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SINOPSIS

Este libro es un recorrido por la historia de la ciencia en el que aparecen personajes como Aristóteles, Ptolomeo, Alfonso X, Copérnico, Brahe, Kepler, Galileo, Newton, Herschel, Newton o Hubble. La obra repasa la invención de la escritura, probablemente el mayor invento en la historia de la humanidad porque permitió transmitir a las generaciones sucesivas los conocimientos y experiencias adquiridas; también se explican las herramientas básicas para poder estudiar el cosmos: las medidas de tiempo y espacio, y las matemáticas, elementos imprescindibles para determinar las trayectorias de los planetas y del Sol, lo que constituye el fundamento de la astronomía; nos habla del Universo y de las ideas más antiguas de su creación; de la vida desde la evolución de las especies de Charles Darwin hasta la genética, de cómo surgió esta ciencia (Mendel) y de cómo se llegó al descubrimiento de la estructura del ADN, y sus secuelas (Proyecto Genoma Humano, ingeniería genética, biotecnología); y, por último, se ocupa de otra de las grandes conquistas de la humanidad, relacionada con la ciencia: la tecnología.

JOSÉ MANUEL SÁNCHEZ RON

EL SUEÑO DE

HUMBOLDT Y SAGAN

Una historia humana de la ciencia

Ilustraciones de Jesús Gabán

A mi nieta, Violeta.

Con el deseo de que no olvide

que los sueños se pueden cumplir.

La historia de la contemplación física del mundo es la historia del conocimiento de la naturaleza tomada en su conjunto; es el cuadro del trabajo de la humanidad que intenta abarcar la acción simultánea de las fuerzas que obran en la Tierra y en los espacios celestes.

Alexander von Humboldt, Kosmos

El cosmos es todo lo que es o lo que fue o lo que será alguna vez. Nuestras contemplaciones más tibias del cosmos nos conmueven: un escalofrío recorre nuestro espinazo, la voz se nos quiebra, hay una sensación débil, como la de un recuerdo lejano o la de caer desde lo alto. Sabemos que nos estamos acercando al mayor de los misterios.

Carl Sagan, Cosmos

INTRODUCCIÓN

HUMBOLDT Y SAGAN

La historia se nutre de un continuo de personajes y situaciones que viven o tienen lugar durante determinados períodos de tiempo, no siempre, por supuesto, coincidentes. Sucede, sin embargo, que en algunos casos a los que separa una distancia temporal significativa podemos identificar líneas, imaginarias o conceptuales, que los unen. Una de esas líneas es la que conecta al alemán Alexander von Humboldt, que vivió a caballo entre los siglos XVIII y XIX, con Carl Sagan, ciudadano estadounidense del siglo XX. Aunque desde diferentes perspectivas —el primero estudió sobre todo la Tierra y su atmósfera, mientras que Sagan se centró preferentemente en los planetas del sistema solar, tarea que a aquel le habría sido prácticamente imposible dados los instrumentos de que disponía—, en la obra de ambos se halla un mismo título: Cosmos. En el caso de Humboldt, fue un libro en varios volúmenes, la obra de su vida; en cambio, el texto de Sagan no fue más que un resumen de una serie de televisión que captó la atención de millones de personas en todo el mundo. Es justo, por consiguiente, reunirlos aunque sea en la imaginación. Tal es el propósito del presente libro.

Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander von Humboldt (1769-1859), o, como se lo conoce, simplemente por su último nombre y su apellido, no fue un científico del tipo de, por ejemplo, Newton, Pasteur, Kelvin o Planck. Y no lo fue solo porque la suya constituyera otra manera de investigar, de relacionarse con la naturaleza, sino porque, en efecto, fue una peculiar combinación de viajero, aventurero, científico, político e incluso filósofo. Quería conocer y comprender la naturaleza, pero de una forma global, no especializándose en algún pequeño —por mucho que su importancia fuese fundamental— rincón de ella.

Lo tuvo todo para brillar en la vida. Todo, porque nació en el seno de una familia acaudalada, perteneciente a la pequeña nobleza. No le faltaron, pues, facilidades para disfrutar de una magnífica educación, que al principio recibió de tutores en la mansión familiar. No obstante, su infancia transcurrió en soledad, atenuada únicamente por la presencia y compañía de su hermano, «el otro gran Humboldt»: Wilhelm von Humboldt (1767-1835), el hombre de Estado y lingüista, recordado sobre todo por haber fundado la Universidad de Berlín (su estatua, separada de la de su hermano por otra de Hermann von Helmholtz, el «científico total», adorna todavía la fachada de este centro en el hermoso paseo berlinés Unter den Linden).

Ahora bien, la soledad puede ser madre de muchos vástagos. La timidez es uno de ellos, pero también lo son la fantasía y la imaginación. Y la solitaria niñez del joven Alexander constituyó un espléndido nutriente para que el débil y aparentemente distraído niño imaginase mundos por conocer y conquistar. La vida, la biografía que el más pequeño de los hermanos Humboldt terminaría edificando para sí mismo, le daría amplia oportunidad de conocer tales mundos, empresa en la que le ayudó y animó el escritor, etnólogo, naturalista y viajero alemán Georg Forster. Este había participado en el segundo viaje alrededor del mundo del capitán James Cook, con el que viajó en la primavera de 1790 a Inglaterra. En su visita a París durante la Revolución Francesa escribió en una carta fechada el 3 de enero de 1791: «La vista de los parisinos, con su Asamblea Nacional y su todavía incompleto Templo de la Libertad, al que yo mismo acarreé arena, me conmovió como una visión en el alma». Francia, de hecho, fue una nación muy querida por Humboldt, que vivió largos años en su capital, donde entró en contacto con científicos de la talla de Cuvier, Arago, Gay-Lussac, Laplace, Berthollet o Delambre.

Sin embargo, antes de que el aristócrata recluido en su mansión se convirtiese en explorador y científico, su familia pensó que el hogar más seguro para su futura existencia sería el de la administración pública. Hizo, por consiguiente, que ingresase en la Escuela de Comercio de Hamburgo. Terminados sus estudios allí, en la primavera de 1790, solicitó una plaza en el Ministerio de Industria y Minas. Pero para ser admitido tuvo que realizar un curso en la Escuela de Minas de Friburgo. El resultado fue que, en febrero de 1792, se convirtió en Inspector Auxiliar de Minas en Berlín, un empleo que le facilitó, desde dentro de la administración, viajes y contacto con la ciencia y la técnica, así como con la realidad social, a la que Humboldt nunca fue ajeno.

Si su condición social hubiese sido otra, seguramente no habría llegado a ser el hombre al que recordamos y honramos, puesto que no habría podido disponer de los recursos económicos que le permitieron convertirse en un explorador que utilizaba sus viajes para investigar la geografía terrestre y los fenómenos que tienen lugar en ella. Pero cuando su madre murió, en 1796 —su padre había fallecido siendo él un niño—, Alexander von Humboldt pudo disponer de una herencia cuantiosa, con la que abandonó el servicio de Minas, dedicándose a algo que le gustaba mucho más: viajar y profundizar en sus conocimientos científicos.

En 1797, mientras estaba en Jena, llevó a cabo investigaciones sobre el galvanismo y los efectos químicos en animales y plantas. Por aquel entonces estaban en vigor las ideas del anatomista italiano Luigi Galvani, que pensaba que existía una «electricidad animal», tesis que refutó su compatriota el físico Alessandro Volta, quien demostró que tal electricidad no tenía su origen en los animales —en las célebres ranas de Galvani—, sino en el contacto entre diferentes metales; con estos hallazgos, Volta construiría en 1800 la primera pila —o batería— eléctrica. Allí, en Jena, Humboldt conoció a Goethe, el literato amante de las ciencias, y se dejó influir por sus ambiciosas y filosóficas visiones. Además, aprendió las técnicas de medición geodésica y geofísica que constituyeron uno de los puntos fuertes de su posterior empresa científica, que se basaría en describir la naturaleza prestando especial atención a las interrelaciones entre las diferentes fuerzas físicas existentes en ella. «He concebido la idea de una física del mundo», escribió el 24 de enero de 1796 a un colega. Y en ningún lugar u ocasión mostró más y mejor lo que quería decir que en el viaje que, junto con el botánico francés Aimé Bonpland (1773-1858), realizó por América del Sur durante cinco años: desde el 5 de junio de 1799, cuando zarparon de La Coruña hacia el Nuevo Mundo, hasta el 1 de agosto de 1804, cuando llegó a Burdeos.

En Sudamérica florecieron los talentos de Alexander von Humboldt. El niño al que su madre consideraba débil y apocado se reveló como un dedicado y atento científico, además de un intrépido y resistente explorador que estableció, por ejemplo, un nuevo récord mundial al subir al Chimborazo en junio de 1802, a pesar de que no pudo alcanzar su cumbre. Habitualmente, la ciencia se hace en el laboratorio, efectuando experimentos, o en el despacho, construyendo teorías. Pero Humboldt, por el contrario, la hizo en el campo, midiendo todo lo que podía medir (presiones atmosféricas, temperaturas, altitudes, coordenadas geográficas, campos magnéticos...), recogiendo plantas (recolectó unas sesenta mil, de las cuales 6.300 eran desconocidas en Europa) o estudiando pueblos y sus costumbres. En pocas palabras, hizo de la naturaleza su laboratorio. Se movió con igual soltura y afán en los dominios de la física terrestre y del aire, de la geología, la meteorología, la mineralogía, la geografía, la botánica, la etnografía, la política y la economía. Las monografías que después de su viaje publicó sobre Cuba y México constituyen un ejemplo particularmente transparente de su versatilidad e interdisciplinariedad: fueron los primeros estudios geográficos de esos lugares en términos ciéntificos, políticos y económicos.

Al recordar aquel viaje de Humboldt y su amigo Bonpland, inevitablemente viene a la memoria el recuerdo del joven Charles Darwin, que se embarcó en el ahora célebre Beagle, zarpando del puerto de Portsmouth el 27 de diciembre de 1831, en un viaje que lo llevó a las islas de Cabo Verde, así como a Río de Janeiro, Montevideo, Bahía Blanca, Buenos Aires, Santa Fe, la Patagonia, la Tierra del Fuego, el estrecho de Magallanes, Valparaíso, Perú, el archipiélago de las Galápagos, Tahití, Nueva Zelanda, Australia, el cabo de Buena Esperanza y las islas de Ascensión, Canarias y Azores, antes de regresar a Inglaterra, cinco años después, convertido en una persona humana y, sobre todo, intelectualmente, muy distinta. Es cierto que Humboldt no produjo algo parecido a lo que Darwin, quien enriquecido por todo lo que había visto desarrolló la teoría de la evolución de las especies, pero frutos tan exquisitos son raros y no debemos minusvalorar al científico alemán porque sus esfuerzos y logros no condujeran a algo semejante. La ciencia no progresa solo gracias a los Darwin; los Humboldt —y otros perseguidores del dato científico mucho más humildes— también son imprescindibles. Si la ciencia es, en una u otra medida, observación empírica, Alexander von Humboldt reinó a sus anchas en el territorio del empirismo.

Fruto de los casi cinco años de viajes por América fueron los 34 volúmenes de Voyage aux régions équinoxiales du Nouveau Continent, fait en 1799, 1800, 1801, 1802, 1803 et 1804, par Al. De Humboldt et A. Bonpland (hay trad. cast.: Viaje a las regiones equinocciales del Nuevo Continente, Monte Ávila, Caracas, 1991). El primer tomo, dedicado a la geografía de las plantas, apareció en 1805; el último vio la luz en 1834. De esta fantástica serie, que consumió mucho tiempo y dinero —alrededor de 780.000 francos— de su autor, forman parte clásicos como Essai politique sur le royaume de la Nouvelle Espagne (2 vols., 1808-1811. Hay trad. cast.: Ensayo político sobre el reino de la Nueva España, Porrúa, México, 2011) o la Relation historique du voyage aux régions équinoxiales du Nouveau Continent (Relación histórica del viaje a las regiones equinocciales del Nuevo Continente, 3 vols., 1814-1817, 1819-1821, 1835-1831).

Cuando regresó a Europa, Humboldt era aún un hombre joven: estaba a punto de cumplir treinta y cinco años. Tenía toda una vida por delante, que pasó bien en su amado París, bien en Berlín, siempre sirviendo —en teoría, al menos— a Prusia como diplomático, pues sus viajes a América lo habían dejado en una posición económica que lo obligaba a necesitar algún salario fijo. Aunque la fama lo rodeó crecientemente, no se dejó desviar de lo que para él era, más que un trabajo, un proyecto de vida. Así, no solo completó la serie de los Voyages, sino que también aceptó la invitación de Rusia para participar, en 1829, en una expedición a los Urales con fines mineros y geológicos. No pudo, sin embargo, llevar a cabo dos proyectos muy queridos para él: explorar el Himalaya y viajar al interior de Asia, pues parece que la Compañía de las Indias Orientales se opuso a este proyecto, temerosa de que el viaje se emplease para descubrir nuevos recursos naturales de los que se beneficiasen otros.

Pero de esa segunda etapa de su vida posiblemente nada brille más que una obra a cuya escritura se dedicó con pasión: Kosmos, cuyo primer volumen apareció en Alemania en abril de 1845. La muerte le llegaría antes de ver publicado el quinto volumen. El 14 de julio de 1833, en una carta al astrónomo y matemático Friedrich Wilhelm Bessel, escribió:

Es el trabajo de mi vida: debería reflejar mi concepción y visión de las relaciones sin explorar que se dan en la naturaleza, según mis propios experimentos y lo que con tanto trabajo he averiguado a través de lecturas en muchos idiomas.

En el prefacio, firmado en Postdam en noviembre de 1844, Humboldt dejó claro qué pretendía con esta magna aunque también popular obra:

En el Kosmos, lo mismo que en los Cuadros de la Naturaleza, he procurado hacer patente que no es absolutamente inconciliable la descripción ajustada y exacta de los fenómenos con la pintura viva o animada de las imponentes escenas de la creación.

Tal fue, a grandes rasgos, Alexander von Humboldt. No podemos, es cierto, decir de él que figura entre los más grandes exploradores, inventores o científicos del pasado, pero su energía, visión y esfuerzos integradores —vio unidad donde la mayoría solo atisbó diversidad—, así como todos los escritos que nos dejó, hacen que su memoria no se haya desvanecido en los casi infinitos cajones de la historia.

Notas autobiográficas de Alexander von Humboldt

En la carta que dirigió desde Aranjuez a Carlos IV de España el 11 de marzo de 1799 pidiéndole permiso para viajar a los reinos españoles en América, Alexander von Humboldt incluyó una pequeña autobiografía que reproduzco a continuación, ya que ayuda a comprender su personalidad:

Después de haber disfrutado de una educación muy cuidada en la casa paterna y de la enseñanza de los sabios más distinguidos de Berlín, terminé mis estudios en las universidades de Gotinga y Fráncfort. Destinado entonces a la carrera de Hacienda, estuve durante un año en la Escuela de Comercio de Hamburgo, establecimiento dedicado tanto a la instrucción de negociantes, como a la de personas, que debían servir al Estado en la dirección del comercio, de los bancos y de las manufacturas. El éxito poco merecido que tuvo mi primera obra sobre las montañas basálticas del Rin, hizo desear al jefe de nuestras minas, el barón de Heiniz [¿Heinz?], que me ofreciese al servicio de su departamento. Hice por entonces un viaje de mineralogía y de historia natural por Holanda, Inglaterra y Francia, bajo la dirección de George Forster, célebre naturalista, que había dado la vuelta al mundo con el capitán Cook. A él debo los pocos conocimientos que poseo. A la vuelta de Inglaterra aprendí la práctica de la minería en Freiberg y en Harz. Habiendo hecho algunas experiencias útiles para el ahorro del combustible en el cocimiento de sal y habiendo publicado una pequeña obra relativa a este asunto (traducida al francés por Coquevert), el rey me envió a Polonia y al sur de Alemania para estudiar las minas de sal gema de Vieliezca, Hallein, Berchtesgaden… Los planes que puse en marcha sirvieron para los nuevos establecimientos de las salinas de Magdeburgo. Aunque no estuve en el servicio más que ocho meses, S. M., habiendo incorporado a la Corona los Margraviatos de Franconia, me nombró director de minas de estas provincias; estuve consagrado a la práctica de la minería durante tres años y la fortuna favoreció de tal manera mis empresas que las minas de alumbre, de cobalto, e incluso las de oro de Golderonach comenzaron enseguida a volverse rentables para las arcas del Rey. Satisfecho de estos progresos, se me envió por segunda vez a Polonia, para dar noticias acerca del provecho que se podría sacar de las montañas de esta nueva provincia, que se llamó desde entonces Prusia meridional. Dirigí a la vez los proyectos para la mejora de las fuentes salinas situadas a orillas del Báltico. Fue durante esta estancia continuada en las minas cuando hice una serie de experiencias bastante peligrosas sobre los medios de volver menos nocivas las mofetas subterráneas, y salvar a las personas asfixiadas. Conseguí construir mi nueva lámpara antimefítica, que no se apagaba con ningún gas, y la máquina de respiración, instrumentos que sirven al mismo tiempo a los minadores militares cuando el contraminador impide sus trabajos con humo. Este aparato tuvo aprobación del Consejo de Guerra y su simplicidad lo ha hecho extenderse rápidamente por el extranjero. Publiqué también durante este período una obra de botánica, Flora Fribergensis. La fisiología química de los vegetales, traducida a numerosas lenguas, y un gran número de memorias de física y de química, contenidas en parte en los periódicos de Francia e Inglaterra.

A la vuelta de Polonia no dejé por mucho tiempo la mansión de las montañas acompañando a Mr. de Hardenberg en sus negociaciones políticas, que el Rey le había encargado poco antes de la paz de Basilea. Lo seguí en su vista a los ejércitos, acantonados en las riberas del Rin, en Holanda y en Suiza. Fue allí cuando tuve la oportunidad de visitar la alta cadena de los Alpes, el Tirol, la Saboya y el resto de la Lombardía. Cuando al año siguiente las tropas francesas avanzaron hacia la Franconia, fui enviado al cuartel general de Moreau para negociar sobre la neutralidad de algunos príncipes del Imperio, cuya protección había asumido el Rey.

Teniendo un ardiente deseo de ver otra parte del mundo y de verla con la referencia de la física general, de estudiar no solamente las especies y sus caracteres, estudio que se ha hecho casi exclusivamente hasta hoy día, sino la influencia de la atmósfera y de su composición química sobre los cuerpos organizados; la formación del globo, las identidades de las capas (estratos) en los países más alejados unos de otros, en fin, las grandes armonías de la naturaleza; tuve el deseo de dejar por algunos años el servicio del Rey y de sacrificar una parte de mi pequeña fortuna al progreso de las Ciencias. Solicité mi licencia, pero S. M., en lugar de concedérmela, me nombró su Consejero Superior de Minas, aumentando mi pensión y permitiéndome hacer un viaje de historia natural. No pudiendo ser útil a mi patria en una ausencia tan grande, no acepté la pensión, dando las gracias a S. M. por una gracia menos acorde a mi poco mérito que al de un padre, que gozó hasta su muerte de la confianza más distinguida de su Soberano.

Para prepararme a un viaje, cuyos fines debían ser tan variados, reuní una escogida colección de instrumentos de astronomía y de física, para poder determinar la posición astronómica de los lugares, la fuerza magnética, la declinación y la inclinación de la aguja imantada, la composición química del aire, su elasticidad, humedad y temperatura, su carga eléctrica, su transparencia, el color del cielo, la temperatura del mar a una gran profundidad, etc.

Habiendo hecho entonces algunos descubrimientos sorprendentes sobre el fluido nervioso y la manera de estimular los nervios por agentes químicos, aumentando y disminuyendo la irritabilidad a voluntad, sentí necesidad de hacer un estudio más singular de la anatomía. Con este objeto estuve cuatro meses en la Universidad de Jena y publiqué los dos volúmenes de mis Experiencias sobre los nervios y el proceso químico de la vitalidad, obra cuya traducción ha aparecido en Francia. Me trasladé de Jena a Dresde y Viena para estudiar las riquezas botánicas y para entrar nuevamente en Italia. Los sucesos de Roma me hicieron desistir de este proyecto y encontré durante mi estancia en Salzburgo un nuevo método para analizar el aire atmosférico, método sobre el cual he publicado una memoria con Vauquelin. Al mismo tiempo acabé la construcción de mi nuevo barómetro y de un instrumento, que he llamado Antracómetro, porque mide la cantidad de ácido carbónico contenido en la atmósfera. Con la esperanza de poder llegar hasta Nápoles, partí hacia Francia, donde trabajé con los químicos de París durante cinco meses. Leí numerosas memorias en el Instituto Nacional, contenidas en los Annales de Chimie (Anales de química), y publiqué dos obras, una acerca las mofetas de las minas y los medios de volverlas menos dañinas, la otra sobre el análisis del aire. Habiendo resuelto el Directorio francés hacer un viaje alrededor del mundo con tres buques bajo el mando de capitán Baudin, fui invitado por el Ministerio de Marina a unir mis trabajos a los de los sabios que debían ir en esta expedición. Me preparaba ya para partir hacia el Havre, cuando la falta de fondos hizo fracasar este proyecto. Decidí entonces irme a África para estudiar el Atlas; aguardé durante dos meses a mi embarcación en Marsella, pero los cambios del sistema político ocurridos en Argel me hicieron renunciar a este proyecto y tomé el camino de la península para solicitar la protección de S. M. Católica para un viaje a América, cuyo éxito colmaría mis deseos.

Gracias a sus buenas relaciones, Humboldt consiguió el permiso, algo que constituyó una novedad, pues hasta entonces la Corona española se había negado a permitir que los extranjeros visitasen la España ultramarina (la expedición francesa, organizada por la Academia de Ciencias de París y dirigida por La Condamine, para medir en la zona del ecuador un arco de meridiano, con el fin de determinar la verdadera forma de la Tierra, que tuvo lugar entre 1735 y 1746, penetró en los dominios hispanos en América, pero solo fue autorizada con la condición de que en ella participasen también dos representantes españoles, los marinos Jorge Juan y Antonio de Ulloa).

Aquella autorización cambió la vida de Humboldt.

Carl Sagan nació en Nueva York el 9 de noviembre de 1934. Hoy, cuando escribo estas líneas, no tardaría en cumplir ochenta y tres años. Sería un hombre mayor, pero bien podría estar en buena forma, sobre todo intelectual. No fue así, sin embargo, ya que un cáncer acabó con su vida el 20 de diciembre de 1996. La familia en cuyo seno nació fue muy diferente a la de Alexander von Humboldt: su padre era un obrero de la industria textil. Pero tuvo algo de lo que ninguno de los hermanos Humboldt disfrutó: amor y atención de sus padres.

Notas autobiográficas de Carl Sagan

En su libro Cosmos el científico estadounidense recordó el mundo, el pequeño mundo en el que creció:

Cuando yo era pequeño vivía en una sección de Bensonhurst, Brooklyn, en la ciudad de Nueva York. Conocía a fondo todo mi vecindario inmediato, los edificios, los palomares, los patios, las escalinatas de entrada, los descampados, los olmos, las barandas ornamentales, los vertederos de carbón y las paredes para jugar al frontón, entre ellas la fachada de ladrillo de un teatro conocido como el Stillwell de Loews, que era inmejorable. Sabía dónde vivía mucha gente: Bruno y Dino, Ronald y Harvey, Sandy, Bernie, Danny, Jackie y Myra. Pero pasadas unas pocas travesías, al norte de la calle 86, con su retumbante tráfico de coches y su tren elevado, se extendía un territorio extraño y desconocido, que quedaba fuera de mis vagabundeos. Sabía yo tanto de aquellas zonas como de Marte.

Aunque me fuera pronto a la cama, en invierno se podían ver a veces las estrellas. Las miraba y las veía parpadeantes y lejanas; me preguntaba qué eran. Se lo preguntaba a niños mayores y a adultos, quienes se limitaban a contestar: «Son luces en el cielo, chaval». Yo ya veía que eran luces en el cielo, pero ¿qué eran? ¿Eran solo lamparitas colgando de lo alto? ¿Para qué estaban allí? Me inspiraban una especie de pena: era un tema cuya extrañeza de algún modo no afectaba a mis indiferentes compañeros. Tenía que haber alguna respuesta más profunda.

Cuando tuve la edad correspondiente mis padres me dieron mi primer carnet de lector. Creo que la biblioteca estaba en la calle 85, un territorio extraño. Pedí inmediatamente a la bibliotecaria algo sobre las estrellas. Ella volvió con un libro de fotografías con los retratos de un hombre y una mujer cuyos nombres eran Clark Gable y Jean Harlow. Yo me quejé, y por algún motivo que entonces no entendí ella sonrió y me buscó otro libro: el que yo quería. Lo abrí ansiosamente y lo leí hasta encontrar la respuesta: el libro decía algo asombroso, una idea enorme. Decía que las estrellas eran soles, pero soles que estaban muy lejos. El Sol era una estrella, pero próxima a nosotros [...]

Más tarde leí otra cosa asombrosa. La Tierra, que incluye a Brooklyn, es un planeta y gira alrededor del Sol. Hay otros planetas. También giran alrededor del Sol; algunos están cerca de él y otros más lejos. Pero los planetas no brillan por su propia luz, como le sucede al Sol. Se limitan a reflejar su luz. Si uno se sitúa a una gran distancia le será imposible ver la Tierra, y los demás planetas quedarán convertidos en puntos luminosos muy débiles perdidos en el resplandor del Sol. Bueno, en este caso, pensé yo, lo lógico era que las demás estrellas también tuvieran planetas, planetas que todavía no hemos detectado, y algunos de esos planetas deberían de tener vida (¿por qué no?), una especie de vida probablemente diferente de la que conocemos aquí, en Brooklyn. Decidí, pues, que yo sería astrónomo, que aprendería cosas sobre las estrellas y los planetas y que si me era posible iría a visitarlos.

Tuve la inmensa fortuna de contar con unos padres y con algunos maestros que apoyaron esta ambición rara, y de vivir en esta época, el primer momento en la historia de la humanidad en que empezamos a visitar realmente otros mundos y a efectuar un reconocimiento a fondo del cosmos. Si hubiese nacido en otra época muy anterior, por grande que hubiese sido mi dedicación, no hubiese entendido qué son las estrellas y los planetas. No habría sabido que hay otros soles y otros mundos. Es este uno de los mayores secretos, un secreto arrancado a la naturaleza después de un millón de años de paciente observación y de especulación audaz por parte de nuestros antepasados.

Sagan pudo, efectivamente, cumplir sus deseos. Se matriculó en el curso 1951-1952, con apenas dieciséis años, en la Universidad de Chicago, una de las pocas que admitían estudiantes tan jóvenes. Allí tuvo la ocasión, y la fortuna, de recibir clases del genetista Hermann J. Muller y del químico Harold Urey, ambos premios Nobel —de Medicina y Química, respectivamente—, quienes lo introdujeron en el estudio del origen de la vida. Así pudo conocer de primera mano los resultados del experimento que Stanley Lloyd Miller, un estudiante posgraduado en Chicago, realizó en 1956 bajo la dirección de Urey. En su recreación, Miller simuló el efecto de la radiación ultravioleta en la «sopa primigenia» existente en la Tierra primitiva, obteniendo diversos productos químicos, entre los que se encontraban varios aminoácidos. Estas moléculas son muy importantes: las proteínas, sustancias básicas para la vida, son cadenas muy largas de aminoácidos (volveré, en el capítulo 5, a este experimento).

El origen de la vida en el planeta Tierra y en el universo, campo que terminó por denominarse «exobiología», sería uno de los grandes intereses de Sagan, a pesar de que él no siguió el camino de la biología, sino el que soñó de niño, el de la astrofísica. En 1954 obtuvo la licenciatura; dos años después, un máster en física, y, en 1960, el doctorado con una tesis, dirigida por el especialista en planetas Gerard Kuiper. Esta última se tituló Physical Studies of Planets (Estudios físicos de planetas) y estaba dedicada principalmente a investigar el efecto invernadero en Venus. Los radiotelescopios habían mostrado por entonces que este planeta emitía una cantidad muy alta de ondas de radio. En su tesis, Sagan defendió la idea de que ello se debía a que la superficie de Venus estaba muy caliente, argumentando que un efecto invernadero que implicase masivas cantidades de dióxido de carbono y pequeñas de vapor de agua explicaría semejantes temperaturas. El vehículo espacial soviético Venera IV en 1967 y las dos sondas estadounidenses Pioneer Venus, lanzadas en 1978, confirmaron sus ideas.

Mientras estudiaba en Chicago, Sagan conoció a una joven bióloga que también alcanzaría la fama como científica y como escritora, Lynn Margulis, con la que se casó en 1957. Seis años después, y con dos hijos comunes, se divorciarían. En aquel tiempo, tras doctorarse, Sagan estuvo en la Universidad de California en Berkeley (1960-1962) y en la Universidad de Harvard (1962-1968), antes de llegar a la Universidad Cornell, en 1977, como titular de la cátedra David Duncan y director del Laboratorio de Estudios Planetarios. En esta última pasaría el resto de su vida.

Cumpliendo sus sueños infantiles, a lo largo de su carrera Sagan participó en numerosos experimentos de las misiones planetarias Mariner, Viking, Voyager y Galileo de la NASA, contribuyendo —además de a desvelar el ya citado misterio de la elevada temperatura que reina en Venus— a explicar que los cambios estacionales en Marte son provocados por polvo arrastrado por el viento, o que la neblina rojiza de Titán se debe a las moléculas orgánicas presentes en su atmósfera.

Sus investigaciones sobre Marte, la observación de que las tormentas que se producían sobre el llamado planeta rojo y que, aparentemente, enfriaban su superficie calentando la atmósfera, tuvieron una consecuencia inesperada: la de alertar sobre la posibilidad de que se produjese en la Tierra un invierno nuclear.

En diciembre de 1983, Sagan publicó junto con Richard Turco, Brian Toon, Thomas Ackerman y James Pollack un artículo en el que se analizaban las posibles consecuencias de una guerra nuclear. Sugerían que incluso un número no demasiado grande de explosiones nucleares podrían cambiar drásticamente el clima mundial al iniciar miles de fuegos intensos que lanzarían a la atmósfera cientos de miles de toneladas de humo, lo que daría lugar a una disminución de la temperatura media global de entre diez y veinte grados, produciendo lo que denominaron «invierno nuclear». Sagan fue muy pronto consciente de todas las consecuencias que este resultado implicaba, así que procuró darle toda la difusión posible. Escribió, por ejemplo, un libro con Richard Turco titulado Un efecto imprevisto: el invierno nuclear (1990), en el que insistían sobre las terribles consecuencias de una guerra nuclear:

En 1982 ya había quedado claro para los autores de este libro —y para algunos más— que las consecuencias de una guerra nuclear podrían ser mucho peores que cuanto sabían o comprendían los dirigentes civiles y militares de las naciones-Estado en contienda. Habíamos emprendido la investigación de lo que, más tarde, llamamos invierno nuclear, con muy pocas ideas preconcebidas; y, de haberlas, se trataba más bien de que la guerra nuclear, como mucho, provocaría una pequeña oscilación en el clima local. Y esta era seguramente la opinión predominante desde el descubrimiento de las armas nucleares. Pero, en la actualidad, nuestros cálculos han revelado la posibilidad de una catástrofe climática a nivel general.

Y algo más adelante, con evidente satisfacción manifestaban:

Hoy, la gente y los líderes del mundo parecen mucho más conscientes de los peligros de una guerra nuclear de lo que eran al iniciarse los años ochenta, en el momento en el que se descubrió el invierno nuclear. Creemos que resulta posible [...] que el invierno nuclear tenga algo que ver con este cambio en las actitudes y en la conciencia, que la «pura y simple amenaza del fin del mundo» —o algo semejante— al fin ha comenzado a cambiar las cosas.

Es difícil estimar en qué medida las enseñanzas de un trabajo científico y las manifestaciones posteriores de sus autores —aunque uno de ellos fuese tan conocido como Carl Sagan— influyen en la opinión mundial y, sobre todo, en las actitudes de los políticos, pero no parece exagerado suponer que en esta ocasión lo que Sagan y Turco decían en su libro era verdad: el descubrimiento de la posibilidad de un invierno nuclear tenía algo que ver con algunos cambios de actitudes que se produjeron en la política internacional relativa al armamento atómico. Precisamente por ello, mencionaba antes que, exagerando un tanto, se podría denominar a Sagan por este trabajo y la energía que desplegó en hacer públicas sus principales consecuencias «el hombre que salvó el mundo».

Explorar el universo, participar en programas de investigación en los que artilugios tecnológicos suministran cantidades ingentes de datos, resulta maravilloso para todo aquel que alguna vez soñó con dedicarse a la astrofísica. ¿Quién de esas personas no habrá sentido que sus sueños se han cumplido cuando forma parte de grupos de investigadores cuyos trabajos permiten averiguar cómo son mundos planetarios como Titán, satélite que orbita en torno a Saturno, que posee una atmósfera formada en su 80 % de nitrógeno y está rodeado por una densa capa de niebla opaca, compuesta de polímeros orgánicos complejos? Pero, aun siendo todo esto prácticamente lo máximo a lo que cualquier joven astrofísico puede aspirar, es posible imaginar un deseo más para los más ambiciosos, para los más soñadores: investigar si estamos o no, los humanos, solos en el universo, si existe vida inteligente en él, entendiendo por «inteligente» sistemas biológicos capaces de desarrollar formas de comprensión y comunicación organizadas, lógicas. A esta búsqueda se unió también Sagan, de entrada en colaboración con Frank Drake, dentro del proyecto de Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre, conocido por sus siglas en inglés SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence).

Sagan empleó sobre todo instrumentos mediáticos para luchar contra aquellos que se oponían o simplemente ignoraban las investigaciones en busca de inteligencia extraterrestre. Su novela Contacto (1985), que dio origen, en 1997, cuando él ya había fallecido, a una película de éxito, es un ejemplo en tal sentido. Pero en muchos otros de sus libros aparece también el tema de la vida extraterrestre, como en Los dragones del Edén, por el que recibió en 1978 el Premio Pulitzer de Literatura General de No Ficción, en el que repasaba el desarrollo de la inteligencia humana, especulando al mismo tiempo sobre las posibilidades de su evolución. Esta fue la primera vez que este reconocimiento recayó en un libro de ciencia.

Con las obras de divulgación científica o de, simplemente, ensayo se llega a una de las facetas imprescindibles para comprender a Carl Sagan. Y es que si consiguió ser un científico mundialmente famoso fue por esos libros —además de los ya citados, es preciso recordar El cerebro de Broca, publicado en 1979— y, muy especialmente, por la serie de televisión que presentó en 1980: Cosmos. Esta serie fue seguida por cientos de millones de espectadores en todo el mundo (500 millones en sesenta países según la estimación oficial); en ella explicaba cómo surgió la vida, la civilización, y la ciencia sobre la Tierra. El libro subsiguiente, también titulado Cosmos, se mantuvo en la lista de los libros más vendidos de The New York Times durante setenta semanas.

Mejor y seguramente antes que nadie, Sagan comprendió que el mundo en el que vivía estaba dirigido en buena medida por periódicos, radios, televisiones o por libros de éxito, por best sellers. Reparó en que no era —no es— posible influir en el mundo sin abandonar los estrechos márgenes de la ciencia; que si los científicos pensaban que la actividad y el producto al que dedicaban la mayor parte de sus vidas representaba un instrumento y un conjunto de saberes que la sociedad debía conocer, entonces no se debían contentar con producirlos, esperando —en vano— a que esa ciudadanía viniese humilde y agradecida a recoger los frutos que tan penosamente habían producido. Al contrario: los propios científicos tenían —tienen— que luchar por difundirlos en la dura arena de los medios de comunicación de masas. En esa lucha tampoco era o es suficiente poseer conocimientos científicos y una cierta destreza expositiva, sino que hacía y hace falta algo más que «una cierta habilidad expositiva». Salvo excepciones, no se trata solo, ni siquiera principalmente, de informar sobre la ciencia a los legos; hay que hacer esto, sí, pero dando vida y emoción a las cuestiones, los problemas o los mundos científicos que se desea tratar, combinando rigor y racionalidad con sensibilidad y humanidad. Si los lectores no vibran con un libro de ensayo o de divulgación científica, no se emocionan, no sienten que sus almas se conmueven, por el motivo que sea, entonces obra y autor terminarán por pasar al olvido, por representar únicamente un episodio insignificante en sus vidas, lo que quiere decir que no habrán ejercido el efecto saludable, liberador intelectual y humanamente, que deberían desempeñar. Y, hasta cierto punto, está bien que así sea. Ciencia sí, pero no ciencia fría, sino ciencia a la que nada de lo humano le sea ajeno.

Sagan fue un maestro en todo esto, imponiendo un modelo que muchos otros científicos han intentado seguir, aunque pocos lo hayan alcanzado. Y así, a través de sus libros y programas de televisión, al igual que en sus innumerables apariciones en los medios de comunicación, no solo ayudó a causas científicas como la de la búsqueda de inteligencia extraterrestre, sino que contribuyó a que se considerase, como reza el subtítulo que puso a su último libro, El mundo y sus demonios (1995), a la ciencia «como una luz en la oscuridad». En su defensa apasionada de las virtudes de la ciencia había también un fuerte elemento de compasión por sus semejantes, un hecho este que muy probablemente explica parte de su éxito: las personas terminan por darse cuenta de quienes se acercan a ellas por mero interés o por amor. «En todo el mundo —escribió en ese último libro que acabo de citar— hay una enorme cantidad de individuos inteligentes, incluso con un talento especial, que se apasionan por la ciencia. Pero no es una pasión correspondida. Los estudios sugieren que un 95 % de los americanos son “analfabetos científicos”. Es exactamente la misma fracción de afroamericanos analfabetos, casi todos esclavos, justo antes de la guerra civil, cuando se aplicaban severos castigos a quien enseñara a leer a un esclavo.» ¿Quién no reconocerá en estas líneas un sentimiento de piedad —y de indignación— por la mayor parte de las personas, a las que se despoja —incluso a las más dotadas— de la ciencia, un bien que tanto les reportaría?

CAPÍTULO 1

UNA CONVERSACIÓN SOÑADA ENTRE SAGAN Y VON HUMBOLDT

Carl Sagan falleció el 20 de diciembre de 1996, a la edad de sesenta y dos años. El golpe final llegó con una neumonía, pero en realidad esta fue consecuencia del debilitamiento de su sistema inmunitario debido a la lucha que llevaba manteniendo durante dos años contra una mielodisplasia, una enfermedad que ataca a la médula ósea, impidiendo que esta produzca los necesarios glóbulos rojos. La prácticamente única vía posible de solución —mejor sería decir «de salvación»— era un trasplante de médula, al que se prestó su hermana Cari. Y como sucede con los trasplantes de órganos, antes era necesario suprimir el sistema inmunitario, para lo cual Sagan tuvo que someterse a un duro tratamiento con medicamentos que le producían náuseas tan fuertes que tenía que combatirlas con más fármacos. Antes de someterse a la operación, tuvo que tomar 72 pastillas de un tóxico denominado busulfán, para que destruyese todas las células de su medula, las buenas al igual que las malas.

En semejante estado, físico y anímico, es fácil imaginar que la vida onírica de Carl Sagan se intensificase, que los sueños se apoderasen de él como nunca antes había sucedido. Una conversación que mantuve con una persona que conocía bien a Sagan en uno de esos congresos a los que los científicos van me reveló que esto es lo que había sucedido. La charla que tuve con aquel científico se produjo hacia las tres de la madrugada, en una de las salas del hotel en el que nos alojábamos, incapaces ambos de dormir por el jet lag. De hecho, con el paso del tiempo cada vez me entran más dudas de si aquella conversación tuvo lugar realmente o no fue más que otro sueño, esta vez mío; uno de esos sueños que nos cuesta distinguir de la realidad. El científico ya ha fallecido, de manera que no puedo averiguar si conversamos o no. Seguramente, tampoco me habría atrevido a preguntarle, ya que se trataba de un investigador muy distinguido, mientras que yo carecía de importancia. Si hablamos, si charlamos, fue por esa intimidad que produce la noche y un entorno extraño. Por consiguiente, no debe el lector tomar a pies juntillas que lo que sigue es algo verídico. Pudo o no pudo ser real, pero como el viejo dicho italiano: «Se non è vero, è ben trovato».

¿Y qué es lo que me contó aquel hombre, de cuyo nombre bien me acuerdo, pero no puedo nombrar?

Carl Sagan: Esta noche tuve un sueño extraño, a la vez que maravilloso, tan vívido que aún no estoy seguro de si fue realmente un sueño o sucedió en uno de esos universos paralelos que, parece, existen y al que tuve un acceso, fugaz sí, pero real. ¿Tal vez a través de un agujero de gusano, algo parecido a lo que yo mismo imaginé en aquella novela que escribí, Contacto? Soñé que me reunía con el gran Alexander von Humboldt. Estábamos en una gran sala, atestada de libros y de todo tipo de objetos, entre ellos instrumentos científicos. Dominaban los que bien pudieron pertenecer al barón, pero también había otros con los yo estaba familiarizado: revistas, separatas de artículos, una computadora…

De cualquier manera, aunque fuese, como seguramente fue, un mero sueño —ya me han advertido mis médicos que la medicación tan fuerte que me están suministrando puede producir pesadillas, incluso alucinaciones—, voy a poner por escrito lo que recuerdo de esa conversación. A lo largo de mi vida he gozado de experiencias inolvidables, pero ninguna se puede comparar con esta. Merece la pena vivir, aunque sea en el estado en que yo me encuentro ahora, probablemente en el final de mi camino, aunque solo sea por sueños (?) como este.

¡Barón Humboldt! ¡Herr Alexander von Humboldt! ¿Es usted?

Alexander von Humboldt: Sí, y usted el profesor Carl Sagan, ¿verdad? Sé mucho de usted, he seguido su carrera y leído sus libros. Me fascinó la serie de televisión que dirigió, Cosmos, ¡un magnífico invento ese de la televisión; me costó entender su base científica, pero lo logré! Y también leí el libro. Tengo que confesarle que al principio me molestó. ¡Me copió el título y cuando busqué en él alguna referencia a mí, únicamente encontré una, bastante estúpida, por cierto! ¡Y en una miserable nota a pie de página! «Alexander von Humboldt —escribió usted— propuso por primera vez que los aerolitos y los meteoritos están relacionados con los cometas. Lo hizo en una gran obra de popularización de toda la ciencia, publicada entre los años 1845 y 1862, llamada Kosmos.»

Carl Sagan y Alexander von Humboldt, «hermanos» en el estudio del cosmos.

¡Popularización de la ciencia!, no importa que dijera «de toda la ciencia». ¿Así definía mi libro, la obra de mi vida? Le recuerdo lo que escribí en el prefacio del primer tomo: «Próxima a su fin mi existencia, ofrezco a mis compatriotas una obra que ocupa mi pensamiento hace ya medio siglo. La he abandonado en diferentes ocasiones, dudando de que empresa tan temeraria lograra al cabo realizarse, pero otras tantas, quizá imprudentemente, he vuelto a proseguirla, persistiendo así en mi propósito primero. Doy al público el Kosmos, con la natural timidez que me inspira la justa desconfianza de mis fuerzas y procurando olvidar que aquellas obras por mucho tiempo esperadas son las que con mejor benevolencia se reciben generalmente». Kosmos fue la obra de mi vida, una vida que me llevó a ocuparme, como también escribí en aquel prefacio, «durante muchos años del estudio de ciencias especiales, como la botánica, la química, la astronomía y el magnetismo terrestre».

A lo que dediqué mi vida, la razón de que dedicase tantas horas, días, años al estudio, por la que recorrí miles de kilómetros a ambos lados del Atlántico y conocí pueblos muy diferentes, fue la más ambiciosa que se puede concebir: acceder a «la unidad en la diversidad de los fenómenos, la armonía entre las cosas creadas, que difieren por su forma, por su propia constitución, por las fuerzas que las animan: es el todo (τοπαν) animado por un soplo de vida». Su Cosmos, profesor Sagan, es una pobre caricatura del mío. La única diferencia, a su favor, es que usted contaba con unos conocimientos, hijos en su mayor parte de la tecnología, de lo que contiene el universo, objetos como púlsares, estrellas de neutrones, supernovas, cuásares, enanas blancas o agujeros negros que yo no pude ni tan solo imaginar. Ni siquiera sabíamos que la Vía Láctea era una más entre millones y millones de galaxias, o que el universo se expande. Usted pudo saber cómo es la atmósfera de Venus.

Así que ¡no es justo recordarme únicamente por lo que pude decir acerca de los meteoritos!

C. S.: Perdone, barón. Nunca fue mi intención minusvalorar sus contribuciones, lo que sucede es que había pasado mucho tiempo desde ellas. Su figura, si me lo permite, estaba ya un tanto desdibujada. Y, sobre todo, es que usted miró más a sus pies y a su entorno más cercano, a la Tierra y al aire, a la atmósfera que respiraba, que a los cielos, a los planetas del sistema solar y a las galaxias, tarea a la que yo he consagrado mi vida. No le culpo, no puedo culparle; usted —tiene razón en eso— no disponía de los medios tecnológicos con los que yo conté. Ahí reside toda la diferencia. También por este motivo, usted tuvo que ser un explorador que recorría penosamente largas distancias, bien a pie, a lomos de caballos, en diligencias o en barcos, mientras que yo pude utilizar coches, trenes y aviones. Al encogerse de esta manera el tiempo —el tiempo que necesitaba para ir de un lado a otro— mi vida, en cierto sentido, se alargó.

No le habré citado lo suficiente en mis libros, pero siempre admiré su obra y su vida. ¡Qué biografía la suya! Llegó a lugares que ningún pie que no fuera el de un indígena que viviera allí, o cerca, y a veces ni siquiera, había hollado. ¡Y a qué personajes conoció!

A. H.: Sí, es cierto, conocí a hombres que no ha olvidado la historia. Recordarlos fue —y es— para mí un consuelo en las largas horas en que un espíritu tan ambicioso como el mío piensa que su vida no fue lo que debería haber sido. Porque, se lo confieso, aunque hice mucho, mucho más quise hacer, mucho más ansié saber. Mi Kosmos fue la gran manifestación de mi ambición. «Me ha asaltado la locura de representar en una sola obra todo el mundo material», escribí el 27 de octubre de 1834 al escritor de cuentos, biografías y diarios Karl August Varnhagen.

Usted, profesor, supo lo que es la fama universal, ser admirado por millones de personas, que veían su Cosmos en la televisión y leían sus libros; los míos, celebrados como fueron, no pudieron tener audiencias parecidas. Es la diferencia entre las posibilidades, entre el tiempo en el que usted y yo vivimos. Pero yo conocí a Goethe, Darwin, Napoleón, Thomas Jefferson, James Madison, Simón Bolívar, Cuvier, Lamarck, John y William Herschel, Gay-Lussac, Gauss, Lyell, Babbage, Arago y Haeckel. Dígame si no me envidia por ello.

Goethe fue para mí casi un dios. Le visité muchas veces en su casa de Weimar, antes y después de mi viaje a América. Tengo como honra especial dos cosas. Lo que dijeron o escribieron de mí Goethe y Darwin. El 11 de diciembre de 1826, conversando con Johann Peter Eckermann, Goethe le dijo: «Esta mañana ha pasado unas horas conmigo Alexander von Humboldt. ¡Qué gran hombre! Con lo mucho que hace que lo conozco y, sin embargo, ha vuelto a sorprenderme. Se puede decir que en lo relativo a sus conocimientos y sabiduría no tiene igual. ¡Y tampoco he visto nunca una naturaleza tan polifacética como la suya! No importa el tema que se trate, él siempre está familiarizado con todo y nos colma de tesoros intelectuales. Es como una fuente que mana de múltiples bocas: no hay más que poner muchos recipientes debajo, y su chorro siempre nos saldrá al encuentro, refrescante e inagotable».

En cuanto a Darwin, reconoció la importancia que tuvieron para él mis escritos: «Yo leo y releo a Humboldt. ¿Hace usted lo mismo?», escribió al botánico John Stevens Henslow el 11 de julio de 1831 refiriéndose a uno de mis libros, que se publicó en inglés en 1814-1829 bajo el título de Personal Narrative of Travels to the Equinoctial Regions of the New Continent During the Years 1799-1804. Y en su autobiografía me mencionó de la manera siguiente: «Durante mi último año en Cambridge leí con atención y profundo interés Personal Narrative de Humboldt. Esta obra y la Introduction to the Study of Natural Philosophy de sir J. Herschel suscitaron en mí un ardiente deseo de aportar aunque fuera la más humilde contribución a la noble estructura de la ciencia natural. Ningún libro de la docena que había leído me influyó tanto como aquellos dos». Y desde Río de Janeiro, entre el 18 de mayo y el 16 de junio de 1832, manifestaba en otra carta a Henslow: «Aquí [en Río Macao] vi el bosque tropical en toda su sublime grandeza. Nada, salvo la realidad, puede dar idea de lo maravilloso y magnificente que es esa escena. Nunca experimenté semejante placer tan intenso. Antes admiraba a Humboldt, ahora casi lo adoro; solo él da una idea de los sentimientos que se han producido en mi mente al entrar por primera vez en los trópicos».

Llegué a conocer a Darwin, ¿sabe? Fue en 1842, cuando acompañé al rey Federico Guillermo IV de Prusia a Inglaterra, para asistir al bautizo del príncipe de Gales, el futuro rey Eduardo VII. El 29 de enero —lo recuerdo muy bien, ¿cómo olvidarlo?— nos encontramos en la casa londinense del geólogo Roderick Murchison. Él tenía treinta y dos años, pero ya había publicado (apareció en 1839) un libro que le hizo famoso —hasta que llegó, en 1859, El origen de las especies—, Journal of Researches into the Geology and Natural History of Various Countries Visited by H. M. S. Beagle, en el que contaba sus experiencias durante su viaje de casi cinco años en el Beagle. Yo tenía setenta y dos años, y me temo que, siguiendo mi costumbre, no le dejé hablar mucho. Pero ya sabía entonces que era un gran hombre.

C. S.: Yo, en cambio, conocí a muchas personas, magníficos científicos y no pocos políticos —en mi época, los científicos tenían que relacionarse mucho con ellos—, pero ninguno de la talla de algunos de los que usted menciona. En cuanto a coincidencia temporal, podría haber conocido a Albert Einstein, un gigante comparable a Darwin que, junto con Newton, constituyen mi «Trinidad científica», pero murió en 1955, cuando yo apenas tenía veintiún años y no podía soñar con entrevistarme con él.

Siendo sincero, yo tampoco habría podido relacionarme con tantos y tan variados científicos como se relacionó usted. Fui ambicioso, sí, pero mis intereses en ciencia no abarcaban tantos campos como los suyos. El universo es grande y requiere de muchos tipos de conocimientos, pero los míos fueron básicamente en astrofísica y algo de biología.

A. H.: Si algo me sobró a mí, fue ambición. Deseo de comprender, de abarcarlo todo. Comprendo que esto tiene problemas, y que en la era de la especialización —la suya, profesor Sagan— las críticas padecidas habrían sido mucho más duras, aunque en mi época también las recibí. Pero me defendí de ellas y lo seguiría haciendo, mi personalidad no me permitiría otra cosa. En una carta que envié a M. A. Picted, desde Berlín, el 3 de enero de 1806, le decía: «Por otro lado podréis justificarme de un reproche que se me hace. Se dice a menudo en sociedad que me ocupo de demasiadas cosas al tiempo, de botánica, de astronomía, de anatomía comparada. Respondo: ¿puede prohibírsele al hombre su deseo de saber, de comprender todo lo que le rodea? No se puede al mismo tiempo describir elementos de química y astronomía, pero se pueden hacer a la vez observaciones muy exactas de las distancias lunares y de la absorción de los gases. Para un viajero, la variedad de los conocimientos es indispensable. Y que se examine si, en los pequeños ensayos que he hecho respecto a las diferentes ramas, no me he dedicado completamente al tema, si no he tenido acaso la constancia de perseguir el mismo objeto (ver mi memoria con Gay-Lussac; mi obra acerca de los nervios; mis experiencias de cuatro años). Y para tener vistas generales, para concebir la relación de todos los fenómenos, relación que llamamos naturaleza, hay que conocer primero las partes y luego reunirlas orgánicamente bajo un mismo punto de vista. Mis perpetuos viajes han contribuido mucho a diseminarme sobre tantos objetos. Poco a poco, he ido viviendo con casi todas las gentes célebres de Europa, me he entusiasmado con sus trabajos y ellos me han contagiado sus gustos.

En mi deseo totalizador, seguí una de las máximas y reflexiones de Goethe: «Ningún fenómeno se explica de por sí; solo muchos de ellos, contemplados conjunta y metódicamente ordenados, nos facilitan finalmente algo que puede pasar por una teoría».

CAPÍTULO 2

LAS LENGUAS Y LA INVENCIÓN DE LA ESCRITURA

Alexander von Humboldt: Antes de que continuemos hablando de ciencia, me gustaría compartir con usted un pensamiento, una, así la considero, evidencia: que el mayor invento de la historia de la humanidad fue la escritura. El habla, la capacidad de los humanos de emitir sonidos, precede, por supuesto, a la escritura. Pero los sonidos son fugaces; se conservan, cierto es, en la memoria de los que los oyen y escuchan, y pueden transmitirse mediante lo que se denomina «tradición oral». Y no ignoro la importancia que tuvo semejante tradición en la historia de la humanidad. Por decirlo de alguna manera: hubo pueblos que no usaron la rueda, pero no ha existido ninguno que no contara historias. Pero la perdurabilidad y la fiabilidad de la transmisión oral es muy limitada y si los humanos solo hubieran contado con semejante vehículo de transmitir conocimientos, no habrían podido desarrollarse como lo han hecho.

Entiéndame bien, profesor Sagan, no quiero minusvalorar lo que significa la capacidad que poseen los Homo sapiens de hablar. Ya dije —es una obviedad— que el habla, las lenguas o idiomas, preceden a la escritura. De hecho, me maravilla esa capacidad, que tanto dice acerca de la naturaleza humana, como usted sabe mejor que yo. Desde el punto de vista de la física, el habla humana es muy sencilla, y por eso nuestra especie no es la única que puede emitir sonidos. Las vocales y consonantes se crean mediante los mismos principios que las notas que se forman cuando se sopla en un, por ejemplo, clarinete. El aire fluye desde los pulmones hacia la boca, modificándose cuando pasa bien por el tubo del clarinete o por el tubo del aparato vocal humano. En el caso del clarinete, el flujo de aire se transforma por la acción de llaves y una lengüeta, mientras que en los humanos lo hace a través de elementos fundamentales, como son la lengua, la laringe, los dientes, y las diferentes formas y movimientos que todo esto adquiere en la garganta, nariz y boca.

Todo esto es física, física sencilla, pero en el caso de los humanos hay más, mucho más, ya que todo lo anterior está controlado por la compleja fisiología de la respiración, que incluye el control preciso de un centenar de músculos, del diafragma, de los intercostales…, control que, a su vez, está dirigido por el cerebro, la «cabina de mando» suprema, y única, de nuestra especie. Ese mismo cerebro es responsable de otras características que acompañan y enriquecen nuestra oralidad: la capacidad de pensamiento simbólico; de imaginar y articular ideas que representan realidades o imaginaciones. No parece que exista ninguna otra especie que sea capaz de todo esto.

¿Comprende, profesor, por qué admiro tanto el habla, las lenguas humanas?

La escritura, acaso el mayor invento de la humanidad. Escrituras de diferentes tipos y lenguas.

Carl Sagan: Claro que lo entiendo, barón. Y comparto su opinión. En mi libro Los dragones del Edén comencé uno de los capítulos, el titulado «Relatos del oscuro paraíso», recordando algo que Esquilo decía en su Prometeo encadenado. Me cito a mí mismo: «Prometeo está poseído de justa indignación. Después de haber llevado la civilización a una humanidad confusa y llena de supersticiones, Zeus lo castiga encadenándolo a una roca y haciendo que un águila le coma las entrañas. Y en un pasaje, Prometeo menciona las principales cosas que, aparte del fuego, ha enseñado al hombre. Son, por este orden, la astronomía, las matemáticas, la escritura, la domesticación de los animales, la invención de los carros, la navegación y la medicina, así como las artes adivinatorias mediante la interpretación de los sueños y otros métodos».

La astronomía, la matemática, la escritura. ¿Lo recuerda, maestro?

Escritos en griego, latín y árabe y la imprenta de tipos móviles, un invento revolucionario.

A. H.: ¿Cómo no voy a recordarlo? Es más, me sé de memoria los memorables pasajes a los que usted se refiere:

«No penséis que callo por arrogancia o altanería; sin embargo, un pensamiento me devora el corazón al verme así vilipendiado. En verdad, a estos dioses nuevos, ¿qué otro si no yo les repartió exactamente sus privilegios? Pero sobre esto callo; pues sabéis lo que podría deciros. Escuchad, en cambio, los males de los hombres: de niños que eran he hecho unos seres inteligentes, dotados de razón. Os lo diré, no para censurar a los hombres, sino para mostraros la buena voluntad de mis dones. Al principio, miraban sin ver y escuchaban sin oír, y semejantes a las formas de los sueños en su larga vida todo lo mezclaban al azar. No conocían las casas de ladrillos secados al sol, ni el trabajo de la madera; soterrados vivían como ágiles hormigas en el fondo de antros sin sol. No tenían signo alguno ni del invierno, ni de la floreciente primavera ni del estío fructuoso, sino que todo lo hacían sin razón, hasta que yo les enseñé los ortos y ocasos de los astros, difíciles de conocer.

»Después también descubrí para ellos la ciencia del número, la más excelsa de todas, y las uniones de las letras, memoria de todo, laboriosa madre de las Musas. Y el primero que até bajo el yugo a las bestias esclavizadas a las gamellas y a las albardas, a fin de que tomaran el lugar de los mortales en las fatigas mayores, y llevé bajo el carro a los caballos, dóciles a las riendas, orgullo del fasto opulento. Solo yo inventé el vehículo de los marinos, que surca el mar con sus alas de lino. Y, mísero de mí, yo que he encontrado estos artificios para los mortales, no tengo ardid que pueda librarme de la actual desgracia.»

Y luego, es cierto, decía, refiriéndose a la medicina: «Escucha el resto y te sorprenderás más; las artes y recursos que ideé. Lo más importante; si uno caía enfermo, no había ninguna defensa, ni alimento, ni unción, ni pócima, sino que faltos de medicina morían, hasta que les enseñé las mezclas de remedios clementes con los que ahuyentan todas las enfermedades».

C. S.: Me imagino que, en el caso de las lenguas, existe una razón más para ese interés: su hermano, Wilhelm von Humboldt, fue no solo un estadista, filósofo y gran educador, sino también un distinguido lingüista. Teniendo en cuenta lo unidos que estuvieron ustedes a lo largo de sus vidas, imagino que algo le influyó.

A. H.: Más que influirme, me llevó a ocuparme de las lenguas más de lo que en otras circunstancias habría hecho. Tenga usted en cuenta que durante mis años en América me encontré con docenas de idiomas diferentes, de los que tenía que informar a Wilhelm. Repasando mi correspondencia, encuentro ejemplos de ello. Así, desde Lima, el 25 de noviembre de 1802, le escribía: «También me he ocupado mucho del estudio de las lenguas americanas, y he comprobado cuán falso es lo que dice La Condamine respecto a su pobreza. La lengua caribe, por ejemplo, es a la vez rica, bella, enérgica y educada. No le faltan expresiones para las ideas abstractas, se habla de posteridad, de eternidad, de existencia, etc., y los signos numéricos alcanzan para designar todas las combinaciones posibles de cifras. Me dedico sobre todo a la lengua inca; aquí es hablada comúnmente en sociedad y es tan rica en flexiones finas y variadas que los jóvenes, para decir ternezas a las mujeres, comienzan a hablar en inca cuando han agotado los recursos del castellano». Y añadía: «Esas dos lenguas, y algunas otras igualmente ricas, bastarían para probar que la América poseyó alguna vez mucha mayor cultura que la que encontraron los españoles en 1492». Le confieso que me ha molestado que no se haya prestado más atención a lo que escribí sobre las lenguas americanas. Tal vez la sombra de mi hermano no me ayudó en este punto. Porque también lo hice en alguno de mis libros. Como es usted una persona inteligente, le voy a leer unos pasajes que incluí en uno de los volúmenes de mi Viaje a las regiones equinocciales del Nuevo Continente, y que se deberían leer no solo en clave lingüística, sino también en la de la comprensión matemática y en la que podríamos denominar «filosofía de la cultura»:

«Tienen los chaimas suma dificultad para enterarse de cuanto concierne a relaciones numéricas. No hallé uno solo a quien se le hubiera hecho decir que tenía dieciocho o sesenta años. El señor Marsden ha observado lo mismo entre los malayos de Sumatra, bien que tengan más de cinco siglos de civilización. La lengua chaima contiene voces que expresan números bastante elevados, pero pocos indios saben emplearlas; y como han visto que las necesitan para relacionarse con los misioneros, los más inteligentes cuentan en castellano hasta treinta o cincuenta, con un semblante que anuncia un gran esfuerzo de sus espíritus. Esos mismos hombres no cuentan en lengua chaima más allá de cinco o seis. Natural es que empleen de preferencia las voces de una lengua en que se les ha enseñado la serie de las unidades y las decenas. Desde que los sabios de Europa no desdeñan estudiar la estructura de los idiomas de América, como se estudia la estructura de las lenguas semíticas, del griego y del latín, ya no se atribuye a imperfección del lenguaje lo que pertenece a la tosquedad de los pueblos. Obsérvese que en casi todas las partes tienen los idiomas más riquezas, matices más finos, de los que hubiera de suponerse según el estado de incultura de los pueblos que los hablan. Bien lejos estoy de pretender colocar en igual nivel las lenguas del Nuevo Mundo con las más hermosas de Asia y Europa, pero ninguna de estas tiene un sistema de numeración más neto, reglar y sencillo que el quechua y el azteca, que se hablaban en los grandes imperios del Cuzco y Anáhuac.»

Una cuestión que me interesó particularmente fue la de los troncos lingüísticos comunes. En el libro que he citado, decía yo lo siguiente:

«Cuando se dice que un danés aprende el alemán y un español el italiano o el latín con mayor facilidad que cualquiera otra lengua, se juzga desde luego que esa facilidad resulta de la identidad de gran número de raíces comunes a todas las lenguas germánicas y a las de la Europa latina; y se olvida que además de esta semejanza de sonidos hay otra que obra más poderosamente en los pueblos de origen común. La lengua no es el resultado de una convención arbitraria: el mecanismo de las flexiones, las formas gramaticales, la posibilidad de las inversiones, todo deriva de nuestro interior, de nuestra organización individual. Hay en el hombre un principio instintivo y regulador, diversamente modificado en los pueblos que no son de una misma raza. Un clima más o menos áspero, la morada en las gargantas de las montañas o en las riberas del mar, los hábitos en el vivir, pueden alterar los sonidos, hacer inconcebible la identidad de las raíces y multiplicar el número de ellas; pero todas esas causas no afectan lo que constituye la estructura y el mecanismo de las lenguas. La influencia del clima y de los agentes exteriores desaparece ante la que depende de la raza, del conjunto hereditario de disposiciones individuales del hombre.

»Ahora bien, en la América, y este resultado de las más modernas investigaciones es infinitamente notable para la historia de nuestra especie, desde el país de los esquimales hasta las orillas del Orinoco, y desde estas ardientes riberas hasta los hielos del estrecho de Magallanes, hay lenguas matrices del todo diferentes por sus raíces que tienen, por decirlo así, idéntica fisionomía. Se reconocen significativas analogías de estructura gramatical, no solamente en lenguas perfeccionadas como la de los incas, el aimara, el guaraní, el mexicano y el cora, sino también en lenguas enteramente toscas. Idiomas cuyas raíces no se asemejan más que las del eslavo y el vascuence, poseen esas semejanzas de mecanismo interior que se hallan en el sánscrito, el persa, el griego y las lenguas germánicas. En casi todas las partes del Nuevo Mundo se verifica una multiplicidad de formas y de tiempos en el verbo, una industria artificiosa para indicar de antemano, sea por la flexión de los pronombres personales que forman la desinencia de los verbos, sea por un suffixum intercalado, la naturaleza y relaciones del régimen y el sujeto, y para distinguir si el régimen es animado o inanimado, de género masculino o femenino, único o de número complejo. A causa de esta analogía general de estructura, y porque ciertas lenguas americanas en las que ninguna voz es común —por ejemplo, el mexicano y el quechua— se asemejan entre sí por su organización y se diferencian completamente de las lenguas de la Europa latina, el indio de las misiones se familiariza más cómodamente con un idioma americano que con el de la metrópoli. He visto en las selvas del Orinoco a los indios más embrutecidos hablar dos o tres lenguas. Gente salvaje de diferentes naciones comunican a menudo sus ideas mediante un idioma que no es el de ellas.»

C. S.: Comprendo su frustración. Usted fue realmente un lingüista de campo. Y sus ideas debieron recibir más atención. Si hubiera vivido a finales del siglo XX, seguramente se habría unido a todos aquellos —a la cabeza un italiano instalado en Estados Unidos, Luca Cavalli-Sforza— que estudiaron las relaciones entre lenguas, así como sus historias, utilizando las técnicas de la biología molecular. Yo, sin embargo, fui víctima de la hegemonía cultural y científica de mi lengua materna, el inglés, y poco sé de otros idiomas. Y si le soy sincero, no me importa demasiado, porque lo que me es más importante es conocer el lenguaje que creo universal: el de la ciencia y, en particular, el de las matemáticas, un idioma, más que universal, «cósmico»: si existen otras civilizaciones en el universo, lo deberán comprender.

La invención de la escritura

Determinar el origen de la escritura y cómo se formaron y desarrollaron los miles de idiomas que han existido o existen constituye un complejo rompecabezas pluridimensional que es imposible siquiera esquematizar aquí. Parece que la invención de un sistema de signos escritos que representasen sonidos se produjo, aproximadamente, en el IV milenio a. C. Inicialmente, esa creación constituye la respuesta a necesidades surgidas del desarrollo social, de las posibilidades que abrieron la agricultura y la ganadería, que a su vez condujeron a la aparición de asentamientos poblacionales mayores a los existentes hasta entonces. Y al hilo de esas colectividades surgieron otras necesidades que favorecieron la invención de la escritura: registros de transacciones, normas (códigos) de comportamiento, registros históricos, credos religiosos... Se podría decir que la escritura es una consecuencia de la urbanización, de la «civilización». Y necesitó de profesionales: los funcionarios escribas.

No es sorprendente que los primeros tipos de escritura se basaran en dibujos-símbolos (escritura pictográfica), que trataban de reproducir mediante signos gráficos fijos los objetos o las figuras del mundo real. Ese tipo de escritura fue evolucionando, hasta llegar a reutilizar los mismos signos de ciertas palabras atendiendo a su valor fonético, de manera que de los ideogramas iniciales se terminó en fonogramas, signos que ya no remitían al objeto antiguo, sino a su sonido vocal.

Otro fenómeno asociado al desarrollo de la escritura pictográfica fue que los signos fueron transformándose, haciéndose cada vez más esquemáticos y lineales, lo que favoreció su inscripción, por medio, por ejemplo, de una caña afilada y cortada a modo de cuña. Nació así, a finales del IV milenio, en la antigua Mesopotamia, en el valle entre los ríos Tigris y Éufrates, la escritura cuneiforme, recogida sobre todo en tablillas de arcilla que luego se dejaban secar. Por otra parte, hacia el 3000 a. C., apareció en el antiguo Egipto, a orillas del Nilo, otra forma de escritura pictórica (en realidad, aparecieron varias): la jeroglífica, compuesta por símbolos, ideogramas, que representaban la idea de un objeto aislado. Pero estos tipos de escritura no fueron los que sobrevivieron —salvo en los números, en las cifras—, sino otros dos tipos: la silábica y la alfabética. En la primera, cada signo gráfico representa una sílaba (sonido o grupo de sonidos que se emiten mediante un golpe de voz) diferente, mientras que en la segunda los signos gráficos representan sonidos mínimos, lo que se denomina fonemas. La escritura alfabética constituyó el gran avance en la historia de la escritura, al disociar los componentes vocálicos y consonánticos de las sílabas, representándolos por un número muy pequeño de signos gráficos, un sistema que contrasta fuertemente con otro que todavía sobrevive: el chino (adoptado también por otras lenguas asiáticas), que utiliza un número enorme de signos, en torno a 50.000, de los que 10.000 se utilizan en la lengua culta y 3.000 en la corriente.

La escritura alfabética surgió alrededor de la cuenca del Mediterráneo. Allí florecieron idiomas como el griego y el latín, del que derivan lenguas como el castellano o el francés. De hecho, fueron los griegos quienes crearon, entre los siglos X y VIII a. C., el primer sistema completo de escritura alfabética. Existe, sin embargo, un grupo especial de escritura alfabética, al que pertenecen lenguas como el árabe y el hebreo, en el que la representación gráfica es básicamente consonántica.

CAPÍTULO 3

MATEMÁTICAS, TIEMPO Y ESPACIO

Carl Sagan: Hemos hablado, barón, de la escritura, sin la cual la humanidad no habría llegado a ser lo que ha sido y será, pero hay otros, digamos, elementos imprescindibles para hacer describir el cosmos y hacer ciencia. Me gustaría que hablásemos de ellos antes de embarcarnos en la tarea de tratar el universo, la Tierra, la vida y ese maravilloso producto humano que es la tecnología. Me refiero a las nociones de tiempo y espacio y a las matemáticas. O si lo prefiere, a la matemática, pues nunca he estado seguro de qué es mejor, si referirse a ella en plural o en singular.

Alexander von Humboldt: Tiene razón, profesor Sagan. Sin tiempo, no habría cambio, y el cosmos sería un lugar helado, estático, en el que desde luego ni nosotros ni ninguna forma de vida podría existir. Y la constatación más clara del paso del tiempo es el cambio de posición que lleva asociada la noción de espacio. En cuanto a la matemática —a mí me gusta en singular—, aunque no puedo presumir de haberme distinguido demasiado en este campo, constituye un instrumento imprescindible para describir el mundo y encontrar las leyes que gobiernan los fenómenos naturales.

Y puesto que estamos hablando de la matemática, del tiempo y el espacio, le diré que de todos los avances que he ido siguiendo en mi estado —no sé cómo denominarlo, digamos «virtual»— varios han sido los que me sorprendieron más: que existen sistemas matemáticos en los que no se puede demostrar si la proposición es verdadera o falsa, y que el tiempo y el espacio, los intervalos temporales y espaciales, no son absolutos, sino que dependen del estado de movimiento de quien los mide, resultados asociados a los nombres —creo recordar— de Gödel y del Einstein que usted mencionó antes con gran admiración.

Una de las cosas que yo busqué siempre en la ciencia —y creo no haber sido el único— es seguridad y valores absolutos. Esos resultados me dejaron, lo diré así, un tanto huérfano.

C. S.: No olvide tampoco otro resultado frustrante: el del principio de incertidumbre que el físico alemán Werner Heisenberg formuló en 1927. Ese principio afirma que magnitudes como la posición y el momento solo se pueden determinar simultáneamente con una indeterminación característica, la constante de Planck: ∆x·∆p≥h, donde ∆ representa la incertidumbre, x la posición y p el momento lineal, igual al producto de la masa por la velocidad. A partir de este resultado, al final de su artículo, Heisenberg extraía una conclusión con implicaciones filosóficas de largo alcance: «No hemos supuesto que la teoría cuántica es, al contrario que la física clásica, una teoría esencialmente estadística en el sentido de que solo se pueden inferir conclusiones estadísticas de datos exactos. En la formulación fuerte de la ley causal “Si conocemos exactamente el presente, podemos predecir el futuro”, no es la conclusión, sino más bien la premisa la que es falsa. No podemos conocer, por cuestiones de principio, el presente en todos sus detalles». Y concluía: «En vista de la íntima relación entre el carácter estadístico de la teoría cuántica y la imprecisión de toda percepción, se puede sugerir que detrás del universo estadístico de la percepción se esconde un mundo “real” regido por la causalidad. Tales especulaciones nos parecen —y hacemos hincapié en esto— inútiles y sin sentido, ya que la física tiene que limitarse a la descripción formal de las relaciones entre percepciones».

En otras palabras, según la mecánica cuántica el mundo es casi un fantasma, un conjunto de posibilidades. Lo «creamos» cuando lo observamos.

A. H.: He oído y leído mucho acerca de esa mecánica cuántica, y sé de su importancia, pero no la comprendo. Supera mis capacidades.

C. S.: No comprender no importa, barón, si entendemos por comprender que se ajuste a nuestras expectativas. Lo que el siglo XX, con la teoría de la relatividad y la física cuántica, nos ha enseñado palmariamente es que lo importante de la ciencia es su facultad de ordenar fenómenos naturales y de producir sistemas teóricos con capacidad predictiva. Debemos, de hecho, enorgullecernos de ser capaces de crear sistemas ordenados, teorías y conceptos, que nos resultan contraintuitivos pero que funcionan.

A. H.: Entiendo lo que me dice, pero yo pertenezco a otro mundo, filosófico y científico, un mundo que buscaba seguridades, no incertidumbres. Y creo que otros científicos de su siglo como Einstein o Planck pensaban algo parecido, ¿no? Mi mundo era, y quiero que siga siendo, el que expresó magistralmente el francés Pierre-Simon Laplace, uno de los grandes newtonianos, en uno de sus libros, Essai philosophique sur les probabilités (1814):

«Una inteligencia que en un momento determinado conociera todas las fuerzas que animan a la naturaleza, así como la situación respectiva de los seres que la componen, si además fuera lo suficientemente amplia como para someter a análisis tales datos, podría abarcar en una sola fórmula los movimientos de los cuerpos más grandes del universo y los del átomo más ligero; nada le resultaría incierto y tanto el futuro como el pasado estarían presentes ante sus ojos. El espíritu ofrece, en la perfección que ha sabido dar a la astronomía, un débil esbozo de esta inteligencia. Sus descubrimientos en mecánica y geometría, junto con el de la gravitación universal, le han puesto en condiciones de abarcar en las mismas expresiones analíticas los estados pasados y futuros del sistema del mundo. Aplicando el mismo método a algunos otros objetos de su conocimiento, ha logrado reducir a leyes generales los fenómenos observados y a prever aquellos otros que deben producirse en ciertas circunstancias. Todos los esfuerzos por buscar la verdad tienden a aproximarlo continuamente a la inteligencia que acabamos de imaginar, pero de la que siempre permanecerá infinitamente alejado [...] La regularidad que la astronomía nos muestra en el movimiento de los cometas tiene lugar, sin ningún género de dudas, en todos los fenómenos. La curva descrita por una simple molécula de aire o de vapor está determinada de una forma tan exacta como las órbitas de los planetas. Entre ellas no hay más diferencia que la derivada de nuestra ignorancia.»

Soy, como ve, incluso tantos años después de muerto, un newtoniano irredento, un inasequible creyente en la estricta causalidad de todo lo que sucede en el universo. Si no fuese así, todo se derrumbaría. Al menos para mí.

C. S.: Me temo que debe modificar su fe newtoniana en un apartado. Existen sistemas newtonianos en los que el más pequeño cambio en las condiciones iniciales hace que las trayectorias se alejen de forma incontrolable de lo que constituiría un buen comportamiento. En otras palabras, las expectativas de Laplace, y con él las de los newtonianos clásicos, no se cumplen, como ponen de manifiesto los denominados «sistemas caóticos».

La matemática, ¿el gran descubrimiento de la evolución?

La matemática es una disciplina muy especial. Los procedimientos que emplea y los resultados a los que llega poseen tal seguridad, claridad —cuando se conocen las herramientas técnicas necesarias, por supuesto— e inevitabilidad —dentro de su estructura interna, de los axiomas sobre los que se construye—, que es natural pensar que no es una ciencia como las demás, como la física, la química, la biología, la geología o cualquier otra. Mientras que estas serían sistemas de proposiciones a posteriori, falibles, la matemática sería a priori, tautológica e infalible. En su libro, A System of Logic, Ratiocinative and Inductive (Un sistema de lógica racional e inductiva, 1843), John Stuart Mill expresó básicamente la misma idea aunque restringiéndose a la lógica, una de las partes más básicas de la matemática: «La lógica no observa, ni inventa, ni descubre; pero juzga». Por su parte, Albert Einstein manifestó en 1927 una idea no demasiado diferente: «En la medida en que se refieren a la realidad, las proposiciones de la matemática no son seguras, y, viceversa, en la medida en que son seguras, no se refieren a la realidad».

Sin embargo, a pesar de su intemporalidad, de vivir en apariencia en el mundo platónico de las ideas, la matemática es un instrumento imprescindible para la ciencia en su conjunto. Si nos limitamos a la física, disciplina científica en la que la matemática desempeña un papel particularmente importante —hasta el punto de que no está claro qué sería de esa ciencia sin la matemática—, tenemos que es sorprendente lo bien que funciona la segunda en la descripción de la naturaleza. El físico de origen húngaro, nacionalizado estadounidense, Eugene Wigner, premio Nobel de Física por sus contribuciones a la física nuclear y de altas energías a través del descubrimiento y aplicación de principios de simetría, expresó de manera exquisita esta característica y problema en un artículo que se convirtió en legendario: «La irrazonable efectividad de la matemática en las ciencias naturales». En el mismo sentido, y en la misma ocasión a la que he hecho referencia hace un instante, Einstein se preguntaba: «¿Cómo puede ser que la matemática —un producto del pensamiento humano independiente de la experiencia— se adecue tan admirablemente a los objetos de la realidad?». Miremos por donde miremos, nos la encontramos. Por ejemplo, en el alzado del Partenón, que fue construido sobre una base rectangular cuyo lado más largo era cinco veces el lado más corto, unas dimensiones que son, a su vez, las de la fachada. Más aún: el alzado de este famoso templo ateniense muestra varias relaciones áureas, como la existente entre la anchura de la fachada y la altura del templo, o entre la altura total y la de las columnas. La razón áurea o número de oro —el 1,618033...— posee propiedades sorprendentes: tanto su cuadrado como su inverso tienen las mismas cifras decimales que él mismo, y además constituye el límite de la denominada sucesión de Leonardo de Pisa (1170-1240), conocido como Fibonacci, cuyo enésimo término se obtiene sumando los dos anteriores; esto es: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55...

También encontramos a las matemáticas en las leyes que dan cuenta tanto del movimiento expansivo del majestuoso y gigantesco universo como de las oscilaciones del péndulo simple, en las notas musicales, en las reglas lógicas que hacen que funcionen las computadoras, en los fenómenos altamente sensibles a las condiciones iniciales (fenómenos caóticos) como es el tiempo meteorológico, en los procesos estocásticos (casuales) que subyacen en las operaciones de corredores de bolsa que ejecutan órdenes y compran y venden títulos continuamente, o en la geometría de infinidad de estructuras naturales y sociales, desde el perfil de las costas hasta la red arbórea del sistema venoso, para cuya descripción son extremadamente útiles los denominados fractales.

Pero ¿por qué es tan eficaz la matemática? Son diversas las respuestas que se han dado a esta pregunta, pero hay una (defendida en su esencia por el físico inglés John Barrow) que es particularmente sugerente y que, además, encaja perfectamente en el contexto de una visión darwinista.

El primer punto a considerar es el del carácter de la matemática. ¿Es un constructo humano, un fruto de su inventiva y, en consecuencia, está sometida a la influencia de la cultura? En contra de semejante punto de vista está el hecho innegable de que no parece que existan diferencias culturales o idiosincráticas significativas en el dominio de la matemática. Barrow escribió:

El teorema de Pitágoras (y muchos otros resultados matemáticos) fue descubierto de manera independiente muchas veces por pensadores diferentes, lo que apoya la idea de que los fundamentos de las matemáticas yacen fuera de la mente humana y no son enteramente un producto de nuestra forma de pensar.

Si Kant tenía razón y nuestra mente impone condiciones (los a priori kantianos) en nuestra forma de percibir y comprender el mundo, entonces una conclusión posible es la siguiente: nuestra mente es nuestro cerebro y este es, como todo o prácticamente todo lo nuestro, un producto surgido de un largo proceso evolutivo. Ahora bien, la guía que dirige esa evolución es, Darwin dixit, la «supervivencia de los más aptos». Pero ¿quién estará mejor dotado para sobrevivir que aquellos cuyo cerebro les suministre representaciones no engañosas del mundo, representaciones que revelen su verdadera naturaleza o «estructura»? Si lo que nuestra mente-cerebro fabricara fuesen representaciones del mundo que se apartasen de forma significativa de la verdadera naturaleza de las cosas, entonces es posible —muy posible, diría yo— que no hubiésemos tenido tanto éxito evolutivo como especie como el que indudablemente hemos logrado. Es, por tanto, el crisol de la evolución el que explica el origen de —adoptando ahora la terminología kantiana— las categorías cognitivas y explicativas que posee la especie Homo sapiens. De hecho, se podría ir un paso más allá y proponer la idea de que el éxito final de los sapiens frente a otros homínidos, como el Homo neanderthalensis (por lo que sabemos, el último brote de la rama de homínidos que compitió, en Europa al menos, con la que condujo al Homo sapiens), se debió a que el cerebro de estos logró el desarrollo necesario para alcanzar la capacidad de abstracción matemática adecuada para construir representaciones del mundo más poderosas que las de los otros. Esta es en realidad una hipótesis muy poco probable, a la vista de que experimentos llevados a cabo en la década de 1980 sugieren que la representación conceptual de un aspecto básico, aunque primario, de la matemática como es la representación conceptual de los números está al alcance de los chimpancés.

De hecho, ideas no muy diferentes a estas fueron consideradas por Carl Sagan. En Los dragones del Edén, escribió:

Tal vez todos los organismos que hallaban demasiado complejo su universo han terminado por extinguirse. Aquellos de nuestros antepasados arborícolas que tenían dificultades para calcular sus trayectorias mientras avanzaban de rama en rama no dejaron numerosa descendencia. La selección natural ha operado como una especie de cedazo intelectual dando paso a cerebros y a intelectos cada vez mejor dotados para afrontar las leyes de la naturaleza. Esta resonancia entre la mente y el universo, producto de la selección natural, puede ayudarnos a resolver el abstruso dilema planteado por Einstein cuando afirmó que «la propiedad más incomprensible del universo es, precisamente, que sea tan comprensible».

Desde este punto de vista, la efectividad de la matemática en las ciencias naturales dejaría de ser irrazonable. Más bien, lo que tendríamos es que, como uno de los resultados del largo proceso evolutivo de prueba y error, la naturaleza habría producido unos seres, los humanos, que descubrieron un elemento básico del mundo: la matemática. Se podría decir, en consecuencia, que ha sido la evolución la que ha descubierto la dimensión matemática de la naturaleza, y que los humanos hemos sido el brazo instrumental en tal descubrimiento. Desaparece así el problema de por qué las leyes más básicas de la naturaleza se escriben en términos matemáticos, en ecuaciones que una vez postuladas (recurriendo a procesos mentales en los que las observaciones de los fenómenos naturales desempeñan un papel destacado) cobran vida propia, prediciendo con frecuencia la existencia de fenómenos antes insospechados. Estos argumentos se ven, en mi opinión, reforzados por resultados de la física como los que he comentado con anterioridad, que sugieren que tal vez los constituyentes últimos de la materia sean más estructuras matemáticas que algún tipo de materia primordial en el viejo sentido de lo que es la materia. El mundo sería así matemático en un sentido profundo, muy profundo, mucho más de lo que pudo haber sospechado Galileo cuando escribió en una de sus obras, Il Saggiatore (El ensayador, 1623):

La filosofía está escrita en ese grandísimo libro que continuamente está abierto ante nuestros ojos (es decir, en el universo), pero no se puede entender si primero no se aprende a comprender su lengua y a conocer los caracteres en que está escrito. Está escrito en lengua matemática y los caracteres son triángulos, círculos y otras figuras geométricas, sin cuya ayuda es humanamente imposible entender nada; sin estas es como girar vanamente por un oscuro laberinto.

Por supuesto, desde esta perspectiva tampoco es sorprendente que la matemática sea un lenguaje universal que podría, por ejemplo, utilizarse para comunicarse con seres de otros planetas que se hubieran desarrollado independientemente de nosotros.

Sin embargo, la visión de la naturaleza profunda del papel de la matemática en la estructura del mundo deja todavía un gran problema sin resolver: el universo de la matemática está compuesto por, en principio, una inmensidad de entes, solo una parte de los cuales encuentra —o hemos encontrado— su correlato en la naturaleza. ¿Tiene sentido preguntarse si todos esos (infinitos) entes matemáticos se manifiestan en la naturaleza, bien en esta naturaleza-universo nuestro, bien en otros universos imaginables? Hoy por hoy, si la física se distingue de la matemática —y se diferencia, a pesar de todo lo dicho con anterioridad— es precisamente porque en aquella es preciso seleccionar, eliminar relaciones matemáticas para las que no encontramos manifestaciones en la naturaleza. Dicho de otra manera: las leyes que expresan las regularidades que encontramos en el mundo son un subconjunto de las expresiones y estructuras matemáticas: lo que es matemáticamente posible no tiene por qué serlo físicamente. Podría haber sido acaso de otra manera, pero no parece que sea así. Aunque también podríamos pensar —¡arriesgado pensamiento!— que en realidad coinciden pero que todavía no se han descubierto los fenómenos naturales a los que aguarda su estructura matemática.

Los orígenes de la matemática, los números y las cuentas

Aunque es difícil establecer algo así como un momento o período del que se pueda decir «entonces comenzó el largo camino de la ciencia», sí que se puede afirmar que los primeros logros con alguna significación científica estaban relacionados con la matemática. Así ocurre, por ejemplo, con el hallazgo de huesos de animales de bastantes miles de años de antigüedad provistos de series de muescas, que constituyen auténticas máquinas de contar primitivas con las que nuestros antepasados estaban sentando las bases para la matemática. Uno de los más conocidos de estos huesos, cuya datación se estima entre 9000 y 6500 a. C, fue el descubierto en la década de 1950 en Ishango, en lo que ahora es la República Democrática del Congo, por Jean de Heinzelin. Con el paso del tiempo, aquellos procedimientos tan simples darían lugar a otros mucho más elaborados. Así, y pasando por alto otros sistemas anteriores cuya influencia posterior ha sido escasa, hay que citar las contribuciones de los sumerios, un pueblo que se instaló en el valle del Tigris y el Éufrates. Hacia el IV milenio a. C., los sumerios desarrollaron un sistema de numeración basado en la agrupación en sesentenas o potencias de 60. Este sistema sería transmitido, por mediación de los babilonios y luego de los griegos y los árabes, en la expresión del tiempo en horas, minutos y segundos, y en la de los arcos y ángulos en grados, minutos y segundos. La explicación de por qué los sumerios introdujeron una base tan elevada es todavía hoy un misterio, aunque se han manejado varias hipótesis, como la de que eligieron el 60 por su propiedad de ser divisible por los seis primeros números enteros.

En cuanto al sistema decimal, el que finalmente más se extendió, acompañándonos hasta la actualidad, se han encontrado rastros de su utilización en épocas y escenarios no muy alejados del de los sumerios: cuando, con la ayuda de la piedra de Rosetta, descubierta en 1799 durante la expedición napoleónica a Egipto, se pudo descifrar la escritura jeroglífica egipcia, se descubrió que su sistema de numeración, que data de hace unos 5.000 años, estaba estructurado según la base 10, aunque empleando símbolos que hacían muy engorrosa su utilización.

Vivimos rodeados de cifras. Y no nos damos cuenta de cuánta inventiva fue necesaria para expresar esas cifras y operar con ellas. Fue necesario, en primer lugar, inventar el principio posicional, una regla en virtud de la cual el valor de una cifra varía en función de la posición que ocupa en un número. Utilizando la numeración decimal (en base 10), esto quiere decir que en 1.687, el 7 final significa siete unidades; el 8 que sigue hacia la izquierda representa ochenta unidades (8 x 10); el 6 siguiente, seiscientas unidades (6 x 100, o lo que es lo mismo, 6 x 10 x 10), mientras que el 1 es mil unidades (1 x 1.000, o 1 x 10 x 10 x 10). Y el conjunto representa lo siguiente: 1.687 = (1 x 1.000) + (6 x 100) + (80 x 10) + 7.

Parece trivial, pero fue necesario pensar mucho (y bien) para llegar a este prodigio de racionalidad y economía. De hecho, parece que solo cuatro pueblos realizaron, de manera independiente, este invento —el principio posicional— a lo largo de la historia. El primero, los babilonios, quienes lo aplicaron, a principios del segundo milenio antes de Cristo, a una base 60. El segundo, poco antes del comienzo de nuestra era, los chinos, que lo utilizaron con una base decimal. Después, los hindúes, hacia el siglo IV o V. Y finalmente, los mayas, entre los siglos IV y IX, ya después de Cristo, que la aplicaron a una base 20.

Otro hallazgo que no valoramos lo suficiente es el cero (0). Se trata de un número que tiene algo de paradójico, ya que representa la ausencia de cantidad, un, podríamos decir, «no número». Pero es esencial para nuestro sistema de numeración. ¿Cómo si no representar 10? ¿Como «1 + nada»? ¿Y 10.308? ¿Como 1 … 3 … 8? El humilde a la vez que majestuoso cero debe ser considerado como uno de los grandes inventos de la humanidad. Y se lo debemos, como al resto de nuestra numeración moderna, a los hindúes.

Antes de que imaginaran el cero, aproximadamente en el siglo V, los hindúes ya disponían de los símbolos que aún utilizamos —y es difícil pensar que no continuaremos utilizando, mientras exista la humanidad— para las nueve cifras, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9, que no nacieron de la nada, como demuestran las pruebas de lo que podría denominarse una «arqueología numérica». El 0 —al que los habitantes de la India denominaron shûnya, el término que en sánscrito significa «vacío», «nada», «espacio» o «atmósfera»— fue la guinda de una incomparable construcción. Es completamente injusto que denominemos a 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 0 cifras arábigas. La razón estriba en que fueron los árabes los que actuaron de intermediarios entre la India y Occidente en la transmisión de estos conocimientos. Como en tantos otros libros, el nuestro no hace justicia a todo lo que debemos a hindúes y árabes, pero al menos en este punto queremos reconocer la inmensa deuda que tenemos contraída con ellos.

Contar ha sido siempre una necesidad de los humanos, pero existe al menos otra estrechamente relacionada a lo que más tarde sería el conocimiento científico, una necesidad que surgió según se iban haciendo más complejos los sistemas de organización social. Así sucedió con la astronomía y el establecimiento de calendarios, dominios ligados muy estrechamente a la matemática.

La astronomía desempeñó un papel central en Babilonia —la palabra griega para la ciudad de Babel, al sur de la actual Bagdad—, con la dinastía semítica de Hammurabi, que hacia 2000 a. C. tomó el relevo de los sumerios. Los babilonios colocaron la Tierra en el centro del universo, parece que inventaron el zodiaco y se preocuparon especialmente por conservar registros de los movimientos de la Luna. Introdujeron un año que constaba de 360 días, dividido en doce meses de treinta días cada uno; además crearon la semana, bautizando los días por el Sol, la Luna y los cinco planetas entonces conocidos. También fueron los responsables de la división del día en dos períodos de doce horas y descubrieron los movimientos aparentemente anómalos (retrogresiones) de algunos planetas y del Sol. Es obvio, por consiguiente, que nuestra cultura es profundamente deudora de los conocimientos e iniciativas surgidos en aquel imperio. Impulsados por estos intereses, avanzaron también en la geometría: sabían, por ejemplo, que los triángulos inscritos en un semicírculo eran rectángulos, y parece que conocían el denominado teorema de Pitágoras (la suma de los cuadrados de los catetos de un triángulo rectángulo es igual al cuadrado de la hipotenusa), aunque como en toda su ciencia lo expresaban a través de casos particulares.

La medida de tiempo y espacio (longitudes), elementos fundamentales para la ciencia.

Es importante señalar que otras civilizaciones también mostraron algún tipo de conocimiento del teorema de Pitágoras; lo que quiere decir que los orígenes de los saberes matemáticos se encuentran muy extendidos, un hecho que favorece la idea, anteriormente expuesta, de que el tipo de razonamiento que caracteriza a la matemática se halla enraizado con firmeza en el sistema cognitivo-representacional humano. Así, estudiando altares construidos en la India de los Sulvasutras se ha encontrado que el conocimiento expresado por el teorema de Pitágoras se utilizó para construir un cuadrado de área igual a la de un rectángulo dado. Asimismo, se ha descubierto que en la construcción de monumentos megalíticos situados en el sur de Inglaterra y Escocia se utilizaron triángulos pitagóricos, esto es, triángulos rectángulos cuyos lados son múltiplos enteros de una unidad fundamental de medida. En un sentido parecido, al comparar manuscritos chinos antiguos con colecciones de problemas matemáticos babilónicos, B. L. van der Waerden, uno de los historiadores más eminentes de la matemática antigua, encontró tantas analogías que no pudo evitar concluir la posible existencia de una fuente común prebabilónica y que debió existir ya una matemática en el Neolítico, esto es entre, aproximadamente, los años 3000 y 2500 a. C., que se extendió desde Europa central hasta las islas británicas, el Oriente Próximo, la India y China.

El nacimiento de la ciencia: Grecia

En vista de lo anterior, cabe preguntarse por qué con frecuencia nos obstinamos en dar preferencia a los griegos en las exposiciones relativas a la matemática, en particular, y a la ciencia, en general. La respuesta a semejante cuestión no es difícil: en torno a los siglos V-IV a. C., en Grecia, las islas del mar Egeo y Asia Menor, se produjo un cambio cualitativo en el análisis de los fenómenos de la naturaleza, como son las relaciones numéricas o geométricas. Bertrand Russell escribió en uno de sus libros de carácter general más apasionantes, La sabiduría de Occidente (1959):

La filosofía comienza cuando alguien plantea una cuestión general, y lo mismo sucede con la ciencia. Los primeros que experimentaron esta clase de curiosidad fueron los griegos. La filosofía y la ciencia, tal y como la conocemos ahora, son invenciones griegas.

En efecto, con anterioridad a los griegos el conocimiento científico —y a su cabeza, el matemático, el primero en el que se encontraron «verdades» que todavía hoy sostenemos, aunque en formatos y contextos diferentes— se expresaba básicamente a través de casos particulares. En esta característica reside la distancia que separaba a babilonios e hindúes y a sus contemporáneos y predecesores de lo que es realmente la ciencia: en la capacidad de elevarse sobre situaciones particulares, construyendo leyes, insertas en un sistema lógico-racional, que se aplican a —o que se ejemplifican en— un conjunto, cuando más grande mejor, de situaciones concretas. Aunque los egipcios, que realizaron aportaciones muy notables a la geometría (como calcular el área de un triángulo isósceles o el área de un campo circular), avanzaron en la senda de la abstracción, ninguna otra civilización puede competir en este punto con la helena. Sin exageración, se puede decir que fueron los griegos los que crearon realmente la ciencia, entendida esta como un cuerpo de conocimientos organizados de manera sistemática y racional. Y no solo inventaron las matemáticas, la ciencia y la filosofía, también escribieron por primera vez historia, en oposición a los meros anales, y especularon acerca de la naturaleza del mundo y el sentido y fines de la vida, sin verse encadenados por ninguna ortodoxia heredada.

Fue, no obstante, en el dominio de la matemática donde más limpiamente se pueden reconocer algunas de las novedades más importantes introducidas por los griegos en el pensamiento científico. Con anterioridad a ellos, el concepto de ciencia deductiva era desconocido; en los documentos que se han conservado de antes del período heleno no aparecen teoremas o demostraciones, ni conceptos tan fundamentales como los de deducción, definición, postulado o axioma, de cuya creación solo ellos fueron responsables.

Nada ni nadie ejemplifica mejor esto que los Elementos de Euclides de Alejandría (c. 365-275 a. C.). George Sarton, uno de los fundadores de la historia de la ciencia moderna, escribió de él lo siguiente:

Todos conocemos su nombre y su obra principal, los Elementos de geometría, pero sabemos muy poco sobre él. Lo poco que sabemos —y es muy poco— lo deducimos y fue publicado después de su muerte. Esta clase de ignorancia, sin embargo, no es excepcional sino frecuente. La humanidad recuerda a los déspotas y a los tiranos, a los políticos de éxito, a los hombres con fortunas (o a algunos al menos), pero olvida a sus grandes benefactores. ¿Qué sabemos sobre Homero, Tales, Pitágoras, Demócrito...? Más aún, ¿qué sabemos sobre los arquitectos de las catedrales antiguas o sobre Shakespeare? Los grandes hombres del pasado son desconocidos, incluso aunque hayamos recibido sus obras y disfrutado de sus abundantes bendiciones.

No sabemos de él con seguridad, en efecto, ni las fechas de su nacimiento ni de su muerte; se lo denomina «de Alejandría» —la ciudad fundada por Alejandro Magno en la desembocadura del Nilo en el año 331 a. C.— porque es la única ciudad con la que se lo puede asociar con seguridad. Probablemente fue educado en Atenas, en la Academia de Platón, uno de los principales —si no el primero— centros matemáticos del siglo IV a. C. y con bastante seguridad el único en el que pudo haber adquirido los conocimientos que aglutinó en los Elementos. Cuando la situación política convirtió Atenas en un lugar complicado para vivir y trabajar, se habría marchado a Alejandría. La Alejandría de los Ptolomeos, en donde la filosofía fue un tanto marginada, mientras que florecieron las ciencias y la literatura, en las que los sucesores de Alejandro estaban más interesados. Los Elementos —que algunos datan en torno al 365 a. C.— fueron dedicados a Ptolomeo I Sóter, quien se supone fundó la célebre biblioteca de Alejandría, cuyo segundo bibliotecario, por cierto, fue Eratóstenes (276-194 a. C.), quizá el más grande de los antiguos geógrafos; «un matemático entre los geógrafos», en cuyas aportaciones científicas se encuentra una técnica para medir la circunferencia de la Tierra que todavía se utiliza.

Aparentemente, mientras trabajaba en Alejandría, Euclides decidió compilar y sistematizar todos los conocimientos matemáticos realizados hasta entonces, puede que incluidos ya en muchos libros que no nos han llegado (solo ha sobrevivido un tratado matemático completo anterior a los Elementos, titulado Sobre la esfera en movimiento y debido a un contemporáneo de Euclides, aunque más mayor, Autólico de Pitano). Fruto de aquella decisión nacieron los Elementos. No hay, en mi opinión, momento superior en la historia del pensamiento griego que el de la composición de ese libro, la obra matemática por excelencia, en la que con la precisión, elegancia y saber del cirujano mejor dotado se compone un acabado edificio de proposiciones matemáticas a partir de un grupo previamente establecido de definiciones y axiomas, que se combinan siguiendo las reglas de la lógica.

Se trata de una obra formada por trece libros o capítulos. Los seis primeros están dedicados a la geometría plana elemental, la que trata de rectas (una dimensión), planos (dos dimensiones) y volúmenes (tres dimensiones), todos no curvos, lo que no quiere decir que no puedan darse formas curvas dentro de planos o volúmenes. Los tres siguientes libros tratan de la teoría de los números, incluyendo una demostración de la infinitud de los números primos, números que únicamente son divisibles por 1 o por ellos mismos. El décimo se centraba en los inconmesurables y los tres últimos, en la geometría de los cuerpos sólidos (Euclides concluyó que los únicos poliedros posibles eran el tetraedro, el octaedro, el cubo, el icosaedro y el dodecaedro).

Durante prácticamente dos milenios se aceptó la idea de que la geometría —esto es, la descripción matemática del espacio, el ente físico a que se refiere el encabezamiento de este capítulo— contenida en los Elementos, hoy denominada «euclidiana», era la única posible. Fue en el siglo XIX cuando se demostró que el llamado «quinto postulado», que sostenía que «por un punto exterior a una recta solo se puede trazar otra línea recta en su plano, que pase por el punto y que nunca llegue a encontrarse con la primera línea», no es el único posible, siendo posibles otros que dan origen a las denominadas «geometrías no euclidianas», surgidas de los trabajos de Carl Friedrich Gauss (amigo de Humboldt), Nikolái Lobachevski, János Bolyai y Bernhard Riemann. Se trata de geometrías que describen formas no planas, como puede ser la superficie de una esfera (dos dimensiones) o una malla curvada; de hecho, la curvatura de estos espacios puede variar de un lugar a otro. Sucede que la teoría de la relatividad general, que describe la fuerza gravitacional, formulada por Albert Einstein en 1915 tiene como soporte espacios curvos de ese tipo, lo que significa que el espacio real, físico, no es plano, o que la mejor forma de describir la interacción gravitacional —que domina en el conjunto del universo— es con ellos.

Aritmética y cálculo infinitesimal

A pesar de todas sus virtudes y aparentes novedades, los Elementos de Euclides no agostaron el universo de los problemas matemáticos. Todo lo contrario: tras esa inmortal obra, la matemática fue haciéndose más poderosa y variada, siendo imposible resumirla en unas pocas líneas. Veamos, a modo de ejemplo, algunas contribuciones. Nombres como el de Diofanto de Alejandría (c. 200-284), con quien nació verdaderamente —no importa que, por supuesto, se puedan citar muchos predecesores—, alrededor de seiscientos años después de Euclides, una ciencia nueva y especialmente importante: el álgebra. En un libro que tituló Arithmetica, Diofanto estudió la resolución exacta de ecuaciones determinadas e indeterminadas, avanzando en una dirección básica para el álgebra, la de la introducción de abreviaturas. Todavía hoy llamamos «diofánticas» a algunas ecuaciones.

Un nuevo salto, esta vez todavía mayor, de 1.200 años, lleva al Renacimiento, a personajes como Niccolò Fontana Tartaglia, que enseñó matemática en Verona y Venecia, tradujo a Euclides al italiano (la primera traducción que se le hizo a esta lengua) y a Arquímedes al latín, descubriendo en 1535, entre otras aportaciones, un método que hacía posible resolver ecuaciones cúbicas. Este método fue divulgado por Girolamo Cardano en su Artis magnae (1545), traicionando la confidencia que le había hecho su colega y compatriota.

Pero siendo importantes, imprescindibles realmente, para que la matemática pudiera continuar progresando, aportaciones como las anteriores son menores cuando se comparan con las de tres gigantes del siglo XVII y comienzos del XVIII: René Descartes, Isaac Newton y Gottfried Wilhelm Leibniz.

Descartes creó la geometría analítica, también denominada «cartesiana», en la que los problemas geométricos pueden traducirse a forma algebraica. Se trataba de un método extremadamente poderoso para resolver problemas geométricos y, a la postre, también dinámicos (el del movimiento de cuerpos), un método que el futuro conservó.

La contribución de Descartes preparó el camino para el gran descubrimiento de Newton y Leibniz: el del cálculo diferencial (o infinitesimal) e integral, el universo de las derivadas y las integrales; un instrumento incomparable para la indagación matemática y física que permite calcular tangentes a curvas, áreas y volúmenes, velocidades y aceleraciones. El cálculo infinitesimal a la manera de Leibniz (que es como lo estudian todos los alumnos) propició la revolución analítica que se introdujo en la matemática europea durante la segunda mitad del siglo XVIII, gracias a los esfuerzos de, especialmente, Leonhard Euler y Joseph-Louis Lagrange. Este último avanzó sustancialmente en la dirección de reducir la mecánica, el estudio de los movimientos, al análisis, en lo que se vendría a denominar «mecánica analítica». Se la llamó así porque sus principales características eran la manipulación formal de ecuaciones, el empleo de un método formal o algebraico, es decir, analítico. Frente al enfoque «sintético», visual, newtoniano, los analistas negaban la necesidad de deducciones físicas o geométricas, argumentando que el enfoque intuitivo de la escuela sintética daba lugar a inconsistencias dentro del análisis: así, para llevar una mayor «pureza algebraica» a la teoría de límites, que tantos problemas planteó a Newton, la dotaron de definiciones abstractas libres de cualquier artificio heurístico. Se abrió de esta manera un camino por el que transitaron, entre muchos otros, Carl Friedrich Gauss, Siméon Denis Poisson, Augustin Cauchy, Karl Gustav Jacobi, William Rowan Hamilton, Henri Poincaré o David Hilbert.

Otro avance fundamental, ya durante el siglo XIX, es el de la teoría de grupos. Y ahí el nombre más destacado es el del francés Évariste Galois, que se dio cuenta de que el problema de desarrollar una teoría general de las ecuaciones algebraicas está regido en cada caso particular por un cierto grupo de sustituciones, en el cual se reflejan las propiedades más importantes de la ecuación algebraica considerada. Este descubrimiento, que los sucesores de Galois, y en particular Camille Jordan, esclarecerían y desarrollarían, tiene consecuencias que afectan a un área más vasta de la matemática que la teoría de resolución de ecuaciones.

Infinitos

Aunque es una caracterización no completamente correcta —pensemos, por ejemplo, en la topología, que se ocupa de, por decirlo de alguna forma, relaciones—, la matemática tiene mucho que ver con la cuantificación. Ahora bien, en principio parece que solo se puede cuantificar aquello que es finito, no lo infinito. Sin embargo, esta idea es errónea, aunque llevó mucho tiempo a los matemáticos comprender bien el sentido de tal error, lo que no quiere decir, de todas maneras, que la noción de infinito no figurase entre sus constructos.

En efecto, aunque todavía no me he referido a él, ya en la primera mitad del siglo VII, el astrónomo indio Brahmagupta definió el infinito como el número cuyo denominador es cero, y que posee su propio símbolo, ∞, introducido, al parecer, por el matemático inglés John Wallis en 1655. Y en este punto se llega a Georg Cantor (1845-1918), quien a finales del siglo XIX se dio cuenta de que hay muchos infinitos, sentando así las bases de la teoría de los conjuntos y de los números transfinitos. La idea que subyace en esta nueva matemática es la de contar los elementos de dos conjuntos poniéndolos en correspondencia, uno a uno, sin repetición ni omisión. De esta manera, es inmediato ver que hay igual cantidad de números naturales (1, 2, 3, 4, ...) que de números pares o impares. Asimismo, todo segmento de una recta contiene el mismo número —infinito— de puntos que otro segmento de una línea recta; también —fue el primer descubrimiento revolucionario de Cantor— hay tantos puntos en todo el plano como en una recta. Ocurre, sin embargo, que estos últimos infinitos no son de la misma naturaleza que el infinito de los números enteros (..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ...): es el infinito de los números irracionales (aquellos que no se pueden expresar como cociente de dos enteros). Nos vemos conducidos así a hablar de «números cardinales», el número de elementos que tiene un conjunto: para conjuntos finitos, su número cardinal (o potencia) es el número usual de sus elementos, mientras que para conjuntos infinitos es preciso introducir nuevos términos. Cantor utilizó la primera letra del alfabeto hebreo, (aleph), seguida del subíndice cero, para denotar el número cardinal del conjunto de los naturales (cualquier conjunto cuyos elementos se pueden poner en correspondencia uno-a-uno con el conjunto de los naturales, Cantor lo denominó «numerable»). Luego, como infinitos «más grandes», vienen seguido, como subíndices, de 1, 2, ... ¿No es maravilloso? Podemos precisar, cuantificar, ideas tan aparentemente vagas como la de infinito. Este número tiene propiedades que desde la lógica habitual, aristotélica, parecen paradójicas:

Se trataba, obviamente, de un mundo completamente nuevo. Un mundo sorprendente para las categorías habituales dentro de la lógica tradicional de lo finito, un mundo que condujo al descubrimiento de nuevos y fecundos continentes matemáticos, como el de la teoría de conjuntos, que se instaló de manera tan profunda en el cuerpo de la matemática del siglo XX.

Crisis y límites en los fundamentos de la matemática

El camino de generalización abierto por matemáticos como Galois y Cantor continuó, cada vez con fuerza más creciente. En 1899, en el umbral del nuevo siglo, el gran matemático alemán David Hilbert publicó un libro, Grundlagen der Geometrie (Fundamentos de la geometría), en el que axiomatizaba —esto es, encontraba su «esqueleto», las relaciones formales entre los entes matemáticos que incluye la teoría— de manera completa la geometría, demostrando así su carácter puramente formal, carácter que ya habían adquirido el álgebra y el análisis. Al hacer hincapié en que incluso en una rama de las matemáticas tan aparentemente empírica como la geometría se podía eliminar el nivel intuitivo-empírico, Hilbert se convirtió en el principal exponente de una de las tres corrientes que caracterizaron la investigación matemática de las primeras décadas del siglo XX: el formalismo, o escuela axiomática, que compartió protagonismo con otras dos: el intuicionismo, asociada al nombre del neerlandés Luitzen Brouwer, y el logicismo, cuya manifestación más señalada son los tres tomos de Bertrand Russell y Alfred North Whitehead, Principia mathematica (1910, 1912, 1913). En esta obra sus autores pretendían demostrar que toda la matemática se puede basar en la lógica; esto es, que los conceptos de todas las teorías matemáticas, al igual que los métodos de prueba e inferencia, se podrían formular dentro del contexto de la lógica.

Por desgracia, ni siquiera en el reino de la matemática se cumplen pretensiones tan aparentemente racionales. A pesar de los logros innegables alcanzados en Principia mathematica, a la postre no logró alcanzar su meta.

La respuesta negativa a las esperanzas de Russell y Whitehead la produjo un lógico nacido en Brünn, Kurt Gödel (1906-1978), que murió, envuelto en las grises y amargas nieblas de la demencia, al otro lado del Atlántico, en Princeton, cuyo Institute for Advanced Study le había acogido en 1939.

En 1931 se publicó el artículo más famoso de Gödel y quizá de toda la historia de la lógica: «Sobre sentencias formalmente indecidibles de Principia mathematica y sistemas afines». En él se demostraba, en primer lugar, que todos los sistemas formales de la matemática clásica son incompletos, es decir, que para cada uno de ellos puede construirse una sentencia indecidible (tal que ni ella ni su negación es deducible), y que esta incompletitud es inevitable (por muchos axiomas que añadamos, los sistemas formales siguen siendo incompletos). En segundo lugar, Gödel mostró que es imposible probar la consistencia de un sistema formal de la matemática clásica. En otras palabras, demostró que no es posible lograr un reduccionismo completo en los sistemas matemáticos, ya que existen sentencias de las que no podemos saber si son o no ciertas, y sistemas cuya consistencia no es posible verificar.

Los resultados de Gödel producen una gran admiración por la creatividad de su autor, pero también una profunda sensación de desamparo. Ya ni siquiera es posible encontrar seguridad en el único lugar donde creíamos que existía, en la matemática. Claro que tal vez ese mismo resultado se pueda interpretar como algo que humaniza esta ciencia, que nos permite dejar abierta la puerta para justificar la incertidumbre y el compromiso ante la imposibilidad de encontrar una respuesta incontrovertible.

Visto el fracaso que debido a todos estos resultados significaba el maravilloso intento del citado libro de Russell y Whitehead, podemos comprender perfectamente la decepción que experimentaron sus autores. En un libro grandioso, Apología de un matemático (1940), Godfrey Hardy dejó testimonio en este sentido:

Puedo recordar a Bertrand Russell contándome un terrible sueño. Estaba en el último piso de la biblioteca de la universidad, y corría el año 2100. Un asistente de la biblioteca iba recorriendo los estantes llevando un enorme cubo de basura, iba sacando libro tras libro, les echaba un vistazo y o bien los devolvía a su sitio, o bien los arrojaba al cubo. Finalmente, llegó a tres grandes volúmenes que Russell pudo reconocer como la última copia existente de los Principia mathematica. Sacó uno de los volúmenes, pasó unas cuantas páginas, por un momento pareció sorprendido por los curiosos símbolos, cerró el volumen, lo sopesó en su mano, titubeó...

¡Pobre Russell! El mismo Bertrand Russell que, además de filósofo y lógico admirable, nos dejó páginas ejemplares sobre todo tipo de temas, científicos al igual que no científicos (política, religión y muy variadas cuestiones sociales, incluyendo sus opiniones acerca del matrimonio), así como el ejemplo de su valor cívico cuando durante la primera guerra mundial mantuvo su pacifismo en una difícil coyuntura. En una de esas páginas, en su autobiografía, declaró:

Tres pasiones, simples pero irresistiblemente fuertes, han gobernado mi vida: el ansia de amor, la búsqueda de conocimiento, y una insoportable piedad por el sufrimiento de la humanidad. Estas pasiones me han llevado, como grandes vendavales, de aquí para allá, por un caprichoso camino, a través de un profundo océano de angustia, llegando al mismo borde de la desesperación.

He buscado amor, primero, porque trae éxtasis, un éxtasis tan grande que a menudo habría sacrificado el resto de mi vida por unas pocas horas de esta alegría. Lo he buscado, en segundo lugar, porque mitiga la soledad, esa terrible soledad en la que nuestra temblorosa consciencia mira, más allá del límite del mundo, al frío, insondable abismo sin vida. Lo he buscado, finalmente, porque en la unión del amor he visto, en una mística miniatura, una protovisión del cielo que los santos y los poetas han imaginado. Esto es lo que busqué, y aunque puede parecer demasiado bueno para la vida humana, esto es, al menos, lo que he encontrado.

Con igual pasión he buscado conocimiento. He deseado comprender el corazón de los hombres. He deseado saber por qué brillan las estrellas. Y he tratado de comprender el poder pitagórico mediante el cual el número domina el flujo. Un poco de esto, aunque no mucho, he logrado.

Amor y conocimiento me transportaron, tanto como fue posible, hacia los cielos. Pero la piedad siempre me trajo de regreso a la tierra. Reverberan en mi corazón ecos de los gritos de sufrimiento. Niños hambrientos, víctimas torturadas por opresores, ancianos desamparados que constituyen una odiada carga para sus hijos, y todo un mundo de soledad, pobreza y sufrimiento hacen que la vida parezca una burla de lo que debería ser. Ansío aliviar el mal, pero no puedo, y yo también sufro.

Esta ha sido mi vida. He encontrado que merece la pena vivirla, y alegremente la viviría de nuevo si se me ofreciese la oportunidad.

Caos y fractales

En el siglo XX llegaron las computadoras electrónicas, que permitieron simulaciones numéricas de estructuras matemáticas de gran complejidad, así como abordar problemas inaccesibles a los métodos analíticos, dando origen a una matemática diferente de la clásica, una «matemática experimental». Un ejemplo especialmente notable del poder de este tipo de investigación fue el trabajo del estadounidense Edward Lorenz (1917-2008). Graduado en matemáticas en el Dartmouth College en 1938, amplió sus estudios en la Universidad de Harvard, en donde permaneció el curso 1941-1942 colaborando en tareas docentes. Al ser movilizado durante la segunda guerra mundial, pasó a formar parte del servicio de predicción del tiempo de las Fuerzas Aéreas. Aquel trabajo marcó un punto de inflexión en su carrera, ya que nunca abandonaría la investigación de los fenómenos atmosféricos, aunque en modo alguno desapareciese el matemático que había en él. Inmediatamente después de finalizada la guerra y de ser licenciado, se centró, en efecto, en la meteorología. En 1946, ingresó como estudiante en el Massachusetts Institute of Technology, doctorándose allí dos años después. Comenzó entonces su carrera académica. Encargado en 1955 de la dirección de un proyecto sobre predicción numérica estadística del clima, para desarrollarlo Lorenz se apoyó en el uso de ordenadores. Gracias a disponer de ellos llegó su mayor éxito científico: analizando los datos obtenidos con una de estas máquinas, observó empíricamente algo que Henri Poincaré había previsto mucho antes, que existen sistemas —«no lineales», esto es, aquellos regidos por ecuaciones en los que la suma de dos soluciones de esas ecuaciones no es una nueva solución— que pueden desplegar un comportamiento muy complicado, impredecible (lo que no quiere decir no sujeto a leyes), sistemas en los que pequeñas diferencias en un sola variable tienen efectos profundos en la historia posterior del sistema, provocando que este cambie de forma radical. Por eso se los denominó «sistemas caóticos».

El artículo en el que presentaba sus hallazgos, titulado «Flujo determinístico no periódico», se publicó en el Journal of the Atmospheric Sciences en 1963. Por entonces pocos científicos que no fueran meteorólogos repararon en él, una situación que cambió a lo largo de la década siguiente, favorecida por la constatación de la importancia de los sistemas no lineales (todo sistema caótico es no lineal), sistemas en los que los procesos de retroalimentación desempeñan un papel central. Visto en retrospectiva, los fenómenos de los que se ocupa la meteorología son sistemas caóticos, esto es, sistemas que dependen fuertemente de las condiciones iniciales, por lo que podemos comprender por qué el clima es tan difícil de pronosticar. Como muy gráficamente manifestó el propio Lorenz en una conferencia que pronunció en diciembre de 1972: «El aleteo de una mariposa en Brasil puede producir un tornado en Texas», una frase que terminó calando en la cultura popular.

Otros sistemas no lineales de gran atractivo descubiertos por matemáticos son las estructuras geométricas denominadas fractales, término acuñado por el matemático de origen polaco afincado en Francia Benoît Mandelbrot (1924-2010) en un artículo publicado en 1975 en las Comptes Rendus de l’Académie des Sciences con el título de «Geometría fractal de la turbulencia». Entre las propiedades de los fractales se encuentra la de que pueden tener dimensiones no enteras, como 3/2 o logn2/logn3, algo realmente sorprendente habida cuenta de que estamos acostumbrados a entes geométricos de dimensiones 3 (volúmenes), 2 (áreas), 1 (líneas) o 0 (puntos).

El propio Mandelbrot manifestó en un libro que escribió con Richard Hudson, Fractales y finanzas (2006):

La obra de mi vida ha sido desarrollar una nueva herramienta matemática para incluir en el exiguo equipo de supervivencia del hombre. La llamo geometría fractal y multifractal. Es el estudio de la escabrosidad, de lo irregular y tortuoso. Acuñé su denominación en 1973. Fractal deriva de fractus, participio pasado de frangere, «romper», como me recordó uno de los diccionarios de latín de mis hijos. La misma raíz pervive en muchas palabras comunes, incluidas fracción y fragmento. Concebí estas ideas a lo largo de varias décadas de vagabundeos intelectuales, reuniendo muchos artefactos y asuntos perdidos, olvidados, subexplorados y en apariencia inconexos del pasado matemático, extendiéndolos en todas direcciones y creando un cuerpo de conocimiento matemático nuevo y coherente.

Mandelbrot se dio cuenta de que los fractales, esas curvas aparentemente monstruosas, irregulares, cuya estructura se repite a diferentes escalas, abundan, efectivamente, en la naturaleza. De forma parecida (pero no igual) a lo que sucede en el movimiento browniano, la geometría de fenómenos como, por ejemplo, el contorno de una costa, la distribución de estrellas en el universo y la estructura de nubes de gases interestelares, la turbulencia o la forma de un árbol, es fractal. En palabras del propio Mandelbrot en el libro que acabamos de mencionar:

La geometría fractal se contempla hoy como «natural», y se emplea para un conjunto improbablemente diverso de tareas: comprimir imágenes digitales en Internet, medir fracturas metálicas, analizar ondas cerebrales en un electroencefalograma, diseñar antenas de radio miniaturizadas, fabricar mejores cables ópticos o estudiar la anatomía de los bronquios. Los métodos de la geometría fractal se han convertido en parte del utillaje de la dinámica de fluidos, la hidrología y la meteorología. Su potencia procede de su capacidad única para expresar gran cantidad de datos complejos e irregulares en unas cuantas fórmulas simples.

Mandelbrot también observó que los fractales aparecen en los movimientos del mercado de valores, lo que quiere decir que también aparecen en la economía. De hecho, dedicó grandes esfuerzos a este campo. Vemos de esta manera cómo un fruto de la matemática abstracta como son los fractales se manifiestan en numerosos recovecos de las ciencias sociales y de la naturaleza, un hecho que muestra que en realidad las fronteras entre lo abstracto y lo real son más aparentes que auténticas.

Tiempo y espacio, ¿absolutos o relativos?

Vivimos en el tiempo y en el espacio. Nosotros y el universo. Tenemos conciencia de uno y otro constantemente. Vemos que todo en torno a nosotros —y nosotros mismos— cambia de posición y de «historia», de tiempo. Movimientos como la rotación de la Tierra sobre sí misma o su circulación alrededor del Sol sirvieron para definir unidades temporales como día y año, de las que, dividiendo en unidades más pequeñas, surgieron otras (horas, minutos, segundos), que también sabemos medir de otras maneras: por ejemplo, con relojes de arena o basándonos en fenómenos físicos como la oscilación de un péndulo, que tiene la propiedad —que Galileo utilizó en sus estudios del movimiento— denominada «isocronismo»: igualdad temporal de sus oscilaciones. Y medimos desplazamientos y distancias. Ahora bien, esas medidas de tiempo y espacio ¿son independientes de, por ejemplo, el estado de movimiento de quien realiza la medida?

Isaac Newton pensaba que así es. En su gran libro de 1687, Philosophiae naturalis principia mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural), escribió: «El tiempo absoluto, verdadero y matemático en sí y por su naturaleza y sin relación a algo externo fluye uniformemente, y por otro nombre se llama duración […] El espacio absoluto, por su naturaleza y sin relación a cualquier cosa externa, siempre permanece igual e inmóvil». Ofreció, además, argumentos físicos para sostener esas ideas, que, por otra parte, todo el mundo compartía… hasta que llegó Albert Einstein, quien en 1905 desarrolló una teoría, llamada de la relatividad especial, en la que tiempo y espacio, los intervalos temporales y espaciales, dependen de cómo se mueve quien hace las medidas. Y numerosos experimentos físicos en medidas con rayos cósmicos o en aceleradores de partículas, por ejemplo, han demostrado que su teoría es cierta.

La ciencia no solo necesita científicos, también instituciones que los agrupen, protejan y estimulen. En el siglo XVII aparecieron las dos primeras academias científicas modernas: la Royal Society inglesa (1660) y la Académie des Sciences francesa (1666).

CAPÍTULO 4

EL UNIVERSO

Alexander von Humboldt: Usted, profesor Sagan, pudo disfrutar de espléndidas vistas del universo, muchas más que yo, puesto que contaba con telescopios, ópticos y para otras frecuencias —radiotelescopios, sobre todo— inaccesibles para mí. Y supo transmitir con maestría esas imágenes a millones de personas. Pero yo también alcancé a disfrutar del grandioso espectáculo del cosmos. Algo de lo que sentí, se lo conté al barón de Zach en una carta que le envié desde Cumaná, una ciudad del oriente de Venezuela, el 1 de septiembre de 1799. Había tenido yo la oportunidad de contemplar el cielo desde una posición a caballo entre el hemisferio norte y el sur: «¿Cómo describiros la pureza, la belleza y el esplendor de este cielo en el que a menudo leo con la lente bajo el fulgor de Venus sobre el vernier de mi pequeño sextante? Venus desempeña aquí el papel de la Luna. Tiene grandes y luminosos halos de dos grados de diámetro con los más hermosos colores del arcoíris, hasta en casos en que el aire está completamente puro y el cielo del todo azul. Creo que es aquí donde el cielo estrellado presenta el espectáculo más hermoso y magnífico; porque más lejos del ecuador se sustraen a la vista las hermosas constelaciones del norte. Pero la bóveda estrellada del sur tiene también su propia belleza. El Sagitario, la Corona Austral, la Cruz del Sur, el Triángulo Austral, el Altar, poseen bellísimas estrellas, y el Centauro puede medirse con nuestro Orión, de tal modo es hermosa su constelación; aquí la observo a una altura que me hace gemir y transpirar».

Reconozco, sin embargo, que los espectáculos que usted pudo contemplar, no directamente, claro, pero sí a través de los prodigios tecnológicos de que dispuso, debieron de ser maravillas absolutas. Aunque defiendo y defenderé el valor absoluto que posee estudiar a fondo aquello que nos es más cercano, no puedo más que envidiarle.

Carl Sagan: Entiendo esa sana envidia, barón Humboldt, pero le recuerdo que las sensaciones a las que se refiere, el maravillarse al descubrir cosas que antes ningún ojo humano había contemplado, también la sintió usted con frecuencia. Porque usted perteneció a una de las últimas generaciones que penetraron en lugares de la Tierra que antes nadie, o mejor, perdón, ningún europeo o asiático, nadie de lo que entonces se denominaba «mundo civilizado», había pisado. Sus escritos están repletos de descripciones de esos lugares así como de los pueblos, floras y faunas que los habitaban. En mi tiempo ese tipo de exploraciones terrestres y disfrutar del goce que suministraban era prácticamente imposible o extremadamente raro. Por eso mi espíritu de explorador tuvo que dedicarse al estudio del cosmos, donde, es cierto, se encuentran cosas que ningún humano pudo haber soñado. ¿Quién hubiera pensado en cuásares, púlsares, estrellas de neutrones, o que en los cometas se pudieran encontrar compuestos orgánicos que forman parte de la vida terrestre? Ni siquiera pudieron ustedes en su tiempo imaginar que un instrumento fabricado en la Tierra consiguiera posarse en la superficie de un cometa.

Como usted sabe, más que las estrellas y en los objetos astronómicos que existen o pueden existir fuera de nuestro sistema solar, me concentré en este. En este sentido, fui muy parecido a usted, solo que la «cercanía» de la que me ocupé estaba más lejos que la suya. Fue cuestión, al fin y al cabo, de recursos tecnológicos.

Su Kosmos está dedicado básicamente a la Tierra, mi Cosmos a los cielos, a los planetas del sistema solar. Mi gran amor fueron los planetas. Cuando la Royal Institution de Londres me invitó a pronunciar las famosas Conferencias de Navidad correspondientes a 1977 —justo 150 años después de que Michael Faraday pronunciara la primera—, me propusieron como tema la exobiología, el estudio de la vida fuera de la Tierra, pero yo rechacé la idea y propuse en su lugar los planetas, idea que me aceptaron. Y elegí hablar de ellos no solo porque era mucho más difícil, casi imposible, decir demasiadas cosas, y desde luego mostrar experimentos, acerca de la vida extraterrestre, sino porque mi carrera ha estado dedicada en gran medida a investigar los planetas del sistema solar. Mi carrera y, como digo, mi amor.

A. H.: Fue usted también afortunado, porque vivió lo suficiente para comprobar algo por otra parte obvio: que existen planetas en otros sistemas solares.

C. S.: Sí. Como usted sabe, en 1991 dos astrónomos descubrieron que dos planetas con masas 4,3 y 1,8 veces la de la Tierra orbitan alrededor de un púlsar, y cuatro años después otros dos astrónomos anunciaron que habían descubierto un planeta del tamaño y tipo de Júpiter orbitando en torno a una estrella del tipo del Sol, 51 Pegasi. Cuando se publicó mi Cosmos aún no se habían detectado planetas extrasolares, pero yo estaba seguro de que existían. Recuerde lo que escribí: «Todavía no podemos ver directamente los planetas de otras estrellas, porque son diminutos puntos de luz sumergidos en el brillo de sus soles locales. Pero estamos consiguiendo detectar la influencia gravitatoria de un planeta invisible sobre una estrella observada». Y describía a continuación algunos de los métodos posibles para inferir la presencia de esos planetas. Era cuestión de tecnología, y esta llegó. Como llegarán otras que nos permitirán descubrir el mayor de mis sueños: la existencia de vida en algún planeta.

Quiero hacerle una pregunta especial, barón Humboldt, una que se refiere a dos de los más grandes científicos. Tengo mucha curiosidad por saber qué opinaba de ellos: Galileo y Newton. Y los selecciono, ahora que estamos hablando del universo, porque imagino que sentiría usted un aprecio especial por Galileo, el perseguido por sus ideas científicas, por defender con buenos argumentos y excelente prosa que la Tierra no ocupa el centro del sistema solar. Digo esto porque sé que para usted la libertad era uno de los grandes valores de la humanidad. Y en cuanto a Newton, acaso el mayor genio científico de la historia de la humanidad, ¿cómo compatibilizó el grandísimo respeto y admiración que usted sintió por Goethe, con las críticas feroces que este dedicó a Newton en su Entwurf einer farbenlehre, su esbozo de una teoría de los colores. Le recuerdo que allí escribió cosas como: «En la segunda parte, pasamos a dilucidar la teoría de Newton, que por su fuerza y su simple gravitación ha impedido hasta aquí todo libre concepto de los fenómenos cromáticos. Rechazamos de plano una hipótesis que, pese a no estimársela ya útil, sigue gozando entre los hombres de un tradicional prestigio. Es necesario resaltar su verdadero valor y acabar de raíz con los inveterados errores a que ha dado lugar, si queremos que la teoría de los colores no siga rezagada, como hasta ahora, con respecto a otras muchas disciplinas de las ciencias naturales, mejor estudiadas».

¡Hablar así de Isaac Newton, el grande entre los grandes, el autor no solo de ese libro inmortal que es Philosophiae naturalis principia mathematica, sino también de otro titulado Óptica! Y usted sabe que la teoría de los colores de Goethe no ha pasado, precisamente, a la historia. Él fue un escritor admirable, pero como científico dejó mucho que desear.

A. H.: Tiene usted razón. Y no voy a defender a Goethe frente a Newton. Nadie en su sano juicio puede dejar de admirar el genio del científico inglés. Y aunque su teoría de la luz compuesta por partículas fue sustituida durante el siglo XIX por la versión ondulatoria, la que habla de la luz como una onda, y después por la física cuántica, para la que la luz es onda y partículas, sus investigaciones sobre los fenómenos ópticos figuran entre lo mejor de la ciencia.

En cuanto a Galileo, sí fue uno de mis héroes. Siempre que recuerdo cómo fue tratado por la Inquisición romana, mi corazón late con furia. Y, sí, como recuerda usted, fui un ardiente defensor de la libertad. Cualquiera que revise mis escritos, mi correspondencia, lo comprobará fácilmente. Amé la Revolución Francesa. En 1790 visité París y asistí a los preparativos para la celebración de su primer aniversario y sentí tal entusiasmo que ayudé a transportar área para la construcción de un templo de la libertad. Una buena parte de mis amigos científicos fueron franceses: Arago, Fourcroy, Lalande, Cuvier, Delambre, Saint-Hilaire… Incluso adopté el calendario que estableció la Revolución: vendimiario, brumario, frimario, germinal... Y no olvide que en mi viaje a América me acompañó Aimé Bonpland, que había sido alumno del Jardin des Plantes. En ningún lugar me encontré más a gusto que en París, y si volví a Alemania, después de largos años en Francia, fue obligado porque Federico Guillermo III, el rey de Prusia de quien dependía económicamente, me obligó a residir en Berlín, a donde llegué el 12 de mayo de 1827. Recuerdo la fecha muy bien. Mi vida nunca volvió a ser la misma. ¡Qué contraste el frío Berlín, la aburrida corte prusiana, con la vitalidad científica, política y social de París, donde pasé casi veinte felices años!

Le recuerdo también que fui amigo de Thomas Jefferson y de Simón Bolívar, el libertador de América. Siempre recordaré la visita que hice a Jefferson. Fue al término de mis periplos por América. Había salido en barco de México y de regreso a Europa me detuve en la joven nación norteamericana. Llegué a Filadelfia el 23 de mayo de 1804 y me dirigí enseguida a Washington D. C. El día 24, estando todavía en Filadelfia, escribí a Jefferson, entonces presidente de aquellos primeros Estados Unidos. Lo que quería era expresarle mi admiración por la filosofía política de la Declaración de Independencia que las entonces trece colonias americanas firmaron para separarse del Reino de Gran Bretaña, y de la que Jefferson había sido el principal responsable. Recuerdo todavía la emoción con que la leí, en especial aquel párrafo que decía: «Tenemos las siguientes verdades por evidentes en sí mismas: que todos los hombres son creados iguales; que su creador les ha otorgado derechos inherentes e inalienables; que entre ellos están la vida, la libertad y la búsqueda de la felicidad; que para garantizar esos derechos se instituyen entre los hombres gobiernos cuyos poderes legítimos emanan del consentimiento de los gobernados; que cuando una forma cualquiera de gobierno pone en peligro estos fines, el pueblo tiene derecho a alterarla o abolirla y a instituir nuevo gobierno, fundamentándolo en los principios, y organizando sus poderes en la forma que a su juicio le ofrezcan más posibilidades de alcanzar su seguridad y felicidad».

Aquella declaración se firmó el 4 de julio de 1776, trece años antes, por consiguiente, de mi admirada Declaración de los Derechos del Hombre y del Ciudadano de la Revolución Francesa, que la Asamblea Nacional Constituyente francesa aprobó el 26 de agosto de 1789.

En mi carta a Jefferson le decía que quería presentarle «mi respeto y expresar mi admiración por sus escritos, sus acciones y el liberalismo de sus ideas», que me habían inspirado desde mi juventud. Me recibió con gran cordialidad y respeto, aunque no ignoro que además de conocerme estaba interesado en saber a través de mí detalles, para él muy importantes, del imperio americano español. Yo poseía, no lo olvide usted, mapas, estadísticas y todo tipo de datos geográficos, políticos y sociales de aquellos territorios El año anterior a mi visita, Estados Unidos había comprado a Francia Luisiana, con lo que se dobló prácticamente la extensión de la nación. Los territorios de Luisiana pasaron a formar parte de quince estados, entre ellos algunos fronterizos con dominios de la corona española, que eran objeto del interés de los estadounidenses. Algo le dije, pero fui bastante leal a los españoles; al fin y al cabo, me habían permitido viajar por su América, un raro privilegio para un extranjero.

Jefferson me contestó enseguida, invitándome a visitarlo en Washington, ahora Distrito de Columbia, a donde llegué el 1 de junio. De las seis semanas que pasé en la joven nación, diez días estuve con él en su residencia oficial, la Casa Blanca, entonces todavía en construcción, pero también visité la propiedad que tenía en Monticello, en el estado de Virginia, a 190 kilómetros de Washington. Allí era donde Jefferson era feliz, rodeado de la naturaleza y con una biblioteca extraordinaria. Tenía un ejemplar de la Philosophiae naturalis principia mathematica de Newton. Ha sido, estoy seguro, el único presidente de Estados Unidos que leyó, que estudió esta obra. En la Galería de los Inmortales que tenía allí, asignó un lugar preferente a tres retratos: el de Newton, el de Francis Bacon, el jurista y autor de un texto en el que intentaba codificar el método científico, Novum Organum, y el de John Locke, filósofo del «sentido común», a quien se debe el influyente Two Treatises of Government, los dos tratados sobre el gobierno civil que escribió en 1690. Se refería a ellos como «la trinidad de los hombres más grandes que ha producido la humanidad».

Repasando su correspondencia, que como usted sabe se ha publicado, encontré que a John Adams, presidente de Estados Unidos entre 1797 y 1801 y a quien también conocí, le escribía el 21 de enero de 1812 desde Monticello: «He renunciado a los periódicos en beneficio de Tácito y Tucídides, de Newton y Euclides, y soy mucho más feliz». Significativo sobre el valor que Jefferson asignaba a la ciencia es lo que escribió en unos «Bosquejos biográficos de hombres famosos»: «Nuestro proceso revolucionario, como es bien sabido, comenzó con peticiones, suplicatorios, protestas, etc., del viejo Congreso. Estos escritos fueron seguidos por un acuerdo de no importación como instrumento de coacción pacífica. Mientras teníamos eso por delante y se retiraban del edificio casi todos los enseres con excepción de armas, municiones, etc., yo estaba sentado junto al doctor Franklin y observé que deberíamos hacer una excepción con los libros; que no deberíamos excluir la ciencia, aunque viniese del enemigo. También él lo creía y propuso la excepción, que fue aceptada».

Mantuvimos después correspondencia. Desde París, en mayo de 1808, yo le envié datos astronómicos y un ejemplar de mi libro Essai politique sur le Royaume de la Nouvelle Espagne y más tarde le mandé otros. Y a petición mía, en 1811 él me envió un ejemplar de Notes on the State of Virginia, que había publicado por primera vez en 1785. Fue el único libro que escribió, pero mereció la pena. Se trataba de una investigación-repertorio de los recursos naturales y económicos existentes en el estado de Virginia, en la que no faltan referencias a científicos como Buffon, Newton o Benjamin Franklin (otro de los firmantes de la Declaración de Independencia), del que, con orgullo, escribía, para resaltar la capacidad de los norteamericanos: «En física hemos producido a un Franklin, que ha hecho descubrimientos de importancia impar en el tiempo actual, enriqueciendo la filosofía con más y más ingeniosas soluciones a los fenómenos de la naturaleza que nadie».

C. S.: Me alegra mucho que admire tanto a Jefferson, es algo que nos une. En uno de los capítulos que incluí en mi libro El mundo y sus demonios, y que titulé «Los verdaderos patriotas hacen preguntas», escribí lo siguiente:

«Thomas Jefferson era un científico. Así es como se definía él mismo. Cuando uno visita su casa de Monticello, Virginia, con solo atravesar el portal encuentra pruebas por doquier de su interés científico, no solo por su inmensa y variada biblioteca, sino por las máquinas copiadoras, puertas automáticas, telescopios y otros instrumentos, algunos de ellos justo en el filo de la tecnología de principios del siglo XIX. Algunos los inventó, otros los copió, otros los adquirió. Comparó las plantas y los animales de América y Europa, descubrió fósiles, utilizó el cálculo en el diseño de un nuevo arado. Dominó la física newtoniana. La naturaleza le destinaba, según decía él, a ser científico, pero no existía la oportunidad de dedicarse a la ciencia en la Virginia prerrevolucionaria. Necesidades más apremiantes pasaron a primer plano. Se metió de lleno en los acontecimientos históricos que sucedían a su alrededor. Una vez alcanzada la independencia, decía, las siguientes generaciones podrían dedicarse a la ciencia y al academicismo.

»Jefferson fue uno de mis primeros héroes, no por sus intereses científicos, aunque estos lo ayudaron mucho a moldear su filosofía política, sino porque él, casi más que nadie, fue responsable de la extensión de la democracia por todo el mundo. Su idea asombrosa, radical y revolucionaria en la época —en muchos lugares del mundo todavía lo es— fue que ni los reyes, ni los curas, ni los alcaldes de grandes ciudades, ni los dictadores, ni una camarilla militar, ni una conspiración de facto de gente rica, sino la gente ordinaria, en trabajo conjunto, deben gobernar las naciones. Jefferson no fue solo un teórico importante de esta causa; estuvo involucrado en ella en el aspecto más práctico, ayudando a plasmar el gran experimento político americano que ha sido admirado y emulado en todo el mundo desde entonces.»

A. H.: Cuánto me alegra escuchar lo que me dice. No conocía ese escrito suyo.

C. S.: Puesto que estamos hablando de estas cuestiones, querría preguntarle, barón, qué enseñanzas extrajo de los años que pasó en la América española. Era, no lo olvidemos, una colonia.

A. H.: Es una pregunta complicada. Me consta la que se conoce como leyenda negra, en la que se hace hincapié en las explotaciones y abusos que los conquistadores llevaron a cabo en el Nuevo Mundo. Ciertamente existieron, pero esa no es la única historia. No conozco ningún caso de colonización en el que siquiera se intentase lo que los españoles hicieron, aunque no siempre consiguieron: imponer leyes que protegiesen a los nativos de manera parecida a las que hacían lo propio con los españoles en la península ibérica. Fundaron, le recuerdo, universidades y ciudades. Además, no puedo olvidar la labor que algunos españoles realizaron en América, a la cabeza de ellos mi admirado Celestino Mutis, cuya memoria llevo permanentemente conmigo en mi corazón. Pero, para ser más preciso, para responder de una forma más general a su pregunta, profesor Sagan, le voy a citar unos párrafos de uno de mis libros, el Viaje a las regiones equinocciales del Nuevo Continente:

«Muchos años habrán de pasar, sin duda, antes de que diecisiete millones de habitantes expandidos en una superficie que es cinco veces más grande que la Europa entera lleguen a un equilibrio estable, gobernándose a sí mismos. El momento más crítico es aquel en que los pueblos por largo tiempo subyugados se encuentran, de pronto, libres para arreglar su existencia en beneficio de su prosperidad. Se repite sin cesar que los hispanoamericanos no están suficientemente avanzados en la cultura para gozar de instituciones libres. Recuerdo que en época no muy lejana se aplicaba este mismo razonamiento a otros pueblos que se decían demasiado maduros en su civilización. La experiencia prueba, sin duda, que, en las naciones, como en los individuos, el talento y el saber son frecuentemente inútiles para la felicidad; pero, sin negar la necesidad de cierto caudal de luces y de instrucción popular para la estabilidad de las repúblicas o de las monarquías constitucionales, pensamos que esta estabilidad depende menos del grado de cultura intelectual que de la fuerza del carácter nacional, de esa mezcla de energía y de calma, de ardor y de paciencia que sostienen y perpetúan las instituciones, de las circunstancias locales en que un pueblo se encuentra y, en fin, de las relaciones políticas de un Estado con los Estados limítrofes.

»Si las colonias modernas, en la época de su emancipación, manifiestan todas una tendencia más o menos pronunciada por las formas republicanas, la causa de este fenómeno no debe ser atribuida a un principio de limitación que actúa sobre las masas más aun que sobre los hombres de forma aislada; ella se funda, sobre todo, en la posición en que se encuentra una sociedad separada de súbito de un mundo más antiguamente civilizado, libre de todo nexo exterior, compuesta por individuos que no reconocen preponderancia política en una misma casta. Los títulos acordados por la madre patria a un pequeño número de familiares de América no han formado allí lo que se llama en Europa una aristocracia nobiliaria. La libertad puede expirar en la anarquía o por la usurpación efímera de algún jefe audaz, pero los verdaderos elementos de la monarquía no se encuentran por ninguna parte en el seno de las colonias modernas.»

Como ve, en manifestaciones como estas yo era a la vez algo ambiguo y prudente. No estaba seguro de que las colonias estuviesen maduras para establecer gobiernos autónomos, pero al mismo tiempo me daba cuenta de que esto era inevitable, y que la forma de gobierno no podía ser otra que la república. Apoyé sin fisuras a Simón Bolívar, que soñaba con una Gran Colombia, una sola nación americana. Pero su fracaso, y la agotada historia posterior de las naciones hispanoamericanas —que he seguido atentamente desde mi limbo virtual— han dado la razón a mis dudas. En cuanto a los españoles, les advertí de lo que estaba sucediendo, de lo que iba a suceder. En mi Ensayo político sobre la isla de Cuba escribí en este sentido: «Todo el tiempo que la España, desconociendo sus verdaderos intereses, tarde en reconocer la independencia de las nuevas repúblicas, la isla de Cuba, amenazada por Colombia y la confederación mexicana, debe mantener para su defensa interior un apresto militar que absorba las rentas coloniales. Solo la marina española apostada en el puerto de La Habana cuesta generalmente más de 650.000 duros, y la tropa de tierra necesita anualmente cerca de millón y medio. Semejante estado de cosas no puede durar mucho, si la península no alivia la carga que pesa sobre la colonia».

Para mí, como buen seguidor de la Revolución Francesa, la de la «liberté, égalité, fraternité», la libertad fue un valor superior. Cuando recuerdo mi vida, la cuna en que nací, las facilidades de que disfruté, me temo que con la égalité fue diferente. Y tuve la desgracia de ser testigo frecuente —Darwin más tarde también lo fue— del mayor enemigo de la libertad: la esclavitud. A ella le dediqué un capítulo completo en mi Ensayo político sobre la isla de Cuba, donde puede usted leer frases del tipo de: «La esclavitud es, sin duda, el mayor de todos los males que han afligido a la humanidad, ya se considere al esclavo arrancado de su familia en el país natal y metido en los depósitos de un buque negrero como que es parte de un rebaño de hombres negros apriscados en el territorio de las Antillas».

El científico, querido profesor Sagan, debería implicarse siempre en la defensa de la libertad. De la libertad y de todo aquello que amenace a la humanidad. Me alegra decirle que usted se comportó muy noblemente alertando del gravísimo peligro que significan para la humanidad las bombas atómicas: el, como usted lo denominó, «invierno nuclear».

C. S.: Gracias, barón. Me consuela que me diga eso, pero pienso que podría haber hecho mucho más; ningún científico de mi tiempo tuvo una repercusión pública mayor que yo. Como usted sabrá también, como buen observador que es desde su atalaya virtual, los científicos de mi época, los que trabajaron en mi país en el Proyecto Manhattan, que construyeron las primeras bombas atómicas, y que luego prestaron sus servicios en la llamada guerra fría, no debieron, no debimos, tener la conciencia demasiado limpia. En algunos escritos míos traté estas cuestiones; en, por ejemplo, El mundo y sus demonios, decía: «Cuando la investigación científica proporciona unos poderes formidables, ciertamente temibles, a naciones y líderes políticos falibles, aparecen muchos peligros: uno es que algunos científicos implicados pueden perder la objetividad. Como siempre, el poder tiende a corromper. En estas circunstancias, la institución del secreto es especialmente perniciosa y los controles y equilibrios de una democracia adquieren un valor especial».

La creación del mundo

Existimos en el universo, fuera de él no existe nada, ni siquiera tiene sentido hablar de la existencia de la nada. Estamos acostumbrados, sin embargo, a pensar que todo lo que existe tuvo una causa y un principio, de manera que ¿cómo llegó a ser el universo? No es sorprendente que se pensase —que muchos continúen pensando— que es la obra de un creador, de un Dios, y que se explicase su acción en términos asimilables a las acciones de los humanos, esto es, en términos antropomórficos. En la tradición cristiana, la explicación se recoge en el primer libro, el Génesis, del Antiguo Testamento. Allí se expone que Dios creó el mundo en siete días. Al principio, ese Dios habría creado los cielos y la tierra, esta sin forma y vacía, y reinaba la oscuridad. Después, a lo largo de las seis siguientes jornadas, dijo, primero, «Hágase la luz, y hubo luz», luego que «haya un firmamento en medio de las aguas»: fue entonces cuando hizo que el firmamento fuera redondo y móvil, «para que contenga todas las cosas», y que fuese sólido, separado de las aguas, para que en él estuvieran las estrellas fijas. Reunió a continuación los mares en un lugar y la tierra seca en otro, para que esta produjera hierba verde que diera simientes y árboles que produjeran frutos. Llegó entonces el momento de separar el día de la noche, para lo cual creó dos «lumbreras», una, el Sol, para que reinase en el día, y otras, las estrellas, para que hiciesen lo propio en la noche. Semejante escenario era ya propicio para la creación de vida: en las aguas, reptiles «de ánima viviente», «las grandes ballenas y toda cosa viva que anda arrastrando, que las aguas produjeron según su género», y pájaros que vuelan. «Fructificad y multiplicaros, y henchid las aguas en los mares, y que las aves se multipliquen en la tierra». Y así llegó al sexto día, en el que creó primero «bestias y serpientes y animales de la tierra, según su especie», para pasar a continuación a hacer «al hombre a nuestra imagen para que señoree en los peces de la mar, y en las aves de los cielos, y en las bestias, y en toda la tierra, y en todo animal que anda arrastrando sobre la tierra». Inicialmente, ese hombre debía de significar «humano», porque en muchas ediciones del Génesis se lee después: «Y crio Dios al hombre a su imagen, a imagen de Dios lo crio; varón y hembra los crio». Y viendo todo lo que había hecho, y considerándolo completo, el séptimo día descansó.

La creación de la luz (luminarias) en el universo según Francisco de Holanda en su De aetatibus mundi imagines (1545-1573).

Por supuesto, sabemos que la historia de lo que siguió al comienzo del universo no es como se describe en el Génesis, independientemente que se acepte que el día bíblico es una metáfora. Ni siquiera en la actualidad disponemos de explicaciones completas para esa historia. Pero es preciso ser comprensivo con la del Génesis, al igual que con otras procedentes de tradiciones diferentes: fueron hijas de su tiempo, un tiempo en el que lo que llamamos «ciencia» no existía. Y cuando no existe la ciencia, la indagación racional de la naturaleza y de los fenómenos que se dan en ella, surgen los mitos, que responden a una de las mejores características de los humanos: el deseo de saber, de entender por qué las cosas son como son. Así debemos leer explicaciones como la bíblica, y entender también que detalles que aparecen en ella y que hoy nos esforzamos en superar —como que todo aquello, vivo o inanimado, que existe en la Tierra está al servicio de los humanos— no es más que una manifestación de cómo se pensaba en el pasado lejano y en el no tan lejano. Hoy, desde que Charles Darwin nos iluminó en 1859 con su libro El origen de las especies, sabemos que los humanos no surgimos de repente por un acto creador de un Dios todopoderoso, sino que estamos emparentados con toda la vida que ha existido sobre la Tierra, y que en la evolución de las especies desempeña un papel central el equilibrio entre el egoísmo y el altruismo, pues somos individuos dentro de un grupo.

Explicado todo esto, pasemos a ver cómo se llegó a entender el universo en la forma que ahora no hacemos.

La observación de las estrellas

Es imposible imaginar que los primeros Homo sapiens (seguramente también alguna otra especie de homínidos) no se hicieran algunas preguntas cuando contemplaban los movimientos del Sol, el paso del día a la noche y, en esta, la variable presencia de la Luna y esas pequeñas luces que finalmente recibieron de los griegos el nombre de estrellas. Han sobrevivido numerosas evidencias que delatan el interés que nuestros antepasados antiguos mostraron por lo que sucede en los cielos: restos arqueológicos orientados de manera que señalan hacia los lugares en los que el Sol se levanta y se pone a mediados del verano y del invierno, tumbas construidas hacia el 4500 a. C., cuya forma alargada se alinea con los lugares donde se levantan y ponen estrellas brillantes; monumentos cuyas funciones y significado no comprendemos bien, como Stonehenge, cuya estructura se adecuaba a posiciones de cuerpos celestes. En estas construcciones megalíticas, individuos a los que con justicia podemos llamar astrónomos primitivos grabaron las figuras de algunas constelaciones fáciles de identificar: la Osa Mayor, la Osa Menor y las Pléyades. La catalogación de estrellas fue una de las primeras actividades científicas conscientes conocidas. A partir del 3200 a. C., los sumerios iniciaron la observación de los cuerpos celestes, a los que dieron nombre e identificaron por sus caracteres, posición y movimiento.

Otra de las tareas, hasta cierto punto obvias, que ocuparon a los antiguos fue la de determinar los movimientos de los cuerpos celestes, para la que se fueron inventando diferentes instrumentos astronómicos: astrolabios, cuadrantes, ballestillas, compases y más tarde, como veremos, telescopios. Los resultados de esas observaciones astronómicas se compilaron en tablas astronómicas, registros de los movimientos celestes que permitían calcular la posición de los planetas, las fases de la Luna, los eclipses y otros acontecimientos relacionados con los movimientos celestes. Entre las copias que se han conservado de estas tablas, se encuentran la que incluyó Claudio Ptolomeo (c. 100-170) en su gran texto astronómico Almagesto, y las Tablas toledanas de Abu Ishaq Ibrahim ibn Yahya al-Zarqalluh, más conocido como Azarquiel (c. 1029-1087), un artesano de Toledo especializado en la construcción de instrumentos astronómicos que además de en su ciudad natal también vivió en Córdoba y Sevilla, donde murió. Mención especial se debe a las tablas astronómicas impulsadas por Alfonso X (1221-1284), conocido con justicia como el Sabio. Elaboradas en Toledo entre 1252 y 1272 por los astrónomos judíos Yehuda ben Moshe e Isaac ben Sid, constituyen una actualización de las tablas de Azarquiel y contienen las posiciones de los cuerpos celestes observados desde Toledo el 1 de enero de 1252, el año en que Alfonso fue coronado rey de Castilla. Fue uno de los primeros textos publicados utilizando la técnica introducida por Gutenberg: en 1483, Erhard Ratdolt publicó la primera edición en su imprenta de Venecia. A Alfonso X se debe también una obra, Libros del saber de astronomía (c. 1276), seguramente compuesta en Sevilla, donde se hallaba entonces el territorio alfonsí, que contiene traducciones al castellano de dieciséis tratados astronómicos escritos originalmente en arameo o árabe.

Un universo geocéntrico

La observación es absolutamente necesaria para la ciencia, pero los datos obtenidos de esta manera no bastan para construir leyes y modelos Se necesita un cierto equilibrio entre observación y especulación, equilibrio que no siempre se dio con relación al universo, aunque no debemos juzgar el pasado lejano con los criterios del presente. Hoy no dudamos de que la Tierra se mueve, pero no es fácil asumir que no es el Sol el que gira en torno a ella, sino al revés. En aquella época, se preguntaban: ¿Si la Tierra se mueve realmente, cómo es que no nos damos cuenta de su movimiento, cómo es que no nos vemos afectados en nuestra estabilidad? No obstante, hubo quienes sostuvieron que era el Sol quien se encontraba en el centro del universo, del pequeño universo que entonces se conocía. El más conocido de estos fue Aristarco (c. 310-230 a. C.), natural de Samos, una isla al oeste de Asia Menor cercana a Mileto, pero que desarrolló su trabajo como astrónomo en Alejandría.

Lo razonable era pensar que la Tierra se encontraba quieta en el centro del universo (el modelo geocéntrico), un universo que durante milenios fue pequeño: el Sol, Mercurio, Venus, la Tierra, la Luna, Marte, Júpiter, Saturno y la esfera de las llamadas «estrellas fijas», lucecitas visibles por la noche que parecían no moverse (lo hacen, claro, pero están demasiado lejos para apreciarlo de manera directa).

Entre los que se esforzaron por hacer de la tesis geocéntrica una cosmología que explicase correctamente los movimientos observados en el cosmos, así como por dotarla de algún sentido «mecánico», sobresalió en primer lugar Eudoxo de Cnido (c. 390-337 a. C.), la antigua ciudad espartana de Asia Menor. Especialmente influyente fue Platón (c. 427-347 a. C.), de quien Eudoxo fue discípulo durante algún tiempo. Pero quien elaboró un modelo más articulado fue el mayor filósofo-científico de la antigüedad: Aristóteles (384-322 a. C.). Sus ideas nos han llegado a través de textos suyos como De caelo (Sobre el cielo) y la Física. Para él, el universo se dividía en dos partes: el mundo supralunar (o Cielo) y el mundo sublunar (o Tierra). En el primero, que comenzaba en la Luna y se extendía hasta la esfera de las estrellas fijas (más allá de la cual estaba el «motor inmóvil» que había dado a las estrellas un movimiento circular, uniforme y eterno), reinaban los movimientos circulares y la incorruptibilidad. Estaba formado por una sustancia simple y eterna, la quintaesencia, caracterizada por la ausencia de cualidades: no era caliente ni fría, ni húmeda ni seca. Por el contrario, el mundo sublunar era el de la corrupción y el cambio, un mundo constituido por cuatro elementos (aire, fuego, agua y tierra), en el que los únicos movimientos «simples» eran los rectilíneos, que se dirigían hacia su «lugar natural», situado en el centro de la Tierra.

Pero con el paso del tiempo y las nuevas observaciones astronómicas, aparecieron dificultades para el modelo geocéntrico. No explicaba, por ejemplo, el movimiento retrógrado de los planetas, manifiesto con especial claridad en el caso de la órbita de Marte. Para dar sentido a semejantes «irregularidades», Apolonio de Pérgamo (c. 262-190 a. C.) introdujo dos novedades: el desplazamiento de la Tierra del centro del universo y la identificación de un punto al otro lado del centro geométrico de un punto equidistante (ecuante) desde el cual el movimiento era uniforme, y, para explicar los movimientos retrógrados, situó al planeta en cuestión en un pequeño círculo (epiciclo) que se movía a lo largo de un círculo mayor (deferente). Tres siglos después, Ptolomeo completó y sistematizó este modelo del mundo, que sobrevivió hasta el siglo XVI, en un texto, escrito en griego, al que los árabes dieron el nombre con que es conocido: Almagesto (El más grande). Fue la cumbre del sistema geocéntrico.

De Ptolomeo no se sabe demasiado. Sí que trabajó en Alejandría, la principal ciudad del Egipto grecorromano, y es posible que proviniese de una familia griega afincada en Egipto y que tuviese la ciudadanía romana. El hecho de haber vivido en Alejandría tuvo que ser importante para su obra: allí, en la ciudad fundada por Alejandro, dotada de su famosa biblioteca, accedió a las mejores fuentes antiguas de conocimientos astronómicos, e incluso dispondría de algún tipo de observatorio desde el que estudiar los movimientos celestes. Probablemente debieron existir antes de él otros tratados con fines similares, pero no nos han llegado, acaso por el propio éxito del libro de Ptolomeo, que desanimó a que se copiasen textos anteriores, que habían quedado obsoletos. De esta forma, el trabajo de sus precursores se ha perdido en buena medida.

Claudio Ptolomeo y Nicolás Copérnico con sus libros, Almagesto y De revolutionibus orbium coelestium, paradigmas de, respectivamente, los modelos geocéntrico (la Tierra en el centro del universo) y heliocéntrico (el Sol en el centro del universo).

Un universo heliocéntrico

Transcurrió poco menos de un milenio y medio para que la síntesis ptolemaica fuera cuestionada seriamente y sustituida por otra en la que el Sol ocupase el centro del universo, en una concepción heliocéntrica, por consiguiente. Lo hizo un canónigo y astrónomo teórico polaco, Nicolás Copérnico (1473-1543). Después de finalizar sus estudios universitarios en la Universidad de Cracovia, y gracias a la ayuda de su tío, obispo de Warmia, Copérnico fue nombrado canónigo de la catedral de Frauenburg (en la actualidad, Frombork, en el norte de Polonia). Con semejante base asegurada, en 1496 marchó a Italia, donde estudió primero Derecho en Bolonia y después Medicina en Padua, donde también se doctoró en Derecho canónigo en 1503. Allí, al hilo de estos estudios, amplió sus conocimientos astronómicos, sobre todo teóricos. Con poco más de treinta años regresó definitivamente a Polonia, donde pasó el resto de su vida ocupándose primero de tareas administrativas y religiosas como secretario personal de su tío, hasta la muerte de este en Frauenburg en 1512.

Aunque el nombre de Copérnico se encuentra unido al libro publicado en 1543, De revolutionibus orbium coelestium (Sobre los giros de los orbes celestes), este pudo muy bien no haberse publicado jamás, ocupado su autor como estaba en sus tareas de canónigo, si no hubiese sido por la aparición de Georg Joachim Rheticus, quien tras estudiar en la Universidad de Wittenberg se encaminó hacia Frauenburg con el propósito de visitar al canónigo astrónomo, que entonces tenía ya sesenta y seis años. Lo que iba a ser una visita breve finalmente se extendió más de dos años, en los que convenció a Copérnico de que preparase De revolutionibus orbium coelestium. Veintiocho meses después de haber llegado, Rheticus abandonó Frauenburg con una copia del manuscrito de Copérnico destinada a la imprenta de Petreius en Núremberg, donde fue publicado.

Da idea de la dificultad que implicaba aceptar la tesis de Copérnico el prefacio «Ad lectorem» con el que comenzaba el libro. Este aparecía sin firmar, pero no fue debido ni a Copérnico ni a Rheticus, sino al teólogo protestante Andreas Osiander, el corrector de las pruebas y en este sentido responsable de la edición de la obra, quien lo incluyó sin que lo autorizase Copérnico. La opinión que sostenía allí Osiander («no espere nadie —escribía— en lo que respecta a las hipótesis algo cierto de la astronomía, pues no puede proporcionarlo») no apoyaba la idea de que fuese cierto realmente el sistema heliocéntrico, sino que se trataba de un mero instrumento de cálculo. Al aparecer sin firmar, esta valoración fue tomada como el punto de vista del propio Copérnico.

Tycho Brahe, el último astrónomo anterior al telescopio

De todas maneras, y al contrario de la leyenda que pervivió durante mucho tiempo, el libro de Copérnico fue leído con atención por la mayoría de los astrónomos de su tiempo, y también por los que lo siguieron inmediatamente. Pero esto no fue suficiente para que la tesis heliocéntrica se impusiera, entre otros motivos porque Copérnico no desarrolló una dinámica que hiciera plausible la idea de una Tierra en movimiento: si esto fuese así, si la Tierra, efectivamente, se movía, ¿cómo es que los objetos libres no se alejaban de la superficie terrestre?, ¿por qué los cuerpos arrojados desde una torre no caían al oeste de la base de la misma? Había, en definitiva, que crear una ciencia del movimiento en la que tuviese cabida la noción de sistemas que mantenían su estado de movimiento si no se los sometía a algún tipo de nueva influencia.

Ejemplo notable de las dificultades que las tesis copernicanas encontraron para imponerse es el danés Tycho Brahe (1546-1601), el mayor astrónomo anterior a la invención del telescopio. En 1572, Brahe tuvo la oportunidad de observar un raro fenómeno astronómico: la aparición de una nueva estrella, una nova (hoy sabemos que se trató de una supernova). La noche del 11 de noviembre de 1572 observó, cerca del cénit en Casiopea, una estrella de una extraordinaria luminosidad que por su brillo se podía comparar a Venus. Solo fue a partir de diciembre cuando el resplandor de la nueva estrella comenzó a disminuir, desapareciendo finalmente de la vista en marzo de 1574. Gracias a un sextante que él mismo había construido, pudo medir con precisión la posición de la nova, determinando que se encontraba muy lejos, más allá de la esfera lunar que marcaba, según el modelo aristotélico-ptolemaico, la frontera a partir de la cual no había cambio. Pero la nova mostraba todo lo contrario, que también allí los cuerpos celestes cambiaban.

A partir de 1576, Brahe utilizó para sus observaciones el centro de Uraniburg, la «ciudad de las estrellas», un gran complejo astronómico que le cedió el rey Federico II, construido en la isla de Ven, situada en el estrecho de Sund, que separa a Dinamarca de Suecia. Allí contaba con los mejores instrumentos astronómicos de la época: cuadrantes, esferas armilares (zodiacales y ecuatoriales), arcos bipartidos para captación de distancias astrales menores, semicírculos, ballestillas (o radio astronómico), reglas paralácticas y sextantes astronómicos. Asimismo, dispuso de un gran cuadrante mural, que reprodujo en uno de los grabados del libro que publicó en 1598, Astronomiae instauratae mechanica (Mecánica de la astronomía renovada). En él, aparece el propio Brahe. En Ven, se dedicó durante cuatro lustros a la observación de los movimientos estelares, con el fin de poder confeccionar unas tablas astronómicas que, finalmente, preparó en 1627 Kepler: las Tablas rudolfinas. Pero aunque fue consciente de que el modelo aristotélico-ptolemaico no podía ser correcto, no optó por el copernicano, sino por otro en el que todos los planetas (salvo la Tierra) orbitaban en torno al Sol, que a su vez lo hacía alrededor de la Tierra.

Tras la muerte de Federico II, su sucesor, Cristián IV, que subió al trono en 1596, suprimió la asignación anual que recibía Brahe, lo que hizo que este abandonase Ven y Dinamarca, instalándose finalmente en 1598 en el castillo de Benatek, a 35 kilómetros al nordeste de Praga, como astrónomo real o matemático imperial del emperador Rodolfo II. Pronto, no obstante, falleció. Lo sucedió un joven al que había escrito el 9 de diciembre de 1599 expresándole el deseo de que trabajase con él. Se trataba de Johannes Kepler (1571-1630).

Las primeras leyes de la física celeste: Kepler

A Kepler, un copernicano convencido, se le debe sobre todo la idea —a la que llegó estudiando los datos obtenidos por Brahe— de que los recorridos que siguen los planetas del sistema solar no son circulares, como se sostenía hasta entonces (incluso Copérnico), sino elípticos. Se dio cuenta de que «en el movimiento planetario, los radios vectores barren áreas iguales en tiempos iguales», lo que se conoce como su segunda ley del movimiento planetario. Ahora bien, el cambio de velocidad a lo largo de la órbita era incompatible con la concepción circular, y el estudio de las cónicas realizado en el siglo III a. C. por Apolonio de Pérgamo lo llevó a la conclusión de que las órbitas eran elipses en las que el Sol ocupaba uno de los polos (primera ley). Formuló así las primeras leyes generales de la naturaleza, que presentó públicamente en un libro en 1609: Astronomia nova (Nueva astronomía), en el que describía los sistemas ptolemaico, tychónico y copernicano, introducía las órbitas elípticas e incorporaba la descripción que el médico y filósofo natural inglés William Gilbert hizo en 1600 de la Tierra como un imán, para explicar la atracción del Sol. Completó su obra con la publicación en 1619 de otro libro, Harmonices mundi (Armonías del mundo), en el que aparecía una tercera ley: «los cuadrados de los tiempos de revolución de dos planetas cualesquiera son proporcionales a los cubos de sus distancias medias al Sol».

Las tres leyes de Kepler muestran relaciones cuantitativas obtenidas mediante prueba y error y aplicadas luego como datos para verificar la hipótesis, un procedimiento ciertamente moderno, aunque coexistiese con otros que lo eran menos. Y es que, en cuanto a modelos teóricos, Kepler se movió en territorios que en la actualidad en modo alguno podemos considerar modernos. Cuando hablaba, como en su libro de 1619, de armonías del mundo, lo hacía casi literalmente.

Un punto importante es que Kepler se ayudó con un ente matemático, los logaritmos, en cuya creación destacó el escocés John Napier (1550-1617), un barón escocés interesado en desarrollar métodos de cálculo. Parece que su punto de partida fueron las progresiones geométricas, aquellas series de números en las que cada término se obtiene del anterior multiplicándolo por un número fijo; por ejemplo

1, 2, 4, 8, 16, …

en la que el factor multiplicativo es 2, o

1, 10, 100, 1.000, 10.000, ...

(factor multiplicativo 10).

Expresadas de otra manera, estas series se pueden escribir como

2⁰, 2¹, 2², 2³, 2⁴, …

10⁰, 10¹, 10², 10³, 10⁴, …

Y se observó que, por ejemplo, 2²·2⁴ (4·16=64) era igual a 2²⁺⁴; esto es 2⁶ (2·2·2·2·2·2), o 10³·10⁴=10³⁺⁴, lo que significaba que multiplicar potencias era lo mismo que sumar exponentes. Esta es la idea básica de los logaritmos, que se vio reforzada cuando James Craig, médico del rey de Escocia, informó a Napier de que semejante propiedad aparecía también en la trigonometría (era conocida como prostaféresis), con relación a una fórmula descubierta por el matemático francés François Viète

en la que un producto se convertía en una suma.

Napier desarrolló la idea produciendo un nuevo útil matemático, el logaritmo, que presentó en un libro publicado en 1614: Mirifici logarithmorum canonis descriptio (Descripción de la maravillosa regla de los logaritmos). Curiosamente, aunque el término logaritmo aparecía en el título del libro, en el texto Napier utilizaba la expresión numerus artificialis (la abreviación «log» la introdujo Kepler en 1624).

El logaritmo en base x de un cierto número, a, (logx a), es igual al exponente al que elevar la base, x, para que nos dé el número en cuestión, a. Si la base es, por ejemplo, 10, entonces esa definición se expresa en los siguientes términos (y es el logaritmo buscado):

10y = a

Teniendo en cuenta esta definición, tenemos que el log₁₀ de 10 será 1, el de 1, 0, el de 100, 2, etc.

La introducción de los logaritmos dio un salto cualitativo en el cálculo, tanto numérico como trigonométrico, al sustituir la multiplicación y la división por la suma y la resta, ya que

log a·b = log a + log b

log a/b = log a - log b

log (ab) = b·log a.

De esta manera, para encontrar el valor del producto a·b, basta con sumar sus logaritmos y buscar luego en la correspondiente tabla el antilogaritmo.

Sagan y Kepler

En Cosmos, Carl Sagan prestó bastante atención a Kepler, algo que podemos entender, pues no en vano fue un hombre en algunos aspectos a caballo entre el misticismo y el espíritu científico que tiene como pilares la observación, la cuantificación y la búsqueda de leyes generales para los fenómenos físicos. Entre los pasajes que le dedicó, cito uno: «En la época de Kepler solo se conocían seis planetas: Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter y Saturno. Kepler se preguntaba por qué eran solo seis. ¿Por qué no eran veinte o cien? ¿Por qué sus órbitas presentaban el espaciamiento que Copérnico había deducido? Nunca hasta entonces se había preguntado nadie cuestiones de este tipo. Se conocía la existencia de cinco sólidos regulares, o ˝platónicos˝, cuyos lados eran polígonos regulares, tal como los conocían los antiguos matemáticos griegos posteriores a Pitágoras. Kepler pensó que los dos números estaban conectados, que la razón de que hubiera solo seis planetas era porque había solo cinco sólidos regulares, y que esos sólidos, inscritos o anidados uno dentro de otro, determinarían las distancias del Sol a los planetas. Creyó haber reconocido en esas formas perfectas las estructuras invisibles que sostenían las esferas de los seis planetas. Llamó a su revelación el Misterio Cósmico. La conexión entre los sólidos de Pitágoras y la disposición de los planetas solo permitía una explicación: la mano de Dios, el Geómetra».

Galileo, científico y mártir

La cosmología de Kepler carecía de una física del movimiento, tarea en cuya construcción sobresalió Galileo Galilei (1564-1642). La vida y obra de Galileo, uno de los grandes héroes de la historia del pensamiento, ha sido —y continúa siendo— muy estudiada y publicitada. Aquí cabe señalar que fue el gran paladín del sistema heliocéntrico, defensa que, como es bien sabido, le causó serios inconvenientes en sus años postreros.

Galileo y el telescopio

A comienzos del verano de 1609, Galileo supo mientras se hallaba en Venecia que en Holanda se había construido un aparato, un anteojo, con el que se veían más cerca los objetos alejados. En el libro que terminó escribiendo, Sidereus nuncius, explicó cómo le llegó la noticia del nuevo instrumento:

Galileo Galilei, observador del cielo, estudioso del movimiento de los cuerpos y agudo crítico del modelo geocéntrico del universo.

Cerca de diez meses hace ya que llegó a nuestros oídos la noticia de que cierto belga había fabricado un anteojo mediante el que los objetos visibles muy alejados del ojo del observador se discernían claramente como si se hallasen próximos. Sobre dicho efecto, en verdad admirable, contábanse algunas experiencias a las que algunos daban fe, mientras que otros las negaban. Este extremo me fue confirmado pocos días después en una carta de un noble galo, Jacobo Badovere [que había sido discípulo de Galileo], de París, lo que constituyó el motivo que me indujo a aplicarme por entero a la búsqueda de las razones, no menos que a la elaboración de los medios por los que pudiera alcanzar la invención de un instrumento semejante, lo que conseguí poco después basándome en la doctrina de las refracciones.

La historia de la invención del telescopio es una en la que se pueden identificar varios padres, ópticos holandeses sobre todo (la óptica de lentes para corregir defectos de visión tenía por entonces una larga historia), pero también el polígrafo napolitano Giovambattista della Porta, quien en su Magiae naturalis, obra publicada en Nápoles en 1589, trataba las propiedades de aumento de las lentes, describiendo sumariamente lo que podría haber sido un catalejo. Della Porta era miembro de la Accademia Nazionale dei Lincei (Academia de los Linces), agrupación de la que hablaré más adelante y de la que Galileo formó parte: en una carta que Della Porta escribió a Cesi el 28 de agosto de 1609, incluyó un dibujo en el que aparecía el esquema de un catalejo.

En cualquier caso, lo destacable es que solo con aquella información Galileo supo construir él mismo uno de esos instrumentos (perspicillum, «anteojo», lo llamó). Manipulando lentes pronto encontró una combinación —un cristal cóncavo y otro convexo— que aumentaba el tamaño de los objetos. El primer telescopio que construyó tenía 3 aumentos, pero enseguida fabricó otro de 9; en noviembre disponía de uno de 15 aumentos y en enero de 1610, de uno de 20. Es importante señalar que tuvo la buena fortuna de disponer de las mejores lentes de Europa, fabricadas con cristales de la isla veneciana de Murano. Él mismo pulía las lentes.

No sé si Galileo pensó inmediatamente en dirigir su nuevo instrumento a los cielos; lo que es un hecho es que el 24 de agosto de 1609 escribía desde Padua a Leonardo Donato, el dux de Venecia, lo siguiente:

Serenísimo Príncipe:

Galileo Galilei, humildísimo siervo de V. S., velando asiduamente y de todo corazón para poder no solamente satisfacer el cargo que tiene de la enseñanza de matemáticas en la Universidad de Padua, sino también aportar un extraordinario beneficio a V. S. con algún invento útil y señalado, comparece en este momento ante vos con un nuevo artificio consistente en un anteojo extraído de las más recónditas especulaciones de perspectiva, el cual pone los objetos visibles tan próximos al ojo, presentándolos tan grandes y claros, que lo que se encuentra a una distancia de, por ejemplo, nueve millas, se nos muestra como si distase tan solo una milla, lo que puede resultar de inestimable provecho para todo negocio y empresa marítima, al poder descubrir en el mar embarcaciones y velas del enemigo a mayor distancia de la usual, de modo que podremos descubrirlo a él dos horas o más antes de que él nos descubra a nosotros, y distinguiendo además el número y características de sus bajeles podremos estimar sus fuerzas aprestándonos a su persecución, al combate o a la huida. De igual manera se puede descubrir en tierra, desde alguna elevación, aunque sea distante, los alojamientos y refugios del enemigo en el interior de las plazas, o incluso se puede a campo abierto ver y distinguir en sus detalles todos sus movimientos y preparativos con grandísima ventaja nuestra. Posee además muchas otras utilidades claramente obvias para cualquier persona juiciosa. Y por tanto, juzgándolo digno de ser aceptado por V. S. y estimándolo utilísimo, he determinado presentároslo, dejando a vuestro arbitrio juzgar acerca de este invento, para que ordenéis y dispongáis, según parezca oportuno a vuestra prudencia, que sean o no fabricados.

Está claro: Galilei quería ganar más dinero y vio en el telescopio un magnífico medio para atraer la atención de aquellos de los que en última instancia dependía, los gobernantes venecianos. De hecho, no se limitó a escribir al dux: viajó a Venecia para mostrarle, a él y al Senado, el telescopio, y regalarles uno. El efecto fue magnífico: el Senado renovó de por vida su contrato en Padua y aumentó su salario hasta mil florines anuales, más de cinco veces su sueldo inicial.

No pensemos mal de Galileo por comportarse como lo hizo. Algo parecido, con las variantes que se quiera, han hecho, hacen y harán muchos científicos, que razonablemente desean mejorar su posición económica, profesional y social gracias a los trabajos que realizan.

Al dirigir su mirada hacia la Luna, Galileo comprobó, como explicó en un breve libro que se apresuró a escribir y publicar en 1610, Sidereus nuncius (Noticiero sideral), que «la Luna de ninguna manera está cubierta por una superficie lisa y pulida» como pensaban los defensores del antiguo sistema aristotélico-ptolemaico, «sino áspera y desigual; y que a semejanza de la faz de la propia Tierra se encuentra llena de grandes protuberancias, profundas lagunas y anfractuosidades». También observó las estrellas «fijas» y esa franja lechosa que llamamos Vía Láctea, pero la parte más extensa y detallada de Sidereus nuncius la ocupaba el descubrimiento de «cuatro PLANETAS nunca vistos desde el comienzo del mundo hasta nuestros tiempos». Del movimiento de esos planetas —a los que llamó «estrellas mediceas»— que aparecían en posiciones variables cerca de Júpiter, dedujo que giraban en torno a este, «un argumento eximio y único —escribió— para quitar los escrúpulos de aquellos que, aceptando de buen grado el movimiento de los planetas alrededor del Sol en el sistema copernicano, se enervan de tal modo por el movimiento de solo la Luna alrededor de la Tierra, mientras que ambas, Luna y Tierra, dibujan una completa órbita circular anual alrededor del Sol, que piensan que esta estructura del universo tiene que ser rechazada como imposible».

De las estrellas mediceas a Ío, Europa, Ganímedes y Calisto

Cuatro años después de que los viese Galileo, el astrónomo alemán Simon Marius (1573-1624), también conocido como Marius von Gunzenhausen, bautizó las estrellas mediceas con nombres de personajes que la mitología griega relacionaba con Júpiter: Ío, Europa, Ganímedes y Calisto, argumentando que él las había observado unos días antes —el 28 de diciembre de 1609— de lo que constaba en los escritos de Galileo, y que ya había visto entonces las cuatro, no tres como inicialmente observó Galileo. En este sentido, en su libro Mundus Iovialis (1614) escribió:

Júpiter es culpado por los poetas debido a sus irregulares amores. Tres doncellas son mencionadas especialmente por haber sido cortejadas clandestinamente por Júpiter con éxito. Ío, hija del río Ínaco; Calisto, de Licaón; Europa, de Agénor. Luego fue Ganímedes, el hermoso hijo del rey Tros, a quien Júpiter, habiendo tomado la forma de un águila, transportó en su lomo hasta los cielos, tal como los poetas narran de una forma fabulosa. Yo pienso, por tanto, que no hago mal si a la primera le doy el nombre de Ío, a la segunda Europa, a la tercera, de acuerdo con su majestuosidad y luz, Ganímedes, y a la cuarta Calisto. […] Este relato y los nombres tan particulares me fueron sugeridos por Kepler, astrónomo imperial, cuando nos reunimos en la Feria de Ratisbona en octubre de 1613. Por consiguiente, como gesto y en memoria de nuestra amistad que comenzó entonces, yo le saludo como padre conjunto de estas cuatro estrellas, y de nuevo creo que no estoy equivocado.

No obstante, la nomenclatura de Galileo se mantuvo durante mucho tiempo, al menos dos siglos más.

El 25 de julio de 1610, esto es, ya publicado Sidereus nuncius, al dirigir su catalejo hacia Saturno, el último de los planetas conocidos entonces, Galileo descubrió que tenía una extraña apariencia. Lo que ahora sabemos que es un sistema de anillos Galileo lo interpretó como si estuviese formado en realidad por tres estrellas. Hubo que esperar casi medio siglo, hasta 1655, cuando Christiaan Huygens descubrió, el 25 de marzo y con la ayuda de un telescopio mucho más poderoso que el de Galileo, la primera de las lunas de Saturno y el primer satélite después de los galileanos. Este astrónomo neerlandés explicó al mismo tiempo la extraña y variable forma de Saturno suponiendo que esta se debía a que lo rodeaba un anillo plano.

Parece que fue a comienzos de octubre de 1610 cuando Galileo dirigió su telescopio hacia Venus. El 1 de enero de 1611 describía lo que vio en una carta a Giuliano de Medici:

Hace alrededor de tres meses, viéndose Venus vespertino, lo comencé a observar cuidadosamente con el anteojo para ver con mis propios ojos lo que mi razón no dudaba. Lo vi, pues, al principio de forma redonda, pulida y bien delimitada, pero muy pequeño; en tal forma se mantuvo, hasta que comenzó a acercarse a su máxima digresión; no obstante, aumentaba en magnitud. Comenzó después a perder su contorno circular en su parte oriental, la más alejada del Sol, y en pocos días se redujo a un semicírculo perfecto; tal se mantuvo, sin cambiar en nada, hasta que comenzó a retirarse hacia el Sol, alejándose de la tangente. Ahora va perdiendo su forma semicircular, mostrándose corniforme, e irá menguando hasta la ocultación, reduciéndose entonces a dos cuernos muy delgados; desde aquí, pasando a aparición matutina, lo veremos falcado y sutilísimo y con los cuernos en dirección opuesta al Sol.

Estaba describiendo las fases de Venus, un fenómeno similar al que todos vemos en la Luna. Y continuaba así:

Esta admirable experiencia nos ha dado la demostración sensible y cierta de dos grandes cuestiones, hasta el presente dudosas para los mayores ingenios del mundo. Una es que los planetas son todos, por naturaleza propia, oscuros (ocurriéndole a Mercurio lo mismo que a Venus); la otra que Venus gira necesariamente en torno al Sol, como también Mercurio y los otros planetas, cosa de la que los pitagóricos Copérnico, Kepler y yo estábamos convencidos, pero de la cual no se tenía prueba sensible como la que tenemos ahora en lo que concierne a Venus y Mercurio.

Siendo cierto lo que decía, no lo era menos que, en el sistema de Tycho Brahe, Venus y Mercurio también giraban en torno al Sol, de manera que las fases de Venus no eran, sin más, capaces de discriminar entre las cosmologías de Brahe y la de Copérnico, pero sí con respecto a la de Ptolomeo.

Adviértase una frase de la carta de Galileo a Giuliano: «comencé a observar cuidadosamente con el anteojo para ver con mis propios ojos lo que mi razón no dudaba». Galileo, en efecto, «no dudaba» de lo que iba a observar, de manera que en realidad las fases de Venus fueron una predicción teórica comprobada luego experimentalmente. De esta forma, Galileo sacaba a la palestra un apartado fundamental del verdadero método científico.

Las observaciones que realizó entonces le reafirmaron en su, antes poco explícita, fe copernicana. Y al defender esta terminó teniendo problemas: el 5 de marzo de 1616, la Congregación del Índice emitió un decreto en el que se afirmaba que la astronomía copernicana era «falsa y contraria a las Sagradas Escrituras», condenándose y prohibiéndose «hasta que se corrijan» cinco obras, la de Copérnico entre ellas, y estableciéndose que se prohibiesen «todos los demás libros que enseñan lo mismo». Galileo aceptó abandonar la opinión de que el Sol está quieto y la Tierra en movimiento. Pero cuando, en agosto de 1623, su viejo amigo y defensor, el cardenal Barberini, fue elegido papa tomando el nombre de Urbano VIII, pensó que la situación había cambiado. El resultado (véase el recuadro) de lo que a la postre fue un error de apreciación fue un libro inmortal que vio la luz en Florencia en 1632: el Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo Tolemaico, e Coperniciano (Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo, ptolemaico y copernicano), una obra maestra de la literatura científica, escrita en lengua vernácula, el italiano. Protagonizada por tres personajes de ficción, Salviati, Sagredo y Simplicio, copernicano el primero (en realidad el alter ego de Galileo), neutral el segundo y aristotélico el último, en ella se defendía el sistema heliocéntrico con gran habilidad narrativa, buena retórica y profundidad científica. Entre los asuntos que trató Galileo en este libro se encontraba el de entender cómo era posible que si se deja caer un objeto —una piedra, por ejemplo— desde —digamos— una torre, aterrice en la vertical, cuando durante el tiempo de su caída la Tierra —y con ella la torre— se ha desplazado una cierta distancia. La solución pasaba por comprender que el cuerpo que caía participaba también del movimiento de la torre.

También trataba Galileo otra cuestión básica para crear una dinámica: la de la composición de movimientos para determinar la trayectoria que sigue un cuerpo, un caso que ejemplificó con la línea que sigue un proyectil lanzado por un cañón, donde hay que tomar en consideración la composición de la fuerza perpendicular de la atracción gravitatoria con la del impulso que el arma da a la bala. A esta cuestión volvería con más detenimiento y claridad en su otro gran libro, los Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze (Discursos y demostraciones matemáticas sobre dos nuevas ciencias relativas a la mecánica y movimientos locales), publicado en Holanda en 1638, en el que compendió los estudios que había realizado a lo largo de su vida en la física del movimiento (uno de los principales resultados que aparecen allí es la ley de caída de los graves).

El que Galileo publicase este libro en los Países Bajos, con la editorial Elzevier, se debió a que en 1633 había sido sometido a un juicio por la Inquisición romana por continuar defendiendo el sistema copernicano a pesar de la prohibición de 1616. Amenazado por el tormento físico, Galileo se retractó en el convento de Santa María Sopra Minerva el 22 de junio de 1633, y fue confinado en una finca que poseía en Arcetri, desde donde consiguió hacer llegar su segundo Diálogo a Holanda.

Galileo, héroe y mártir

Cuidadoso como era, y no olvidando el decreto de 1616 —aunque procurase que nadie lo recordara, pues el cardenal Bellarmino había muerto en 1621—, en mayo de 1630 Galileo presentó para la censura en Roma el manuscrito del Diálogo de los dos sistemas máximos del mundo. A finales de junio regresó satisfecho a Florencia porque había conseguido el imprimatur del padre Riccardi, condicionado a una última revisión. En agosto fallecía Cesi, y los planes de que la Accademia dei Lincei publicase el libro, como había hecho con los anteriores, se abandonaron; por ello, Galileo cambió de planes y decidió intentar publicar su obra en Florencia, para lo cual consiguió, el 11 de septiembre de 1630, el imprimatur del inquisidor florentino Clemente Egidi. Aun así, pasarían dos años más antes de que Riccardi, superior de Egidi, decidiera avocar, es decir, dejar en manos del florentino la autorización canónica. Finalmente, el libro se publicó en Florencia en febrero de 1632.

No se sabe cómo se inició formalmente el proceso, sí que los enemigos de Galileo se pusieron enseguida en marcha. Sucede, y esto es importante, que muchos de esos detractores eran también críticos y adversarios de la política exterior y cultural de Urbano VIII. Y este, como no infrecuentemente sucede con los poderosos acosados, encontró en Galileo un buen chivo expiatorio o, si se prefiere, una buena moneda para contentar a sus rivales. En agosto se ordenó el secuestro de los ejemplares del Diálogo y el papa nombró una comisión para que lo examinase «minuciosa y pausadamente, palabra por palabra». El mes siguiente, octubre, se ordenaba a Galileo que se presentase ante el Comisario del Santo Oficio en Roma. En lugar de esforzarse en quedarse en Florencia, protegido por la República de Toscana, Galileo, demasiado seguro de sí mismo, viajó a Roma, donde sufrió un primer interrogatorio el 12 de abril de 1633. Pero no es necesario, ni tengo tiempo para ello, continuar dando más detalles. Únicamente mencionaré dos, que ayudan a entender el resultado.

El primero tiene que ver con el papa. Podemos entender que las circunstancias políticas lo inclinasen a no proteger a Galileo, su no hacía mucho admirado científico, pero todo parece indicar que fue algo más allá y que, a pesar de todo, seguramente pudo encontrar un punto intermedio que no permitiese que el proceso llegase a donde llegó. ¿Por qué no lo hizo?

Una posible respuesta a semejante pregunta se encuentra en que no fue difícil que los enemigos de Galileo convencieran a Urbano de que aquel le había engañado. Entre las condiciones impuestas para que el Diálogo fuese publicado, el censor Riccardi había incluido la siguiente:

[El Santo Padre desea que la teoría sea estudiada] a fin de demostrar que, sin la revelación de las Escrituras, podría salvar los fenómenos y hacer frente a cada objeción que la experiencia cotidiana y la filosofía aristotélica le puedan oponer, siempre sin atribuírsele cualquier grado de verdad, sino solo un carácter hipotético.

En otras palabras, que Galileo defendiese la teoría copernicana, pero solo como una hipótesis. Aparentemente, Galileo cumplió con tal exigencia. Así, en el prefacio «Al prudente lector» del Diálogo escribió:

He tomado en la argumentación el partido de la teoría copernicana, considerándola como pura hipótesis matemática, tratando por cualquier medio artificioso de presentarla como superior a la tesis de la quietud de la Tierra, no absolutamente sino según el modo en que es defendida por algunos que, peripatéticos de profesión, lo son solo de nombre conformándose, sin paseo, con adorar las sombras, filosofando no a partir de la propia capacidad de reflexión, sino solo con el recuerdo de cuatro principios mal entendidos.

Pero si se seguía leyendo el libro, quedaba claro que su declaración de principios no resultaba muy convincente, que era una patraña más o menos elegante. Más aún, Simplicio aparecía con frecuencia ridiculizado, y no faltaron los que dijeron al papa que algunas de las ideas del filósofo aristotélico eran parecidas a las que mantenía el propio Urbano.

El segundo punto al que aludí es que una búsqueda en los registros del Santo Oficio puso al descubierto el decreto de 1616 y que entonces Bellarmino había ordenado a Galileo no enseñar ni defender la teoría de Copérnico, una información que el científico pisano había ocultado al papa.

El resultado fue el famoso juicio y la no menos famosa abjuración de Galileo. Fue la manera —buscada por todos— de evitarle al anciano el tormento que la Inquisición terminaba aplicando a los que se resistían. Quiero recordar hoy con ustedes aquellas tristes palabras:

Yo, Galileo Galilei, hijo del fallecido Vincenzo Galilei de Florencia, de setenta años de edad, juzgado personalmente por este tribunal, y arrodillado ante Vosotros, Eminentísimos y Reverendísimos Señores Cardenales, Inquisidores Generales de la República Cristiana contra las depravaciones heréticas, teniendo ante mis ojos los Santísimos Evangelios y poniendo sobre ellos mi propia mano, juro que siempre he creído, creo ahora y que, con la ayuda de Dios, creeré en el futuro todo lo que la Santa Iglesia Católica y Apostólica mantiene, predica y enseña.

Pero como yo, tras haber sido amonestado por este Santo Oficio a abandonar completamente la falsa opinión de que el Sol es el centro inmóvil del universo, y que la Tierra no es el centro del universo y se mueve, y a no sostener, defender o enseñar de ninguna manera, ni oralmente ni por escrito, la mencionada falsa doctrina; y tras haberme sido notificado que dicha doctrina es opuesta a las Sagradas Escrituras, escribí y di a imprenta un libro en que trato de dicha doctrina ya condenada, y presento argumentos de mucha eficacia en su favor, sin llegar a ninguna conclusión: he sido hallado vehementemente culpable de herejía, es decir, de haber mantenido y creído que el Sol es el centro inmóvil del universo, y que la Tierra no está en el centro del universo y se mueve.

Sin embargo, deseando eliminar de las mentes de vuestras Eminencias y de todos los fieles cristianos esta vehemente sospecha razonablemente concebida contra mí, abjuro con corazón sincero y piedad no fingida, condeno y detesto los dichos errores y herejías, y generalmente todos y cada uno de los errores y sectas contrarios a la Santa Iglesia Católica. Y juro que en el futuro nunca más defenderé con palabras o por escrito cosa alguna que pueda acarrearme sospechas semejantes; y que si conozco algún hereje, o sospechoso de herejía, lo denunciaré a este Santo Oficio, o al Inquisidor y Ordinario del lugar donde me encuentre.

Es doloroso contemplar, aunque sea separado por la distancia de casi cuatro siglos, la humillación de una persona. Leyendo esta humillante declaración de uno de los grandes científicos que ha dado a lo largo de la historia nuestra especie, a veces me dan ganas de llorar, cuando no es la indignación la que nubla mis sentimientos. Dicen que tras su retractación, Galileo manifestó «Eppur si muove»: «Sin embargo, se mueve». No lo creo. Bastante asustado debía estar. Pero aun suponiendo que fuese así, y recordando que fue mucho mejor tratado que otros (se le permitió instalarse, recluido en ella, en su villa de Arcetri, no lejos de Florencia), triste consuelo sería. Lo único cierto es que fue humillado, la verdad científica escarnecida, y confinado hasta su muerte. El hombre que luchó en nombre de todos, los de su tiempo y los de los tiempos futuros, por la libertad de pensamiento, terminó abjurando de aquello que como científico creía.

Que Galileo no consideraba haber cometido ninguna herejía es algo de lo que no hay duda. Un ejemplo lo tenemos en el contenido de una carta que dirigió, desde Arcetri, el 21 de febrero de 1635, a Nicolas-Claude Fabri de Peiresc. En ella, se lee lo siguiente:

No espero, Ilustrísimo señor mío, ningún alivio, y ello porque no he cometido ningún delito. Podría esperar y obtener gracia y perdón si hubiera errado, porque las faltas son la materia sobre la cual puede el príncipe ejercer la gracia y los indultos, pero contra un inocente condenado conviene mantener un rigor que se quiere recubrir con una apariencia de justicia. Este rigor (créame, V. S. Ilma., para propio consuelo) me aflije menos de lo que otros pueden creer, porque dos cosas me reconfortan en todo momento: una es que leyendo todas mis obras no hay quien pueda encontrar la mínima sombra de alguna cosa que se aparte de la piedad y de la reverencia a la Santa Iglesia; la otra es la propia conciencia, plenamente conocida en la Tierra solo por mí y en el cielo por Dios, que comprende bien que en la causa por la que sufro muchos podrían haber procedido y hablado más sabiamente que yo, pero nadie, ni siquiera los Santos Padres, con más piedad ni mayor celo hacia la Santa Iglesia, ni, en suma, con más santa intención.

Su gran error fue suponer que sus razonamientos, junto a las observaciones y demostraciones científicas que había llevado a cabo (además de sus conexiones con personajes destacados de los mundos de la política y la religión), serían suficientes para convencer a los demás de la verdad de aquello que defendía, el sistema copernicano, y que la religión católica no peligraba con ello. Se equivocó. Muchos antes y después de él se han equivocado en este mismo punto: creer irresistible la fuerza de la razón.

La gran síntesis de Isaac Newton

Fue Isaac Newton (1642-1727) quien logró construir la dinámica que no supieron producir Galileo ni tampoco Descartes, que se acercó a esa meta con la primera ley del movimiento, la de la inercia, que presentó en Principios de la filosofía (1644). La dinámica de Newton reinaría sin alternativas durante más de dos siglos, hasta que Albert Einstein demostró sus límites con la teoría especial de la relatividad (1915).

Aunque las clasificaciones son, en última instancia, subjetivas, para muchos Newton es el mayor genio científico de la historia. Merece la pena, por consiguiente, decir algo de su biografía.

Hijo póstumo de un pequeño agricultor, Isaac Newton estudió en la Universidad de Cambridge, en la que entró en los primeros días de junio de 1661. Después fue alumno del Trinity College: en enero de 1665 recibió el título de Bachelor of Arts, el 2 de octubre de 1667 fue elegido Minor fellow y el 7 de julio de 1668 recibió el grado de Master of Arts y se le concedió una beca.

El mismo año en que obtuvo el título universitario ya había alcanzado cotas científicas inusitadas. En cierto sentido, se vio favorecido por la aparición de una grave epidemia de peste bubónica en Inglaterra que obligó a cerrar la universidad, con el resultado de que pasó cerca de dos años aislado en la granja familiar de Woolsthorpe, en Lincolnshire. Refiriéndose a su actividad científica de aquella época, escribió en un manuscrito: «Todo esto corresponde al período de 1665-1666, los años de la epidemia. Porque en aquel tiempo me encontraba en la plenitud de mi ingenio, y las matemáticas y la filosofía me ocupaban más de lo que harían nunca después».

Ya vimos que, en el campo de las matemáticas, estableció los fundamentos del cálculo diferencial (que él denominaba «de fluxiones») —el de las derivadas—, uno de los mayores inventos matemáticos de todos los tiempos. Importantes fueron también sus estudios sobre la luz (lo que se conoce como «Óptica»). En ellos se sirvió de un instrumento muy simple, pero en sus manos extremadamente precioso: un prisma de vidrio. He aquí cómo se refirió al inicio de sus experimentos en el artículo que publicó en el número del 19 de febrero de 1672 de las Philosophical Transactions de la Royal Society: «A comienzos del año 1666 (momento en el que me apliqué a pulir cristales ópticos de formas distintas a la esférica) me proporcioné un prisma triangular de cristal, para ocuparme con él del celebrado Fenómeno de los Colores. Habiendo oscurecido mi habitación, hice un pequeño agujero en una contraventana, para dejar pasar solo una cantidad conveniente de luz del Sol, y coloqué mi prisma en su entrada, de manera que pudiese ser refractado en la pared opuesta. Al principio, ver los vivos e intensos colores así producidos constituyó una muy entretenida distracción, pero después de un rato intentando considerarlos más cuidadosamente, me sorprendió verlos en forma oblonga, cuando, según las leyes aceptadas de la refracción, esperaba que hubiesen sido circulares«. Semejante anomalía le indujo a recurrir a un segundo prisma, con el que llegó a la conclusión de que los colores que aparecían al pasar la luz blanca inicial por los prismas no eran «cualidades de luz, derivadas de refracciones o reflexiones de cuerpos naturales (como se cree generalmente), sino propiedades originales o innatas». La luz visible se convertía, en consecuencia, en la combinación de diferentes colores elementales, como muestra con particular claridad el arcoíris.

Isaac Newton, el grande entre los grandes. Su obra en dinámica (física del movimiento), gravitación, óptica y matemáticas (especialmente en la creación del cálculo infinitesimal) nunca será olvidada.

Tardó, sin embargo, en reunir los resultados de sus investigaciones ópticas y dar a la imprenta la obra en la que englobó estas: hasta 1704 no apareció la Opticks, or a Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections and Colours of Light (Óptica, o un tratado de las reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz). La Óptica es una obra mucho más accesible que su gran libro, los Principia. Esto es debido a que su componente matemático es muy pequeño y elemental, fruto, naturalmente, de la inexistencia entonces de una teoría general de los fenómenos de que se ocupa. Aun así, se trata de un libro en el que se observa con prístina claridad un componente básico del método newtoniano: la relación dialéctica entre observación e interpretación teórica. Más que Newton el matemático, el protagonista principal de este texto es Newton el hábil experimentador. Digno de reseñar es, asimismo, la inclusión de una serie de «Cuestiones» en las que proponía «algunos interrogantes para que otros emprendan ulteriores investigaciones». Independientemente de su valor para tan, en principio, noble fin como el de estimular a otros, las «Cuestiones» de la Óptica constituyen una de las raras ocasiones en las que Newton —el Newton que hizo norma de comportamiento el célebre Hypotheses non fingo («No hago hipótesis») de los Principia, aunque, por supuesto, las hiciese— expresaba opiniones que no podía defender con argumentos firmes. No es, desde luego, frecuente encontrarse con textos publicados mientras él vivía en los que se lean sentencias como: «¿Acaso el calor de la habitación templada no se transmite a través del vacío por las vibraciones de un medio más sutil que el aire y que permanece en el vacío una vez eliminado el aire?» (Cuestión 18; 2.a edición), o «¿Acaso el movimiento animal no se debe a las vibraciones de este medio, excitadas en el cerebro por el poder de la voluntad y propagadas desde ahí a través de los capilamentos sólidos, transparentes y uniformes de los nervios hasta los músculos, a fin de contraerlos y dilatarlos?» (Cuestión 24).

Las investigaciones ópticas ofrecen una magnífica oportunidad para acceder a facetas de la personalidad de Newton que, sin ser ignoradas, han quedado con frecuencia en un segundo plano, debido, precisamente, a sus grandes éxitos como matemático y, como diríamos hoy, físico teórico. Además de las recogidas en las «Cuestiones», otra es su ya mencionada gran destreza manual y su extraordinario poder de introspección concentrada y sostenida. Una destreza manual que llegó a aplicar a sí mismo: en algunos de sus experimentos tomó una aguja de zurcir y, utilizando su propia descripción del hecho, «introduje —se lee en uno de sus manuscritos— un punzón entre mi ojo y el hueso, tan cerca como pude de la parte posterior del ojo». Luego, en un ensayo cuyo solo pensamiento le pone a uno enfermo, empujó la aguja contra el globo ocular una y otra vez hasta que aparecieron «varios círculos blancos, oscuros y coloreados», círculos que «siguieron haciéndose evidentes cuando seguí frotando mi ojo con el extremo del punzón; pero si mantenía mi ojo y el punzón quietos, aunque continuara apretando mi ojo con él, los círculos se hacían más débiles y a menudo desaparecían hasta que seguía el experimento moviendo mi ojo o el punzón».

Asimismo, comenzó a interesarse entonces por el problema del movimiento planetario, en particular cómo deducir de una ley general las tres leyes de Kepler, un problema que dejó de lado pronto.

Aunque no comunicase públicamente los resultados de todas las investigaciones científicas en las que trabajaba, sus habilidades fueron lo suficientemente conocidas como para que el 29 de octubre de 1669 fuese elegido titular de la cátedra Lucasiana de Matemáticas de la Universidad de Cambridge, que hasta entonces había ocupado Isaac Barrow. No es que este se jubilara por obligación, sino que voluntariamente renunció a su cátedra.

Hasta que Newton ya fue lo suficientemente famoso como para que se le ofreciese un muy bien remunerado puesto en el Mint, la Casa de la Moneda inglesa, aquel fue su empleo. En 1696, en efecto, tomó posesión del puesto de Warden (guardián) del Mint; lo que implicaba trasladarse a vivir a Londres. Y en febrero de 1700 pasó a desempeñar el cargo de Master, el puesto supremo del Mint. Desde el principio de su vinculación al Mint, Newton se vio implicado en uno de los episodios más dramáticos de la economía británica: una reacuñación, tarea en la que se sumergió con la energía y habilidades habituales en él. Fue el 10 de diciembre de 1701 cuando dimitió de su cátedra. Su vida, sus aspiraciones, eran ya otras. Pero no renunciaba a acumular más poder: el 30 de noviembre de 1703 fue elegido presidente de la Royal Society, el puesto más importante en la ciencia británica, que mantuvo hasta su muerte, en 1727.

El gran éxito de Newton fue la teoría del movimiento (dinámica) que finalmente elaboró y que presentó en uno de los grandes libros de la historia de la ciencia: Philosophiae naturalis principia mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural), que vio la luz en 1687. Se trata de una obra compleja, estructurada en tres partes o libros. El primero («Sobre el movimiento de los cuerpos») contiene las leyes básicas del movimiento.

Las tres leyes básicas del movimiento

Primera ley: «Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser en tanto que sea obligado por fuerzas impresas a cambiar su estado».

Segunda ley: «El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime».

Tercera ley: «Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria. O sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas».

La segunda parte de los Principia, también titulada como la primera «Sobre el movimiento de los cuerpos», estaba dedicada básicamente al estudio de las fuerzas de resistencia al movimiento de diversos tipos de fluidos, mientras que la tercera, de grandilocuente título, «Sobre el sistema del mundo», contenía la ley de la gravitación universal: «La gravedad ocurre en todos los cuerpos y es proporcional a la cantidad de materia existente en cada uno». Esta ley permitía contemplar la caída de los objetos en la Tierra y el movimiento de los cuerpos celestes como producidos por un mismo fenómeno: la gravitación universal. Fue la primera gran unificación en la historia de la ciencia.

Una característica, con la que ya nos encontramos, del sistema que Newton estableció con sus tres leyes es la de su estricta causalidad y determinismo: dadas posición y velocidad iniciales, la trayectoria queda completamente determinada. Y hay algo más. La segunda ley del movimiento tiene una forma tal que nada cambia si se sustituye la variable tiempo, t, por –t. En otras palabras, expresan tanto la evolución futura como la pasada.

Los telescopios y la expansión del universo

Con sus conocimientos ópticos, Newton pudo abrir una vía para resolver un gran problema que aquejaba al tipo de telescopio (refractor) que había utilizado Galileo. Al utilizarse en este lentes, cuando la luz blanca pasaba a través de ellas, cada uno de los diferentes colores que la componen se desviaba (refrangibilidad) con un ángulo diferente, con el resultado de que no se reunían en el mismo punto, lo que significaba que la imagen aparecía borrosa, un fenómeno que se conoce como «aberración cromática». Lo que hizo Newton es sustituir las lentes por espejos, en los que la luz rebotaba, no produciéndose ninguna aberración. Tan hábil manualmente como genial teórico, él mismo construyó un telescopio (reflector) de este tipo, que superaba a los hasta entonces en uso, eliminando la aberración cromática propia de las lentes. De hecho, construyó dos: uno lo guardó para utilizarlo él mismo y el otro lo donó a la Royal Society, como reconocimiento por haberle elegido uno de sus miembros (el número 290) el 11 de enero de 1672. En el futuro, los telescopios reflectores se impusieron para escudriñar el cosmos.

El telescopio refractor del Observatorio Yerkes (1897), en Estados Unidos, fue el último de los grandes telescopios de esta clase utilizados. Por entonces ya proliferaban los reflectores, como los construidos por William Herschel: con uno de ellos, de 12 metros de largo y provisto de un espejo de 1,15 metros de diámetro, el 13 de marzo de 1781 observó lo que resultó ser un nuevo planeta, el séptimo —después de Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter y Saturno— del sistema solar, al que se bautizó con el nombre de Urano.

Uno de los telescopios construidos por Herschel se instaló en el Real Observatorio Astronómico de Madrid, institución cuya construcción —en el cerrillo de San Blas, en un extremo de lo que hoy es el parque del Retiro de Madrid, cerca de Atocha— se inició en 1790 por orden del rey Carlos IV, aunque fue su padre, el ilustrado Carlos III, quien inició el proceso que condujo a la creación del centro, aconsejado por el marino Jorge Juan. Herschel cumplió bien con el encargo recibido, fabricando un telescopio que media unos ocho metros de longitud, provisto de un espejo de 65 centímetros de diámetro. Bien embalado, el instrumento abandonó Inglaterra en un barco el 7 de enero de 1802 y llegó a Madrid el 17 de abril. Se sabe que el 18 de agosto de 1804 se pudieron hacer ya observaciones. Todo prometía para que la astronomía madrileña y española prosperase, ayudando de esta manera al tan necesario renacimiento de la ciencia hispana. Sin embargo, las circunstancias históricas lo impidieron. En este caso el motivo fue la invasión francesa. El ejército napoleónico llegó a Madrid los primeros días de diciembre de 1808, y una vez dueños del parque del Retiro se instalaron en las dependencias del Observatorio, destruyendo el tubo del telescopio, la armadura que lo sustentaba y otros accesorios; únicamente se salvaron dos espejos, recuperados, tras muchas vicisitudes, por el Observatorio en 1837.

El gran telescopio reflector que construyó William Herschel a comienzos del siglo XIX para el Observatorio Astronómico de Madrid.

En Kosmos, Humboldt se refirió a las observaciones que se podían hacer con los telescopios de Herschel en los siguientes términos:

Struve admite que el célebre telescopio de 30 pies, empleado por William Herschel con un aumento de 180 veces, permite ver 5.800.000 estrellas en las dos zonas que se extienden a 30° al norte y al sur del ecuador. Con un telescopio más poderoso todavía, el telescopio de 40 pies, elevó William Herschel a 18.000.000 el número de estrellas contenidas en la Vía Láctea.

El microscopio

Igual que un telescopio sirve para agrandar imágenes de cuerpos de gran tamaño que por encontrarse alejados los vemos pequeños, utilizando también lentes se pueden ver cosas tan pequeñas que el ojo no puede observar a simple vista. En este caso, sin embargo, se necesita una fuente luminosa dirigida sobre el objeto que se desea analizar. El instrumento en cuestión se denomina, apropiadamente, microscopio. Los hay de diferentes tipos, según la frecuencia-longitud de onda de la radiación que reciben, pero, como en el caso del telescopio, los primeros fueron ópticos; esto es, que funcionaban con la luz visible. También al igual que ocurre con el telescopio, los orígenes del microscopio son oscuros, no siendo posible adjudicar su invención a una persona en particular. La representación gráfica más antigua que se conoce de un microscopio es un dibujo de Isaac Beeckman de 1631 y el nombre microscopium, que fue acuñado en 1625 por miembros de sociedad científica italiana, la Accademia dei Lincei (Academia de los Linces).

No sorprendentemente, el primer científico conocido que realizó observaciones biológicas con un microscopio fue Galileo, que usó lo que denominó occhialino («pequeño anteojo») para estudiar algunos insectos. Pero Galileo apenas continuó por esta senda, algo que sí hizo Marcello Malpighi, catedrático de la Universidad de Bolonia, considerado el fundador de la investigación de tejidos con el microscopio. Entre sus aportaciones sobresale la que llevó a cabo observando un fino corte del tejido pulmonar de una rana, utilizando la luz del Sol para iluminar la muestra, y que presentó en un libro que publicó en 1661, De pulmonis. En su observación encontró que había sangre en el interior de unos finos tubos: había descubierto los capilares y comprobado la exactitud de la hipótesis del médico inglés William Harvey de la existencia de una comunicación entre el sistema arterial y el venoso (circulación de la sangre).

Un nombre particularmente distinguido en la difusión del uso del microscopio es el de Robert Hooke (1635-1703), un polifacético «filósofo natural», como entonces se designaba a la ciencia, que completó el microscopio con la luz de una llama frente a una lente amplificadora en cuyo foco se situaba la preparación. Hooke publicó en 1665 un libro que se convirtió en un gran clásico de la microscopía: Micrographia (Micrografía), significativamente subtitulado O algunas descripciones fisiológicas de los cuerpos diminutos realizadas mediante cristales de aumento con observaciones y disquisiciones sobre ellas. En este libro, al que acompañaban magníficos dibujos, aparecen estudios micrográficos muy variados. Por ejemplo, la punta de una «agujita aguda», el filo de una navaja, el «tafetán o seda en relieve», «figuras de seis brazos formadas en la superficie de la orina por congelación», el moho azul, el musgo, el aguijón de una abeja, las plumas del pavo real, las patas, alas y ojos de las moscas, la tarántula, la hormiga, la pulga o la «estructura o textura del corcho y de las celdas y poros de algunos otros cuerpos esponjosos semejantes». Este último caso le daba la oportunidad de entrar en el campo de la fisiología vegetal: «nuestro microscopio —escribía— nos informa de que la sustancia del corcho está totalmente llena de aire y que dicho aire está perfectamente encerrado en cajitas o celdas separadas las unas de las otras». Se daba cuenta, en otras palabras, de que el microscopio permitiría «descubrir la verdadera estructura y textura de todos los tipos de cuerpos», con lo que estaba anunciando un programa que conduciría, en el siglo XIX, cuando se dispuso de mejores microscopios, a la identificación definitiva de la estructura celular en los seres vivos (animales o vegetales). De hecho, Hooke utilizó un microscopio más avanzado que el inicial (o «simple»), el denominado «compuesto». El primero estaba formado por una lente convergente de foco corto, con la cual se observaban objetos situados entre el cristal y su foco principal, mientras que el segundo constaba de dos vidrios lenticulares convergentes fijos en un mismo tubo, de manera que coincidiesen sus ejes: uno de foco corto, llamado «objetivo» porque estaba frente al objeto, y el otro, menos convergente, denominado «ocular» porque se encontraba cerca del ojo del observador.

Junto con Hooke, e independiente de él, el otro gran protagonista de los primeros momentos de la historia del microscopio fue un neerlandés, Anton van Leeuwenhoek (1632-1723). Comerciante de profesión afincado en Delf, sin apenas educación científica, Leeuwenhoek se dedicó a construir microscopios durante cerca de medio siglo; se estima en alrededor de quinientos los que salieron de sus manos, artificios con una sola lente y de gran sencillez que producían hasta 300 aumentos, mucho más que los de Hooke. Entre sus descubrimientos se hallan la identificación de las bacterias, que observó en 1683 en sus propios esputos y sarro dental, la forma y tamaño de los hematíes o glóbulos rojos de la sangre y la textura de la pared de los vasos sanguíneos, del corazón y de los músculos, así como la presencia de seres minúsculos que se movían en una gota de agua (la asociación del movimiento con la vida lo llevó a identificarlos como «animáculos»). Leeuwenhoek no tuvo discípulos, ni descubrió sus procedimientos.

Robert Hooke, pionero en la microscopía y autor de un libro memorable: Micrographia (1665).

La observación microscópica no encontró un instrumento adecuado hasta la aparición, en la década de 1820, de los microscopios acromáticos, que eliminaron defectos como la denominada «aberración esférica» y los halos. Uno de los que, ya en las últimas dos décadas del siglo XIX, se benefició de la disponibilidad de mejores microscopios fue el español Santiago Ramón y Cajal (1852-1934), que descifró la estructura del sistema nervioso, que compone, entre otros, el tejido del cerebro. Básicamente, la aportación de Cajal, conocida como teoría neuronal, se basa en que existe un tipo de células, las neuronas, que constituyen la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. Esas neuronas son células individuales que no se continúan en otras neuronas; esto es, forman un tejido no continuo, aunque las diferentes neuronas se comunican entre ellas mediante impulsos eléctricos y procesos químicos. La prueba definitiva de la estructura discreta del sistema nervioso llegó con la invención en 1931 de un tipo de microscopio muy potente: el electrónico.

La expansión del universo

Los grandes telescopios del siglo XX fueron todos reflectores y la dimensión de sus espejos obligó a que los constructores desarrollasen técnicas sofisticadas de fundición y enfriamiento. En 1917, se instaló en el Observatorio del Monte Wilson (California) uno con un espejo de 2,5 metros de diámetro. Fue este telescopio el que utilizó Edwin Hubble (1889-1953) para realizar las observaciones que cambiaron la imagen del universo al descubrir su expansión.

Este descubrimiento necesitó de, en primer lugar, las técnicas espectroscópicas desarrolladas a mediados del siglo XIX por el físico Gustav Robert Kirchhoff y el químico Robert Wilhelm Bunsen, con las que era posible determinar qué elementos habían producido una radiación analizando con un espectroscopio (constituido básicamente por prismas) las líneas del espectro de la radiación que emitían. Con tales técnicas nació la astrofísica, centrada inicialmente en averiguar la composición de los cuerpos celestes, frente a la astronomía, que únicamente se ocupaba de estudiar sus movimientos. El segundo elemento imprescindible para el descubrimiento de Hubble fueron los trabajos de Henrietta Leavitt, una investigadora del Observatorio de Harvard que, en 1908, mientras estudiaba unas placas fotográficas, observó que cuanto mayor eran los períodos de la variación del brillo de un tipo de estrellas de luminosidad variable, denominadas cefeidas, mayor eran también sus luminosidades. Cuatro años más tarde estableció que la relación entre el logaritmo de los períodos y las intensidades de la luminosidad era casi lineal. Con semejante resultado se podían buscar cefeidas en agrupaciones estelares, para después medir sus períodos, lo que permitiría deducir, con la relación lineal mencionada, las luminosidades intrínsecas. Midiendo luego la luminosidad aparente se podía calcular, recurriendo a relaciones trigonométricas bastante simples, la distancia a la que se encontraba la cefeida, con lo que se caracterizaba también la distancia de la agrupación estelar (una galaxia, por ejemplo) a la que pertenecía. Utilizando el telescopio de 2,5 metros, lo que hizo Hubble, con la ayuda de Milton Humason, fue lo siguiente: conocía la distancia de cinco galaxias (y una sexta compañera) a partir de cefeidas. Con estas nebulosas calibró la magnitud media de la estrella más brillante en una galaxia, dato que utilizó para determinar la distancia de otras catorce galaxias. Empleó entonces estas veinte para calibrar la magnitud media de una nebulosa, tomando el resultado para estimar la distancia de otras cuatro. Con las distancias de 24 de las 46 nebulosas extragalácticas para las que se habían determinado sus velocidades radiales, Hubble y Humason pudieron demostrar —y así lo publicaron en 1931— la existencia de una relación lineal entre distancias y velocidades radiales, que conocían midiendo el desplazamiento de los espectros de la radiación procedente de esas galaxias (un efecto tipo Doppler, el mismo que actúa cuando escuchamos que el pitido de un tren que se acerca es más agudo que cuando se aleja: al aproximarse el tren la longitud de la onda sonora se acorta, mientras que se alarga al alejarse). El resultado tenía una conclusión directa: cuanto más alejadas se encontraban las galaxias, más rápidamente se distanciaban entre sí; puesto que el desplazamiento observado era hacia el extremo rojo del espectro, no hacia el azul. La interpretación más inmediata era que el universo se encontraba en expansión, una idea apoyada por los modelos cosmológicos derivados de la teoría de la relatividad general, completada por Albert Einstein en 1915, a los que hasta entonces prácticamente nadie había dado una posible credibilidad física. Es posible visualizar esa expansión, en la que no existe un centro y todas las galaxias se alejan entre sí, con mayor velocidad según aumenta la distancia entre ellas, suponiendo que el universo es un globo en el que se han pintado unos puntos que representan las galaxias; cuando lo inflamos, los puntos se alejan unos de otros, sin que se pueda hablar de un centro (equiparamos el universo, aunque sea en dos dimensiones, a la superficie del globo).

Con un telescopio reflector provisto de un espejo de 2,5 metros de diámetro, situado en Monte Wilson (California), el astrónomo Edwin Hubble realizó (1929) un descubrimiento inimaginable: el universo se expande.

Y si el universo se expandía, esto también quería decir que debió existir en el pasado (estimado inicialmente en unos diez mil millones de años, más tarde en quince mil millones y en la actualidad en trece mil setecientos millones) un momento en el que toda la materia habría estado concentrada en una pequeña extensión, lo que se denomina Big Bang (Gran Estallido).

Humason, por cierto, fue un personaje extraordinario. Trabajó inicialmente en el transporte de pesadas cargas que se necesitaban en la construcción del observatorio astronómico de Monte Wilson, situado a 1.740 metros de altura. Terminado el edificio, trabajó allí como portero, electricista y asistente de noche, pero mientras tanto aprendía y así llegó a ser astrónomo, uno particularmente hábil.

En 1948, el telescopio del monte Wilson se vio superado por uno de 5 metros, ubicado en el cercano monte Palomar (California). No tuvo competidores hasta que en 1960-1961 los soviéticos inauguraron uno con un espejo de 6 metros y 42 toneladas de peso en el monte Pastukhov, en el Cáucaso. Con espejos de este tamaño se llega prácticamente al límite posible, puesto que el peso del espejo es tal que es imposible evitar deformaciones que distorsionan gravemente las imágenes. La solución a este nuevo problema se consiguió recurriendo a un conjunto de espejos acoplados, cuya geometría es controlada por refinados sistemas electrónicos. Con esta técnica se han construido dos telescopios con espejos de 9,8 metros de diámetro, en Mauna Kea, Hawái, a más de 4.000 metros de altitud. España también dispone de un telescopio de 10,4 metros, situado en el Roque de los Muchachos, en la isla canaria de La Palma.

La teoría de la relatividad general

La característica más llamativa de la teoría de la relatividad general —a la que ya se aludió anteriormente— es que el espacio y el tiempo, el marco de referencia para describir cualquier fenómeno, no están prefijados sino que dependen de su contenido de energía y de materia. Y como los intercambios energético-materiales están a la orden del día (aparecen en todos los fenómenos), resulta que el espacio-tiempo —puesto que constituyen un conjunto inseparable— de la relatividad general es curvo, no plano como en todas las teorías anteriores de la física. La imagen más intuitiva de este tipo de espacio sería —si únicamente tuviese, que no tiene, dos dimensiones— la de una malla elástica que se deforma según se mueve una bola (el equivalente de un planeta moviéndose en ella).

Provisto de esta teoría, Einstein pronto pudo predecir que en sistemas como el solar: 1) el movimiento que experimentó el perihelio (punto de una órbita más cercano al Sol) al ir describiendo un planeta sus sucesivas órbitas alrededor del Sol tiene un valor tal que, en el caso concreto de Mercurio, coincide con el valor que la mecánica celeste newtoniana no explicaba; 2) que los rayos de luz se curvan en presencia de un campo gravitacional; y 3) que las líneas de los espectros de los diferentes elementos químicos se desplazan por la influencia de la fuerza gravitacional. Cuando en noviembre de 1919 se anunció que un grupo de astrónomos británicos había comprobado la segunda de las anteriores predicciones durante un eclipse de Sol, el nombre de Einstein pasó a los periódicos. Fue el inicio de una fama mundial que no le abandonaría jamás, ni siquiera después de su muerte. Einstein es, en efecto, uno de los iconos del siglo XX.

Casi inmediatamente después de haber desarrollado la teoría de la relatividad general, en 1916, Einstein la aplicó al conjunto del cosmos. Al fin y al cabo, pensó, la gravitación es la fuerza dominante en el universo (todas las masas suman sus efectos, no hay contribuciones negativas, mientras que no sucede lo mismo con las cargas eléctricas), y la relatividad general concierne, precisamente, a la gravitación. Dedicado a esta tarea, Einstein supuso que el universo en su conjunto tenía que ser más o menos estático. Por supuesto, vemos que los planetas, las estrellas y las galaxias se mueven, pero eso se podía considerar pequeñas perturbaciones dentro de una estructura básicamente estática, en la que la materia estuviese distribuida de manera uniforme. Así que buscó una solución de su cosmología relativista que representase semejante universo, para lo cual tuvo que modificar ligeramente las ecuaciones básicas de la relatividad general (esta modificación es el origen de la famosa constante cosmológica, a la que luego renunciaría). Y así creó la cosmología, entendida como disciplina auténticamente científica, frente a las apenas analíticas, poco predictivas, cosmogonías anteriores.

En 1915, Albert Einstein completó una nueva teoría de la interacción gravitacional: la relatividad general, para muchos la teoría más bella jamás producida. Y seguramente la más novedosa.

Sin embargo, resulta que, ¡oh, sorpresa!, tal modelo fue finalmente arrinconado ante la evidencia experimental de que el universo no es estático, sino que se expande. Puesto que este no se está quieto, hubo que abandonar aquella primera versión cosmológica einsteiniana, aunque, afortunadamente para la cosmología relativista, pronto se encontró —antes incluso de que la evidencia experimental obligase a considerar seriamente esta posibilidad— que existen soluciones de la cosmología sin constante cosmológica que representan universos que se expanden. Soluciones encontradas por diversos científicos, como el sacerdote belga y físico teórico Georges Lemaître, el matemático y físico ruso Alexander Friedmann, el estadounidense Howard P. Robertson o el inglés Arthur G. Walker. De todos estos, fue Lemaître quien más en serio se tomó la posibilidad de que el universo estuviese realmente en expansión, como se hace evidente al leer el artículo que publicó en francés en 1927 bajo el título de «Un universo homogéneo de masa constante y de radio creciente que explica la velocidad radial de nebulosas extragalácticas».

Hay más de lo que el ojo ve

Dejando de lado lo que la física cuántica enseña, podemos decir que la luz es una onda que oscila en un medio sutil: el campo electromagnético. Y como todas ellas, uno de los datos que diferencia unas ondas de otras es la distancia (longitud de onda) entre sus puntos más elevados o, como son periódicas y su forma se repite de forma continua, los más bajos. En el caso de la luz, esto se expresa en el denominado «espectro electromagnético», formado por ondas cuya longitud se encuentra, aproximadamente, en el rango que va de 10⁻⁶ a 10⁻⁵ metros, o con mayor precisión y expresado en nanómetros (1 nm=10⁻⁹ metros), entre 400 nm (correspondiente a la luz violeta) y 750 nm (luz roja). Junto a este tipo de radiación electromagnética existen otras: rayos gamma, rayos X, ultravioleta, infrarroja, microondas…

Los telescopios mencionados hasta el momento eran ópticos; es decir, observaban solo la luz visible, pero era evidente que se necesitaba observar otras zonas del espectro electromagnético. Un problema para esa otra astronomía es que la atmósfera terrestre absorbe una buena parte del espectro electromagnético, la correspondiente a la radiación ultravioleta, rayos X, rayos gamma y parte del infrarrojo; por el contrario, es transparente a las ondas radio (longitudes de onda de entre pocos centímetros a algunos metros), a la luz visible y a algunas ondas infrarrojas. A esto se debe que la primera astronomía no óptica fuese la radioastronomía. Fue Karl Jansky, un ingeniero eléctrico que trabajaba para los laboratorios Bell de Estados Unidos, quien demostró que existía un universo oculto, es decir, pleno de señales más allá de las visibles. En 1932, mientras buscaba posibles fuentes de ruido en emisiones de radio, Jansky detectó emisiones electromagnéticas que alcanzaban su mayor intensidad al apuntar a la constelación de Sagitario, en el centro de la Vía Láctea. A pesar de que la prensa se hizo eco de la noticia (en 1932 The New York Times llegó a incluir en su primera página el hallazgo bajo el encabezamiento de «Nuevas ondas de radio en el centro de la Vía Láctea. Se afirma que el misterioso ruido estático registrado por K. G. Jansky es diferente del rayo cósmico») y de la importancia que retrospectivamente asignamos ahora a tales observaciones, Jansky no continuó explorando las posibilidades que había abierto; al fin y al cabo, el mundo de la investigación fundamental no era el suyo.

Principales tipos de radiación electromagnética

(en metros)

Rayos gamma: 10⁻¹³ – 10⁻⁹

Rayos X: 10⁻¹¹ – 10⁻⁸

Rayos ultravioleta: 10⁻⁸ – 10⁻⁶

Visible: 10⁻⁶ – 10⁻⁵

Infrarrojo: 10⁻³ – 10⁻³

Ondas hertzianas: mayores 10⁻⁴ m

Microondas: 10⁻¹ – 1

Frecuencia modulada: 10 – 10²

Radiofrecuencia: 10⁵ – 10⁶

Uno de los primeros lugares en los que floreció institucionalmente la radioastronomía fue en Cambridge (Inglaterra). Fue allí donde Martin Ryle continuó decididamente por la senda abierta por Jansky. En semejante tarea se vio ayudado por los conocimientos que había obtenido durante la segunda guerra mundial (trabajó entonces en el Telecommunications Research Establishment gubernamental, más tarde bautizado como Royal Radar Establishment), así como por la mejora que esa conflagración había significado para la instrumentación electrónica. Utilizando radiotelescopios, algunos de cuyos componentes diseñó él mismo, Ryle identificó en 1950 cincuenta radiofuentes, número que aumentó radicalmente cinco años más tarde, cuando llegó a las dos mil. Pero aquello solo era el principio, algo más de una década después llegaron resultados mucho más importantes.

La huella fósil del Big Bang: el fondo de radiación de microondas

En 1961, E. A. Ohm, un físico de una de las instalaciones de los laboratorios Bell, situados en Crawford Hill, Nueva Jersey, construyó un radiómetro capaz de recibir señales de microondas procedentes del globo Echo de la NASA, un reflector de señales electromagnéticas lanzado en 1960. No era una casualidad: los laboratorios Bell querían comenzar a trabajar en el campo de los satélites de comunicación. En observaciones realizadas en la longitud de onda de 11 centímetros, Ohm encontró un exceso de temperatura de 3,3 kelvin en la antena, pero este resultado apenas atrajo alguna atención. Para entender esto hay que tener en cuenta que existe una relación entre temperaturas y longitudes de onda: el calor que desprende un cuerpo, por ejemplo, es una radiación en el rango de los rayos infrarrojos que se puede observar con instrumentos adecuados.

Otra herramienta que se desarrolló por entonces en Crawford Hill fue una antena en forma de cuerno, una geometría que reducía las interferencias. El propósito inicial era la comunicación, vía el globo Echo, con el satélite Telstar de la compañía. La antena debía ser muy precisa, ya que debido a la forma del globo las señales que incidían en él se difundían mucho. En 1963, sabiendo de la existencia de esa antena, el físico Robert Wilson abandonó su puesto posdoctoral en el Instituto Tecnológico de California para aceptar un trabajo en los laboratorios Bell. Arno Penzias, un graduado de la Universidad de Columbia (Nueva York) tres años mayor que Wilson, ya llevaba por entonces dos años en esta compañía. Afortunadamente, aquel mismo año, la antena, pequeña pero de gran sensibilidad, pudo ser utilizada para estudios de radioastronomía, ya que Bell decidió abandonar el negocio de comunicaciones vía satélite. Realizando medidas para una longitud de onda de radiación de 7,4 centímetros, Penzias y Wilson encontraron una temperatura de 7,5 kelvin, cuando suponían que debía ser menor, aproximadamente de 3,3. Además, esta temperatura (o radiación) suplementaria, que se creía efecto de algún ruido de fondo, resultó ser independiente de la dirección en la que se dirigiese la antena. Los datos obtenidos indicaban que lo que estaban midiendo no tenía origen ni atmosférico, ni solar, ni galáctico. Era un misterio.

Después de descartar que este ruido proviniese de la propia antena, la única conclusión posible era que tenía algo que ver con el cosmos, aunque no se sabía cuál podía ser la causa exacta. La respuesta llegó de un grupo de colegas de la cercana Universidad de Princeton, algunos de los cuales, como James Peebles, ya habían considerado la idea de que si hubo un Big Bang debería existir un fondo de ruido remanente del universo primitivo. Un ruido que, en forma de radiación, correspondería a una temperatura mucho más fría (a causa del enfriamiento asociado a la expansión del universo) que la enorme temperatura que debió producirse en aquella gran explosión. De acuerdo con las mediciones actuales, la temperatura de esa radiación (situada en el dominio de las microondas) es de 2,7 kelvin.

Inflación y arrugas en el tiempo

El descubrimiento de Penzias y Wilson apoyó la idea de que el universo se expande, pero una vez entrados en este terreno, hay otras cuestiones que considerar. Con los datos de que se disponía, durante un tiempo bastó con el modelo de la teoría de la relatividad general, que suministraba las soluciones que representan el universo expandiéndose con una aceleración que depende de su contenido de masa-energía. Pero terminaron surgiendo problemas para la cosmología del Big Bang.

Uno de ellos era si esa masa-energía es tal que el universo continuará expandiéndose siempre o si es lo suficientemente grande como para que la atracción gravitacional termine venciendo a la fuerza del estallido inicial haciendo que, a partir de un momento, comience a contraerse para finalmente llegar a un Big Crunch (Gran Contracción). Otro problema residía en la gran uniformidad que se observa en la distribución de masa del universo, si se toma como unidad de medida escalas de unos 300 millones de añosluz o superiores (a pequeña escala, por supuesto, el universo, con sus estrellas, galaxias, cúmulos de galaxias y enormes vacíos interestelares, no es homogéneo). El fondo de radiación de microondas es buena prueba de esa macro-homogeneidad. Ahora bien, en la teoría estándar del Big Bang es difícil explicar esta homogeneidad mediante los fenómenos físicos conocidos; además, si se tiene en cuenta que la información sobre lo que sucede entre diferentes puntos del espacio-tiempo no puede ser transmitida con una velocidad superior a la de la luz, sucede que en los primeros momentos de existencia del universo no habría sido posible que regiones distintas «llegasen a un consenso» —por decirlo de alguna manera— acerca de cuál debería ser la densidad media de materia y radiación.

Para resolver este problema se propuso la idea del universo inflacionario, según la cual en los primeros instantes de vida del universo se produjo un aumento gigantesco, exponencial, en la velocidad de su expansión. En otras palabras, el miniuniverso habría experimentado un crecimiento tan rápido que no habría habido tiempo para que se desarrollasen procesos físicos que diesen lugar a distribuciones inhomogéneas. Una vez terminada la etapa inflacionaria, habría continuado evolucionando de acuerdo con el modelo clásico del Big Bang.

En cuanto a quiénes fueron los científicos responsables de la teoría inflacionaria, los principales nombres que hay que citar son los del estadounidense Alan Guth y el soviético Andréi Linde. Pero más que nombres concretos, lo que nos interesa resaltar es que no es posible comprender esta teoría al margen de la física de altas energías (antes llamada de partículas elementales), en concreto de las denominadas Teorías de Gran Unificación (Grand Unified Theories o GUT), que predicen que tendría que producirse una transición súbita, una transición de fase, a temperaturas del orden de 10²⁷ kelvin. En una transición de fase tiene lugar un cambio repentino en el estado del sistema en cuestión; un ejemplo es cuando el agua (un líquido) se convierte en hielo (un sólido). Aquí tenemos una muestra de uno de los fenómenos más importantes que han tenido lugar en la física de la segunda mitad del siglo XX: la reunión de la cosmología, una ciencia de «lo grande», con la física de altas energías, una ciencia de «lo pequeño». Naturalmente, el proceso tuvo lugar en los primeros instantes de vida del universo, cuando las energías implicadas fueron gigantescas, pero, para su explicación, requiere esa reunión de teorías.

La inflación da origen a un universo uniforme, pero entonces ¿cómo surgieron las minúsculas inhomogeneidades primordiales de las que habrían nacido, al pasar el tiempo y actuar la fuerza gravitacional, estructuras cósmicas como las galaxias?

Una posible respuesta a esta pregunta es que la inflación podría haber amplificado enormemente las ultramicroscópicas fluctuaciones cuánticas que se producen debido al principio de incertidumbre cuántico aplicado a energías y tiempo (el producto de la incertidumbre en la determinación del valor de la energía por la incertidumbre en la determinación del valor del tiempo es mayor o igual que la constante de Planck). Si es así, ¿dónde buscar tales inhomogeneidades mejor que en el fondo de radiación de las microondas?

La realización de esta búsqueda constituyó el trabajo de un equipo de científicos estadounidenses, a cuya cabeza estaban John C. Mather y George Smoot. Cuando la NASA aprobó en 1982 fondos para la construcción de un satélite para estudiar el fondo cósmico de microondas —el Cosmic Background Explorer (COBE), que fue puesto en órbita, a 900 kilómetros de altura, en el otoño de 1989—, Mather se encargó de coordinar todo el proceso, así como del experimento (en el que utilizó un espectrofotómetro enfriado a 1,5 kelvin) que demostró que la forma del fondo de radiación de microondas se ajustaba a la de una radiación de cuerpo negro a la temperatura de 2,735 kelvin, mientras que Smoot midió las minúsculas irregularidades predichas por la teoría de la inflación. Diez años después, tras haber intervenido en los trabajos más de mil personas y con un coste de 160 millones de dólares, se anunciaba que el COBE había detectado lo que Smoot denominó «arrugas» del espacio-tiempo, las semillas de las que surgieron las complejas estructuras —como las galaxias— que ahora vemos en el universo.

El COBE fue un magnífico instrumento, pero en modo alguno el único que ha contribuido a nuestro conocimiento del cosmos. Además de los satélites y sondas espaciales, se encuentra el telescopio espacial Hubble, que la NASA puso en órbita después de un largo proceso en la primavera de 1990. Desde su lanzamiento, y especialmente una vez que se corrigieran unos defectos, el Hubble ha enviado imágenes espectaculares del universo. Gracias a él, por primera vez disponemos de fotografías de regiones, como la nebulosa de Orión, en las que parece que se está formando una estrella.

Materia y energía oscuras

Creíamos que, básicamente, sabíamos qué contiene el universo, pero evidencias encontradas en algunos cúmulos de galaxias muestran que contienen entre cinco y diez veces más materia de la que se observa. Y lo sorprendente es que no son las únicas. Existen buenas razones para pensar que en el cosmos hay una gran cantidad de materia que no observamos, pero que ejerce fuerza gravitacional. El síntoma más inmediato procede de galaxias en forma de disco, como nuestra propia Vía Láctea, que se encuentran en rotación. Cuando se observa la parte exterior de estas galaxias, se encuentra que el gas se mueve de manera sorprendentemente veloz; mucho más rápido de lo que debería por causa de la atracción gravitacional producida por las estrellas y gases que se detectan en su interior. Otras evidencias proceden de los movimientos internos de cúmulos de galaxias. Se cree que esta materia oscura constituye el 30 % de toda la materia del universo. ¿Cuál es su naturaleza? Ese es uno de los problemas; puede tratarse de estrellas muy poco luminosas, de nuevos tipos de partículas elementales (apropiadamente denominadas «exóticas») o de otra clase de objetos cósmicos (los agujeros negros, con los que nos encontraremos enseguida). No podremos entender realmente lo que son las galaxias o cómo se formaron hasta que sepamos qué es esa materia oscura. Ni tampoco podremos saber cuál será el destino último del universo.

Junto con el problema de la materia oscura, otro parecido adquirió prominencia en la última década del siglo XX: el de la energía oscura. Estudiando un tipo de supernovas —estrellas que han explotado dejando un núcleo—, un grupo dirigido por Saul Perlmutter (Laboratorio Lawrence, en Berkeley, California) y otro por Brian Schmidt (Observatorios de Monte Stromlo y Siding Spring, en Australia) concluyeron que, al contrario de lo supuesto hasta entonces, la expansión del universo se está acelerando. Y aquí surge el problema, ya que la masa del universo no puede explicar tal aceleración; habría que suponer que la gravedad actúa de una nueva y sorprendente manera: alejando las masas entre sí, no atrayéndolas. Se había supuesto que para propulsar el Big Bang debía de haber existido una energía repulsiva en la creación del universo, pero no se había pensado que pudiera existir en el universo ya maduro.

Una nueva energía entraba así en acción, una energía oscura que reside en el espacio vacío. Y como explicó Einstein en 1905 con su célebre ecuación E = mc² (energía igual al producto de la masa por la velocidad de la luz al cuadrado), la energía es equivalente a la masa, por lo que esta energía oscura significa una nueva aportación a la masa total del universo, distinta, eso sí, de la masa oscura. Se obtiene, así, que alrededor del 3 % del universo está formado por masa ordinaria, el 30 % de masa oscura y el 67 % de energía oscura. En otras palabras: creíamos que conocíamos eso que llamamos universo y resulta que es un gran desconocido. Porque, aunque existen algunas propuestas, la verdad es que por el momento no se sabe realmente qué son ni la materia ni la energía oscuras.

Glosario sobre el universo

Año luz: Distancia que recorre la luz en un año (la luz viaja a la velocidad de, aproximadamente, 300.000 kilómetros por segundo).

Nebulosa: Nube cósmica de polvo y gas. Son semilleros de los que pueden nacer, por contracción gravitacional, las estrellas. La nebulosa de Orión, que se encuentra a unos 1.500 años luz del Sol en la dirección de la constelación de Orión, es el vivero estelar más cercano a la Tierra.

Galaxia: Conjunto de cientos de miles de millones de estrellas que se mantienen unidas por efecto de la atracción gravitacional, que también contiene gas y polvo. Puede tener formas muy diversas; nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene forma de disco y un diámetro de 100.000 años luz, con un bulto en el centro, mientras que en la parte llana las estrellas se reúnen en brazos, que se curvan hacia el exterior desde el centro. El Sol se encuentra en el denominado brazo de Orión, a unos 30.000 años luz del centro de la galaxia.

Cúmulo de galaxias: Agrupación de entre cincuenta y cien galaxias, que se mantienen unidas debido a la interacción gravitacional.

Estrella: Cuerpo de gran masa y elevada temperatura que emite cantidades enormes de energía, en forma de calor y otras radiaciones, producida en procesos termonucleares que tienen lugar, a partir sobre todo del hidrógeno (el elemento más abundante en una estrella), en su interior.

Cúmulo estelar: Agrupación de estrellas que nacieron aproximadamente al mismo tiempo de la misma nube molecular y que, por consiguiente, comparten la misma edad y composición molecular.

Gigante roja: Estrella en sus últimos estadios de su evolución, cuando sus reservas de hidrógeno se agotan. Aumenta entonces mucho de tamaño y emite luz roja. El destino del Sol es convertirse en una gigante roja: en aproximadamente 5.000 millones de años aumentará enormemente de tamaño, tal vez absorbiendo a Mercurio y será mil veces más brillante de lo que es ahora. Cuando comience la fusión del helio que contiene, se estabilizará y durante más de 2.000 millones de años será una estrella gigante, con un diámetro treinta veces superior al actual.

Enana blanca: Estado de la evolución de una estrella con masa similar al Sol, al que llega al final de su vida, cuando se contrae adquiriendo aproximadamente el tamaño de la Tierra.

Enana marrón: Cuerpo que comienza el proceso que conduce a la formación de una estrella, pero que debido a tener una masa demasiado pequeña (aproximadamente entre 0,072 y 0,013 veces la masa del Sol) no alcanza la temperatura suficiente como para desencadenar reacciones nucleares, brillando tenuemente antes de apagarse.

Supernova: Estado de la evolución de una estrella de más de 1,4 veces la masa del Sol, durante el cual la estrella se contrae de manera violenta, aumentando su luminosidad hasta llegar a unos mil millones de veces la del Sol. Al final del proceso, estalla esparciendo por el universo su contenido y dejando una estrella de neutrones.

Estrella de neutrones: Cuerpo minúsculo pero de densidad extremadamente alta, con la masa del Sol comprimida en una esfera de unos diez kilómetros de radio. Es producto de la explosión de una supernova: mientras la capa externa de esta sale despedida al espacio, el núcleo se colapsa formando una estrella de neutrones. Está formada por una capa exterior de hierro sólido de un kilómetro de espesor que rodea un núcleo formado por neutrones.

Cuásar: Galaxia con un núcleo muy activo, probablemente impulsado por materia que está siendo absorbida por un agujero negro con una masa centenares de veces la del Sol.

Púlsar: Estrella de neutrones que rota con gran velocidad (entre, habitualmente, 640 vueltas por segundo y, los más lentos, 0,25).

Agujero negro: Concentración de materia tan grande que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de la atracción gravitacional que se produce dentro de una cierta región.

Sistema solar: Conjunto formado por el Sol y una familia de planetas, cometas y otros objetos astronómicos que giran en torno a él.

Planeta: Según la definición dada por la Unión Astronómica Internacional en 2006, es un cuerpo celeste que: (1) orbita alrededor del Sol; (2) posee suficiente masa como para que su propia gravedad domine las fuerzas presentes como cuerpo rígido, lo que implica una forma aproximadamente redondeada; (3) es el objeto claramente dominante en su vecindad, habiendo limpiado su órbita de cuerpos similares a él. A tenor de esta definición, Plutón no es un planeta, pasando a la categoría de «planeta enano». Una caracterización menos rigurosa sería: planeta, nombre que se da a objetos celestes del tipo de los nueve u ocho (dependiendo que se incluya o no a Plutón) que orbitan en torno al Sol. No poseen la suficiente actividad interior como para emitir radiaciones, pero brillan al reflejar la luz que reciben del Sol. También existen en otros sistemas solares.

Cometa: Pequeños bloques de rocas, polvo y hielo que brillan al acercarse al Sol, en torno al cual giran.

Asteroide: Objeto rocoso que orbita en torno al Sol. A veces se los llama «planetas menores». El primero que se descubrió, y el más grande hasta la fecha, es Ceres, que tiene un diámetro de 932 km. Solo los asteroides que miden más de 300 km de diámetro son esféricos; la mayoría son mucho más pequeños (de algunos metros) y de formas irregulares. Casi todos los asteroides se encuentran en una región entre Marte y Júpiter conocida como Cinturón Principal.

Meteorito: Roca con más de un kilogramo de peso (demasiado grande, por tanto, para arder cuando entra en la atmósfera terrestre) y de hasta unos 10 metros de tamaño, que alcanza la superficie de la Tierra. Pueden ser bastante grandes: en 1920 se encontró uno en Hoba Oeste (Namibia) que pesaba 60 toneladas.

Estrella fugaz: Fenómeno que se produce cuando partículas de polvo, procedentes de algún cometa, entran en la atmósfera terrestre a gran velocidad y se desintegran por fricción, dejando un rastro luminoso. Cuando la órbita de la Tierra se encuentra con una corriente de esas partículas, se produce un incremento notable del número de estrellas fugaces y se habla entonces de lluvia de estrellas (la más conocida es la de las Perseidas o Lágrimas de San Lorenzo, que se produce todos los años entre el 11 y el 13 de agosto).

Cosmodiversidad

En 1963, un radioastrónomo inglés, Cyril Hazard, que trabajaba en Australia, estableció con precisión la posición de una poderosa radio-fuente, denominada 3C273. Con estos datos, el astrónomo neerlandés Maarten Schmidt, del observatorio de Monte Palomar, localizó ópticamente el correspondiente emisor, encontrando que las líneas del espectro de 3C273 estaban desplazadas hacia el extremo del rojo en una magnitud que revelaba que se alejaba de la Tierra a una velocidad enorme: dieciséis por ciento de la velocidad de la luz. Utilizando la ley de Hubble, que afirma que la distancia de las galaxias entre sí es directamente proporcional a su velocidad de recesión, se deducía que 3C273 estaba muy alejada, lo que a su vez implicaba que se trataba de un objeto extremadamente luminoso, cien veces más que una galaxia típica. Este objeto fue bautizado como «quasi-stellar source» (fuente casi-estelar), esto es, quasar (cuásar), aceptándose en la actualidad que se trata de una galaxia con núcleo muy activo, probablemente impulsado por materia que está siendo absorbida por un agujero negro con una masa centenares de veces la del Sol.

En 1967, la astrofísica Jocelyn Bell, Antony Hewish y los colaboradores de este en Cambridge construyeron un detector para observar cuásares en las frecuencias radio. Mientras lo utilizaba, Bell observó una señal que aparecía y desaparecía con gran rapidez y regularidad. Tan constante era el período que parecía tener un origen artificial: ¿acaso una fuente extraterrestre inteligente? Tras una cuidadosa búsqueda, Bell y Hewish concluyeron que estos púlsares, como finalmente fueron denominados, tenían un origen astronómico. Ahora bien, ¿qué eran esas radio-fuentes tan regulares? La interpretación teórica llegó en 1968, de la mano de Thomas Gold, quien se dio cuenta de que los períodos tan reducidos implicados (del orden de uno o tres segundos en los primeros púlsares detectados) exigían una fuente de tamaño muy pequeño. Afortunadamente, en 1934, por tanto solo dos años después de que James Chadwick descubriese el neutrón, el físico y astrofísico suizo del Caltech (Instituto de Tecnología de California) Fritz Zwicky sugirió la posibilidad de que existieran estrellas de neutrones, una especie de núcleos gigantes formados únicamente por neutrones y unidos por la fuerza de la gravedad. La masa mínima para que pueda existir una estrella de neutrones es —según la relatividad general— 0,1 masas solares, mientras que el máximo parece encontrarse en torno a seis masas solares. En el caso de una estrella de neutrones de una masa solar, su radio sería de unos 13 km y su densidad de 2·10¹⁷ kg·m⁻³, alrededor de 2·10¹⁴ veces la densidad del agua. Recordando esto, Gold propuso que los púlsares son en realidad estrellas de neutrones en rotación que emiten ondas radio.

Pero están también los agujeros negros, extraños «objetos» celestes cuya existencia predice la teoría de la relatividad general. Un agujero negro surge cuando, después de agotar su combustible nuclear, una estrella muy masiva (varias veces la masa del Sol) comienza a contraerse irreversiblemente debido a la fuerza gravitacional. Así, llega un momento en el que se forma una región, denominada «horizonte», que solo deja entrar materia y radiación, sin permitir que salga nada, ni siquiera luz —de ahí lo de «negro»—: cuanto más grande es, más come, y cuanto más come, más crece. En el centro del agujero negro está el punto de colapso. ¿Qué significa esto? ¿Cómo puede, si es que ocurre, desaparecer la materia engullida en un punto? Es algo que no se comprende todavía.

Los agujeros negros parecen contradecir lo que es razonable, y durante mucho tiempo no se creía que pudiesen existir, considerándose que se trataba de falsas soluciones de la teoría de la relatividad general. Sin embargo, ha resultado que sí existen. La primera evidencia en este sentido fue consecuencia de la puesta en órbita, el 12 de diciembre de 1970, desde Kenia, para conmemorar la independencia del país, de un satélite estadounidense bautizado como Uhuru, la palabra suajili para «libertad». Con este instrumento se pudo determinar la posición de las fuentes de rayos X más poderosas. Entre las 339 fuentes identificadas, figura Cygnus X-1, una de las más brillantes de la Vía Láctea, en la región del Cisne. Esta fuente se asoció posteriormente a una estrella supergigante azul visible, de una masa treinta veces la del Sol, y una compañera invisible cuya masa se estimó —analizando el movimiento de su compañera— en siete masas solares, una magnitud demasiado grande para ser una estrella de neutrones, por lo que se considera un agujero negro. Se han encontrado, asimismo, otros sistemas binarios, uno de cuyos miembros parece ser un agujero negro: por ejemplo, V404 Cygni, constituido por una estrella de dos o tres veces la masa del Sol y un agujero negro de doce masas solares. En la actualidad se acepta generalmente que existen agujeros negros supermasivos en el centro de muchas galaxias, nuestra Vía Láctea entre ellas.

El radiotelescopio de Arecibo

El Observatorio de Arecibo (Puerto Rico), en el que Carl Sagan realizó algunas investigaciones, y que aparece en su novela Contacto, alberga el mayor radiotelescopio del mundo, un impresionante disco de 305 metros de diámetro, ubicado en una hondonada natural entre colinas. Cuando uno se asoma a esa inmensa cuenca natural, difícilmente puede evitar sentir un profundo sentimiento de admiración; es casi como entrar en una Capilla Sixtina de la Ciencia. Decir que Arecibo es la sede de un radiotelescopio conduce inevitablemente a pensar que fue creado para estudiar el cosmos, para abrir a nuestras capacidades la inmensa ventana de señales electromagnéticas en la región de las ondas radio, las de longitudes de onda de entre pocos centímetros y algunos metros, fuera por consiguiente del rango visible para el ojo humano. Sin embargo, no fue así: Arecibo surgió de una idea de William Gordon, un profesor de ingeniería eléctrica de la Universidad Cornell (Estados Unidos), que estaba interesado en el estudio de la ionosfera, la región de la atmósfera terrestre situada, aproximadamente, entre los 80 y 500 kilómetros de distancia de la Tierra. A esa altura, la radiación ultravioleta y los rayos X procedentes del Sol interaccionan con los gases atmosféricos creando un plasma de iones cargados (positivamente) y de electrones (de carga negativa). Cuando se envían ondas radio de potencia elevada a la ionosfera, una gran parte la atraviesa y se pierde en el espacio, pero los electrones son capaces de reflejar en todas direcciones una pequeña porción, de la que una minúscula fracción llega, como si rebotara, de vuelta a la Tierra, donde es posible estudiarla si se dispone de una antena muy sensible, obteniendo de esta forma información sobre la ionosfera. En un artículo que publicó en 1958 en los Proceedings of the Institute of Radio Engineers, Gordon propuso que ese estudio se podría llevar a cabo con un reflector de algo más de 300 metros de diámetro y un emisor-receptor (antena) que operase a la frecuencia de 430 megahercios (o longitudes de onda de 70 centímetros).

Pero en este punto, para comprender realmente la historia del establecimiento del radiotelescopio de Arecibo, es preciso detenerse en otras cuestiones.

El 4 de octubre de 1957, en plena guerra fría, la antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas anunciaba que había lanzado con éxito el primer satélite artificial de la historia, el Sputnik, que orbitaba la Tierra a una altura de 800 kilómetros cada 90 minutos. La repercusión en Estados Unidos fue extraordinaria: los soviéticos disponían de la tecnología necesaria para lanzar misiles contra ellos. Tres meses después, el 31 de enero de 1958, un grupo del Ejército de Estados Unidos, liderado por Wernher von Braun, que había trabajado para Hitler durante la segunda guerra mundial dirigiendo la construcción de los tristemente célebres cohetes V2 que asolaron Inglaterra, logró lanzar su primer satélite, el Explorer 1. Aunque más pequeño que el Sputnik, llevaba instrumentos diseñados por el físico James van Allen, de la Universidad de Iowa, que podían detectar partículas de alta energía. Con ellos se descubrió lo que después se conoció como cinturones de Van Allen, zonas de la magnetosfera (región por encima de la ionosfera) donde se concentran partículas cargadas.

Otra consecuencia del lanzamiento del Sputnik fue el establecimiento, en febrero de 1958 y dependiente del Departamento de Defensa estadounidense, de una Agencia para Proyectos de Investigación Avanzada (ARPA), a la que se dirigió William Gordon para que financiase su proyecto. La agencia no solo lo aceptó (el contrato se firmó en noviembre de 1959) sino que, además, puso en contacto a Gordon con el Laboratorio de Investigación que las Fuerzas Aéreas tenían en Boston, donde había un grupo que trabajaba en reflectores esféricos y otro interesado en el estudio de la alta atmósfera y sus efectos en la propagación de ondas radio. Ayuda a comprender la favorable recepción que la Fuerzas Armadas estadounidenses dieron a la propuesta el hecho de que en su artículo de 1958 Gordon señalase que con el instrumento que proponía se podrían detectar corrientes de partículas cargadas que apareciesen en el espacio, no muy lejos de la superficie terrestre. Es probable que los militares entendieran que de esa manera sería posible detectar satélites, por la estela de ionización que dejasen en sus recorridos por la ionosfera. De hecho, datos desclasificados hace unos años revelaron que se pensaba utilizar la gran sensibilidad del instrumento para detectar reflejos de radares soviéticos y, por triangulación, ubicarlos. Años más tarde, se consiguió analizar las características de un radar situado en la costa antártica estudiando el reflejo de señales procedentes de esa fuente que rebotaban en la Luna y que se captaron en Arecibo.

Tomada la decisión de construir un radiotelescopio gigante, la siguiente cuestión era establecer dónde. Cuatro eran los requisitos que debía cumplir el lugar elegido: el primero estar en la zona intertropical terrestre, esto es, en la banda centrada en la eclíptica (el plano en el que tiene lugar el movimiento de la Tierra alrededor del Sol), para que todos los planetas del sistema solar pasasen por encima del radiotelescopio. Esta condición era importante, ya que debido al tamaño que se requería para el disco —una superficie esférica de 305 metros de diámetro— era imposible fabricar una instalación que permitiese orientarlo en una u otra dirección: el disco debía quedar fijo y estar orientado hacia el cénit. Su tamaño era muy importante para poder recoger, en unos pocos minutos, la radiación suficiente para realizar un análisis adecuado, a diferencia de otros radiotelescopios más pequeños que requerían varias horas. En cuando a las características del lugar, se pensó en una cuenca natural de aproximadamente el tamaño del disco para reducir los costos de construcción, al no ser así necesario excavar un gigantesco agujero.

Las otras tres condiciones para el sitio eran: un clima razonable para la observación, su fácil acceso y el hecho de que estuviera ubicado en un país políticamente estable. Mediante reconocimiento aéreo, Donald Belcher, un profesor de Ingeniería de Cornell (que en 1953 había participado en las tareas de selección de una ubicación para la nueva capital de Brasil, Brasilia), encontró lugares adecuados en Hawái, México, Cuba, San Salvador, Guatemala y Puerto Rico. Este último, un estado asociado de Estados Unidos, fue el lugar escogido: la topografía de Arecibo, con sus montículos de piedra caliza entrelazados como si se tratase de una caja de huevos, formaba la cuenca perfecta para ubicar el disco reflector.

La construcción comenzó en 1961, finalizando en 1964. El disco estaba formado por paneles apoyados en pequeñas columnas que los mantienen a distancia del suelo, mientras que la antena, que cuelga de una plataforma suspendida en el aire a 150 metros de altura, sujeta por 18 cables a tres torres de hormigón armado, se podía situar en el correspondiente punto focal del disco reflector. De este modo, se interceptan las señales reflejadas, desde direcciones diferentes, por la superficie esférica del disco. El diseño de la antena se ha ido mejorando a lo largo de los años y la actual es conocida como «domo gregoriano« (nombre que no procede de ningún papa ni de la música, sino que fue elegido en honor de James Gregory, uno de los matemáticos más distinguidos del siglo XVII y el primer catedrático de Matemáticas de la Universidad de Saint Andrews; más tarde lo fue de Edimburgo). Después de ser traducidos a un formato digital, los mensajes cósmicos de radio recibidos terminan su viaje en la pantalla de un computador.

La inauguración oficial del radiotelescopio tuvo lugar el 7 de abril de 1964. No es exagerado decir que entonces se abrió una nueva ventana a la exploración del universo. Pronto se logró observar Mercurio, descubriéndose que su período de rotación no era de 88 días, como se suponía, sino de 59. A pesar de esto, no tardó en llegarse a la conclusión de que era necesario mejorar las instalaciones para operar en frecuencias superiores a los 430 megahercios (longitud de onda de 70 centímetros). Se propuso entonces un radar de 2.380 MHz (12,6 cm), que permitía estudiar no solo la Luna y los planetas más cercanos (Mercurio, Venus y Marte), sino también los más lejanos (Júpiter y Saturno), así como atravesar la densa atmósfera que oculta la superficie de Venus: cuanto menor es la longitud de onda, mayor es la capacidad de observar detalles. Asimismo, fue necesario mejorar la superficie del disco. Mientras que para la frecuencia original bastaba con que la geometría del disco no se desviase de una esfera perfecta en más de 3 centímetros, en este caso la desviación máxima no podía superar los 3 milímetros. Los antiguos paneles se sustituyeron por 38.778 placas de aluminio de 1 x 2 metros de tamaño, con un peso total de 350 toneladas. Cada una está perforada de manera que pasa a través de ellas el 44 % de la radiación solar y el agua de la lluvia, lo que permite que crezca la vegetación debajo del disco, controlándose así la erosión del suelo y asegurando la estabilidad de la estructura.

El nuevo radiotelescopio se inauguró oficialmente en noviembre de 1974. Durante la ceremonia, se emitió un mensaje de tres minutos dirigido hacia el cúmulo estelar M13, en el que se incluía información cifrada sobre la humanidad y nuestro sistema solar. Lo diseñó quien entonces era director del observatorio, Frank Drake, uno de los científicos que más se ha distinguido en lo que se conoce como Programa SETI, siglas inglesas de «Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre». Con esas mejoras se logró lo que seguramente es el descubrimiento más importante realizado en Arecibo, por el que Joseph Taylor y Russell Hulse obtuvieron el premio Nobel de Física en 1993: el descubrimiento en 1974 de un sistema estelar binario formado por un púlsar y una estrella de neutrones, que orbitan alrededor de un punto. En 1978, después de varios años de observaciones, pudo concluirse que el tiempo de llegada de las pulsaciones había variado, cambio que se explicó debido a la emisión de ondas gravitacionales, confirmando de esta manera una de las predicciones de la teoría de la relatividad general. Asimismo, en 1992 y como parte de la búsqueda de nuevos púlsares, Aleksander Wolszczan y Dale Frail encontraron el púlsar PSR B1257+12, en torno al cual orbitan dos planetas, el primer descubrimiento de planetas (exoplanetas) fuera del sistema solar. No se han recibido señales de vida inteligente, pero al menos sí se ha abierto en Arencibo una ventana para identificar planetas en los que esa vida puede existir.

En busca de todavía mayor capacidad para explorar el cosmos, se realizó una segunda mejora del radiotelescopio entre 1994 y 1999, instalándose una antena que funciona en el rango entre 300 MHz y 10 gigahercios (1 m-3 cm). Con esta capacidad se han puesto en marcha nuevos proyectos. Uno de ellos, que financia la NASA, es el de la búsqueda y seguimiento de asteroides, objetos reconocidos ya como un serio peligro potencial para la Tierra. En Arecibo se han identificado incluso algunos de diámetro inferior a los 50 metros y también otros en torno a los cuales orbitan dos o tres satélites, como si fueran planetas. Entre los observados está el potencialmente peligroso asteroide 1999 JM 8, que tiene 6,4 kilómetros de diámetro y se encuentra a una distancia de la Tierra de 9 millones de kilómetros.

El sistema solar

El concepto de sistema solar como el conjunto de cuerpos celestes atraídos directamente por el Sol, o —como en el caso de la Luna— por mediación de los planetas que giran en torno a él, surgió de manera paralela a la invención del telescopio, que permitió diferenciarlo de otras entidades celestes, como las estrellas fijas o las nebulosas. En 1775, el filósofo Immanuel Kant publicó un libro, Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels (Historia general de la naturaleza y teoría del cielo), en el que explicaba la formación del sistema solar a partir de una inmensa nube de gas, por la condensación de la materia bajo la acción de la gravedad. Pero las ideas de Kant carecían del soporte técnico que solo la mecánica newtoniana y la matemática podían suministrar. A semejante tarea se dedicó Laplace, especialmente en un extenso tratado en cinco volúmenes, Mécanique céleste (Mecánica celeste, 1799-1825). De carácter más general, es otra de sus obras, Exposition du système du monde (Exposición del sistema mundial), editada inicialmente en dos volúmenes en 1796. En su sexta edición, publicada póstumamente (1835), se puede leer:

Entre ese infinito número de puntos rutilantes que salpican la bóveda celeste y mantienen entre sí una posición aproximadamente constante, hay diez astros permanentemente visibles, en tanto no se suman en los rayos del Sol, que se mueven según leyes harto complicadas cuya búsqueda es uno de los principales objetos de la astronomía. Esos astros a que se ha dado el nombre de planetas son Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, conocidos desde la antigüedad porque se los puede percibir a simple vista; a ellos hay que añadir Urano, Ceres, Palas, Juno y Vesta, cuyo hallazgo reciente se debe al descubrimiento del telescopio.

Vimos que Urano lo había descubierto William Herschel en 1781. Ceres fue identificado el 1 de enero de 1801 por Giuseppe Piazzi. Palas, el 28 de marzo de 1802 por Heinrich Olbers. Juno, el 1 de septiembre de 1804 por Karl Harding. Y Vesta, el 29 de marzo de 1807 de nuevo por Olbers. Todos son planetas enanos situados en el cinturón de asteroides que se halla entre las órbitas de Marte y Júpiter. En 1846 se descubrió otro planeta, el octavo del sistema solar, al que se dio el nombre de Neptuno. Plutón, descubierto en 1930, se solía incluir en la lista de planetas del sistema solar, pero fue excluido de ella en 2006 por la Unión Astronómica Internacional, pasando a la categoría de planeta enano.

Básicamente la tesis de Laplace, que con algún añadido también utilizó Herschel, era la siguiente: la «atmósfera» del Sol primordial se extendía a través de todo el espacio ocupado ahora por las órbitas planetarias; se trataba de una nube de gas caliente en rotación. Al irse enfriando, se fue contrayendo, pero entonces la conservación del momento angular (requisito recogido por la mecánica newtoniana) hizo que el gas rotase más rápidamente. Si se suponía que el gas giraba con un sólido rígido, como la velocidad angular sería entonces la misma independientemente de la distancia al centro, la velocidad lineal tendría que ser mayor en la periferia de la nube. Llegaría el momento en que la fuerza centrífuga (que tiende a alejar el punto del centro) en los extremos superaría la fuerza de contracción gravitacional, con la consecuencia de que se separaría un anillo de gas del resto de la nube, que continuaría contrayéndose. De nuevo, se suponía que ese anillo de gas se reuniría en una gran esfera, que gradualmente se enfriaría condensándose para formar un planeta. Con el resto de la nube se irían produciendo efectos similares, que generarían otros planetas.

Con los conocimientos suministrados por las nucleosíntesis primordial y estelar, ahora se sabe que la condensación de hidrógeno y de helio dio origen al Sol y a los planetas gaseosos exteriores, Júpiter y Saturno, mientras que Mercurio, Venus, la Tierra y Marte son cuerpos sólidos. A pesar de su composición gaseosa, la masa del Sol constituye el 99,86 % de la total del sistema solar, el 70 % de hidrógeno y el 28 % de helio. El núcleo, con un radio cercano a un cuarto de su dimensión total, una densidad 150 veces la del agua y una temperatura de 15,7 millones de kelvin, es el medio en el que la fusión nuclear (síntesis de átomos de hidrógeno para formar helio) produce fotones que son absorbidos por otros átomos, proceso que se repite incesantemente antes de alcanzar la fotosfera, una capa de entre 100 y 200 kilómetros de profundidad, observable desde la Tierra, que irradia luz y calor, y la corona, la parte superior de la atmósfera solar. La mayor parte de la radiación electromagnética se produce en la zona visible, y el resto en la parte ultravioleta e infrarroja del espectro. El tiempo que tarda esa radiación en alcanzar la Tierra es de ocho minutos, en los que puede ser interceptada por los cuerpos celestes, el gas interestelar y el polvo. La intensidad de la emisión es inversa a la distancia: al aumentar esta en una unidad la intensidad se reduce a un cuarto, al triplicarse en un noveno. El viento solar es una corriente de plasma, protones y electrones, procedentes de la corona solar, que se mueven a una velocidad de 350 km/s.

La edad del Sol está estimada en alrededor de 4.500 millones de años, y dentro de algo menos de 2.000 millones de años, cuando se agote el hidrógeno de su núcleo, este comenzará a contraerse y a calentarse hasta el punto de que se producirán reacciones químicas de fusión con helio (después del hidrógeno, el elemento más ligero) que harán que la esfera solar aumente su tamaño, convirtiéndose en lo que se denomina una gigante roja. Esta fase de crecimiento durará poco en términos cósmicos: unos 10 millones de años. A su término, el radio del Sol será tan grande que habrá absorbido a Mercurio y Venus y, tal vez, también a la Tierra.

Planetas del sistema solar

Distancia media

al Sol

(millones de km)

Diámetro

(km)

Masa

(tomando la de

la Tierra = 1)

Mercurio

58 4.

878

0,055

Venus

108

12.103

0,815

Tierra

149

12.752

1

Marte

228

6.786

0,108

Júpiter

778

143.000

317,9

Saturno

1.427

120.000

95,181

Urano

2.896

51.118

14,531

Neptuno

4.496

49.528

17,135

Geologías planetarias

¿Y de la geología de los planetas del sistema solar, qué se sabe? Dejando por el momento al margen a la Tierra, se ha obtenido mucha información gracias a los telescopios y las sondas espaciales. Con ambos, se miden detalles como las trayectorias de los planetas, su rotación, los movimientos de oscilación de su eje (tipo peonza), sus campos magnéticos o sus atmósferas, con los que se puede deducir cómo son sus interiores. De Mercurio sabemos que su corteza es bastante delgada, con una densidad parecida a la de la Tierra, 5 gramos/cm³. Se cree que el 60 % de su masa está formado por un núcleo de hierro (en parte en estado fluido) que ocupa casi tres cuartos del radio del planeta, lo que explicaría el que, como la Tierra, posea un campo magnético. La misión Mariner 10, lanzada en noviembre de 1973, desveló que, al igual que la Luna, en su superficie abundan los cráteres y también existen profundos taludes, de entre varios centenares de metros y tres kilómetros, que se prolongan a lo largo de centenares de kilómetros.

El interior de Venus está estructurado en tres zonas: la primera es una capa de unos 20 km de espesor, luego viene un manto de materiales fluidos de 2.800 km, que rodea el núcleo central, de material ferroso, con un radio de 3.200 km. Su superficie es parecida a la de un desierto rocoso, con extensas llanuras onduladas, depresiones y pocas montañas, aunque hay huellas de reciente actividad volcánica. Su característica principal es la de su atmósfera, de la que hablaremos en la sección siguiente.

Marte ha sido y es un objetivo preferente de misiones no tripuladas de la agencia espacial estadounidense, la NASA. Una de ellas, bautizada con el nombre de Curiosity, despegó de la Tierra el 26 de noviembre de 2011 y aterrizó en el planeta rojo el 6 de agosto de 2012, donde depositó un vehículo equipado con un laboratorio para estudiar la composición de la superficie marciana y buscar en ella rastros de vida. La superficie de Marte es árida, llena de cráteres, cañones que llegan a alcanzar los 4.000 km de longitud, y volcanes, algunos enormes como el Olympus Mons, el más grande del sistema solar, con una altura de 24 km y una base casi del tamaño de la península ibérica. Posee un núcleo de materiales ferrosos de unos 1.500 km de radio, un manto de silicatos de en torno a 1.800 km y una corteza de 100 km. La temperatura de su superficie oscila según las estaciones, pero la media es de unos 50 grados centígrados bajo cero, lo que hace imposible la presencia de agua líquida en su superficie; se cree, no obstante, que existe agua congelada en su subsuelo, hasta profundidades de un kilómetro o más. Una explicación de la ausencia de agua líquida es que Marte no posee actividad geológica interna; esto es, que no se dan procesos que generan calor, como sucede en el interior de la Tierra, un hecho que se puede entender como consecuencia de que al ser más pequeño que la Tierra su núcleo hace tiempo que se enfrió. Imágenes enviadas por la misión Mars Express, lanzada el 2 de junio de 2003 por la Agencia Espacial Europa (ESA), sugieren que la actividad volcánica terminó hace un millón de años, aunque aún se aprecia una ligera actividad sísmica. Solo posee una placa tectónica, lo que explica la ausencia de grandes cadenas montañosas.

La composición de Júpiter, el más masivo de los planetas del sistema solar (en él cabrían 1.330 Tierras), se parece más al Sol que a los demás planetas, ya que está compuesto sobre todo de hidrógeno y helio. Se cree que su núcleo, que soporta presiones del orden de 8.000 millones de veces la que existe al nivel del mar en la Tierra, está formado por roca y hielo. Posee un campo magnético doce veces superior al terrestre. Al contrario de lo que sucede en los planetas que he mencionado hasta ahora, Júpiter no tiene geografía; esto es, carece de estructuras geológicas del tipo de cráteres o montañas, asociadas a elementos químicos de los que este gigante gaseoso no dispone. Mediciones de la energía que emite Júpiter muestran que equivalen a 1,5 veces la que recibe del Sol, lo que significa que su interior aún está activo: la contracción gravitacional que experimenta su masa produce esa energía.

El caso de Júpiter sirve también para mencionar que no solo se puede hablar de la geología de los planetas, sino también de sus satélites. De los cuatro observados por Galileo en 1610, ahora conocidos como Ío, Europa, Ganímedes y Calisto, se ha pasado a conocer más de sesenta. Gracias también a las sondas espaciales, se ha comprobado que en Ío existen volcanes y una zona denominada Loki Patera, una mancha oscura en forma de media luna que se cree que es un lago de azufre líquido cuya superficie está helada. Por su parte, Europa está cubierta por una lisa corteza de hielo, en la que se han descubierto fracturas que sugieren que debajo de esa capa helada pueden existir movimientos; acaso un océano subterráneo de agua líquida.

Saturno, el planeta rodeado de un espectacular conjunto de anillos, es el segundo en tamaño, tras Júpiter, con el que comparte una composición parecida, pues también su interior genera calor y posee un campo magnético.

Urano tiene un núcleo rocoso de casi 17.000 km de diámetro, a una temperatura de unos 7.000 °C, al que rodea una región de agua densa, amoniaco (NH₃) y metano (CH₄) helados y en estado gaseoso, que da paso a una capa superficial formada sobre todo por hidrógeno y helio.

Finalmente, está Neptuno, que es, como Júpiter, Saturno y Urano, un planeta gaseoso, aunque al contrario que los dos primeros su núcleo sólido (compuesto de rocas de silicato y con un tamaño de unos 14.000 km) es más grande que su masa total.

Atmósferas planetarias

Para averiguar la existencia o ausencia de atmósferas en los demás planetas del sistema solar, así como su composición, se utilizan los datos de las radiaciones que emiten las correspondientes atmósferas, así como los datos que miden sondas espaciales que pasan por las proximidades de los planetas en cuestión.

Mercurio no posee una atmósfera significativa, probablemente debido al fuerte viento solar (corrientes de partículas cargadas procedentes del Sol), producido por su cercanía al Sol. Muy diferente es el caso de Venus, como demostraron especialmente las informaciones aportadas por la sonda soviética Venera IV (1967) y la estadounidense Magallanes, que orbitó el planeta entre 1990 y 1994, sumergiéndose finalmente en su densa atmósfera. Así, sabemos que esta está constituida sobre todo (más del 96 %) por dióxido de carbono que se extiende hasta unos 45 kilómetros de altura. A partir de ese nivel el cielo venusiano es limpio y de gran visibilidad, pero no por ello la situación es similar a la terrestre: la presión y la temperatura aumentan según se desciende hacia la superficie del planeta y al llegar al suelo la presión corresponde a la que impera en la Tierra a miles de metros por debajo del nivel del mar, y con unas temperaturas extremadamente altas. Ahora bien, el dióxido de carbono es el principal gas de efecto invernadero de manera que Venus es un extraordinario ejemplo de este fenómeno, estudiado por Sagan en su tesis doctoral (1960). Diferentes mediciones han mostrado que la temperatura en la superficie venusiana alcanza los 470 °C.

La atmósfera de Marte también contiene una alta proporción de dióxido de carbono, en torno al 95 % (un problema para posibles astronautas, ya que es muy tóxico para los humanos, no para las plantas), pero es muy tenue, con una presión de unas seis milésimas la de la terrestre, lo que evita que se dé allí el efecto invernadero. Debido a esa baja densidad atmosférica, los vientos que existen allí tienen escasa capacidad para desplazar calor, con la consecuencia de que hay grandes diferencias de temperaturas en su superficie dependiendo de la zona y de la posición relativa con respecto a la radiación proveniente del Sol. Marte también tiene nubes, compuestas de agua y de dióxido de carbono.

En cuanto a Júpiter, su atmósfera —la mayor del sistema solar, dividida, como la terrestre, en varias capas: troposfera, estratosfera, termosfera y exosfera— está formada mayoritariamente por hidrógeno y helio, casi como si fuera una estrella, más gases como metano, amoniaco y nitrógeno, que producen una cierta variedad de nubes. De todas maneras, hay que advertir que en los planetas gaseosos es difícil establecer dónde termina la superficie y donde comienza la atmósfera. Se dan también corrientes de viento, producidas por mecanismos similares a los de la Tierra y por estructuras vorticiales (ciclones, anticiclones) y tormentas (con relámpagos incluidos). Los vórtices se manifiestan en forma de enormes manchas ovaladas de color rojo, blanco o marrón; las dos de mayor tamaño son la Gran Mancha Roja y la Pequeña Mancha Roja.

De la atmósfera de Saturno diremos que está formada por un 96 % de hidrógeno, un 3 % de helio y cantidades mucho más pequeñas de otros gases, metano entre ellos. Debido a su rápida rotación (la segunda más elevada del sistema solar después de Júpiter) y al calor que emite el planeta, se producen vientos de muy altas velocidades (se han llegado a medir algunos de 1.800 km/hora), dándose, al igual que en Júpiter, estructuras ciclónicas. El mayor de sus satélites, Titán, cuyo diámetro es de 5.150 km (no es pequeño, por consiguiente), posee también una atmósfera interesante: en ella se ha detectado nitrógeno (el 90 %), metano (algo menos del 10 %) y, en cantidades pequeñas, hidrógeno, etano y monóxido de carbono.

Finalmente, están Urano, cuya atmósfera formada sobre todo por hidrógeno y metano es bastante uniforme y presenta poca actividad, y Neptuno, donde abunda el agua, el amoniaco y el metano, que se condensan formando cristales o hielo, y que presenta un actividad relativamente discreta, con vientos de hasta 2.000 km/hora y grandes manchas que duran bastante tiempo.

Planetas extrasolares

Si alrededor del Sol orbitan planetas, es evidente que también los habrá en torno a otras estrellas, en otros sistemas solares que, hasta hace pocos años, eran imposibles de identificar. Pero gracias al avance tecnológico, los científicos están siendo capaces de detectarlos. El primer hallazgo en este sentido se produjo en 1991, cuando Alex Wolszczan, un astrónomo polaco instalado en Estados Unidos (en la Universidad Estatal de Pensilvania), y el canadiense Dale Frail (del Observatorio Radioastronómico Nacional de Socorro, Nuevo México) descubrieron que dos planetas con masas 4,3 y 1,8 veces la de la Tierra orbitan alrededor del púlsar PSR1257+12. Cuatro años después, dos astrónomos suizos de la Universidad de Ginebra, Michel Mayor y Didier Queloz, hicieron público que habían descubierto un planeta del tamaño y tipo de Júpiter (un gigante gaseoso) orbitando en torno a una estrella del tipo del Sol, 51 Pegasi. Desde entonces el número de planetas extrasolares conocidos ha aumentado considerablemente. Y si existen tales planetas, acaso en algunos también se haya desarrollado vida. La biología no descarta que, en entornos lo suficientemente favorables, las combinaciones de elementos químicos puedan producir vida debido a procesos sinérgicos, pero también señala que esta no tiene por qué ser del mismo tipo que la humana.

Sondas espaciales

En las páginas precedentes, ocasionalmente han aparecido menciones a sondas espaciales, esto es, a vehículos no tripulados lanzados desde la Tierra para explorar el sistema solar. En conveniente decir algo de ellos, ya que constituyen, junto con los telescopios, instrumentos precisos para obtener información acerca del universo.

Aunque disponen de sistemas energéticos propios (motores), las sondas espaciales deben utilizar los empujes gravitacionales de los cuerpos a los que se dirigen o de los que encuentran en su camino. Y, por supuesto, tienen que estar provistas de emisores de comunicaciones lo suficiente potentes como para poder enviar de regreso a la Tierra los datos que obtengan; de emisores y también de receptores para, si es necesario, recibir órdenes desde la Tierra.

El planeta Marte ha sido uno de los primeros y más señalados objetivos de esas sondas. Se trata de una elección natural: es vecino nuestro y en la dirección correcta, puesto que Venus lo está en la dirección mala, al encontrarse más cerca del Sol de lo que estamos nosotros y por tanto a mayores temperaturas. Después de cuatro intentos fallidos entre 1960 y 1962, la Unión Soviética consiguió el 19 de junio de 1964 que una sonda se acercara a poco más de 200.000 kilómetros de la superficie marciana, aunque fallos de comunicación del vehículo con la Tierra hicieron que se recibiese poca información. Mejor suerte tuvieron los estadounidenses: una de las dos sondas que lanzaron en marzo de 1964, la Mariner 4, se aproximó a Marte el 15 de julio de 1965 a una distancia de unos 10.000 kilómetros, enviando 21 fotografías que mostraban cráteres del estilo de los lunares. Los datos enviados mostraron un planeta sin estructuras ni canales (se trataba de ilusiones ópticas), socavando las esperanzas de todos aquellos que pensaron en antiguas acciones de seres vivos.

Han sido muchas más las misiones dirigidas al planeta rojo, entre ellas las sondas Marte 2 y Marte 3 soviéticas. La primera se instaló en una órbita en torno a él, tras lo que envió un módulo para que aterrizase sobre el planeta el 27 de noviembre de 1971. Desgraciadamente y debido a un fallo de los motores, se estrelló contra su superficie. Su compañera, la Marte 3, sí tuvo éxito y depositó su carga el 2 de diciembre de 1971, pero solo pudo transmitir imágenes a la sonda en órbita durante veinte segundos. Fue, en cualquier caso, el primer amartizaje de la historia.

Otro gran momento de la exploración marciana tuvo lugar el 20 de agosto de 1975, cuando despegó del Centro Espacial Kennedy de Florida (el antiguo Cabo Cañaveral) la Viking 1, que envió un módulo a la superficie de Marte el 20 de julio de 1976. El 9 de septiembre de 1975, partía de la misma base su hermana, la Viking 2, que alcanzó Marte el 3 de septiembre de 1976. La última transmisión que llegó a la Tierra procedente de estos vehículos se produjo el 11 de noviembre de 1982. Uno de los objetivos de estas sondas era buscar posible vida en Marte, pero no se llegó a conclusiones definitivas. Todavía hoy se discute este punto, en particular si hay agua, tras misiones mucho más avanzadas como la Mars Pathfinder (también norteamericana), que depositó el 4 de julio de 1997 un vehículo robot con seis ruedas llamado Sojourner, del que se obtuvo grandes cantidades de información sobre la atmósfera y el clima del planeta rojo, así como de la composición química de sus rocas. Estuvo funcionando hasta el 30 de agosto, enviando 1,2 gigabits (1,2 millones de bits) de datos, y más de 100.000 imágenes de la superficie marciana.

La cuestión de si hay agua en Marte resulta importante, puesto que ello podría indicar que existe —o ha existido— algún tipo de vida. También se ha detectado la presencia de metano en cantidades que indican que se produce de una forma constante, aunque se ignora si es por actividades geológicas o, acaso, biológicas. El 26 de noviembre de 2011, la NASA lanzó una sonda, conocida como Curiosity, que logró depositar un robot móvil sobre la superficie marciana el 6 de agosto de 2012.

Pero Marte no ha sido el único destino de los esfuerzos humanos por conocer nuestro sistema solar. Venus ha sido otro objetivo temprano de las misiones espaciales. Los soviéticos lo intentaron primero, pero su misión, Venera 1, que lanzaron el 12 de febrero de 1961, fracasó. En el verano de 1962, Estados Unidos lanzó dos sondas, las Mariner 1 y 2. La primera se perdió durante el lanzamiento, pero la Mariner 2 llegó a Venus, a una distancia de 35.000 km, el 14 de diciembre de 1962, investigando las nubes que recubren el planeta y midiendo su temperatura y campo magnético. En 1973, una descendiente de aquella sonda, la Mariner 10, se acercó aún más, a 10.000 kilómetros de su superficie y, más tarde, la Magellan (1990) llegó a sumergirse en su entorno, atravesando su densa atmósfera, de 45 kilómetros de altura, dominada por el dióxido de carbono, que produce un intenso efecto invernadero, y una niebla de ácido sulfúrico concentrado. La presión y la temperatura aumentan según se desciende hacia la superficie del planeta: al nivel del suelo, la presión es 94 veces mayor que la presión atmosférica terrestre.

Están también, entre otras, las misiones Pioneer y las Voyager. La Pioneer 10 fue lanzada en marzo de 1972, y fue la primera en observar directamente al gigantesco Júpiter, el mayor de los planetas solares (su masa es 318 veces la de la Tierra, y está a 778 millones de kilómetros del Sol), mientras que la Pioneer 11 partía en abril de 1973, pasando por Júpiter para encaminarse después hacia el majestuoso Saturno, planeta fácilmente reconocible por los anillos que lo rodean por su ecuador (la masa de Saturno, el segundo planeta más grande del sistema solar, es 95 veces la de la Tierra, y está a 1.427 millones de kilómetros del Sol). En cuanto a las sondas Voyager, la primera en ser lanzada, en agosto de 1977, fue la Voyager 2, siguiéndola un mes después su hermana, la Voyager 1. Sin embargo, fue la 1 la que llegó antes, en marzo de 1979, a Júpiter, seguida a finales de abril por la 2. Desde Júpiter, ambas sondas se dirigieron a Saturno, el destino práctico final de la Voyager 1 (el impuso gravitacional que recibió de este planeta la encaminó en una dirección en la que no podrá encontrarse con ningún otro mundo conocido). Respecto a la Voyager 2, esta continuó su viaje transitando por las cercanías de Urano y Neptuno, planetas situados a, respectivamente, 2.870 y 4.498 millones de kilómetros del Sol. Debido al empuje gravitacional mencionado, se sabía que las sondas Voyager abandonarían el sistema solar: la 1 lo hizo en 2012. Conscientes de semejante hecho, los responsables de las misiones Voyager quisieron que las dos sondas llevasen algún tipo de documento testimonial que, en el más que improbable caso de que algún ser extraterrestre diese con una de ella, permitiese identificar su procedencia. En realidad, y a la vista de lo minúscula que es la probabilidad de que tenga lugar un encuentro de tal tipo, lo que esos responsables querían era plantearse la cuestión de qué tipo de mensaje podría ser legible por supuestos extraterrestres. Sagan recibió el encargo de preparar el documento en cuestión. Tras consultar con varios colegas, propuso que cada una de las sondas Voyager llevase un disco de cobre que incluyera —todo expresado en términos gráfico-científicos que pudiesen ser comprendidos por otros tipos de inteligencias— información sobre nuestros genes y cerebro, saludos en 60 idiomas y sonidos de orígenes muy diversos (entre ellos los emitidos por ballenas), fotografías de personas de todas partes del mundo, una hora y media de música procedente de muchas culturas y un dibujo con la posición del sistema solar respecto a 14 púlsares. Además de este último dibujo, en las Pioneer 10 y 11 se incluyó una placa metálica grabada en la que se representaban un hombre y una mujer desnudos, junto con una muestra a escala del Sol y sus planetas. También se indicaba que la sonda había partido de la Tierra.

En su Cosmos, Sagan se refirió al «equipaje» que llevaban las sondas Voyager. Merece la pena citar sus hermosas palabras:

Las dos naves espaciales Voyager van camino de las estrellas. Llevan cada una un disco fonográfico de cobre con un cartucho, una aguja y, en una cubierta de aluminio del disco, instrucciones para su uso. Enviamos algo sobre nuestros genes, algo sobre nuestros cerebros y algo sobre nuestras bibliotecas a otros seres que podrían estar surcando el mar del espacio interestelar. Pero no quisimos enviar primariamente información científica. Cualquier civilización capaz de interceptar el Voyager en las profundidades del espacio interestelar, con sus transmisores muertos hace mucho tiempo, sabrá mucha más ciencia que nosotros. Quisimos en cambio decir a todos esos seres algo sobre lo que parece ser exclusivo de nosotros. Los intereses de la corteza cerebral y del sistema límbico están bien representados; el complejo R menos. Aunque los receptores quizá no sepan ninguno de los lenguajes de la Tierra, incluimos saludos en sesenta idiomas humanos, y además saludos de las ballenas yubartas. Enviamos fotografías de personas de todas partes del mundo que cuidan de sus semejantes, que aprenden, que fabrican herramientas y arte, y que se enfrentan con problemas. Hay una hora y media de música exquisita procedente de muchas culturas, música que expresa nuestra sensación de soledad cósmica, nuestro deseo de acabar con nuestro aislamiento, nuestras ansias de entrar en contacto con otros seres del cosmos. Y hemos enviado grabaciones de los sonidos que se habrían oído en nuestro planeta desde los primeros días, antes del origen de la vida, hasta la evolución de la especie humana y de nuestra más reciente tecnología, en pleno crecimiento. Es, como los sonidos de cualquier ballena yubarta, una especie de canción de amor lanzada a la inmensidad de las profundidades. Muchas partes de nuestro mensaje, quizá la mayoría, serán indescifrables. Pero lo hemos enviado porque era importante intentarlo.

Por ahí debe andar viajando toda esa información, atravesando solitaria la inmensidad del cosmos. Sería un milagro que alguien la encontrase (hasta dentro de 40.000 años no pasará la Voyager por las cercanías de una estrella, Gliese 445, ¡a 1,6 millones de años luz! Lo sabemos, pero aun así nos gusta tanto comunicarnos con otros que hemos lanzado un mensaje a los confines de nuestra galaxia, un mensaje espacial metido en una botella especial: una sonda. Porque merecía la pena intentarlo, como reconoció el propio Sagan en su Cosmos.

El Big Bang y la formación de los elementos químicos

Hasta ahora he escrito acerca de los sistemas, sobre los «objetos» que existen en el universo, pero apenas nada he dicho respecto de qué están compuestos tanto ellos como todo lo que existe en planetas como el nuestro: los denominados «elementos químicos». El estudio de cómo surgieron tales elementos es el objetivo de la física nuclear.

Del modelo cosmológico del Big Bang se deduce que la historia del universo comenzó con una fase inicial en la que el universo (con temperaturas del orden de 100.000 millones de kelvin; cero kelvin corresponde a –273,15 grados centígrados) estaba formado por una sopa indiferenciada. Esta era una mezcla de radiación electromagnética (constituida por fotones, las partículas que forman la luz, según la física cuántica) y de algunas partículas elementales: electrones y neutrinos y sus respectivas antipartículas (positrones y antineutrinos), además de un número mucho más pequeño de protones y neutrones, mucho más pesados que las partículas anteriores.

Al ir disminuyendo la temperatura del universo —que, como vimos, experimentó en sus primeros instantes una expansión muy acelerada, una «inflación»—, esa sopa se fue diferenciando. A la temperatura de 30.000 millones de kelvin, alcanzada en unos 0,11 segundos, los fotones (la radiación luminosa) se independizaron de la materia, distribuyéndose uniformemente por el espacio. Únicamente cuando, a los 13,82 segundos del estallido inicial, la temperatura del universo descendió al entorno de los 3.000 millones de kelvin comenzaron a formarse mediante la unión de protones y neutrones algunos núcleos estables, sobre todo el hidrógeno (un protón en torno al cual orbita un electrón) y el helio (dos protones y dos neutrones en el núcleo, con dos electrones como satélites). Estos dos elementos, los dos más ligeros que existen en la naturaleza, fueron (junto con fotones y neutrinos) los principales productos del Big Bang. Debieron de formarse entre cien segundos y un cuarto de hora después de aquel colosal estallido, y representan aproximadamente el 73 % (el hidrógeno) y el 25 % (el helio) de la materia observable del universo. Ciertamente, de lo que no hay duda es de que este proceso de nucleosíntesis primordial culminó 700.000 años después, cuando la temperatura llegó al punto en el que los núcleos pudieron captar y retener electrones formando átomos estables.

Pero, si se produjo tanto helio en los comienzos del universo, ¿cómo es que ahora hay tan poco en la Tierra? Porque hidrógeno, por supuesto, hay mucho. La respuesta es que aunque el helio constituye la cuarta parte de la masa de la mayoría de las estrellas, su presencia en la Tierra es muy rara debido a que es muy ligero y químicamente inactivo (es uno de los denominados gases nobles), por lo que no es atrapado por el campo magnético de nuestro planeta. Así, es fácil para las moléculas de helio que existen en la atmósfera terrestre adquirir, mediante colisiones con otras moléculas, velocidades suficientes como para huir de la gravedad y escaparse al espacio.

De manera que el Big Bang nos surtió generosamente de hidrógeno y de helio. Fenomenal, pero ¿y los restantes elementos? Porque sabemos que existen muchos otros en la naturaleza: oxígeno, hierro, nitrógeno, carbono, plomo, sodio, cinc, oro y un montón más. ¿Cómo se formaron? La pregunta es magnífica y para contestarla es necesario recurrir a la ciencia que trata los elementos y los compuestos que se pueden formar con ellos: la química.

Tras haberse formado el hidrógeno y el helio, y al continuar enfriándose el universo, los restantes elementos se originaron mediante reacciones nucleares en un proceso denominado nucleosíntesis estelar, el mismo que luego tendría lugar en el interior de estrellas.

El hidrógeno y helio primordiales producidos se distribuyeron en polvo interestelar, que luego pudo formar nubes que, finalmente, mediante la condensación producida por la fuerza gravitacional, hicieron que se formaran protoestrellas de hidrógeno y helio. Estas se pueden considerar la primera generación de estrellas pues, al igual que los seres vivos, las estrellas también cambian a lo largo de su vida, nacen y mueren, siendo sustituidas por otras que pueden ser diferentes. La presión provocada por la acumulación gravitacional de masa tiene como consecuencia el aumento de temperatura en las capas interiores de las proestrellas y estrellas, incremento que produce reacciones nucleares. Gracias a las investigaciones de físicos nucleares y astrofísicos sabemos que en una de estas reacciones dos núcleos de helio se unen formando un átomo de berilio, elemento que ocupa el cuarto lugar (número atómico) en la tabla periódica de los elementos, tras el hidrógeno, el helio y el litio. En realidad se produce más de un tipo de berilio: se forman dos isótopos del mismo que solo difieren en el número de neutrones que existen en el núcleo del átomo. El isótopo del berilio de masa atómica 8 es muy radiactivo, existiendo durante apenas una diezmilbillonésima de segundo, tras lo cual se desintegra produciendo de nuevo dos núcleos de helio. Pero si durante ese instante de vida choca con un tercer núcleo de helio, puede formar un núcleo de carbono (número atómico 6 y masa atómica 12), que es estable. Si las temperaturas son suficientemente elevadas, los núcleos de carbono se combinan y desintegran de maneras muy diversas, dando lugar a elementos como magnesio, sodio, neón y oxígeno. A su vez, los núcleos de oxígeno pueden unirse y formar azufre y fósforo. De este modo, se forman elementos cada vez más pesados. Hasta llegar al hierro.

¿Cómo sería nuestra vida sin el hierro? Recordemos que la hemoglobina, la proteína que transporta el oxígeno en la sangre, está formada por cuatro cadenas de átomos, cada una de las cuales incluye un átomo de hierro. Necesitamos, además, hierro a nuestro alrededor, ya que perdemos un miligramo diario, que nuestro organismo repone mediante el consumo de carne y vegetales, tomándolos estos últimos directamente del suelo. Los elementos químicos más abundantes en la composición de un cuerpo adulto humano son: oxígeno (55 % del total de nuestro cuerpo), carbono (25 %), hidrógeno (11 %), nitrógeno (4 %), calcio (2 %), fósforo (1 %) y algo menos del 1 % de otros elementos. La proporción de hidrógeno y oxígeno es muy alta, pero no olvidemos que estos elementos son los constituyentes del agua (H₂O), que forma aproximadamente el 75 % de nuestro cuerpo. Como el hidrógeno es un elemento primordial, formado en su mayor parte en los primeros instantes de vida del universo, podríamos decir que estamos ligados a ese origen de una forma muy íntima.

Una vez «cocinado» el hierro, la cadena de reacciones nucleares se detiene. La razón es que los procesos de fusión nuclear asociados a los elementos más ligeros que él liberan energía, pero la energía que se necesita para fusionar los que son más pesados es superior a la liberada en el proceso de fusión; es decir, el proceso requiere aporte de energía, pues no es energéticamente productivo.

Este hecho nos lleva a otra cuestión, ligada a su vez con otra que todavía no hemos abordado: ¿cómo han llegado estos elementos a la Tierra? Y si suponemos que no deben existir diferencias absolutas entre planetas, salvo en detalles como abundancia de elementos, temperatura, posibilidad de que exista vida, ¿cómo han llegado a cualquier otro planeta? La emisión al espacio exterior de elementos nucleares producidos en el interior de estrellas puede tener lugar de tres maneras: mediante la lenta pérdida de masa en estrellas viejas, en la denominada fase gigante de la evolución estelar; durante los relativamente frecuentes estallidos estelares que los astrónomos llaman novas, y en las dramáticas y espectaculares explosiones que se producen en esa etapa estelar final que alumbran un tipo de estrellas gigantes conocidas como supernovas. No se sabe muy bien por qué se producen estas explosiones, pero se cree que además de expulsar los elementos que acumulaba la estrella en su interior (salvo parte que retiene convertidos en objetos muy peculiares, como estrellas de neutrones), en el estallido se sintetizan elementos todavía más pesados que el hierro: el cobre, el cinc, el rubidio, la plata, el osmio, el uranio y así hasta una parte importante de los más de cien elementos que contiene en la actualidad la tabla periódica y que son relativamente abundantes en sistemas planetarios como el nuestro, el solar.

Precisamente por esta abundancia de elementos pesados, parece razonable pensar que el Sol es una estrella de segunda generación formada, algo menos de 5.000 millones de años, por la condensación de residuos de una estrella anterior que murió en una explosión de supernova. El material procedente de semejante explosión se agrupó en un disco de gas y polvo con una protoestrella en el centro. El Sol se «encendió» cuando el núcleo central de materia se comprimió tanto que los átomos de hidrógeno se fundieron entre sí. Y a su alrededor, a lo largo de bandas elípticas, siguiendo un proceso parecido, pero menos intenso gravitacionalmente, se formaron los planetas de lo que llamamos sistema solar: Mercurio, Venus, la Tierra, Marte... y los satélites de estos, como la Luna.

Desde esta perspectiva, la Tierra (formada hace unos 4.500 millones de años), al igual que otros planetas, es algo parecido a un pequeño basurero cósmico; un lugar en el que se han acumulado restos de la vida de estrellas no lo suficientemente importantes como para dar lugar a una nueva: cantidades tan pequeñas que no han podido desencadenar en su interior reacciones termonucleares como las que se producen en las estrellas. Pero al igual que en los basureros también se abre camino la vida, así ocurrió en esta Tierra nuestra, con su diámetro de, aproximadamente, 12.700 kilómetros y su peso de unas 6 x 10²¹ (6 seguido de 21 ceros) toneladas. Nosotros somos testigo y demostración de este fenómeno. Con justicia se puede decir que los humanos, y el planeta que nos sustenta, somos «polvo de estrellas», o que todos hemos estado en el interior de una.

Elementos químicos y la tabla periódica

Con anterioridad a 1700 se conocían únicamente doce elementos químicos: antimonio, arsénico, azufre, carbono, cobre, estaño, fósforo, hierro, mercurio, oro, plata y plomo. Entre 1700 y 1799 se descubrieron otros veintiuno: berilio, bismuto, circonio, cloro, cobalto, cromo, estroncio, flúor, hidrógeno, itrio, manganeso, molibdeno, níquel, nitrógeno, oxígeno, platino, telurio, titanio, tungsteno, uranio y cinc. Nuevas técnicas y nuevos instrumentos permitieron posteriormente identificar más elementos entre 1800 y 1849: aluminio, bario, boro, bromo, cadmio, calcio, cerio, erbio, iridio, lantano, litio, magnesio, niobio, osmio, paladio, potasio, rubidio, selenio, silicio, sodio, tántalo, torio, vanadio y yodo. Y si avanzamos más en el tiempo, tenemos que entre 1850 y 1899 se identificaron muchos otros: actinio, argón, cesio, disprosio, escandio, gadolinio, galio, germanio, helio, holmio, indio, iterbio, kriptón, neodimio, neón, polonio, praseodimio, radio, rodio, rutenio, samario, talio, tulio y xenón. Un total de 81. En la actualidad se conocen 118, aunque en nuestro planeta Tierra no se encuentran todos. Ya no es posible encontrar, por ejemplo, plutonio porque ha terminado desintegrándose, aunque sí podemos crearlo (si no, obviamente, no se habrían podido fabricar bombas atómicas como la que se lanzó en agosto de 1945 sobre la ciudad japonesa de Nagasaki). Cada uno de esos 118 elementos posee un número distinto de protones en el núcleo, que iguala al de electrones en la periferia. De los que se dan en la Tierra, el hidrógeno es el más ligero y el uranio el más pesado. Mientras que el primero tiene un solo protón y un único electrón (esto en su forma canónica, ya que hay variedades —isótopos— que además del protón tienen uno o dos neutrones en el núcleo: el deuterio y el tritio), el segundo posee noventa y dos.

Enfrentados con semejante variedad de elementos, no es extraño que surgiese la idea de ordenarlos, con el hidrógeno, de alguna manera, como unidad con la que comparar el resto de los elementos. Tales intentos, debidos a científicos como Johann Wolfgang Döbereiner, John Newlands, William Holding y Jean-Baptiste-André Dumas, culminaron en marzo de 1869, cuando el químico ruso Dmitri Ivánovich Mendeléiev (1834-1907), de la Universidad de San Petersburgo, anunció un nuevo sistema de clasificación en una sesión de la Sociedad Rusa de Química, organización que él mismo había ayudado a crear en esa ciudad el año anterior. También lo introdujo en un libro sobre los principios de la química, Osnov khimii (Principios de Química), que publicó en 1869. La nueva tabla se basaba en la idea de que las propiedades de los cuerpos simples se encuentran relacionadas con sus pesos de manera periódica. Así, al colocar los elementos ordenados en función de su peso, se observa que cada una de las columnas de la tabla contiene elementos que, aunque cada vez más pesados según se avanza en la numeración, tienen, sin embargo, propiedades parecidas. El que podamos entender páginas como esta que ahora, estimado lector, tiene delante, depende del hecho de que el potasio se comporta de manera muy parecida al sodio (ambos por debajo del litio en la primera columna de la tabla de Mendeléiev), aunque sus átomos sean más grandes. En cada impulso, una célula nerviosa expulsa potasio, a través de canales iónicos moleculares, y admite sodio, haciendo que se produzca una situación en la que puede ocurrir un nuevo impulso, permitiendo de esta manera que se establezca y mantenga el proceso orgánico asociado a, por ejemplo, la lectura y comprensión de un texto.

Provisto de su tabla, en 1871, el propio Mendeléiev predijo la existencia de tres elementos desconocidos en su tiempo, llegando a señalar sus propiedades más destacadas, incluido el peso atómico aproximado. Estas predicciones se vieron confirmadas pronto: en 1875, el francés Paul Émile Lecoq de Boisbaudran anunciaba el descubrimiento del galio (ekaboro para Mendeléiev); en 1879, el sueco Lars Fredrik Nilson hacía lo propio con el escandio (ekaluminio), y en 1886 el alemán Clemens Alexander Winkler descubría el germanio (ekasilicio).

Es ciertamente maravilloso que la naturaleza sea tan ordenada... y que se pueda acceder a semejante orden con esquemas tan simples como la tabla de Mendeléiev.

Uno de los desarrollos más importantes en la historia de la química: la tabla periódica de los elementos, creada por Dmitri Mendeléiev (1869).

CAPÍTULO 5

LA TIERRA

Alexander von Humboldt: Una de las grandes diferencias entre nosotros, profesor Sagan, es que usted dirigió su mirada, sus investigaciones, al cosmos, en especial a los planetas del sistema solar, mientras que yo me concentré solo en lo que hay en uno de ellos, en nuestra Tierra. La exploré todo lo que pude. Medí posiciones, declinaciones magnéticas, alturas, presiones de su superficie, humedad de la atmósfera, vientos, corrientes. Y no me contenté con su superficie, miré también a su interior. En Kosmos, dediqué una parte a la «Reacción del interior de la Tierra sobre su superficie»: «La segunda parte de este tomo tratará —escribí— de los fenómenos complejos que deben atribuirse a la reacción permanente del interior de la Tierra sobre su superficie. Designo este conjunto de fenómenos con el nombre general de “vulcanismo”».

Como sugiere este término, los volcanes atrajeron especialmente mi atención. Yo pensaba que si no eran fenómenos locales, tal vez estaban unidos entre sí por conductos subterráneos, y quería comprobarlo. No pude. Todavía recuerdo la alegría que me proporcionó —y el esfuerzo que me costó— ascender al Teide, en la isla canaria de Tenerife. Habíamos partido de La Coruña el 5 de junio de 1799 y dos semanas después llegamos a Tenerife. El 25 de junio, desde el puerto de La Orotava escribía a mi hermano: «¡Regresé del pico ayer, a la noche! ¡Qué espectáculo! ¡Qué gozo! Fuimos hasta el fondo del cráter; posiblemente más lejos que cualquier otro naturalista. Finalmente, a excepción de Borda y de Mason, todos los demás han ido solo hasta el último cono. No hay mayor peligro, pero uno se fatiga por el calor y el frío; en el cráter los vapores de azufre hirviendo agujereaban nuestra ropa y las manos se agarrotaban a 2 grados Réaumur. ¡Dios, qué sensación a esta altura (1.500 pies)! Sobre nosotros, la bóveda del cielo azul intenso; viejas corrientes de lava al pie; todo alrededor de esta escena de desolación (3 millas cuadradas de piedra pómez) rodeada de bosques de laureles; abajo a lo lejos los viñedos, entre los cuales ramilletes de plátanos se extienden hasta el mar, lindos pueblecitos sobre la costa, el mar y todas las siete islas, entre las cuales la Palma y la Gran Canaria poseen volcanes muy altos, que aparecían por debajo de nosotros como en un mapa geográfico. El cráter en el cual estábamos no exhala más que vapores sulfurosos. La tierra está a 70 grados Réaumur. De las laderas sale la lava. También se encuentran los pequeños cráteres como los que iluminaron toda la isla hace muchos años. Se oyó en esa época, durante dos meses, un ruido de descargas de artillería subterránea y piedras del tamaño de una mano fueron lanzadas por el aire hasta 4.000 pies.

»He hecho aquí observaciones mineralógicas muy importantes. El pico es una montaña de basalto, sobre la cual reposan pizarras porfídicas y de pórfido-obsidiana. En su interior se embravecen el fuego y el agua. Por todas partes he visto hacer erupción vapores de agua. Casi todas las lavas son de basalto fundido. La piedra pómez está producida de pórfido-obsidiana: poseo fragmentos que están compuestos a medias por dichos elementos.»

¿Sabe? Cuando, treinta y dos años después, Darwin llegó a Tenerife en el Beagle, al comienzo de su celebrado viaje, quiso hacer lo mismo que yo: ascender el Teide. Pero no tuvo suerte: les impidieron desembarcar. Se puede apreciar claramente el desengaño que sufrió en una carta que escribió a su padre entre el 8 de febrero y el 1 de marzo de 1832 desde Bahía, en Brasil: «El 6 de enero por la tarde llegamos al puerto de Santa Cruz. Me sentía ya moderadamente bien [había sufrido durante la navegación intensos mareos] y me imaginaba todas las delicias de fruta fresca creciendo en los bellos valles y leyendo las descripciones de Humboldt de las gloriosas vistas de las islas. Podrá imaginarse mi decepción cando un pequeño hombre pálido nos informó que debíamos guardar una estricta cuarentena de doce días. Se produjo un silencio mortal en el barco, hasta que el capitán gritó “¡Up Jib!”, y abandonamos este largamente deseado lugar».

Donde no llegué a la cima fue en el Chimborazo, el volcán de Ecuador, cerca de Quito. Lo intenté entre el 22 y el 23 de junio de 1802, acompañado de Aimé Bonpland y de un pequeño grupo de ecuatorianos, la mayor parte porteadores, ya que, como siempre, iba cargado de instrumentos científicos para mis medidas. Bonpland, un amigo ecuatoriano y yo llegamos hasta los 5.917 metros, a escasos 300 metros de la cumbre, pero separados de ella por una inmensa grieta, que no tuvimos fuerzas para rodear. Fue terrible: mareados por la falta de oxígeno, los ojos inyectados en sangre, las manos casi congeladas, las encías sangrando, luchando contra la niebla, la nieve, las rocas… Más tarde, el 25 de noviembre, desde Lima, describí al astrónomo Jean Baptiste Delambre algo de aquella odisea (utilizaba una unidad de longitud empleada entonces sobre todo por los franceses, la toesa, equivalente aproximadamente a 1,949 metros):

«Hasta ahora se ha creído en Quito que 2.470 toesas era la mayor altura que los hombres podían resistir, a causa de la rarefacción del aire. En el mes de marzo de 1802, pasamos algunos días en las grandes planicies que rodean al volcán de Antisana, a 2.107 toesas, donde los bueyes, cuando se los caza, vomitan a menudo sangre. El 16 de marzo encontramos un camino sobre la nieve, una ladera que escalamos hasta 2.775 toesas de altura. El aire contenía 0,008 de ácido carbónico, 0,218 de oxígeno y 0,774 de ázoe. El termómetro de Réaumur estaba a 15º, no hizo frío para nada, pero nos salía sangre de los labios y ojos. El sitio no permitió hacer el experimento de la brújula de Borda sino en una gruta más baja, a 2.467 toesas; la intensidad de las fuerzas magnéticas era más grande a esta altura que en Quito, en razón de 230-218, pero no hay que olvidar que frecuentemente el número de oscilaciones crece cuando la inclinación disminuye, y que esa intensidad aumenta por la masa de la montaña cuyos pórfidos afectan al imán. En la expedición que hice el 23 de junio de 1802 al Chimborazo, hemos probado que con paciencia se puede aguantar una mayor rarefacción del aire. Llegamos a 500 toesas más arriba que La Condamine (en el Corazón), llevamos instrumentos al Chimborazo hasta 3.031 toesas viendo descender el mercurio en el barómetro 13 pulgadas 11,2 líneas, el termómetro estaba a 1,3º por debajo de cero. Nos sangraban los labios. Nuestros indios nos abandonaron como de costumbre. El ciudadano Bonpland y M. de Montúfar, hijo del marqués de Selva Alegre, de Quito, fueron los únicos que resistieron. Todos sentimos un malestar, una debilidad, ganas de vomitar que seguramente provienen de la falta de oxígeno de estas regiones y de la rarefacción del aire. No encontré más de 0,20 de oxígeno a esta inmensa altura. Una grieta tremenda nos impidió llegar a la cima del Chimborazo para la cual nos faltaban 236 toesas solamente. Usted sabe que todavía hay una gran inseguridad respecto a la altura de este coloso, que La Condamine midió solo de muy lejos, dándole aproximadamente 3.220 toesas, mientras que don Jorge Juan la anotó en 3.380 toesas.»

Y no fueron estos los únicos volcanes a los que subí. En 1805, durante una visita que hice a Italia, fui a Nápoles, y el 2 de agosto vi que el Vesubio entraba en erupción. En los días siguientes, lo subí seis veces. Fue maravilloso, una oportunidad única.

Más que un científico, en América fui sobre todo un temerario explorador que se enfrentó a todo tipo de peligros. Entonces para conocer la superficie terrestre había que arriesgarse. Cuando repaso mi correspondencia, leo cosas que ahora me ponen los pelos de punta. Vea lo que decía al capitán general de Caracas, Guevara Vasconcelos, desde Nueva Barcelona, el 23 de diciembre de 1800: «Es así que hemos terminado un viaje de más de novecientas leguas, contando desde nuestra partida de Caracas. Durante más de tres meses hemos dormido en las orillas de los ríos en los boques más espesos, oyendo siempre los rugidos de los tigres y defendiéndonos contra sus ataques mediante fogatas encendidas alrededor de nuestras hamacas. La humedad del aire pudría todas las provisiones que llevábamos, de modo que nuestro alimento consistió en bananas, arroz, pescado y casabe más duro que una piedra. Los mosquitos, los zancudos, una cantidad enorme de chinches y hormigas irritaban nuestra sangre de una manera tanto más insoportable cuanto que, en caso de que nos encontráramos a orillas de un río caudaloso y quisiéramos bañarnos para refrescar nuestros cuerpos, no nos atrevíamos a intentarlo a causa de la ferocidad de los caimanes, las rayas, los caribes, los gymnotos, las culebras de agua y las boas. La mejor vela o lona de la piragua no podía resistir la fuerza de los vientos que se cruzan cerca de La Línea».

Carl Sagan: Sí, comparado con usted, tanto yo como todos los científicos de mi tiempo, ya fueran de campo o no, fuimos sedentarios redomados. En mi caso, me ocupé más de las atmósferas y superficies de Venus y Marte que de las de la Tierra.

La Tierra

La Tierra, nuestro hogar, es un planeta sólido, el tercero en relación con el Sol y el más denso de los que componen el sistema solar. Según algunas teorías, a aproximadamente la misma distancia a que se encontraba del Sol también existía un protoplaneta, Theia o Tea, con una masa semejante a la de Marte. El choque de ambos tuvo lugar hace 4.533 millones de años (m. a.) y produjo un intercambio de materia: Theia se unió a la Tierra, mientras que una parte de esta salió impulsada hacia el espacio, donde se formó la Luna, retenida como satélite por la atracción de la Tierra. El impacto desplazó el eje de la Tierra, que formó un ángulo de 23,50 grados con la vertical original, cambio que redujo la velocidad de rotación y alargó la duración del día. Durante cientos de millones de años, la Tierra y la Luna estuvieron sometidas a un incesante bombardeo de cometas y asteroides, que acabó con el impacto de cuatro asteroides gigantescos, de unos 1.000 km de diámetro cada uno (entre 4.100 y 3.800 m. a.). Su huella resulta manifiesta en la Luna, que carece de atmósfera; sin embargo, la Tierra, como aún no se había solidificado por completo, absorbió el efecto del impacto. Había llegado el fin del primer eón de la escala geológica, el hádico, del que no hay ningún registro biológico. Duró unos 560 m. a. y dejó paso al eón arcaico.

Escalas geológicas de tiempo

La historia de la Tierra se ha dividido en una serie de eras geológicas que constituyen la escala de tiempo geológico. Para establecer tales eras se ha recurrido a los caracteres físicos y a la naturaleza de los fósiles que aparecen en los estratos geológicos que caracterizan cada período (el orden de los estratos permitió crear la primera cronología). Obviamente, se trata de un problema complejo, que depende mucho de las técnicas de datación disponibles. La más precisa es la radiométrica, que utiliza isótopos radiactivos. La técnica consiste en determinar la cantidad presente de un cierto elemento radiactivo en una muestra y tomar como patrón de comparación la vida media del elemento. El más popular es el basado en el carbono-14, que estuvo disponible a partir de 1949, cuando lo introdujo el químico estadounidense Willard Libby. El problema que plantea su uso es que la vida media del carbono-14 es únicamente de unos 5.730 años. Otros elementos disponen de isótopos con vidas medias más largas: la del uranio-238 es de 4.470 m. a.; la del torio-232, 14.000 m. a., y la del potasio-40, 1.250 m. a.

En cuanto a los nombres asignados, la casuística ha sido muy variada. Así, el nombre del período denominado Cretácico deriva de «creta», que significa «tiza», y fue definido por el geólogo belga Jean d’Omalius d’Halloy en 1822, basándose en datos de estratos de la cuenca parisina. Por otro lado, Jurásico procede de formaciones sedimentarias carbonadas de una región de los Alpes, el Jura. En el tercer tomo de los Principles of Geology (Principios de geología, 1830), Charles Lyell propuso dividir uno de los períodos que utilizaba, el Terciario, en tres series: el Eoceno (del griego eos, «aurora» o «comienzo», y kainós, «reciente»), el Mioceno (de meios, «menos», «reciente») y el Pleoceno (de pleios, «más», «reciente»), nomenclaturas que aún persisten.

De acuerdo con la Comisión Internacional de Estratigrafía, la escala de tiempo geológico es la siguiente:

Nota: en negrita, los eones; en cursiva, las eras; en redonda, los períodos, y entre comillas, las épocas.

Hádico. Anterior a hace 4.000 m.a.

Arcaico, que se divide en:

Eoarcaico (4.000-3.600 m. a.), Paleoarcaico (3.600-3.200 m. a.), Mesoarcaico (3.200-2.800 m. a.) y Neoarcaico (2.800-2.500 m. a.).

Proterozoico, que se divide en:

Paleoproterozoico, a su vez subdividido en: Sidérico (2.500-2.300 m. a.), Riásico (2.300-2.050 m. a.), Orosírico (2.050-1.800 m. a.) y Estatérico (1.800-1.600 m. a.).

Mesoproterozoico: Calímico (1.600-1.400 m. a.), Ectásico (1.4001.200 m. a.) y Esténico (1.200-1.000 m. a.).

Neoproterozoico: Tónico (1.000-720 m. a.), Criogénico (720-635 m. a.) y Ediacárico (635-541 m. a.).

Fanerozoico, que se divide en:

Paleozoico: Cámbrico (541-485 m. a.), Ordovícico (485-443 m. a.), Silúrico (443-419 m. a.), Devónico (419-358 m. a.), Carbonífero (358-299 m. a.) y Pérmico (299-252 m. a.).

Mesozoico: Triásico (252-201 m. a.), Jurásico (201-145 m. a.) y Cretácico (145-65,5 m. a.).

Cenozoico: (1) Paleógeno, subdividido en «Paleoceno» (65,5-55,8 m. a.), «Eoceno» (55,8-34 m. a.) y «Oligoceno» (34-23 m. a.); (2) Neógeno, subdividido a su vez en «Mioceno» (23-5,33 m. a.) y «Plioceno» (5,33-2,5 m. a.), y (3) Cuaternario, subdividido en «Pleistoceno» (2,5 m.a.-11.748 años) y «Holoceno» (11.748 años-presente).

Gran parte de lo que sabemos acerca del interior de la Tierra procede de la sismología, el estudio de ondas producidas por terremotos o por explosiones provocadas, que viajan a través de las entrañas del globo, cambiando de velocidad según atraviesan las diferentes capas existentes. Al recorrer distancias distintas, las ondas en cuestión llegan en tiempos distintos a los detectores instalados en las estaciones sismológicas de todo mundo, lo que permite construir una imagen de la estructura interior de la Tierra. Gracias a ello sabemos que existen varias capas. En primer lugar, una corteza relativa pequeña (entre 5 km, en los fondos oceánicos, y hasta 70 km en las zonas montañosas más activas), formada en general por rocas ligeras. Luego viene el manto, que constituye el 80 % de la Tierra, compuesto de silicatos de hierro y manganeso, que se extiende hasta unos 2.900 km de profundidad. A la capa superficial, constituida por el manto más la corteza, se la denomina litosfera. Finalmente está el núcleo, configurado sobre todo por hierro, en parte sólido y en parte líquido, y, en menor cantidad, por níquel.

Recubriendo la parte central del núcleo, se encuentra otra zona que es líquida: a una temperatura de unos 5.000 °C, la mezcla de hierro y níquel se licúa, produciéndose corrientes que son las responsables de que exista un campo magnético en torno a la Tierra. No todos los planetas del sistema solar poseen un campo magnético: Marte, por ejemplo, carece de él; es un planeta más pequeño que la Tierra y su núcleo se enfrió hace mucho, eliminando así corrientes de metales líquidos que en nuestro planeta producen el campo magnético.

La Tierra está rodeada por un escudo magnético protector, una magnetosfera, descubierta en 1958 gracias a las medidas realizadas por el satélite Explorer 1. Este hecho constituye una ventaja, ya que desvía radiaciones y partículas que se dirigen hacia la superficie terrestre, como las emitidas en las erupciones solares o las provenientes del denominado viento solar, formado por electrones, protones y, en menor medida, núcleos de algunos elementos que escapan de la atmósfera del Sol. Las espectaculares auroras boreales y australes son producto de esta dinámica espacial. Pero, aunque el total de la energía emitida en una erupción solar es mucho menor que la que emite el Sol en un segundo, pueden tener efectos muy perjudiciales. En la bibliografía astronómica, la erupción solar más potente que se ha registrado es la observada, con un telescopio óptico —aún estaba lejos la llegada de la radioastronomía—, por el astrónomo Richard Carrington el 1 de septiembre de 1859. En nuestro mundo actual, altamente tecnificado, las consecuencias pueden ser muy importantes: podrían afectar, por ejemplo, a los satélites artificiales que orbitan alrededor de la Tierra, puesto que una parte de los rayos X emitidos en la erupción aumenta la ionización en las capas superiores de la atmósfera terrestre, produciendo interferencias en las comunicaciones de radio de onda corta, así como pérdidas de altura en satélites situados en órbitas bajas (entre ellos, los que mantienen el Sistema de Posicionamiento Global, GPS).

Según aumenta la profundidad, crece la temperatura: cada cien metros de profundidad, la temperatura aumenta unos 50 °C. Durante una perforación en el Alto Palatinado alemán, en la que se penetró hasta nueve kilómetros de profundidad, se midió una temperatura de 270 °C. A ese calor interno se deben procesos como las erupciones de los volcanes o los movimientos de la corteza terrestre.

Desplazamiento de los continentes y tectónica de placas

Aunque parezca que la superficie terrestre y los continentes en particular están fijos, anclados en zonas determinadas y únicamente afectados por fenómenos como la erosión del viento o del agua, en realidad no es así. Fue el meteorólogo y geofísico alemán Alfred Wegener (1880-1930) quien defendió con más énfasis y datos esta teoría, primero en 1912 y después en un libro que publicó en 1915, Die Entstehung der Kontinente und Ozeane (El origen de los continentes y océanos). Sostenía, entre otras cosas, que durante el Pérmico (hace más de 250 millones de años) y el Triásico (hace entre 245 y 208 millones de años) los bloques continentales que hoy conocemos estaban agrupados en un gran continente, al que denominó Pangea. Más tarde, en el Jurásico (hace entre 208 y 144 millones de años), apareció la primera fisura entre Europa y África, iniciándose un proceso que ha conducido a la geografía continental actual.

Las teorías de Wegener resultaban atractivas y contenían su buena parte de verdad, pero les faltaban aún elementos muy importantes. Incluso el destacado geólogo británico Arthur Holmes, favorable a las ideas de Wegener, no podía sino airear algunos de los problemas que la acuciaban en su libro Principles of Physical Geology (Principios de geología física, 1944), en el que escribió:

En apoyo de su exposición relativa a la deriva de los continentes, Wegener fue barajando una importante colección de hechos y opiniones. Algunas de sus pruebas es indudable que tienen fuerza lógica, pero muchas de sus defensas se basaron en especulaciones y alegaciones que suscitaron una tempestad de críticas adversas. Además, la mayoría de los geólogos se mostraron refractarios a admitir la posibilidad de la deriva continental, a causa de no haberse reconocido proceso natural alguno que parezca tener la más remota posibilidad de llevarla a cabo. La migración de los polos, es decir, «la huida a partir de los polos», y la marea que provoca la deriva hacia el oeste se han descartado por completo como factores eficaces. No obstante, lo que realmente tiene importancia no es la desaprobación de los puntos de vista particulares de Wegener, sino decidir de un modo o de otro, a partir de las pruebas adecuadas, si la deriva continental es una genuina variedad de movimiento terrestre. Las explicaciones pueden seguramente dejarse hasta que conozcamos con mayor certeza lo que es necesario que sea explicado.

Las explicaciones que reclamaba Holmes llegaron cuando se dispuso de mejores medios para analizar la estructura terrestre, incluyendo los fondos marinos. Surgió así, finalmente, la denominada tectónica de placas, según la cual no son solo los continentes los que se mueven, sino zonas más extensas de la corteza terrestre («placas») que incluyen, asimismo, partes de los océanos. Las placas (seis grandes y varias más pequeñas) se mueven sobre estratos más profundos, siendo la fuerza motriz lentas corrientes de magma viscoso, generado gracias al calor que procede del núcleo terrestre. Este magma es el material fundido que existe en el interior de la Tierra, a partir del cual se forman las rocas ígneas; la lava es magma que ha alcanzado la superficie y que se solidifica perdiendo algunos de sus componentes en el camino.

El océano Atlántico puede servir para ilustrar la nueva imagen: el continente americano estuvo unido en el pasado a Euro-África, pero Europa y África comenzaron a separarse durante el Mesozoico (hace 245-265 m. a.). Hasta aquí nada difiere de las ideas de Wegener, aunque para este la dorsal atlántica, la cadena montañosa situada en mitad del océano y en cuya parte central existe un profundo valle o hendidura, no representaba nada especial, simplemente marcaba el lugar de separación entre continentes. Sin embargo, para la tectónica de placas esa dorsal significa una zona dinámica, la frontera entre dos placas, donde se crea constantemente un nuevo fondo oceánico, fruto del flujo de magma que surge de las profundidades de la corteza terrestre. El ritmo al que se produce ese fondo es el mismo con el que aumenta la distancia entre los tres continentes (América, Europa y África).

Para Wegener, el fondo marino era antiguo mientras que, según la tectónica de placas, es joven, especialmente en la zona central: su antigüedad aumenta al alejarse de la dorsal atlántica que separa las dos placas. Y como la Tierra no aumenta de tamaño, la masa que se va creando y añadiendo a una placa empuja a esta, movimiento que, además de alejar los continentes, puede conducir a que dos placas choquen. Cuando esto ocurre, existen dos posibilidades. La primera es que la placa más densa puede verse forzada a introducirse bajo la menos densa, de manera que su masa se funda y forme magma, que puede ascender de nuevo a la superficie a través de grietas y dar lugar a volcanes. La segunda es que, si las dos placas son comparables, la corteza se arrugue de forma gradual, formándose cadenas montañosas como el Himalaya, los Andes o las Montañas Rocosas. Sin embargo, también existe otro proceso: a veces, dos placas se deslizan entre sí; el caso más conocido es el de la falla de San Andrés, en California, donde el movimiento de estas se asemeja en ocasiones a un latigazo repentino que provoca un terremoto.

Vemos así una de las causas de los seísmos, esos movimientos violentos de la corteza superficial de la Tierra que despliegan una gran energía. La cordillera del Himalaya, donde se encuentran las montañas más altas de la Tierra, como el Everest, surgió hace unos 50 millones de años, cuando las placas india y asiática, separadas hasta entonces por un océano, chocaron. Todavía hoy se da este fenómeno: entre la India y el resto de Asia se producen movimientos tectónicos que hacen que la región continúe elevándose y provocando tensiones y terremotos que llegan hasta el interior de China.

Alfred Wegener: «Los continentes se mueven. La superficie terrestre fue diferente en el pasado».

En lo que se refiere a los volcanes, la teoría de la tectónica de placas ofreció una interpretación mucho más adecuada y sofisticada que la sostenida en el pasado, que se limitaba a entenderlos como mecanismos para expulsar el calor acumulado en el interior de la Tierra. Acabamos de señalar que en las zonas fronterizas entre placas, además de surgir magma de las profundidades terrestres, se produce un proceso de subducción, es decir, las rocas son empujadas al interior de la Tierra. Si se dibuja un mapa de las principales erupciones volcánicas del pasado, se comprueba que tuvieron lugar en esas regiones limítrofes, algo no sorprendente si tenemos en cuenta que son los puntos más frágiles de la corteza terrestre. Aunque también es cierto que existen o han existido volcanes en lugares alejados de los bordes de las placas y que aprovechan estrechas cámaras verticales por las que asciende el magma.

La geología uniformista de Charles Lyell

La tectónica de placas explica muchas cosas del interior de la Tierra. Pero ¿qué sucede con lo que tiene lugar en las capas más superficiales? ¿Qué ocurre con procesos como la sedimentación, la erosión, la formación de rocas o la existencia de fósiles? En el siglo XVII, Nicolás Steno, un naturalista danés, describía las diferencias entre el desarrollo de los sólidos inorgánicos, como los cristales, y el de los sólidos orgánicos, como las conchas o los huesos, además de catalogar los fósiles como sedimentos blandos que se habían convertido en rocas después de quedar enterrados. Al interpretar los estratos, Steno llegó a la conclusión de que estos se habían depositado, capa a capa, a lo largo de los siglos y que, si existió una «horizontalidad originaria», esta se había quebrado con el tiempo. Asimismo, tras sus observaciones en Italia llegó a la conclusión de que los fósiles tenían su origen en el mar, lo que implicaba que en algún momento se había producido la emergencia de los fondos marinos, es decir, algún tipo de modificación.

En el siglo XVIII, el gran naturalista francés Georges Louis Leclerc, conde de Buffon, explicó la formación de la Tierra por la constante acción de las fuerzas naturales, en lugar de la creación en un momento dado. También observó similitudes entre los hombres y los simios, y describió un método para la transformación orgánica a partir de «partículas orgánicas». William Smith, hijo de un herrero de Churchill (Inglaterra), que se convirtió en topógrafo y se dedicó sobre todo a trabajar en la construcción de canales, se dio cuenta de que ciertos fósiles parecían encontrarse siempre en determinados estratos rocosos, en una secuencia que se repetía en lugares diferentes. Mostró, en definitiva, la correlación entre determinados estratos y la fauna fósil que contenían. La estratigrafía —que como vemos nació de intereses prácticos— se convirtió así en uno de los principales instrumentos para reconstruir la historia de la Tierra.

Elementos como estos necesitaban de una base teórica geológica organizada. Antes incluso de que Smith proporcionase datos detallados de la geología de Gran Bretaña, un escocés, James Hutton, había avanzado por esa senda teórica, defendiendo en un libro en tres volúmenes titulado Theory of the Earth with Proofs and Illustrations (Teoría de la Tierra con pruebas e ilustraciones, 1795-1797) la denominada teoría plutónica, según la cual la causa de los cambios observados en la Tierra se debe a su calor interno, a la acción combinada de la actividad volcánica y la erosión. Este argumento se oponía a la teoría neptuniana, defendida sobre todo por el geólogo alemán Abraham Gottlob Werner. La explicación que ofreció Werner en su Kurze Klassifikation und Beschreibung der verschiedenen Gebirgsarten (Breve clasificación y descripción de las rocas, 1787), una interpretación influida por el relato bíblico, fue que la Tierra había estado cubierta originariamente por agua, por un océano primitivo, pero que, debido a la presencia en este de materiales en suspensión, se habría producido un proceso mecánico de sedimentación de esos materiales que creó la corteza terrestre. Werner distinguía cinco tipos de roca: primitiva, de transición, estratificada, aluvial y volcánica. Imaginaba una situación originaria en la que un gran océano, en el que se había disuelto la materia, envolvía un centro sólido. Por otra parte, recurría a las erupciones volcánicas para explicar las fracturas presentes en los sedimentos. Advirtamos que al recurrir a la noción de sedimentación, Werner estaba introduciendo la idea de que la corteza terrestre estaba formada por capas geológicas formadas a lo largo del tiempo, de un «tiempo geológico». Así, distinguió cuatro períodos: primario, secundario, terciario y cuaternario, que se usaron hasta bien entrado el siglo XX. De esta manera, aparecía una nueva rama de la geología: la estratigrafía, que no se perfeccionó hasta la llegada de la datación radiactiva.

Muy importante es que Hutton sostuviera que los procesos a los que recurría no se habían detenido. Estaba esbozando, como antes que él habían hecho otros (Avicena, Füchsel), aunque mostrando menos recursos geológicos, el denominado principio del uniformismo, la tesis de que la acción de las leyes naturales es igual a través del tiempo. Una idea que contenía tres supuestos esenciales: los procesos físicos son iguales y se producen del mismo modo, son idénticos en intensidad y ocurren por la misma razón. Pero con quien el principio del uniformismo llegó a su máxima expresión fue con Charles Lyell (1797-1875), que lo hizo suyo sintetizándolo en una afortunada frase: «El presente es la llave del pasado». Las tesis y observaciones de Lyell aparecieron en un libro capital, Principles of Geology (Principios de geología), significativamente subtitulado An Attempt to Explain the Former Changes of the Earth’s Surface (Un intento de explicar los cambios precedentes en la superficie de la Tierra), cuyo primer tomo se publicó en 1830 y el tercero, y último, en 1833. Da idea de la influencia que llegó a ejercer esta obra el hecho de que Lyell viviese para ver la publicación de trece ediciones revisadas.

Naturalmente, no se trataba solo de proponer la idea de la acción continua de los elementos, sino de utilizarla para explicar todo lo que vemos en la Tierra, como montañas, sedimentos, fallas, mesetas, estuarios, cuencas oceánicas, lenguas glaciares o volcanes, tarea en la que Lyell fue un maestro. Leyó e interpretó la superficie terrestre como nadie antes lo había hecho, demostrando que no es necesario recurrir a causas extraordinarias. Entre las conclusiones a las que llegó Lyell una es particularmente importante: la de aumentar la edad de la Tierra a los 300 millones de años (muy lejos de los 4.500 m. a. que ahora sabemos que tiene). Además, introdujo las eras, Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico, en función de la antigüedad de los fósiles propios de cada una.

Charles Lyell, el padre de la geología moderna, cuyos elementos estableció en una obra fundamental, Principles of Geology, 3 vols. (1830, 1831, 1833).

Agua y aire

Los humanos vivimos en la parte sólida de la Tierra, pero la superficie de esta se encuentra ocupada en gran parte, cerca del 71 %, por mares y océanos líquidos. La presencia del agua en grandes cantidades y en los tres estados distingue a la Tierra de los otros planetas. El origen del agua que se encuentra en el globo se atribuye a dos fenómenos complementarios: el bombardeo de cometas y asteroides en cuya composición entraba el agua en grandes proporciones (aunque en 2014 la sonda Rosetta descubrió que la composición del vapor de agua de los cometas era distinta de la que se encuentra en la Tierra) y la desgasificación del interior del planeta por las erupciones volcánicas, hecho que habría contribuido a su abundancia. A pesar de que el agua tiene una composición definida (H₂O) y unas propiedades características (incolora, inodora e insípida), la disolución en ella de determinados elementos como la sal hace que se distinga entre salada (97 %) y dulce (3 %). Los océanos se formaron hace 4.000 millones de años con una profundidad media superior a los 4 km y un volumen de 1.386 millones de km³. El ciclo del agua se caracteriza por la presencia más o menos prolongada de esta en los distintos estados de la materia. Las moléculas de vapor de agua en la atmósfera se condensan al cabo de nueve días, las gotas de agua de los océanos se mantienen durante 3.600 años. De las lluvias que caen sobre la corteza terrestre, la que se hiela en los casquetes polares permanece durante 20.000 años, pero la que penetra profundamente en el suelo no pasa de los 200 años y la que forma los ríos no conserva esta condición más allá de seis meses. El ciclo del agua incluye tres fenómenos: la evaporación, la condensación y la precipitación. La evaporación y la condensación contribuyen a eliminar la materia disuelta y mantienen la cantidad de agua duce. En la superficie de los océanos, la rotación de la Tierra produce el movimiento de las corrientes, que se mueven en círculos en cada mitad de cada uno de los océanos: Atlántico y Pacífico y una vez en el Índico. Al acercarse al ecuador, el agua se calienta y al alejarse, se enfría. El sentido del movimiento de las corrientes era decisivo cuando la navegación a vela era la única forma de surcar los océanos.

Pero está también la atmósfera, la cubierta gaseosa que envuelve la Tierra y protege la vida de la radiación solar, cuya composición, diferente a lo largo del tiempo, permite distinguir tres tipos diferentes. La atmósfera primitiva estaba formada por los elementos más ligeros de la nebulosa solar: hidrógeno y helio. Al ir acompañada la formación de la corteza terrestre de erupciones volcánicas, los gases emitidos formaron una segunda atmósfera, compuesta por dióxido de carbono (96,5 %) e hidrógeno.

Aunque en la actualidad nos horroriza el aumento de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la acción humana, en los primeros tiempos terrestres la abundancia de este gas fue una bendición. La razón es que la luminosidad del Sol no era la actual, sino un 30 % menor, puesto que, al igual que ocurre con un organismo vivo, las estrellas también cambian a lo largo del tiempo como consecuencia de la dinámica de los procesos termonucleares que tienen lugar en su interior. Si la atmósfera de la Tierra hubiese tenido la composición actual, entonces, al recibir un 70 % de la luminosidad solar actual, toda la superficie terrestre habría estado helada. Fue la abundancia de CO₂, y el consiguiente «efecto invernadero» que ello ocasionó, lo que hizo posible que la temperatura no llegase a semejantes mínimos, permitiendo así que se desencadenasen los procesos químico-físicos que condujeron a la aparición de la vida tal y como la conocemos.

La atmósfera terrestre

Antes de que la radiación del Sol alcance la superficie terrestre, se encuentra con la capa gaseosa que recubre nuestro planeta: la atmósfera. Aunque, en realidad, no existen soluciones de continuidad en esa envoltura, se han tenido en cuenta algunas de sus características para dividirla en varias regiones, algunas superpuestas en parte entre sí: la troposfera, que va desde la superficie terrestre hasta una altura que varía entre los seis kilómetros en las zonas polares y los 18-20 sobre el ecuador; la estratosfera (de 9-18 km hasta 50 km), en la que se distingue la ozonosfera (15-40 km); la mesosfera (50-80 km); la ionosfera, también conocida como termosfera (80-600 km), y la exosfera (600-2.000/10.000 km).

En la troposfera, la temperatura disminuye conforme se asciende (a 18 kilómetros es de unos 60 °C bajo cero), mientras que en la estratosfera ocurre lo contrario, debido a la radiación ultravioleta. La mesosfera contiene apenas el 1 % del aire de la atmósfera y su temperatura es de unos 80 °C bajo cero, lo que la convierte en su región más fría. De hecho, en la siguiente zona, la ionosfera, la temperatura vuelve a subir, aunque depende mucho de la radiación que le llega del Sol, es decir, de si es de día o de noche (en períodos de gran actividad del Sol, la temperatura puede llegar a los 1.500 °C). En cuanto a la mesosfera, esta constituye la frontera con el espacio exterior, en la que se escapan moléculas que habían permanecido en la Tierra.

La troposfera es la zona donde se producen los fenómenos meteorológicos. Es en ella donde tienen lugar las corrientes de aire, que vulgarmente denominamos viento. ¿A qué se debe el viento? Básicamente, es consecuencia del calentamiento producido por la radiación solar. Tomemos uno de los ejemplos más sencillos, el de la brisa marina. Cualquiera que haya estado en la costa sabe que allí sopla el viento; ahora bien, lo hace, salvo otras circunstancias meteorológicas, en dos sentidos diferentes: desde el mar a la tierra durante el día y desde la tierra al mar por la noche. La razón es que cuando sale el Sol, la tierra se calienta rápidamente, mucho más que el agua del mar. Como consecuencia, el aire que circula sobre la tierra se calienta más que el que flota sobre el mar, y al calentarse se expande, disminuyendo su presión, y se eleva. Es lo mismo que ocurre cuando el calor se concentra en la parte superior de un dúplex abierto, un fenómeno también apreciable en los globos aerostáticos, que ascienden gracias a que se calienta el aire de su interior. Cuando ese aire asciende, su hueco es ocupado por aire más frío que procede del mar, estableciéndose de esa forma la corriente de aire desde el agua hacia la tierra, no muy fuerte en general, a la que llamamos brisa. Por la noche, el proceso es justo el contrario: la tierra se enfría más rápidamente que el agua, estableciéndose una corriente de aire de la tierra al mar. Por supuesto, este es uno de los casos más sencillos de corrientes de aire, aunque muestra la principal causa de que se produzcan tales corrientes atmosféricas: el diferente calentamiento de regiones de la atmósfera, que provoca desplazamientos desde zonas de baja presión a otras de alta presión. La otra causa principal es la rotación de la Tierra que, debido al rozamiento tierra-atmósfera, arrastra al aire con el que está en contacto, influyendo de esta forma en la dirección de todas las corrientes de aire.

El calentamiento diferencial depende de numerosos factores, por ejemplo, de la latitud del lugar (altura con respecto al ecuador), algo natural puesto que diferentes latitudes significan diferentes exposiciones a la radiación solar y, por consiguiente, diferente insolación y recepción de calor. Hay que tomar en cuenta, asimismo, otros elementos, como el grado de humedad, que a su vez depende de si se está sobre el mar o sobre la tierra y, en este último caso, de la orografía y la vegetación de la región. Es evidente que la interacción de todos estos elementos produce desplazamientos de aire de naturaleza e intensidad muy diversas.

Las brisas son un ejemplo de vientos locales, pero en nuestra atmósfera también existen corrientes globales como los alisios que, dirigidos hacia el oeste por la rotación de la Tierra, forman dos poderosos flujos de aire que circulan a ambos lados del ecuador, en la región de los trópicos. Al incidir con fuerza la radiación solar sobre la zona del ecuador, calienta el aire, que entonces asciende de manera masiva produciendo una zona de bajas presiones que de inmediato es ocupada por nuevas masas de aire, lo que provoca esos vientos alisios.

Los monzones constituyen otra muestra de la acción del calor que proviene del Sol. Se producen en los países costeros de las regiones tropicales del océano Índico, cuando en verano se calienta mucho el suelo por insolación. Esto provoca que ascienda aire caliente de manera constante, originando una enorme espiral de aire. Como sobre el océano el efecto es el contrario, se produce una rápida circulación de aire entre las zonas terrestres y las marítimas: el océano envía masas de aire que transportan rápidamente gran cantidad de vapor de agua, que después cae sobre la tierra en forma de lluvia. En invierno el efecto es el contrario, por lo que no se producen apenas precipitaciones sobre el continente.

Corrientes marinas y mareas

Así como se desplazan las masas de aire, también lo hacen las masas de agua, que ocasionan las corrientes marinas. Conocidas de antiguo, existen dos tipos: las superficiales y las profundas, aunque en realidad en una misma corriente pueden coexistir ambas en diferentes zonas. Las superficiales son producidas sobre todo por los vientos (los alisios desempeñan un papel destacado en ellas), mientras que en las segundas interviene de forma destacada otro mecanismo: la variación de la densidad del agua en función de su temperatura (la fría pesa más que la caliente, lo que causa movimientos similares a los mencionados para las brisas marinas), en la que también influyen otros factores, como la salinidad del agua. La salinidad (es decir, el número de sales disueltas en un kilogramo de agua de mar) varía especialmente en función de la latitud y la profundidad. En general es mayor en las latitudes tropicales, ya que al hacer más calor tiene lugar una mayor evaporación de agua, lo que hace aumentar la densidad de las sales.

La corriente del Golfo, de la que dio noticia por primera vez Juan Ponce de León en 1513, es una de las más conocidas e importantes. Generada por la combinación de la acción de los vientos del oeste y la elevada salinidad de las aguas del golfo de México, donde nace, mueve una gran masa de agua cálida que se dirige —a una profundidad media de entre 800 y 1.200 metros y con una anchura de entre 80 y 150 kilómetros— hacia el Atlántico Norte, pasando primero por la costa este de Estados Unidos, desviándose en Terranova hacia el interior del Atlántico y dividiéndose en dos ramas principales antes de llegar a Europa: una que va hacia las islas británicas y otra, hacia Noruega. En el camino se va enfriando, suministrando calor a su paso y haciendo que el clima de las zonas septentrionales de Europa que atraviesa sea más templado de lo que correspondería si no existiese. Al alcanzar latitudes próximas al polo norte, como su agua está fría y pesa más, se hunde, circulando a una profundidad mayor. Para hacerse una idea de la energía que mueve la corriente del Golfo, basta con decir que se calcula que transporta el equivalente a 1,4 petavatios de calor (1 petavatio = 10¹⁵ vatios), es decir, cien veces la demanda mundial anual de energía.

Debido a la cada vez mayor contaminación de mares y océanos, existe la posibilidad de que la salinidad marina se vea severamente afectada, lo que puede perjudicar a corrientes como la del Golfo. Si, por la razón que sea, esta disminuyese —por no hablar de si desapareciese— el clima de lugares como las islas británicas o Noruega cambiaría, disminuyendo la temperatura e iniciándose una glaciación.

Junto con las corrientes marinas, otros movimientos oceánicos dignos de reseñar son las olas, que se originan por la acción del viento sobre la superficie marina, y las mareas, la elevación o disminución periódica del nivel marino.

Evidentemente, la existencia de las mareas no pudo ser ignorada por nuestros antepasados lejanos, salvo, naturalmente, por aquellos que nunca vieron el mar. Otra cosa era explicar su causa. Parece que ya en el siglo IV a. C. un marino griego, Piteas, señaló que existía una relación entre la amplitud de las mareas y las fases de la Luna. En siglos posteriores, otros avanzaron ideas al respecto. En el gran Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo tolemaico e copernicano (Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo, tolemaico y copernicano) de Galileo, más concretamente en la «Cuarta jornada», aparece un intercambio entre dos de sus tres protagonistas, Salviati (el copernicano) y Simplicio (el aristotélico), que muestra el estado de las ideas en el siglo XVII. Señalaba Salviati:

Los períodos que se observan en los flujos y reflujos de las aguas marinas son tres. El primero y principal es el grande y muy notorio, esto es, el diurno, según el cual las aguas suben y bajan con intervalos de algunas horas. La mayoría de las ocasiones, en el Mediterráneo, estos intervalos son de seis en seis horas aproximadamente, esto es, durante seis horas suben y durante seis horas bajan. El segundo período es mensual y parece que debe su origen al movimiento de la Luna, no porque esta introduzca otros movimientos, sino porque altera la magnitud de los ya mencionados, con diferencias notables según sea llena o menguante o esté en cuadratura con el Sol. También altera solo los movimientos diurnos, haciéndolos distintos, en cuanto a su magnitud, en los solsticios y equinoccios.

Como vemos, Galileo identificaba claramente a la Luna como un elemento responsable de la existencia de las mareas, haciendo partícipe, asimismo, aunque de pasada, al Sol. Sin embargo, aún había otros que pensaban de forma diferente. En este sentido, Simplicio le contestaba:

Estos accidentes, señor Salviati, no acaban de empezar. Son antiquísimos y han sido observados por innumerables personas, y muchos son los que se las han ingeniado para dar uno una explicación; otro, otra. A pocas millas de aquí, hay un gran peripatético [un seguidor de las ideas de Aristóteles] que aduce para ello una causa recientemente pescada en cierto texto de Aristóteles, no advertido por sus intérpretes. De dicho texto infiere que la verdadera causa de estos movimientos no deriva sino de las distintas profundidades de los mares. Puesto que las aguas de los lugares más profundos, al ser más cuantiosas y por ello más graves, desalojan las aguas de los lugares menos profundos que, una vez elevadas, quieren descender. Y de este continuo debate deriva el flujo y reflujo.

No obstante, Simplicio también era consciente de que muchos hacían intervenir a la Luna:

Además, son muchos los que refieren esto a la Luna, diciendo que esta tiene un dominio sobre el agua. Y, últimamente, cierto prelado [se refiere a Marco Antonio de Dominis] ha publicado un pequeño tratado en el que dice que la Luna, vagando por el cielo, atrae y eleva hacia sí un cúmulo de agua, el cual va siguiendo continuamente, de modo que el mar siempre está alto en la parte que queda bajo la Luna. Y puesto que cuando la Luna está bajo el horizonte, esta elevación sin embargo se repite, afirma que para salvar el efecto se puede decir que la Luna no solo retiene en sí por naturaleza esta facultad, sino que, en este caso, tiene el poder de conferirla al signo del zodiaco que está en oposición. Otros, como creo que sabéis, dicen además que la Luna, con su moderado calor, tiene el poder de rarificar el agua que, rarificada, se eleva.

Pero para poder explicar realmente los movimientos de las mareas se necesitaba una teoría precisa de la fuerza gravitacional, algo que logró Isaac Newton en la parte tercera («Sistema del mundo») de su tratado de 1687, Philosophiae naturalis principia mathematica. Aunque los cálculos precisos implicaban muchos datos, tarea en la que Newton no logró un éxito completo, quedó claro a partir de entonces la razón de las mareas, que se debe a dos causas: la atracción de la gravedad de la Luna y del Sol, y la fuerza centrífuga del sistema Tierra-Sol y Tierra-Luna. Si existen cuatro mareas al día, dos altas y dos bajas, aproximadamente cada seis horas, es porque la Tierra da una vuelta al día. Si en un lado del globo terrestre se produce una marea alta, debido a la atracción de la Luna que se encuentra en esa cara de la Tierra, en el lado opuesto se produce una marea alta, y lo mismo sucede con las bajas. Cuando el Sol y la Luna están alineados (en la Luna nueva, esta está alineada en medio del Sol y de la Tierra; y en la Luna llena, la Tierra está alineada en medio del Sol y de la Luna) se da lo que se conoce como mareas vivas, en las que se producen las mayores variaciones del nivel marino. Por el contrario, cuando el Sol y la Luna forman un ángulo de 90º (Luna en cuarto creciente o en cuarto menguante), tienen lugar las mareas muertas, las de menor variación de niveles.

Las mareas son un inmenso depósito de energía procedente del almacén gravitacional. Se han utilizado y utilizan para la producción de energía útil para los humanos, pero aún no con la extensión y provecho que tal vez se podría conseguir.

Descubrir la Tierra: mapas y expediciones

Conocer la Tierra como planeta, su estructura y dinámica, así como algunos de los fenómenos geológicos y marinos que tienen lugar en ella, es algo necesario, pero no menos importante para sus habitantes —nosotros, los humanos— fue conocer su superficie, lo que implicaba establecer mapas. Sin embargo, esto no resultó tan sencillo como parece, ya que hasta que se dispuso de aeronaves no se pudo observar la Tierra desde fuera.

Los primeros en imaginarse la forma y composición de la Tierra se inclinaron por la idea de una Tierra plana, circular o cuadrada, flotando sobre un gran océano. La representación más antigua conocida se encuentra en una tablilla babilonia de alrededor de los siglos VIII-VII a. C., de la que existe una copia de en torno al 500 a. C. en el Museo Británico. Este «mapa del mundo» está formado por dos círculos concéntricos; en el centro del primero, representada por un rectángulo, aparece la ciudad de Babilonia; a su alrededor se encuentra Asiria; a su noroeste, Uratu (la actual Armenia); al suroeste, Habban (hoy Yemen). Aparecen, asimismo, las montañas del norte donde nace el Éufrates, que atraviesa Babilonia y desemboca en la parte inferior del mapa, en los dos círculos, cuyo espacio interior representa el océano. En otros mapas, como uno caldeo del 600 a. C., la superficie de la Tierra se dibuja como una masa continental en forma de plato plano, en la que dos mares —el Mediterráneo y el Rojo— separaban tres continentes, con Babilonia en el centro y el océano como límite.

Una aportación particularmente importante a la astronomía y a la geografía fue la introducción de un sistema de coordenadas celestes y terrestres, imprescindible para determinar la posición de los accidentes geográficos y de las ciudades. Los primeros mapas griegos reproducían los babilonios, mostraban el océano circular y ponían en el centro a Delfos. Eudoxo (c. 408-355 a. C.) y Dicearco de Mesina (c. 350-290 a. C.) fueron los primeros en introducir una línea imaginaria (diafragma) que cruzaba el Mediterráneo desde las columnas de Hércules a la isla de Rodas, punto en el que trazaron un meridiano, idea con la que se introdujeron los conceptos de longitud y latitud. Eratóstenes amplió la línea de Dicearco hasta el Himalaya, y Ptolomeo —el mismo autor de Almagesto— produjo un compendio geográfico, una Geografía, en la que utilizó datos procedentes de una obra, ya perdida, de Marino de Tiro (c. 60-130).

El mundo, en una representación de mediados del siglo XV, en la que se utilizaba un sistema de proyecciones introducido por Ptolomeo para representar en un plano la esfera terrestre.

La Geografía de Ptolomeo fue extremadamente influyente durante siglos por varias razones. Una fue la gran información geográfica que aportó con sus 27 mapas. Otra está asociada a un problema que afecta a cualquier mapa terrestre: estos representan en un plano lo que en realidad está situado en una esfera (la Tierra), por lo que es necesario establecer algún tipo de técnica de proyección, algo que inevitablemente implica deformar la realidad (diferente es el caso de los globos terráqueos y celestes, que utilizan esferas). Ptolomeo utilizó una red formada por latitudes (distancia angular entre el punto de la Tierra considerado y el círculo que pasa por el ecuador terrestre) y longitudes (distancia angular entre el punto de la Tierra considerado y un meridiano — círculo que pasa por los dos polos— que se toma como referencia, es decir, como 0°). Ptolomeo escogió el meridiano que pasaba por Alejandría —ahora la referencia es el de Greenwich— y fijó así las coordenadas de 8.000 lugares, además de desarrollar proyecciones para representar la esfera sobre un plano.

La idea de la Tierra plana sobrevivió hasta la Edad Media a pesar de que los griegos, Aristóteles entre ellos, acumularon argumentos y observaciones en su contra: los que viajaban hacia el sur descubrían nuevas constelaciones, la sombra de la Tierra sobre la Luna durante un eclipse era curva, el casco de un barco era lo primero que desaparecía al alejarse… Sin embargo, la esfericidad de la Tierra no se demostró experimentalmente hasta la expedición de Magallanes–Elcano (1519-1522), en la que se regresó al punto de partida navegando siempre hacia el oeste.

Como es natural, dada su importancia práctica, la «escenografía» de los mapas continuó desarrollándose en los siglos posteriores a Ptolomeo. Uno de esos mapas fue el que incluyó Isidoro de Sevilla (siglo VII) en sus Etimologías: utilizó un círculo dividido en dos hemisferios, colocando a Asia en la parte superior y a Europa y África separadas en la mitad inferior, con dos fajas perpendiculares que representaban los mares Mediterráneo y Rojo, más un océano que circundaba la Tierra. Pertenece al tipo de los conocidos como «mapas TO», por la T que se formaba al separar los continentes dentro de la O del océano. Su valor científico y práctico fue, sin embargo, pequeño.

A partir del siglo XIII fue desarrollándose una cosmografía terrestre en la que el mar Mediterráneo ocupaba una posición central. A ese tipo de mapas relacionados con el progreso de la navegación se los denomina «cartas portulanas». Producidas dentro de una visión eurocéntrica de la Tierra, esas cartas náuticas se limitaron al principio a representar las costas de Europa y el norte de África, aunque fueron ampliando sus contenidos al compás de los descubrimientos y exploraciones europeas. Un buen ejemplo es el mapa dibujado por el marino cántabro Juan de la Cosa en 1500, que incluyó por primera vez el continente americano.

Los viajes marítimos a larga distancia —de los que el descubrimiento de América por Cristóbal Colón en 1492 es el más paradigmático— crearon una fuerte demanda entre los navegantes y los estudiosos interesados por el conocimiento de la Tierra, un interés al que sirvió bien la invención de la imprenta en el siglo XV, que facilitó la multiplicación de mapas, como el de Ptolomeo, que conocieron distintas ediciones. A reseñar, asimismo, el gran logro del cartógrafo flamenco Gerardo Mercator (1512-1594), que introdujo un nuevo tipo de proyección, en la que la Tierra se consideraba un cilindro, no una esfera, con lo que meridianos y paralelos eran líneas rectas y las dimensiones se alargaban en los extremos. Mercator presentó su modelo —con el que realmente se fundó la cartografía moderna— en una edición de la Geografía de Ptolomeo que publicó en 1578 con el título de Tabulae geographiae Cl. Ptolomei (Mapas geográficos de Claudio Ptolomeo).

Las grandes expediciones posteriores a Colón fueron ampliando el conocimiento y, por tanto, la imagen geográfica de la superficie terrestre. Las hubo de todo tipo. Científicas, como la encabezada por Francisco Hernández, que tuvo lugar durante el reinado de Felipe II, de cuya corte formó parte como médico de cámara del monarca. Considerada la primera expedición científica moderna, en ella se investigó la historia natural americana (en concreto, la mexicana) desde 1571 a 1577. Otras fueron netamente políticas, como la que se desarrolló entre 1751 y 1760 en América meridional para determinar los límites fronterizos entre España y Portugal.

Ya se mencionó la expedición que tuvo en el siglo XIX a Darwin como uno de sus protagonistas. Pero entre los muchos otros ejemplos que se pueden ofrecer de expediciones científicas, es obligado recordar la expedición franco-española —iniciada en 1735 y prolongada durante una década— al reino de Quito para medir el valor de un grado de meridiano en el ecuador terrestre y determinar con él la cuestión que enfrentaba a newtonianos y cartesianos sobre la figura de la Tierra. Por parte española participaron en ella dos jóvenes marinos, Jorge Juan y Antonio de Ulloa. La conclusión de este viaje favoreció a Newton, pues determinó que la Tierra está achatada por los polos. Otras expediciones americanas fueron la que recorrió el Orinoco (1754-1761), que produjo un gran número de dibujos y descripciones botánicas del sueco Pehr Löfling, recogidas en la obra Flora Cumanensis; la exploración de la isla de Pascua (1770), que se tomó en nombre de Carlos III, y en la que se realizaron los primeros planos; la Real Expedición Botánica a Perú y Chile (1777-1778), dirigida por Hipólito Ruiz y José Pavón, cuyos hallazgos quedaron recogidos en la Flora Peruviana et Chilensis; la Real Expedición Botánica a Nueva España (1787-1803), a cuya cabeza figuraron Martín Sessé y José M. Mociño, que dio lugar a la formación del primer Gabinete de Historia Natural de México y el primer Jardín Botánico (Nueva España incluía gran parte de América del Norte); la Real Expedición Botánica a Nueva Granada (1783-1808), organizada por José Celestino Mutis —a quien Humboldt conoció y admiró—, que produjo una extraordinaria colección de láminas botánicas (Nueva Granada incluía, básicamente, lo que hoy es Colombia, Ecuador y Venezuela); y la gran expedición de Alejandro Malaspina y José Bustamante (1789-1794), patrocinada y financiada durante el reinado de Carlos III, que no se limitó a América, puesto que recorrió las costas, de norte a sur, de América, las islas Filipinas y Marianas, Nueva Zelanda y Australia.

Itinerario seguido en la gran expedición dirigida por Alejandro Malaspina.

Y puesto que ha aparecido Australia, y como ejemplo de expediciones ni hispanas ni americanas, podemos citar los viajes del marino inglés James Cook (1728-1779). En uno de ellos, el segundo, que inició el 13 de julio de 1772, llegó más al sur que cualquier otro navegante anterior: estuvo muy cerca del continente antártico, seguramente a unos cien kilómetros de su costa, pero las masas de hielo flotante, los icebergs que encontró, le hicieron desistir de continuar. Tras abandonar aquel mundo helado, Cook exploró el Pacífico Sur. Uno de los lugares que visitó fue la isla de Pascua, la mítica Rapa Nui, maravillándose de sus gigantes de piedra. Descubrió Nueva Caledonia y, de camino hacia el cabo de Buena Esperanza, en el Atlántico, hizo lo propio con Georgia del Sur. Llegó a Inglaterra el 30 de julio de 1775. Había estado fuera de su patria tres años y dieciocho días. Todavía emprendió un tercer viaje, que comenzó en 1776, con la intención de encontrar una vía marítima por el norte que fuera del Atlántico al Pacífico, empresa que había sido perseguida por muchos en el pasado. En 1778 se convirtió en el primer europeo en pisar el archipiélago de Hawái, que llamó islas Sandwich, en honor del cuarto conde de Sandwich, John Montagu, entonces cabeza de la Armada británica. Continuó después navegando hacia el este, para explorar la costa oeste de Norteamérica; se dirigió hacia el estrecho de Bering, pero aunque realizó varios intentos no pudo atravesarlo. De regreso a Inglaterra, se detuvo de nuevo en Hawái para descansar. Allí encontró la muerte, el 14 de febrero de 1779, de una forma que no se ajustó a lo que había sido su vida. Después de que unos nativos le robaran una barca intentó recuperarla tomando algunos rehenes e incluso quiso atrapar al rey de la isla. Sin embargo, lo que consiguió fue que los hawaianos lo atacaran con cuchillos y porras, y que lo sumergieran en el agua hasta ahogarlo.

CAPÍTULO 6

LA VIDA

Carl Sagan: Yo busqué la vida en el cosmos, pero usted fue al encuentro de la inmensa variedad de formas de vida que existen en nuestro planeta. No puedo compararme con usted de ninguna manera. ¡Feliz usted que pudo encontrar y descubrir una riqueza que hace tiempo los humanos estamos afanándonos en destruir!

Alexander von Humboldt: Es cierto. Fui un hombre afortunado. No es solo que fuese atrevido, sino que la Tierra ofrecía entonces para exploradores y estudiosos-naturalistas como yo oportunidades que han terminado desapareciendo, o están haciéndolo. Como conservo copias de muchas de las cartas que envié, con frecuencia me distraigo, me consuelo repasándolas. Le leeré pasajes de algunas. En una carta que escribí a Fourcroy desde Cumaná el 24 de Vendimiario del año ix, según el calendario impuesto por la Revolución Francesa, equivalente al 16 de octubre de 1800, le decía:

«Conocéis muy bien el objeto de mi viaje, las dificultades y gastos de transporte para atravesar este vasto continente, y por lo mismo descubriréis que mi empeño es más bien ideas antes que objetos. Una compañía de naturalistas comisionada por el Gobierno y ayudada de pintores, disecadores y colectores, etc., puede y debe abrazar todo el pormenor de la historia natural descriptiva, pero un particular que con bienes de una mediana fortuna emprende un viaje alrededor del mundo debe sin duda alguna proponerse objetivos de más utilidad; tiene que estudiar la formación del globo y las capas que lo componen, analizar la atmósfera, medir con los instrumentos más exactos su elasticidad, su humedad, su temperatura, su carga eléctrica y magnética; observar la influencia del clima sobre la economía animal y vegetal; y por último, acercar en grande o por mayor la química a la fisiología de los seres organizados. Tal es el plan de los trabajos que me he propuesto […]

»En los seis meses que hemos empleado en recorrer el vasto país situado entre la costa, Río Negro y el Amazonas, mi compañero, el ciudadano Bonpland, ha disecado (incluidos los duplicados) más de seis mil plantas: hemos hecho en su sitio natal la descripción de mil doscientas especies, de las cuales la mayor, o al menos una gran parte, nos han parecido géneros nuevos, no descritos hasta ahora por Aublet, Jacquin, Mutis y Dombey; hemos colectado algunos insectos, conchas y palos de tinte; hemos disecado cocodrilos, manatíes, monos y el gymnotus electricus (cuyo fluido es todo galvánico y no eléctrico); últimamente hemos hecho la descripción de muchas serpientes, lagartos y peces.

»He dibujado muchos de estos objetos, y me atrevo a decir que si me equivoqué alguna vez, no ha sido por falta de actividad, sino por mi ignorancia. Pero, amigo mío, ¡qué alegría tan grande y tan completa se recibe viviendo entre riquezas de una naturaleza tan majestuosa e imponente! Ya con esto he satisfecho el más vivo y ardiente de mis deseos: me he visto en medio de los espesos e intrincados bosques del Río Negro, rodeado de tigres y cocodrilos feroces, todo el cuerpo amoratado por las terribles picaduras de los formidables mosquitos y hormigas, sin otro alimento que agua, plátanos, pescado y yuca; entre los indios otomacos que comen tierra y en las riberas del Casiquiare (bajo el ecuador) donde en más de ciento treinta leguas no se ve persona humana. Pero a pesar de todas estas situaciones tan peligrosas y expuestas, jamás he pensado en volver atrás y mucho menos en abandonar mis proyectos.»

Al barón de Forell le escribí desde Caracas el 3 de febrero de 1800: «Al llegar a La Habana o a Caracas, hemos reconocido en todas partes las huellas de la cultura europea, pero en este golfo de Cariaco donde los indios salvajes de los pantanos se acercan a quince leguas, todo anuncia aún el imperio de la naturaleza. Los tigres, los cocodrilos, los propios monos no se espantan del hombre; los árboles más preciosos, los guyacanes, los mahagony, los bosques del Brasil, los campeches, los cuspa (quina) avanzan hasta la orilla y sus ramajes entrelazados obstaculizan a veces el abordaje. Aguas y aires están llenos de los pájaros más raros. Desde las boas que devoran a un caballo hasta el colibrí que se mece sobre el cáliz de las flores, todo aquí proclama cómo es de grande, potente y dulce, al mismo tiempo, la naturaleza». Y a Guevara Vasconcelos, desde Nueva Barcelona el 23 de diciembre de 1800, le envíe una carta: «Los resultados de este viaje son infinitamente mayores de lo que hubiera podido esperarse. ¡Qué cantidad de vegetales y de animales nuevos han sido descubiertos en este país! ¡Qué interés ofrece al hombre reflexivo la consideración de las diversas culturas del género humano, desde las naciones nómadas del río Meta, que comen tierra, hormigas y langostas!».

Creo que Darwin no llegó a conocer tantas variedades de vida como yo. Fue, en este sentido, un pobre seguidor mío. Pero escribió un libro inmortal, El origen de las especies, que yo no llegué a poder leer en vida, pues se publicó el mismo año que fallecí, unos seis meses después. Lo he hecho después, ciudadano como soy del limbo de lo inimaginable: tal vez si lo hubiese podido leer habría ayudado algo a Darwin; en mi Kosmos aparecen muchos detalles relevantes para él y no estoy seguro de que se diese cuenta de ello. También me pregunto a veces si se me habría ocurrido la idea del papel que la lucha por la supervivencia desempeña en la evolución de las especies, si hubiese leído, como hicieron Darwin y Wallace, el libro que el economista Thomas Robert Malthus publicó en 1826, An Essay on the Principle of Population. Podría haberlo leído, pero no lo hice, acaso porque no tuve en demasiado estima a los británicos.

Alcancé también a atisbar la extraordinaria variedad de formas de vida microscópicas existentes. En este sentido, en mi Kosmos escribí:

«Desde la época en que describí en mis Cuadros de la Naturaleza la universal difusión de la vida sobre la superficie del globo, y la distribución de las formas orgánicas ya en altura, ya en profundidad, la ciencia ha hecho admirables progresos en esta senda, que debemos a los descubrimientos magníficos de Ehrenberg sobre la vida microscópica que reina en el océano y en los hielos de las regiones polares; descubrimientos fundados no en deducciones acertadas, sino en la observación directa y el cuidadoso estudio de los hechos […] De todas las formas microscópicas, cuya existencia nos ha revelado hasta ahora la observación en el océano, los infusorios silíceos son los más abundantes, aunque el análisis químico no haya encontrado sílice en el agua del mar, cosa que por otra parte no debe extrañar, puesto que la sílice no podría subsistir en el agua si no en el estado de simple mezcla o de suspensión. Y no sucede esto solamente en algunos puntos aislados, el fenómeno es general, en los mares interiores o cerca de las costas, donde el océano se ve también poblado de corpúsculos dotados de vida, imperceptibles a simple vista.»

Claro que comparado con lo que su generación averiguó sobre formas de vida, terrestre y marinas, todos los de mi tiempo fuimos como daltónicos que no pueden alcanzar a ver toda la riqueza de colores que existe.

Pero, cuénteme sobre la búsqueda de vida extraterrestre. Me interesa mucho. Yo, claro, no pude ni imaginarme semejante proyecto. No existía ningún medio para hacerlo. Siempre desprecié las elucubraciones. Fui un empirista. Creía en lo que veía y podía demostrar. ¿Cree usted, profesor, que hay o habrá habido vida fuera de la Tierra?

C. S.: No tengo ninguna duda de esa existencia. Sí, uno de mis intereses, aunque menor si lo comparamos con el estudio de los planetas solares, fue el de la búsqueda de vida extraterrestre. Pero no de cualquier tipo de vida, sino de vida inteligente, de civilizaciones avanzadas, técnicas, que definí como aquellas capaces de tener radioastronomía. Sobre estas, en mi Cosmos escribí lo siguiente: «Hoy en día estamos buscando mensajes de una civilización antigua y exótica, escondida de nosotros no solo en el tiempo, sino también en el espacio. Si llegáramos a recibir un mensaje de radio de una civilización extraterrestre, ¿cómo podríamos comprenderlo? Esta inteligencia extraterrestre será elegante, compleja, internamente coherente y absolutamente extraña. Como es lógico, los extraterrestres desearán enviarnos un mensaje lo más comprensible posible. Pero ¿cómo se consigue esto? ¿Hay algo comparable a una piedra de Rosetta interestelar? Creemos que sí existe. Creemos que hay un lenguaje común que han de tener las civilizaciones técnicas, por diferentes que sean. Este lenguaje común es la ciencia y las matemáticas. Las leyes de la naturaleza son idénticas en todas partes. Las formas de los espectros de estrellas y galaxias lejanas son las mismas que las del Sol o las de experimentos adecuados de laboratorio: no solo existen los mismos elementos químicos en todas partes del universo, sino que las mismas leyes de la mecánica cuántica que gobiernan la absorción y emisión de radiación por los átomos son válidas en todas partes».

¿No le parece esto el más maravilloso canto en favor de la ciencia? No existe nada salvo la ciencia que pueda unirnos con otras civilizaciones que puedan existir en el universo. Participé en un programa de investigación que buscaba esas señales; se llamó SETI e incluso escribí una novela, Contacto, con ese tema. Pero la pregunta de si existe esa vida sigue abierta. Y creo que seguirá por mucho tiempo, acaso para siempre.

A. H.: Creo recordar que en su novela incluso mencionó un posible ejemplo en el que se podría determinar qué señales recibidas procedían de seres inteligentes extraterrestres.

C. S.: En efecto. Imaginé que se recibían tres grupos de señales, y que se comprobaba que el primer grupo reproducía las líneas más representativas de los espectros de todos los elementos de la tabla periódica. ¡Todos! ¡No había ni uno más ni uno menos de los que conocemos en la Tierra! A continuación volvían a detectarse espectros de elementos químicos, pero solo los de aquellos que en la tabla periódica ocupan los lugares número 1, 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97, 101, 103... ¡La secuencia de los números primos! Con el primer grupo nos decían que conocían la química; con el segundo que estaban familiarizados con la matemática. Por último, aparecía un conjunto de señales que representaba el valor de la única combinación adimensional de las tres grandes constantes universales existentes en la física: la constante de Planck, la constante (velocidad de la luz) de Einstein y la constante cosmológica. ¡También dominaban la física!

¿Qué es la vida?

En este capítulo vamos a tratar de la vida, pero antes es necesario precisar qué entendemos por «vida». Me gusta la definición que dio un distinguido neurólogo inglés, Charles Sherrington, que obtuvo el premio Nobel de Medicina por sus trabajos en el campo de la fisiología en 1932:

La vida es un sistema delicado, un sistema energético que utiliza parte de su energía para mantenerse a sí mismo; por ejemplo, en la nutrición (1), reponiendo en el sistema la energía adecuada; en el crecimiento (2), ampliando el sistema; en la excreción (3), eliminando del sistema lo que por su estructura ya no es adecuado; en los movimientos masivos de sus partes (4), una actividad de desarrollo intrínseca, tal como la locomoción, la alimentación, etc.; en la reproducción (5), generando un nuevo sistema independiente, un individuo joven a su semejanza, potencialmente al menos. Esto implica dependencia de su entorno para la recepción de energía, que es una función impensable sin el entorno. La célula está tan unida a su entorno que sacarla de él es hacerla pedazos. Pero lo que se expulsa no sirve para reponer el sistema vivo. Por lo tanto, la vida en último extremo equivaldría a un agotamiento definitivo del entorno energético que suple su alimento, si no fuera porque la propia vida, en su totalidad, se asegura contra este impasse terrestre.

La aparición de vida en la Tierra

Es un hecho —del que nosotros mismos, los humanos, somos prueba— que existe vida en la Tierra. Pero ¿cómo surgió? Para intentar siquiera contestar a la pregunta, hay que referirse previamente a cómo era la Tierra en los tiempos iniciales de su existencia.

Los primeros años de la Tierra debieron de ser bastante convulsos. Junto con una intensa actividad de tipo volcánica, es seguro que fueron muy frecuentes los impactos sobre su superficie de algunos de los numerosos cuerpos —como meteoritos o cometas— que circulaban por entonces, más o menos caóticamente, a lo largo y ancho del sistema solar. Esta actividad habría ido disminuyendo al reducirse la presencia de esos cuerpos en los entornos de los grandes planetas, una vez que estos hubiesen ido captando o atrapado un gran número de ellos. Para darnos cuenta de lo que significó aquella época, basta recordar que se cree que la Luna es un trozo de la Tierra primigenia, desgajado cuando chocó contra ella un objeto de grandes dimensiones.

La temperatura terrestre en aquellos tiempos —seguramente durante los cien primeros millones de años de vida de la Tierra, que tiene unos 4.500 millones de años de existencia— debió de ser bastante elevada, desde luego lo suficiente como para que no pudiese formarse aún agua, componente esencial para el tipo de vida que conocemos. Se cree que la primera atmósfera de la Tierra, la que surgió como consecuencia de los procesos geodinámicos que tuvieron lugar en su interior y su superficie, estuvo compuesta sobre todo por amoniaco (NH₃), metano (CH₄) e hidrógeno (H₂). No se pudo formar agua (forma líquida) debido a las altas temperaturas que existían entonces. Solo había vapor de agua a muy alta temperatura, una parte del cual se condensó más tarde, convirtiéndose en agua propiamente dicha, cuando disminuyó lo suficiente la temperatura y se alcanzó (dependiendo de la presión) los 100 °C, momento en el que se formarían los primeros océanos.

Los objetos que impactaban contra la superficie terrestre, algunos procedentes de estructuras planetarias ya formadas, más que probablemente aportaron muchos elementos que enriquecieron la composición de la superficie y la atmósfera terrestres: agua, elementos volátiles e incluso sustancias orgánicas que acaso luego contribuyeron a la aparición de vida son algunas de esas posibles aportaciones procedentes del exterior, que entre otras consecuencias ocasionaron la pérdida del dominio del metano, el amoniaco y el hidrógeno.

Existen varias pruebas de que en el universo, más allá de la Tierra, hay materiales que forman parte de los bloques constituyentes de la vida. Una de esas evidencias la aportó el meteorito Murchison, que se estrelló contra la Tierra, en Australia, en septiembre de 1969. Se encontraron en él más de setenta aminoácidos diferentes, ocho de los cuales figuran entre los componentes de la vida terrestre. Otra evidencia se hizo pública en 2016. En el número de la revista Science Advances del 27 de mayo de aquel año, apareció un artículo firmado por 32 científicos, encabezados por Kathrin Altwegg, de la Universidad de Berna, titulado «Elementos químicos prebióticos —aminoácidos y fósforo— en la cola del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko». En él se presentan resultados obtenidos por la sonda espacial Rosetta (Agencia Espacial Europea), lanzada el 2 de marzo de 2004 con la doble misión de orbitar alrededor del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko entre 2014 y 2015, y lanzar un módulo, Philae, para que aterrizase en la superficie (lo hizo el 12 de noviembre de 2014, aunque se posó a un kilómetro de la posición prevista y tuvo problemas de anclaje). Lo importante de este artículo es que en él se anunciaba que uno de los aparatos de Rosetta, un espectrómetro de masas, había detectado en la tenue atmósfera del cometa la presencia de un aminoácido, el más pequeño, la glicina, y también de fósforo, un componente esencial del ADN y de las membranas celulares. Recordemos de nuevo que las proteínas, elementos básicos para la vida, son cadenas de aminoácidos.

Se cree que aproximadamente hace entre 4.400 y 3.800 millones de años, la atmósfera terrestre, primitiva pero ya no primera, estaba dominada por la presencia del dióxido de carbono (CO₂) y el monóxido de carbono (CO), que de manera creciente se fueron concentrando en los alrededores de zonas volcánicas e hidrotermales. En conjunto, era una atmósfera similar —aunque mucho menos densa— a la que existe en la actualidad en Venus.

Aunque hoy nos horroriza el aumento de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la acción humana, que produce el denominado efecto invernadero (la elevación de la temperatura ambiente media), en los primeros tiempos terrestres la abundancia de este gas fue una bendición. La razón es que la luminosidad del Sol no era la actual, sino un 30 % menor. Si la atmósfera de la Tierra hubiese tenido la composición de hoy y hubiera recibido un 70 % de la luminosidad solar actual, toda la superficie terrestre habría estado helada. Fue la abundancia de CO₂, y el consiguiente efecto invernadero que este ocasionó, lo que hizo posible que la temperatura no llegase a semejantes mínimos, permitiendo así que se desencadenasen los procesos químico-físicos que condujeron al nacimiento de la vida tal como la conocemos.

No obstante, el que el oxígeno no apareciese en forma libre tenía sus inconvenientes para el surgimiento de una parte de esa vida. Recordemos en este sentido que no solo nosotros, los humanos, sino la inmensa parte de las formas vivientes animales que existen en la actualidad en la Tierra son seres consumidores de oxígeno libre y que, por consiguiente, no hubieran podido vivir en aquella atmósfera primitiva. Las plantas constituyen una excepción porque poseen mecanismos que les permiten consumir dióxido de carbono; más aún, florecen en tal escenario. Si la atmósfera no hubiese cambiado, la Tierra tendría vida, pero probablemente sería un planeta lleno únicamente de vida vegetal. Una Tierra hermosa, sí, pero sin organismos como nosotros en ella. Y digo probablemente porque no podemos estar seguros: los caminos por los que surge la vida pueden ser muy diversos, aunque no sepamos demasiado acerca de esta cuestión.

El hecho de que la atmósfera primitiva se modificase de manera que contuviese oxígeno libre se debió a la aparición, hace unos 2.000 millones de años, de uno o varios linajes de bacterias —denominadas cianobacterias— con una habilidad muy especial: la de ser capaces de liberar el oxígeno y el carbono del dióxido de carbono: son, como vemos, un ejemplo de esos otros posibles caminos de la vida que pueden darse. El oxígeno, en forma gaseosa, pasaría a la atmósfera, mientras que el carbono sería una de las fuentes de alimentación de las plantas.

Pero he dado un paso demasiado largo, porque las cianobacterias, y no digamos ya las plantas, son formas de vida y estaba tratando del medio en el que esta pudo haber surgido, así que continuaré con la secuencia lógica preguntándome cuándo y cómo pudo aparecer la vida en la Tierra.

Parece que, fuese cual fuese el origen de la vida sobre la Tierra, esta debió de comenzar hace alrededor de algo menos de 4.000 millones de años, fecha obtenida a partir de la datación de los fósiles más antiguos con el tamaño y forma de bacterias encontrados en rocas terrestres. Si tenemos en cuenta que la Tierra tiene 4.500 millones de años, entonces hay que concluir que, en una escala planetaria, la vida no tardó demasiado en surgir. Y no solo apareció, sino que se afincó y diversificó con bastante rapidez: en rocas sedimentarias de Australia se han encontrado estructuras fósiles, denominadas estromatolitos —aparentemente restos de aglomeraciones de organismos unicelulares posiblemente emparentados con bacterias o con algas— con una edad de 3.500 millones de años.

Sabemos, por tanto, algo del cuando, pero ¿y del cómo? Uno de los primeros que se planteó esta pregunta de una manera científica —esto es, buscando contestarla según lo que la química y la física permiten— fue el bioquímico ruso Aleksandr Ivánovich Oparin, autor de un libro de referencia: El origen de la vida (1924). Aunque las propuestas de Oparin ya están ampliamente superadas (piénsese que en 1924 se desconocía el papel y la estructura del ADN en la vida terrestre), es interesante recordarlas. Las propuestas se basaban en la suposición de que en la atmósfera de la Tierra primitiva —que como ya sabemos estaba formada mayoritariamente por amoniaco, metano, hidrógeno y vapor de agua— se habrían producido una serie de reacciones químicas estimuladas por la energía procedente del Sol (en particular la radiación ultravioleta), las erupciones volcánicas o los rayos producidos en tormentas. Y que en tales reacciones químicas se habrían formado compuestos orgánicos sencillos, precursores de tipos de vida primitiva. De hecho, Oparin especuló con que los primeros organismos vivos debieron aparecer a partir de una solución de un coagulado no vivo, del tipo de un gel, en los océanos antiguos hace entre 4.700 y 3.200 millones de años.

Aunque Oparin también llevó a cabo experimentos, intentando demostrar su teoría, estos no reunían las garantías necesarias para obtener suficiente crédito. De hecho, pasarían treinta años antes de que se realizasen ensayos fiables de ese tipo. Como apunté en el esbozo biográfico de Sagan, en 1956 Stanley Lloyd Miller simuló el efecto de la radiación ultravioleta en la sopa primigenia existente en la Tierra primitiva, haciendo pasar una descarga eléctrica de alto voltaje a través de una mezcla de amoniaco, metano, hidrógeno y agua. El resultado de semejante operación fue la aparición de diversos productos químicos entre los que se encontraban varios aminoácidos. Tan solo tres meses y medio después de haber iniciado su proyecto, que había suscitado recelos en Urey, porque pensaba que era demasiado difícil e incierto para que un estudiante de doctorado se dedicase a él, Miller publicó sus resultados en un artículo que tituló «Una producción de aminoácidos bajo condiciones posibles de la Tierra primitiva».

En la vida terrestre se dan veinte aminoácidos básicos (aunque son posibles muchos más), que combinados en todas las permutaciones —con repetición— posibles pueden producir millones de proteínas diferentes. Naturalmente, no todas las combinaciones resultantes —proteínas potenciales— son útiles desde el punto de vista biológico. En otras palabras, el laboratorio de producción de proteínas para la vida de la Tierra temprana debió de trabajar con bastante intensidad durante bastante tiempo. Aunque precisamente mucho tiempo es algo que hubo, y además las reacciones químicas pueden ser muy rápidas.

Entre las proteínas que conocemos, las hay que cumplen funciones de muy diversos tipos: las enzimas, por ejemplo, moléculas encargadas de regular las reacciones químicas necesarias para la vida, son también proteínas, como también lo son la hemoglobina, «bolitas» de ocho milésimas de milímetro de diámetro que transportan oxígeno y forman la mitad de nuestra sangre (captan el oxígeno de los pulmones y lo llevan a los tejidos, donde es utilizado por las células), o la queratina y el colágeno, que forman la piel, los huesos, los tendones y los ligamentos.

Que los aminoácidos están, de una forma u otra, relacionados con el desarrollo de la vida es algo que se comprueba teniendo en cuenta que la ciencia los considera en los últimos tiempos magníficos instrumentos para investigar cómo se ha producido la evolución. Si se observa una misma proteína en dos individuos de la misma especie, se comprueba que sus respectivas secuencias de aminoácidos son idénticas o extremadamente parecidas, mientras que en organismos muy distintos, a los que la evolución ha separado, las diferencias en las secuencias son mucho mayores. Se puede decir que cuanto más distintos son dos organismos, tanto mayor será el número de aminoácidos que los diferencia. Por consiguiente, una manera de estudiar el parentesco entre especies diferentes consiste en analizar las cadenas de aminoácidos de algunas de sus proteínas: de la hemoglobina, por ejemplo. Así, se ha encontrado que los humanos y los caballos se diferencian en dos de los primeros quince aminoácidos de una de las partes (cadena alfa) que forman la hemoglobina, mientras que la diferencia que nos separa de las gallinas supone seis de quince. Somos, pues, más parecidos a los caballos que a las gallinas, lo cual es natural puesto que estas son aves, mientras que los humanos y los caballos son mamíferos.

Con procedimientos de este tipo, Allan Wilson y el antropólogo Vincent Sarich llegaron a la conclusión de que la separación entre los chimpancés y los humanos se produjo hace seis o siete millones de años, mientras que antes se pensaba, por los poco fiables datos paleontológicos existentes, que había sucedido mucho antes, entre veinte y veinticinco millones de años atrás. En la actualidad, se acepta de forma general que la separación entre humanos y chimpancés tiene una antigüedad de, aproximadamente, cinco millones de años, mientras que la de los orangutanes y los humanos es de entre diez y quince millones de años. Aquellos antepasados comunes a humanos y simios habrían procedido de una especie que incluía a los cerdos, especie que, a su vez, habría derivado de otra que incluía a los conejos.

En su experimento, Miller únicamente obtuvo trece aminoácidos, cuando —insisto— son veinte los que son utilizados en la vida terrestre. Pero esto no constituye necesariamente un problema. En primer lugar, porque las primeras formas de vida acaso no utilizaban tantos aminoácidos, y en segundo lugar porque hay que contar con la —ya mencionada— posible «ayuda» que llegó del espacio; esto es, con lo que aportaban a la Tierra los cometas y meteoritos que caían.

El marco general que surge de todo esto suena razonable: en las reacciones químicas que se produjeron en la Tierra primitiva aparecieron unos compuestos llamados aminoácidos que, al unirse entre ellos formando cadenas, dieron lugar a proteínas, elementos básicos para la organización y el control de la vida, cuyas diferencias tienen que ver con la aparición de especies diferentes. Sin embargo, ni los aminoácidos ni las proteínas son las piezas biológicas más importantes en lo que podríamos denominar la cabina de mando de la vida que surgió en la Tierra. Al margen de los procesos del tipo de los que imita el experimento de Miller, se debieron de producir una serie de reacciones químicas que condujeron a la formación de un par de tipos de moléculas, el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN), que sí constituyen esa cabina de mando.

Watson y Crick con el modelo de la doble hélice del ADN.

La molécula de la herencia: el ADN

Aunque todavía se desconocen la dinámica y la secuencia que las produjo, sí sabemos que tuvieron como ingredientes los elementos químicos carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Todas las moléculas biológicas que existen en la Tierra son combinaciones de estos elementos fundamentales. No es una hipótesis aventurada suponer que durante los primeros tiempos de la historia de la Tierra tuvieron lugar múltiples combinaciones de esos elementos bajo condiciones físicas diversas; que se produjeron reacciones químicas de todo tipo, algunas de las cuales generaron moléculas simples (monómeros), que a su vez reaccionaron entre sí formando moléculas más grandes (polímeros). En algún momento de este caos —un desorden dirigido por las leyes químicas en el que los procesos sinérgicos se ven favorecidos— se formaron las moléculas que llamamos nucleótidos (combinaciones de ácido fosfórico y desoxirribosa, junto con unos compuestos de C, N, O, H y P, bases nitrogenadas denominadas adenina, A, guanina, G, citosina, C, y timina, T), que a su vez se combinaron para formar estructuras llamadas ribosomas, formadas básicamente por moléculas de un tipo de ácido nucleico, el mencionado ARN, capaz de transportar información. Modificaciones subsiguientes dieron lugar a la aparición del ADN, formado, como descubrieron en 1953 James Watson y Francis Crick, por dos cadenas. Cada una de estas se encuentra constituida por una alternancia regular de ácido fosfórico y desoxirribosa, y sobre ella se superponen las cuatro bases nitrogenadas mencionadas antes (A, G, C y T) pero uniéndose las dos cadenas, de forma que la T de una se asocie con la A de la otra, o la G con la C (cualquier otro emparejamiento está prohibido). Esas cadenas o hilos moleculares contienen las características del ser que controlan, sus genes: estos son trozos de ADN que portan la información necesaria para sintetizar una proteína o un tipo de ácido nucleico, unidades de almacenamiento de información genética que forman parte de los cromosomas, las estructuras que se encuentran en los núcleos de todas las células de un individuo, gracias a las cuales los caracteres biológicos se transmiten de padres a hijos, y cuyo número varía según el organismo (23 pares en los humanos).

Hay que resaltar la importancia de cierto tipo de ARN, cuya función principal es transmitir la información genética que dirige la síntesis de las proteínas. Es el ARN denominado «codificante», junto con la información del ADN, quien da lugar a la síntesis de proteínas. De alguna manera, en algún momento, se asociaron la disponibilidad de aminoácidos y proteínas como resultado de los procesos fisicoquímicos que hemos mencionado, con las capacidades del ARN y del ADN, formando un conjunto que marcaría el futuro de la Tierra.

El «descubrimiento» —esto es, la producción— del ARN y del ADN fue un momento clave, singular, en la historia de la vida sobre la Tierra. El ADN es la molécula informacional de todos los seres vivos: químicamente los ADN de una bacteria, de una planta y de un humano son indistinguibles. Una vez que los procesos de prueba y error dieron lugar al ARN, pudo ocurrir que la evolución del ADN como código genético tuviese lugar con bastante rapidez. Es asimismo posible, como ya hemos apuntado, que se diesen otras formas (macromoléculas) capaces de transmitir información genética, pero que estas no pudiesen competir con las basadas en ARN y ADN, más adecuadas al medio en el que se encontraban. Nada ha llegado a suplantar en la Tierra esta forma de codificar la información genética.

En mayo de 2010, se publicó en la revista inglesa Nature un artículo de Douglas L. Theobald titulado «Una prueba formal de la teoría de un ancestro común universal», que confirmaba, mediante un extenso análisis estadístico realizado entre diversas especies, que toda la vida que ahora existe en la Tierra procede de un ancestro común. Es impresionante constatar este hecho. Si hay resultados científicos que nos conmueven, este es sin duda uno de ellos.

Y también impresiona la sagacidad de Charles Darwin, el gran apóstol de la evolución de las especies, quien en la conclusión de su libro de 1859, El origen de las especies, escribía:

Según el principio de la selección natural con divergencia de caracteres, no parece increíble que tanto los animales como las plantas se puedan haber desarrollado a partir de algunas […] formas inferiores e intermedias, y si admitimos esto, tenemos también que admitir que todos los seres orgánicos que en todo tiempo han vivido sobre la Tierra pueden haber descendido de alguna forma primordial.

Células

El ARN y el ADN constituyen piezas, «inventos» de la naturaleza, esenciales en la historia del origen de la vida. Pero esa historia no termina ahí, ni mucho menos; necesitó de otros ingredientes, porque el ARN y el ADN están inmersos en unas estructuras biológicas, las células, que les resultan esenciales para, por ejemplo, distinguirlos y salvaguardarlos del entorno, para proporcionarles sistemas de producción de energía con los que funcionar, así como para eliminar desechos. Todas las formas de vida conocidas en nuestro planeta, desde la bacteria más diminuta hasta la secuoya más imponente, pasando por la pequeña lombriz o el imponente elefante, están formadas por células.

En última instancia, una célula constituye un contenedor de sustancias biológicas, y parece que la naturaleza es proclive a la formación de este tipo de estructuras: ahí tenemos, sin ir más lejos, los ácidos grasos, que abundan en la Tierra y forman membranas en torno a ellos de manera natural. Por supuesto, una célula es algo más complejo, pero de nuevo, los procesos de prueba y error y la incorporación de elementos desarrollados en otros lugares bien pudieron dar lugar a las células «maduras» que constituyen los bloques de los seres vivos, los átomos de la vida.

Las primeras células que aparecieron no tenían núcleo (esto es, zonas separadas del resto, del citoplasma). Se las denomina procariotas. Aparecieron unos 1.000 millones de años después de la formación de la Tierra, ocupándola en exclusiva durante otros 2.000 millones más. Solo existen (o conocemos) dos tipos de procariotas: las bacterias y las cianobacterias. Es importante resaltar que las primeras células procariotas debieron de ser obligatoriamente anaeróbicas; esto es, que tuvieron que ser capaces de sobrevivir en ausencia de cantidades significativas de oxígeno.

De las procariotas, hace unos 1.500 millones de años, surgieron —probablemente mediante interacciones simbióticas— las eucariotas, células provistas de un núcleo en el que se encuentra el ADN (las procariotas también lo tienen, pero no separado del resto). Estas poseen una ventaja sobre las procariotas en lo que a la carga genética se refiere: el núcleo es más favorable para esta carga que el medio citoplasmático. Orgánulos que se encuentran dentro de las células eucariotas, como las mitocondrias, tal vez surgieron a partir de bacterias que la célula ingirió como alimento y que terminaron evolucionando hasta convertirse en las unidades procesadoras de energía que son las mitocondrias, aunque también es posible que las eucariotas se originasen a partir de procariotas con estructuras diferentes.

Si las mitocondrias fueron al principio un tipo de bacteria, es posible que su función inicial al introducirse en una célula eucariota fuese la de ayudar a liberar a esta del oxígeno. Y es que el oxígeno no es necesariamente beneficioso: químicamente es muy activo y cualquier sustancia química muy activa es también muy destructiva. Esto significa que puede perder fácilmente su identidad al combinarse con otras.

Reuniéndose en grupos que colaboran entre sí, las células eucariotas dieron paso a otras «organizaciones», organismos más complejos, pluricelulares. Estos megaeucariotas terminaron dando lugar a cinco tipos de grupos o reinos: plantas, animales, hongos y dos tipos de algas.

Una atmósfera con oxígeno

Hemos visto ya la atmósfera primitiva que se formó en la Tierra por la acumulación de los gases producidos, que el oxígeno se encontraba libre, y que fue bajo la acción de unas células procariotas, las cianobacterias, como se pudo liberar el oxígeno del dióxido de carbono. En una primera fase, la atmósfera terrestre debió de tener simplemente un 1 % de oxígeno, muy lejos, por consiguiente, del 20,7 % actual. Cómo se llegó a esta cifra es consecuencia de uno de los grandes procesos que jamás se han producido en la historia de la Tierra: el de la fotosíntesis. Gracias a la actividad fotosintética de las cianobacterias, fue aumentando la cantidad de oxígeno en la atmósfera. De hecho, se incrementó tanto que hace entre 350 y 300 millones de años (período Carbonífero) llegó a alcanzar el 35 %, un crecimiento que coincide con la presencia en la Tierra de especies —animales y vegetales— gigantescas, de cuya existencia se tuvo noticia inicialmente a través de fósiles desenterrados, a partir de 1877, por el paleontólogo francés Charles Brongniart en las proximidades de Commentry, en el centro de Francia. En 1880 Brongniart descubrió una pieza particularmente llamativa: una libélula gigante, Meganeura, cuyas alas alcanzaban una envergadura de 63 centímetros. Posteriormente se han encontrado muchas otras especies de dimensiones enormes: árboles, juncos o arañas. El gigantismo parece que fue una característica del Carbonífero y la abundancia de oxígeno debió de ser la responsable. Por razones que no están claras no se mantuvo, y en consecuencia tampoco el nivel de oxígeno atmosférico del 35 %, que disminuyó estabilizándose en el actual 20-21 %. Para la vida presente, incluyendo nuestra vida, este hecho fue muy afortunado: un porcentaje de oxígeno muy inferior —digamos del 10 %— no permitiría la vida aeróbica, y uno muy superior —el doble, por ejemplo— produciría fácilmente combustiones planetarias de oxígeno que asolarían la atmósfera y la superficie terrestres.

Fuese como fuese, el hecho es que finalmente se formó la atmósfera que ahora conocemos. Su estudio resulta fascinante, al igual que prácticamente todos los recovecos de la naturaleza. En ella entran en juego fuerzas diferentes, como la gravedad, la presión, la temperatura (incluyendo la del suelo) o la altura. Al nivel del mar, la temperatura media es de unos 15 grados centígrados, decreciendo 6,5 grados por cada 1.000 metros de altura, con lo que en el límite superior (12 kilómetros) de la región atmosférica denominada troposfera la temperatura es de unos 56,5 grados centígrados bajo cero. En la siguiente zona, la estratosfera, la temperatura ya se mantiene constante en ese valor. En semejante escenario, factores físicos como los anteriores influyen en los movimientos moleculares de los gases presentes en la atmósfera (nitrógeno y oxígeno son los más abundantes: hay algo más de tres kilogramos de nitrógeno por cada kilogramo de oxígeno). Se producen de esta manera movimientos de todo tipo: corrientes de aire (verticales, inclinadas u horizontales) como pueden ser las termales o las ráfagas de viento, la lluvia, el granizo, las descargas eléctricas, las tormentas, los ciclones, los tornados o los remolinos.

Fue en semejante escenario como, mediante procesos biológicos y físicos, al cabo de un largo tiempo, la Tierra dispuso de una atmósfera similar a la actual y también de formas de vida.

De las bacterias a los dinosaurios

Bacterias, cianobacterias y eucariotas son entidades biológicas vivas en cuanto que pueden alimentarse y reproducirse, pero son seres vivos muy sencillos, unicelulares. La vida más compleja, pluricelular, tardó en desarrollarse y diferenciarse. Eso sí, sabemos que hace unos 600 millones de años —mucho, pero no tanto cuando se recuerda que la edad de la Tierra es de unos 4.500 millones de años— la vida ya había producido una gran variedad de criaturas, pequeñas pero muy diferentes.

El lugar en el que surgió esa vida fue en los océanos. Durante aproximadamente 3.600 millones de años todos los seres vivos se encontraban en los océanos. Solo hace entre 500 y 440 millones de años comenzaron algunos organismos a colonizar la tierra, primero plantas sencillas, luego otros más complejos, incluyendo anfibios y reptiles. En esa «era marina» de la vida, la tierra que emergía de los océanos era inhabitable: no existía, por ejemplo, capa de ozono (O₃) en la estratosfera, y la nociva radiación ultravioleta procedente del Sol llegaba sin impedimento hasta la superficie terrestre atacando a los organismos que se aventuraban a salir a tierra desde el agua, rompiendo sus células. Era en el agua, un medio que los salvaba de esos rayos letales, donde los seres vivos fueron haciéndose más complejos. Aparecieron, por ejemplo, las esponjas, «ciudadanas» del período Cámbrico (hace 541-485 m. a.). Y luego las medusas, con sus cabezas acampanadas, que pueden nadar impulsándose mediante contracciones rítmicas de todo su cuerpo y que cuentan con un sistema nervioso muy simple, pero sistema nervioso al fin y al cabo. Algo después (hace 400 m. a.) aparecieron unos seres de forma semejante a los caracoles y antepasados de los cefalópodos —la familia a la que pertenecen pulpos y calamares—: los amonites, que aunque no han sobrevivido son muy conocidos al abundar sus fósiles.

Por aquellos tiempos la naturaleza, la más ingeniosa inventora que jamás haya existido, hizo realidad otro de sus descubrimientos: la segmentación, que generó organismos formados por cadenas de segmentos repetidos, como sucede en el caso de la lombriz de tierra. Después de los gusanos segmentados, surgieron los artrópodos, categoría que incluye a los crustáceos, los insectos, los arácnidos y otros muchos grupos dotados de estructuras corporales que pueden evolucionar a lo largo de direcciones diferentes.

Un nuevo invento, particularmente importante para la especie de la que formamos parte, Homo sapiens, fue el de los seres vertebrados, es decir, aquellos en los que la segmentación se construía sobre un «espinazo» de hueso (sustancia de calcio). Los primeros vertebrados —y durante bastante tiempo, los únicos— fueron los peces, que ya existían hace algo más de 400 millones de años.

De los peces, y apoyados por una atmósfera cada vez más rica en oxígeno, más protectora de la radiación ultravioleta, surgieron seres que se aventuraban a salir del agua: los anfibios (encontramos fósiles de ellos de hace unos 360 m. a.). La aparición de estos nuevos organismos se vio favorecida por la extensión de las plantas tierra adentro (antes eran, sobre todo, variedades de algas marinas), una circunstancia que podía ser aprovechada por otros seres vivos para alimentarse, lo que a su vez facilitaba su reproducción. Pero para pasar del agua a la tierra, los peces tuvieron que cambiar: protegerse contra la desecación, desarrollar métodos de locomoción y nuevos mecanismos para utilizar el oxígeno atmosférico. Así, las aletas se convirtieron en patas y las vejigas natatorias, en pulmones. Y tras formas intermedias, como el fósil Tiktaalik roseae, de unos 375 m. a. de antigüedad, encontrado en la isla de Ellesmere en 2004, aparecieron los anfibios.

Una rama descendiente de los anfibios fue la de los reptiles. Uno o un conjunto de los miembros de este grupo, una especie ancestral ya perdida, tomó una senda que produjo un cruce de caminos, uno de los cuales dio origen en primer lugar a los lagartos y a las serpientes. La otra vía generó luego dos familias de dinosaurios, los saurópodos, dotados de cuatro patas (como los diplodocos) y los terópodos, de dos patas, como el famoso Tyrannosaurus rex. El propio término «dinosaurio» —propuesto en 1841 por el paleontólogo especialista en anatomía comparada Richard Owen para designar unos enormes reptiles fósiles encontrados en Gran Bretaña— revela el origen del que proceden: está compuesto de la raíz griega deinos, «terrible», y sauros, «lagarto» o «reptil». De todas maneras, el «terrible» de deinos no siempre se ajusta a la realidad, ya que hubo dinosaurios de muy diversos tamaños. Algunos, los más conocidos y admirados, fueron gigantescos, como el Tyrannosaurus, pero otros no eran mayores que un conejo.

Los dinosaurios dominaron la superficie terrestre durante 160 m. a., desde hace 225 hasta 65 m. a., pero terminaron desapareciendo. De hecho, no fueron los únicos que se extinguieron entonces. Se sabe que hace 65 m. a. se produjo la extinción en masa de un número enorme de especies. Los rastros fósiles de semejante discontinuidad biológica son tan evidentes que los geólogos los utilizaron desde hace mucho tiempo para definir la frontera entre el Cretácico, el último período del Mesozoico, y el Paleoceno, o primer período del Cenozoico (hace 65 m. de a.; antiguamente conocido como Terciario). No se trata de la única extinción masiva que ha conocido nuestro planeta (se sabe de al menos otras cuatro, la mayor hace unos 250 m. a.), pero sí que fue relevante para nuestra especie, ya que entre los supervivientes de aquel cataclismo se encontraron, junto con reptiles del tipo de los cocodrilos o las tortugas, los mamíferos. Entonces pequeños, seguramente asustadizos, buscando siempre refugios donde esconderse ante sus agresivos y mucho más grandes vecinos, con el paso del tiempo los mamíferos terminarían produciendo, merced a procesos evolutivos, especies como la de los humanos. Nosotros somos hijos de aquel lejano Apocalipsis que puso término al Mesozoico. Lo mismo que los dinosaurios fueron sus víctimas más conocidas.

Gracias a las investigaciones de los geólogos, sobre todo, pero también de un número menor de físicos y de químicos nucleares, se fue abriendo paso la hipótesis de que aquella gran extinción fue debida al impacto de un asteroide o de un cometa de unos diez kilómetros de diámetro, que chocó con la Tierra a una velocidad de aproximadamente treinta kilómetros por segundo, produciendo una energía destructora equivalente a la que liberarían cien millones de bombas de hidrógeno.

En el establecimiento y confirmación de tal hipótesis fue muy importante la detección del elemento químico iridio en magnitudes anómalas en la capa de estratos que marca el límite entre el Cretácico y el Cenozoico (se la denomina «límite KT»; la letra K proviene del término alemán Kreide, que significa «creta»). De hecho, fue este resultado el que llevó a que Luis Alvarez, premio Nobel de Física en 1968, y su hijo y promotor principal de la idea, Walter Alvarez, firmaran, junto con Frank Asaro y Helen Michel, un artículo en la revista estadounidense Science titulado «Causa extraterrestre para la extinción del Cretácico-Terciario. Resultados experimentales e interpretación teórica» (junio de 1980), en el que introdujeron la hipótesis del impacto de un cuerpo extraterrestre.

Establecida la causa más probable, quedaba la que podría considerarse la confirmación definitiva: encontrar los restos del cráter que, inevitablemente, se debió producir en aquel choque dantesco. La primera pregunta a plantear era si el impacto tuvo lugar en un continente o en un océano. Finalmente, en 1991 se halló su huella en México (tras 65 millones de años, por supuesto el cráter se ha rellenado), en la península de Yucatán, en la localidad de Chicxulub Puerto, en la costa septentrional, cerca de Mérida.

Al margen de otras consideraciones, la confirmación de que la Tierra sufrió en el pasado al menos un gran impacto y que este tuvo consecuencias muy importantes para la vida que se desarrollaba entonces en ella nos muestra con dramática claridad que, además de los azarosos e imprevistos procesos evolutivos basados en la supervivencia de los más aptos, también han intervenido en la historia de la evolución de las especies acontecimientos inesperados y catastróficos, llegados del espacio. La lista de cráteres provocados por otros impactos, para los que se encuentran restos en el registro pétreo, aumenta constantemente, planteando el problema de cuántos comparables o superiores al de Yucatán han llegado, y qué efectos han producido. Más aún, ¿es que no hemos visto con nuestros propios ojos (a través de telescopios), hace no mucho, en julio de 1994, el choque espectacular de fragmentos del cometa Shoemaker-Levy 9 con la superficie de Júpiter? Y agradezcamos a nuestra atmósfera que nos protege de muchos impactos de meteoritos. La Luna, que carece de atmósfera protectora, muestra con su granulada y golpeada superficie los efectos de esas inevitables lluvias cósmicas.

La hipótesis y posterior confirmación del impacto extraterrestre muestra lo fortuito de nuestra existencia como especie, porque pone en evidencia el frágil equilibrio sobre el que se basa esa existencia: ¿será nuestra especie víctima en el futuro del impacto de otro gran cuerpo extraterrestre que nos deparará el mismo destino que a los dinosaurios? Los impactos peligrosos para nuestra civilización exigen de cuerpos celestes de al menos varios cientos de metros de diámetro, y se estima que colisiones de este tipo se producen aproximadamente una vez cada 200.000 años. Más frecuente es la llegada de asteroides o de cometas pequeños, de algunas decenas de metros de diámetro, que se rompen o carbonizan al penetrar en la atmósfera terrestre.

Los dinosaurios desaparecieron, sí, aunque, como casi siempre sucede con lo que una vez fue, dejaron algunas huellas. Restos fósiles, por supuesto, pero también unos descendientes que perpetuaron su legado: las aves.

Variedad de la vida y clasificaciones

La variedad de formas animales y vegetales existentes en la Tierra —algo de lo que fue especialmente consciente Humboldt en sus viajes por América— es tan grande que pronto se manifestó la necesidad de descubrir cuáles y cuántas eran las especies vivas, primero, y de clasificarlas de alguna manera, después.

En su libro Investigación sobre los animales (siglo V a. C.), Aristóteles —injustamente más recordado como filósofo que como científico, pues fue uno de los más grandes naturalistas de la historia de la ciencia— ya intentó establecer una clasificación. En este sentido, escribía:

De los grandes géneros en que se dividen los demás animales citaremos los siguientes: el de las aves, el de los peces y el de los cetáceos. Todos estos están dotados de sangre. Otro género es el de los testáceos, conocidos con el nombre de conchados. Otro, el de los crustáceos que no tienen nombre único para designarlos, y que comprende, por ejemplo, las langostas y ciertas especies de cangrejos y bogavantes. Otro, el de los cefalópodos, como los calamares pequeños, los calamares grandes y las sepias. Otro, el de los insectos. Todos estos últimos animales carecen de sangre, y en caso de tener pies, estos son numerosos. Y entre los insectos, algunos también tienen alas. Entre los animales restantes, no se pueden establecer grandes grupos.

Como vemos, carecía de criterios de clasificación que no se refirieran a aspectos morfológicos exteriores.

Un discípulo y amigo de Aristóteles, Teofrasto, completó la obra de aquel con tratados botánicos, como Historia de las plantas, que incluían descripciones basadas en la presencia o ausencia de determinados caracteres en especies distintas. Es decir, se centró en la morfología (interna y externa) y evitó de esta manera un método, sencillo pero finalmente insatisfactorio, como podía ser agrupar las plantas y animales por el lugar en que se encontraban.

El descubrimiento de América, con la consiguiente exploración de las Indias occidentales por los españoles y las orientales por los portugueses, aportó una gran masa de seres desconocidos hasta entonces, una circunstancia que reforzó el sentimiento de que era preciso clasificar y ordenar las diversas manifestaciones, vegetales o animales, de la vida. «En las Indias —escribió el sacerdote José de Acosta— todo es portentoso, todo es sorprendente, todo es distinto y en escala mayor que lo que existe en el Viejo Mundo.» Gonzalo Fernández de Oviedo, después de los dos primeros viajes, publicó en 1527 por encargo del emperador un Sumario y, en 1535, la Historia general y natural de las Indias. De acuerdo con la tradición que incluía al hombre en la naturaleza describió a los indios como observador y dio su opinión sobre sus costumbres. La ordenación y descripción de las especies vegetales y animales se ajustaba a los signos externos: árboles y arbustos, animales terrestres y marinos. A falta de un criterio de clasificación, acudía a las apariencias y como únicamente describía los especímenes desconocidos para los europeos, las comparaciones con estos eran frecuentes. Algo parecido encontramos en la Historia general de las cosas de Nueva España, en la que fray Bernardino de Sahagún (1500-1590) se limitaba a la descripción exterior de las plantas y animales, y a las formas de su acción y comportamiento. No hay noticias de disecciones ni de clasificación de las especies, más allá del sistema aristotélico.

La culminación del estudio de la naturaleza americana debe situarse en la Historia natural y moral de las Indias (1590), del sacerdote José de Acosta, cuyo objetivo no fue ya una exposición descriptiva sino «declarar las causas y razón de las novedades y rarezas» de la naturaleza americana. Acosta integró este conjunto en el saber científico europeo, con una altura e independencia de criterio que mereció que Humboldt la calificase de estudio magistral del Nuevo Mundo y de fundamento de la geofísica moderna. Traducido al latín, alemán, neerlandés, francés, inglés e italiano, el tratado de Acosta tuvo veinticinco ediciones fuera de España.

En la tarea de clasificar a los seres que se observaban en la naturaleza destacaron inicialmente los botánicos, a la cabeza de ellos el naturalista sueco Carl von Linneo (1707-1778). En 1735, Linneo publicó un libro, Systema Naturae per regna tria naturae, secundum clases, ordines, genera, species cum characteribus, differentiis, synonymis, locis (Sistema natural), en el que estableció los principios que habrían de regir el sistema taxonómico que introdujo. En las plantas —la verdadera especialidad de Linneo— su método consistía en: 1) contar el número de estambres (órganos masculinos) para determinar la clase; 2) contar el número de pistilos (órganos femeninos) para determinar el orden. Era un método sencillo, al alcance de cualquiera: solo había que contar. A continuación propuso —en realidad no fue el primero en adoptar este método, pero sí quien más lo desarrolló— un sistema para nombrar las especies, que presentó en otro libro, Species plantarum (Especies de plantas, 1753): la denominada «nomenclatura binomial», formada por dos nombres, el género y la especie. El latín era el idioma que utilizaba y exigía Linneo. El género expresa la pertenencia a un grupo de plantas o de animales, mientras que la especie distingue a los del mismo género y puede venir definida por epítetos que se refieren a muy diversas cosas: origen geográfico, características cromáticas, estructura del organismo, una persona, etc. Por ejemplo, Solanum es el término latino para un género —formado por aproximadamente 1.400 especies— que incluye árboles, arbustos y herbáceas; la patata, que pertenece a este género, se denomina Solanum tuberosum («que produce tubérculos subterráneos«), y el tomate es Solanum lycopersicum («melocotón de lobo»).

En resumen, si añadimos el concepto de reino, con el que se dividía la naturaleza en tres grupos (mineral, vegetal y animal), tenemos que el sistema de Linneo organizaba la naturaleza en cinco niveles: reino, clase, orden, género y especie. De hecho, siguiendo a otro gran naturalista, el inglés John Ray (1627-1705), Linneo clasificó a los mamíferos según sus dientes, a las aves según sus picos, a los peces por sus aletas, a los insectos por sus élitros (alas anteriores) y a los anfibios e invertebrados de acuerdo con sus características morfológicas. Limitándonos, como ejemplo, a los mamíferos, que para Linneo ocupaban la posición más elevada de la pirámide natural, los organizó (hacia 1758) de la siguiente manera:

1. Primates (preeminentes): hombre, monos, lémures, murciélagos, etc.

2. Bruta (pesados): elefantes, manatíes, osos hormigueros, etc.

3. Ferae (fieras): focas, perros, lobos, hienas, nutrias, etc.

Instalado en Nueva Granada (Colombia, Venezuela, Ecuador, Perú, Panamá), a partir de 1760, como médico del nuevo virrey, José Celestino Mutis realizó contribuciones extraordinarias al conocimiento de la flota americana, informando continuamente de sus resultados a los principales botánicos europeos, Linneo entre ellos.

4. Bestiae (bestias): cerdos, armadillos, erizos, topos, etc.

5. Glires (roedores): rinocerontes, liebres, conejos, ratones, ardillas, etc.

6. Pecora (ganados): camellos, llamas, cabras, jirafas, etc.

7. Bellua (cargadores): caballos, burros, cebras, hipopótamos, etc.

8. Cetae (marinos): ballenas, marsopas, delfines, etc.

Una clasificación muy arbitraria. Eso sí, se atrevió a incluir en esta escala a los humanos, dentro de los primates. De hecho, también les aplicó su nomenclatura binomial, denominándolos Homo sapiens, lo que no es óbice para que los considerara la cumbre de la creación.

Pero continuemos con la historia de la vida en la Tierra.

Insectos y aves

Antes que las aves, aparecieron otros organismos vivos voladores: los insectos. Aproximadamente un tercio de todos los animales modernos conocidos de la Tierra son insectos: más de 800.000 especies. De hecho, la quinta parte de todos los animales conocidos son escarabajos, miembros de un solo orden de insectos, los coleópteros. Se los encuentra en todas partes (salvo en mar abierto), incluso en los escenarios menos hospitalarios para los humanos y para la mayoría de las restantes especies, como las fuentes termales sulfurosas o los escapes de petróleo. Si alguna vez se produce el invierno nuclear del que habló Carl Sagan, un mundo destruido por una descomunal explosión nuclear que envuelva a la Tierra con radiaciones y polvo que impida recibir la luz del Sol (algo parecido a lo que sucedió con el gran meteorito que impactó en el golfo de México hace 65 millones de años, con el que acabamos de encontrarnos), no hay duda de qué especies sobrevivirán mejor: los insectos. Son tan numerosos que por cada humano existen varios cientos de kilogramos, probablemente más de una tonelada, de insectos.

Aunque en general son de tamaño pequeño, se encuentran algunas excepciones, como el escarabajo Goliat del África ecuatorial, cuyos machos pueden llegar a pesar 100 gramos, y algunos insectos palo que miden hasta 30 centímetros de longitud. Muchas especies de insectos han desarrollado habilidades muy refinadas, como la socialización: como es bien sabido, abejas, hormigas o termitas llevan vidas sociales y practican sistemas de cooperación social, de enorme complejidad y eficacia. Y otra de esas habilidades, la que nos interesa aquí, es la de volar.

Los insectos fueron los primeros seres que pudieron volar, pero si nos fijamos son bastante diferentes a los otros seres voladores: las aves. De entrada, estas son animales vertebrados, mientras que aquellos no. En segundo lugar, las alas de los insectos no son formas modificadas de sus patas, lo que explica que muchos se muevan (anden, corran, suban) con gran facilidad, mientras que los voladores vertebrados, que desarrollaron sus alas a partir de sus extremidades delanteras, tienen en general mucho más limitadas sus habilidades de desplazarse.

¿Cuándo desarrollaron los insectos la capacidad de volar? No se conoce con seguridad, pero se sabe que los primeros fósiles de insectos —y no hay muchos: el más antiguo encontrado tiene 396 millones de edad— corresponden a especies sin alas. Los fósiles de insectos con alas más antiguos que se han encontrado son especímenes que ya habían desarrollado completamente sus facultades voladoras; en otras palabras, no se conocen eslabones intermedios entre los insectos capaces o incapaces de volar, lo que, obviamente, dificulta descubrir los estadios y mecanismos que condujeron de unos a otros, ni cuándo se produjo la transición, si es que la hubo. A pesar de esta dificultad, se han propuesto algunas hipótesis como, por ejemplo, que los primeros insectos voladores se desarrollaron a partir de formas más ancestrales que vivían en el agua, moviéndose sobre todo por su superficie. Estas desarrollarían apéndices (protoalas) adosados a su tórax y abdomen para nadar o desplazarse por la superficie y, más tarde, para correr por esta, para dar saltos o para planear sobre distancias cortas. Los beneficios que obtendrían de estas habilidades (como poder escapar más fácilmente de los depredadores) favorecerían el que las protoalas se hicieran más grandes, convirtiéndose finalmente en alas tal como las entendemos ahora, con las que podrían volar. Pero como decimos, esta es una entre otras hipótesis. Otra más reciente, completamente diferente, supone que los insectos desarrollaron sus alas para recoger más radiación solar; para calentarse más, algo que les era necesario puesto que con sus pequeños cuerpos no podían recibir mucha radiación del Sol. Provistos de alas, dispondrían de más energía para realizar funciones metabólicas: por ejemplo, sus músculos podrían contraerse con mayor rapidez y así ser más activos, con los obvios beneficios que esto acarreaba.

Los procesos evolutivos que condujeron a que aparecieran los insectos voladores están comprendidos en el lapso de tiempo que va del Devónico temprano (hace poco más de 400 m. a.), en el que se han encontrado unos pocos fósiles de insectos primitivos sin alas, hasta comienzos del Carbonífero (hace 358 m. a.), momento en el que ya existieron insectos con alas completamente desarrollados.

Ya vimos que la atmósfera terrestre experimentó cambios importantes en su composición, en concreto en la proporción de oxígeno. Antes del Devónico, durante cientos de millones de años, el nivel de oxígeno atmosférico era unas tres cuartas partes del actual. Al final de ese período, hace aproximadamente 350 millones de años, la proporción comenzó a aumentar, alcanzando su máximo en el Carbonífero, momento en que se situó en el doble de la proporción actual. Después, en el Pérmico y el Triásico, empezó a disminuir hasta retornar, más o menos, a los niveles del Devónico.

Como hemos indicado, no es extraño pensar que la disponibilidad de cantidades mayores de oxígeno pudiera tener consecuencias fisiológicas y, a la postre, también orgánicas. Si junto con este razonamiento tenemos en cuenta que por lo que sabemos del registro fósil parece que los primeros insectos capaces de volar aparecieron a comienzos del Carbonífero, período en el que —como acabamos de recordar— la proporción de oxígeno atmosférico aumentó considerablemente, entonces hay que preguntarse si estos dos hechos pueden estar relacionados.

En este sentido hay que señalar que el aumento de oxígeno en la atmósfera tiene el efecto de incrementar la densidad del aire, mientras que apenas afecta a la viscosidad. Intuitivamente —es preciso demostrar esto sirviéndose de complejos conocimientos teóricos— parece que un hecho como este puede favorecer los desplazamientos por el aire de seres con extremidades del tipo de alas primitivas, y que ante semejante facilidad tales protoalas se desarrollasen hasta convertirse en verdaderas alas.

En cuanto a las implicaciones de índole fisiológicas, está el hecho de que el oxígeno es un magnífico combustible para producir energía que mueva los músculos, incluyendo los de las alas: pensemos, sin ir más lejos, en nosotros mismos, los humanos, y cómo nos influye el disponer de más o menos oxígeno. El hecho de que los insectos sean más livianos y frágiles que las aves significa que la atmósfera terrestre es relativamente más densa para ellos que para estas (sin que ello quiera decir que las aves no necesiten de esta fuente energética, que por supuesto necesitan). A pesar de que el menor peso de los insectos es un factor que favorece el vuelo, esa mayor densidad relativa de la atmósfera tiene como consecuencia que tengan que estar batiendo constantemente las alas para sostenerse en el aire: es como si «nadasen» en este elemento, aunque, por supuesto, los mecanismos que subyacen en sus vuelos (mecanismos que explica un resultado de la física, el teorema de Bernoulli) sean los mismos que en las aves. Estas también tienen que mover sus alas, pero pueden descansar planeando, una modalidad de vuelo apenas disponible para los insectos.

Los insectos voladores constituyen uno de los grandes —y más abundantes— «inventos» de la evolución de las especies.

Dinosaurios voladores: Archaeopteryx

Las aves surgieron de los dinosaurios, de un tipo de dinosaurio. El Archaeopteryx lithographica es un fósil que muestra un vínculo entre aves y reptiles. Su esqueleto es más de un reptil que de un ave, por lo que representa una forma de transición. Se trata de un animal, del tamaño de un cuervo, que se descubrió en 1861 en la cantera de caliza de Solnhofen, cerca de Pappenheim (Baviera, Alemania). Archaeopteryx significa «ala antigua» y lithographica hace referencia a la roca donde se encontró, una caliza de grano lo suficientemente fino como para utilizarse en la fabricación de placas litográficas, capaz de preservar las impresiones de algo tan blando como las plumas. La edad que se le atribuye al yacimiento donde se encontró es de 145 millones de años, muy posterior, por tanto, a los primeros insectos fósiles. Su esqueleto es casi idéntico al de algunos dinosaurios terópodos, que, como ya se mencionó, caminaban sobre dos patas.

Charles Darwin mostró su alegría por el descubrimiento del Archaeopteryx, ya que uno de sus grandes problemas para sustentar su teoría de la evolución de las especies era, precisamente, que se encontrasen eslabones perdidos. Como El origen de las especies data de 1859 y el Archaeopteryx se descubrió en 1861, no pudo referirse a él en la primera edición de su libro, pero sí a partir de la cuarta edición (1866), en la que se puede leer (en el capítulo X):

Citaré ahora algunos ejemplos para aclarar las observaciones precedentes y para demostrar lo expuestos que estamos a error al suponer que grupos enteros de especies se hayan producido súbitamente [...] No hace mucho tiempo, los paleontólogos suponían que la clase entera de las aves había empezado a existir súbitamente durante el período Mioceno; pero hoy sabemos, según la autoridad del profesor Owen, que es seguro que durante la sedimentación de la arenisca verde superior vivió un ave y, aún más recientemente, ha sido descubierta en las pizarras oolíticas de Solnhofen la extraña ave Archaeopteryx, con una larga cola como de saurio, la cual lleva un par de plumas en cada articulación, y con las alas provistas de dos uñas al desnudo. Difícilmente ningún descubrimiento reciente demostrará con más fuerza que este lo poco que sabemos hasta ahora de los habitantes anteriores del mundo.

Tras el descubrimiento del Archaeopteryx, durante mucho tiempo no se encontraron más fósiles de este tipo, pero a mediados de la década de 1990 aparecieron algunos en sedimentos lacustres de China. Todos estos nuevos fósiles de dinosaurios con plumas datan de hace entre 135 y 110 millones de años, más recientes, por tanto, que el Archaeopteryx. En consecuencia, debieron de existir diversos tipos de estos antecesores de las aves, un hecho que conduce a la pregunta crucial de por qué aparecieron las plumas en los dinosaurios.

Entre las explicaciones que se dan, la más plausible es que los dinosaurios carnívoros (como eran los terópodos) desarrollaron unas patas delanteras más largas y con garras para poder asir con fuerza. Esto favoreció la evolución de músculos que permitían extender con rapidez las patas delanteras y recogerlas, el tipo de movimiento que se utiliza también para batir las alas al volar. Luego debió de producirse el recubrimiento del cuerpo con plumas, seguramente como aislante. Una vez provistos de estos elementos, bien pudo suceder que los terópodos, que en parte vivían en los árboles, los utilizasen para saltar de un árbol a otro o de un árbol al suelo, transformando finalmente el salto en un planeo, con las obvias ventajas que semejante facultad les reportaría (por ejemplo, para poder alimentarse o escapar del enemigo). También, por supuesto, el vuelo pudo haber surgido de las carreras y saltos que los dinosaurios con plumas tenían que realizar para escapar o atrapar presas. Las extremidades delanteras cada vez más largas ayudarían en esos saltos, y no es descabellado imaginar que por ello se favorecieron cambios (mutaciones) que produjesen alas de mayor superficie. Existen ejemplos de especímenes y comportamientos de este tipo, como es el caso de las perdices de Chukar, una especie de ave galliforme que se puede encontrar en el Mediterráneo oriental, Asia central y China: apenas vuelan, pero baten sus alas sobre todo para ayudarse a correr cuesta arriba.

Naturalmente, pasos como estos constituyen únicamente los primeros estadios que condujeron a las aves propiamente dichas como especies diferenciadas de los dinosaurios con plumas. Después llegarían innovaciones —producidas por los mecanismos evolutivos— como huesos ligeros, y sin embargo muy resistentes, y otros elementos de que disponen las aves y que les permiten volar como lo hacen. Pero lo que nos interesa ahora es, simplemente, entender cómo pudieron llegar a aparecer seres tan singulares, con una facultad, la de volar, que nos resulta tan extraña y admirable a los humanos.

Sin embargo, los insectos y las aves no son los únicos seres capaces de volar. Sabemos que hay peces voladores y tampoco son desconocidos los murciélagos, aunque en este último caso todavía hay quienes piensan que son aves y no mamíferos. En realidad, los murciélagos son los únicos mamíferos que vuelan, entendiendo por volar la capacidad de sostenerse en el aire durante mucho tiempo mediante el movimiento de alas que permiten variar la dirección del movimiento.

Además de que unos son mamíferos y otros no, existen otras diferencias notables entre murciélagos y aves. Las alas de estas surgieron de la reducción de los dedos de las extremidades de los dinosaurios y de la aparición sobre sus extremidades de plumas, mientras que en los murciélagos los dedos son muy largos y soportan entre ellos una membrana que se extiende entre dedos y cuerpo, constituyendo un tipo de ala diferente a la de un ave. Es interesante señalar que los murciélagos son capaces de realizar vuelos complicados, no únicamente planeos, pero que existen otros mamíferos que «vuelan», aunque limitándose a planear, como las ardillas voladoras, que poseen un pliegue de piel cubierta de pelo que pueden extender como si fuese un paracaídas para desplazarse hasta 35 metros, o los lémures voladores de Filipinas.

Homo sapiens

Con procesos y mecanismos como los que hemos descrito, se fue desbrozando el camino que finalmente condujo a la aparición de formas «superiores» de vida, entre ellas los homínidos, a la que pertenece nuestra variedad, el Homo sapiens. Nuestros antecesores surgieron hace unos 200.000 años, aproximadamente. Los Homo sapiens pertenecen al orden de los primates, que surgió junto con otros grupos de mamíferos, hace unos 65 millones de años, cuando se estaban extinguiendo los últimos dinosaurios. Los primates se diversificaron mucho durante el Cenozoico y se extendieron por África, Europa y América. Hace más de 20 m. a., apareció en África el grupo de los hominoideos, en el que se clasifican los humanos y que incluye muchas especies ya extinguidas y varias especies actuales de gorilas, orangutanes y chimpancés. Cada una de estas especies tiene su propio linaje evolutivo que se remonta a varios millones de años. Los chimpancés son los primates más próximos a los seres humanos. De hecho, al analizar el material hereditario de los cromosomas de los humanos y de los chimpancés se constata que tenemos un antecesor común, que vivió en África hace unos seis millones de años. De ese antecesor común (con el que compartimos nada menos que el 99,4 % de los genes) surgieron varios linajes de homínidos —por ejemplo, el Australopithecus afarensis o el Homo neanderthalensis (el célebre neandertal)—, de los cuales solo sobrevivimos nosotros. No sabemos realmente por qué fue así, qué sucedió para que únicamente los Homo sapiens salieran adelante.

La historia de la evolución humana, de los procesos de hominización y humanización, es fascinante. Sabemos que somos parientes no demasiado alejados de los orangutanes, algo más cercanos de los gorilas y mucho más aún, casi primos hermanos, de los chimpancés. También conocemos que el origen de la especie de la que surgimos se halla en África y que, aparentemente, algunos pequeños cambios morfológicos tuvieron enormes consecuencias, como los que hicieron posible que nuestros dedos índice y pulgar puedan ejecutar lo que se denomina «pinza de precisión», frente a la «pinza de presión» de los chimpancés. También resultó decisivo el hecho de que nuestro dedo gordo del pie dejase de poder oponerse a los demás, con lo que perdió capacidad de agarre pero facilitó, al estar alineado con los demás dedos, la locomoción bípeda: los humanos somos los únicos primates especialmente adaptados al bipedalismo, un modo de desplazamiento que permite tener las manos libres.

Somos testigos de nuestro pasado biológico. Son innumerables las huellas de ese pasado que se atisban en nuestros cuerpos, y no olvidemos que la vida terrestre comparte un código genético común. Las diferencias que existen entre unas y otras especies no consiguen ocultar los orígenes comunes. Así, todos los vertebrados con cuatro patas (tetrápodos) comparten ciertos tipos de huesos en sus extremidades. Estudiando los apéndices de tetrápodos tan diferentes como murciélagos, delfines, ovejas y humanos, se observa que las llamativas diferencias entre sus miembros son consecuencia de la evolución del mismo conjunto óseo, pero con modificaciones que se expresan en forma de alas, aletas, piernas y brazos.

Charles Darwin y la evolución de las especies

La historia de la aparición de la vida y de sus diferentes formas en la Tierra es como un mapa temporal que carece de un detalle importante: el de por qué fueron cambiando las especies. Y en este punto aparece uno de los grandes científicos de la historia: Charles Darwin (1809-1882).

Charles Robert Darwin nació en Shrewsbury (Inglaterra) el 12 de febrero de 1809, segundo hijo varón del respetado (y rico) médico Robert Waring Darwin y Susannah, hija mayor de Josiah Wedgwood, el fundador de la célebre dinastía de ceramistas. Fue, por consiguiente, un hombre de medios, una circunstancia que le permitió realizar la obra que llevó a cabo, pues nunca necesitó ganarse la vida con un trabajo «formal». Su abuelo paterno, Erasmus Darwin, también había sido un próspero médico, además de poeta, filósofo y botánico; de hecho, gracias a un libro que escribió, Zoonomia; or the Laws of Organic Life (Zoonomía, o las leyes de la vida orgánica, 1794-1796), es recordado como uno de los precursores de la teoría evolucionista.

En 1825, y tras haber pasado por la Shrewsbury School, el joven Charles se matriculó en la Universidad de Edimburgo, uno de los centros universitarios más distinguidos de Gran Bretaña. La idea era que estudiase medicina, la misma materia que ya estaba cursando su hermano Erasmus. Pero la crudeza de la práctica médica —en aquellos tiempos anteriores a las técnicas de asepsia y anestesia— no estaba hecha para la sensibilidad de Charles, quien pasó una buena parte de los dos años que estuvo allí más interesado en la historia natural y en vagar por los alrededores de Edimburgo, ocupado en la zoología y la geología.

Una vez que quedó claro que no deseaba continuar con los estudios médicos, su padre le propuso, para evitar que se «convirtiera en un señorito ocioso», que se hiciera clérigo rural, una idea que no le desagradó. Para prepararse, se matriculó en la Universidad de Cambridge, donde no fue un estudiante sobresaliente: le gustaba más divertirse con los amigos y continuar con sus actividades campestres. Pero de nuevo encontró quienes le ayudaron a profundizar en sus intereses (una de sus grandes habilidades, a lo largo de toda su vida, fue encontrar ayuda en otros). Los principales fueron John Henslow, catedrático de mineralogía y de botánica, y Adam Sedgwick, catedrático de geología.

Es curiosa la vida. Sabemos muy bien que una circunstancia inesperada puede cambiar la biografía futura de una persona, aunque naturalmente existen sobrados ejemplos de gente que vislumbra con claridad desde muy temprano lo que desea hacer el resto de su vida, persiguiendo con determinación su proyecto vital.

¿Habría sido la vida de Charles Darwin la misma o, mejor, habría realizado las aportaciones a la ciencia que llevó a cabo si no se hubiese producido una circunstancia inesperada? Me refiero a la oferta, en 1831, de embarcarse en un barco de la Marina británica que iba a realizar un largo periplo: el Beagle. Es más que dudoso. En primer lugar, porque debido a lo que vio durante aquellos años se convenció de que las especies se modifican. En segundo lugar, porque entonces adquirió unas costumbres, unos hábitos de análisis y argumentación, que harían de él el científico que fue a partir de entonces. No es sorprendente que en su autobiografía escribiese:

Con su teoría de la evolución de las especies, Charles Darwin cambió para siempre la idea que los humanos tenían de su origen, así como de las relaciones (de parentesco) entre todas las manifestaciones de la vida en la Tierra.

El viaje del Beagle ha sido, con mucho, el acontecimiento más importante de mi vida y determinó toda mi carrera. Volviendo la vista atrás puedo percibir ahora cómo mi amor por la ciencia se impuso gradualmente a cualquier otro gusto. Descubrí, aunque de manera inconsciente e irreflexiva, que el placer de observar y razonar era muy superior al de las destrezas y habilidades deportivas.

Tras algunos retrasos debidos al mal tiempo, el Beagle zarpó de Plymouth el 27 de diciembre de 1831, con Darwin a bordo, e inició una travesía que lo llevó a las islas de Cabo Verde, Río de Janeiro, Montevideo, Bahía Blanca, Buenos Aires, Santa Fe, la Patagonia y la Tierra del Fuego, el estrecho de Magallanes, Valparaíso, Perú, el archipiélago de las Galápagos, Tahití, Nueva Zelanda, Australia, el cabo de Buena Esperanza, así como a las islas de Ascensión, Canarias y Azores, antes de regresar a Inglaterra el 2 de octubre de 1836. Fue el viaje de su vida, y una de las grandes expediciones de la historia de la ciencia.

Entrar en lo que vio y aprendió Darwin durante aquellos años sería una tarea imposible en unas pocas páginas. Disponemos, afortunadamente, del libro (al que ya aludí) en el que narró sus experiencias, publicado inicialmente en mayo de 1839 como el tercer volumen de la obra dirigida por el capitán FitzRoy Narrative of the Surveying Voyages of His Majesty’s Ships Adventure and Beagle, between the Years 1826 and 1836 (Narración de los viajes de exploración de los barcos de su majestad Adventure y Beagle, entre los años 1826 y 1836). En 1845 se publicó en solitario con el título de Journal of Researches into the Natural History and Geology of the Countries Visited by HMS Beagle Round the World (Diario de investigaciones sobre la historia natural y la geología de los países visitados por el HMS Beagle alrededor del mundo). En 1899, apareció una traducción al castellano, con el título de Viaje de un naturalista alrededor del mundo, la primera de muchas que seguirían en el futuro.

Leyendo este libro, que dio a Darwin un gran reconocimiento entre el público general, se comprueba que las experiencias que vivió durante aquellos cinco años no solo fueron las propias de un naturalista y geólogo, sino también las de un intrépido aventurero, muy al estilo de Humboldt.

Un detalle importante es que muy poco antes de que el Beagle zarpase, Henslow recomendó a Darwin que se llevará el primer volumen de Principles of Geology, de Charles Lyell, que acababa de aparecer. Darwin lo estudió con detenimiento. El primer lugar que examinó, Santiago, en las islas de Cabo Verde, le «mostró con claridad la maravillosa superioridad del tratamiento de la geología por parte de Lyell en comparación con cualquier otro autor cuyas obras llevaba conmigo o había leído con anterioridad». Antes, en una carta que dirigió el 29 de agosto de 1844 al geólogo aficionado (y suegro de Lyell) Leonard Horner, había manifestado que «siempre tengo la sensación de que mis libros salen a medias del cerebro de Lyell y que nunca lo reconozco suficientemente, ni sé cómo puedo, sin decirlo en tantas palabras, pues siempre he creído que el gran mérito de The Principles [of Geology] era que alteraba el tono completo del propio pensamiento y, por consiguiente, que cuando se veía una cosa nunca vista por Lyell, uno lo seguía viendo parcialmente a través de sus ojos». De hecho, en 1842 publicó The Structure and Distribution of Coral Reefs (La estructura y distribución de los arrecifes de coral), en donde presentó su teoría sobre la formación de los arrecifes de coral. En su introducción, escribió:

El objeto de este volumen es describir, según mi propia observación y los estudios de otras personas, las principales clases de arrecifes de coral, sobre todo las que se encuentran en el océano abierto, y explicar el origen de esas peculiares formas. Debido a las limitadas profundidades a las que pueden vivir los pólipos que construyen los arrecifes, junto con otras circunstancias, estamos obligados a concluir, como se verá, que en los atolones y los arrecifes barrera, el cimiento sobre el que el coral estaba originalmente unido se ha hundido; y que durante este movimiento descendente, los arrecifes han crecido hacia arriba.

El registro fósil fue, no obstante, uno de los grandes problemas con que se encontró más tarde a la hora de defender su teoría de la evolución, ya que, si las especies habían ido transmutándose lentamente, deberían encontrarse muestras en las que se observasen esas transiciones graduales. En este sentido, en el capítulo 6 de El origen de las especies, dedicado a «Dificultades de la teoría», escribía: «como según esta teoría, tienen que haber existido innumerables formas de transición, ¿por qué no las encontramos enterradas en número sin fin en la corteza terrestre?», añadiendo inmediatamente que discutiría tal cuestión en otro capítulo (el 9) y que «aquí diré solo que creo que la respuesta estriba principalmente en que los registros son incomparablemente menos perfectos de lo que por lo general se supone. La corteza terrestre es un inmenso museo; pero las colecciones naturales han sido hechas de un modo imperfecto y solo a largos intervalos».

Está claro, por consiguiente, que Darwin aprendió mucho en sus años de viaje en el Beagle, pero ¿se convenció entonces de que las especies evolucionan? La respuesta es que empezó a pensar en semejante dirección: más que convencerse completamente, su conversión en un evolucionista constituyó un proceso gradual, en el que fue analizando de manera crítica observaciones muy diversas.

Un conjunto de esas observaciones procedieron del archipiélago de las Galápagos, al que el Beagle llegó a mediados de septiembre de 1835. Algún tiempo después de abandonar las islas, probablemente en el verano de 1836, cuando el barco se dirigía hacia Inglaterra, Darwin compuso un cuaderno titulado «Notas ornitológicas» (publicado en 1963) que muestra que ya había comenzado a pensar en la evolución de las especies antes de regresar a su patria. Entre lo que anotó allí se encuentra el siguiente pasaje:

Estos pájaros son afines a la tenca chilena [en realidad no eran tencas, sino sinsontes]. He recogido especímenes de cuatro de las islas principales. En cada isla se encuentra solo un tipo y las costumbres son indistinguibles. Cuando yo recolectaba ejemplares, los españoles sabían de qué isla provenía cada tortuga por la forma y el tamaño del cuerpo y por las escamas. Si comparo las islas partiendo de los pocos ejemplares de animales que poseo en mi colección y de las aves que las pueblan, y viendo las pequeñas diferencias en cuanto a estructura y el lugar que ocupan en la naturaleza, no puedo sino sospechar que nos encontramos solo ante variedades. De existir el más mínimo fundamento que explique estos comentarios sobre la zoología de los archipiélagos, habrá que estudiarlo, pues podría dar por tierra con la noción de la estabilidad de las especies.

Sus impresiones se vieron reforzadas, ya instalado de nuevo en Inglaterra, gracias a John Gould, un taxónomo de la Zoological Society. En marzo de 1837, mientras estudiaba las aves recogidas por Darwin en las Galápagos, Gould identificó varias especies de pinzones, cuyos picos se habían adaptado para comer insectos, cactus o semillas. Pensó entonces que estas variedades de pinzones probablemente vivían cada una en islas diferentes, pero no podía asegurarlo porque Darwin no las había etiquetado indicando el lugar del que las recogió. Las indicaciones de Gould dieron pie a que Darwin se preguntase si las semejanzas entre los pinzones de islas diferentes no serían restos de un antepasado común. Fruto de todo esto es que, entre abril de 1837 y septiembre de 1838, llenó varios cuadernos de notas con observaciones e ideas sobre un amplio rango de temas. Se trata de los conocidos como Cuaderno Rojo, el primero, al que siguen los cuadernos A, dedicado exclusivamente a la geología, y B, C, D y E, que se limitan a cuestiones evolutivas. Además están los cuadernos M y N, una serie independiente de la anterior, iniciada al mismo tiempo que el cuaderno D, que contienen reflexiones más «metafísicas». En en la página 36 del cuaderno B, que comenzó a escribir en junio o julio de 1837, aparece un esquema que rara vez deja de ser reproducido en las obras dedicadas a Darwin: unas líneas similares a un árbol con ramas de las que brotan otras ramas. Es el árbol de la evolución o de la vida.

Por consiguiente, tenemos que, aunque lo materializara en parte tras regresar a Inglaterra, el hecho es que lo que vio en las Galápagos fue muy importante para Darwin. Es famosa la carta que envió el 11 de enero de 1844 al especialista en taxonomía y geografía de plantas Joseph Dalton Hooker (1817-1911), director de los Jardines Botánicos de Kew entre 1865 y 1885 y un amigo fiel de Darwin durante casi cuarenta años. En ella, escribió:

Me impresionó tanto la distribución de los organismos de las Galápagos [...] y [...] el carácter de los mamíferos fósiles de América, que decidí reunir a ciegas toda suerte de hechos que pudieran tener que ver de alguna forma con lo que son las especies. He leído montones de libros de agricultura y horticultura, y no he parado de recoger datos. Por fin han surgido destellos de luz, y estoy casi convencido (totalmente en contra de la opinión con la que empecé) de que las especies no son (es como confesar un crimen) inmutables. El Cielo me libre del disparate de Lamarck de «una tendencia al progreso», «adaptaciones debidas a la paulatina inclinación de los animales», etc., pero las conclusiones a las que he llegado no son muy diferentes de las suyas, aunque sí lo son por completo los instrumentos del cambio. Creo que he descubierto (¡esto es presunción!) la simple forma por medio de la cual las especies devienen exquisitamente adaptadas a varios fines.

La referencia a Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, caballero de Lamarck (1744-1829), es apropiada para señalar algo que debería ser bien sabido: que hubo otros que creyeron en la variación de las especies antes que Darwin. Incluso él mismo reconoció este hecho en El origen de las especies. En efecto, en la primera edición oficial (esto es, con permiso de Darwin) publicada en América, incorporó una «Noticia histórica del desarrollo de las ideas acerca del origen de las especies antes de la publicación de la primera edición de la obra». Allí, y buscando sobre todo evitar polémicas, mencionó a un buen número de los que consideraba precursores del evolucionismo, entre los que se encontraban Aristóteles, Geoffroy Saint-Hilaire, su abuelo Erasmus Darwin, Robert Grant, su antiguo mentor en Edimburgo, y, sobre todo, Lamarck, que siempre estuvo presente en sus escritos: «Lamarck fue el primero cuyas conclusiones sobre este asunto despertaron mucho la atención».

Un lugar en el que este naturalista francés defendió que las especies cambian es en un libro publicado el mismo año en que nació Darwin: Philosophie zoologique (Filosofía zoológica). Allí, sostenía que las variaciones se producen en el individuo por causas debidas a las circunstancias en que vive, y luego se transmiten a su progenie. Entre los ejemplos que empleaba en este libro, uno es particularmente conocido, el de las jirafas:

Se sabe que este animal, el más alto de los mamíferos, vive en el interior de África, donde la región árida y sin praderas lo obliga a ramonear los árboles. De este hábito, sostenido después de mucho tiempo, en todos los individuos de su raza, resultó que sus patas delanteras se han vuelto más largas que las de atrás, y que su cuello se ha alargado de tal manera que el animal, sin alzarse sobre las patas traseras, levanta su cabeza y alcanza con ella seis metros de altura.

Darwin no aceptó tal mecanismo, pero ¿cuál sostuvo él?; porque necesitaba algo, una teoría que diese sentido a la evolución. No bastaba con las observaciones que realizó durante el viaje en el Beagle, ni lo que luego aprendió sobre los cambios producidos por la selección artificial de animales domésticos. Encontró la clave en las ideas del economista Thomas Robert Malthus, tal como este las había expuesto en un libro de 1826: An Essay on the Principle of Population (Ensayo sobre el principio de la población). En su autobiografía se refirió a este punto:

En octubre de 1838, es decir, quince meses después de haber iniciado mi indagación sistemática, leí por casualidad el libro de Malthus sobre la población, y, como, debido a mi larga y continua observación de los hábitos de los animales y las plantas, me hallaba bien preparado para darme cuenta de la lucha universal por la existencia, me llamó la atención enseguida que, en esas circunstancias, las variaciones favorables tenderían a preservarse, y las desfavorables a ser destruidas. El resultado de ello sería la formación de nuevas especies.

Con la base teórica que le proporcionó Malthus, Darwin continuó tomando notas y explorando nuevas avenidas de pensamiento. En el verano de 1842 pensaba que sus investigaciones habían llegado a un punto en que estaba preparado para escribir un esbozo de su teoría, basada en un principio al que denominó «selección natural».

Por entonces ya era un hombre casado: contrajo matrimonio el 29 de enero de 1839 con una de sus primas carnales, Emma Wedgwood. Inicialmente vivieron en Londres, pero en 1842 adquirieron una propiedad —una casa (Down House), en una finca de unas seis hectáreas— en el pequeño pueblo de Downe, en Kent, a 25 kilómetros de Londres. Se mudaron a ella a mediados de septiembre. Allí pasaría la mayor parte del resto de su vida. El antiguo joven aventurero que no dudaba en viajar durante meses por las pampas argentinas, llenas de peligros, o aventurarse en las islas en donde recalaba el Beagle, se convirtió en un hombre enfermo, castigado constantemente por palpitaciones, dolores de estómago, vómitos y mareos, siendo incapaz con frecuencia de continuar trabajando. Como remedios, siguió tratamientos hidropáticos en algunos centros, que consistían en duchas de agua fría, envolverse en sábanas húmedas, friegas, enemas e irrigaciones. Nunca ha existido consenso acerca de la causa de sus enfermedades. Algunos piensan que su origen debió de ser psicosomático, debido a las fuertes tensiones emocionales que le producía su trabajo, cargado de implicaciones de índole religiosa. Otros asocian su mal a la enfermedad de Chagas, pensando que las fiebres que padeció durante uno de sus viajes por Argentina y después en los Andes se debieron a la picadura de la vinchuca o chinche besucona, portadora del parásito protozoario Trypanosoma cruzi, que causa este mal.

A pesar de la incapacidad que le acosó, su vida —más bien, su reclusión, ya que terminó viajando muy poco— en Down fue un prodigio de laboriosidad. Cierto es que toda la familia le ayudaba, así como la servidumbre. Además, se benefició de la correspondencia como pocos científicos han hecho a lo largo de la historia. Escribió o recibió unas 14.000 cartas, que se conservan en bibliotecas de todo el mundo, y debió de haber otras tantas que se han perdido. En este sentido, utilizando las palabras de Janet Browne, «no solo vivió su propia vida, vivió también en las vidas de otros... Solo en su escritorio, capitán de su barco, anclado con seguridad en su casa de campo en el límite de una minúscula villa en Kent, fue al tiempo gerente, director ejecutivo, agente y estratega de una empresa de ámbito mundial».

Continuando con sus trabajos, tenemos que en 1844 corrigió y amplió el esbozo de 1842, hasta las 230 páginas (52.000 palabras). Se lo mostró solo a Hooker, pero era muy consciente de su importancia y dio instrucciones a su esposa para que se encargase de publicarlo si moría antes de escribir la gran obra que planeaba (dejó 400 libras al efecto). Ahora bien, aunque el ensayo de 1844 contiene muchas coincidencias con El origen de las especies, todavía pasarían quince años hasta que este fuese publicado. ¿Por qué?

La razón por la que transcurrió tanto tiempo hasta la escritura y publicación de El origen de las especies es que el exigente espíritu de Darwin no se conformaba con algunos indicios, por muy claros que estos pareciesen. Deseaba estar seguro, y así se convirtió en un infatigable, casi obseso, buscador de hechos, de detalles que completasen el gran rompecabezas que quería componer: nada más y nada menos que la historia natural de la Tierra. En este punto reside precisamente su singularidad. Como hemos visto, algunos antes que él pensaron en la existencia de procesos evolutivos, pero disponían de pocas evidencias y de mecanismos muy cuestionables (si es que tenían alguno), mientras que Darwin contaba con una idea plausible (la de Malthus) y una enorme cantidad de datos que la sustentaban.

Quizá habría continuado trabajando así, con puntillosa meticulosidad, para finalmente —¿quién sabe cuándo?— escribir el gran libro que planeaba sobre la evolución de las especies —¿en varios volúmenes?—, si no hubiera sido por un personaje inesperado: Alfred Russel Wallace (1823-1913), que llegó, básicamente, a las mismas conclusiones que él. En febrero de 1858, mientras soportaba un ataque de fiebre en la isla de Gilolo, Wallace llegó (también inspirándose en Malthus) a esencialmente la misma idea de la selección natural que comúnmente se adjudica en exclusiva a Darwin. Y desde otra isla, Ternate, envió a Darwin el manuscrito que preparó: «Sobre la tendencia de las variedades a alejarse indefinidamente del tipo original».

Cuando este lo recibió, consultó inmediatamente con Lyell y con Hooker, quienes arreglaron todo para que el artículo de Wallace se publicará en el Journal of the Proceedings of the Linnean Society, junto con otro preparado rápidamente por Darwin y un extracto de la carta que este había enviado al naturalista norteamericano Asa Gray el 5 de septiembre de 1857. Firmado por ambos (en orden alfabético) y bajo el título conjunto de «De la tendencia de las especies a formar variedades, y de la perpetuación de las variedades y especies por medios naturales de selección», el comunicado fue leído ante la Sociedad Linneana el 1 de julio de 1858.

Un efecto positivo del artículo de Wallace fue que Darwin se decidió —o mejor, se vio «obligado»— a escribir rápidamente un libro sobre la teoría en la que llevaba trabajando tanto tiempo, aunque fuese un resumen de la obra que pensaba escribir. El resultado fueron 513 páginas, incluyendo índices, tituladas On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life (Sobre el origen de las especies por medio de selección natural, o la preservación de especies favorecidas en la lucha por la vida), una de las joyas de la cultura más universal. Los 1.250 ejemplares que se pusieron a la venta el 24 de noviembre de 1859 se agotaron el mismo día, debido a las peticiones de los libreros.

A partir de entonces la humanidad nunca miraría su pasado como había hecho antes. Las especies, enseñó Darwin en este libro, han ido variando a lo largo del tiempo, estimuladas en su variación por el entorno en el que vivían y la presión de la competencia de otras especies; no hay una tendencia intrínseca que obligue a las especies a evolucionar en una dirección determinada, ni existe una fuerza que las empuje a avanzar según una jerarquía predeterminada de complejidad. Se puede y debe hablar de «evolución de las especies», es cierto, pero se trata de un proceso básicamente abierto, sin final único. Si se trasladan especies a lugares diferentes y aislados, cada una de ellas cambiará sin referencia a las otras, y el resultado sería un grupo de especies distintas, aunque relacionadas. Ahora bien, el término «evolución», en la actualidad asociado a la teoría darwinista, no aparecía en la primera edición de El origen de las especies. Darwin lo empleó por primera vez en su libro The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (El origen del hombre, y la selección en relación con el sexo,1871) y en la sexta —y última— edición de El origen de las especies (1872), la misma en la que se eliminó la preposición On del título. Tampoco hablaba de «transmutaciones», como había hecho con frecuencia antes; en su lugar utilizaba «modificación y coadaptación», «descendencia con modificación» o «teoría de la descendencia». Está claro que deseaba evitar en lo posible el problema de herir la sensibilidad (y las ideas religiosas) de sus lectores. También evitó aplicar su teoría a los humanos. Solo encontramos una breve alusión al respecto casi al final del libro, en el último capítulo, en donde Darwin escribió:

En el futuro distante veo amplios campos para investigaciones mucho más importantes. La psicología se basará sobre nuevos cimientos, el de la necesaria adquisición gradual de cada una de las facultades y aptitudes mentales. Se proyectará luz sobre el origen del hombre y sobre su historia.

Al final de su libro, concluía su alegato diciendo:

Así, la cosa más elevada que somos capaces de concebir, o sea la producción de los animales superiores, resulta directamente de la guerra de la naturaleza, del hambre y de la muerte. Hay grandeza en esta concepción de que la vida, con sus diferentes fuerzas, que ha sido insuflada en un corto número de formas o en una sola, y que, mientras este planeta ha ido girando según la constante ley de la gravitación, se han desarrollado y se están desarrollando, a partir de un principio tan sencillo, infinidad de formas más bellas y portentosas.

Esto en la primera edición. En la sexta, conciliador con las sensibilidades religiosas, después de «insuflada» añadió «por el Creador».

La publicación de El origen de las especies suscitó inmediatamente grandes pasiones en las que los argumentos científicos se mezclaban con consideraciones de índole política y religiosa. Abundan los ejemplos y los protagonistas de tales discusiones tempranas. Entre las disputas públicas, hubo una célebre: el debate que tuvo lugar en Oxford el 30 de junio de 1860, durante una de las sesiones de la multitudinaria reunión anual de la British Association for the Advancement of Science. En aquella ocasión se enfrentaron el obispo de Oxford, Samuel Wilberforce, y Thomas Henry Huxley, especialista en anatomía comparada y paleontología que ha pasado a la historia de la ciencia, junto con sus distinguidas contribuciones a las ciencias naturales, como el campeón en la defensa de la teoría de la evolución. El obispo preguntó a Huxley acerca de la creencia de que el hombre desciende de los monos, manifestando: «¿Procede esta ascendencia del lado de su abuelo o del de su abuela?». A lo cual, Huxley, el gran defensor de Darwin, respondió: «No sentiría ninguna vergüenza de haber surgido de semejante origen; pero sí que me avergonzaría proceder de alguien que prostituye los dones de cultura y elocuencia al servicio de los prejuicios y la falsedad».

En El origen se había concentrado en las variaciones inducidas en especies animales domesticadas, en la lucha por la existencia, en las leyes de la variación, en las dificultades que encontraba la teoría (como la imperfección del registro fósil), en las distribuciones geográficas de especies y en la embriología. Había algo de plantas, pero no demasiado. En los años siguientes, remedió algunas de estas carencias. En 1862 aparecía el primero de los libros que dedicó a estas cuestiones: On the Various Contrivances by which British and Foreign Orchids are Fertilised by Insects, and on the Good Effects of Intercrossing (Los diversos procedimientos mediante los cuales las orquídeas británicas y foráneas son fecundadas por los insectos); The Variation of Animals and Plants under Domestication (La variación de los animales y las plantas bajo domesticación) llegó en 1868, y ya más tarde, Insectivorous Plants (Plantas insectívoras, 1875), The Effects of Cross and Self Fertilisation in the Vegetable Kingdom (Los efectos de la fertilización cruzada y de la autofertilización en el reino vegetal, 1876), The Different Forms of Flowers on Plants of the Same Species (Las diferentes formas de flores en las plantas de la misma especie, 1877) y The Power of Movement in Plants (El poder del movimiento en las plantas, 1880).

Representación —a la que se ha añadido un humanoide— de los diferentes esqueletos entre especies cercanas a Homo sapiens que Thomas H. Huxley incluyó en uno de sus libros, Man’s Place in Nature (1894).

Hay que tener en cuenta que el estudio de las plantas se ajustaba bastante bien a las posibilidades de Darwin en su propiedad de Downe. En ella podía, en efecto, realizar él mismo sus experimentos. El primero de los libros citados, dedicado a la fecundación de las orquídeas, se enmarca en ese contexto. En él concluía que las flores, y esta variedad en particular, habían «evolucionado», y que uno de los principales estímulos para ello había sido el atraer insectos con el fin de que estos las ayudasen en la reproducción sexual. En sus palabras:

¿Podemos sentirnos satisfechos al decir que cada orquídea fue creada, exactamente tal como la vemos ahora, a partir de cierto «tipo ideal»; que el Creador omnipotente, habiendo establecido un plan para todo el orden, no se salió de este plan; que Él, por tanto, hizo que el mismo órgano llevara a cabo diversas funciones —a menudo de trivial importancia en comparación con su función real—, convirtió otros órganos en meros rudimentos inoperantes y los organizó a todos como si tuvieran que estar separados y después hizo que se fusionaran? ¿No es una idea más sencilla y comprensible que todas las Orchideae deben lo que tienen en común al hecho de descender de una planta monocotiledónea, que, como muchas otras de la misma clase, poseía quince órganos ordenados alternadamente tres dentro de tres en cinco verticilos, y que la actual estructura maravillosamente modificada de la flor se debe a una larga trayectoria de paulatina modificación, en la que se ha preservado cada modificación que resultó útil para la planta, durante los incesantes cambios a los que quedó expuesto el mundo orgánico e inorgánico?

Otro de esos libros, La variación de los animales y las plantas bajo domesticación, es importante no solo por los análisis de muy diversas especies que Darwin efectuó allí, sino también porque en él se enfrentó a uno de sus grandes problemas: aunque había descubierto la existencia de la selección natural y contribuido notablemente a dilucidar la historia de la evolución animal y vegetal, debía explicar entonces por qué surgen variaciones hereditarias entre organismos y cómo se transmiten estas de generación en generación. En el capítulo 27 (el penúltimo) de La variación de los animales y las plantas bajo domesticación, presentó la teoría que propuso a este respecto, la de la pangénesis:

Uno desearía explicarse, aunque fuera de manera imperfecta, cómo es posible que un carácter que poseyó algún remoto antecesor reaparezca de repente en la descendencia; cómo los efectos del uso que aumenta o reduce un miembro pueden ser transmitidos al niño; cómo el elemento sexual masculino puede actuar no solo en el óvulo, sino ocasionalmente en la forma materna; cómo se puede producir un híbrido por la unión de tejido celular de dos plantas independientemente de los órganos de gemación; cómo un miembro puede reproducirse en la línea exacta de la amputación sin añadir poco o mucho; cómo el mismo organismo puede ser producido por procesos tan diferentes como la gemación y generación seminal; y, por último, cómo, en dos formas allegadas, una atraviesa durante su desarrollo una metamorfosis muy compleja, y otra no lo hace así, aunque al llegar a la madurez ambas son similares en cada detalle de estructura. Sé que mi opinión es solo una hipótesis provisional o especulación, pero hasta que se desarrolle otra mejor puede servir para unir una multitud de hechos que hasta el presente permanecen desvinculados por alguna causa eficaz.

Básicamente, su teoría (bastante oscura) era que el «desarrollo de cada ser, incluyendo todas las formas de metamorfosis y metagénesis, depende de la presencia de gémulas expelidas en cada período de la vida, y en su desarrollo, en un período correspondiente, en unión con células precedentes. La herencia puede ser vista como una forma simple de crecimiento, como la autodivisión de una planta unicelular de inferior organización [...] Cada animal y planta puede compararse a un lecho de mantillo lleno de semillas, algunas de las cuales germinan pronto, algunas se mantienen por un período, mientras otras perecen».

Hoy sabemos que sus ideas no eran correctas. La pieza de la que carecía Darwin era, por supuesto, la genética. De hecho, pudo haber dispuesto de la esencia de ella, ya que el artículo fundacional —«Experimentos sobre la hibridación de plantas»— del monje agustino Gregor Mendel (1822-1884) fue publicado en 1866 (aunque apareció en el tomo de la revista Ve rhandlungen des naturforschenden Vereines de Brno correspondiente a 1865). En él, Mendel había formulado los principios básicos de la teoría de la herencia, a la que llegó a través de experimentos que realizó con guisantes en el jardín de su monasterio, situado en la localidad de Brno, en la República Checa.

Durante cerca de ocho años, el monje estudió 34 variedades de tres especies, que diferían en siete características. En la primera experiencia cruzó una variedad de semillas lisas con otra de semillas arrugadas, y al revés. En lugar de semillas más parecidas encontró que todas las nuevas eran redondas y dio al conjunto el nombre F1. Las sembró, dejó que se autofecundasen y obtuvo semillas de la generación F2 en proporción de tres lisas por una rugosa. Sembró unas de cada clase y obtuvo la generación F3. Las semillas arrugadas produjeron otras del mismo carácter, mientras que las lisas lo hacían en la proporción de tres lisas por una arrugada. Llamó «dominante» al carácter que se daba en cada generación y «recesivo» al que reaparecía; luego supuso que formaban una unidad productiva, compuesta por dos factores, cada uno de ellos formado por un par de elementos, de los que cada individuo aportaba uno a la célula sexual. Enunció dos leyes naturales: la de la segregación equitativa y la de la segregación independiente, por la que los caracteres diferentes son heredados de manera independiente.

Sin embargo, en realidad Mendel estaba navegando en aguas que desconocía, y por eso seguramente sus investigaciones apenas recibieron atención; desde luego no por Darwin. Cuando sus avances fueron redescubiertos, simultáneamente, en 1900, por el neerlandés Hugo de Vries, el alemán Carl Correns y, en menor grado, el austriaco Erich von Tschermak, el autor de El origen de las especies ya había muerto.

Gracias a la observación microscópica, hoy conocemos bien la dinámica de la reproducción celular, en la que se halla la base de la transmisión de la herencia. Hacia 1875, Walther Flemming descubrió unos filamentos que absorbían la tintura de anilina, a los que llamó «cromatinas», rebautizadas por Wilhelm Waldeyer en 1880 como «cromosomas», la palabra griega que significa «cuerpo coloreado». Los cromosomas se presentan en pares, procediendo cada elemento del par de uno de los progenitores. En la mayoría de los organismos la pareja de cromosomas de cada par es del mismo tipo, salvo en un par, en el que la pareja es diferente: son los denominados «cromosomas sexuales». El número de cromosomas varía según las especies. La mosca del vinagre tiene (contando el total, no las parejas) 8; las palomas, 16; el gusano, 36; los gatos, 38; el ratón, 40; los simios, 48; las ovejas, 54, y los perros, 78. Los humanos tenemos 46, esto es, 23 pares, todos iguales, menos uno, que caracteriza el sexo que tiene su poseedor. En las mujeres ese cromosoma sexual está formado por una pareja de igual tipo, mientras que en los hombres no es así: en los humanos el gameto masculino tiene un par de cromosomas distintos, XY, mientras que el femenino es XX. La determinación del sexo se debe al azar, que dispone la identidad del cromosoma espermático: cuando coincide con el de la mujer, el nuevo sujeto será mujer y cuando no, será hombre.

Reunidos los cromosomas de los progenitores, comienza la división celular del cigoto, la mitosis, que implica la separación de los cromosomas en dos grupos genéticamente idénticos entre sí. Primero aparecen dos células, luego cuatro y así sucesivamente, produciéndose una agrupación de células llamada mórula a partir de las cuales se desarrolla el embrión. Durante el proceso, se van «generando» instrucciones que producen que grupos de esas nuevas células se vayan especializando, formando tejidos y órganos. Finalmente, el nuevo ser humano tendrá unos doscientos tipos distintos de células, que asumen diferentes formas y funciones, entre ellas las de la piel, los glóbulos rojos, las neuronas, las musculares, las óseas, los folículos pilosos, las adiposas y también, claro, los espermatozoides y los óvulos. No todas las células viven lo mismo: las epiteliales tienen una vida de 26 días; las de la pared intestinal duran cinco; los glóbulos rojos, 120, mientras que las neuronas y las células musculares pueden llegar a vivir hasta cien años.

Como vimos, en 1953, James Watson y Francis Crick, dieron una base molecular a la herencia. Pero regresemos a Darwin.

Después de La variación de los animales y las plantas bajo domesticación y antes que Plantas insectívoras, Darwin publicó otros dos libros: The Descent of Man (El origen del hombre, 1871), otra de sus obras capitales, y The Expresión of Emotions in Man and Animals (La expresión de las emociones en el hombre y en los animales, 1872), que en realidad deberían haber sido una sola (no lo fueron por su extensión). En la última, Darwin ofrecía una explicación natural para las emociones humanas y de otros animales, refutando la idea de que los músculos faciales expresivos fuesen un atributo único de nuestra especie. En El origen del hombre aplicó su teoría de la evolución a los humanos. Unos párrafos que aparecen casi al final de este libro hablan por sí solos tanto de lo que pensaba Darwin como del tipo de hombre, compasivo, que fue:

La principal conclusión a la que se llega en este trabajo, a saber, que el hombre desciende de algunas formas poco organizadas, será, lamento pensar, altamente desagradable para muchas personas. Pero difícilmente puede dudarse de que descendemos de bárbaros [...] Aquel que haya visto un salvaje en su tierra nativa, no sentirá mucha vergüenza si se ve forzado a reconocer que la sangre de alguna humilde criatura corre por sus venas. Por mi parte, no tendría inconveniente en descender de ese heroico monito, que desafía a su temido enemigo para salvar la vida de su guardián; o de ese viejo mandril, que, descendiendo de las montañas, saca triunfalmente a su joven camarada de una multitud de sorprendidos perros, en vez de descender de un salvaje que disfruta torturando a sus enemigos, ofrece sangrientos sacrificios, practica el infanticidio sin remordimiento, trata a sus mujeres como esclavas, desconoce la decencia y es juguete de las más groseras supersticiones.

Falleció en Down House el 19 de abril de 1882. Su esposa quería que fuese enterrado en el camposanto de la iglesia de Downe (seguramente él habría querido lo mismo), pero veinte miembros del Parlamento pidieron que fuese llevado a la abadía de Westminster. Finalmente, fue enterrado allí el día 26, bajo una humilde lápida, justo al lado del magnífico monumento funerario que acoge los restos de Isaac Newton. Los dos científicos británicos más importantes de la historia permanecen así hermanados para siempre.

Búsqueda de inteligencia extraterrestre

La biología evolucionista, apoyada en los registros geológicos, ha mostrado que la especie humana es un producto del azar evolutivo. Debido a semejante aleatoriedad, no podemos estar seguros de que exista en otros planetas, en nuestra o en otra galaxia vida inteligente que trate de entender la naturaleza construyendo sistemas científicos y que también se haya planteado el deseo de comunicarse con otros seres vivos que puedan existir en el universo. Aun así, desde hace tiempo existen programas de investigación que rastrean el universo buscando señales de vida inteligente, como el ya mencionado SETI (Search of Extra-Terrestrial Intelligence; esto es, Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre).

En un artículo de septiembre de 1959 titulado «Buscando comunicaciones interestelares», dos físicos de la Universidad Cornell (Estados Unidos), Giuseppe Cocconi y Philip Morrison, argumentaron que el vehículo para intentar detectar vida inteligente en el universo no podía ser otro que los radiotelescopios:

Los lectores pueden pensar que estas especulaciones caen completamente en el campo de la ciencia ficción. En su lugar, nosotros proponemos que la anterior línea de argumentos demuestra que la presencia de señales interestelares es completamente consistente con todo lo que ahora sabemos, y que si existen tales señales, ya están disponibles los medios para detectarlas […] Es difícil estimar la probabilidad de éxito pero, si nunca buscamos, esa probabilidad es cero.

Este artículo causó sensación en los medios astronómicos y ayudó a que Otto Struve, director del Observatorio Nacional de Radioastronomía de Green Bank, en Virginia —donde trabajaba Frank Drake, quien llevaba ya tiempo pensando en los mismos términos—, autorizase emprender una búsqueda. El programa en cuestión fue bautizado con el nombre de Ozma y se puso en marcha en 1960. En él su usaría un nuevo radiotelescopio, con un disco de 27 metros de diámetro, que se centraría en dos estrellas cercanas: Tau Ceti y Épsilon Eridani. Entre abril y julio de 1960, se trabajó seis horas al día examinando las radiaciones y sonidos que llegaban de estas estrellas, buscando regularidades que pudiesen seguir la secuencia de los números primos o los dígitos del número pi, pero no se encontró nada de este tipo.

Drake no se desanimó por ello, continuó empeñado en la búsqueda y, a partir de 1974, utilizó el radiotelescopio de Arecibo. Aunque el avance de la electrónica permite desarrollar búsquedas mucho más completas que las del viejo proyecto Ozma, y de que existen más radiotelescopios que emplean parte de su tiempo en la búsqueda de señales de vida extraterrestre, aún no se ha detectado nada que indique que existan.

Entre las contribuciones de Drake se encuentra una famosa ecuación en la que realizó una, ciertamente aventurada y muy cuestionable, estimación del número de civilizaciones extraterrestres con tecnología lo suficientemente desarrollada como para permitir que pudiésemos entrar en contacto con ellas. La forma de esta ecuación es la siguiente:

N=R·fp·ne·fl·fi·fc·L

donde N es el número de civilizaciones inteligentes; R representa el ritmo de formación de estrellas; fp, la proporción de estrellas con planetas; ne, el número de planetas por estrella con medios ambientes adecuados para la vida; fl, la fracción de planetas en los que se ha desarrollado vida; fi, la proporción de planetas que albergan vida en los que se ha desarrollado inteligencia; fc, la fracción de culturas que envían señales a lo largo de distancias interestelares para intentar comunicarse con otras civilizaciones, y L, el tiempo que viven esas civilizaciones.

Carl Sagan pensaba que se encontrarían en el futuro muchos planetas que pueden acoger vida. Así, en una conferencia que pronunció en 1994, señalaba:

La tecnología continúa perfeccionándose, por lo que en los próximos diez, veinte o treinta años, o sea, en vida de los estudiantes presentes en este auditorio, habremos completado el estudio exhaustivo de los pocos centenares de estrellas más próximas, tal vez muchas más, que nos permita pormenorizar sus sistemas planetarios. Creo que podemos tener la completa seguridad de que alrededor de ellas giran otras Tierras.

En 1966 publicó, en colaboración con Iósif Shklovskii, un libro que durante mucho tiempo fue la Biblia de la especialidad: Intelligent Life in the Universe (Vida inteligente en el universo). Pero esta no constituyó su única aportación en el ámbito de lo teórico: Sagan fue también uno de los científicos clave en la concepción y organización de los programas para la búsqueda de inteligencia extraterrestre. Así, junto con Drake, participó en varios programas SETI. Uno de ellos, en 1975, utilizó el gran radiotelescopio de Arecibo. Aquel mismo año, Sagan y Drake firmaban un artículo conjunto en la popular revista de alta divulgación científica Scientific American, titulado «La búsqueda de inteligencia extraterrestre», en el que hacían profesión pública de su fe en que sus esfuerzos, o los de aquellos que los continuarían después, tendrían finalmente éxito: «apenas puede dudarse de que existan civilizaciones más avanzadas que la de la Tierra en algún lugar del universo».

Pero la búsqueda de vida extraterrestre resulta cara desde el punto de vista económico, por lo que han sido —y son— numerosas las voces que se alzan en su contra. Es este un ejemplo entre otros (el caso de la física de altas energías y la construcción de aceleradores de partículas es uno de los más conocidos) de la compleja relación que existe entre la ciencia «fundamental» o «básica», y la sociedad y el poder político, especialmente. ¿Está justificado gastar grandes cantidades de dinero, que podrían ser empleadas en otras causas más directamente relacionadas con el bienestar de la ciudadanía, en proyectos de investigación que intentan contestar algunas de las grandes preguntas que plantea la naturaleza, del tipo de cuáles son los componentes «últimos» de la materia o si existe vida en otros lugares del universo? Sagan se enfrentó a esta cuestión en uno de sus libros (Un punto azul pálido), donde se puede leer:

El 12 de octubre de 1992 —para bien o para mal, fecha del quingentésimo aniversario del «descubrimiento» de América por Cristóbal Colón— la NASA puso en marcha un nuevo proyecto SETI [...] Pero casi exactamente un año después de ser autorizado, el Congreso «desenchufó» el programa SETI de la NASA. Salía demasiado caro, según se dijo. No obstante, el presupuesto de defensa de Estados Unidos para la época de la posguerra fría era unas treinta mil veces mayor.

Y en este punto, Sagan citaba, según aparecía en el Registro del Congreso correspondiente al 22 de septiembre de 1993, las manifestaciones del senador Richard Bryan, de Nevada:

El principal argumento del oponente más importante al programa SETI [...] fue el siguiente [...]: «Hasta ahora, el programa SETI de la NASA no ha encontrado nada. En realidad, todas las décadas de investigación SETI no han logrado dar con indicios confirmables de vida extraterrestre.

»Incluso con la versión SETI actual de la NASA, no creo que muchos de sus científicos estuvieran dispuestos a garantizar que tenemos posibilidades de ver resultados tangibles en un futuro (previsible).

»La investigación científica raras veces, por no decir nunca, ofrece garantías de éxito —y yo lo comprendo—, y el verdadero alcance de los beneficios de este tipo de investigaciones suele desconocerse hasta muy entrado el proceso. Y acepto eso también.

»Sin embargo, en el caso del programa SETI las posibilidades de éxito son tan remotas y los potenciales beneficios tan limitados, que existe escasa justificación para invertir doce millones de dólares de los contribuyentes en este programa».

Ante estas declaraciones, Sagan clamaba:

Pero ¿cómo podemos «garantizar», antes de descubrir inteligencia extraterrestre, que vamos a dar con ella? Y, por otra parte, ¿cómo podemos saber que las posibilidades de éxito son «remotas»? Y si encontráramos inteligencia extraterrestre, ¿pueden ser los beneficios realmente «tan limitados»? Como sucede en todas las aventuras de exploración, no sabemos lo que vamos a encontrar, ni tampoco la probabilidad que tenemos de dar con ello. Si lo supiéramos, ya no sería necesario que buscáramos.

¿Encontraremos alguna vez pruebas de que en otros lugares del universo hay —o ha habido, puesto que las señales tardan en llegarnos mucho tiempo, el suficiente como para que la civilización que las emitiese haya desaparecido ya— ese tipo de vida «inteligente»?

CAPÍTULO 7

TECNOLOGÍA

Carl Sagan: Si en algo le aventajo, barón, es en la tecnología a la que tuve acceso, incomparablemente superior a la existente en su tiempo. Como ya hemos comentado en alguna ocasión, sin disponer de ella no habría sido el científico que fui. Mis investigaciones necesitaron de la tecnología de las comunicaciones, de computadoras, de radiotelescopios, de sondas espaciales. Eso en mi trabajo, puesto que fuera de él los artilugios tecnológicos que he utilizado son incontables. Si soy conocido es por la televisión, en la que se difundió mi Cosmos. Viajé de un lado a otro del planeta subido en aviones y recurriendo a automóviles. Tuve a mi disposición teléfonos, radios y miles de utensilios menores, cosas como lavadoras, bombillas, códigos de barras, frigoríficos…, por no hablar de la tecnología médica y miles de medicamentos que han salvado millones de vidas.

Alexander von Humboldt: Sí, los desarrollos tecnológicos han ido cumpliendo uno de los grandes deseos del siglo en que nací, el de la Ilustración: utilizar el conocimiento científico para liberar a los humanos de muchas cargas que oscurecen su presente y su futuro. Pero también existe un grave riesgo: el que ese disfrute aliene a las personas de la naturaleza, del uso de sus facultades físicas y cognitivas. Uno de los peligros que imagino tiene que ver con la tecnología médica, a la que usted se refiere. Pienso que pronto llegará el día en el que acaso se haga realidad una posibilidad que se imaginó en una novela de 1818 que leí: Frankenstein o el moderno Prometeo, de Mary Shelley. Recuerdo en particular el pasaje en el que Victor Frankenstein, el protagonista principal de la novela, reflexiona en los siguientes términos:

«Cuando me encontré con un poder tan asombroso en las manos, durante mucho tiempo dudé cuál podría ser el modo de utilizarlo. Aunque yo poseía la capacidad de infundir movimiento, preparar un ser para que pudiera recibirlo con todo su laberinto inextricable de fibras, músculos y venas aún continuaba siendo un trabajo de una dificultad y una complejidad inconcebibles. Al principio dudé si debería intentar crear un ser como yo u otro que tuviera un organismo más sencillo; pero mi imaginación estaba demasiado exaltada por mi gran triunfo como para permitirme dudar de mi capacidad para dotar de vida a un animal tan complejo y maravilloso como un hombre. En aquel momento, los materiales de que disponía difícilmente podían considerarse adecuados para una tarea tan complicada y ardua, pero no tuve ninguna duda de que finalmente tendría éxito en mi empeño. Me preparé para sufrir innumerables reveses; mis trabajos podían frustrarse una y otra vez y finalmente mi obra podía ser imperfecta; sin embargo, cuando consideraba los avances que todos los días se producen en la ciencia y en la mecánica, me animaba y confiaba en que al menos mis experimentos se convertirían en la base de futuros éxitos.»

No quisiera yo que la ciencia pudiese crear a Victor Frankenstein.

C. S.: Pues puede ser peor. No sé si conoce otra novela de 1932, Un mundo feliz, de un escritor inglés llamado Aldous Huxley, en la que se describe un mundo futuro formado por castas inmutables fruto de progresos en los campos de la biología, la psicología y la fisiología. Puede que con el desarrollo de una rama de la biología, la genética, nos estemos acercando a poder hacer lo que Huxley supuso en 1931 que se podría hacer:

«En el Mundo Feliz de mi fantasía, la eugenesia y la disgenesia se practicaban sistemáticamente. En una serie de botellas, los huevos biológicamente superiores, fecundados por esperma biológicamente superior, recibían el tratamiento prenatal mejor posible y quedaban finalmente decantados como Betas, Alfas y Alfas Pluses. En otra serie de botellas, mucho más nutrida, los huevos biológicamente inferiores, fecundados por esperma biológicamente inferior, eran sometidos al Tratamiento Bonanovsky (noventa y seis gemelos idénticos de cada huevo) y a operaciones prenatales con alcohol y otros venenos proteínicos. Los seres finalmente decantados aquí eran casi subhumanos, pero podían efectuar trabajos que no reclamaran pericia y, si se los acondicionaba debidamente, calmándolos con un libre y frecuente acceso al sexo opuesto, distrayéndolos constantemente con espectáculos gratuitos y fortaleciendo sus normas de buena conducta con dosis diarias de soma, cabía contar con que no darían trabajo a sus superiores.»

Y puede ser que el futuro ni siquiera esté dominado por «vida biológica», sino por robots. El futuro dirá, barón Humboldt. Lo hace siempre. Lo único que es seguro es que la tecnología ganará cualquier batalla. Seguramente esto no es bueno, pero así ha sido siempre y así será, creo.

Las primeras tecnologías

¿Cuál es el objeto tecnológico más antiguo del que tenemos noticia? La respuesta es algunos tipos de piedras. En la garganta de Olduvai, al este de la llanura del Serengueti, en el norte de Tanzania, se han encontrado utensilios de piedra de 3,3 millones de años de antigüedad, «herramientas» fabricadas con, especialmente, sílex (SiO₂, también llamado pedernal), cuarzo u obsidiana (vidrio volcánico). La datación de esos instrumentos líticos implica que se utilizaron cuando no había aparecido la especie Homo sapiens, por lo que debemos concluir que la tecnología es anterior incluso a nuestra especie. Fue un logro de alguna de las variedades de homínidos, de los que se han encontrado fósiles en diversos lugares de Europa, África y Asia que pertenecen al Mioceno, era geológica que abarca desde hace unos 23 millones de años hasta hace cinco, durante la cual el clima de África se hizo más frío y seco, con la consecuencia de que aparecieron extensas sabanas entre los bosques antes dominantes. Semejante entorno favoreció a las especies que desarrollaron el bipedalismo, que les permitía desplazarse en esas llanuras, donde podían encontrar alimentos que no se daban en los bosques. Las manos libres, que no se necesitaban para andar, permitieron transportar herramientas como las que se encontraron en la garganta de Olduvai y que continuaron siendo utilizadas durante unos dos millones de años.

Una pregunta interesante es la de las ventajas que aportaba aquella tecnología rudimentaria y primitiva. La primera necesidad que hay que satisfacer para sobrevivir es, obviamente, alimentarse, y la tecnología lítica facilitó esta función a los homínidos bípedos. Pudo hacerlo de dos maneras: permitiéndoles cazar o actuar como carroñeros. En lo que se refiere a los grandes animales, no está claro que se utilizasen para cazarlos instrumentos de piedra del tipo de los encontrados en Olduvai; al fin y al cabo los homínidos eran demasiado pequeños, aun teniendo en cuenta que actuasen en grupos. Únicamente se dispone de evidencias firmes de lanzas con puntas de piedras de hace unos 300.000 años, algo que, desde luego, constituye un importante avance tecnológico. Pero aunque no las utilizasen para cazar, sí pudieron emplearlas —sin duda lo hicieron— para mejorar sus posibilidades como carroñeros en los despojos de los cadáveres de animales que otros animales habían matado. Las piedras afiladas, como las denominadas «bifaces», les permitirían hacer lo que su constitución física les impedía: no tenían dientes lo suficientemente fuertes para romper los huesos y extraer la médula del animal muerto, o para separar la escasa carne que habían dejado los grandes carnívoros que lo habían cazado. Si contemplamos todo esto bajo el prisma de la evolución darwiniana, de la supervivencia de los más aptos, podemos pensar que si no se hubiese dispuesto de la tecnología lítica, tarde o temprano podría haber surgido una especie de homínidos. Estos hubieran tenido una dentadura adecuada para hacer lo mismo que aquellos primitivos homínidos existentes hicieron con sus toscas herramientas de piedra. Porque ¿no es esto, en otra dimensión, lo que sucedió con los pájaros pinzones que se encontró Darwin en el archipiélago de las Galápagos? En unas islas habían evolucionado desarrollando picos gordos para poder romper la dura cáscara de los frutos de los que se alimentaban, y en otras, por el contrario, picos delgados y afilados porque los frutos eran diferentes, de cáscara más débil. Podemos decir, en consecuencia, que la tecnología lítica permitió dar un salto en la evolución o, en un sentido metafórico, que contribuyó a la supervivencia de los homínidos, pues permitió que se mantuviera una especie que carecía de algunas características físicas básicas en la lucha por sobrevivir. Por otra parte, no olvidemos las ventajas que tiene poder acceder a fuentes de alimentación tan nutritivas como la carne. El cerebro y su capacidad craneal constituyen uno de las diferencias entre los Homo sapiens y otros homínidos. Los primeros Homo tenían un cerebro un 30 % mayor que el de los australopithecus, y el de los últimos Homo (nosotros), surgidos hace unos 160.000 años, un 20 % mayor que el de los primeros. Y en cuanto a consumo energético, recordemos que aunque ocupa el 2,5 % del peso de un cuerpo, el cerebro consume el 20 % de la energía con la que funciona ese cuerpo. Si unimos este hecho a lo dicho antes, la conclusión es que las herramientas líticas favorecieron especialmente a los Homo sapiens, los que poseían un cerebro que necesitaba mayor consumo energético.

Agricultura, ganadería, civilización y energía

Un momento transcendental en la historia de la humanidad fue cuando se inventó la agricultura, un descubrimiento que, como muchos otros, surgió mediante procesos de prueba y error y de observación de la naturaleza. La revolución que produjo la agricultura y la ganadería —otro invento fundamental, aunque seguramente algo posterior a esta, pues se benefició de la existencia de productos y restos agrícolas— comenzó en torno al 9000 a. C.

Disponer de recursos agrícolas y ganaderos terminó produciendo asentamientos humanos de tamaño y posibilidades cada vez mayores, un proceso que, a su vez, introdujo la división del trabajo y que condujo finalmente a la ciudad-Estado, uno de los descubrimientos determinantes para la historia de la humanidad. Jericó, la ciudad más antigua de las conocidas, se levantó en torno al 7000 a. C., y a partir del 5500 a. C. se generalizó el nuevo estilo de vida, en el que la agricultura y la ganadería desempeñaban papeles centrales. Al ir haciéndose más complejas las agrupaciones sociales, se necesitaron nuevos instrumentos (de uno de ellos, la escritura, ya tratamos) y tecnologías, entre las que se halla la disponibilidad de fuentes de energía. La búsqueda de tales fuentes ha sido una constante de la humanidad, que se materializó inicialmente en el uso de la fuerza animal, para pasar luego a las denominadas «máquinas simples», artefactos destinados a multiplicar la fuerza aplicada, cuyo funcionamiento, por supuesto, solo se puede comprender a través de la mecánica, una rama de la física que entonces no existía. Eran seis: la palanca para desplazar los cuerpos, el plano inclinado para facilitar la carga y descarga, la cuña para dividir los troncos, la polea para levantar y bajar cargas, el tornillo para mantener unidas dos piezas y la asociación del eje y la rueda para transportar cargas. Se sabe que la primera de las máquinas mencionadas, la palanca, se empleó ya en Mesopotamia hacia el III milenio antes de Cristo.

En la Sinagoga o Colección matemática, una obra debida al matemático de los siglos III-IV Pappus de Alejandría cuya composición se estima alrededor del año 340, se recoge una famosa cita atribuida a Arquímedes, quien de esta manera aparecería como el gran teórico —que no inventor— de la palanca: «Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo», una frase con obvias implicaciones para la multiplicación del poder energético y cuyo enunciado correcto desde el punto de vista mecánico sería: «Potencia por su brazo igual a resistencia por el suyo». Es decir, si se toma una barra rígida de longitud l y se coloca en algún punto intermedio de ella un punto sobre el que se la apoya, cuando se hace una presión (P) sobre un extremo situado a una distancia (a) es posible levantar un gran peso (R) colocado en el otro extremo a una distancia (b) del punto de apoyo, si se verifica P·a=R·b. No resulta fácil apreciar lo que el invento de la palanca ha aportado a la humanidad.

Ni tampoco es casualidad que muchas poblaciones estén al lado de un río. Los primeros asentamientos humanos siempre buscaban, por razones obvias, la proximidad de cauces de agua. Además de los usos más inmediatos (para beber, para lavarse, para cocinar, etc.), los ríos podían cumplir otras funciones. Una de ellas fue la de aprovechar la energía del movimiento del agua utilizando ruedas con paletas sobre las que caía la corriente haciéndolas girar. Parece que estas ruedas hidráulicas eran conocidas hace al menos 5.000 años. Se usaban como forma para elevar agua en las minas (recordemos la importancia que la minería ha tenido y tiene en la historia de la humanidad), pero pronto se desarrollaron los mecanismos necesarios para emplearlas como molinos. Por ejemplo, en el siglo X los romanos las usaban inicialmente para elevar agua, para triturar y moler grano— una tarea en la que, al principio, se empleaba una piedra en forma de rodillo, girándola sobre otra fija entre las que se intercalaba el grano— también para hacer pasta de papel con trapos, hacer funcionar los martillos y las máquinas de cortar de herrerías o serrar madera.

Una anécdota interesante es la del emperador romano Vespasiano (979 d. C.), que durante su mandato (69-79 d. C.) llegó a prohibir la construcción en Roma de una gran rueda hidráulica para elevar agua, porque dejaba sin trabajo a mucha gente. Este es un ejemplo temprano de los efectos de las nuevas tecnologías y de la oposición que puede surgir ante ellas, resistencia que ideológicamente hicieron famosa los luditas ingleses a comienzos del siglo XIX con su violenta oposición a las máquinas que aparecieron durante la revolución industrial. Recordaré, asimismo, el conocido como «artificio de Juanelo», nombre debido al relojero e ingeniero del emperador Carlos V, Juanelo Turriano (1501-1585), que transportaba el agua (unos 17.000 litros diarios) del río Tajo hasta el alcázar de Toledo, situado a unos cien metros de altura del cauce del río. El sistema ideado por Juanelo se basaba en dos grandes ruedas que giraban movidas por la corriente del Tajo; la primera elevaba el agua hasta 14 metros de altura y la segunda accionaba, con un sistema de bielas, unos cazos oscilantes, cada uno de los cuales, al girar, subía el agua hasta otro cazo y así sucesivamente hasta alcanzar el alcázar. El artificio, construido en 1565, constituyó todo un acontecimiento en la época: en El amante agradecido (1602), Lope de Vega escribió: «A Toledo volveremos. / Veré la iglesia mayor, / de Juanelo el artificio». Dejó de utilizarse hacia 1620, puesto que su complicado mecanismo exigía un gran esfuerzo de mantenimiento.

Las ruedas hidráulicas constituyeron instrumentos preciosos para obtener energía aprovechando un recurso natural, los ríos.

Aquellas poblaciones que no disponían de ríos recurrieron a otro tipo de molinos, los de viento. Los había de varios tipos. El más sencillo era el de eje vertical, que consta de varias aspas horizontales sujetas a un eje que da vueltas debido a la acción del viento sobre la superficie de las palas, que son las que hacen girar la piedra del molino. Parece que este sistema ya se utilizaba en Persia en el siglo VII. Un inconveniente de este tipo de molino es que durante una parte del giro las palas se mueven en contra del viento, lo que obliga a buscar algún remedio, como proteger con una pared la parte del sistema que obstaculizaba el movimiento. En el caso de los molinos de eje horizontal, el más corriente en Europa (los primeros datan del siglo XII), este problema se salva pues el viento actúa con impulso positivo en toda la superficie de las aspas enfrentadas a él. Las palas de estos molinos son verticales y como el viento puede soplar en varias direcciones, es necesario orientarlas perpendicularmente al viento dominante. Esto puede hacerse haciendo girar todo el molino alrededor de un pivote (el denominado «molino de poste», el más utilizado en Holanda) o construyendo el edificio de manera que solo el tejado cónico, solidario con las palas, se pueda mover, algo que hacía el molinero con una pértiga («molino de torre», el más frecuente en España).

Los molinos de viento han tenido unos descendientes que en lugar de moler grano, producen electricidad. Se trata de los aerogeneradores de producción eléctrica, desarrollados gracias sobre todo al científico danés Poul La Cour (1846-1908), que diseñó el primer prototipo: tenía un rotor de cuatro palas de 25 metros de diámetro cada una y era capaz de generar una potencia de entre 5 y 25 kilovatios (1.000 vatios). Expresado en términos sencillos, en un aerogenerador la energía cinética producida por el movimiento del viento se transforma en energía mecánica por medio de la rotación de un eje. Esa energía mecánica es, a su vez, transformada en eléctrica mediante un generador eléctrico, constituido por un alternador y una dinamo. Esta electricidad se puede almacenar en baterías o utilizarse directamente.

El intenso desarrollo de la aviación durante las primeras décadas del siglo XX, tras los profundos estudios sobre la aerodinámica de las alas, favoreció el desarrollo de los aerogeneradores: en la década de 1930, la compañía FLSmidth construyó en Dinamarca uno de diseño aerodinámico con una potencia de entre 30 y 70 kW. A partir de entonces, el gobierno danés puso en marcha un plan de desarrollo eólico que permitió instalar en 1957 un aerogenerador con una hélice de tres palas de 24 metros de diámetro que generaba 200 kW. Sin embargo, el bajo precio del petróleo retrasó el desarrollo de esta fuente de electricidad hasta comienzos de la década de 1970, cuando cobró un nuevo impulso. Los aerogeneradores actuales, instalados en torres de ochenta metros de altura y con palas de en torno a cuarenta metros de diámetro, llegan a tener potencias de entre 1,5 y 2 megavatios (10⁶ vatios; MW). Cada vez son más numerosos los parques eólicos poblados de líneas de aerogeneradores. En España, se ha pasado de que en 1991 la generación de electricidad por medios eólicos fuese de 3 MW, un 0,01 % del total de electricidad producida en el país (41.784 MW), a 11.100 MW, el 14,2 % del total español (78.290), en 2006. Los aerogeneradores constituyen, ciertamente, una promesa de un futuro energético más limpio, aunque su presencia no se encuentra libre de problemas, uno de ellos, el peligro que representan para las aves.

Mecanismos para extraer agua de minas, tal como los representó Georgius Agricola en un clásico de la tecnología, De re metallica (1556).

La imprenta

Un desarrollo tecnológico muy diferente a los anteriores, pero de inmensa importancia, uno que influiría decisivamente en la historia de la humanidad, fue el invento de la imprenta de tipo móviles por Johann Gutenberg (c. 1400-1468). Los detalles técnicos de esta continuaron siendo básicamente los mismos durante 350 años, hasta que la revolución digital lo cambió todo. Las imprentas que inventó Gutenberg permitieron que el conocimiento histórico, social, religioso y científico se difundiera hasta alcanzar cada vez a más personas, con las consecuencias de todo tipo que ello tuvo. La gran difusión que alcanzó la imprenta hizo que la escritura pasase a ser patrimonio de todos: libros, periódicos o panfletos eran fácilmente accesibles… siempre, claro está, que se supiese leer. Por cierto, si se habla de Gutenberg, es imposible no recordar su libro más famoso, impreso en 1456: la Biblia de 42 líneas, denominada así porque son 42 las líneas que contienen cada una de las dos columnas de sus 1.284 páginas, distribuidas en dos volúmenes.

Máquinas de vapor: la revolución industrial

El calor producido en la combustión atrajo la atención desde antiguo, pero durante milenios ese calor se perdía en el aire sin producir ninguna utilidad. Cuando se ponía un recipiente con agua en el fuego, al poco comenzaba a hervir, siendo evidente (especialmente si sobre el recipiente se colocaba una tapa, como en las modernas ollas de presión) que se producía energía, manifestada por la capacidad de originar movimientos. De hecho, se idearon algunos aparatos que se basaban en este fenómeno, como el denominado «bola de Eolo» o «eolípila», que Herón de Alejandría (c. 10-70 d. C.) describió en un manuscrito titulado Spiritalia seu Pneumatica. Aquel artilugio consistía en una bola hueca de metal en la que se introducía el vapor procedente de un recipiente en el que hervía el agua; la salida del vapor, a través de unos tubos acodados, producía por reacción el giro de la bola (esto es, lo que nosotros denominaríamos «un trabajo»). Aunque menos conocida, antes que Herón, el arquitecto e ingeniero romano Vitrubio (siglo I a. C.) describió una eolípila parecida a la de Herón y en el siglo XIII Alejandro Magno se refirió a un sufflator, o fuelle basado en la eolípila. Y los ingenieros de finales de la Edad Media y principios del Renacimiento dieron a aquellas eolípilas finalidades más prácticas, como utilizar la fuerte corriente de aire que producían para avivar el fuego y hacer fogatas en campamentos militares.

Taller de una imprenta, en la que se utilizaban los tipos móviles introducidos por Gutenberg a mediados del siglo XV.

Hubo que esperar, sin embargo, hasta finales del siglo XVII y comienzos del XVIII para que se produjesen avances significativos. El primero al que hay que referirse es el debido al científico francés Denis Papin (1647- c. 1712), que descubrió una forma más eficiente de aprovechar el vapor de agua resultante de la combustión para producir trabajo. En 1690, publicó en la revista Acta Eruditorum de Leipzig un artículo con un título muy comercial, «Nuevo método para obtener fuerzas considerables a bajo precio», que contenía los detalles esenciales para construir una máquina de vapor. La descripción señalaba que estaba constituida por un tubo cilíndrico cerrado por un extremo mientras que en el otro se colocaba un émbolo móvil que tenía un vástago perpendicular en la cara exterior. Tras verter una pequeña cantidad de agua en el fondo del cilindro, se tapaba con la pieza móvil aplicando fuego al extremo en contacto con el agua. El cambio de fase convertía el agua en vapor, que al aumentar su volumen empujaba el pistón hacia el exterior, un movimiento mecánico que podía ser utilizado directamente para transmitir la presión o para convertirlo mediante un cigüeñal en un movimiento circular. Al retirar o apagar el fuego, se producía la condensación y el vacío. La presión atmosférica devolvía el pistón a su posición original tras haber producido una pequeña cantidad de trabajo. En realidad, en los casos más frecuentes, en los que no se colocaba un cigüeñal, se trataba de una bomba de vapor y no de una máquina de vapor, cuyo movimiento es rotatorio y por consiguiente más fácilmente aprovechable.

A pesar de las ventajas que la máquina de Papin introducía con respecto a otras anteriores, su rendimiento era muy bajo. Aunque el inventor se esforzó en mejorarlo, no tuvo éxito, seguramente porque él era sobre todo un científico: estudió física, colaboró con Robert Boyle en Londres, enseñó matemáticas en la Universidad de Marburgo y publicó artículos en las principales revistas científicas de su tiempo. Es cierto que él mismo construyó su máquina y que tenía una cierta habilidad e interés en problemas prácticos, pero su capacidad no era lo suficiente como para progresar en un dominio en el que de entrada era más importante la experiencia mecánico-industrial y la inventiva que poseer una buena base científica. Quien sí poseía algunas, pero no demasiadas, de esas habilidades era un contemporáneo suyo, un mecánico inglés de cuya vida se sabe muy poco: Thomas Savery (c. 1650-1715). En 1698 patentó un artefacto (una bomba de vapor) que utilizaba la presión atmosférica para hacer subir el agua del fondo de un recipiente —en el que previamente se había hecho el vacío— mediante la condensación del vapor, sin utilizar más piezas móviles que unas válvulas (la máquina en cuestión se instalaba en el fondo de la mina). Intentó producir vapor a alta presión para multiplicar el rendimiento, pero sus conocimientos técnicos no le permitieron avanzar mucho. Mejor lo hizo Thomas Newcomen (1663-1729), un hombre que había recibido una educación muy pobre, y que en 1685 se estableció como herrero en Dartmouth (Inglaterra), ocupándose, entre otras tareas, de vender materiales industriales de ferretería, latón, estaño y cobre, así como de forjar hierro y fabricar artículos de diferente naturaleza para sus clientes. Precisamente por este trabajo, estaba en contacto con personas familiarizadas con las máquinas que se utilizaban en industrias como las de la minería y la cantería, contactos que le sirvieron para apreciar las posibilidades de las ideas de Savery. La máquina que produjo hacia 1712, unas cinco veces más potente que la de este, estaba formada por un gran cilindro vertical, abierto por arriba, en el que un pistón se movía de arriba hacia abajo. El movimiento lo originaba el vapor (producido por un líquido en ebullición) que se introducía en el cilindro por debajo del pistón y que se condensaba después inyectando agua fría. Como consecuencia, se producía un vacío parcial, contra el que actuaba la presión atmosférica que hacía que el pistón bajase. Una nueva inyección de vapor volvía a elevar el pistón, repitiéndose entonces el proceso. Se producía así un movimiento vertical que podía utilizarse conectando al otro extremo un elemento adecuado de otra máquina (normalmente, una bomba para extraer agua de las minas).

La mayor limitación de la máquina de Newcomen tenía que ver con la sucesión de dos momentos: el enfriamiento y el calentamiento del cilindro. Fue James Watt (1736-1819), un joven con conocimientos mecánicos, quien se las apañó para que le dejasen intentar reparar una máquina de Newcomen que se encontraba en Londres. Watt la mejoró introduciendo un condensador separado del cilindro, refrigerado por agua, para evitar que fuese necesario inyectar agua condensada en el cilindro. Utilizó vapor, en lugar de la atmósfera, para hacer bajar el pistón e incorporó unas ruedas para comunicar el movimiento lineal del émbolo en todo tipo de movimientos circulares compuestos. También introdujo, en 1782, el término «caballos de potencia» (horse power), que definió como la potencia (trabajo/tiempo) necesaria para elevar verticalmente a la velocidad de un pie por minuto un peso de 33.000 libras (en el sistema métrico se habla de «caballos de vapor», unidad equivalente al esfuerzo necesario para levantar, en un segundo, un peso de 75 kilogramos a un metro de altura; la relación entre ambos es 1 CP=1,0138 CV). Años más tarde, en 1782, introdujo otra unidad, relacionada con la electricidad, que ahora lleva su nombre: el kilovatio (kV), que equivale a 1,36 caballos de vapor.

La primera máquina de Watt se construyó en 1781, en la Fundición Soho de Matthew Boulton, con quien Watt se asoció en la compañía Boulton & Watt. La combinación de la habilidad de Watt y del capital y la experiencia mecánica de Boulton impulsó el uso de estas máquinas de vapor, de las que en 1800 ya se habían construido más de quinientas. Aunque su potencia media (20 kV; las mayores rondaban los 100 kV) no era demasiado elevada —únicamente tres veces más potentes que los molinos de viento de entonces y cinco más que las ruedas hidráulicas— era lo suficiente para que se impusieran a los mecanismos anteriores. Fue entonces cuando comenzó realmente la revolución industrial. Ahora bien, esta no podría haberse llevando a cabo si no hubiese sido por la disponibilidad y abundancia de una sustancia natural que servía para producir las combustiones imprescindibles en las máquinas de vapor: el carbón.

No se trataba, evidentemente, de un tipo de combustible nuevo: estaba formado a partir de restos de árboles y plantas, ricos en carbono, que, cubiertos con sedimentos por procesos atmosféricos y geológicos normales, habían sufrido durante millones de años presiones y altas temperaturas hasta petrificarse a lo largo del Carbonífero, hace 300 millones de años, cuando se formaron los grandes depósitos. Se cree que el carbón mineral se utilizó como combustible por primera vez en la India y en China, hace al menos 2.000 años, y no hay duda de que los griegos y romanos conocían de su existencia y propiedades. En la Europa medieval se empleó en la industria de los tintes y de la cerveza, aunque no para calentar las casas, pues estas aún no disponían de chimeneas. A pesar de que el carbón producía mucho menos humo que cuando se quemaba madera, originaba suficiente para que fuese necesario expulsarlo del interior de las casas, pero esto solo se podía lograr si se abrían las ventanas o puertas, con lo que se perdía una buena parte de su efecto calefactor. Hubo que esperar al reinado de Isabel I (1558-1603) para que comenzaran a aparecer chimeneas en los edificios ingleses. Otro factor que ayudó a la extensión del uso del carbón fue la preocupación que surgió a partir de comienzos del siglo XVII por la creciente escasez de suministros de madera, una fuente de combustible tradicional. En 1618, por ejemplo, los fabricantes de vidrio tuvieron que recurrir al carbón, del que se disponía con cierta abundancia: en Inglaterra, la producción de este mineral aumentó considerablemente a partir de mediados del siglo XVI en las zonas mineras del sur de Gales, Escocia y, sobre todo, en Northumberland y Durham, regiones costeras desde las que se podía transportar el carbón por mar a Londres y otros lugares. Hacia 1800, Gran Bretaña producía el 80 % de todo el carbón mundial.

Esquema del funcionamiento de una máquina de vapor, el aparato que hizo posible la revolución industrial.

Además de facilitar la revolución industrial, la superproducción de carbón también favoreció la expansión de la máquina de vapor. En efecto, la necesidad de obtener carbón exigió minas cada vez más profundas; las de cielo abierto o las de poca profundidad no proporcionaban las cantidades requeridas. Y no habría sido posible llegar a mayores profundidades sin máquinas como la que construyó Newcomen, que permitía extraer agua de las galerías y fondos mineros. Desde esta perspectiva, no es sorprendente que se llamase a la máquina de Thomas Savery el «amigo del minero», un nombre que él mismo usó en el título de un libro que publicó en 1702: The Miner’s Friend.

Pronto se pensó en adaptar máquinas como las anteriores a vehículos pequeños. En 1769, el militar francés Nicolas-Joseph Cugnot construyó uno de tres ruedas, con una plataforma para el conductor, que era impulsado por una caldera-máquina de vapor. Parece que su inventor pensó en este vehículo como medio de transportar artillería pesada y que llegó a circular por algunas calles de París, pero las autoridades militares no mostraron interés en él. Otras personas continuaron por este camino, hasta que la máquina de vapor prosperó en un tipo de transporte diferente: en vehículos que arrastraban vagones, es decir, en locomotoras, el elemento esencial del ferrocarril.

Aunque existieron precedentes, el honor de crear la primera línea ferroviaria recayó en el inglés George Stephenson (1781-1848), quien construyó una locomotora —bautizada con el apropiado nombre de Locomotion— que alcanzaba una velocidad de casi veinte kilómetros por hora, con la que en 1825 comenzó a transportar el carbón extraído de la zona minera de Witton hasta Stockton-on-Tees, a lo largo de un ramal con una única vía de 38,7 km de longitud. Cuatro años después construyó una nueva locomotora, conocida como The Rocket (el cohete), que llegaba a los 40 km/h; con ella se inauguró el 15 de septiembre de 1830 la primera línea de la historia que transportaba pasajeros: cubría el trayecto Liverpool-Manchester.

Otro medio de transporte en el que se introdujo el invento de Watt fue en los navíos. El primer barco movido por una máquina de vapor, con ruedas de paletas, que cruzó el Atlántico fue el Royal William, que cubrió el trayecto Quebec-Londres en 1833. Unos años más tarde, las ruedas de paletas comenzaron a ser sustituidas por hélices, también movidas por máquinas de vapor. Con esta novedad y con mejores máquinas, pronto la era de la navegación a vela perdió su hegemonía y utilidad: en 1850, un barco de vapor cruzaba el Atlántico en menos de diez días, y antes del final del siglo, en seis días, duraciones que no podían soñar alcanzar ningún barco de vela.

Las tecnologías no son asépticas en lo social; todo lo contrario. Así, la introducción de la máquina de vapor favoreció los monopolios. Las energías del viento y del agua eran libres, pero el carbón que movía las máquinas era caro, y más aún las propias máquinas. El funcionamiento durante veinticuatro horas, característico de las minas y de los altos hornos, llegó entonces a otras industrias que hasta esa época habían respetado las limitaciones del día y de la noche. Impulsados por el deseo de ganar todo el dinero posible con sus inversiones, los fabricantes de textiles alargaron la jornada de trabajo: mientras en la Inglaterra del siglo XV había sido de catorce o quince horas en pleno verano con dos horas y media a tres horas para el recreo y las comidas, en las nuevas ciudades fabriles fue a menudo de dieciséis horas durante todo el año, con una hora solo para comer. Funcionando con vapor, alumbradas por gas, las nuevas fábricas podían trabajar durante veinticuatro horas. Por otra parte, la energía de vapor era más eficiente en grandes unidades que en pequeñas, lo que impulsó el gigantismo industrial y también, implícitamente, el capitalismo.

Evolución tecnológica en la navegación: de los barcos a vela a los submarinos.

Un mundo electromagnético

El siglo XIX fue particularmente rico en desarrollos tecnológicos. De hecho, comenzó con uno humilde en apariencia pero con una potencialidad inmensa: la pila eléctrica inventada en 1800 por el físico italiano Alessandro Volta (1745-1827). La novedad de este aparato es que producía corriente eléctrica de manera continua y no mediante descargas, como la botella de Leiden o las máquinas electrostáticas anteriores. En realidad, el invento de Volta fue una reacción a los experimentos y argumentos de un médico italiano, Luigi Galvani, quien, en 1786, mientras estudiaba la influencia de la electricidad en la irritabilidad de animales, observó que cuando los nervios lumbares de una rana muerta se comunicaban con los músculos crurales por medio de un circuito metálico, estos se contraían violentamente. Galvani atribuyó el fenómeno a la existencia de una electricidad inherente al animal que en su opinión era «producida por la actividad del cerebro, y extraída muy probablemente de la sangre», y transmitida a los músculos a través de un fluido eléctrico, como manifestó en un libro titulado Viribus electricitatis in motu musculari (Comentario sobre los efectos de la electricidad en el movimiento muscular, 1791).

Las tesis de Galvani fueron criticadas por Volta, que advirtió que las contracciones musculares eran mucho más enérgicas cuando el vínculo entre las dos partes de la rana estaba formado por dos metales unidos. Dedujo, en consecuencia, que la electricidad se producía en el contacto entre ambos metales y que las partes animales no desempeñaban más papel que el de conductores. Basándose en esta idea, construyó un «generador de electricidad» que se componía de una serie de discos apilados unos sobre otros en el orden siguiente: un disco de cobre, otro de cinc, una rodaja de paño empapada en agua acidulada, luego un disco de cobre, otro de cinc, una nueva rodaja de paño, y así sucesivamente en el mismo orden, cuidando de sostener los discos mediante tres cilindros aislantes de vidrio. Se trataba de un instrumento revolucionario, ya que producía corriente eléctrica de manera continua, y no mediante descargas, y ello abría las puertas al estudio de los fenómenos eléctricos.

Gracias, en efecto, a la disponibilidad de la pila de Volta, un catedrático de Física de la Universidad de Copenhague y secretario de la Real Academia de Ciencias danesa, Hans Christian Oersted, pudo realizar en 1820 un sencillo experimento. Sencillo, pero de grandes consecuencias. Lo que hizo fue colocar un hilo metálico (esto es, un conductor) horizontalmente, en la dirección del meridiano magnético, justo por encima de una aguja magnética. Mientras no circulaba ninguna corriente por el hilo, este y la aguja continuaban estando paralelos, pero cuando se conectaba al hilo una batería de Volta (la que utilizó estaba formada por veinte discos y producía un potencial de 15 a 20 voltios) entonces la aguja de la brújula se desviaba, más cuanto mayor fuese la intensidad de la corriente. Y cuando se cambiaba la dirección de la corriente (cambiando el orden de la conexión a los polos de la pila), la aguja se movía hacia el lado contrario. Magnetismo y electricidad, hasta entonces distintos e independientes, se revelaron sensibles a la proximidad en que se encontraban.

Alessandro Volta junto a la pila eléctrica que inventó en 1800, instrumento que hizo posible una auténtica revolución en el estudio de la electricidad y el magnetismo.

El hallazgo de Oersted se difundió rápidamente por la pequeña comunidad de los físicos europeos. Y en este punto aparece Michael Faraday (1791-1867), un aprendiz de encuadernador que ascendió de ayudante (1813) de Humphry Davy en la Royal Institution londinense a Fullerian professor de Química en ese mismo centro (1833). El caso de Faraday no es frecuente en la historia de la física: su formación matemática era muy elemental; sin embargo, no solo llevó a cabo descubrimientos experimentales fundamentales en la física al igual que en la química, sino que también introdujo conceptos, como las nociones de «líneas de fuerza» y «campo electromagnético», que en su momento se convirtieron en piezas básicas de la teoría electromagnética.

En 1821, poco después de saber de los trabajos de Oersted, Faraday demostró que un hilo por el que pasa una corriente eléctrica puede girar de manera continua alrededor de un imán (y viceversa), con lo que se vio que era posible obtener efectos mecánicos (movimiento) de una corriente que interacciona con un imán. Sin pretenderlo, había sentado el principio del motor eléctrico. Pero en su trabajo de 1821 aún no había demostrado el efecto recíproco al obtenido en 1820 por Oersted; es decir, que la variación del magnetismo puede afectar a la electricidad. Esto es algo que conseguiría una década después, en 1831, prácticamente al mismo tiempo que lo hacía el físico estadounidense Joseph Henry, aunque este se demoró en hacer públicos sus resultados.

Básicamente, lo que hizo Faraday —tras una serie de pruebas más complejas— fue tomar un cable de cobre conectado a un galvanómetro (aparato que medía si pasaba o no corriente) y hacer que se moviese entre los polos de un imán. Comprobó entonces que se inducía una corriente eléctrica en el cable. Al final, y en otro golpe de ingenio, Faraday efectuó un nuevo experimento: tomó un disco de cobre con un muelle de contacto presionando contra su eje y otro contra su perímetro, estando los dos conectados a un galvanómetro, hizo que girase rápidamente en un campo magnético, con las líneas de fuerza de este perpendiculares al plano del disco, y comprobó que se creaba una corriente eléctrica constante que circulaba a través del galvanómetro mientras el disco giraba. De esta manera nació la primera dinamo rudimentaria, o máquina para generar corrientes eléctricas solo con el movimiento de un conductor de cobre en un campo magnético. Si la máquina de vapor originó una revolución, la revolución industrial, la producción de corriente eléctrica en grandes cantidades que permitió la invención de la dinamo terminó produciendo efectos comparables.

Entre los negocios adecuados a la ciencia de la electricidad, uno destacó pronto: la iluminación de casas o de calles. Ahora bien, esto implicaba disponer de bombillas eléctricas. En 1808, Humphry Davy unió dos piezas de carbón duro a los cables que conectó a los extremos de una gran batería de la que disponía en la Royal Institution de Londres. A continuación puso en contacto los extremos de los cables, descubriendo que cuando se separaban ligeramente se producía un deslumbrante arco de llama (al que se denominó «arco eléctrico») que unía el espacio entre los extremos de los cables en cuestión. Se abría así la posibilidad de fabricar bombillas que iluminasen a partir de la incandescencia de un arco eléctrico producido en el interior de un bulbo de cristal.

Un problema era que el carbón vegetal común no es un buen conductor de la electricidad, pero pronto se descubrió que se podían obtener mejores resultados utilizando barras cortadas sacadas del coque, especialmente la forma grafítica densa de este. Otra limitación procedía de que mientras que la única fuente de corriente eléctrica fuese una batería voltaica, el arco eléctrico no podía tener aplicación industrial (las baterías funcionaban con cinc, que había que reponer, y esto era caro). Fueron el estadounidense Thomas Alva Edison (1847-1931), el prototipo de inventor formado a sí mismo, y el británico Joseph Wilson Swan, los primeros en conseguir, independientemente, una bombilla que se pudiese utilizar en la práctica. Para ello recurrieron a un filamento de carbono: Edison fabricó una que permaneció incandescente durante 13,5 horas, modelo que superó en 1870 al mantener encendida una lámpara durante 1.200 horas. La aparición de la bombilla incandescente anunció el fin de la iluminación por gas (un sistema que se había iniciado hacia 1800), siempre, claro está, que se consiguiese un sistema para producir electricidad en grandes cantidades.

La primera central generadora de electricidad para consumo público parece ser que fue una que comenzó a operar en 1881 en Godalming (Surrey, Inglaterra). Hasta entonces, las calles de esta ciudad se habían estado iluminando con gas, pero aquel año expiraba el contrato con la empresa suministradora y el Ayuntamiento no pudo llegar a un acuerdo con ella para renovarlo. En esta situación, un empresario local llamado John Pullman propuso que se utilizase un molino de agua de su propiedad para propulsar un generador que produjese electricidad a cambio de luz gratis para iluminar el molino. Una corriente de agua como la que alimenta un molino —más aún, unas cataratas como las del río Niágara— puede también servir para producir la corriente inducida que se halla en la base de un generador. Para ello son necesarias turbinas, máquinas provistas de ruedas o rotores, palas o hélices por las que pasa un fluido de forma continua haciendo girar el rotor y, subsiguientemente, en el caso de las turbinas para producción de energía eléctrica, el sistema de cables e imanes que producen la corriente inducida. Enseguida se instaló un generador proporcionado por la rama inglesa de la compañía Siemens, dirigida por William, el hermano de Werner. En 1882, además de las bombillas que iluminaban el molino y las calles de Godalming, «ocho o diez» ciudadanos privados utilizaban el servicio empleando un total de 57 bombillas. A finales de la década de 1880, la demanda de energía había crecido de manera notable, por lo que se satisfizo con la producción de pequeñas estaciones locales. Estas utilizaban carbón para producir electricidad, siguiendo el ejemplo de la Pearl Street Power Station de Edison, que quemaba 4,5 kilogramos de carbón por kW/hora. En 1875, la Niagara Falls Hydraulic Power había puesto en marcha un nuevo sistema recurriendo a turbinas de motor de agua, pero no encontró más clientes que un molinero. Pero en 1899 se constituyó la Niagara Falls, que resolvió la mayor dificultad, al ofrecer un premio de 100.000 dólares para quien descubriese el medio de enviar electricidad a larga distancia, algo que haría que las ventajas fueran incalculables con respecto al carbón: mientras que este tenía que ser transportado del lugar desde el que se extrae por itinerarios que pueden ser muy complicados, la electricidad podría superar grandes distancias rápida y fácilmente con cables, incluyendo accidentes geográficos como las montañas.

Excepto para sistemas locales muy pequeños, el suministro de electricidad tenía que resolver un grave problema: transmitir electricidad de muy alto voltaje y reducir este, estabilizándolo, poco antes de que llegase al consumidor. Dos sistemas compitieron con dureza —y en ocasiones, acritud— para solucionar este problema. Uno se basaba en la utilización de corriente continua y el otro, alterna. Fue lo que se denominó «la batalla de los sistemas». Aunque inicialmente la corriente continua parecía ofrecer más ventajas (en momentos de baja demanda se podían utilizar baterías en lugar de generadores, que, por otra parte, se podían montar en paralelo para incrementar su potencia), finalmente fue la corriente alterna la que se impuso (lo sabemos muy bien, pues es el sistema utilizado). Un personaje central en el resultado de aquella batalla fue el físico e ingeniero croata, nacionalizado después estadounidense, Nikola Tesla (1856-1943), uno de los grandes nombres de la tecnología electromagnética. En 1883, Tesla inventó un transformador que al cambiar el sentido de la corriente convertía la corriente continua en alterna, produciendo un alto voltaje. De hecho, inventó esta máquina —al igual que otras— mientras trabajaba en Nueva York para Edison, pero este no sintió ningún interés por las ideas de su empleado, siendo como era un acérrimo defensor de la corriente continua. En consecuencia, Tesla abandonó la compañía de Edison, creando en 1887 la Tesla Electric Company. «Los motores que construí allí eran exactos a los que había imaginado», escribió en una serie de artículos autobiográficos. Al año siguiente cerró un acuerdo con George Westinghouse, el principal competidor de Edison, que compró las patentes de Tesla. El primer gran éxito del nuevo sistema se produjo en la Exhibición Internacional Electrotécnica que se celebró en Fráncfort del Meno (Alemania) del 16 de mayo al 19 de octubre de 1891. Para la iluminación, compuesta por mil bombillas, se eligió un sistema de transmisión de corriente alterna que traía la electricidad desde una central situada en la pequeña ciudad de Lauffen, en la orilla del río Neckar, donde había una pequeña cascada de agua. Otro detalle curioso de la exhibición es que también se utilizó un motor eléctrico para elevar agua que se dejaba luego caer formando una catarata artificial. La línea de transmisión constaba de tres hilos de cobre, cada uno de cuatro milímetros de diámetro, situados en aislantes de porcelana sobre tres mil postes de telégrafo a lo largo de los 177 kilómetros que separaban Lauffen de Fráncfort. Dos años después, en 1893, la Compañía Westinghouse iluminaba con corriente alterna la Exposición Internacional de Chicago.

Una gran síntesis electromagnética

La intuición natural y la habilidad experimental de Faraday hicieron avanzar sustancialmente el estudio de los fenómenos electromagnéticos, pero para poder desarrollar una teoría del electromagnetismo se necesitaba otro tipo de científico. No hubo que esperar mucho, ni salir del Reino Unido, para que tal personaje apareciese: el escocés James Clerk Maxwell (1831-1879), que fue capaz de unir todos los cabos sueltos que proliferaban en la electricidad y el magnetismo e, introduciendo ideas nuevas, formular una teoría completa del campo electromagnético. Gracias a las aportaciones de Maxwell, dejó de tener sentido hablar por un lado de electricidad y, por otro, de magnetismo. Más aún, Maxwell también demostró que la luz es en realidad una onda, una vibración, del campo electromagnético, con lo cual también dejó de tener validez hablar, como una disciplina aparte, de óptica. En otras palabras: Maxwell unificó en un sistema teórico y conceptual común la electricidad, el magnetismo y la óptica.

De forma paralela al desarrollo de la ciencia del electromagnetismo, que culminó con la gran síntesis de Maxwell, surgieron en el mundo las comunicaciones electromagnéticas. Primero fue la telegrafía con hilos (señales eléctricas discontinuas que se transmitían a través de un hilo conductor), comenzando por la terrestre y siguiendo por las líneas que atravesaban medios líquidos, en los que el gran logro fue la gran línea telegráfica transatlántica que unió las islas británicas con Norteamérica, completada en 1866. Rápidamente fue surgiendo una malla de redes telegráficas que inundaron el globo terrestre y que hicieron el mundo más pequeño. Y pronto llegó la telegrafía sin hilos, esto es, la radio, una tecnología cuyo punto de partida se encuentra en la predicción que realizó Maxwell de la existencia de ondas electromagnéticas, y en la comprobación que Heinrich Hertz efectuó en 1888 de que las cargas aceleradas emitían ondas electromagnéticas. Fue el italiano Guglielmo Marconi (1874-1937) quien con más ahínco y habilidad combinó estos conocimientos para producir un sistema que, por primera vez, permitió la comunicación entre dos lugares distantes sin necesidad de utilizar cables por los que circulase corriente eléctrica. En 1899 estableció la primera conexión internacional entre Folkestone (Inglaterra) y Boulogne (Francia). Y en 1901 consiguió transmitir señales que cruzaron el Atlántico, algo en principio sorprendente, ya que la Tierra es redonda y se suponía que las ondas electromagnéticas se propagaban en línea recta. La explicación llegó veinte años más tarde, cuando el físico británico Edward Appleton descubrió que existe en la alta atmósfera una capa electrizada en la que rebotan las señales emitidas, volviendo a la superficie terrestre.

Antes de la telegrafía sin hilos existió otro medio de comunicación que mostró pronto su poder: el teléfono. Aunque no se debe olvidar a Antonio Meucci, el principal responsable de la introducción de este invento fue el escocés Alexander Graham Bell (1847-1922), quien se dedicaba a la enseñanza del habla a sordos. Instalado en Boston desde 1872, se tiene constancia de que Bell ya disponía de un teléfono el 10 de marzo de 1876. Básicamente, este estaba formado por una membrana de pergamino que vibraba cuando llegaban a él ondas sonoras. Un muelle sujetaba una pieza de hierro de forma que esta tocaba suavemente la membrana, y cerca de esta pieza metálica se situaba el polo de un electroimán formado por una bobina y el núcleo de un imán. Cuando el pergamino y el hierro vibraban, variaba el campo magnético del imán, induciéndose una corriente eléctrica en la bobina. Si se conectaban dos aparatos iguales, la corriente producida por uno alimentaba el electroimán del otro, haciendo vibrar su pieza de hierro y en consecuencia la membrana unida a él. Se reproducían de esta forma las ondas sonoras producidas por la voz. Así, los sonidos transmitidos circulaban en los dos sentidos, una de las características que distinguían a la radio del teléfono (otra era, por supuesto, el que aquella no utilizaba cables y el teléfono sí). Mejorado gracias a los esfuerzos de, entre otros, Thomas Alva Edison, la telefonía se extendió rápidamente: en 1880 existían en el mundo unos 59.000 teléfonos; en 1900, cerca de dos millones y medio, y en 1926, 28 millones.

La telegrafía, el teléfono y la radio cambiaron el mundo.

A la radio se unió otro invento que terminaría inundando el mundo: la televisión. Los orígenes de esta tecnología se encuentran en un disco que construyó en 1884 el alemán Paul Nipkow. Tenía 24 agujeros repartidos uniformemente a lo largo de una espiral, y cuando el disco giraba a 600 revoluciones por minuto, hacía pasar la luz procedente de una célula fotovoltaica de selenio por los agujeros (la conductividad eléctrica del selenio aumenta cuando incide luz sobre él, una propiedad que permite la conversión de energía luminosa en eléctrica y a la inversa). Esta se convertía así en puntos luminosos que se reunían enfocándolos con una lente, tras lo que se obtenía una imagen, aunque un tanto borrosa. Nipkow no continuó explorando su idea, algo que sí hizo Borís Rosing, del Instituto Tecnológico de San Petersburgo, que en 1906 combinó la idea del disco con un desarrollo fundamental: un aparato que construyó en 1897 el físico alemán Ferdinand Braun, el osciloscopio de rayos catódicos, la base de los posteriores receptores de televisión. La idea de Rosing fue dirigir, modulándolas, las señales procedentes del disco de Nipkow hacia la pantalla del tubo de rayos catódicos (corrientes de electrones). Aunque en realidad las imágenes que se obtenían eran discontinuas, gracias a la persistencia de estas en el proceso de la visión, se producía la ilusión de una imagen continua. Sin embargo, aunque la idea era buena, Rosing no fue capaz de desarrollarla suficientemente, tarea esta que emprendieron otros. En 1927, la ATT (American Telegraph and Telephone) produjo una emisión experimental en la que aparecía el candidato a la presidencia del país, Herbert Hoover. El año siguiente, GE (General Electric), ponía a la venta el primer aparato de televisión comercial y emitía al mismo tiempo una primera producción. En septiembre de 1929, la BBC comenzaba a emitir programas, algo que también hizo el Servicio Postal alemán, mientras que los Laboratorios Bell enviaban imágenes en color de Washington a Nueva York, utilizando tres canales separados para transmitir los colores primarios: rojo, verde y azul. En 1947 había solamente 34.000 televisores en el Reino Unido, pero en 1953 la cifra era ya de más de dos millones.

Otra aplicación de los avances electromagnéticos fueron los trenes eléctricos, el primero de los cuales apareció en enero de 1879 fabricado por la compañía del ingeniero e industrial alemán Werner von Siemens (1816-1892). Recorría un circuito de vía estrecha instalado en la Exposición de Berlín. La introducción de trenes subterráneos (metros) impulsó la utilización de locomotoras eléctricas, aunque hubo que esperar hasta la segunda mitad del siglo XX para que, con sus nuevas prestaciones, su empleo se difundiera. Y lo lograron con eficacia: el 28 y 29 de marzo de 1955, las locomotoras francesas CC-7107 y BB-9004 alcanzaron los 331 km/h mientras remolcaban tres vagones de pasajeros. Se abrió de esta forma la era de la alta velocidad ferroviaria actual, una era a la que España se sumó con el Tren de Alta Velocidad, el AVE, cuya vida laboral se inició en 1992 en la línea Madrid-Sevilla, por la que en 1993 ya circulaba a 357 km/h.

Automóviles y aviones

Uno de los rasgos que caracterizan la civilización actual es el extendido uso del automóvil. Para el desarrollo de este medio mecánico de transporte resultó fundamental el motor de combustión interna de cuatro tiempos. En el primer tiempo, el aire y el combustible entran en la cámara de combustión (un cilindro) por una válvula; en el segundo, se comprime la mezcla aire/combustible y se la enciende mediante una bujía; en el tercero, o tiempo de combustión, el combustible inflamado empuja un pistón, y en el cuarto, los gases producidos son conducidos hacia el exterior a través de una válvula. El inventor principal de este dispositivo fue el alemán Nikolaus August Otto, aunque se inspiró en un motor anterior, de dos tiempos, inventado por el belga afincado en Francia Jean-Joseph Étienne Lenoir. En el motor de este último, la ignición de la mezcla de aire y de gas de carbón (el mismo que se utilizaba en la iluminación urbana, por ello se llamaba «gas ciudad») que ponía en marcha el proceso de expansión-compresión ya se producía mediante una chispa eléctrica. Fueron bastantes los fabricantes que se dedicaron a esta tarea de construir motores, la mayoría utilizando como combustible gas ciudad, aunque los más destacados fueron dos, que en principio trabajaron independientemente: Karl Benz y Gottlieb Daimler. En 1885, el primero produjo un vehículo con un motor de cuatro tiempos, que patentó el año siguiente y que muchos consideran el primer automóvil: tenía tres ruedas, una sola marcha, utilizaba gasolina (que entonces solo se vendía en farmacias), alcanzaba una velocidad máxima de 17 km/h y se puso a la venta en 1887. Cinco años más tarde, introdujo un modelo, con cuatro ruedas y dos marchas, que ya llegaba a los 20 km/h. También Daimler, que había estado haciendo mejoras en el motor de Otto (como utilizar un nuevo sistema de ignición), comenzó a instalar motores en carruajes en 1885. Debido a la gran crisis financiera que se produjo en Alemania y Austria en la década de 1920 (también, aunque en menor grado hasta el crac de 1929 en Estados Unidos) las compañías de Daimler y de Benz comenzaron a cooperar, fusionándose en 1926 y creando la Daimler-Benz AG, que fabricaba camiones y automóviles Mercedes-Benz.

Como suele suceder, se tardó un tiempo hasta que el fenómeno de la automoción inició su despegue: durante su primera década de vida, de 1895 a 1905, el automóvil fue un juguete, un capricho para los que podían permitirse comprarlo. Pero en 1908 tuvo lugar un acontecimiento con profundas consecuencias: Henry Ford construyó un vehículo lo suficientemente barato como para que muchos trabajadores lo pudiesen adquirir, el conocido como Modelo T. En 1909, ya se fabricaban 17.771 unidades de este coche, mientras que en 1913 el número había aumentado a 202.667. El pico de producción llegó en 1924, con 1,8 millones, convirtiendo a Estados Unidos en el líder mundial del censo automovilístico. Por otro lado, en 1914, Ford también introdujo un método de trabajo que, aunque ya se había empleado en la fabricación de bicicletas, fue en sus factorías donde demostró mayor eficiencia y donde adquirió tal importancia que, con el tiempo, lo hizo imprescindible en otros dominios de la industria: la línea de ensamblaje en cadena.

Como vemos, existían automóviles antes de que el siglo XX comenzase su andadura, pero no aviones, «máquinas más pesadas que el aire» provistas de motores que pudiesen desplazarse por este con una persona a los mandos. El punto de partida oficial de esta tecnología del transporte se debió a dos hermanos estadounidenses, Wilbur Wright (1867-1912) y Orville Wright (1871-1948), que se ganaban la vida fabricando, reparando y vendiendo bicicletas en Dayton (Ohio). Con esta preparación técnica y el pequeño soporte económico que les permitía su negocio, y tras realizar un gran número de pruebas con planeadores, en 1903 instalaron dos motores en una versión más grande de un planeador, con el que Orville efectuó en las dunas de Kitty Hawk (Carolina del Norte) un primer vuelo con éxito el 17 de diciembre de ese mismo año. Aquel primitivo avión, Flyer I, era un biplano con estructura de madera y revestimiento de tela, propulsado por dos hélices bipalas, accionadas mediante una transmisión de cadena de bicicleta, con un motor de gasolina de 10-12 caballos de potencia y 90 kilogramos de peso. El recorrido y duración —40 metros y 12 segundos— de aquel primer vuelo autopropulsado y tripulado de la historia con una máquina más pesada que el aire fue modesto, pero cargado de futuro.

En 1905, los hermanos Wright fabricaron y patentaron un avión más grande, con el que pudieron completar un recorrido de 40 kilómetros. Dos años después llevaron la novedad a Europa, concretamente al sur de Francia. En Pont Long, cerca de Pau, crearon la primera escuela de aviación del mundo, donde formaron a cientos de pilotos, y en 1909 fundaron su propia empresa aeronáutica: la American Wright Company. Pronto aquella semilla fructificó y surgieron otras escuelas, como la que fundó, en las proximidades de la de los Wright, el aviador y constructor de aeroplanos Louis Blériot, famoso por su travesía del canal de la Mancha el 25 de julio de 1909 (despegó de Calais y aterrizó, tras un vuelo de 37 minutos, cerca de Dover). Este vuelo de Blériot fue modesto en comparación con los grandes vuelos transatlánticos que seguirían, como la travesía del Atlántico, iniciada en Lester Field, cerca de San Juan de Terranova, y culminada en Clifden (Irlanda), un vuelo de 3.186 kilómetros sin escalas que duró 16 horas y 12 minutos (entre el 14 y el 15 de junio de 1919), a bordo de un bombardero Vickers Vimy modificado que pilotaban los británicos John William Alcock y Arthur Whitten Brown.

Con la máquina de vapor comenzó un proceso de desarrollos tecnológicos que produjo un conjunto muy diverso de vehículos: automóviles, camiones, trenes, autobuses.

Los globos aerostáticos del siglo XVIII constituyeron un tímido comienzo. Únicamente a partir de comienzos del siglo XX las «máquinas más pesadas que el aire», los distintos tipos de aeronaves, pudieron emular a las aves.

La explosión de la aeronáutica llegó una década después de la iniciativa de los hermanos Wright. Se estima, por ejemplo, que en 1914 no existían más de 5.000 aviones en todo el mundo; sin embargo, la primera guerra mundial favoreció la aviación y durante esos años se construyeron alrededor de 200.000 aviones, aunque todos militares. La aviación civil apenas se desarrolló hasta la década de 1930, cuando aparecieron, entre otros, el trimotor Ford 4-AT «Tin Goose», que en 1926 fue capaz de transportar a trece pasajeros a 160 km/h y el Boeing 247, que alcanzó los 250 km/h en 1933 con diez personas a bordo. En 1936, entró en acción el Douglas DC3, que lograba los 300 km/h, velocidad que superó ampliamente diez años después el Lockheed Constellation, que ya transportaba 52 pasajeros y llegaba a los 420 km/h.

El transistor, la célula de la sociedad de la globalización

Si el siglo XIX fue pródigo en desarrollos tecnológicos, el XX no se quedó a la zaga. De hecho, es imposible resumir en pocas palabras lo mucho que se logró en aquella centuria. Si hubiese que preparar un inventario de esos desarrollos, en ninguna lista faltaría el transistor, un dispositivo electrónico hecho de un material semiconductor (esto es, cuya conductividad eléctrica se encuentra entre la de los metales, magníficos conductores, y los aislantes), que puede regular una corriente que pasa a través de él y también actuar como amplificador. Comparado con los tubos de vacío y los triodos que le precedieron, el transistor necesita cantidades muy pequeñas de energía para funcionar; además es más estable y compacto, actúa instantáneamente y dura más.

El transistor es hijo de la física cuántica, una rama que, junto con la relatividad einsteiniana, revolucionó la ciencia de la primera mitad del siglo XX. La física cuántica también propició desarrollos tecnológicos como el armamento atómico y las centrales nucleares, que no se tratan en el presente libro. Sus inventores —porque de un invento se trata, ya que no existen transistores naturales— fueron tres: John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley, investigadores que trabajaban en unos laboratorios industriales estadounidenses, los Bell Telephone Laboratories, creados como una compañía subsidiaria de ATT (American Telephone and Telegraph) y Western Electric (posteriormente pasaron a depender de Alcatel-Lucent USA, Inc.). Lo produjeron en 1947.

Las posibilidades económicas que abría el transistor y los materiales semiconductores se hicieron evidentes para las compañías emprendedoras, por supuesto, pero también para algunos científicos, que buscaron participar de los beneficios que estos podrían generar. Al fin y al cabo, ellos, al igual que todos, estaban inmersos en un mundo en el que el dinero y los negocios representaban un valor no solo material, sino también cultural. En consecuencia, algunos se decidieron a traspasar las fronteras de la academia de una manera mucho más radical que cuando aceptaron trabajar para laboratorios industriales como podían ser los Bell: esto es, convirtiéndose ellos mismos en empresarios. Tal fue el origen del célebre Silicon Valley (valle del Silicio), situado en el sudeste de San Francisco, en cuya constitución desempeñaron papeles centrales Frederick Terman, catedrático y director de la Escuela de Ingeniería de la cercana Universidad Stanford, y William Shockley, uno de los descubridores del transistor, que abandonó los laboratorios Bell, buscando horizontes más lucrativos: en 1955 fundó su propia compañía, Shockley Semiconductor Laboratory. Durante las décadas de 1960 y 1970, el crecimiento de Silicon Valley fue extraordinario, estableciéndose allí una nueva alianza entre ciencia e industria, entre investigación básica e innovación.

Aun siendo importante, muy importante, la introducción del transistor solo fue el primer paso. El siguiente surgió como consecuencia del deseo de evitar tener que producir por separado los componentes —entre ellos, transistores— de un circuito y tener luego que ensamblarlos. La solución a este problema se produjo en dos lugares y por dos personas diferentes: Jack Kilby y Robert Noyce.

En mayo de 1958, Kilby entró a trabajar en Texas Instruments, una compañía que hasta entonces se había centrado sobre todo en la geofísica, pero que en 1952 decidió que el futuro estaba en los transistores y en la miniaturización de componentes electrónicos. Pronto Kilby se preguntó qué pasaría si en lugar de tomar diferentes componentes y luego unirlos para formar un circuito, este estuviese compuesto del mismo material; de hecho, de un material semiconductor como el silicio. Este es el segundo elemento químico más abundante en la Tierra, pues se encuentra en muchas rocas y en la arena, y puede comportarse, según las condiciones a las que esté sometido, como conductor o como casi aislante, lo que significa que es capaz de desempeñar funciones electrónicas diferentes. En agosto de 1958, Kilby mostró su invento a los directivos de Texas Instruments y el 6 de febrero de 1959 solicitó varias patentes del producto: un circuito integrado, un microchip o, simplemente, un chip (chip es una antigua palabra inglesa, que quiere decir «un pequeño, y especialmente delgado, trozo de madera, piedra u otro material, separado al labrarlo, cortarlo o romperlo»).

El otro gran protagonista de la historia de este invento, Noyce, trabajaba para Fairchild Semiconductor, empresa de la que él mismo había sido uno de sus fundadores en 1957 y en la que este mismo año Jean Hoerni desarrolló las técnicas fundamentales (proceso «planar») para la fabricación de un artilugio parecido al de Kilby: un circuito integrado plano (basado en una lámina de semiconductor) bastante más robusto que el de este. Noyce fue quien lo construyó en 1958 (la patente se solicitó el 30 de julio de 1959, después, por consiguiente, que la de Kilby), pero diez años más tarde dejó Fairchild para fundar junto con Gordon Moore la empresa Intel, donde lideró con Ted Hoff la invención del microprocesador, que generó una nueva revolución: la revolución microelectrónica.

Al ser compañías que no tenían nada que ver con la industria de las comunicaciones, Texas Instruments y Fairchild Semiconductor buscaron nuevos escenarios a los que llevar sus transistores, como las calculadoras, en las que la primera desempeñó (al igual que IBM) un papel dominante durante algún tiempo. No olvidemos que hasta la llegada de los transistores y circuitos integrados, las máquinas de calcular utilizadas eran gigantescos amasijos de componentes electrónicos, como la Colossus, construida en Inglaterra durante la segunda guerra mundial y que se utilizó para descifrar códigos secretos alemanes, o la estadounidense ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer; esto es, Computador Integrador Numérico Electrónico), que tenía 18.000 tubos electrónicos, unidos por miles de cables, pesaba 30 toneladas y consumía 174 kilovatios. Con los transistores llegó, en la década de 1950, una nueva generación de computadores: el TRADIC (Transistor Digital Computer) que, construido en 1954 por los Laboratorios Bell para la Fuerza Aérea estadounidense, utilizaba 700 transistores y podía competir en velocidad con el ENIAC.

Poco a poco, pero cada vez con más rapidez, utilizando los circuitos integrados, los computadores se hicieron más potentes, más rápidos, más pequeños y más baratos, hasta que en la década de 1970 llegaron los computadores personales (personal computers), los PC. Aunque no era realmente lo que hoy entendemos por un ordenador personal, el paso de los macrocomputadores a los PC comenzó en 1975, cuando una empresa poco conocida de Nuevo México sacó a la venta (por 400 dólares) el Altair, aparato informático que desencadenó una serie de desarrollos que condujeron a que en 1977 se pusiese a la venta el Apple II, creado por Steve Jobs y Stephen Wozniak. Un año antes, Bill Gates había fundado Microsoft, empresa que terminaría dominando en gran parte este mundo a través, sobre todo, de los desarrollos que creó en el ámbito del software, los lenguajes de programación. En la década siguiente, esos computadores personales se extendieron por los países desarrollados, comenzaron a ser utilizados para todo tipo de servicios y muchas empresas pasaron a depender de ellos. De uno de los modelos producidos, el Commodore 62, que comenzó a comercializarse en 1982, se habían vendido ya 17 millones en 1994. Según algunas fuentes, en 1972 había únicamente 150.000 ordenadores en el mundo; en 1993, 152 millones; en 1998, 337 millones; en 2003, 616 millones. En 2010, el país con mayor número de usuarios de computadores personales era Estados Unidos, con 223 millones. Lo seguían Japón (69 millones), China (53), Alemania (45), el Reino Unido (36), Francia (35) y Corea del Sur (26).

Internet, una red de comunicación ubicua

Los nuevos mecanismos de comunicación, almacenamiento y manipulación de datos cambiaron costumbres y posibilidades, pero probablemente no en la medida que lo han hecho otros instrumentos de comunicación: la World Wide Web (WWW) e Internet.

La idea de la WWW se debe a un físico inglés, Tim Berners-Lee, que trabajaba en Ginebra para el CERN, el laboratorio europeo de investigación en física de altas energías (también denominada durante algún tiempo «de partículas elementales»). En este centro se llevan a cabo experimentos que involucran a grupos de cientos de personas, no necesariamente residentes en el mismo lugar, ni siquiera en el mismo país, y que, en consecuencia, sienten con especial virulencia cualquier problema que dificulte la comunicación entre ellos. Precisamente como una solución ante esta dificultad, Berners-Lee, graduado en Física en la Universidad de Oxford, propuso en 1989 la idea de la WWW. Es cierto que por aquel entonces ya existía Internet, cuyo origen tiene que ver con el Departamento de Defensa de Estados Unidos, que deseaba desarrollar una red de comunicaciones que pudiese sobrevivir a una guerra nuclear: en 1969 se había establecido la primera conexión de computadores entre tres universidades de California y una de Utah, la denominada ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), que constituyó la espina dorsal de Internet hasta 1990. Pero esa red no estaba todavía implantada en Europa. Fue en 1989 cuando el CERN abrió sus primeras conexiones externas a Internet, el primer paso a que esta se constituyese como una red de redes global por medio de la cual se comunican los ordenadores enviando información. Ahora bien, aquella Internet continuaba adoleciendo de serios problemas, relacionados los principales con la dificultad para que el receptor decodificase los mensajes que recibía. Existía también el correo electrónico, que permitía enviar mensajes de una persona a otra, pero esos mensajes no formaban parte de un espacio en el que la información pudiera existir permanentemente y se pudiera acceder a ella. Por consiguiente, los mensajes eran transitorios.

La WWW fue una respuesta a este problema. Un ingrediente crucial en su desarrollo fueron las invenciones en 1990 del http (HyperText Transfer Protocol, el protocolo de transferencia de hipertexto), que sirve para transferir información por Internet de tal modo que pueda cumplir las exigencias de un sistema de hipertexto global, y del html (HyperText Markup Language), un lenguaje de ordenador para representar el contenido de una página de hipertexto, en el que están escritas la mayoría de páginas web.

En 1990, el número de usuarios de Internet en el mundo era de 2,8 millones (0,05 % de la población mundial); en 2002, 632 millones (11 %); en 2010, 1.800 millones (26,6 %). Su incidencia, ayudada por la proliferación de teléfonos móviles inteligentes, es prácticamente inimaginable. En la actualidad aquellos que no pueden acceder a una conexión a Internet se encuentran en inferioridad de condiciones. Y no solo porque la Red represente un medio de acceder a la información en magnitudes colosales, con lo que esto significa, sino porque el número de servicios a los que se puede llegar a través suyo crece y crece sin parar: desde citas en departamentos públicos hasta la compra de todo tipo de bienes, sin olvidarnos de las —para tantos tan queridas— redes sociales, como Facebook, Twitter o Instagram.

Tecnologías (de imagen) médicas

La medicina también ha sido un dominio al que han afectado profundamente los desarrollos tecnológicos. Las denominadas «técnicas de imagen» forman parte destacada del nuevo mundo médico. Primero llegó, inmediatamente después de que Wilhelm Röntgen descubriese en 1895 los rayos X, la radiología, que a lo largo de los años fue experimentando mejoras sustanciales. Una de ellas fue la introducción en 1955 del intensificador de imágenes, que permitía sustituir la placa fotográfica por un dispositivo electrónico de menor resolución, aunque su rápida respuesta facilitaba la observación de imágenes en movimiento. Además, abría la puerta a la radiología digital, en la que la placa fotográfica es sustituida por un detector electrónico conectado a un ordenador. Una hija, o por lo menos pariente próximo, de esta técnica es la tomografía axial computerizada (TAC), en la que un tubo emisor de rayos X y un detector giran describiendo un círculo alrededor del paciente. Con la información recogida, un ordenador reconstruye los cortes tomográficos de la zona del cuerpo que se desea analizar. La primera aplicación de esta técnica —creada por el físico Allan Cormack y el ingeniero electrónico Godfrey Hounsfield— data de 1972, cuando se utilizó con una mujer de la que se sospechaba que padecía una lesión cerebral. La imagen obtenida reveló un quiste circular en el cerebro. Otra técnica de imagen de diagnóstico médico desarrollada en la década de 1970 es la tomografía de emisión de positrones (PET, de Positron Emission Tomography), que utiliza las propiedades de los positrones (la antipartícula del electrón) que son producidos en un ciclotrón: tras recorrer una corta distancia, el positrón choca con un electrón del cuerpo del paciente, momento en que tiene lugar la aniquilación de ambos (como ocurre cuando una partícula y su antipartícula se topan). La energía producida en el proceso de aniquilación se disipa en forma de dos fotones que se mueven en direcciones opuestas y que son detectados mediante un par de sensores, procesándose posteriormente la información recibida, lo que permite detectar cambios en la concentración de los tejidos que contenían los electrones iniciales.

Otras tecnologías existentes en el extenso universo médico son las ecografías, marcapasos e, incluso, los corazones artificiales. Y qué decir de campos a los que ya solo su nombre denota su dimensión tecnológica: la ingeniería genética o la biotecnología. En torno a 1970, se desarrollaron técnicas de cortado y pegado de tiras de ADN, lo que se denomina «ADN recombinante». Con estas técnicas y los conocimientos derivados del Proyecto Genoma Humano, que permitió conocer la estructura del genoma humano (los genes que constituyen su ADN), fue posible desentrañar la naturaleza de un cada vez mayor conjunto de enfermedades genéticas. En 1989, un grupo de biólogos anunció el descubrimiento de la situación del gen que, cuando sale defectuoso, produce la fibrosis quística, una enfermedad que afecta a los pulmones, páncreas y otros órganos. En 1993, se localizó el gen de la corea de Huntington, un trastorno que produce una degeneración progresiva del cerebro, que viene acompañada de la aparición de fuertes movimientos incontrolados y que conduce, inevitablemente por el momento, a la muerte. Entre los trastornos de reconocido origen génico se encuentran no pocos cánceres, como los de colon, páncreas, pulmón y mama, así como la diabetes, la epilepsia, la enfermedad de Tay-Sachs, la esclerosis tuberosa, la espina bífida, la hemofilia o la neurofibromatosis.

Un vistazo a la tecnología del siglo XXI

Inmersos ya en pleno siglo XXI, no está de más preguntarse qué deparará el futuro en el plano tecnológico. Predecir es, por supuesto, complicado y arriesgado, pero aun así se encuentran buenas indicaciones de lo venidero en algunos campos. Por ejemplo, en la nanociencia y nanotecnología, disciplinas que deben su nombre a una unidad de longitud, el nanómetro (Nm), la milmillonésima parte del metro. La nanotecnociencia engloba cualquier rama de la tecnología o de la ciencia que investiga o hace uso de nuestra capacidad para controlar y manipular la materia a escalas comprendidas entre 1 y 100 Nm. Avances logrados en este dominio han permitido desarrollar nanomateriales y nanodispositivos que ya se están utilizando en ámbitos diversos. Así, es posible emplear una disolución de nanopartículas de oro de unos 35 nm de diámetro para localizar y detectar tumores cancerígenos en el cuerpo, puesto que hay una proteína presente en las células cancerígenas que reacciona con los anticuerpos adheridos a esas nanopartículas, lo que permite hallar las células malignas. De hecho, la medicina es un campo particularmente adecuado para la nanotecnociencia, y así ha surgido la nanomedicina, que, con el afán humano de compartimentar, se divide con frecuencia en tres grandes áreas: el nanodiagnóstico (desarrollo de técnicas de imagen y de análisis para detectar enfermedades en sus estadios iniciales), la nanoterapia (búsqueda de terapias a nivel molecular, yendo directamente a las células o zonas patógenas afectadas) y la medicina regenerativa (crecimiento controlado de tejidos y órganos artificiales). Se trabaja en la actualidad en preparar de manera artificial, utilizando nanotécnicas, estructuras que se encuentran en la naturaleza y que poseen características muy útiles, como, por ejemplo, el abulón, un molusco cuya concha es extraordinariamente resistente a las roturas, o el pie del lagarto gecko, que es un adhesivo soberbio, controlado a voluntad (se trata de un material de propiedades reversibles).

Es posible, por otra parte, utilizar tubos nanoscópicos (nanotubos) de grafeno, observados en 1976 por Morinobu Endo, para fabricar materiales más resistentes que el acero y entre seis y diez veces más ligeros, que seguramente revolucionarán los mundos de la electricidad, la electrónica y la computación. El grafeno es un material bidimensional compuesto de átomos de carbono dispuestos según un patrón regular hexagonal. Una lámina de carbono es cien veces más resistente que el acero, siendo su densidad parecida a la de la fibra de carbono, y unas cinco veces más ligera que el aluminio. Solo la mención de estas propiedades indica las enormes posibilidades industriales que alberga.

Y si se habla de materiales —un campo extremadamente variado y en el que se desarrolla una gran actividad— hay que mencionar los materiales inteligentes, a los que se puede definir como aquellos que muestran un efecto observable en una de sus facetas cuando son estimulados desde otra. Ya existen, o pronto existirán, materiales termocromáticos que cambian de color cuando se calientan; otros cuyas propiedades eléctricas varían al exponerse a determinados productos químicos; polímeros que se degradan hasta desaparecer al cabo de un tiempo, después de haber cumplido la función para la que fueron diseñados, o materiales que se autorreparan y limpian ellos solos. Los hay duros, como los piezomateriales; flexibles, como las aleaciones con memoria de forma; blandos, como los elastómeros dieléctricos, o fluidos, como los ferrofluidos.

Particularmente relevante a la hora de plantearse qué nos puede deparar el futuro son las ya citadas ingeniería genética y biotecnología. Diseñar vida, animal o vegetal, a la carta, es algo que hace tiempo que está en marcha. La denominada «biología sintética» proporcionará la posibilidad de personalizar los organismos mediante la configuración del ADN. Plantas y animales podrán ser diseñados para producir productos farmacéuticos. Ya se ha comenzado a diseñar los genomas de cerdos para confeccionar órganos adecuados para trasplantar a humanos, un proceso llamado «xenotrasplante». Lo que todavía queda para el futuro es la aplicación de esas técnicas en los humanos.

A lo largo del siglo XXI se profundizará —ya se está haciendo— en las técnicas desarrolladas la centuria anterior. Un buen ejemplo en este sentido será la robótica avanzada, combinada con la inteligencia artificial y con nuevos materiales, el Internet de las cosas y la impresión 3D. La expresión «Internet de las cosas» es una de las que, junto con el Big data, aparecen más frecuentemente. En el fondo, no es ni más ni menos que la intensificación de la presencia de sensores en todo tipo de objetos y entornos, sensores que tienen acceso a Internet y que se conectan entre sí en grupos. Va más allá, en consecuencia, de lo que hasta ahora predominaba: la interacción individuo-computadora/teléfono inteligente/tableta. Cámaras ubicuas, ropas inteligentes, relojes de pulsera, ropas o inodoros que recogen datos sobre nuestra salud y los transmiten a centrales —también automatizadas e inteligentes— en hospitales; viviendas provistas de sensores que advierten nuestras necesidades (de alimentación, de limpieza, de temperatura…) y que actúan en consecuencia, pasando la información a donde corresponda, o teléfonos móviles implantables son algunos ejemplos de ese Internet de las cosas, que afectará profundamente a nuestras formas de vida.

Es inminente, y de ello ya se está hablando, la llegada, la invasión, de máquinas inteligentes que superarán las conocidas y que podrán realizar muchas de las tareas protagonizadas hasta ahora por humanos, con mayor eficacia y seguridad que estos. Ya existen tecnologías que nos superan en la realización de ciertas tareas específicas, como, por ejemplo, en algunos aspectos del reconocimiento de imágenes.

Hablar de Inteligencia Artificial implica ponerse de acuerdo antes sobre qué es la inteligencia, puesto que no existe una definición que se acepte universalmente. De entrada, tenemos que el surgimiento de la inteligencia constituye un problema evolutivo. Se suele distinguir entre instinto e inteligencia. Así, se puede pensar que los primeros no son más que reacciones bioquímicas ante situaciones concretas, que implican beneficios o peligros, y que al surgir con frecuencia en los miembros de una especie se «instalan» permanentemente en su memoria neurológica. En semejante contexto, hay que preguntarse si lo que sucedió es que, en algún momento de la cadena de la adaptación evolutiva, los instintos se mostraron insuficientes en la lucha por la vida, surgiendo una habilidad, la inteligencia, que dotaba a la especie que la poseía de mejores habilidades (por ejemplo, prever situaciones futuras aun estando en contextos muy alejados de los peligros o beneficios en que se centraban sus instintos). De todas maneras, la diferencia entre instinto e inteligencia no es demasiado clara.

En cuanto a la Inteligencia Artificial, algunos se limitan a definirla como un sistema computacional que exhibe comportamientos que de manera habitual se piensa que requieren inteligencia (como la nuestra). Sin embargo, otros consideran que es la facultad de resolver de forma racional problemas complejos o de tomar decisiones de manera que se consigan los propósitos buscados, sean cuales sean las circunstancias que encuentren. Un posible método para reconocer la Inteligencia Artificial es el denominado test de Turing, propuesto por el genial y nada afortunado —se suicidó después de ser condenado por homosexualidad y haber aceptado, para evitar la cárcel, un tratamiento hormonal de castración química— matemático inglés Alan Turing, en un artículo titulado «Maquinaria computacional e inteligencia», publicado en 1950 en la revista filosófica Mind. Sostuvo allí que una máquina es inteligente si una persona que la interroga pero no la puede ver es incapaz de deducir por sus respuestas si se trata de una máquina o de un humano. Turing, por cierto, no hablaba de Inteligencia Artificial, término acuñado en 1955 por John McCarthy, sino de si una máquina puede pensar.

Para el tipo de inteligencia implícita en el test de Turing podrían bastar dispositivos muy sofisticados pero estáticos, del tipo de Deep Blue, la computadora de IBM que derrotó en 1997 a Gary Kaspárov, campeón mundial de ajedrez. Más recientes (enero de 2017) y mucho más significativas son las victorias de Libratus —una máquina construida en la Universidad Carnegie Mellon, de Pittsburg, por dos matemáticos, Noam Brown y Tuomas Sandholm— en partidas de póker ante cuatro campeones mundiales de ese juego. Y digo significativas porque el póker no es como el ajedrez, basado en reglas lógicas, en millones y millones de posibilidades, pero todas obedeciendo a unas reglas fijas: en el póker desempeñan un papel central las iniciativas de las personas, incluidas los faroles.

Vivimos ya rodeados de innumerables dispositivos inteligentes de esta clase, aunque de inteligencia limitada, especializada, que realizan multitud de tareas, como, por ejemplo, los smartphones. Este tipo de Inteligencia Artificial ya está ayudando a resolver —o al menos aliviar— algunos de los problemas que afectan hoy a la humanidad: existen prototipos de vehículos que no necesitan conductor, que salvarán miles de vidas cada año y que incrementarán la movilidad de ancianos y discapacitados; edificios inteligentes que permiten economizar los gastos energéticos y reducir las emisiones de dióxido de carbono; servicios médicos automatizados, presenciales o a distancia, y sistemas para mejorar la enseñanza en todos los niveles educativos. Los ejemplos de máquinas como estas, que no solo respondan a preguntas sino que reaccionen ante el entorno, que tomen decisiones ante situaciones inesperadas y que puedan aprender de experiencias anteriores, son ya muy numerosos y pronto lo serán aún más.

Por supuesto, también están los sistemas inteligentes móviles, los robots que podrán mantener otros tipos de relación, más personales y afectivas, con los humanos, y de apariencia más similar a estos. En 1950 Turing escribía que «ningún ingeniero o químico puede presumir de ser capaz de fabricar un material que sea indistinguible de la piel humana», pero ya se dispone de materiales de extraordinaria versatilidad, y no es difícil imaginar que pronto se logrará que, básicamente, los haya que tengan características parecidas a las de los seres vivos, con lo que los robots del futuro tendrán superficies parecidas a las nuestras y también refinados órganos sensoriales.

Otra revolución tecnológica en curso, aparentemente pequeña pero que no lo será tanto, es la asociada a la impresión 3D (tres dimensiones). Sus productos no se limitarán a objetos materiales, incluyendo componentes electrónicos, sino que llegará también a órganos (un hígado, por ejemplo), tejidos y huesos humanos. Incluso, ¿por qué no?, corazones, haciendo innecesarios los xenotrasplantes o los corazones artificiales.

El mundo que viene será, en definitiva, fascinante. Alexander von Humboldt y Carl Sagan habrían disfrutado en él.

EPÍLOGO

Carl Sagan: Querido barón Humboldt, me temo que es hora de terminar esta conversación nuestra. Siento que estoy en ese estado en el que soñamos, pero sabemos que estamos soñando; es decir, en una situación entre lo real y lo imaginado. Y no quiero despertar, si es que realmente estoy soñando, y descubrir que nuestra conversación fue únicamente un sueño. Sueño o realidad en uno de esos universos paralelos que parece que existen, ha sido para mí un privilegio nunca imaginado, y fui un experto en imaginar cosas, conversar con usted. Sé que me queda poco tiempo en esta Tierra, que fue suya y ahora es mía, de manera que esto ha sido un regalo maravilloso. Soy, somos, polvo de estrellas, y a ese polvo estelar volverá el mío cuando nuestro planeta termine su vida, algo que, tanto usted como yo sabemos, sucederá. El filósofo cordobés del siglo I, Lucio Anneo Séneca, nos dejó unos Escritos consolatorios que he leído varias veces desde que estoy enfermo y consciente de que me queda poco tiempo. En uno de ellos decía: «Falleció maduro para él, pues vivió cuanto debió vivir, ya no le quedaba nada más allá. Nadie muere demasiado pronto, porque no había de vivir más de lo que vivió».

Me pregunto, eso sí, cuánto tiempo se conservará mi memoria, el recuerdo de que existí. Dudo mucho que tanto como se ha conservado ya la suya, que va ya para cerca de 160 años. Ya sabe aquello de que vivimos mientras nos recuerdan; por eso usted continúa vivo y bien vivo. Conocí la fama, es cierto, pero fue sobre todo por el espectáculo. Me convertí en una estrella de la televisión y de la popularización de la ciencia. No sé si así traicioné la esencia de lo que debe ser un científico. Es una duda que se irá conmigo.

Alexander von Humboldt: No traicionó a la ciencia, querido y admirado amigo. Todo lo contrario, la enriqueció. La llevó a lugares donde era desconocida. ¿Se la puede honrar mejor? Y además, contribuyó a su avance con sus investigaciones. Fue un científico de pura cepa. Y no tema al destino futuro de su legado. En realidad, el suyo tiene más esperanzas de sobrevivir que el mío. Recordaba usted que la Tierra desaparecerá en unos pocos miles de millones de años. De manera que incluso si para entonces nuestros escritos en el formato que sea han sobrevivido, desaparecerán. Pero como usted señaló en Cosmos y en Contacto, las señales electromagnéticas producidas en la Tierra vagan y vagarán por el espacio, de manera que los maravillosos programas de televisión que usted dirigió y en los que aparecía, las ondas electromagnéticas que los contenían, no desaparecerán. Tal vez algún tipo de vida los recoja alguna vez.

C. S.: Es un pensamiento consolador, querido amigo. Ojalá tenga razón, aunque no sé si necesito ese consuelo. Al fin y al cabo, hice lo que quise, pude y estimé conveniente. Si otros lo valoraron, si les sirvió de algo, es recompensa suficiente.

¿Se encuentra el futuro de los Homo sapiens en otros lugares del universo? ¿Lograremos visitar otros planetas, de nuestro sistema solar o más lejanos? ¿O lo harán por nosotros los robots, que pronto serán elementos casi omnipresentes en nuestras vidas?

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El sueño de Humboldt y Sagan

José Manuel Sánchez Ron

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