metal. Habla de colores oscuros, tonos rojizos o mortecinos, y entonces añade:

Colocando un tablero con una pequeña abertura circular entre mi ojo y la llama, para reducir y rodear mi objeto, examiné la naturaleza de estas luces diferentes mediante un prisma […] y descubrí que en el primer caso, cuando la sal de amoníaco, aluminio o potasio caía en las llamas, se emitían todo tipo de rayos, pero no en cantidades iguales; el amarillo era mucho más abundante que todos los demás juntos, y el rojo más apagado que el verde o el azul.

Melvill estaba observando una línea amarilla que se veía a través del prisma cada vez que echaba una sal al fuego, pero aún no estaba preparado para entender las implicaciones de lo que estaba viendo. Medio siglo después, el inglés William Hyde Wollaston —de los primeros en tomar en serio la teoría atómica de Dalton— seguía a vueltas con las ideas de Newton y con las de su contemporáneo Thomas Young, y decidió combinar sus experimentos. El primero había hecho pasar la luz por un prisma y el segundo la había hecho pasar por una rendija. ¿Qué pasaría si repetía el experimento de Newton pero el haz de luz pasaba previamente por una rendija en lugar de un agujero circular? En 1802 Wollaston hizo pasar la luz por una rendija de poco más de un milímetro, lo que le daba un espectro mucho más puro, la filtró después por un prisma y la proyectó sobre una pared a unos tres metros de distancia. El resultado fue de nuevo un arcoíris con los colores rojo, amarillo, verde, azul y violeta, pero esta vez entre ellos había una serie de siete líneas negras que él interpretó como los límites de los colores, sin darle mayor importancia.

De experimentar con haces de luz en habitaciones oscuras los filósofos naturales habían pasado a proyectar arcoíris en busca de los secretos del color y a «destejer» los secretos de la luz, como advertía el poeta Keats. El papel más importante lo tuvo un hombre cuya vida parecía sacada de un folletín. Huérfano a los 11 años, Joseph von Fraunhofer había empezado a trabajar en el taller de un cristalero cuando un día el edificio se derrumbó y el chico quedó sepultado bajo los escombros. Por suerte para él, en la operación de salvamento participó el príncipe de Baviera, que a partir de aquel momento se ocupó de que no le faltara de nada y le facilitó el ingreso en un instituto de óptica. Allí, gracias a su brillantez, Fraunhofer comenzó a fabricar los mejores cristales ópticos de su época y descubrió algunos secretos de la luz en los que nadie había reparado hasta entonces. Mientras diseñaba uno de sus telescopios, se encontró con las mismas líneas que Wollaston había observado unos años antes.

Descubrí muchas pequeñas líneas verticales gruesas y finas, que son más oscuras que el resto del espectro. Algunas de ellas son casi negras.

Fraunhofer investigaba la capacidad de dispersión de distintos tipos de cristal con luz del sol cuando se encontró con que en el patrón de colores había unas misteriosas líneas oscuras que en aquel momento no era capaz de interpretar, pero que clasificó meticulosamente a partir de 1814. Con mucha paciencia, el alemán trazó un mapa con hasta 574 finas líneas que veía en la luz procedente del sol e identificó las más relevantes con letras de la A a la G. A medida que siguió haciendo pruebas se dio cuenta de que una de las líneas que él llamó «naranja», la llamada línea D, aparecía también al mirar la lámpara de sodio de su laboratorio, pero en aquel momento —como le había pasado a Melvill— no estaba preparado para identificar lo que era. Con una curiosidad insaciable, Fraunhofer no se limitó a mirar al Sol, sino que dirigió su prisma hacia la Luna y hacia planetas como Venus y Marte, donde descubrió las mismas líneas que dejaba la luz solar. Sin embargo, cuando miraba a estrellas como Sirio, por ejemplo, había cambios significativos en el patrón, lo que le mostraba dos cosas: 1) que la luz de la Luna y los planetas era luz reflejada del Sol, y 2) que los patrones que estaba viendo en las estrellas quizá eran una especie de huella identificativa de su composición.

Fraunhofer no pudo llegar más allá (murió a los 39 años de tuberculosis), pero lo que trascendía detrás de aquellos descubrimientos estaba en el ambiente. En 1857, el físico escocés William Swan demostró que la línea D en el espectro de Fraunhofer estaba asociada con la presencia de sodio y por eso aparecía también al verter sal sobre una llama. Un siglo antes, el químico alemán Marggraff ya se había dado cuenta, como Melvill, de que determinadas sustancias provocaban distintos colores al fuego: la sosa producía una llama amarilla y la potasa violeta. Otro de los pioneros fue el inglés Henry Fox Talbot, al que se suele recordar por la invención de los calotipos —una de las primeras aproximaciones a la fotografía—, pero que en 1834 se dio cuenta de un hecho interesante. Trabajando con litio y estroncio vio que ambos provocaban una llama de color rojo cuando los ponía al fuego. Ambas llamas producían un tono indistinguible —uno no podía saber a priori cuál de los dos elementos estaba ardiendo—, pero si dejaba pasar la luz de la llama a través de un prisma aparecían dos patrones de líneas rojas muy diferentes. Talbot atisbaba ya las posibilidades de esta técnica para conocer la composición de un objeto. Escribió:

Un vistazo al aspecto de una llama a través de un prisma podría mostrar que esta contiene sustancias que de otra manera requerirían un laborioso análisis químico para ser detectadas.

Estos primeros experimentos arrojaban, además, otra incógnita interesante: ¿por qué cuando se dejaba pasar la luz del sol a través del prisma se producía un patrón de líneas oscuras pero cuando la luz procedía de una llama se veían líneas de colores? Otro físico, el escocés David Brewster —al que ya hemos citado antes porque se interesó por la vista de Dalton y que siempre nos caerá bien por ser el inventor del caleidoscopio—, andaba intrigado por las mismas cuestiones a partir de los descubrimientos de Fraunhofer. También en 1834 se puso a hacer experimentos dejando pasar la luz a través de un gas (a partir de ácido nitroso) para analizar su espectro. Lo que vio le sorprendió muchísimo, porque encontraba muchas más líneas que las que había distinguido Fraunhofer en el sol y mucho más claras, así que se le ocurrió compararlas. Al sobreponer un espectro sobre el otro vio que algunas líneas coincidían y otras no, y pensó que quizá unos gases bloqueaban algunas longitudes de onda, adelantándose treinta años a la explicación definitiva del fenómeno. También se dio cuenta de que si analizaba el espectro del Sol, como había hecho Fraunhofer, las líneas que aparecían eran distintas al amanecer, al mediodía y al atardecer, por lo que intuía que quizá la atmósfera tuviera algo que ver con lo que estaba sucediendo. Esto podía explicar las diferencias que había visto entre el espectro de su gas y el del sol. Quizá, supuso,

… los mismos elementos absorbentes que existen en el gas de ácido nitroso existen también en las atmósferas del Sol y la Tierra.

Otro experimentador nato, William Hallowes Miller, estaba analizando por entonces el espectro del sol al pasar a través de un gas y anotando las diferencias. Sus pruebas mostraban que el gas caliente emitía líneas de colores mientras que el gas frío las absorbía. La pregunta era: ¿estaban las líneas del sol provocadas por la absorción de algún gas? Como en una novela de Agatha Christie, se estaban reuniendo todos los sospechosos en una misma habitación y ya solo queda resolver el misterio.

Los «detectives» protagonistas eran Gustav R. Kirchhoff y Robert W. Bunsen, quienes colaboraban en la Universidad de Heidelberg (Alemania). El segundo era más mayor y alcanzó cierta fama por diseñar el mechero de laboratorio que ha perdurado hasta nuestros días. Cuando tuvo noticia de los talentos de Kirchhoff para la física lo llamó para que colaborara con él en los experimentos que se proponía hacer sobre los espectros, y se dividieron las tareas. El veterano preparaba las muestras más puras y el joven diseñaba las herramientas para observar las líneas espectrales que proyectaba un elemento a través del prisma cuando lo ponían al fuego. Estaban inventando la espectroscopia tal y como la conocemos. En una de las primeras pruebas Kirchhoff utilizó luz de calcio, conocida por emitir una brillante luz blanca y que se utilizaba por entonces en los escenarios de los teatros, y la proyectó sobre una llama de sodio y un prisma. Como resultado, el espectro mostraba una marca doble igual a la línea D que Fraunhofer había visto en el Sol. El vapor de sodio, dedujo, estaba absorbiendo la misma zona del espectro de la luz blanca que debía estar absorbiendo en la superficie del Sol.

… las líneas oscuras del espectro solar, que no son causadas por la atmósfera de la Tierra, se originan por la presencia de esas sustancias en la brillante atmósfera solar, que causa las líneas brillantes en el mismo lugar en el espectro de una llama.

Pero aún permanecía sin resolver por qué en unas ocasiones las líneas eran brillantes marcas sobre fondo negro y en otras se manifestaban al revés, líneas oscuras sobre fondo brillante. Además, ¿qué parte de lo que veíamos era atribuible a las partículas que estaban en el Sol y cuál a lo que estaba en nuestra propia atmósfera? Kirchhoff y Bunsen se dieron cuenta de que había una diferencia entre el espectro de emisión y el espectro de absorción. Un mismo elemento, como el hidrógeno del Sol, emite luz cuando está caliente y proyecta un espectro de emisión (líneas de colores sobre fondo oscuro), pero cuando el gas está frío, como el de nuestra atmósfera, y la luz pasa a través de él, se produce un espectro de absorción: el hidrógeno bloquea ahora las mismas longitudes de onda, lo que se refleja en líneas en la misma posición, pero esta vez oscuras sobre el fondo brillante.

Kirchhoff y Bunsen no solo habían resuelto el misterio de las líneas del Sol, llamadas desde entonces líneas de Fraunhofer, sino que habían creado una herramienta poderosísima para conocer de qué estaban hechas las estrellas y descubrir nuevos elementos en nuestro propio planeta. Con este sistema, por ejemplo, se descubrieron en los años siguientes elementos como el cesio y el rubidio, y se conoció la composición de nuestra atmósfera, que bloquea la radiación infrarroja y ultravioleta y es prácticamente transparente en el rango que perciben nuestros ojos. De paso, además, la historia le daba una bofetada en los morros al filósofo francés Auguste Comte, quien en 1835 había dejado escrito que…

en lo que se refiere a las estrellas, toda investigación que no sea reducible en última instancia a una simple observación visual […] nos está necesariamente vedada. […] Jamás, por ningún medio, seremos capaces de estudiar sus composiciones químicas.

Como otros antes que él, Comte había creído que el límite estaba en nuestro ojo desnudo, sin comprender que nuestra capacidad no se limita a lo que podemos ver, sino a lo que podemos interpretar a partir de lo que vemos o detectan nuestros instrumentos. Kirchhoff y Bunsen podían ahora poner sobre la llama decenas de compuestos y observar las líneas espectrales en busca de novedades y patrones nunca clasificados. Al hacer arder una muestra con litio ante su espectroscopio, por ejemplo, vieron aparecer una nueva línea entre las que Fraunhofer había marcado como B y C, así que ya tenían una conclusión interesante: no había litio en el Sol. Un tiempo después, Janssen y Lockyer descubrieron una nueva línea al observar el Sol y dedujeron que se trataba de un elemento característico de la estrella al que bautizaron como «helio», por la referencia mitológica. En 1895 el químico escocés William Ramsay descubrió que el helio existía en la Tierra, lo que lo convertía en el primer elemento de la tabla periódica que se había descubierto antes en una estrella que en nuestro planeta.

Líneas espectrales detectadas por Huggins y Miller al observar las estrellas Aldebarán, Sirio, Betelgeuse y el Sol. (Proc. Roy. Soc. 12, 1863). RSC images.

El análisis espectroscópico de la luz nos permite hoy día ver más allá y conocer de qué están hechas las estrellas y galaxias más lejanas. Unas décadas después del descubrimiento del helio, el trabajo de otra «computadora» —la metódica Annie Cannon— ayudó a establecer una clasificación de las estrellas en función de su tipo espectral y su temperatura. Pero no es la única información valiosa que ofrece el espectro. En el Instituto Astrofísico de Canarias, por ejemplo, Jorge García Rojas analiza los elementos que se encuentran en el medio interestelar, es decir, en esos enormes espacios entre los objetos celestes que suponemos ocupados por el vacío, y determina su abundancia a partir de sus líneas de emisión. Con estas pistas, los científicos pueden conocer mejor cómo nacen las estrellas y qué elementos de los que se forman en su interior son arrojados al medio interestelar cuando mueren. Mirando a una nebulosa como la de Orión, por ejemplo, también pueden analizar las diferentes líneas de emisión y conocer en qué zonas se está destruyendo polvo interestelar y emitiendo una gran cantidad de hierro. Más cerca, en la Universidad de Alcalá, mis amigos del Laboratorio de Investigación de Química Forense (Inquifor) emplean técnicas avanzadas de espectroscopia para conocer la composición de los restos de un disparo y utilizan esta información para colaborar en la resolución de casos policiales. Gracias a estas técnicas pueden conocer la composición de un explosivo tras un atentado o saber qué tipo de arma se ha utilizado en un homicidio. Mientras visito sus instalaciones, me enseñan los diferentes tipos de pólvora y sus señales espectrales y realizamos la conocida «prueba de llama», que se suele utilizar para mostrar a los alumnos los colores que distinguen a cada elemento, tal y como los pudieron observar los propios Kirchhoff y Bunsen. Ponemos varios pequeños frascos con etanol, los encendemos con un mechero y vamos espolvoreando distintas sustancias sobre las llamas para ver los cambios de color. Si vertemos sales de bario sobre el fuego, este adquiere de repente un tono verdoso. Al añadir calcio a otra de las llamas vemos un bonito color anaranjado, mientras que si dejamos caer un poco de litio el fuego adquiere un precioso color rosa brillante. El espectáculo es bonito y emocionante. Lo que estamos viendo es el mismo principio por el que podemos conocer de qué está hecha una estrella o por el que damos color a los fuegos artificiales. Algo en el interior de la materia hace que cada elemento tenga su propia huella y la luz se emita en determinadas longitudes de onda. Pero ¿cuál es el significado último de estos cambios de color y qué relación tienen con la estructura de la materia? Para obtener la respuesta hubo que desentrañar primero qué forma tienen los átomos.

CHORROS DE ELECTRONES

En noviembre de 1845 el gran Michael Faraday ya era toda una celebridad y quizá el científico más destacado de su época. Aunque carecía de formación matemática, su increíble intuición para abordar problemas le había llevado hasta una posición preeminente en la Royal Institution, donde realizó decenas de descubrimientos que cambiaron la historia de la ciencia. Solo con lo que había descubierto hasta aquella fecha, Faraday habría pasado a los libros de historia como la persona que había descrito las leyes de la electrolisis y había establecido la base para el desarrollo de los motores eléctricos tras descubrir que electricidad y magnetismo eran un mismo fenómeno. Y aquel hallazgo respondía precisamente a una idea que no se podía quitar de la cabeza. Quizá, como escribiría después,

… las distintas formas con que se manifiestan las fuerzas de la materia tienen un origen común; o, en otras palabras, son tan directa y mutuamente dependientes que se pueden convertir las unas en las otras y tienen una energía equivalente en sus acciones.

Electricidad y magnetismo habían sido consideradas como dos fuerzas misteriosas desde la Antigüedad. Los griegos habían observado que al frotar una pieza de ámbar (elektron) contra algunos materiales esta se cargaba temporalmente con un extraño poder que soltaba chispazos o atraía a otros objetos. También sabían que determinadas piedras, como la magnetita, tenían una relación especial con algunos metales y que algunos animales, como la raya eléctrica, provocaban extrañas descargas en el cuerpo (el romano Escribonio las colocaba en la cabeza de sus pacientes para combatir las cefaleas). A partir de la Edad Media otra incógnita dio pie a estrambóticas fantasías. ¿Qué extraña fuerza dirigía la aguja de la brújula incansablemente hacia el norte? Hasta el siglo XIV se especuló con la existencia de una gran isla en el polo norte a la que llamaban Rupes Nigra («Roca Negra») que atraía la aguja de las brújulas y orientaba a los marinos. En 1600, el médico británico William Gilbert fue el primero en plantearse estas cuestiones de forma concienzuda y en utilizar la palabra «electricidad» en su famosa obra De Magnete. Gilbert habló por primera vez de fuerzas eléctricas y trató de distinguir las propiedades de lo eléctrico y lo magnético, con el diseño del primer prototipo de electroscopio (el versorium), una aguja que se movía por cargas electrostáticas. El británico también descubrió que el magnetismo se podía ganar o perder; podía transmitirlo de un hierro a otro por imantación, o hacerlo desaparecer calentándolo al rojo. Y colocando una serie de pequeñas brújulas en una esfera que emulaba al planeta (terrella) llegó a la conclusión de que la Tierra era un inmenso imán. Quizá, suponía, los planetas y el Sol estaban atraídos por aquellas mismas fuerzas en un delicado equilibrio.

Para tener las primeras pistas de que magnetismo y electricidad quizá eran interdependientes hubo que esperar hasta el siglo XIX. Un paso decisivo se produjo en 1820 cuando, tras muchos años de investigar sobre el asunto, el físico danés Hans Christian Ørsted observó un curioso fenómeno durante una de sus clases. La aguja de la brújula con la que estaba trabajando se movía cuando acercaba un cable con corriente conectado a una batería. Con aquellos indicios y los descubrimientos de otros científicos, Faraday terminó de atar los cabos y descubrió que electricidad y magnetismo eran dos caras de la misma moneda. Cuando hacía girar un campo magnético alrededor de un conductor se generaba un campo eléctrico y viceversa. Faraday determinó la existencia de las líneas de fuerza y esbozó por primera vez el concepto de campo, que Maxwell describiría en sus ecuaciones varias décadas después. Todo le llevaba a pensar que la materia estaba constituida por líneas de fuerza invisibles que producían distintas vibraciones y se desplazaban en el vacío, por lo que rechazaba la teoría atómica propuesta por Dalton. Para que su intuición terminara de cuadrar, incluso la luz debía estar constituida por una de aquellas vibraciones, en concordancia con las ideas expuestas anteriormente por Thomas Young. Pero ¿cómo demostrar entonces que la luz era un fenómeno electromagnético?

Orientación de la brújula en distintas latitudes. Ilustración de De Magnete. Popular Science Monthly | Volume 59 | August 1901 / Wikipedia.

En aquel invierno de 1845 Faraday se encerró en su despacho de la Royal Institution y fabricó uno de los experimentos más brillantes de la historia y el que terminaría de convencerle de su visión de las fuerzas unificadas. Su habilidad para entender el mundo construyendo cosas volvió a ser determinante para diseñar la prueba. Por explicarlo de manera simplificada, lo que hizo Faraday fue utilizar la polarización de la luz descubierta unos años antes por su colega Étienne-Louis Malus en la parisina calle del Infierno a manera de chivato de su experimento. El físico utilizó una lámpara de Argand o quinqué como fuente de iluminación, hizo pasar su luz a través de una lente que la polarizaba verticalmente y de ahí la dirigió al material testigo de la prueba, en este caso un fragmento de vidrio de plomo, rodeado por dos electroimanes que podía accionar con un interruptor. Una vez atravesado el vidrio, la luz llegaba hasta un prisma de Nicol, cuya característica principal es que polariza la luz en otra dirección. De esta forma establecía una especie de circuito en el que en función de la posición del vidrio de plomo y su alineamiento con la polarización, pasaba la luz o quedaba bloqueada. Después de muchos intentos, un día obtuvo lo que buscaba.

En este estado de cosas, la fuerza del electroimán se puso en marcha, mediante el envío de una corriente eléctrica a sus bobinas e inmediatamente la llama de la lámpara se hizo visible y así continuó mientras el dispositivo estaba magnetizado. Al apagar la corriente eléctrica, y haciendo así que la fuerza magnética se detuviera, la luz desapareció instantáneamente.

Con este sencillo mecanismo, que después puso a prueba con muchos otros materiales, Faraday acababa de demostrar que la luz era una onda electromagnética cuya polarización podía desviar por efecto del magnetismo. Al encender la corriente el imán cambiaba el ángulo de polarización y la luz llegaba hasta su ojo mostrándole el objeto, pero cuando apagaba las bobinas la polarización volvía a su sitio y la luz de la lámpara quedaba bloqueada.

Comprobé así que la fuerza magnética y la luz son fenómenos relacionados, lo que es probable que sea de gran valor para la investigación de ambos fenómenos.

El resto de la historia y el trabajo de Maxwell son suficientemente conocidos como para incidir demasiado en ellos, pero digamos que encontró la manera de encajar estas observaciones en cuatro ecuaciones fundamentales de las que se deducía que la luz era una onda electromagnética. Las aplicaciones en los más diversos terrenos comenzaron a aparecer casi simultáneamente y cambiaron la física de finales del siglo XIX apuntando los problemas que habría que resolver en el XX.

El primer personaje relevante en esta sucesión de hallazgos es sir William Crookes, un brillante y excéntrico químico inglés al que a veces se recuerda por su elegante bigote blanco de puntas afiladas y sus escarceos con el espiritismo. Crookes era un hombre profundamente inmerso en la física y la química de su época: utilizó el análisis del espectro ideado por Bunsen y Kirchhoff para encontrar un nuevo elemento, el talio, cuya presencia fue delatada por una línea de emisión de color verde brillante. Crookes también fue el primero en analizar en su laboratorio el helio recién descubierto y demostró su habilidad fabricando instrumentos para experimentar con los gases, como el radiómetro —que hoy se vende como curiosidad en las tiendas de material para experimentos— o el conocido tubo de Crookes, una innovación a partir de los dispositivos que había creado Heinrich Geissler hacia 1857, un antecedente de los actuales tubos de neón que ya producía una luz fluorescente cuando el gas se ionizaba. Aquellos tubos se usaban principalmente para decorar e iluminar, pero Crookes los usó para experimentar y comprobar la manera en que los diferentes gases conducían la electricidad. El inglés se dio cuenta de que, al bajar la presión y crear un vacío parcial, el electrodo negativo emitía una especie de chorros de luz a los que él y sus contemporáneos llamaron «rayos catódicos», puesto que partían del cátodo. A medida que disminuía la presión y se reducía el aire dentro del tubo, el efecto luminoso cambiaba. Al principio los rayos chocaban con las partículas de gas y las hacían fluorescentes, y finalmente estos chorros de luz chocaban contra el fondo del cristal y era este el que se iluminaba. ¿Qué estaba pasando allí? En una de sus muchas pruebas Crookes introdujo en el interior del tubo una pequeña cruz de Malta hecha de cinc y comprobó que al interponerse en el camino de los rayos se formaba una sombra en la parte delantera del tubo, lo que demostraba que fueran lo que fueran, aquellos rayos catódicos se desplazaban en línea recta. En sus experimentos Crookes dejaba caer la cruz antes de apagar el cátodo y observaba cómo la sombra seguía proyectada unos instantes en el cristal antes de desaparecer. Además, cuando el físico acercaba un imán a los rayos, estos cambiaban de trayectoria, lo que indicaba que tenían carga eléctrica, presumiblemente negativa, pues viajaban del cátodo al ánodo.

La primera aplicación práctica de aquellos extraños tubos de Crookes apareció poco después, en 1895, cuando el alemán Wilhelm Röntgen descubrió que emitían una extraña radiación que atravesaba todo tipo de materiales. Röntgen trabajaba con un tubo de vacío con gran voltaje cubierto por un cartón cuando se percató de que una pantalla fluorescente que había en las proximidades se estaba iluminando. Intrigado por el fenómeno, comprobó que se repetía cuando se alejaba e incluso si colocaba una serie de obstáculos entre el tubo y la pantalla.

La luz no podía venir del tubo, porque la protección con la que lo había cubierto lo hacía impermeable a cualquier luz conocida, incluso la del arco eléctrico… No pensé; investigué. Asumí que el efecto debía provenir del tubo, dado que sus características indicaban que no podía provenir de ningún otro lugar. Lo probé. En pocos minutos no había duda sobre ello. Los rayos provenían del tubo que tenía un efecto luminiscente sobre el papel. Lo probé con éxito a distancias cada vez mayores, incluso a dos metros. Al principio parecía algún tipo nuevo de luz invisible. Era claramente algo nuevo, algo nunca antes registrado.

Los rayos también revelaban una placa fotográfica cuando estaba cubierta de papel negro y pronto comprobó que si interponía su mano entre el tubo y la placa, los rayos dejaban ver la estructura de los huesos de su mano.

Por supuesto, tras descubrir la existencia de un nuevo tipo de rayos comencé a investigar lo que harían… Pronto se vio en las pruebas que los rayos tenían un poder penetrante hasta un grado hasta entonces desconocido. Penetraban el papel, la madera o la ropa con facilidad; y el grosor de la sustancia no provocaba diferencias apreciables dentro de unos límites razonables… Los rayos atravesaban todos los metales que probé, variando su facilidad, por así decirlo, con la densidad del metal.

Al poco tiempo del descubrimiento de los rayos X, cuyas aplicaciones médicas comenzaron casi de inmediato, el británico Joseph John Thomson empezó a tener más claro de qué estaban hechos aquellos misteriosos rayos catódicos. Utilizando una versión modificada de un tubo de Crookes, Thomson siguió una estrategia «parecida» a la que había aplicado Faraday en su experimento de la polarización. Diseñó un tubo de vacío horizontal e hizo pasar los rayos por una región central en la que tenía unos electroimanes. Activando los campos magnético y eléctrico, el físico podía observar el ángulo de desviación de los rayos y calcular la velocidad y la relación entre la carga y la masa, lo que le llevó a una sorprendente conclusión: los rayos estaban hechos de unos «corpúsculos» aún más pequeños que el átomo a los que posteriormente se llamaría electrones. Y no solo eso, sino que probablemente formaban parte de los átomos, lo que demostraba que estos no eran indivisibles como se creía.

Aquel era un descubrimiento extraordinario sobre la estructura de la materia. A partir de las pruebas con aquellos misteriosos rayos luminosos, los físicos eran capaces de atisbar por primera vez las propiedades más íntimas del material con que estaba hecho el universo. El descubrimiento de Thomson le llevó a proponer un modelo de átomo más allá de la propuesta inicial de Dalton. A su parecer, los electrones debían estar distribuidos de forma uniforme, suspendidos sobre una nube de carga positiva. Su idea se bautizó como «modelo del pudin de pasas» y, aunque era un tanto primitiva, era un primer esquema que ayudaba a entender cómo podían ser las cosas. Casi por las mismas fechas, el físico francés Henri Becquerel trabajaba en el estudio de la polarización de la luz y la fosforescencia cuando tuvo noticias del descubrimiento de los rayos X. Tal vez, pensó, algunos materiales que producían luz, como las sales de uranio, emitían el mismo tipo de rayos que había observado Röntgen en sus experimentos. Así que se puso manos a la obra y diseñó un experimento que consistía en colocar una placa fotográfica envuelta en un papel negro y opaco de modo que no le alcanzara la luz del sol y poner sobre ella un objeto —por ejemplo, una moneda o una cruz de Malta— que cubría con sales de uranio. Su idea era que las sales reaccionarían ante la radiación del Sol, emitirían rayos X e imprimirían una bonita imagen sobre el papel al atravesarlo. Así, Becquerel colocaba el conjunto de su experimento a la luz del sol y después anotaba los resultados.

Cuando uno revela la placa fotográfica reconoce la silueta de la sustancia fosforescente que aparece en negro en el negativo. Si uno coloca entre la sustancia fosforescente y el papel una moneda o una placa de metal tallada, uno ve la imagen de estos objetos aparecer en el negativo.

Su idea parecía encajar. Las sales, estimuladas por el Sol, emitían rayos que impregnaban la placa. Pero ¿de verdad estaba sucediendo así? Su sorpresa vino unas semanas después cuando, durante una serie de días nublados, Becquerel decidió meter el experimento con las sales y las placas en un cajón y volvió a abrirlo al cabo de unas horas.

Como el sol solo lucía intermitentemente en aquellos días, mantuve mis aparatos preparados y los devolví a la oscuridad de un cajón de oficina, dejando las sales de uranio colocadas. Como el sol no salió en los siguientes días, revelé las placas fotográficas el 1 de marzo, esperando encontrar unas imágenes muy débiles. Sin embargo, las siluetas se marcaban con gran intensidad.

Juntando todos los datos, Becquerel se dio cuenta de que allí estaba pasando algo más y que los rayos X no tenían nada que ver con el proceso: eran las sales de uranio las que emitían radiación y revelaban las placas. En la imagen de su experimento original se aprecian un par de sombras negras y sobre una de ellas la silueta esbozada de una cruz de Malta como la que había usado Crookes en sus pruebas. Y cuando el francés utilizó imanes descubrió también que las radiaciones de la sal de uranio podían desviarse por un campo magnético, de modo que era un fenómeno electromagnético. Había descubierto la radiactividad y pronto sería consciente de que lo que producía estas emisiones eran también electrones, idénticos a los de los rayos catódicos, aunque los resultados indicaban que la estructura del átomo tal vez no era una masa imprecisa como la que describía un pudin de electrones.

La placa revelada por las sales de uranio de Becquerel. Wikipedia.

Sería un alumno de J. J. Thomson, el británico Ernest Rutherford, el que tiraría del hilo hasta resolver parte del misterio. En 1899, trabajando con las sales de uranio e indagando sobre la radiactividad descubierta por Becquerel, el inglés se dio cuenta de que existían dos tipos de radiaciones. Para comprobar el poder de penetración de la radiación, Rutherford ideó un sistema de filtros que recordaba a los velos de Hiparco para medir las magnitudes. El experimento consistía en colocar muestras de uranio delante de hojas metálicas de distintos espesores y comprobar qué cantidad de partículas pasaban al otro lado. De este modo llamó a la radiación menos penetrante «radiación alfa», y a la más penetrante «radiación beta», al tiempo que descubriría un tercer tipo de radiación muy energética a la que se refirió como «rayos gamma». Tras años de trabajo y consagrado ya como la gran figura de la física de principios del siglo XX, Rutherford dio un paso más allá y descubrió otro secreto del átomo: al disparar partículas alfa contra una lámina de oro descubrió que una parte de ellas se desviaban de su trayectoria, algo que no debía suceder si el modelo de Thomson era correcto. Aquel resultado, según Rutherford, era «tan sorprendente como si disparases un proyectil de 15 pulgadas [38 cm] contra una servilleta de papel y rebotase hacia ti». Las desviaciones mostraban claramente que en el interior del átomo existía algo mucho más denso y muy pequeñito en comparación con el resto: un núcleo cargado positivamente. Pero también demostraban que la mayoría del átomo estaba vacío, dado que la mayor parte de las partículas pasaban a través de él sin dificultad.

Con estos datos, el nuevo modelo dibujaba un átomo que funcionaba como una especie de sistema planetario, con un núcleo diez mil veces más pequeño que el propio átomo alrededor del cual giraban los electrones. El modelo era otro pequeño paso adelante en el conocimiento de la materia, pero planteaba un problema importante. Conforme a lo que decían las leyes de Newton y las ecuaciones de Maxwell, aquel átomo no se sostenía. Los cálculos predecían que los electrones irían perdiendo energía y finalmente caerían sobre el núcleo haciendo colapsar la estructura. Sin embargo, nuestro universo parecía un lugar sólido en el que la materia aguantaba el tipo. ¿Qué fallaba en todas aquellas observaciones? Para saber la respuesta todavía tenía que llover.

LLUVIA DE PARTÍCULAS

Una de las personas en las que todos estos descubrimientos tuvieron más impacto fue un joven noruego que por entonces ya despuntaba como científico. En 1895 Kristian Birkeland había viajado por Europa e investigado en laboratorios de París y Suiza. Cuando regresó a la Universidad de Oslo centró su interés en el estudio de los rayos catódicos y realizó una serie de experimentos en los que hacía interferir los rayos con una cruz de Malta a la manera de Crookes. Cuando en enero de 1896 el descubrimiento de Röntgen sacudió al mundo, Birkeland escribió varios artículos explicativos en los periódicos noruegos y reprodujo el experimento de los rayos X ante físicos e ingenieros porque, según afirmaba, estaba trabajando en lo mismo. El 23 de marzo de ese año, en una conferencia pública, realizó una demostración aún más sorprendente ante los asistentes: mediante un tubo de vacío activó un chorro de rayos catódicos y mostró cómo se veían atraídos hacia el polo magnético de un imán, produciendo un patrón en forma de anillo semejante al que dejaban las auroras boreales en los cielos del norte. Durante sus horas de pruebas y ensayos había concebido una idea: ¿y si las auroras boreales podían explicarse como un fenómeno eléctrico producido por la interacción de partículas provenientes del Sol con el campo magnético de la Tierra? Para comprobar su idea propuso enviar globos aerostáticos que fotografiaran las auroras a gran altura, pero en aquel momento no consiguió fondos para la empresa. En abril de ese mismo año escribió:

Muchas veces se ha descrito el fenómeno por el cual los rayos catódicos son atraídos hacia un polo magnético. Esta observación se considera de interés en relación con la teoría de la Aurora Boreal. Paulsen, el meteorólogo danés, considera que la Aurora Boreal se debe a la fosforescencia del aire provocada por los rayos catódicos en las capas más altas de la atmósfera. El mayor problema de esta teoría ha sido explicar por qué estos patrones están confinados en la zona que rodea el polo magnético de la Tierra y de dónde viene la energía de la que surgen estos rayos. Después de lo que hemos dicho arriba, podía asumirse que los rayos son atraídos hacia el polo magnético terrestre, y que de una manera u otra la energía deriva del Sol.

La idea que se tenía desde la Antigüedad sobre las auroras era un poco imprecisa. Hacia el 450 a. C. el griego Anaxágoras había propuesto que se trataba de vapores que se acumulaban en las nubes y se incendiaban al caer hacia la tierra. Pero Aristóteles negó que algo así pudiera acontecer en la esfera de los cielos, pues le parecía claro que era inmutable. Hubo que esperar hasta Galileo para que alguien empezara a relacionar las auroras con el Sol, aunque este propuso erróneamente que se trataba del reflejo de la luz solar sobre la atmósfera. En 1716 Edmund Halley había contemplado una espectacular aurora sobre el cielo de Londres e intuyó que existía algún tipo de conexión con el campo magnético de la Tierra, cuya situación no encajaba exactamente con los polos geográficos. Pero el primero en establecer la relación con el magnetismo fue el sueco Olaf Peter Hiorter, que trabajaba con Celsius, quien se pasó un año entero vigilando el comportamiento de la brújula cada vez que había una aurora y se dio cuenta de que su aguja se movía con un patrón cada vez que aquellas cortinas de luz caían del cielo. Unos años después, el 13 de octubre de 1792, el propio John Dalton presenció una aurora desde Manchester y la describió con asombro:

La intensidad de la luz, el prodigioso número y volatilidad de los rayos, la gran mezcla de todos los colores del espectro en su máximo esplendor, jaspeando sobre el toldo brillante sobre el más lujoso y encantador escenario […] proporcionaron el espectáculo más sublime y placentero de la naturaleza. Todo el mundo miraba con asombro; pero la grandeza poco frecuente de la escena solo duró alrededor de un minuto; la variedad de colores desapareció y los rayos perdieron su movimiento lateral y se convirtieron, como siempre, en radiaciones parpadeantes; pero aun así sobrepasó todas las otras apariciones de la aurora, en la que el hemisferio entero quedaba cubierto.

El inglés también se dio cuenta de que el fenómeno causaba una pequeña perturbación en la aguja de la brújula y trató de desentrañar su naturaleza. Hasta entonces, enumeraba, se había intentado explicar la aurora por «las efervescencias químicas de las exhalaciones de combustible de la Tierra», por «el aire inflamable, incendiado por la electricidad» o se había supuesto que era «electricidad en sí misma». Dalton, que llevaba años estudiando la atmósfera y las reacciones de los gases, se inclinaba por pensar que se trataba simplemente de electricidad y que no tenía lugar ningún tipo de combustión ni nada parecido. Y, por este motivo, concluía:

… nos vemos en la necesidad de considerar los rayos de la aurora borealis de una naturaleza ferruginosa, porque no se conoce nada más que sea magnético y, consecuentemente, que existe en las regiones más altas de la atmósfera un fluido elástico que comparte las propiedades del hierro y que este fluido, debido a sus propiedades magnéticas, adquiere la forma de rayos cilíndricos.

La teoría de las «auroras de hierro» de Dalton no cuajó, pero su relación con el magnetismo terrestre se hacía cada vez más evidente.[*] En 1879 Becquerel propuso una idea semejante, pero Birkeland era el primero que veía esta posible relación de forma experimental y quería seguir más allá. Gracias a su tesón consiguió que el Gobierno noruego le patrocinara tres expediciones al Ártico para estudiar las auroras sobre el terreno. En la tercera y última, entre 1902 y 1903, levantó una serie de observatorios en el Ártico, bien distanciados entre sí, para registrar la electricidad en la atmósfera y la actividad magnética de la Tierra en distintos puntos. Colocaba los magnetómetros en el interior de una cabaña protegida del mal tiempo y tomaba medidas periódicas. Con estas mediciones Birkeland continuaba el trabajo iniciado unas décadas antes por Carl Friedrich Gauss, el primero en medir el campo magnético de la Tierra de forma empírica. Ya William Gilbert, en su obra De Magnete, había detectado que para medir la posición de una brújula respecto a la esfera terrestre había que tener en cuenta dos parámetros: la dirección en la que señalaba la aguja en el plano vertical y su inclinación de la aguja en el plano horizontal. Cuando más cerca estuviera del polo norte, más se inclinaría la aguja hacia abajo, mientras que sucedía lo contrario en el hemisferio sur. Muchos siglos después, en 1834, el expedicionario James Clark Ross confirmaría estas predicciones cuando encontró el polo norte magnético en el punto exacto en el que la aguja de inclinación de su brújula apuntaba directamente hacia abajo. Gauss diseñó un modelo matemático que permitía obtener una imagen del campo magnético a partir de los datos obtenidos en distintos puntos de una esfera y ayudó a fabricar el primer magnetómetro para obtener los valores necesarios. Con la ayuda de Wilhelm Weber, el genial matemático organizó la llamada «cruzada magnética», reclutando la ayuda de distintos centros a lo largo del planeta para que registraran los valores del campo magnético y contribuyeran a su medición, que mostró no solo que era variable, sino que se desplazaba periódicamente de un lugar a otro.

Instalar su red de detectores en el Ártico fue una tarea ardua y peligrosa. «Cuando el viento es fuerte es imposible salir fuera», escribía Birkeland, «y más de una vez necesitábamos tres hombres para cerrar la puerta con gran esfuerzo». Sus mediciones a –20° confirmaban lo que había visto con sus tubos de vacío y sus rayos. No solo eso, los campos magnéticos detectados junto a la aurora estaban tan cerca del suelo que solo podían ser producidos por corrientes verticales alineadas de forma paralela al campo magnético terrestre, una especie de cortina que generaba un flujo de entrada y salida en las regiones polares. Durante muchos años aquella propuesta fue cuestionada e incluso ridiculizada por los geofísicos que tuvieron la hegemonía en este terreno, encabezados por el estadounidense Sydney Chapman, hasta que en 1967 las observaciones con un magnetómetro desde el satélite confirmaron que el noruego tenía razón y las líneas pasaron a conocerse como «corrientes de Birkeland». Lo curioso era que aquel aparato —que el noruego bautizó como terrella como homenaje a Gilbert— había servido para predecir un fenómeno físico antes de medirlo a escala real. Con los datos que recopiló en el Ártico, Birkeland fue perfeccionando sus terrellas hasta el punto de conseguir emular lo que podía estar pasando entre el Sol y la Tierra en distintas estaciones, reproducir los efectos que podía tener la eyección de plasma para generar manchas solares, simular la luz zodiacal o estudiar las colas de los cometas.

La vida de Birkeland es una sucesión de aventuras apasionante. En los siguientes años se marchó a Egipto a estudiar la luz zodiacal y en 1917 apareció muerto en un hotel de Tokio en misteriosas circunstancias. Inventó el primer proceso para fijar el nitrógeno al suelo, diseñó un cañón electromagnético por el que se interesaron distintos servicios de inteligencia y fue nominado siete veces al premio Nobel sin obtener reconocimiento. Pero, sobre todo, gracias a todos aquellos experimentos Birkeland se convirtió en el primer científico en comprender el alcance de los fenómenos electromagnéticos en el cosmos, no solo del poder del Sol sobre nuestro planeta, sino de la interacción entre unos objetos celestes y otros. En su libro Northern Lights, la escritora Lucy Jago reproduce unas palabras de Birkeland en 1913, durante una de sus demostraciones:

Para entender las distancias que he reproducido en este espacio, imaginen que nuestro sol es un grano de arena de un milímetro de diámetro. En ese caso la Tierra sería una mota invisible de polvo a diez centímetros de distancia. Y la siguiente estrella más cercana, Alpha Centauri, estaría a 20 kilómetros. Es en este vasto espacio infinito en el que se produce la génesis de todos los cuerpos celestes. Toda la materia que vemos, ya sea nuestros propios cuerpos, nuestra Tierra, otros planetas, el Sol, nuestro sistema solar y otros sistemas solares, toda la materia está compuesta de átomos en vuelo que son expulsados continuamente de nuestro Sol y otros solares por fuerzas eléctricas y que se condesan para formar partículas. Y de esta forma se juntan para formar grandes esferas, incluidos los planetas y lo que viene después. Se desprende de esto que todo lo que es materia, todos los seres vivos del universo, están unidos unos a otros.

Estas terrellas aún se utilizan hoy en algunas instituciones con fines divulgativos. En la Universidad de Alcalá el equipo de Consuelo Cid dispone de una planeterrella construida en Grenoble, que utilizan para mostrar al público en qué consiste el fenómeno de las auroras y los efectos de las tormentas solares que ellos investigan. En 2014 tuve la ocasión de que la pusieran en marcha y me enseñaran su funcionamiento. El sistema consiste básicamente en una gran campana en la que previamente hay que hacer el vacío y que contiene dos esferas metálicas huecas de diferente tamaño. Dentro de una de las dos esferas se coloca un imán alargado, de modo que genera un campo magnético como el que genera el núcleo de la Tierra. En uno de los extremos hay un cátodo que produce un chorro de electrones (Birkeland tal vez los hubiera seguido llamando «rayos catódicos») que se enciende cuando ya está hecho el vacío parcial. Al cabo de unos minutos, y en una de las configuraciones más básicas, el chorro parte desde el cátodo y pasa por la esfera pequeña, que en nuestra simulación hace el papel del Sol, y alcanza la esfera más grande, que es la réplica de nuestro planeta. Al toparse con el campo magnético terrestre, el chorro se desvía y termina generando una especie de anillos sobre los polos, un comportamiento parecido al de las auroras boreal y austral, que se producen simultáneamente en ambos extremos del planeta. Así tenemos un par de auroras verdes y simultáneas en los dos polos de nuestra esfera que recuerda mucho al fenómeno real. Ese chorro de rayos catódicos que viaja en el vacío se comporta de manera parecida a como lo hacen los protones y electrones que viajan desde el Sol a la Tierra durante una tormenta solar. Ahora sabemos que, gracias a ese escudo que produce el núcleo terrestre y que conocemos como magnetosfera, nuestro planeta detiene gran parte de esa radiación que podría ser letal no solo para las comunicaciones, sino para el propio desarrollo de la vida. La manera en que se produce el fenómeno es la siguiente: los protones y electrones procedentes del plasma solar chocan contra el escudo magnético de la Tierra y lo hacen «encogerse». Para hacerse una idea, en condiciones normales el límite de la magnetosfera está a una distancia de unos diez radios terrestres y cuando le sacude el plasma solar se puede reducir a cuatro radios. Cuando esto sucede, el campo magnético se deforma y las líneas magnéticas se desvían hacia atrás, a la zona de «noche» de la Tierra (la opuesta al Sol), formando una especie de cola temporal. Cuando chocan entre sí, las líneas colapsan y las partículas de plasma se aceleran y viajan por ellas como una especie de tobogán, hasta «caer» en forma de anillo sobre los polos, donde al chocar con la atmósfera producen esas llamativas cortinas de luz que nos han fascinado durante siglos. Cuando se ve desde el espacio el fenómeno es aún más espectacular. También se produce en otros planetas con campo magnético, como Saturno o Júpiter, produciendo patrones parecidos aunque con diferentes colores, pues el efecto es fruto del choque de las partículas del viento solar con los átomos de la atmósfera. En la Tierra, las partículas que chocan contra el oxígeno provocan tonos mayoritariamente verdosos, mientras que las que chocan con el nitrógeno tienen tonos azulados.

La parte más siniestra de este bello fenómeno se descubrió en septiembre de 1859. El astrónomo aficionado Richard Carrington estudiaba las manchas solares cuando observó que de la superficie del Sol emergían «dos manchas de luz blanca intensa y brillante». Al cabo de 18 horas el planeta sufrió las consecuencias de la tormenta solar más violenta de la que tenemos noticias directas. Al chocar contra la magnetosfera, el plasma procedente de la eyección de masa coronal en el Sol produjo una sucesión de auroras por todo el globo, desde América del Norte hasta el Caribe y Hawái. En lugares como Jamaica o Cuba los capitanes de barco registraron en sus cuadernos de bitácora la presencia de luces cobrizas en el cielo, algo parecido a lo que se vio sobre el cielo de ciudades como Roma o Madrid. En el hemisferio sur las auroras se vieron sobre Australia y Chile, en lugares muy alejados de los polos. Pero lo peor fueron los efectos sobre las líneas de telégrafo y las decenas de incendios a partir de cortocircuitos provocados por la tormenta solar. Al observar casualmente la llamarada unas horas antes en la superficie del Sol, Carrington fue el primero en asociar que quizá ambos fenómenos tenían relación. Ahora sabemos más o menos cómo se producen —no tenemos muy claro aún cómo va eso de los ciclos solares— y los científicos intentan tomar medidas para anticipar una tormenta tan potente como la de 1859, lo que se conoce como un «evento Carrington». El equipo de Consuelo Cid trabaja precisamente en mejorar los sistemas de detección y los protocolos de actuación. Tenemos varios satélites de observación del Sol, entre los que se encuentra la sonda Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), que gracias a su coronógrafo nos permite observar estas eyecciones. Pero nuestra última línea de defensa es un pequeño satélite llamado ACE, que está situado un poco más allá del límite de la magnetosfera, en la línea Sol-Tierra. El equipo de Consuelo ha diseñado un sistema que permite mejorar las mediciones y ganar algo de tiempo si uno de estos monstruos se dirige hacia la Tierra, pero en el caso de suceder quizá tengamos unas horas, acaso unos cuantos minutos, para reaccionar. Una tormenta como la de 1859 podría dañar hoy día centenares de satélites, destrozar estaciones eléctricas y cortar la electricidad y las comunicaciones de millones de hogares sembrando el caos en una parte importante del planeta.

Los descubrimientos de Birkeland sobre la aurora, reconocidos mucho después, fueron el primer adelanto de la física de plasmas y de la lluvia de partículas a la que está sometido nuestro planeta. En 1904 el noruego escribió que «el espacio está lleno de electrones e iones eléctricos viajeros de todo tipo», una especie de premonición de los descubrimientos que tendrían lugar en las siguientes décadas. Solo cuatro años después, el físico jesuita Theodor Wulf publicó un trabajo en el que describía la creación de un nuevo aparato, el electrómetro, que era una versión avanzada del electroscopio. Su función fundamental era medir la radiación de los elementos en el aire y comprobar si, como se esperaba, esta estaba más cerca de los elementos terrestres y disminuía con la altura. Wulf hizo mediciones en Alemania, Holanda y Bélgica y encontró una correlación entre la intensidad de la radiación y la presión atmosférica. A menor presión, menos radiación, dedujo, así que su siguiente paso fue subirse a la Torre Eiffel con su electrómetro y comprobar qué pasaba. A una altura de 300 metros sobre el suelo, observó al concluir su experimento que, la radiación efectivamente disminuía, pero no desaparecía como cabía esperar si la fuente estaba exclusivamente en el suelo. Sus resultados aún no eran concluyentes.

Para salir de dudas había que subir más alto y eso fue exactamente lo que hizo Victor Franz Hess a partir de 1912. El físico austríaco realizó varias ascensiones en globo provisto de un electrómetro sellado y descubrió que, efectivamente, se producía un progresivo descenso de la ionización del aire a medida que ascendía en el globo, pero a partir de los 1400 metros aparecía un fuerte repunte que ponía en duda la creencia de que la radiación proviniera exclusivamente del suelo. Sorprendentemente, había una fuerza invisible muy poderosa y radiactiva que se manifestaba a medida que ascendía.

Los resultados de las actuales observaciones pueden ser explicadas por una radiación de un alto poder penetrante, que impacta en la atmósfera desde arriba y es capaz de causar la ionización observada en recipientes sellados incluso en las capas más bajas de la atmósfera. La intensidad de la radiación muestra variaciones temporales en una escala de horas. Dado que no encuentro una reducción de la radiación durante la noche o durante un eclipse solar, el Sol puede ser excluido como el origen de esta hipotética radiación.

Lo que acababa de descubrir Victor Hess era el impacto de los rayos cósmicos y esto le valió el premio Nobel en 1936. El origen de estas misteriosas partículas que golpean la atmósfera se sigue investigando hoy en día y en su búsqueda se han hecho algunos interesantes descubrimientos sobre la naturaleza de la materia. Otro premio Nobel, el físico Robert Milikan, le puso nombre al fenómeno y propuso que se trataba de radiación gamma (fotones), mientras que otros científicos sospechaban que se traba de electrones, como los que coloreaban la atmósfera al chocar en forma de auroras. En 1930, el italiano Bruno Rossi construyó un detector en el desierto de Eritrea y confirmó que la radiación era mucho más energética cuando procedía del oeste, una orientación que daba una pista fundamental sobre las cargas: no eran electrones (negativos) sino que en su mayoría se trataba de protones (carga positiva). Junto a otros, Rossi también descubrió que se producían dos fenómenos consecutivos y que la radiación primaria (el choque de los protones en las capas más altas de la atmósfera) desataba una cascada de reacciones en forma de rayos cósmicos secundarios. Esta ducha de partículas se puso de manifiesto en las primeras misiones Apolo, cuando los astronautas se dieron cuenta de que algo raro sucedía en su viaje hacia la Luna: cuando cerraban los ojos veían fogonazos de luz cuyo origen no podían explicar. En los diarios de la misión Apolo, el astronauta Charlie Duke lo describe así:

Esas cosas son algo, Don. Ha habido algunas formas del fenómeno que había visto antes y que no he visto hoy, pero también hoy había otras que eran diferentes. Son instantáneas. Todos los colores son blancos, todos los que hemos visto […] La primera noche, durante el primer periodo para dormir, vi numerosos flashes antes de acostarme, probablemente con una frecuencia tan alta como tres o cuatro por minuto. A la mañana siguiente no eran tan numerosos, y tampoco en la última noche.

Después de muchas pruebas, la NASA consiguió determinar que el origen estaba en el impacto de rayos cósmicos secundarios. Un protón golpeaba el exterior de la nave y una cascada de partículas rebotaban en su interior hasta impactar en el nervio óptico de un astronauta y desatar un estímulo visual. El fenómeno se produce en los viajes espaciales, lejos de la capa protectora de la atmósfera que amortigua buena parte de esta radiación, y puede llegar a causar daños en forma de cataratas. Pero ¿de dónde proceden estos protones sueltos y núcleos de helio que golpean la Tierra en todas las direcciones? Por el momento se barajan tres posibles fuentes: una parte procede del Sol, otra tiene su origen en las grandes explosiones de supernovas dentro de nuestra galaxia y otra procede del exterior de la Vía Láctea, de las galaxias activas que tienen un agujero negro supermasivo en el centro, y que podrían ser las responsables de los rayos cósmicos de mayor energía que se persigue detectar en las gigantescas instalaciones del observatorio Pierre Auger, en Argentina.

La idea de que una diminuta partícula viaje desde algún lugar dentro o fuera de la galaxia y revolotee en espiral durante miles o millones de años hasta atravesar el sistema solar y alcanzar el ojo de un astronauta es bastante escalofriante. Pero no lo es menos la posibilidad de observar el impacto de estas partículas de forma indirecta en una cámara de niebla o de chispas. Aunque hoy se utilizan básicamente para divulgación, en su día fueron herramientas que sirvieron para descubrimientos pioneros como el del positrón. El equipo de Fernando Arqueros, de la Universidad Complutense, me enseña el funcionamiento de una de estas cámaras de chispas en su laboratorio, después de cargarla previamente con helio. El dispositivo consiste en una serie de placas metálicas dispuestas horizontalmente y alimentadas con alto voltaje. Cuando una partícula secundaria, generalmente un muon, golpea en la parte alta de la cámara, ioniza el gas a su paso y deja un trazo que podemos observar e incluso escuchar. No estamos viendo la partícula directamente, me cuenta Fernando, sino el trazo que deja al pasar, como la estela de condensación de un avión. ¡Crssst! —se escucha en la habitación mientras vemos la luminosa trazada en diagonal de una de las partículas—. ¡Crssst! Si pones la mano sobre la placa y esperas unos segundos escuchas el chisporroteo de otra partícula. Un muon rebotado desde la parte superior de la atmósfera acaba de atravesar tu cuerpo como consecuencia del impacto de un protón que viene desde los confines del universo. Y así partícula tras partícula. Casi se queda uno sin respiración de pensarlo. Es como una lluvia de luz antigua y preciosa, un chisporroteo lento y misterioso, caldeado en un rincón del cosmos tan lejano que ni siquiera podemos imaginarlo.

CATÁSTROFES Y GIN-TONICS

Aunque el descubrimiento del electrón, los rayos X, la radiactividad y la naturaleza de las auroras fueron hitos que cambiarían el conocimiento sobre el electromagnetismo, si hubo un trabajo que cambió el mundo a partir de las predicciones de Maxwell fueron los experimentos del alemán Heinrich Hertz. Las ecuaciones del físico escocés predecían la existencia de ondas electromagnéticas que se propagaban en el espacio y viajaban a la velocidad de la luz, pero la mayor parte de esta radiación permanecía invisible ante nuestros ojos. ¿Cómo demostrar su existencia y su propagación de un lugar a otro? Hacia 1879 Hertz trabajaba con el omnipresente Hermann von Helmholtz, quien acogió con entusiasmo las ecuaciones de Maxwell pero no acababa de entender por qué predecía la propagación de las ondas a una velocidad finita y no necesitaba las «fuerzas a distancia» que hasta entonces servían para explicar los fenómenos eléctricos. Así que encargó a su alumno que se pusiera a trabajar sobre el asunto y resolviera el problema. Aunque al principio estuvo a punto de tirar la toalla porque le parecía demasiado complejo, Hertz retomó la investigación hacia 1885 cuando trabajaba en el Instituto Tecnológico de Karlsruhe y terminó desarrollando una serie de experimentos que demostrarían no solo que las teorías de Maxwell eran correctas, sino que existía un universo de posibilidades para la física y la comunicación a distancia.

Para detectar estas ondas «invisibles» Hertz diseñó una estrategia que consistía en provocar una gran perturbación electromagnética e identificar sus efectos a distancia mediante un detector. Una forma sencilla de conseguir esa perturbación y un flujo constante de ondas oscilantes era poner dos esferas metálicas a poca distancia unidas a una bobina de inducción. Si cargaba una positivamente y otra negativamente se generaba una diferencia de potencial entre ambas esferas que provocaba un flujo de chispazos que podía mantener constante alternando el sentido de la corriente. En el otro extremo, a una distancia de unos metros, colocó un aro metálico sin cerrar, con otras dos bolitas separadas en los extremos, que debía servir de resonador. Como supuso que las ondas se irían atenuando con la distancia, construyó una pequeña caja envolviendo al detector que le permitiera ver cualquier reacción. Cuando apagó la luz y puso el generador en marcha, las dos esferas principales comenzaron a provocar sonoros chispazos entre sí. Al cabo de varias pruebas y cambios de configuración, en el aro del otro lado de la habitación se generaron pequeños chispazos luminosos en la misma frecuencia de los originales. ¡Había conseguido inducir una corriente en un dispositivo que no estaba conectado con nada! ¡Estaba transmitiendo ondas electromagnéticas a través del aire y a la velocidad de la luz! Poco después, escribió con humildad:

Los resultados de los experimentos con rápidas oscilaciones eléctricas que he desarrollado parecen conferir a las teorías de Maxwell una posición de superioridad sobre todas las demás.

Durante muchos meses Hertz repitió sus experimentos modificando las distancias entre emisor y receptor, los materiales y midiendo meticulosamente las características de aquellas ondas, su frecuencia, velocidad y longitud. Las pruebas mostraban por primera vez la naturaleza de la luz en todas sus dimensiones; aquellas ondas electromagnéticas de diferente longitud —como las de radio o las ultravioleta— tenían la misma propiedad que la luz visible y seguían los mismos principios de reflexión, refracción o polarización. Podían ser reflejadas sobre una superficie a modo de espejo o cambiar su polaridad, pues no eran más que una manifestación de la luz, tal y como predecían las ecuaciones de Maxwell. El 19 de marzo de 1888, Hertz escribe una carta a Helmholtz comentando sus progresos:

Así que, aunque sea con retraso, se lo agradezco ahora y quisiera al mismo tiempo comunicarle el progreso siguiente: las ondas electrodinámicas en el aire se reflejan sobre paredes conductoras, y, para incidencia perpendicular, las ondas reflejadas interfieren con las incidentes y dan lugar a ondas estacionarias en el aire. En las primeras [semi] longitudes de onda contadas a partir de la pared, los fenómenos son muy claros y diversos, y creo que la naturaleza ondulatoria del sonido en el espacio no puede ponerse ante los ojos con tanta claridad como la naturaleza ondulatoria de esta propagación electrodinámica. […] También he podido proyectar la acción a distancias mayores con espejos cóncavos y he obtenido indicios de éxito; sin embargo, para obtener fenómenos apreciables, tendría que darse al espejo una magnitud prácticamente irrealizable.

A pesar de su potencial —en pocos años Marconi usaría estos hallazgos para hacer las primeras transmisiones de radio a distancia y las ondas «hertzianas» cambiarían las comunicaciones del siglo XX— Hertz no supo ver ninguna aplicación útil de aquel descubrimiento. Como indica en el último párrafo, la longitud de las ondas que detectaba era tan grande que, para enfocarlas y hacerlas viajar a cierta distancia, a Hertz le pareció que se necesitarían reflectores gigantescos. También, dado que las ondas viajaban en línea recta, le parecía imposible lograr que se propagasen siguiendo la curvatura del planeta, sin saber entonces de la existencia de la ionosfera que ayudaría a estas señales a rebotar y con la que ya estaban experimentando científicos como Nikola Tesla. Por eso, insistiría varias veces:

No tiene utilidad alguna […] es solo un experimento que demuestra que el maestro Maxwell tenía razón, simplemente tenemos estas misteriosas ondas electromagnéticas que no podemos ver a simple vista. Pero están ahí.

También sin ser muy consciente de lo que tenía entre manos, Hertz descubrió otra propiedad de la luz que en las décadas siguientes sería fundamental para resolver los grandes problemas de la física. Mientras realizaba sus experimentos, el alemán se dio cuenta de que las chispas aumentaban la intensidad cuando incidía sobre el cátodo la luz ultravioleta:

Poco después de comenzar el experimento me sorprendió una notable interacción entre chispas eléctricas simultáneas. No era mi intención apartarme de mi propio objetivo con ese fenómeno; pero apareció, sin embargo, de forma demasiado clara y enigmática, para que pudiese descuidarlo totalmente. Durante un tiempo estuve ciertamente dudando de si no tendría ante mí una forma enteramente nueva de acción eléctrica a distancia.

En un trabajo titulado Sobre un influjo de la luz ultravioleta en la descarga eléctrica, Hertz describió por primera vez un fenómeno que con la física del momento parecía inexplicable. Solo determinadas longitudes de onda, en este caso las del ultravioleta, parecían interaccionar con los metales y provocar una chispa más intensa. «La acción es clarísima y, sin embargo, totalmente enigmática», escribe Hertz en una carta a su padre, aunque él no profundizó más en el tema. Serían dos de sus ayudantes, Wilhelm Hallwachs y Philipp Lenard, los que indagarían sobre el efecto mediante dos experimentos paralelos. El primero enfocó radiación ultravioleta sobre una placa de cinc y observó que quedaba cargada positivamente porque, dedujo, la luz arrancaba electrones. Lenard utilizó de nuevo los tubos de vacío, pero esta vez sin generar rayos catódicos. Con dos electrodos en cada extremo, el físico proyectó luz ultravioleta en uno de ellos y mediante un galvanómetro comprobó que se producía una corriente de electrones. Lo que ambos estaban describiendo por primera vez era el denominado «efecto fotoeléctrico» por el que la energía de los electrones aumentaba con la frecuencia de la luz incidente, algo que resultaba totalmente incompatible con las ecuaciones de Maxwell y desconcertaba a los físicos.

La luz ultravioleta no solo daba quebraderos de cabeza en el plano experimental, sino que también provocaba un colapso de las predicciones en el plano teórico. Los físicos, que a veces son un poco dados al tremendismo, llamaron a este problema la «catástrofe ultravioleta», porque cuando hacían las ecuaciones sobre el papel les salía un resultado que no tenía nada que ver con los experimentos. Aplicando la física clásica, lord Rayleigh y James Jeans habían predicho que en un objeto ideal denominado «cuerpo negro», que absorbe y emite toda la luz y energía que incide sobre él, la energía aumentaría de forma exponencial en función de las frecuencias de la luz. El planteamiento había surgido al plantearse qué pasaría al calentar un horno en el que cada una de las caras fuera un cuerpo negro. Cuando echaban las cuentas e intentaban calcular cuánta energía estaba emitiendo cada pared por longitud de onda, todo iba más o menos bien para las frecuencias menores como el infrarrojo, pero al llegar a la luz ultravioleta resultaba que esta debía generar cantidades infinitas de energía, lo que estaba claro que no sucedía en los experimentos. En 1900, el físico alemán Max Planck (también alumno de Helmholtz aunque, a juicio de este, algo díscolo) siguió trabajando con el problema y, aplicando a regañadientes el procedimiento estadístico creado antes por su colega austríaco Ludwig Boltzmann, se dio cuenta de que existía una solución matemática para salir del atolladero. Si tomaba como supuesto que la energía estaba en paquetes, o cuantos —como él los llamó—, las ecuaciones cuadraban y la catástrofe ultravioleta tenía un final feliz. Bastaba introducir en los cálculos un valor que posteriormente fue conocido como la constante de Planck (h). Pero ¿tenía esto que ver con la realidad? El propio Planck se mostraba incrédulo con sus resultados y tenía la impresión de que se trataba de un atajo matemático que no tenía correspondencia real. Pero en 1905, un jovencito llamado Albert Einstein estaba viviendo su propio año milagroso. En aquella fecha había planteado la teoría de la relatividad especial, desentrañado el movimiento browniano y establecido la equivalencia entre masa y energía. Por si fuera poco, en su trabajo Un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de luz abordaba el problema del efecto fotoeléctrico y resolvía el asunto con una variación de las ideas de Planck, fundando las bases de la física cuántica y de lo que se deduciría acerca de la estructura del átomo en el siglo XX.

Lo que proponía Einstein era una aplicación práctica de aquel valor hallado por Planck en las ecuaciones. La hipótesis era que la luz estaba formada por paquetes discretos —que en aquel momento eran denominados «cuantos» de luz y después serían bautizados como «fotones»— cuya energía tenía una relación directa con la constante de Planck. Esto podía explicar el comportamiento de la luz en diversas situaciones, como el aumento de intensidad de las chispas que veía Hertz al aplicar la luz ultravioleta. Si aquellos «cuantos» golpeaban el metal y solo de cuando en cuando arrancaban algunos electrones, quizá solo aquellos fotones de mayor frecuencia tenían la energía suficiente como para interaccionar con la materia y provocar el efecto fotoeléctrico. Aunque Einstein no hablaba directamente de partículas, el planteamiento pasaba de considerar la luz como una simple onda para considerarlo como el efecto de un montón de pelotitas golpeando la materia de manera oscilante. Para conseguir que saltaran los electrones no hacían falta más pelotitas (a lo que llamaremos «intensidad») ni estar más rato lanzándolas sobre el objetivo, como predecían las fórmulas de Maxwell, sino solo que aquellas pelotitas de una determinada energía alcanzaran la placa. En otras palabras, la energía de los electrones «arrancados» del metal no dependía de la intensidad de la radiación que le llegaba, sino de la frecuencia de esta. En este nuevo escenario, los fotones podían golpear a los electrones y ser absorbidos y viceversa: los electrones podían emitir fotones en el intercambio de energía. Según esta nueva definición, cuando un fotón viajaba hasta la superficie de una placa e incidía sobre un electrón, parte de la energía pasaba a este y otra parte se empleaba en liberarlo del átomo. Por el principio de conservación, la energía entrante debía ser igual a la saliente y se podían establecer la carga y velocidad de cada partícula.

Por este mismo mecanismo se podía entender el funcionamiento de otros intrigantes fenómenos de luminiscencia. En 1611 Galileo ya se había quedado absorto ante una piedra, que algunos llamaban «esponja solar», cuya característica principal es que parecía cargarse con la luz del sol y brillaba en la oscuridad. ¿Por qué emitía una luz diferente de la recibida por el día?, se preguntaban entonces. Hacia 1852, el británico George Gabriel Stokes bautizó con el nombre de «fluorescencia» al efecto que observaba al iluminar un mineral, la fluorita, con luz ultravioleta. Aquella luminosidad extra es la misma que hoy vemos al ver un gin-tonic brillar intensamente en la oscuridad de una discoteca a altas horas de la madrugada. Lo que asombraba a Stokes era la capacidad de la fluorita para transformar radiación invisible en radiación visible, pero siguiendo siempre un principio: la luz provocada por la fluorescencia era siempre de menor frecuencia que la luz incidente. La propuesta de Einstein sobre los paquetes de luz ofrecía una respuesta a este fenómeno. Cuando un fotón de luz ultravioleta (más energético) choca contra los electrones de algunos tipos de moléculas, como las de la quinina de la tónica, estimula la emisión de uno o más fotones. Por el principio de conservación, la suma de la energía de los dos fotones debe ser igual a la del fotón absorbido, de forma que la energía de cada una de estas nuevas partículas emitidas por la fluorita, o por un gin-tonic en la oscuridad, siempre será menor que la del fotón entrante desde la lámpara ultravioleta, y por eso vemos una tenue luz azulada.

Aunque no se trata estrictamente del efecto fotoeléctrico, en el Centro de Ciencia Principia de Málaga me enseñan un divertido y sencillo experimento con el que suelen explicar estos conceptos a los chavales, y en concreto la capacidad de la luz ultravioleta para interaccionar con la materia gracias a su mayor energía. Para ello necesitan una placa fosforescente (una placa con una señal antiincendios de las que se colocan en los pasillos de los edificios puede valer) y mostrar el efecto que tiene sobre ella tres láseres de tres colores. Antes de revelar el resultado se pide a los chicos que prevean cuál de los tres láseres es más energético y se proyecta su luz sobre una pared. El primero es verde y parece claramente más luminoso a todo el mundo, entre otras cosas, por la longitud de onda a la que nuestros conos son más sensibles. El segundo láser es rojo, y aunque brilla menos que el verde, sigue pareciendo más energético que el último, un láser violeta que cuesta incluso distinguir sobre la pared. Una vez hecha la puesta en escena, se pasan sucesivamente los tres láseres por la superficie del fósforo y se comprueba el efecto: los láseres verde y rojo no interaccionan con la placa, pero al pasar el láser violeta vemos cómo deja su huella fosforescente por toda la señal, e incluso se pueden hacer dibujos con ella. La luz de mayor frecuencia, en este caso el violeta, es más energética que las demás, aunque parezca menos luminosa. No es un ejemplo de efecto fotoeléctrico porque la luz no está arrancando electrones del metal —como en los experimentos de Hertz o Lenard—, sino luminiscencia provocada por la excitación momentánea de los electrones del papel fosforescente. La Universidad de Harvard tiene otra demostración en YouTube sobre la energía de la luz ultravioleta frente a otras longitudes de onda aún más espectacular. En una sala a oscuras el experimentador coloca una pequeña muestra de hidrógeno y cloro en un tubo de ensayo y la expone sucesivamente a la luz de varios ledes, comenzando por uno rojo y siguiendo por el amarillo, verde y azul, sin que suceda nada. En el momento en que acciona una pequeña linterna con luz ultravioleta el compuesto reacciona generando cloruro de hidrógeno con una gran explosión. Esta prueba se hace a veces con un flash fotográfico, pero viene a mostrar el poder energético de determinadas longitudes de onda. Al fin y al cabo, el proceso no es tan diferente del que produce la radiación ultravioleta cuando provoca daños en nuestras células de la piel.

Las ideas de Einstein sobre los paquetes de luz no convencieron a casi nadie en la comunidad científica en aquel momento, pero unos años después, en 1923, el estadounidense Arthur Compton descubrió por su cuenta lo que sucedía cuando un fotón de rayos X chocaba con un electrón libre y perdía parte de su energía, lo que confirmaba la teoría de los cuantos de luz. Paralelamente, mientras trataba de desmontar la hipótesis de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico, el físico Robert Millikan comprobaría que estaba en lo cierto y todos ellos (Einstein, el propio Milikan y Compton) ganarían sus respectivos premios Nobel por sus investigaciones. La nueva herramienta les permitía conocer mejor qué pasaba dentro del átomo y qué procesos eran los que terminaban con la emisión de luz. Por otro lado, igual que los hallazgos de Hertz habían revolucionado las comunicaciones a través del espectro electromagnético, la comprensión del efecto fotoeléctrico tuvo consecuencias directas en la fabricación de aparatos receptores como radios o televisores que proliferaron gracias a la creación de tubos de vacío con distintas variaciones. Asimismo, los postulados de Einstein, Planck y compañía hacían evidente que los fotones solo podían adquirir una energía proporcional a la frecuencia de onda asociada y que los valores debían ser discretos.

Espectro de emisión del hidrógeno. Imagen: Gerhard Herzberg, Atomic Spectra and Atomic Structure. pitt.edu/

En aquel contexto se hacía necesario un nuevo modelo de átomo que sustituyera al de Rutherford y fue precisamente uno de sus discípulos, el danés Niels Bohr, quien propuso un nuevo esquema para las unidades fundamentales de la materia. El físico tomó como partida el espectro de emisión del hidrógeno, el átomo más sencillo y más abundante del universo, que contiene un único protón y un electrón en sus orbitales. A partir de los descubrimientos de Bunsen y Kirchhoff, muchos físicos habían empezado a analizar el espectro de distintos elementos para descubrir sus propiedades. Al tomar muestras de hidrógeno gaseoso y excitarlas aparecían una serie de líneas discretas, bautizadas como series de Lyman, Balmer, Paschen, Bracket y Pfund en honor de sus descubridores, pero ¿qué eran exactamente aquellas líneas? A Bohr se le ocurrió una solución del problema utilizando de nuevo la constante de Planck: si la aplicaba en los cálculos podía explicar por qué los electrones solo orbitaban de formas muy concretas alrededor del núcleo. El modelo anterior de Rutherford planteaba la idea de un electrón dando vueltas alrededor del núcleo como si de un sistema planetario se tratara, pero ya vimos que la electrodinámica indicaba que en una estructura como aquella los electrones terminarían cayendo sobre el centro. Para evitar este problema, Bohr planteó un primer postulado de su modelo: los electrones podrían estar en órbitas denominadas «estacionarias», en las que no emiten radiación electromagnética al orbitar alrededor del núcleo. Con lo que había aprendido a partir del efecto fotoeléctrico y la catástrofe ultravioleta, el alemán planteó el segundo postulado: los electrones solo se podían mover en órbitas específicas, cada una de las cuales tenía un nivel energético y su momento angular solo podía variar en fracciones enteras de la constante de Planck. El último postulado explicaba la emisión de energía, que se producía cuando el electrón saltaba de una órbita permitida a otra, momento en que absorbía o emitía un fotón. Para entenderlo con el ejemplo del gin-tonic, cuando la «luz negra» de la discoteca impacta contra las moléculas de quinina, un electrón absorbe un fotón ultravioleta y salta a un estado excitado. Cuando el sistema se relaja, el electrón vuelve al estado fundamental pasando por un nivel intermedio. Es decir, sube dos escalones al absorber pero baja de uno en uno. En cada una de las bajadas se emite un fotón. La suma de energías de los dos fotones emitidos es igual a la del fotón entrante. En términos discotequeros, un fotón energético entra en un átomo, se toma algo con el electrón en la barra (estado de excitación) y cuando la fiesta acaba paga lo que debe y va dejando propinas en forma de fotón para que cuadren las cuentas de la conservación de la energía.

Con aquellas premisas, el modelo de Bohr permitía explicar las líneas espectrales del hidrógeno. Cada vez que un átomo absorbe fotones el sistema tiene más energía y los electrones ascienden a un nivel superior. Las líneas que se ven en el espectro aparecen cuando los electrones excitados bajan a niveles inferiores y emiten un fotón de una determinada energía, de modo que cada salto corresponde a una frecuencia. Al haber infinidad de átomos de hidrógeno en cada muestra, estadísticamente se producían todas las posibles transiciones energéticas que apreciaban Balmer, Lyman y los demás. Por primera vez teníamos una explicación de qué era la luz en última instancia y qué eran aquellas líneas que Fraunhofer había visto en el Sol y luego se manifestaban en todos los elementos. De manera indirecta, estaban viendo los niveles de energía hasta los que se pueden excitar los electrones en cada átomo. El Sol emite fotones en todas las frecuencias, pero al atravesar la cromosfera algunas de estas frecuencias son absorbidas por algunos átomos, de modo que dejan una huella característica y llegan hasta nosotros provocando una serie de líneas oscuras que son las mismas que se ven al excitar gas hidrógeno en el laboratorio. Y así tenemos un código de barras con el que identificar cada elemento del universo, ya sea en una estrella a millones de kilómetros, en los residuos de pólvora de un disparo o en la lluvia de colores de los fuegos artificiales. ¡Por fin encajaban las piezas del puzle! Pero ¿estaba todo resuelto? En absoluto.

En los siguientes años se encontraron fallos en el modelo de Bohr, y los trabajos de Heisenberg, Schrödinger, Pauli, Dirac les llevaron a descubrir que era necesario introducir el concepto de probabilidad para explicar en las estructuras subatómicas lo que la física clásica no podía explicar, iniciando así la era de la física cuántica. Los entresijos de esta nueva ciencia darían para otro libro, pero en resumidas cuentas describen el nada intuitivo comportamiento de la materia en sus niveles más íntimos. Todo lo que se iba observando en este nuevo campo resolvía los problemas físicos al precio de no poder conocerlo todo a la vez. El problema de si la luz era una onda o una partícula, que había enfrentado a Newton y Huygens, volvía a estar encima de la mesa. En 1924, el francés Louis-Victor de Broglie hacía una revelación fascinante al postular en su tesis doctoral, Recherches sur la théorie des quanta, la naturaleza ondulatoria del electrón, que después generalizaría con la afirmación:

Toda la materia presenta características tanto ondulatorias como corpusculares comportándose de uno u otro modo dependiendo del experimento específico.

Si con el efecto fotoeléctrico Einstein había demostrado que las ondas electromagnéticas se pueden interpretar como partículas, pensó De Broglie, ¿por qué no planteárselo a la inversa y pensar que las partículas materiales se comportan como ondas? Es más, según este principio, cualquier cuerpo macroscópico posee una longitud de onda, pero dado su tamaño se hace imposible apreciar sus propiedades ondulatorias. Pero la atención de De Broglie se centraba entonces en los electrones, y en su conferencia en la recepción del premio Nobel de 1929 explicó que a partir de los experimentos con difracción de rayos X quedaba claramente de manifiesto su naturaleza.

El electrón no puede seguir siendo concebido como un pequeño gránulo individual de electricidad; debe ser asociado a una onda y esta onda no es un mito: su longitud de onda puede ser medida y sus interferencias predichas.

Con este nuevo enfoque, insistía el francés, ondas y «corpúsculos» podían estudiarse como la doble cara de un mismo fenómeno y «el estudio de la propagación de la onda nos dará información sobre las sucesivas posiciones del corpúsculo en el espacio». Hoy sabemos que el experimento de la doble rendija —el que habían hecho desde Young en adelante para demostrar la naturaleza ondulatoria de la luz— se puede hacer de la misma forma con protones, electrones o fotones. Y esto sucede por las características mismas de la materia a nivel cuántico, que se comporta como onda y partícula, o como una «ondícula», según el término con el que le gustaba bromear a Richard Feynman. Para comprender esa relación entre materia y luz, el profesor Feynman y otros físicos sentaron las bases de la electrodinámica cuántica, que predice con absoluta precisión el comportamiento de electrones y fotones a nivel cuántico. La refracción, la reflexión y otros muchos fenómenos que habían intentado describir los científicos Alhacén, Descartes o Kepler, se pueden describir ahora con precisión con estas herramientas, entre otras con los diagramas de Feynman. Si lanzamos luz contra un cristal, explicaba su creador, no sabemos predecir con certeza el recorrido de un solo fotón, pero sí podemos predecir el porcentaje de fotones que pasará al otro lado y el que rebotará. Entonces, ¿qué es la luz? ¿Una onda o una partícula? Según Feynman,

… la luz es algo como las gotas de lluvia —cada pequeño pedacito de luz se denomina fotón— y, si la luz es de un único color, todas las «gotas de lluvia» tienen el mismo tamaño.

Su nueva herramienta, la electrodinámica cuántica, «resolvía» por fin el dilema de esa dualidad onda-partícula estableciendo que la luz se podía interpretar como compuesta por partículas, pero al precio «de ser capaz de calcular solo la probabilidad de que un fotón incida en el detector». La teoría también demostraba que los fotones eran la partícula-pegamento del electromagnetismo, que al fin y al cabo mantiene los átomos unidos y hace posible la existencia de la realidad material. Así, en palabras de Feynman, «todos los átomos están constituidos por un cierto número de protones intercambiando fotones con un número igual de electrones». A partir de este hecho, el divulgador británico Brian Clegg se atreve a lanzar una imagen poética:

El núcleo de los átomos y los electrones están intercambiando constantemente un flujo de fotones, produciendo la interacción necesaria para mantener los electrones en su lugar. Esto significa que cada átomo, cada objeto físico, cada uno de nosotros, contiene una luminosa bola de fuego, ocupada en asegurarse de que la materia permanece intacta. No es visible —nunca puede salir del estrecho mundo del átomo— pero está dentro de nosotros: somos verdaderos seres de luz.

Aunque suene bonito, la pequeña trampa es que estos fotones actúan como mensajeros del electromagnetismo y son partículas virtuales que forman parte de la explicación matemática del modelo, es decir: son una interacción, no una forma de radiación. Charlando con el físico John Dudley, organizador del Año Internacional de la Luz en 2015, me ofrece una solución más prosaica. «En todo caso, somos seres de luz potencial, porque necesitas excitar un átomo para que se emitan esos fotones», me dice. «Pero estoy seguro de que si me enchufas a una fuente de 100.000 voltios ¡me pongo a brillar!»

EL ROMPECABEZAS INVISIBLE

Los descubrimientos sobre la naturaleza cuántica de la materia y la luz abrían nuevas puertas en la carrera por acceder al mundo invisible. La predicción de De Broglie de que los electrones se podían comportar como una onda, por ejemplo, ofreció la posibilidad de superar el límite que había descubierto Ernst Abbe a finales del siglo XIX y mirar más allá de la longitud de onda de la luz visible. A partir de este nuevo enfoque, entre 1925 y 1930 los físicos Ernst Ruska y Max Knoll pensaron que si en lugar de utilizar lentes ópticas usaban electroimanes para detectar los cambios en el campo electromagnético provocados por los electrones, tendrían imágenes de objetos muchísimo más pequeños. Así nació el primer microscopio electrónico, que utilizaba de nuevo los tubos de vacío, pero esta vez para proyectar un chorro de electrones sobre una muestra y obtener una imagen con una longitud de onda mucho menor. El microscopio electrónico de transmisión, como se denominó, se basaba en la incidencia de los electrones sobre un objeto —igual que antes rebotaban los fotones— y podía aumentar la imagen de este hasta un millón de veces. Aun así, el sistema tenía algunas limitaciones, como la obligación de trabajar en el vacío (para evitar que cualquier carga distorsionara el resultado) y usar muestras extremadamente finas para que los electrones pudieran pasar a través de ellas. Una evolución de estos primeros sistemas fue el microscopio electrónico de barrido, en el que la muestra es cubierta por una fina capa de metal y la resolución es menor, pero se pueden obtener imágenes en tres dimensiones. Más adelante, hacia 1980, se crearon los microscopios de efecto túnel (STM), en los que se aprovechaba una propiedad cuántica de la materia para observar las muestras. En este sistema una pequeña aguja pasa sobre el objeto y detecta las variaciones de la misma manera en que lo haría un ciego al leer un texto en lenguaje Braille, con la particularidad de que aquí se consiguen detectar (que no ver directamente) las formas y características de átomos individuales, un hecho que Dalton habría celebrado con asombro.

Límites de difracción de Abbe. © Headstuff.

Los límites de la resolución óptica que marca el espectro visible fueron también batidos mediante otras ingeniosas técnicas que permitían superar el gran inconveniente de la microscopía electrónica: la incapacidad para observar muestras vivas. El vacío, la radiación o la necesidad de tintarlos con elementos tóxicos hacen inviable observar cualquier estructura viva con este método, así que había que buscar alternativas. En 2014, los creadores de la microscopía de fluorescencia recibieron el premio Nobel por desarrollar una técnica que consiste en aplicar un haz de láser sobre las moléculas y estimular la emisión de fotones de más baja energía (lo mismo que sucede en nuestro gintonic discotequero) para hacerlas visibles. Mediante este atajo óptico se ha podido observar cómo se crean las sinapsis entre neuronas, seguir las proteínas que causan enfermedades como el párkinson o el alzhéimer o captar el movimiento de las proteínas en el óvulo fertilizado cuando se produce la división celular. No es la única forma en que la fluorescencia —aquella propiedad descubierta en los minerales que desprendían luz al ser iluminados con el ultravioleta— se ha mostrado extremadamente útil para la ciencia. En el verano del 1961, el científico japonés Osamu Shimomura recogió más de 10.000 ejemplares de un tipo de medusa bioluminiscente (Aequorea victoria) y, después de analizarlos, aisló una proteína responsable de aquel curioso efecto. La molécula, bautizada en adelante como proteína fluorescente verde (GFP), brilla cuando es expuesta a la luz ultravioleta y, una vez conocidos los mecanismos por los que se expresa genéticamente, los científicos son capaces de utilizarla como marcador para observar todo tipo de procesos a nivel celular y molecular. A grandes rasgos, el proceso es tan sencillo como pegar esta proteína a las moléculas que se quiere rastrear y seguir después sus movimientos por el cuerpo o en el interior de la célula. Gracias a este sistema —que valió a sus creadores otro premio Nobel— se ha podido observar cómo se diseminan las células cancerosas, cómo se extiende una infección bacteriana o cómo crecen las neuronas, por poner algunos ejemplos.

La fluorescencia también dio a Wilhelm Röntgen la primera pista de que estaba ante un fenómeno trascendente durante sus experimentos. Aquellos rayos invisibles hacían brillar una de las placas a su espalda sin que supiera exactamente por qué. Durante algún tiempo la naturaleza de los rayos X fue un misterio, especialmente porque al pasar cerca de un campo magnético o eléctrico no parecían alterarse. Como aquello no conseguía demostrar si se trataba de una onda electromagnética u otro fenómeno desconocido, los físicos intentaban hacerlos pasar por una diminuta rendija para conseguir un patrón de difracción, lo que demostraría fuera de dudas que eran una onda y, en definitiva, una forma de luz. Pero tampoco daba resultado. Quizá su longitud de onda era tan pequeña que no interfería con nada. En 1912 al físico alemán Max von Laue se le ocurrió una solución. Inspirado por el trabajo de un compañero que estaba haciendo pasar haces de luz a través de cristales, pensó: ¿y si utilizamos la distancia entre los átomos para provocar la difracción? Si había unas moléculas que podían servir para aquello eran las que se disponían en forma de cristales, ya que el espacio entre átomos era mínimo. Así que utilizó una lámina de sulfato de cobre para enviar un haz de rayos X y ver lo que pasaba al otro lado. Al terminar el experimento allí estaba: un patrón de difracción como los que antes había visto Young, lo que mostraba que estaban ante una onda electromagnética.

Desde el principio la placa fotográfica colocada detrás del cristal revelaba la presencia de un número considerable de rayos desviados, junto con las señales del rayo principal que provenía directamente del anticátodo. Este era el entramado en el espectro que habíamos anticipado.

Pero aquello no era quizá lo más trascendente. El trabajo de Laue despejó el camino a otra de las formas de observación que más frutos dio en las siguientes décadas. De pronto la difracción de rayos X podía dar valiosísima información para descubrir cómo estaban colocados los átomos en el cristal y cuál era la estructura de diferentes moléculas. De hecho, gracias a la cristalografía de rayos X y a su variante, la espectroscopia de rayos X —que aprovecha precisamente el fenómeno de la fluorescencia—, en los siguientes años se descubrió la estructura de cientos de moléculas como proteínas, sales y componentes fundamentales de la célula. En 2012 tuve ocasión de charlar con Ada Yonath, galardonada tres años antes con el premio Nobel por su contribución al descubrimiento de la estructura de los ribosomas, donde se descodifica el ADN. «La cristalografía nos abrió la puerta a conocer los detalles químicos de la vida», me dijo. Y todo a pesar de que al principio no se creía en ella. «Cuando empecé, fui durante diez años la única en mi país, en mi región, casi en todo el mundo, que hacía esto», me confesó. «Para mí valió la pena correr el riesgo.» Hoy, gracias a sus trabajos y los de sus colegas, millones de personas se benefician de las mejoras que este conocimiento generó para el desarrollo de antibióticos.

Patrones de difracción obtenidos por Max von Laue en sus experimentos. Derechos reservados.

Si echamos la vista atrás, en el siglo y medio transcurrido desde la muerte de John Dalton hemos pasado de sospechar de la existencia de átomos a tener imágenes individuales de ellos o esquemas precisos sobre su estructura gracias a nuestra comprensión de las ondas electromagnéticas. Cuando los microscopios se nos quedaron cortos, los científicos construyeron instrumentos aún más ingeniosos y complejos que las cámaras de chispas y de niebla: los colisionadores, donde físicos e ingenieros hacen chocar las partículas hasta descomponerlas en sus partes más esenciales y conocer de qué está hecha la materia. El conocimiento del efecto fotoeléctrico —descrito por Albert Einstein en 1905— nos permitió obtener energía del Sol y desarrollar los sensores CCD (Charge-Coupled Device) que hoy llevan la mayoría de cámaras digitales y que transforman el impacto de la luz en millones de señales que se convierten en píxeles. El desarrollo de estos nuevos ojos electrónicos, que provocaron también una revolución en imagen astronómica, recibió un merecido premio Nobel en 2009, compartido con los descubridores de las propiedades de la luz que hoy nos permiten enviar millones de terabytes de información de un extremo a otro del planeta mediante impulsos lumínicos en el interior de la fibra óptica. Otra predicción de Einstein —sobre la emisión estimulada de fotones— nos enseñó cómo manipular la luz hasta el punto de ordenarla en el espacio y permitir el desarrollo de los láseres que hoy utilizamos para que nos cobren la compra en el supermercado, para escuchar nuestra música favorita o para medir la distancia a la Luna. Desde el observatorio de Apache Point, en Nuevo México, Tom Murphy me explicó en su día cómo un par de noches a la semana activa su cañón láser y dispara contra nuestro satélite. Los haces de luz tardan alrededor de un segundo en alcanzar la Luna, rebotan sobre el espejo que dejaron allí los astronautas de las misiones Apolo y tardan otro segundo en regresar a la Tierra. Mediante ese sistema se puede medir la distancia y la evolución de su órbita con una precisión milimétrica. Al disparar un láser contra el cielo, y observar la forma en que se dispersa la luz, también se puede conocer qué partículas contiene y advertir la presencia de aerosoles o cenizas volcánicas. En la superficie de Marte, el robot Curiosity utiliza un láser para pulverizar pequeñas muestras de roca y analizar posteriormente su composición a partir de espectroscopia de rayos X, mientras en laboratorios de todo el mundo se utilizan pulsos de luz para trabajar y moldear materiales a escala nanométrica y obtener propiedades que antes ni siquiera sospechábamos.

Gracias a esta tecnología también se ha conseguido afrontar uno de los problemas que más tiempo robó a los astrónomos de los siglos XVIII y XIX: el de las aberraciones que introduce la atmósfera en sus observaciones del universo. La luz, al cambiar de medio, produce una desviación que hay que tener en cuenta para medir bien lo que observamos. Mediante la óptica adaptativa muchos observatorios del mundo lanzan cada noche un láser hacia algún punto del cielo, fijan una posición y ya tienen los datos para corregir los efectos de la capa de aire que se sitúa entre nosotros y los cuerpos celestes. Como en una carambola de la historia, hace solo unos años a algunos científicos se les ocurrió tomar estas técnicas de corrección que se usan para observar las estrellas y adaptarlas para mirar dentro del ojo. En el interior de nuestro globo ocular, como ya hemos explicado, también se producen varios cambios de medio; la luz atraviesa las lentes de la córnea y el cristalino y el líquido del humor vítreo. Pero, además, se trata de un sistema que está constantemente fluctuando, las lentes cambian de forma, el ojo cambia el punto de atención mediante los movimientos sacádicos y la imagen se va reflejando en distintos lugares sobre la retina. Con todos estos elementos, cuando los investigadores miraban dentro del ojo para ver los fotorreceptores en acción se encontraban con un montón de aberraciones que impedían la obtención de una imagen nítida. En la década de 1990, un equipo de científicos, entre los que se encontraba el español Pablo Artal, empezó a trabajar en la idea de usar la óptica adaptativa para superar estos problemas. Con su colaboración, el grupo de David Williams, de la Universidad de Rochester, utilizó este sistema para obtener en 1997 las imágenes más nítidas jamás captadas de los receptores dentro del ojo. Con la nueva técnica se podían observar los conos en vivo y su distribución geométrica por la retina. La óptica adaptativa utiliza básicamente una fuente de luz coherente y sensores con los que se mide con precisión la forma del interior del ojo de cada persona y un espejo deformable que permite hacer las correcciones necesarias para eliminar cualquier aberración. Y así es como ópticos y oftalmólogos se han convertido en una especie de «astrónomos del ojo». «Todo aparece de repente más definido y claro», dice Williams. «Cuando usas el sistema de óptica adaptativa solo puedes decir “guau”.» Gracias a esta técnica se observó por primera vez cómo estaban distribuidos los conos en la fóvea de distintas personas y se descubrió que había una gran variabilidad entre individuos. También se vio que en algunos tipos de daltonismo —cuando los receptores del verde están ausentes, como en el caso de Dalton— el espacio no ha sido completado por receptores de otro color, sino que aparecen huecos donde no se ha formado ningún cono.

Todos estos descubrimientos han sido fruto de nuestro análisis de la luz y su naturaleza, a partir del entendimiento de las ondas electromagnéticas que viajan hasta nosotros desde los confines del universo. Feynman, hablando de Maxwell, lo explica como un cuento:

Y así se dio cuenta de que las corrientes eléctricas en un lugar pueden afectar a otras cargas situadas a una gran distancia […] Los movimientos de los átomos de una estrella lejana tienen todavía suficiente influencia a esta gran distancia para poner a los electrones de nuestro ojo en movimiento […] Si esta ley no existiera, ¡estaríamos todos literalmente a ciegas respecto al mundo exterior! Y las explosiones eléctricas en una galaxia a 5.000 millones de años luz —que es el objeto más lejano que hemos encontrado hasta ahora— pueden todavía afectar de una manera significativa y detectable al gran «plato» de un radiotelescopio. Y este es el motivo por el que vemos las estrellas y las galaxias.

Provistos de un cerebro que navega a oscuras en el interior de la caja craneal y cuyos receptores han evolucionado para percibir una estrecha rendija del espectro, el tesón y curiosidad humanas nos han llevado a poder detectar una realidad que permanecía oculta a nuestros sentidos y que podía haber seguido en la oscuridad de no ser por los hombres y mujeres que se hicieron las preguntas necesarias. Gracias a estos conocimientos hemos detectado el eco de la primera luz del universo y la humanidad escudriña el cosmos como un gigantesco insecto provisto de todo tipo de ojos; telescopios que registran la actividad estelar en la banda del infrarrojo, el ultravioleta o con ondas de radio, que detectan las explosiones de rayos gamma o rayos X producidas en mundos a millones de años luz de distancia; ojos espaciales que divisan diminutos planetas girando alrededor de remotos sistemas solares o nos descubren que el más insignificante cuadrado del cielo, que en nuestro ojo ocupa lo que una mota de polvo, es una inmensidad en la que flotan millones de galaxias. Hemos lanzado sondas que siguen enviando señales desde los confines del sistema solar y hemos adquirido una idea más o menos clara de cómo nuestra galaxia viaja junto a miles de sistemas vecinos. En septiembre de 2014 un grupo de astrónomos utilizó el mayor catálogo jamás construido de galaxias en movimiento y determinó que nuestra Vía Láctea está incrustada junto al grupo Local en los márgenes de un supercúmulo de 500 millones de años luz de diámetro que contiene la masa de 100.000 billones de estrellas en unas 100.000 galaxias. A este grupo los astrónomos lo han llamado Laniakea, la palabra que los navegantes polinesios que cruzaron el Pacífico orientándose por las estrellas utilizaban para decir «cielo inconmensurable». Pero no nos hemos quedado solo en los cielos. Gracias a este empeño, nuestros instrumentos médicos nos permiten ver a través de la carne, analizar la composición de la sangre y penetrar en los secretos que hacen posible la vida y el intercambio de información a partir de unas hebras de material genético. Mediante sofisticados aparatos podemos ver el flujo de la sangre en el cerebro, detectar la señal eléctrica de nuestros pensamientos o atisbar los procesos químicos que se desatan cuando rememoramos un recuerdo. Nuestros sistemas nos permiten enviar ondas al fondo del océano y distinguir la oscura señal de las dorsales oceánicas, colocar instrumentos que pueden detectar el movimiento de la Tierra desde el otro extremo del globo o predecir con cierta antelación la llegada de una tormenta solar que inutilizará algunas comunicaciones.

Una de las características más asombrosas de todos estos logros del conocimiento humano es el extraordinario nivel de precisión al que han llegado nuestras mediciones. El trabajo de físicos e ingenieros en el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra (LHC) no es solo impactante por el hallazgo del esquivo bosón de Higgs a base de descomponer la materia en sus fragmentos más ínfimos, sino por la capacidad para detectar las variaciones más sutiles en el entorno. Cuando comenzaron las primeras mediciones, los técnicos descubrieron una anomalía en las gráficas que se repetía periódicamente y resultó ser el efecto de las fuerzas de marea de la Luna que curvaban ligeramente el túnel. Más adelante los físicos también se dieron cuenta de que las gráficas variaban cuando el lago Lemán, a varios kilómetros de distancia, estaba más o menos lleno, debido al empuje que ejerce el agua sobre el terreno, y en 2011 las lecturas registraron los efectos del terrible terremoto que asoló parte de Japón. Otra de las señales extrañas que registraban los detectores desapareció un día misteriosamente y solo cuando alguien miró los periódicos se dio cuenta de que había una huelga en los ferrocarriles franceses y ató cabos: aquellas variaciones las había producido periódicamente el paso del tren de alta velocidad (TGV) que une Francia con la ciudad de Ginebra y cuya vía se sitúa a varios kilómetros.

En materia de detecciones precisas, la hazaña más reciente es la de los miembros del experimento LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), diseñado para detectar por primera vez de forma directa otra predicción de Einstein: la existencia de ondas gravitacionales. En febrero de 2016 sus responsables anunciaron la detección de la primera señal de una perturbación en el espacio-tiempo producida por dos agujeros negros bailando en la oscuridad a 1.300 millones de años luz antes de fundirse en un abrazo final. Para conseguir registrar una señal tan débil, diseñaron un sistema basado también en haces de láser. En este caso los rayos de luz viajan por el interior de un tubo en forma de L con 4 kilómetros de extensión en cada brazo y rebotan en un espejo. El láser funciona como una cuerda tensa que mide constantemente la distancia entre los espejos creando un patrón de interferencia y con una precisión asombrosa. Tanto, que el detector es capaz de registrar las señales de la gente que camina por los alrededores o el tráfico de camiones. Para evitar que los espejos oscilaran por el bamboleo de nuestro planeta, los técnicos diseñaron péndulos de «suspensión cuádruple», al tiempo que evitaban otras interferencias colocando los detectores en el vacío. De este modo, cuando se produjo la señal esperada, el interferómetro detectó un movimiento entre los espejos equivalente a la diezmilésima parte de un protón, una longitud de 0,0000000000000000001 metros. Para hacerse una idea, en comparación con los 4 kilómetros que recorre la luz en el detector, esta medida es el equivalente a medir la distancia de la Tierra a la estrella más cercana, Próxima Centauri, y tener una variación del tamaño de un cabello humano.

El siguiente paso consiste en diseñar otros observatorios de ondas gravitacionales por todo el mundo, para poder triangular y localizar el origen de la señal, y en construir un observatorio de este tipo en el espacio, lejos de las interferencias de la Tierra. La Agencia Espacial Europea ya ha puesto en marcha las fases preliminares de la misión LISA (Laser Interferometer Space Antenna) para lanzar tres satélites que se comuniquen entre ellos con un haz de láser y repliquen el sistema de LIGO, pero esta vez flotando en el espacio como una especie de tela de araña. El nivel de precisión exige esta vez descartar los propios efectos de la gravedad sobre los detectores o el efecto de los campos eléctricos de los paneles solares. Pero lo importante de estas dos misiones no es la precisión, ni siquiera la colisión de agujeros negros detectada por los interferómetros de LIGO, sino la posibilidad de utilizar este tipo de detectores para comenzar a hacer astrofísica con ondas gravitacionales. Si se confirma el hallazgo y una vez que los científicos empiecen a usar de forma asidua este sistema, será como si además de «mirar» el universo y fijarnos en los fenómenos relacionados con la radiación, pudiéramos «palpar» por primera vez el espacio-tiempo y detectar fenómenos que estaban fuera de nuestro alcance, como echar un vistazo en el interior de una caja negra. Hasta ahora, como recordó el físico Kip Thorne durante el anuncio del hallazgo, todas las otras ventanas en las que han mirado los astrónomos estaban basadas en ondas electromagnéticas, y las ondas gravitacionales son tan radicalmente diferentes que podremos tener mayores sorpresas que las que hemos tenido hasta la fecha. ¿Qué nueva realidad podremos observar con estas herramientas? Es difícil de predecir, pero el futuro es tan prometedor como cuando Galileo miró por primera vez a través de una lente a los cielos y el mundo de perfección de Aristóteles empezó a venirse abajo.

Con estas herramientas los seres humanos hemos llegado a superar lo que nos dicen los ojos e incluso la propia luz. El viaje que nos ha traído hasta aquí comenzó con un primer tipo mirando el cielo con el ojo desnudo y quienes le siguieron y miraron las estrellas a través de cristales pulidos o examinaron el agua de los charcos con lentes diminutas como gotas de rocío. En el camino, mientras nos planteábamos por qué vemos lo que vemos y si lo que tenemos alrededor es real, se cruzaron cuestiones como de qué está hecha el agua, el aire y aquello que nos rodea. La tarea se antojaba inabarcable pero, como anticipaba John Dalton, bastaba con plantearse los retos de uno en uno.

Intentar concebir el número de partículas en la atmósfera es de alguna manera como intentar concebir el número de estrellas del universo; el mero pensamiento nos confunde. Pero si limitamos el asunto tomando un volumen determinado de cualquier gas, nos convencemos de que, por muy pequeñas que sean las divisiones, el número de partículas debe ser finito; igual que en un espacio cualquiera del universo el número de estrellas y planetas no puede ser infinito.

Mientras medíamos la distancia a las estrellas, o lo que pesaba un líquido antes y después de calentarlo, surgieron nuevas preguntas sobre nuestro lugar en el universo, la velocidad a la que viaja nuestro planeta o la naturaleza de las cortinas de luz que bañan la noche ártica. Al cabo de destejer muchos arcoíris en la oscuridad y de jugar con los rayos de sol en busca de respuestas, algunos dieron con las fórmulas para describir el comportamiento de la luz y lo que pasaba alrededor de nosotros. La historia que hemos visto hasta aquí es un resumen de cómo, a pesar de ser cortos de vista, hemos podido echar un buen vistazo al universo que nos rodea y entenderlo mejor. Nuestro repaso a esta larga carrera por recomponer el rompecabezas invisible se ha basado en lo que aprendimos sobre nuestros propios ojos, sobre la naturaleza de la luz y la estructura de los átomos. Y el camino que había empezado mirando al cielo parecía cerrarse circularmente cuando aprendimos a mirar dentro de nosotros mismos.

Esta indagación introspectiva se remonta al siglo IV a. C., cuando Herófilo de Calcedonia describió por primera vez las venas del cerebro gracias a las vivisecciones que practicaba a criminales y esclavos condenados a muerte. Un poco sanguinolento, pero no había muchas maneras de penetrar en los secretos de la mente. Muchos años después, en 1882, al médico italiano Angelo Mosso se le ocurrió diseñar una máquina para «pesar» los pensamientos. El dispositivo consistía en una tabla colocada sobre un punto de equilibrio y funcionaba como una especie de balanza para detectar la diferencia entre distintas actividades mentales. Si la persona se tumbaba en la balanza y leía un libro de filosofía, por ejemplo, el dispositivo se inclinaba antes y con más fuerza que si estaba leyendo algo más ligero, como un periódico de la época. La recuperación de los papeles de Mosso permitió recientemente a un equipo de investigadores reconstruir esta «balanza de la circulación humana» y comprobar que sus fundamentos tenían sentido: efectivamente, se observa un efecto de la «carga cognitiva» sobre la circulación de la sangre que puede aumentar el peso ligeramente con distintas actividades. De hecho, con una variación de este principio funcionan hoy en día las resonancias que permiten saber qué sucede en la mente de una persona.

Ya entrado el siglo XX, otro médico, el alemán Hans Berger, comenzó a registrar la actividad eléctrica del cerebro en busca de la telepatía y terminó diseñando lo que hoy conocemos como «encefalograma». Casi al mismo tiempo, los médicos que operaban a los heridos durante la Primera Guerra Mundial descubrieron que al estimular determinadas zonas de la corteza visual del cerebro, los heridos relataban ver unos chispazos de luz que después llamaron «fosfenos». Los científicos ya sabían que los receptores de nuestra retina se estimulaban por efecto de la luz, pero de ahí a entender cómo veíamos había un largo recorrido. Serían dos tipos un poco gamberros, David Hubel y Torsten Wiesel, los que en la década de 1960 decidieron ir un poco más lejos para entender el proceso y comenzaron a registrar la actividad de determinadas neuronas en el cerebro de un gato cuando lo sometían a un estímulo visual. Durante días, colocaron a los animales en posición mientras pasaban ante sus ojos todo tipo de tarjetas con distintos patrones, como puntos, círculos o cuadrados. Pero no obtenían ninguna respuesta de las neuronas que estaban monitorizando. Desesperados, los científicos llegaron a mover los brazos delante de los gatos o a ponerles fotos de revistas para ver si había reacción. Un día, cuando ya estaban a punto de tirar la toalla, una de las neuronas rompió su silencio y comenzó a dispararse como loca en el momento en que cambiaban una diapositiva. Con cuidado, repitieron el movimiento y descubrieron que la célula nerviosa estaba respondiendo al estímulo producido por el borde de la imagen. A partir de aquella pista y, después de infinidad de experimentos, Hubel y Wiesel comprobaron que había neuronas especializadas para distintos estímulos visuales. En unos cuantos pasos habían descifrado cómo nuestro sistema visual podía pasar de detectar simples fotones individuales a informar sobre líneas, formas e incluso movimiento. De paso habían abierto una puerta a intentar reconstruir el sistema visual desde sus componentes más íntimos.

En 1970, otra pareja de científicos, Giles Brindley y William Dobelle, comenzaron a realizar pruebas con pacientes a los que implantaban electrodos para intentar transferir información visual del mundo exterior a su cerebro. Han pasado solo unos cuantos años y mientras escribo estas líneas desde mi casa en Madrid miro un vídeo en YouTube en el que dos ancianitos se abrazan y se besan alborozados. Al cabo de unos instantes él se derrumba y se echa a llorar. Por primera vez después de muchos años acaba de ver una sombra moverse delante de sus ojos, el rostro de su mujer al pasar por delante de su nuevo dispositivo biónico. El sistema consiste en unas gafas provistas de una cámara que traducen la señal de lo que tiene delante y la envían al cerebro a través de unos pequeños electrodos. En realidad lo que está viendo son solo fosfenos, pequeños destellos de luz como los que provocaban los médicos entre las trincheras de la Gran Guerra o los que asaltan a los astronautas cuando intentan dormir en el espacio. Estos píxeles de luz le sirven para ver siluetas y contraste; ni él ni los otros pacientes que han recibido este tipo de implantes pueden prescindir del bastón ni otros medios que les permiten orientarse, pero para alguien que quedó absolutamente ciego por la retinosis pigmentaria hace décadas esos destellos de luz son tan valiosos como los primeros momentos del Big Bang. Veo a este hombre llevar las manos a la cara de su mujer y se me ocurre que el camino que nos ha traído hasta aquí ha sido largo y aún queda mucho por recorrer. Hemos tardado en conocer por qué vemos como vemos y por qué caminos viaja la luz desde que sale despedida desde los orbitales de un átomo hasta que cruza nuestro cristalino, estimula las moléculas de rodopsina y activa una señal eléctrica que llega al cerebro. Pero hay algo de lo que ahora no me cabe ninguna duda: está más cerca el día en que seremos capaces de construir nuestros propios ojos.

Agradecimientos

Este libro no habría sido posible sin la generosidad de decenas de personas que me han ayudado en los últimos tres años. Mi primer agradecimiento es para Carmen, por la forma en que abrió los ojos cuando le propuse la idea, y a mi «tío» José Manuel por adoptarme. También quiero dar las gracias a Xurxo Mariño por tantas cosas, pero sobre todo por aquella mañana en que los dos nos tiramos al suelo para mirar un arcoíris en el centro de Santiago como dos niños; y a mi querido Carlos Briones, que ha vivido conmigo dentro de este libro como el mejor compañero de viaje. Quiero acordarme también muy especialmente de Miguel Santander y de su padre, más conocido entre nosotros como la Marianopedia, por el apoyo y el cariño. Gracias a Luis Martínez Otero, que se asomaba en una ventanita de mi ordenador cuando me asaltaba una duda, a Javi Álvarez y Javier Peláez por sus lecturas críticas y su amistad, a Pablo Rodríguez, Joaquín Sevilla, Enrique F. Borja, César Tomé, Bernardo Herradón, Iñaki Úcar, Paco Bellido, Laura Morrón, Fernando del Álamo y Dani Torregrosa por sus consejos, y a mi querido Juan Ignacio Pérez, que fue el primero en leer el embrión del libro y me animó a seguir. En general quiero dar las gracias a todos los que me sufrieron durante este tiempo en que mi conversación siempre terminaba de un modo u otro en el libro tan «alucinante» que estaba escribiendo, a José Pérez Ledo y Blanca Baena por darme la oportunidad de trabajar en «Órbita Laika», que me sirvió para aprender y «tocar» con mis propias manos muchos de los conceptos con los que llevaba años «obsesionado». Gracias a Carlos Durán y al equipo del Centro de Ciencia Principia de Málaga por su infinita generosidad, a Eva Valero, Rubén Pascual, Sergio Barbero y Pablo Artal por aclarar mis dudas sobre el ojo y a las decenas de científicos que durante los últimos años han compartido su saber conmigo y han atendido pacientemente a mis preguntas y dudas. Muchos de ellos se mencionan en este libro, como José Manuel Alonso, Emiliano Bruner, Consuelo Cid o Montserrat Villar, y otros muchos se verán reflejados en estas páginas y se acordarán de aquel periodista pesado que les acribilló a preguntas una vez. Y, aunque sea un tópico, si hay algún error o imprecisión en mis explicaciones la culpa será enteramente mía. También quiero expresar mi agradecimiento inmenso y muy especial a Alice Cliff y la gente del Museo de Ciencia e Industria de Manchester, por enseñarme los ojos de Dalton y ayudarme a vivir una de las experiencias más maravillosas de mi vida, así como a John Hodgson, que permitió husmear entre los papeles del físico inglés durante horas y me ayudó a comprender mejor su figura. En general, gracias a todos los que de alguna forma u otra seguís con interés las historias de ciencia y ayudáis a que este sea un mundo mejor y algunos podamos vivir de ello. Y gracias a Noelia por aguantarme y por existir.

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Curvas de respuesta al color en la retina de una persona tricrómata, con los tres tipos de receptores para cada longitud de onda: corta (S), media (M) y larga (L).

© Museum of Science & Industry/Science & Society Pic - Age.

Los ojos de John Dalton tal y como se conservan en el Museo de Ciencia e Industria de Manchester.

© Museum of Science & Industry/Science & Society Pic-Age.

La cera de lacrar de John Dalton como la ve un tricrómata (izquierda) y como la vería alguien con ceguera al verde o deuteranope.

© Museum of Science & Industry/Science & Society Pic-Age.

La primera imagen en color, realizada por James Clerk Maxwell con tres negativos obtenidos con filtros de color azul, rojo y verde.

Science & Society Picture Library.

Cepillo de Haidinger. Algunas personas son capaces de detectar la polarización de la luz. Esto es lo que ven al mirar una pantalla LCD en blanco y girar la cabeza.

© 2006 by Daniel P. B. Smith.

Zona del espectro que anulan las gafas EnChroma, marcada en gris.

Ilusión diseñada por Edward H. Adelson. Las casillas A y B son del mismo color.

Wikipedia.

Las líneas espectrales dibujadas por Fraunhofer. SCMG Enterprises.

Birkeland trabajando con su terrella. Imagen: Nasjonalbiblioteket,

Billedsamlingen, Oslo. © Kristian Birkeland.

El famoso vestido amarillo/azul que volvió loco al mundo en febrero de 2015.

En función del momento lo puedes ver amarillo y blanco o azul y negro.

© Daniel Karmann/DPA/Cordon Press.

Retrato de Antoine Lavoisier y su esposa, de Jacques-Louis David.

Metropolitan Museum. Wikipedia.

Saturno devorando a sus hijos, de Pieter Paul Rubens. El planeta aparece representado como un punto triple en el cielo, tal y como Galileo lo había visto por el telescopio (Museo del Prado). Wikipedia.

Notas

[*] Este principio demuestra también por qué cuando vemos un ocaso el sol hace rato que ya ha desaparecido bajo el horizonte o por qué se producen los espejismos en el desierto o la Fata Morgana en el mar, donde a veces un barco parece flotar sobre las aguas. Y por qué la moneda reaparece en el experimento con el bol que describíamos al principio del libro. <<

[*] Los científicos sospechan ahora que algunos marsupiales pueden tener también visión tricromática. <<

[*] Su historia y descubrimientos están magníficamente narrados en el libro La edad de los prodigios, de Richard Holmes. <<

[*] Un dato poco conocido: en 1815, sir Humphrey Davy invitó a John Dalton en nombre de la Royal Society a embarcarse en una expedición a las regiones polares, donde podría haber estudiado la aurora, pero este declinó la oferta. <<