Título original inglés: What a wonderful world. Life, the Universe and Everything in a Nutshell

© Marcus Chown, 2013.

© de la traducción: Albino Santos Mosquera, 2015.

© de esta edición digital: RBA Libros, S.A., 2015.
Diagonal, 189 - 08018 Barcelona.

www.rbalibros.com

CÓDIGO SAP: OEBO384

ISBN: 9788490068571

Composición digital: Newcomlab, S.L.L.

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PARA JEANETTE, KAREN Y ALINE.

¡CUÁNTO ME ALEGRO DE HABEROS DESCUBIERTO!

CON CARIÑO, MARCUS

PREFACIO

Este libro existe porque tengo un editor excepcional: Neil Belton. En realidad, llevo tiempo actuando como una especie de acechador suyo. He seguido sus pasos allí donde él ha ido, desde Jonathan Cape hasta Faber. Neil tiene múltiples aptitudes. Entre ellas está la de que conoce muy bien los puntos fuertes de los autores a los que guía y sabe qué es lo que pueden y deben escribir mejor de lo que ya hacen.

Mi talento particular es que sé explicar física compleja a cualquiera que tenga la «mala fortuna» de ir sentado junto a mí en un autobús. Pero, además de la física, también me interesan otras cosas. Leo muchísimas obras de ficción. Me fascina la historia. Me gusta correr. De hecho, en 2012, completé la maratón de Londres (algo que difícilmente olvido mencionar durante los tres primeros minutos de conversación con alguien a quien acabo de conocer).

La gran idea de Neil en esta ocasión fue animarme a que escribiera algo en lo que combinara esas dos facetas: es decir, algo en lo que echara mano de mi aptitud para explicar física compleja con un lenguaje accesible y lo aplicara a la tarea de explicarlo todo con un lenguaje igualmente accesible.

La idea me resultaba ciertamente intimidante. ¿Cómo iba a ser yo capaz de escribir de todo? ¿Por dónde empezaría siquiera? Comencé por tratar de figurarme un modo lógico de organizar un material tan amplio. Pero ninguno de los esquemas que discurría me convencía y, al final, acababan hechos trizas en la papelera. Todo eso cambió, sin embargo, cuando escribí la aplicación Solar System for iPad. Disponía solamente de nueve semanas para redactar 120 historias sobre planetas, lunas, asteroides y cometas, así que no tuve más remedio que lanzarme al agua y aprender a nadar sobre la marcha. Y, al parecer, la táctica surtió efecto, porque la app ha sido galardonada con varios premios. Así que eso mismo fue lo que hice aquí: superé mi aprensión y me zambullí en esta nueva tarea sin mayores preámbulos.

La cosa tuvo su dificultad. Normalmente, cuando necesito saber algo sobre algún tema de física, averiguo qué físico (premios Nobel incluidos) es un experto en la materia y lo llamo por teléfono sin más. Hay un 95 % de probabilidades de que la persona así interpelada sea capaz de responder a mis ingenuas preguntas de inmediato. Y, si no puede, seguro que al menos tratará de trasladarme una contestación aproximada. Pero en el caso de temas de los que no sé nada, como el dinero, el sexo y el cerebro humano, me resultó difícil identificar siquiera a quienes pudieran dar respuesta a las preguntas más básicas que yo tenía para los expertos y expertas en la materia. Y cuando por fin localizaba a la persona adecuada y le telefoneaba, sucedía a menudo que no lograba explicarme las cosas al nivel de comprensión de un niño, que era lo que yo necesitaba en ese momento. Peor aún, había ocasiones en las que parecía que estuviéramos hablando idiomas distintos. Con frecuencia, tenía que acudir a dos, tres o cuatro personas antes de hallar a alguien que pudiera contestar a todas mis preguntas. Y, en algún caso incluso, no pude dar con nadie que fuera capaz de hacerlo. Me vi obligado entonces a confeccionar una explicación a partir de retazos de cosas dichas por personas a las que había acudido y de cosas que yo había leído.

Pero Neil tenía razón. Este era el libro que yo debía escribir. Me obligó a hacer un esfuerzo que me sacó de mi zona de confort y que terminó siendo una experiencia tan estimulante como alegre. Me encantó aprender tanto de tantas cosas diferentes sobre las que no sabía nada. Y empecé a apreciar lo maravilloso que es el mundo en que vivimos: mucho más increíble que nada que hayamos podido inventar. Por el camino, aprendí muchas cosas sorprendentes, como que…

• para entender los términos de una obligación de deuda garantizada CDO al cuadrado (uno de los productos de inversión tóxicos que hundió la economía mundial en 2008) habría que leer mil millones de páginas de documentación;

• el moho mucilaginoso tiene trece sexos distintos (¡y pensábamos que éramos nosotros los que teníamos problemas para iniciar y mantener una relación estable!);

• todos los miembros de la raza humana juntos cabrían en el volumen de un terrón de azúcar;

• somos un tercio seta: es decir, compartimos un tercio de nuestro ADN con los hongos;

• envejecemos más despacio en la planta baja de un edificio que en el ático;

• la ventaja crucial de los seres humanos con respecto a los neandertales era… que sabían coser;

• IBM predijo en una ocasión que el mercado mundial de ordenadores no pasaría nunca de… cinco;

• cada día, el cuerpo de cada uno de nosotros fabrica unos 300.000 millones de células: más que estrellas hay en nuestra galaxia (no me extraña que nunca le pille el tranquillo a nada);

• aunque cueste creerlo, el universo podría no ser más que un gigantesco holograma. Ustedes y yo podríamos ser un holograma.

Si tienen ustedes la sensación de que, en esta sociedad nuestra sobrecargada de información, todo ha ido pasando por su lado a gran velocidad, dejándoles a lo sumo la leve impresión de un tenue recuerdo borroso, mi libro tal vez sirva para devolverlos rápidamente y sin esfuerzo a la velocidad a la que funciona el mundo del siglo XXI. Este es, después de todo, mi particular intento unipersonal de entenderlo todo. Aunque, hablando con propiedad, debería decir que se trata más bien del primer tomo de mi intento unipersonal de entenderlo todo.

MARCUS CHOWN

Londres, marzo de 2013

PRIMERA PARTE

CÓMO FUNCIONAMOS

1

SOY UNA GALAXIA

Las células

Bien podría argumentarse que no existimos como entidades.

LEWIS THOMAS

Hay alguien en mi cabeza y no soy yo.

PINK FLOYD

Pienso que yo soy yo. Pero no lo soy. Soy una galaxia. Mejor dicho, soy mil galaxias a la vez. Hay más células en mi cuerpo que estrellas en un millar de vías lácteas. Y, de toda esa infinidad de células, ni una sola sabe quién soy ni le importa. Ni siquiera soy yo quien está escribiendo esto. Yo pienso que sí, pero, en realidad, mi escritura no es más que el resultado del envío por parte de un puñado de células cerebrales —neuronas— de una serie de señales eléctricas a través de mi médula espinal hacia otro puñado de células de los músculos de mi mano.¹

Todo lo que hago es el resultado de la acción coordinada de innumerables billones y billones de células. «Me gusta pensar que mis células trabajan por mi bien, que cada vez que respiran lo hacen por mí, pero quizá son ellas quienes realmente salen a caminar por el parque a primera hora de la mañana y sienten lo que mis sentidos sienten, escuchan la música que escucho y piensan lo que pienso», escribió el biólogo estadounidense Lewis Thomas.²

El primer paso en el camino hacia la constatación de que todos y cada uno de nosotros somos una supercolonia de células fue el descubrimiento de la célula en sí. El mérito corresponde al tratante holandés de telas Antonie van Leeuwenhoek. Ayudado con una diminuta lupa que había adaptado a partir de otra que usaba para comprobar la densidad de las fibras de los tejidos con los que comerciaba, se convirtió en la primera persona de la historia en ver una célula viva. En una carta publicada en abril de 1673 en las Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres, Van Leeuwenhoek escribió: «He observado, al extraer algo de sangre de mi mano, que esta está formada por unos pequeños glóbulos redondos».

El término «célula» había sido acuñado en realidad dos décadas antes por el científico inglés Robert Hooke. En 1655, Hooke había examinado tejido vegetal y había apreciado en él unos compartimentos inertes colocados unos junto a otros. Sin embargo, ni él ni Van Leeuwenhoek cayeron en la cuenta de que las células son como las piezas de Lego de la vida. Pero eso es lo que son. Una célula es el «átomo biológico». No hay más vida —que sepamos— que la vida celular.

LAS PROCARIOTAS: UN MICROUNIVERSO PROTEGIDO

Se han hallado pruebas de la existencia de células en fósiles de hasta 3.500 millones de años de antigüedad. Hay, además, indicios no tan definitivos de su presencia en el planeta hace ya unos 3.800 millones de años, deducible a partir de unos reveladores desequilibrios químicos descubiertos en algunas rocas y que son rastros característicos que dejan los seres vivos. Las primeras células, conocidas como procariotas, eran en esencia unas diminutas bolsas transparentes de una sustancia espesa y pegajosa de menos de una milésima de milímetro de diámetro. Concentrando materia en su interior, cada una de esas bolsas aceleraba ciertas reacciones químicas clave, como, por ejemplo, las que generan energía. También protegían las proteínas y otros frágiles productos de dichas reacciones frente a sustancias tóxicas como los ácidos y las sales del entorno. Aquellos mínimos saquitos de gelatina eran islas refugio en un océano de desorden y caos, y conformaban microuniversos protegidos donde el orden y la complejidad podían crecer resguardados.

La complejidad de esas células se debía en gran parte a las proteínas: megamoléculas construidas mediante el ensamblaje de otras más básicas, los aminoácidos, y formadas por millones de átomos. Dependiendo de su forma y sus propiedades químicas, estas moléculas pueden funcionar como verdaderas navajas suizas capaces de llevar a cabo un sinfín de tareas: desde acelerar ciertas reacciones químicas hasta servir de armazón para la célula o flexionarse cual muelles para impulsar el movimiento celular. Hasta la más simple de las bacterias posee unas cuatro mil proteínas distintas, aunque algunas de ellas —como es el caso de las necesarias para la reproducción— se forman o se expresan solo a intervalos intermitentes. La estructura de estas proteínas está codificada en el ácido desoxirribonucleico (o ADN), una molécula de doble hélice que flota libremente como un bucle suelto en la sopa química (o citoplasma) contenida dentro de una célula.

La estructura celular es de una gran e intrincada belleza. Para empezar, está la bolsa propiamente dicha (o membrana externa). Esta se compone de ácidos grasos, moléculas que se caracterizan por tener una terminación hidrófila (que atrae el agua) y otra hidrófoba (que la repele). Cuando esos lípidos se juntan en gran número —normalmente en torno a unos mil millones—, se autoorganizan espontáneamente en dos capas, de manera que sus terminaciones hidrófobas quedan orientadas hacia el interior y las hidrófilas, hacia fuera.

Las capas de lípidos que rodean una célula no son una barrera pasiva. Ni mucho menos. Esta piel doble regula qué moléculas entran en la célula y salen de ella. Actúa de forma análoga a las murallas defensivas de las ciudades antiguas. Las moléculas más minúsculas pueden pasar sin problema de un lado a otro de la membrana celular como las criaturas pequeñas —los ratones, por ejemplo— podían (y pueden) franquear fácilmente las murallas. Y de igual manera que las criaturas más grandes —las personas, en especial— solo pueden acceder al interior de una ciudad amurallada por las puertas habilitadas para su paso, el tránsito de las moléculas de mayor tamaño está regulado por unas «puertas» presentes en la membrana de la célula. Existen, por ejemplo, proteínas con forma de tubos huecos que atraviesan todo el ancho de la membrana y que sirven de túneles por los que esas moléculas más grandes pueden introducirse para entrar en la célula o salir de ella. Y hay también proteínas de transporte cuya labor consiste en trasladar físicamente moléculas más grandes de un lado de la membrana al otro.

Las moléculas que entran en la célula son aquellas que esta necesita para producir su energía, para fabricar proteínas y para «informarse» del mundo exterior. Por ejemplo, la abundancia en el entorno de una célula de moléculas imprescindibles para la construcción de células nuevas puede incitarla a reproducirse.³ Por otra parte, una escasa entrada de moléculas de agua a través de la membrana puede advertir a una célula de que corre peligro de secarse, lo cual puede desencadenar una cascada de reacciones químicas en su interior que conduzca, en último término, a que un tramo de ADN se copie reiteradamente en moléculas de ácido ribonucleico (ARN). Estas llegan entonces a los ribosomas: verdaderas nanomáquinas que usan esas «plantillas» de ARN para fabricar proteínas capaces de funcionar como componentes de una sustancia mucosa que protege a la célula de la deshidratación.⁴ Demasiado grandes para traspasar la membrana celular, las proteínas así creadas inundan por millones el citoplasma, donde son empaquetadas en sacos membranosos (o vesículas) que se funden con la membrana celular. La membrana puede entonces abrirse (sin reventarse ni perder su integridad estructural) y secretarlas.

Pero las células, además de reaccionar a las moléculas presentes en su entorno, también responden a las moléculas de otras células. Hasta las procariotas más simples y antiguas cooperaban unas con otras, como revelan los fósiles conservados de grandes comunidades microbianas, conocidas como estromatolitos. Hoy continúan existiendo estromatolitos vivos (por ejemplo, en aguas tropicales poco profundas de la costa occidental de Australia), pero hay comunidades fósiles de ese tipo que datan de hace unos 3.500 millones de años de antigüedad.

Al mismo tiempo que una célula fabrica proteínas para protegerse de los cambios ambientales, puede producir proteínas que adviertan a otras de su especie para que hagan lo mismo. Esas señales químicas son cruciales para la supervivencia de las procariotas simples, que viven a menudo agrupadas en enormes colonias denominadas biopelículas, que muy posiblemente fueron las primeras estructuras organizadas que aparecieron sobre la Tierra. Las células del interior de una de esas biopelículas pueden segregar una proteína con azúcares que fija sus membranas a las de otras células, mientras que las del exterior pueden producir proteínas que ayuden a protegerlas de toxinas ambientales. Algunas células llegan incluso a matarse a sí mismas para proporcionar un nitrógeno precioso para la continuidad de sus compañeras. Esta forma de cooperación, en la que las células que forman un grupo se diferencian entre sí para realizar tareas distintas, recuerda bastante a la de las células de nuestro cuerpo. Nos da una pista de cómo pudo haber dado comienzo esa supercooperación celular miles de millones de años atrás.

El tamaño y la complejidad de las procariotas tienen un límite. Para empezar, las proteínas formadas o expresadas por su ADN solo pueden desplazarse dejándose arrastrar (o difundiéndose) con lentitud por el interior de la célula. Por lo tanto, si crece más allá de un determinado tamaño, una procariota pasa a reaccionar de forma suicidamente lenta a los peligros ambientales. Ese es un problema para el que solamente algunas procariotas raras han hallado solución: es el caso de la Thiomargarita namibiensis, que no fue descubierta hasta 1997. Esta bacteria de azufre gigante, que mide en torno a 0,75 milímetros de diámetro y es fácil de apreciar a simple vista, no posee un bucle de ADN, sino miles de ellos, distribuidos uniformemente por su citoplasma. Eso le permite que las proteínas expresadas por hebras localizadas de ADN, aunque se difundan con lentitud, puedan llegar rápidamente a todos los rincones de la célula.

Pero existe, además, otro problema serio que impide que las procariotas aumenten su reducido tamaño. Cuanto más crece cualquiera de ellas, más energía precisa. Y si quisiera recurrir a una estrategia como la de la T. namibiensis, necesitaría una proporción creciente de esa energía para manejar grandes cantidades de ADN. Dado que solo podría hacer algo así sacrificando otros procesos celulares, está claro que el camino hacia la complejidad en aumento está completamente bloqueado para la inmensa mayoría de las procariotas.

Ahora bien, hay otra forma de crecer: darse al canibalismo.

LAS EUCARIOTAS: CIUDADES EMBOLSADAS

Hace unos 1.800 millones de años, una célula procariota engulló a otra. De hecho, entre las procariotas se incluyen las bacterias, pero también las arqueobacterias: unos microorganismos más exóticos que las primeras y capaces de sobrevivir en ambientes extremos —en manantiales sulfúreos bullentes, por ejemplo—, por lo que muy probablemente fueron unas de las primeras formas de vida surgidas en la Tierra.⁵ Pues bien, lo que sucedió en realidad hace 1.800 millones de años fue que una arqueobacteria engulló a una bacteria.

Tal suceso debió de haber ocurrido ya innumerables veces antes. Pero, en todos esos casos previos, la bacteria fue devorada o expulsada. En esa ocasión, por algún motivo desconocido, la bacteria sobrevivió. Más aún: prosperó. Aquel acto produjo un beneficio mutuo para la engullidora y para la engullida. Esta última halló así un entorno protector, a salvo del hostil mundo exterior, mientras que la primera incorporó una nueva fuente de energía.

Las pruebas de que algo así sucedió realmente fueron recopiladas por la bióloga estadounidense Lynn Margulis (primera esposa del televisivo astrónomo Carl Sagan). Y son pruebas que siguen estando presentes a nuestro alrededor en la actualidad. Las mitocondrias generadoras de energía que se encuentran en el interior de las células eucariotas de todos los animales no son solo del mismo tamaño que las bacterias vivas sueltas, sino que, además, se les parecen.⁶ Y lo que es más sorprendente todavía: cuentan con su propio ADN, con su bucle separado y distinto del ADN del conjunto de la célula, exactamente igual que en las procariotas libres.

De hecho, las eucariotas pueden contener cientos, o incluso miles, de las mencionadas mitocondrias, que funcionan como centrales térmicas autónomas dedicadas frenéticamente a hacer reaccionar el hidrógeno (llegado a través del alimento de la célula) con oxígeno para fabricar de ese modo la verdadera batería móvil de la vida: el trifosfato de adenosina o ATP (por sus siglas en inglés).⁷ «Mis mitocondrias componen una gran parte de mí mismo —escribió el biólogo estadounidense Lewis Thomas—. Supongo que, en peso seco, hay tanto de ellas como del resto de mí. Visto así, podría tomárseme por una enorme colonia móvil de bacterias respiradoras».⁸

Con las mitocondrias de una célula funcionando así y de forma semiautónoma, esta ya no necesita dedicar tanto ADN propio a la labor de generar energía. El ADN queda así liberado para codificar otras cosas, otras nanomaquinarias proteínicas. Por consiguiente, cuando las células adquirieron las mitocondrias 1.800 millones de años atrás, obtuvieron también la libertad para hacerse mucho más grandes y complejas.

La diferencia de tamaño entre una eucariota grande y una procariota típica es comparable a la que existe entre un gato y una pulga. Cada una de esas megacélulas puede contener centenares o, incluso, millares de las ya mencionadas bolsitas envueltas en sus correspondientes membranas. Estos orgánulos se reparten las tareas de la célula y funcionan en ella de manera parecida a como en las ciudades modernas lo hacen las fábricas, las oficinas clasificadoras del correo u otros edificios especializados.

Los lisosomas, por ejemplo, son las unidades de tratamiento de basuras de la célula. Descomponen moléculas como las proteínas en sus diversos elementos básicos para que estos puedan reutilizarse. La razón por la que la lechuga de las hamburguesas se pone mustia es que el calor de la carne de ternera deshace las membranas de los lisosomas de las células del vegetal. Con ello se liberan enzimas que devoran el tejido de las hojas. Otro orgánulo es el retículo endoplasmático, que actúa como una oficina de paquetería y mensajería celular. Gracias a los ribosomas por él esparcidos, traduce el ARN que le llega del núcleo y lo transforma en proteínas destinadas a lugares situados más allá de la célula. El aparato de Golgi, por su parte, es un orgánulo que funciona como un centro de envasado y empaquetado. Puede modificar proteínas envolviéndolas (por ejemplo) con una cobertura de azúcar que absorbe el agua. Esas proteínas pueden usarse luego para dar a la superficie de las células sanguíneas un carácter viscoso que les permite desplazarse de un lugar a otro con mayor facilidad.⁹

En realidad, una célula eucariota no parece tanto un organismo único como una colonia de ellos que perdieron hace tiempo su capacidad para sobrevivir de forma independiente. Dice Richard Dawkins que, «durante toda la primera mitad del largo tiempo geológico, no tuvimos más ancestros que las bacterias. La mayoría de las criaturas siguen siendo bacterias y cada uno de nuestros billones de células es una colonia de bacterias». Y todo esto ha sucedido así por casualidad. «La primera mitocondria que se introdujo en otra célula no estaba pensando en las ventajas futuras en forma de cooperación e integración que aquello le reportaría —escribió Stephen Jay Gould—. Solo trataba de buscarse la vida en un duro mundo darwiniano».¹⁰

Los orgánulos están supeditados al núcleo de la célula, que contiene el ADN de esta y organiza prácticamente toda la actividad celular. El botánico inglés Robert Brown reconoció el núcleo como elemento común de las células complejas en 1833.¹¹ Envuelto en una membrana doble, el núcleo recuerda a un castillo fortificado en el interior de la ciudad amurallada que es la célula. La membrana controla la entrada de moléculas en el núcleo y la salida de este de proteínas expresadas por el ADN.

La presencia de un núcleo es uno de los rasgos definitorios de una eucariota, junto con la presencia de una plétora de orgánulos. Una procariota, por su parte, no contiene núcleo ni orgánulos. De hecho, la propia palabra griega prokaryota significa «antes del carion (nuez o núcleo)», mientras que eukaryota quiere decir «verdadero núcleo». Muy probablemente, un núcleo es un requisito imprescindible en células tan complejas como las eucariotas, dada la necesidad de proteger el ADN (algo muy precioso) de la actividad frenética que se desarrolla por doquier en su seno.¹²

Además de tener un núcleo y un elevado número de orgánulos, una célula eucariota contrasta con una procariota porque dispone de un citoesqueleto. Proteínas como la tubulina forman largas vigas que se entrecruzan por toda la célula proporcionándole una especie de andamio: tales microtúbulos confieren rigidez a la blanda bolsa que sería la célula sin ellos y, con ello, le dan forma. También anclan los orgánulos a la membrana. Esto garantiza que estén distribuidos más o menos igual en todos los organismos eucariontes, como los órganos internos están dispuestos del mismo modo en todos los seres humanos salvo raras y ligeras excepciones. Pero, además de proporcionar un armazón interno, los microtúbulos funcionan como una red ferroviaria interior capaz de transportar rápidamente material de un punto a otro de la célula. Lo consiguen creciendo por un extremo al tiempo que se van desintegrando por el otro, por lo que, por extraño que parezca, es la vía y no el tren lo que proporciona la potencia motora. Las proteínas recién fabricadas, encerradas en sus correspondientes bolsas (o vesículas), no tienen más que subirse al microtúbulo que les resulte más conveniente para ser despachadas al momento con rumbo a un destino lejano dentro de la propia célula.

La susodicha red ferroviaria celular permite que una eucariota venza uno de los mayores obstáculos que impiden que una procariota se haga más grande: la necesidad de transportar material a todos los rincones de la célula. Una eucariota no necesita esperar a que las proteínas se difundan lentamente a través del citoplasma, ya que acelera su tránsito interno por medio de su particular red de transporte rápido.

Pero a pesar de constituir un enorme avance con respecto a las procariotas, también las eucariotas tienen sus límites. Organizar orgánulos es una actividad compleja. Si una célula contuviera más de unos pocos miles de ellos, la organización entonces requerida superaría con mucho la capacidad de su núcleo. Los organismos eucariontes —como los procariontes— son un callejón sin salida biológico. El camino que hay que seguir para incrementar la complejidad apunta en otra dirección: la de la cooperación a una escala sin precedentes.

LOS ORGANISMOS PLURICELULARES

Podemos afirmar con casi total seguridad que, desde el momento en que surgieron, las células eucariotas cooperaron unas con otras siguiendo vías cada vez más sofisticadas para ello. Pero, hace unos 800 millones de años, traspasaron un umbral crítico. La naturaleza había juntado colonias de procariotas simbióticas para formar eucariotas. Cientos de millones de años después, repitió la jugada. Reunió colonias de eucariotas simbióticas para formar organismos pluricelulares.

Que la vida sobre la Tierra se mantuviera durante unos 3.000 millones de años dentro del estadio unicelular antes de dar el salto a la fase pluricelular es probablemente un dato muy indicativo de la dificultad de semejante paso. Ese, además, es un antecedente no exento de implicaciones de cara a las perspectivas de hallar vida extraterrestre. Pese a llevar ya cincuenta años buscando, los astrónomos no han apreciado señal alguna de inteligencia en ningún lugar de nuestra galaxia. Existe, pues, la posibilidad de que la vida sea algo común en la Vía Láctea, pero solamente en forma de microorganismos unicelulares.

Los seres humanos —como los animales, las plantas y los hongos— somos todos organismos pluricelulares. Cada uno de nosotros es una colonia de unos 100 billones de células. Hay unos 230 tipos distintos de células, que van desde las cerebrales y las sanguíneas hasta las musculares y las sexuales, y todos nosotros estamos envueltos en una bolsa hecha de células cutáneas, que nos recubren como la membrana recubre a una célula individual.

Cada célula dispone de su propia copia del mismo ADN (con la única excepción de las células sanguíneas maduras, que son tan utilitarias que incluso carecen de núcleo). Pero que una célula particular se convierta en una célula renal, pancreática o cutánea depende de la sección específica del ADN que se lea (o, como suele decirse, que se exprese) en su caso. Esto, a su vez, depende de unos genes reguladores (que no dejan de ser también tramos concretos de ADN) capaces de apagar y encender la lectura del ADN en función de factores tales como la concentración de una sustancia química determinada en una localización concreta.

Cada una de los 100 billones de células que componen un ser humano es un micromundo tan complejo como una gran ciudad, que bulle con la incesante actividad de miles de millones de nanomáquinas. Tiene sus almacenes, sus talleres, sus centros administrativos y sus calles vibrantes de actividad y tráfico. «Hay centrales térmicas que generan la energía de la célula —escribió el periodista estadounidense Peter Gwynne—. Hay fábricas que producen proteínas, vitales unidades de intercambio del comercio químico. Hay sistemas de transporte complejos que van guiando las sustancias químicas específicas de un punto a otro de la célula y más allá de ella. Hay centinelas parapetados que controlan los mercados de exportación e importación, y que escudriñan el mundo exterior en busca de señales de peligro. Hay ejércitos biológicos disciplinados que permanecen en guardia para luchar contra los invasores. Hay un gobierno genético centralizado que mantiene el orden».¹³

Y todo esto sucede ininterrumpidamente durante todos los días de nuestra vida sin que nos demos cuenta para nada de ello. Por decirlo en palabras del biólogo y escritor Adam Rutherford,

cada movimiento, cada latido del corazón, cada pensamiento y cada emoción que hemos tenido desde siempre, cada sentimiento de amor u odio, de aburrimiento, de entusiasmo, de dolor, de frustración o de alegría, cada vez que nos hemos emborrachado y cada vez que hemos sufrido la correspondiente resaca, cada moretón, estornudo, picor o nariz cargada, cada una de las cosas que hemos oído, visto, olido o saboreado, ha sido el resultado de la comunicación de nuestras células entre sí y con el resto del universo.¹⁴

Todos comenzamos nuestras vidas a partir de una única célula, cuando un espermatozoide, la célula más diminuta del cuerpo humano, se fusiona con un óvulo, que es la de mayor tamaño (visible incluso a simple vista). Todas las personas hemos sido durante aproximadamente media hora una sola célula antes de que esta se dividiera en dos. Se trata de un proceso extraordinario en sí mismo. En apenas treinta minutos, esa célula no solo debe realizar una copia de su ADN —un procedimiento que, para acortar tiempo, se produce simultáneamente en múltiples puntos de ese ADN—, sino que debe construir del orden de 10.000 millones de proteínas complejas. Eso equivale a más de 100.000 por segundo.

En el plazo de sesenta minutos, las dos células se dividen y dan lugar a cuatro, estas se convierten luego en ocho, y así sucesivamente. Tras varias divisiones, la presencia de diferencias químicas entre diferentes puntos del embrión en desarrollo hace que las células comiencen a diferenciarse entre sí. Se trata de un proceso que culmina en una fase a partir de la cual cada célula «sabe» si será una célula renal, cerebral o cutánea. Con los años, una sola célula inicial terminará convertida en una galaxia (o, mejor dicho, en mil galaxias) de células.

No hay apenas células en nuestro cuerpo que sean permanentes (con la única salvedad de las cerebrales). Las que recubren la pared del estómago se encuentran constantemente bañadas en un ácido clorhídrico capaz de disolver una hoja de afeitar, por lo que deben ser repuestas sin descanso. Podría decirse que estrenamos recubrimiento estomacal cada tres o cuatro días. Las células sanguíneas duran más, pero incluso ellas se autodestruyen tras unos cuatro meses de vida. No es exagerado afirmar que cada uno de nosotros es, más o menos, una persona nueva cada siete años, lo que tal vez explicaría la proverbial «crisis de los siete años»: uno o una mira a su pareja y de pronto piensa: «¡Esta ya no es la misma persona con la que me junté!».

Las células de nuestro cuerpo mueren en un número tan prodigiosamente alto que, solo para reemplazarlas, cada uno de nosotros está obligado a fabricar en torno a 300.000 millones de ellas cada día. Eso equivale a más células que estrellas hay en nuestra galaxia. No me extraña que nos cansemos de no hacer nada.

«ALIENS» (EXTRANJEROS RESIDENTES)

Puede que el número de células de nuestro cuerpo sea astronómico. Pero ni siquiera todas ellas pueden llevar a cabo la totalidad de funciones que son necesarias para nuestra supervivencia, no al menos sin la ayuda de legiones de células ajenas como procariotas, hongos y animales unicelulares (los llamados protozoos).¹⁵ En nuestro estómago, por ejemplo, centenares de especies de bacterias trabajan constantemente extrayendo nutrientes de nuestros alimentos. Si algunas de esas bacterias «buenas» mueren inadvertidamente, por ejemplo, por la acción de los antibióticos, podemos resentirnos de ello con dolencias como la diarrea.

Las bacterias residentes en nuestro organismo nos protegen de enfermedades al ocupar nichos funcionales en nuestro cuerpo que, de otro modo, podrían ser ocupados por patógenos provocadores de afecciones. El Proyecto Microbioma Humano, un estudio quinquenal financiado por el gobierno de Estados Unidos, hizo públicos sus hallazgos en 2012. Entre otras cosas, descubrió que las fosas nasales de aproximadamente un 29 % de las personas contienen Staphylococcus aureus (más conocido como la superbacteria SARM). Del hecho de que esas personas no sufran efecto patológico alguno por ello, cabe deducir que, en individuos sanos, estos microbios funcionan como bacterias buenas que mantienen bajo control otros patógenos dañinos.

Curiosamente, el Proyecto Microbioma Humano halló que hay más de diez mil especies de células ajenas residentes en nuestro cuerpo (cuarenta veces más que tipos diferentes de células propias). Somos, pues, un 2,5 % humanos nada más. De hecho, cada centímetro cuadrado de nuestra piel sirve de hogar a una media de cinco millones de bacterias. Las regiones más pobladas son las orejas, la nuca, los costados de la nariz y el ombligo. La utilidad del conjunto de esas bacterias (auténticos «aliens» en nuestro cuerpo) es un misterio. El Proyecto Microbioma Humano fue incapaz de determinar qué función cumplía el 77 % de las especies presentes en nuestra nariz, por ejemplo.

La asombrosa cifra de bacterias ajenas presentes en nuestro cuerpo puede hacer que perdamos de vista su importancia en la realidad. El Proyecto Microbioma Humano detectó que los microorganismos que habitan en nuestra piel y nuestro interior suman un total de, al menos, ocho millones de genes, cada uno de los cuales codifica una proteína con una finalidad concreta. En comparación, el genoma humano contiene meramente 23.000 genes.¹⁶ Por consiguiente, hay unas cuatrocientas veces más genes microbianos ejerciendo su efecto sobre nuestro cuerpo que genes propiamente humanos. Así que, en cierto sentido, ni siquiera somos un 2,5 % humanos: apenas lo somos en un 0,25 %.

Puesto que las células ajenas que hay en nuestros cuerpos son mayoritariamente procariotas (que son mucho más pequeñas que las eucariotas), todas ellas solo suman unos pocos kilogramos a nuestra masa total (apenas entre un 1 y un 3 % más). No están codificadas por nuestro ADN: nos infectaron después de nacer, a través de la leche materna o directamente por vía ambiental. Y están instaladas prácticamente al completo en nosotros cuando cumplimos los tres años de edad. Así pues, es justo decir que nacemos siendo un 100 % humanos, pero morimos siendo un 97,5 % de «aliens».

EL HORIZONTE DE SUCESOS BIOLÓGICO

Toda célula nace de otra. «Omnis cellula e cellula», concluyó François-Vincent Raspall por vez primera en 1825. Por lo tanto, todas las células de nuestro cuerpo —y todas las de la Tierra— descienden de un ininterrumpido linaje que se remonta a la primera de todas ellas, aparecida unos 4.000 millones de años atrás. Esa primera célula es generalmente conocida como el último antepasado común universal (o LUCA, siglas de Last Universal Common Ancestor). Nadie sabe cómo surgió exactamente. No cabe duda de que tuvo que haber un abultadísimo proceso previo de ensayo y error —una enorme dosis de preevolución— hasta que la naturaleza dio con ese diseño.

Los errores (las mutaciones) en los genes se acumulan a un ritmo constante a lo largo del tiempo. De ahí que, si una especie totaliza el doble de mutaciones de un gen en particular que otra, podamos deducir que hace el doble de tiempo que se escindió de un ancestro común. Así es como se construye el árbol genealógico de la vida (ideado inicialmente por Charles Darwin). El problema es que las bacterias tienen la inoportuna costumbre de intercambiar ADN entre ellas además de legarlo a sus descendientes. Eso significa que, cuanto más nos aproximamos a LUCA, menos se parece el árbol de la vida a un árbol propiamente dicho y más nos recuerda a un zarzal impenetrable.

En física, los científicos hablan del «horizonte de sucesos» de un agujero negro: el punto de no retorno para la materia que caiga en él. Cubre como un opaco manto al agujero negro de tal modo que nada puede verse más allá, en su interior. Los biólogos emplean en un sentido parecido también la idea de un horizonte de sucesos biológico, más allá del cual es imposible saber nada. Y, por desgracia, LUCA se encuentra al otro lado del mismo.

Desde los tiempos de LUCA, la Tierra, pese a sus escarceos con la pluricelularidad, ha sido un mundo esencialmente bacteriano. Se cree que existen en nuestro planeta unos diez quintillones (un millón de billones de billones) de bacterias. Eso son mil millones de veces más bacterias que estrellas hay en el universo observable. Pero ni siquiera esa cifra podría darnos una imagen fiel de la biología terrestre. Pensemos, si no, en los virus. Como escribió Lewis Thomas:

Vivimos en una matriz danzante de virus. Cual abejas posándose inquietas de flor en flor, se precipitan de un organismo a otro, de una planta a un insecto, de un insecto a un mamífero, de este a mí, y luego de vuelta a una planta, y se sumergen incluso en el fondo del mar, y, mientras, van arrastrando consigo pedazos de todo ese genoma, cadenas diversas de genes, trasladando así injertos de ADN y haciendo circular herencia genética entre unos seres vivos y otros como si todos participáramos en una gran fiesta.¹⁷

Incapaces de reproducirse sin secuestrar la maquinaria de las células, los virus no están considerados por lo general precursores de la vida celular. Pero ¿quién sabe?

2

EL BEBÉ CON PROPULSIÓN A COHETE

La respiración

Toda nuestra energía es un rayo de sol liberado del estado cautivo en el que se hallaba en los alimentos.

NICK LANE,

Los diez grandes inventos de la evolución

Vivimos porque captamos electrones en el momento en que son excitados por fotones solares y aprehendemos la energía liberada en el instante de cada salto y la almacenamos en intrincados bucles para nuestro propio uso.

LEWIS THOMAS, Las vidas de la célula

Un cohete se eleva dejando atrás una espesa nube de humo blanco y llamas anaranjadas. Un bebé da una patadita en un momento de alegría. Puede que parezca que esas dos cosas no tienen nada en común. Pero las apariencias engañan. Ambas están impulsadas por la energía resultante de lo que, en esencia, es una misma reacción química. Ambas están alimentadas por combustible propulsor de cohetes.

Basta con pensar un momento en esa idea para darse cuenta de por qué no tiene nada de extraño. Propulsar algo tan pesado como un cohete hasta el espacio exterior requiere del combustible más potente posible: uno que, a igualdad de masa, suministre la mayor pujanza. La vida sobre la Tierra lleva 3.800 millones de años de experimentación por ensayo y error. Sería raro que, en sus diversas intentonas y esfuerzos por hallar la fuerza que impulse los procesos de los organismos vivos, no hubiera dado ya con la fuente de energía más potente disponible.

Esa fuente energética es la reacción química que se produce entre hidrógeno y oxígeno. En el caso de todos los animales, se trata de hidrógeno extraído de los alimentos y de oxígeno extraído del aire. En el caso de un cohete, hablamos de hidrógeno y oxígeno líquidos.

Pues, bien, ¿cómo funciona esa reacción del hidrógeno con el oxígeno? ¿Y de dónde procede exactamente la tremenda energía a que da lugar? Para entenderlo, se necesita algo de información previa.

Todos los átomos, incluidos los de hidrógeno y los de oxígeno, están formados por un diminuto núcleo y unos electrones más minúsculos aún. Los electrones orbitan en torno al núcleo, atrapados por la poderosa fuerza eléctrica de este de un modo muy parecido a como los planetas, influidos por la fuerza de la gravedad, orbitan alrededor del Sol. Existen múltiples formas distintas en las que los electrones pueden orbitar en un átomo dado. Pero, en general, son más felices cuanto más próximos pueden estar con respecto al núcleo porque así minimizan su energía.

Y lo son porque ese es un principio general de la física. Por ejemplo, se dice que un balón situado en un punto elevado de la ladera de una montaña tiene una alta energía gravitatoria. A la menor oportunidad, tratará de minimizar su energía y lo hará rodando cuesta abajo hasta la base de la montaña, donde pasará a tener una energía gravitatoria baja. De manera parecida, también los electrones de un átomo intentarán siempre minimizar su energía (con la misma propensión e insistencia con la que los balones tienden a rodar ladera abajo).

Cuando dos átomos se juntan, pueden surgir nuevas vías para la distribución de sus respectivos electrones combinados. Si existe una configuración conjunta posible con una energía total más baja que la que sumaban los dos átomos por separado, entonces, con la misma inevitabilidad con la que el balón tiende a caer, los átomos se combinarán formando una molécula. En eso consiste básicamente toda la química: en la reorganización de electrones.

La energía de la molécula es menor que la de los átomos separados que se unieron para constituirla, por lo que, cuando se forma, queda energía sobrante. Y una piedra angular de la física es el principio según el cual la energía no puede crearse ni destruirse, sino únicamente transformarse (por ejemplo, de energía eléctrica a energía lumínica). En consecuencia, la energía excedente mencionada queda disponible para hacer cosas.¹

En un cohete, por ejemplo, la reacción entre un átomo de hidrógeno y otro de oxígeno —aunque, para ser más precisos, son en realidad dos átomos de hidrógeno los que reaccionan con cada átomo de oxígeno para formar H₂O (agua)— libera una elevada cantidad de energía. Esta calienta el agua y expulsa a gran velocidad el vapor blanco que vemos salir de la parte inferior del cohete. Como la acción y la reacción son iguales y opuestas, los gases que salen de los tubos de escape a muy alta velocidad propulsan el cohete hacia arriba.

Esa reacción entre hidrógeno y oxígeno libera tanta energía que es capaz incluso de elevar un cohete hasta el espacio exterior.² La capacidad energética de dicha reacción es también la razón por la que un corredor de maratón puede completar 42 kilómetros y 195 metros de recorrido alimentado con apenas un plato de pasta. De ahí que todos y cada uno de los animales vivos de la Tierra aprovechen la mencionada reacción.

En realidad, la reacción entre hidrógeno y oxígeno no es la única que libera energía. Antes de que el oxígeno estuviera presente en cantidades sustanciales en la atmósfera terrestre, los organismos obtenían su energía de procesos mucho menos eficientes. Uno de ellos es la fermentación. Así fabrican alcohol las células de levadura, por ejemplo. También los músculos de los velocistas, cuando se quedan sin oxígeno, producen ácido láctico por medio de la fermentación. Pero en el proceso fermentador, solo un 1 % (aproximadamente) de la energía excedentaria queda disponible para realizar trabajo. Compárese esa cifra con el nada desdeñable 40 % aprovechable de la energía sobrante de la reacción del hidrógeno con el oxígeno.

Esas dos cantidades anteriores nos indican algo que es ciertamente interesante y profundo sobre el mundo biológico. Para que existan seres vivos carnívoros, es preciso que haya, como mínimo, tres niveles en la cadena trófica: plantas, animales que comen plantas y animales que comen animales que comen plantas. Pero si solo el 1 % de la energía de las plantas está disponible para los animales que se alimentan de ellas, entonces solo el 1 % de ese 1 % —es decir, un raquítico 0,01 %— estará a disposición de los animales que se alimenten de esos animales, y así sucesivamente.

Por lo tanto, hasta que existió oxígeno suficiente (en cantidades digamos que más o menos modernas) hace unos 580 millones de años, fue imposible que hubiera carnívoros. De hecho, las bacterias aprendieron el truco del oxígeno más de 2.000 millones de años atrás, pero por aquel entonces solamente había unas minúsculas cantidades de O₂ disponibles. En realidad, se calcula que el mencionado truco del oxígeno hizo que se multiplicara nada menos que por mil (aproximadamente) el total de la biomasa sobre la Tierra. En vez de dos capas o niveles tróficos en la cadena alimentaria, de pronto fue posible contar con cinco o seis. La asombrosa complejidad de la vida sobre la Tierra hoy día se debe únicamente al aprovechamiento del oxígeno.

BIOLOGÍA A PILAS

Pero ¿cómo funciona exactamente el mencionado truco del oxígeno? En un cohete, el hidrógeno y el oxígeno se combinan formando agua, lo que origina la liberación explosiva de una ingente cantidad de energía térmica. Es evidente que los organismos vivos no recurren a tan violento proceso, pues terminarían todos volatilizados. En vez de ello, liberan la energía paso a paso mediante un sistema mucho menos destructivo y bastante más sutil.

Lo que sucede realmente cuando el hidrógeno y el oxígeno reaccionan juntos en un cohete es lo que ocurre en todas las reacciones químicas: los electrones se dedican entonces a jugar a las sillas, por así decirlo. Concretamente, un átomo de oxígeno arrebata electrones de dos átomos de hidrógeno.³ En el proceso, esos átomos de oxígeno e hidrógeno terminan fusionados en una sola molécula de agua.⁴ Pero ¿y si fuera posible que los átomos de hidrógeno suministraran electrones a un átomo de oxígeno sin que ni los unos ni el otro llegasen jamás a coincidir en realidad? Pues, bien, esa particular variedad de reacción entre oxígeno e hidrógeno es justamente la que la biología ha sabido aprovechar.

Lo primero que se requiere para algo así, claro está, es obtener hidrógeno. Hablamos de un gas que no existe en estado libre en la Tierra. Al tratarse del más ligero de todos los gases, si se creara aquí, en la superficie de nuestro planeta, en una cantidad significativa cualquiera, terminaría elevándose por flotación hasta salir al espacio exterior. En el interior de una célula, sin embargo, un proceso sorprendentemente sutil y energéticamente eficiente llamado ciclo de Krebs extrae los átomos de hidrógeno de los alimentos que ingerimos, es decir, de las moléculas de azúcar (glucosa, C₆H₁₂O₆) o grasa. Dos átomos de hidrógeno donan entonces sus electrones a un átomo de oxígeno. El secreto reside en que eso no sucede de forma directa, como en un cohete. Entre los átomos de hidrógeno y el átomo de oxígeno se extiende un largo cable de complejos proteínicos.⁵ Y los electrones donados, rebosantes de energía sobrante, van saltando de un punto a otro a lo largo de ese hilo.

Centrémonos en un electrón. Mientras va recorriendo a saltos el mencionado cable, con la misma inevitabilidad con la que un balón cae cuesta abajo por la ladera de una montaña, va impulsando núcleos de hidrógeno (o sea, protones)⁶ a través de canales (o poros) de la membrana celular.⁷ Como los protones tienen una carga eléctrica —la opuesta de la de los electrones—, ese proceso genera una diferencia de carga entre un lado de la membrana y el opuesto. Algo parecido sucede en una pila o una batería, en la que esa carga diferencial crea un campo de fuerza eléctrico entre sus polos. Y esto, en realidad, nos da una pista de lo que hace el electrón superenergético al recorrer el cable de proteínas hasta llegar a un átomo de oxígeno: convierte la membrana de la célula en una batería cargada. El campo de fuerza eléctrico resultante entre uno y otro lado de la membrana es fabulosamente potente. Es comparable, de hecho, al campo que, durante una tormenta con aparato eléctrico, disocia los átomos en el aire y descarga un rayo de muchos millones de voltios.⁸

Habrá quien se esté figurando que las células de nuestro cuerpo deberían chisporrotear con tanta centella. Pero, tranquilos, el tremendo campo de fuerza eléctrico del que hablo no se extiende más allá del ínfimo grosor de una membrana celular (unas cinco millonésimas de milímetro) y otras moléculas intervienen además para que ese campo no se extienda más allá. Curiosamente, sin embargo, cuando llega el momento de la muerte programada de la célula (la apoptosis), ese mecanismo protector se apaga y las células terminan siendo aniquiladas en realidad por sus propios relámpagos internos.

El potente campo de fuerza eléctrico en el que se convierte la membrana-batería impulsa una reacción química por la que se crea trifosfato de adenosina, o ATP. Estas moléculas son verdaderos almacenes de energía, equiparables a unas pilas portátiles. A medida que el electrón avanza rebotando por el cable de proteínas (y perdiendo energía a cada paso), va dejando una estela de abundantes moléculas de ATP rellenas de energía. Liberadas en el seno de la célula, dichas moléculas tienen entonces la facultad de suministrar la energía necesaria para impulsar los procesos celulares donde y cuando sea necesario.

Funcionamos a pilas, en definitiva. Hay unos mil millones de moléculas de ATP en nuestro cuerpo y todas ellas se usan y se reciclan cada uno o dos minutos. Los juguetes pueden necesitar unas pocas pilas que terminan agotándose en el plazo de unas horas. Comparemos eso con nuestro cuerpo, que consume unos diez millones de pilas cada segundo. Suerte que, en el caso de los cuerpos humanos, las pilas ya vengan incluidas.

Al final, el electrón alcanza el otro extremo del cable de proteínas, agotada ya su energía. Allí se combina con el átomo de oxígeno que aguardaba su llegada. Cuando un segundo electrón procedente de otro átomo de hidrógeno se le une también, el átomo de oxígeno adquiere el muy deseable estado de tener un caparazón externo de electrones completo. Pero ahí no se acaba la historia, ni mucho menos. Si el átomo de oxígeno pasa los electrones a otro de carbono —el que se quedó atrás cuando se extrajo el hidrógeno del alimento mediante el ciclo de Krebs—, el resultado es una muy estable molécula de dióxido de carbono. Y dióxido de carbono (junto con vapor de agua) es lo que los animales que respiran oxígeno exhalan como desecho.

LA RESPIRACIÓN

Esto, por lo que respecta a la química de la respiración. Pero ¿y su fisiología? Sabemos que inspiramos aire, del que aproximadamente el 20 % es oxígeno. Solo una cuarta parte del mismo se usa realmente, por lo que el aire espirado sigue conteniendo en torno a un 15 % de oxígeno. Esto es lo que hace posible reanimar a una persona inconsciente con el aliento que le exhalamos en una maniobra de respiración boca a boca.

El aire que inspiramos entra en lo más hondo de nuestros pulmones, cuyas superficies internas tienen una estructura muy parecida a la de las ramificaciones de un árbol, aunque llevadas a la menor escala posible. Esas ramas terminan en unas puntas —llamadas alvéolos— que se extienden paralelas a unos vasos sanguíneos muy finos: allí las moléculas de oxígeno pasan de los alvéolos a los glóbulos rojos de la sangre. La estructura ramificada en árbol de los alvéolos maximiza el área a través de la que esa transferencia de oxígeno puede tener lugar, con lo que maximiza a su vez la cantidad de oxígeno que puede introducirse en el torrente sanguíneo. De hecho, y por increíble que parezca, el área total de la superficie interna de un pulmón humano es equivalente a la de una pista de tenis.

Cuando se transfiere una molécula de oxígeno a un glóbulo sanguíneo, este la recoge por medio de una proteína gigante llamada hemoglobina. Luego la transporta hasta una célula, que obtiene energía de la combinación de ese oxígeno con hidrógeno extraído del alimento. La hemoglobina tiene la crucial propiedad de cambiar de comportamiento en función del grado de acidez de su entorno. La acidez reinante en su destino celular modifica sutilmente la proteína para que esta repela su pasajero en vez de atraerlo como hizo en un primer momento. La proteína descarga así su preciosa mercancía: la molécula de oxígeno que llevaba atrapada hasta entonces. Pero ese mismo cambio en la hemoglobina hace que, en ese momento, atraiga una molécula de dióxido de carbono. Y nada más captarla, la transporta rauda de vuelta a los pulmones, donde pasa de los capilares sanguíneos a los alvéolos para ser exhalada.

El oxígeno que respiramos y que suministra energía para todos los procesos biológicos que se desarrollan en nuestros cuerpos resulta esencial para mantenernos con vida. Y es que, si bien podemos sobrevivir sin comida durante un mes, y sin agua durante una semana, si se interrumpe nuestro suministro de aire, solo podemos sobrevivir durante apenas unos tres minutos.⁹ En cada instante de nuestra vida estamos a tan solo tres minutos de morir. Y a nadie se le hace manifiesta esa realidad con mayor crudeza que a las víctimas de ataques cardiacos, cuyo corazón deja de latir y, por consiguiente, de bombear oxígeno por las arterias y los vasos sanguíneos de su organismo.¹⁰

LA FOTOSÍNTESIS

Pero ¿de dónde proviene el oxígeno que respiramos? La respuesta es clara: de las plantas. En vez de inspirar oxígeno y espirar dióxido de carbono, las plantas toman dióxido de carbono y emiten oxígeno.

Prácticamente toda la energía usada por la vida sobre la Tierra es en último término, pues, energía de la luz solar, que las plantas captan directamente del Sol.¹¹ El mecanismo que aplican para conseguirlo es alucinantemente ingenioso: si no lo fuera, hace ya tiempo que habríamos hallado el modo de imitarlo para, de esa manera, propulsar el funcionamiento de toda la civilización humana con energía procedente directamente de la luz del Sol. En concreto, la energía de una partícula de luz —un fotón— se transfiere a un electrón de una proteína gigante llamada clorofila. Esta es la molécula responsable del pigmento verde de las plantas, si bien la vida también utiliza una segunda versión (no verde) de la misma. Rebosante de energía, el mencionado electrón puede entonces activar e impulsar diversos procesos químicos. La fotosíntesis es uno de ellos: un proceso increíblemente complejo, de hecho, que, en esencia, consigue exactamente lo contrario de la respiración.

Mientras que la respiración desgaja el hidrógeno de alimentos como los azúcares y transfiere su electrón al oxígeno, expulsando dióxido de carbono como residuo, la fotosíntesis separa el hidrógeno del agua y lo combina con el carbono que obtiene del dióxido de carbono para construir azúcares, expulsando el oxígeno sobrante como residuo. Fijémonos en lo asombroso que resulta ese artificio (por así llamarlo): usando nada más que agua, dióxido de carbono del aire y luz solar, las plantas son capaces de sintetizar alimento rico en energía.

Los azúcares fabricados por las plantas son, en esencia, luz solar asimilada. Y siempre que comemos plantas, liberamos en realidad la energía de esa luz solar allí atrapada. Pero el milagro no termina ahí. Algunas plantas (los árboles, por ejemplo) pueden quedar enterradas tras su muerte y transformarse, por acción del calor y la presión a la que acaban estando sometidas en el subsuelo, en combustibles fósiles como el carbón. Cuando quemamos carbón, pues, dejamos suelta de nuevo la luz solar de antaño. En última instancia, todo en la Tierra funciona con la energía aprehendida de un rayo de sol.

Pese a todo, la fotosíntesis es bastante ineficiente. El porcentaje de energía lumínica entrante que termina convertida en azúcar en la mayoría de las plantas no está por encima de un 1 %, aproximadamente. De ahí que quienes han buscado crear una fotosíntesis artificial se hayan planteado el reto, no ya de igualarla, sino de conseguir que funcione significativamente mejor que en la naturaleza: por ejemplo, convirtiendo en hidrógeno un 20 % de la luz solar incidente.

El hidrógeno, combinado con el oxígeno (recordemos los casos del combustible para cohetes o de la respiración), libera grandes cantidades de energía. Podría utilizarse, por lo tanto, en células de combustible para impulsar toda clase de máquinas y aparatos, desde coches hasta ordenadores. Tres son los pasos principales para seguir en la creación artificial de fotosíntesis. En primer lugar, hay que captar la luz y transferir su energía a un electrón, para que estimule a su vez la energía de este. A continuación, hay que liberar el electrón de su átomo matriz. Por último, hay que usar el electrón superenergético resultante para que impacte en una molécula de agua y la fracture a fin de que libere el importantísimo átomo de hidrógeno. La fotosíntesis artificial, capaz de fabricar combustible de hidrógeno a partir de la luz solar, pondría término a la dependencia que la raza humana tiene actualmente de combustibles fósiles como el petróleo, cuyas reservas merman a pasos agigantados. Estaríamos ante una tecnología que cambiaría por completo las actuales reglas del juego. Podría transformar el mundo.

3

CAMINANDO MARCHA ATRÁS HACIA EL FUTURO

La evolución

La evolución actúa como un habilidoso aficionado a las probaturas y los retoques.

FRANÇOIS JACOB,

«El bricolaje de la evolución»

(cap. 2 de El juego de lo posible)

Los cerdos nos miran a los ojos y ven en nosotros a sus iguales.

WINSTON CHURCHILL

Pregunta: ¿Qué tienen en común los aviones, los televisores y las farolas con las ranas, las ballenas y las personas? Respuesta: Todos ellos son configuraciones de la materia altamente improbables en principio, pero todos hacen lo que hacen fantásticamente bien. Los objetos tecnológicos del primer grupo fueron diseñados por seres humanos. La conclusión obvia que se podría extraer de la similitud entre ambos grupos sería, por lo tanto, que los seres vivos del segundo grupo también fueron diseñados. Pero esa conclusión tan obvia es errónea.

La falsa ilusión de la existencia de un diseño en la naturaleza es tan intensa que su carácter ilusorio no fue reconocido hasta bien entrado el siglo XIX. En la Europa de aquel entonces, existía la convicción más o menos unánime de que los seres vivos habían sido creados y puestos sobre la Tierra con sus formas actuales por un Ser Supremo. Los científicos de la época eran creyentes en su mayoría y nada podía estar más lejos de su ánimo que cuestionar aquella idea y granjearse con ello las iras de la Iglesia. Pero los científicos no tienen más opción que ir adonde les llevan las pruebas. Y las pruebas estaban apabullantemente del lado de la tesis de que la asombrosa diversidad de las formas de vida existentes en la Tierra —desde las bacterias hasta las ballenas azules, desde los hongos hasta los zorros voladores, o desde los gorilas hasta las secuoyas gigantes— es consecuencia de un mecanismo puramente natural.

Una pista importante de ello la proporcionaban los fósiles. Todo parecía indicar que eran vestigios de criaturas antiguas, sepultadas bajo los sedimentos depositados y compactados en el fondo de lagos y mares, y, por alguna razón que nadie conocía con exactitud, petrificados. Los fósiles nos revelan que las criaturas que habitan la Tierra hoy día no son las mismas que vivieron en tiempos en este mismo planeta. Algunas criaturas antiguas, como los dinosaurios, se extinguieron por completo, mientras que otras igualmente desaparecidas parecen estar relacionadas con algunas de las actualmente existentes. Las más simples y primitivas aparecen fosilizadas en los sedimentos más profundos (y, por tanto, más antiguos). A medida que ascendemos por los estratos de roca hacia sedimentos cada vez más recientes en el tiempo, los fósiles que hallamos en ellos se vuelven más complejos y sofisticados.

Los científicos terminaron comprendiendo que el registro fósil funciona como una secuencia temporal de la vida sobre la Tierra que nos viene a decir que, a lo largo de larguísimos periodos de tiempo, las especies van cambiando gradualmente de apariencia, transformándose progresivamente de unas en otras hasta convertirse finalmente en las especies que hoy vemos a nuestro alrededor. La vida no se creó de golpe en un día por obra y gracia de un Creador y permaneció inalterada y estática por siempre jamás, sino que ha ido evolucionando gradualmente a partir de formas ancestrales más simples.

Esa evolución explica las sorprendentes similitudes entre algunas de las criaturas vivas actuales, como los humanos y los chimpancés: si toda la vida sobre la Tierra desciende de un ancestro común de algún pasado remoto, es evidente que todas las criaturas actuales están emparentadas entre sí. Pero ¿cuál es el mecanismo impulsor de la evolución? ¿Qué causa que las especies cambien a lo largo de las generaciones? ¿Y cómo han terminado las criaturas vivas haciendo lo que hacen tan increíblemente bien que dan ciertamente la sensación de haber sido diseñadas para ello? El hombre que dio con la respuesta fue Charles Darwin.

Darwin se embarcó a bordo del Beagle en 1831. Durante los cinco años que trabajó como naturalista del barco, realizó algunas muy llamativas observaciones del mundo biológico. Por ejemplo, él se percató de que, en el archipiélago de las Galápagos, situado a mil kilómetros de la costa occidental de América del Sur, los pinzones tienen picos de formas distintas según la isla en la que viven. En todos los casos, son picos cuya forma está perfectamente adaptada para sacar el mejor partido de las semillas y frutos disponibles en el entorno local de las aves en cuestión: picos cortos y gruesos para partir nueces u otras semillas grandes; picos más esbeltos para granos no tan grandes.

Darwin empezó a discurrir una explicación al darse cuenta también de que las aves y los animales de las Galápagos constituían unas variantes muy sutiles de otras especies comunes en la Sudamérica continental. Aquello parecía indicar que las Galápagos habían sido colonizadas por criaturas del continente próximo. Llamaba igualmente la atención que algunas aves y algunos animales de América del Sur que podrían haber sobrevivido y prosperado a la perfección en las Galápagos estuvieran ausentes de aquellas islas. Solo un reducido subconjunto de todos ellos había superado la barrera oceánica ayudado por los vientos o por cúmulos de vegetación flotante. Esas resistentes criaturas habían sido la fuente original de la que habían irradiado las demás presentes en las islas en la época actual para ocupar todos los nichos hasta entonces vacíos: la idea, pues, era que un único tipo de pinzón se había propagado a todas las islas y, luego, había ido evolucionando picos distintos en cada una de ellas, adaptados a las semillas más abundantes del lugar.

Darwin había captado así nuevas e importantes pistas sobre la evolución. Pero desconocía qué era lo que impulsaba los cambios en las especies: qué hacía que cada una terminara encajando aparentemente a la perfección en su entorno. De vuelta en Inglaterra, en 1836, y cuando tenía todavía veintisiete años de edad, se sentó a su mesa de trabajo, reunió y puso por escrito todos los datos que había recopilado, y comenzó a pensar.

Darwin era consciente de una de las vías más comunes por la que las criaturas de diferentes especies cambian de forma con el paso de las generaciones: la cría o el cruce deliberados. Las plantas y los animales domésticos heredan rasgos físicos de sus progenitores y esos rasgos pueden potenciarse o inhibirse. Para crear un rebaño de ovejas con la capa de lana más gruesa posible, por ejemplo, los criadores seleccionan especímenes que ya tengan capas de lana gruesas, los aparean entre sí y continúan repitiendo el proceso, una generación tras otra.

Pero, si bien en ese caso los humanos seleccionamos aquellas características que deseamos potenciar en un animal o en una planta, la naturaleza parece seleccionar rasgos que maximizan las probabilidades de supervivencia de un organismo en su entorno. Puede que esa selección natural no funcione tan rápido como la selección artificial de los criadores humanos, pero resulta igualmente eficaz.

Tras dieciocho meses intensamente concentrado en la búsqueda de una solución a aquel rompecabezas, una luz se encendió en la cabeza de Darwin. De pronto, supo ver cuál era ese mecanismo de la selección natural que tanto nos había costado advertir. Y era algo pasmosamente sencillo.

Una de las características más sorprendentes del mundo natural es el derroche reproductivo del que con frecuencia hacen gala sus organismos. Los animales siempre dan a luz abundantes camadas de crías. Las plantas producen enormes cantidades de simiente. Pero está claro que no hay comida suficiente en el mundo para sustentar a tantos jóvenes. Resulta inevitable, por lo tanto, que la mayoría de esas criaturas perezcan por el hambre. Lo crucial del caso —como bien entendió Darwin— es que las únicas que viven para reproducirse son aquellas que disponen de las características que mejor las capacitan para sobrevivir en su entorno.¹ Y son esas características las que luego heredan los individuos de la siguiente generación. Así pues, con el paso del tiempo, la prevalencia de rasgos ventajosos en una población aumenta a costa de otros rasgos que no confieren a sus individuos una mayor capacidad de supervivencia.

Ahí estaba, pues, la pieza perdida del rompecabezas: la evolución por selección natural. «Qué tremendamente estúpido no haber pensado antes en eso», dijo el amigo y gran valedor de Darwin, Thomas Huxley. Pero, por supuesto, Darwin había tenido que penetrar en la vertiginosa complejidad del mundo natural hasta llegar al mecanismo que late en el corazón de este y que genera calladamente toda esa complejidad. La suya no fue una gesta cualquiera.

Richard Dawkins ha dicho de la evolución por selección natural que constituye la idea más grande de la historia de la ciencia. Y no cabe duda de que tiene un poder explicativo extraordinario. La biología moderna viene a ser literalmente el relato de la evolución por selección natural. «Nada tiene sentido en la biología si no es a la luz de la evolución», escribió Theodosius Dobzhansky en 1937.

Según sus biógrafos, Darwin no se molestó en dar a conocer su idea, pues se daba cuenta de que colisionaba frontalmente con la doctrina de la Iglesia, según la cual Dios creó todas las criaturas vivas con la forma definitiva que tienen actualmente. Hasta 1858 (tras veinte años de silencio, con su idea guardada en un cajón) no se sintió impulsado a actuar. Y el detonante fue una carta que le llegó de un hombre llamado Alfred Russel Wallace, quien, mientras observaba la naturaleza en Indonesia y Malasia, había llegado a la misma conclusión unificadora que él y había ideado su propia teoría de la evolución por selección natural.² Atónito ante aquella noticia, Darwin se encerró en su despacho y comenzó a escribir desaforadamente.

La trascendental obra resultante, publicada en 1859, es conocida universalmente por el título de El origen de las especies, aunque, en realidad, no dice nada acerca del origen primero de la vida, que, hasta el momento presente, continúa envuelto en un profundo misterio. Más pertinente es el título completo, aunque también considerablemente más enrevesado: El origen de las especies por medio de la selección natural, o la preservación de las razas preferidas en la lucha por la vida.³

Según Darwin, toda la vida actual sobre la Tierra ha evolucionado a lo largo de eones a partir de un organismo ancestral común por medio del proceso de la selección natural. Tal idea se contradice no solo con el relato bíblico de la creación concebida como un acontecimiento singular y puntual, sino también con la tesis defendida por la Iglesia de que los seres humanos son los únicos creados a imagen y semejanza de Dios. Según Darwin, los humanos ni somos el pináculo de la creación ni constituimos un caso especial en ningún sentido. Somos simplemente unos animales más.

Igual que, en el siglo XVI, el astrónomo polaco Nicolás Copérnico mostró que la Tierra no estaba en el centro de todas las cosas ni ocupaba ningún lugar especial en el cosmos, Darwin nos enseñó que los seres humanos no éramos el centro de las cosas ni ocupábamos ninguna posición especial en el mundo vivo.⁴

Darwin tuvo la valentía de exponer una teoría que chocaba de pleno con la ortodoxia religiosa más arraigada. Pero también fue muy sincero a la hora de reconocer los defectos de la teoría y su carácter incompleto. Por ello pidió al público en general que juzgara aquella idea por sus postulados más generales, de los que él estaba convencido que eran correctos, y no por los detalles más específicos, que él desconocía, aunque estaba convencido de que otros biólogos de generaciones futuras sabrían desentrañar.

Dos elementos destacaban como omisiones flagrantes en su teoría. El primero era el mecanismo de la variación. Es evidente que las personas heredan rasgos tanto de su madre como de su padre: en un hijo o una hija pueden apreciarse el cabello pelirrojo de la madre o la mandíbula cuadrada del padre, por ejemplo. Pero ¿qué causa la aparición de nuevos rasgos aparentemente seleccionados por la selección natural por su propia cuenta?

Lo segundo que se echaba en falta en la teoría de Darwin era el mecanismo de la herencia. Darwin pensaba inicialmente que la información de los rasgos se transmitía de una generación a otra porque fluidos de cada uno de los dos progenitores se entremezclaban durante la fecundación. Sin embargo, de la combinación de tales fluidos biológicos cabría esperar que se fusionaran los rasgos (como se fusionan la pintura roja y la amarilla cuando se mezclan y originan una pintura naranja), con lo que algunos de ellos se perderían para siempre. Así pues, a las alturas evolutivas a las que estamos, lo habitual sería que las personas tuviéramos ojos de un color que fuera simplemente una mezcla de azul y castaño, pero difícilmente encontraríamos a personas de ojos puramente azules o puramente castaños. Sin embargo, como bien sabemos, eso se contradice directamente con la realidad. Además, con el tiempo, la mezcla de esos fluidos biológicos debería conducir a que todas las criaturas de una población terminaran siendo similares entre sí, lo que disminuiría drásticamente la variación necesaria para el funcionamiento de la selección natural. Cuando Darwin se dio cuenta de semejante incoherencia en su tesis sobre los fluidos, se sintió hondamente frustrado.

EL MECANISMO DE LA HERENCIA Y LA VARIACIÓN

Fue un monje llamado Gregor Mendel, de Brno (en lo que hoy es la República Checa), quien por primera vez percibió el hasta entonces esquivo mecanismo de la herencia. Entre 1856 y 1863, Mendel cruzó diversas variedades de plantas de guisante (por decenas de miles, de hecho) y elaboró una lista exhaustiva con aquellos rasgos que los especímenes descendientes heredaron sin alteración alguna. Por ejemplo, cuando Mendel cruzaba guisantes de flores violáceas con otros de flores blancas, el resultado no eran guisantes de flores rosáceas, sino un porcentaje predecible de guisantes de flor blanca y otro porcentaje igualmente predecible de plantas de flor violácea. Pudo constatar así que las características se heredan tal cual, una de cada progenitor, pero también averiguó que algunos rasgos son más dominantes que otros. Lo importante, en cualquier caso, es que se heredan como partículas que nunca pueden subdividirse, y no como un fluido susceptible de fusionarse o mezclarse. Sin saberlo, Mendel había descubierto lo que hoy llamamos genes.

Mendel publicó sus hallazgos en las Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn («Actas de la Sociedad de Historia Natural de Brno») en 1866. Pero la revista era tan local y poco conocida que su trabajo no obtuvo un reconocimiento generalizado hasta el siglo XX. Cuenta una historia, a menudo repetida, que, de los 115 ejemplares del artículo de Mendel, uno llegó a manos del mismísimo Darwin y que fue descubierto luego en la biblioteca particular de este tras su muerte, sellado y sin haber sido leído aún. De ser cierta esa anécdota, representaría un muy trágico infortunio, desde luego. Pero la realidad es que esa habladuría no es más que una simple leyenda. Darwin no tenía trabajo alguno de Mendel en su amplísima colección bibliográfica. Aquellos dos genios de la biología, poseedores cada uno de ellos por separado de sendas piezas cruciales (y jamás juntadas en vida de ninguno de ellos) del rompecabezas, no coincidieron nunca ni estuvieron siquiera cerca de coincidir, separados como estuvieron por una considerable distancia espacial y temporal.

El trabajo de Mendel no se redescubrió hasta 1900, mucho después del fallecimiento de Darwin. Al poco tiempo de ese redescubrimiento, el biólogo estadounidense Thomas Hunt Morgan comenzó a cruzar moscas de la fruta y observó que heredaban características siguiendo un patrón muy similar al de los guisantes de Mendel. Llegó incluso a determinar que los elementos físicos responsables de los rasgos heredados —los genes— radicaban en unas diminutas estructuras con forma de hebra llamadas cromosomas. Aquello supuso el nacimiento de una nueva ciencia: la genética.

La imagen completa del mecanismo de la herencia no se terminó hasta finales del siglo XX. Como ya hemos visto, los componentes constitutivos elementales de toda forma de vida son las células, minúsculos saquitos de sustancias químicas y activos recintos de nanomaquinaria química.⁵ En el centro de toda célula hay una minicélula: un núcleo. Y en cada núcleo, hay unos cromosomas hechos de ADN.

El ADN es una molécula con la forma de dos escaleras de caracol entrelazadas. La columna vertebral de esta doble hélice está compuesta por una secuencia de solamente cuatro moléculas (o bases) posibles —la adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) y la timina (T)— que se unen por parejas. La A, la G, la C y la T son las cuatro letras del código genético.⁶ Cada triplete de bases codifica un aminoácido particular. Y los aminoácidos son los «ladrillos» con los que se construyen las proteínas, moléculas milagrosas que pueden desempeñar toda clase de tareas biológicas, desde acelerar las reacciones químicas de la vida hasta detectar la luz del sol en nuestros ojos, pasando por proporcionar el armazón que mantiene nuestros cuerpos suficientemente rígidos como para que no se desplomen dejando un charco de gelatina y agua.

Cada tramo de ADN que codifica una proteína se denomina gen. Y he ahí donde reside la conexión con Mendel. Los rasgos que él descubrió que se heredaban estaban asociados a unos genes. Un gen particular, por ejemplo, fabrica una proteína que influye en el desarrollo de las semillas de la planta de guisante (es decir, en los guisantes propiamente dichos) para que sean rugosos o lisos.

En una hebra completa de ADN humano, existen unos 3.000 millones de letras, lo que equivale a unos 23.000 genes. Esa cifra puede parecer muy pobre para crear todo un ser humano, y, desde luego, los biólogos se quedaron muy sorprendidos de que no hubiera más. Pero no han tenido más remedio que aceptarlo: 23.000 genes son los que hay.

Algunos de ellos intervienen en el control de otros genes. Desactivan o activan la capacidad de estos para fabricar (o expresar) proteínas en diversos momentos del desarrollo de un embrión. Y lo hacen en función de factores como la concentración de una sustancia química particular en la célula.⁷ Esos genes de control son los que intervienen para que se lean diferentes secciones del ADN en diferentes tipos de célula, lo que explica por qué, pese a que todas las células de un ser humano contienen una copia del mismo ADN exacto, algunas se desarrollen formando células sanguíneas, otras terminen siendo células hepáticas, otras sean células cerebrales, etcétera.

Pero el ADN explica no solo el mecanismo de la herencia, sino también el de la variación. Para que un descendiente herede rasgos de sus progenitores, es necesario realizar copias del ADN de estos. Dado que el número de letras que hay que reproducir fielmente en el caso del ADN humano es nada menos que 3.000 millones, asombra lo bueno que es ese proceso de copia.⁸ Aun así, no es perfecto. Se comete un error más o menos cada mil millones de pares de bases. A veces, es una letra que no se copia correctamente. Otras, una secuencia de ADN que se borra o se duplica. Hay un sinfín de errores de transcripción posibles. Además, pueden producirse cambios en los genes causados por sustancias químicas cancerígenas, por virus, por la luz ultravioleta o por la radiación nuclear.

La consecuencia de todo ello, en definitiva, es que los genes varían gradualmente con el tiempo.

Precisamente para minimizar las repercusiones de esos errores de copia, hay una presencia elevada de redundancias incorporadas en el propio ADN: gracias a ellas, muchas modificaciones concretas no tienen apenas importancia, pues la proteína codificada por el gen en cuestión funciona igualmente. También hay cambios dañinos, que causan enfermedades hereditarias como la fibrosis quística. Pero, muy de vez en cuando, una de esas alteraciones del ADN produce un cambio beneficioso para un organismo: por ejemplo, dotándolo de una resistencia mayor a la malaria. Por supuesto, el árbitro supremo de lo que es beneficioso o no para un organismo es su entorno. Un cambio en un gen que dé como resultado un mayor grosor de la capa de pelo que protege a un animal es beneficioso si le ha tocado vivir en un mundo que se encamina hacia una glaciación, pero no si es un individuo que habita en un clima tropical.

Merece la pena señalar que esos cambios (o mutaciones) ocurren en el ADN de todos los organismos. Pero mientras que los organismos simples, como las bacterias, se limitan a crear copias (o clones) de sí mismas cuando se reproducen, otras criaturas tienen sexo y producen descendientes con dos mitades de genes correspondientes a sendos progenitores. Esa amalgama de rasgos distintos transmitidos a través de dos líneas (la materna y la paterna) multiplica sustancialmente las combinaciones novedosas de genes que participan en la selección natural.⁹

Las mutaciones explican la existencia de especies, que se definen como un grupo de seres vivos cuyos miembros no pueden reproducirse con los de otros salvo los del suyo propio. Las especies pueden surgir por muy diversas vías. Por ejemplo, una barrera geográfica —como un río o una cadena montañosa— puede dividir una población en dos. O, como en el caso de las Galápagos, puede ser un océano el que separe a unas criaturas de sus parientes instalados en el continente. Segregados de ese modo y sometidos a diferentes presiones para la supervivencia, el ADN de cada grupo va acumulando mutaciones diferenciadas, por lo que cada una de esas poblaciones diverge gradualmente de la otra. Al final, los individuos de uno y otro grupo se diferencian hasta tal punto que ya no se pueden cruzar o reproducir salvo con otros del suyo propio.

Las razones de esa imposibilidad pueden ser muchas. Puede ser que una mezcla de los genes de individuos de grupos distintos no produzca un organismo funcional (del mismo modo que colocando un motor de motocicleta en un Rolls-Royce no obtendríamos un automóvil viable). O puede ser que los miembros de un grupo estén acostumbrados a esperar a su compañero o compañera de apareamiento sobre un tipo de fruta específica y los del otro grupo prefieran otra fruta completamente distinta: en ese caso, aunque podrían cruzarse sin problemas desde el punto de vista genético, no llegan a hacerlo porque son como barcos a oscuras que no son capaces de divisarse unos a otros en plena noche. En el caso de los insectos, que tienen unos genitales complejos, es posible que dos grupos ya no puedan cruzarse reproductivamente porque uno de ellos desarrolle órganos sexuales que, como si de una llave hecha para una cerradura distinta se tratara, no encajen físicamente con los del otro.

Cualesquiera que sean los motivos por los que los grupos de criaturas divergen entre sí, la selección natural ha poblado el mundo de infinitud de especies distintas, cada una de ellas tan poco capaz de reproducirse con miembros de las otras como los seres humanos con los robles.

EL PODER EXPLICATIVO DE LA TEORÍA DE DARWIN

La teoría de Darwin explica innumerables aspectos de nuestro mundo. Por ejemplo, por qué la vida sobre la Tierra es tan admirablemente diversa que se calcula que existen más de cinco millones de especies vivas. También por qué compartimos aproximadamente un 99 % de nuestro ADN con los chimpancés, e incluso una tercera parte con las setas. De hecho, eso es justamente lo que cabría esperar si todos hubiéramos evolucionado de un ancestro común. Dado que los cambios en los genes se van acumulando con el tiempo, las diferencias en el ADN delatan que el antepasado común a humanos y chimpancés vivió en una época relativamente reciente, mientras que el ancestro compartido por los seres humanos y las setas vivió en un pasado muy remoto.

Tal vez la más reseñable secuencia de ADN existente en el planeta Tierra sea GTG CCA GCA GCC GCG GTA ATT CCA GCT CCA ATA GCG TAT ATT AAA GTT GCT GCA GTT AAA AAG.¹⁰ Está presente en todos y cada uno de los organismos vivos, incluso en algunos que, técnicamente, no están clasificados como tales, como es el caso de los mimivirus gigantes. La razón por la que esta secuencia está tan extendida es que se hallaba ya en el ancestro común de toda la vida terrícola. Encargada de un proceso crucial, ha permanecido 3.000 millones de años sin modificaciones: es el fósil más antiguo que guardamos en nuestro cuerpo.

La teoría de Darwin también explica por qué nuestros antibióticos se vuelven cada vez menos eficaces con el paso del tiempo. Al principio, podían matar la inmensa mayoría de las bacterias susceptibles de infectar a una persona. Pero la variación genética en una población bacteriana garantiza que algunas de ellas inevitablemente sobrevivan a ese exterminio y continúen reproduciéndose. Cada generación sucesiva contiene, pues, una proporción más elevada de bacterias resistentes al antibiótico que las anteriores hasta que, al final, llega un momento en que ese medicamento resulta ya prácticamente inútil para combatir la infección. «La evolución es […] un juego biológico infinitamente largo y tedioso a cuya mesa solo continúan sentándose los ganadores», escribió Lewis Thomas.¹¹

Pero, por encima de todo, la teoría de Darwin explica el mecanismo que origina en nosotros la ya mencionada sensación ilusoria de la existencia de un diseño previo: explica, en definitiva, por qué los organismos parecen tan perfectamente adaptados a sus entornos. El motivo por el que un pinzón de una isla de las Galápagos tiene un pico perfecto para abrir las nueces de las que se alimenta es que sus antepasados sobrevivieron mejor en las condiciones dadas de esa isla y dejaron más descendencia que otros pinzones con picos menos eficaces para la comida localmente disponible. La forma de un pico está controlada por un único gen, y ligeras variaciones de este hacen que se expresen proteínas diferentes en la mandíbula en desarrollo de un embrión de pinzón.

Lo asombroso es que tan exquisito encaje entre organismo y entorno se consiga sin mediación de diseñador alguno. Pero tampoco debemos confundirnos: el proceso natural identificado por Darwin no es un puro azar. «La mutación es aleatoria —escribió Richard Dawkins—. Pero la selección natural es todo lo contrario de la aleatoriedad».¹² Actúa con parcialidad, sacrificando todas las variantes salvo aquellas que confieren a su anfitrión la capacidad para sobrevivir hasta el momento de la reproducción. Gradualmente, generación tras generación, va acumulando cambios ventajosos y, de manera lenta pero segura, va ensamblando unas máquinas mucho más exquisitas y complejas que cualesquiera de las diseñadas por los seres humanos. «El conjunto de la tendencia de la vida, la totalidad del proceso consistente en ir construyendo estructuras cada vez más diversas y complejas a partir de las anteriores, eso que llamamos evolución, es lo diametralmente opuesto a lo que cabría esperar como resultado de la mera casualidad», escribió el biólogo estadounidense Gilbert Newton Lewis.¹³

Pero la evolución por selección natural tiene sus límites. Los únicos organismos que pueden ir surgiendo de ella son aquellos que resultan de una larga cadena de cambios ventajosos. «La evolución camina marcha atrás hacia el futuro —comenta el biólogo británico Steve Jones—. No sabe qué viene después».¹⁴ Esto ha llevado a algunas personas a afirmar que la teoría de Darwin no puede explicar la existencia de órganos complejos como el ojo, formado por múltiples componentes, pues estos no otorgan ninguna ventaja al organismo que los posee hasta que todos ellos (una lente, una superficie que detecta la luz, etcétera) coinciden en el mismo órgano. ¿De qué sirve un 5 % de un ojo?, dicen quienes defienden este argumento. ¿O un 50 % siquiera?

No tienen razón. Y es que resulta que todos los pasos seguidos hasta la aparición del ojo complejo fueron en realidad ventajosos para los individuos que los desarrollaron. Actualmente, hay múltiples ejemplos de ojos primitivos en abundantes especies del reino animal. Algunas criaturas tienen apenas una zona de células fotosensibles que les sirven para percibir y distinguir si están subiendo o están bajando. Otras, como los crótalos (o víboras de foseta), tienen unas células fotosensibles (o, mejor dicho, termosensibles) en el fondo de un pequeño orificio en su piel, por lo que su «vista» posee capacidad direccional. Desde un punto evolutivo como ese, el tramo mutacional que queda por recorrer hasta que la mencionada fosa se cierra con una proteína transparente y se crea así una lente que pueda enfocar la imagen de un objeto es bastante corto.

Además de no tener capacidades predictivas, la evolución por selección natural no da necesariamente como resultado formas más complejas. Puede que si lo dé, pero no siempre es el caso. A partir de la aparición de la primera célula, no había realmente mucho más camino evolutivo que seguir que incrementar el tamaño y la complejidad. Pero en cuanto la evolución fue dando lugar al surgimiento de criaturas más grandes, se hizo posible que aquella procediera evolucionando de nuevo hacia formas más simples, como bien podemos apreciar en el caso de los parásitos, que viven de sus huéspedes, más complejos que ellos.

La teoría de Darwin de la evolución por selección natural (la «más grande idea de la historia de la ciencia», según Dawkins) ha superado todas las pruebas. Y «podría ser muy fácilmente refutada si apareciera un solo fósil en el orden temporal incorrecto», escribió Dawkins.¹⁵ No haría falta más que descubrir un conejo en el periodo precámbrico, 500 millones de años atrás. Pero, de momento, nada de eso ha sucedido.

4

EL BIG BANG DEL SEXO

El sexo

Lo reconozco, practico el turismo sexual: mi novio vive a más de sesenta kilómetros de mi casa.

PHYLLIS DILLER

El sexo es malo porque se arruga la ropa.

JACKIE KENNEDY

En un libro de 1986 titulado El relojero ciego, el biólogo británico Richard Dawkins dibujaba la bella y evocadora imagen siguiente: «Ahí afuera no cesa de llover ADN. A la orilla del canal de Oxford, al fondo de mi jardín, hay un gran sauce que lanza al aire sus algodonosas semillas […] y disemina así […] ADN cuyos caracteres codificados contienen instrucciones concretas sobre cómo fabricar sauces que esparzan a su vez una nueva generación de semillas algodonosas. […] Ahí afuera cae una lluvia de instrucciones; llueven programas; llueven algoritmos para el crecimiento de nuevos árboles, para la diseminación de nuevas pelusas».

Evidentemente, el ADN presente en cada una de esas incontables semillas lanudas continuará siendo solamente una espiral inerte de componentes químicos —un programa informático sin abrir, para entendernos— hasta que colisione y se funda con otro pedazo de ADN y den inicio así a la creación de un nuevo sauce. El sexo, como muy elocuentemente señala Dawkins, está en todas partes. Es lo que hace que nuestro mundo gire. Prácticamente todas las criaturas —desde las hormigas hasta los Antirrhinum, o desde los pinos hasta los pangolines, o desde los girasoles hasta los peces vela— se entregan a él. Pero, parafraseando a Winston Churchill, el sexo es «un acertijo envuelto en un misterio dentro de un enigma».¹

No es difícil ver cuál es el misterio central del sexo. Hace mucho, muchísimo tiempo, en una charca primitiva de la entonces aún infantil superficie del planeta Tierra, surgieron moléculas capaces de copiarse a sí mismas.² Las que tuvieron más éxito en ese propósito se convirtieron también en las más numerosas; las menos exitosas se vieron superadas por las primeras en la competencia por los componentes químicos esenciales que necesitaban para seguir existiendo y, como consecuencia de ello, desaparecieron. Con el tiempo —y para ello sin duda hicieron falta un número endiabladamente elevado de pasos previos, es decir, una inmensa dosis de preevolución—, un único tipo de molécula se erigió en preeminente por su habilidad para fabricar máquinas moleculares que podían aprovechar las fuentes de energía para potenciar su propia reproducción. Me refiero al ADN, un collar de genes, muchos de los cuales codificaban pedazos individuales de nanomaquinaria proteínica. «Todo el ADN actualmente enristrado en cada una de las células de la Tierra sin excepción es simplemente una elaborada prolongación de [la] primera molécula», escribió el biólogo estadounidense Lewis Thomas.³

En el transcurso de miles de millones de años, la selección natural ha sido el mecanismo por el que unas secuencias de genes han superado a otras en la búsqueda y el aprovechamiento de recursos, y el que ha favorecido que, con ello, se propagaran unas hacia el futuro mientras que otras se quedaban por el camino. La selección ha creado así los más asombrosamente elaborados vehículos de promoción de los genes. Pero eso es, en esencia, lo único que son. Hongos, lobos marinos, E coli, elefantes, hidras, seres humanos… da igual: todos somos vehículos para la propagación de genes. Como escribió Samuel Butler, «una gallina no es más que el modo que tiene un huevo de fabricar otro huevo».⁴ Y los vehículos que verdaderamente triunfan en ese cometido son aquellos que consiguen transmitir sus genes a la generación siguiente. Y no solo unos cuantos de esos genes, sino todos ellos.

La manera más directa que un organismo tiene de conseguirlo es simplemente realizando una copia (o clon) de sí mismo. La reproducción asexual es la estrategia empleada por los organismos más simples (las bacterias, por ejemplo), además de por algunos más complejos (la zarzamora, por poner otro caso). Sin embargo, por uno de aquellos misterios de la vida, la gran mayoría de los organismos multicelulares usa una estrategia reproductiva alternativa: combina la mitad de sus genes con la mitad de los genes de otro organismo. Me refiero, claro está, a la reproducción sexual.

La desventaja obvia de este segundo tipo de reproducción estriba en que, en vez de transferir el 100 % de los genes de un organismo a la generación siguiente, se transfiere solamente el 50 %. «La reproducción sexual es análoga a un juego de ruleta en el que el jugador malgasta la mitad de sus fichas en cada tirada», ha escrito Dawkins.

El sentido común nos induce a pensar que una criatura que se reproduce por vía sexual puede competir con otra que se reproduce asexualmente únicamente si produce el doble de descendientes. El problema es que ese es un método muy costoso en energía. Y en un mundo caracterizado por la competencia descarnada por los recursos alimentarios, la eficiencia energética es un imperativo de supervivencia. Además, el coste de la producción de una descendencia adicional no es el único gasto extraordinario al que obliga el sexo. A fin de cuentas, también se requiere energía para hallar un compañero o una compañera con quien fusionar los genes. Pensemos en el ejemplo del sauce del jardín de Dawkins y en la inmensa cantidad de lanosas semillas que debe crear y soltar en el aire de Oxford. «La reproducción humana es una maravilla y un misterio muy grandes —escribió Martín Lutero—. Si Dios hubiera consultado esa cuestión conmigo, le habría aconsejado que continuara generando las especies con el polvo de la tierra».⁵ Lo sorprendente de nuestro mundo, sin embargo, es que el sexo es omnipresente. No solo lo practican los pajaritos y las abejas del tópico con el que, en el mundo anglosajón, se suele explicar a los niños qué es el sexo, sino casi todas las plantas, los reptiles, los mamíferos y el resto de las aves. Es evidente, pues, que alguna ventaja evolutiva debe conferir, pues se trata de una característica que no solo ha pervivido todo este tiempo, sino que también ha prosperado de forma más que manifiesta. Ahora bien, ¿cuál es esa ventaja? Porque, por sorprendente que parezca, no es una ventaja obvia. No lo es en absoluto.

Una pista sobre una posible ventaja del sexo radica en lo variada que es la descendencia a la que da lugar. Los descendientes de un organismo que se reproduce asexualmente no son réplicas exactas de ese organismo porque el proceso de copia del ADN nunca es perfecto. Pero la diversidad ocasionada por los errores de copia ocasionales (las mutaciones) es totalmente insignificante en comparación con la diversidad originada por la reproducción sexual. Si los genes de un organismo fueran los naipes de una baraja, diríamos que cada descendiente de un organismo asexual hereda la misma baraja de cartas, aunque existe la posibilidad de que una de ellas sea sustituida por un comodín. Sin embargo, cada descendiente de un proceso de reproducción sexual hereda la mitad de las cartas de dos barajas entremezcladas. Y para el caso de cada uno de los descendientes, esos dos montones de naipes están juntados y barajados de forma diferente.

Eso significa que los descendientes que se producen mediante la reproducción sexual son muy distintos de sus padres.⁶ La reproducción sexual genera el máximo de novedad en la generación siguiente. Es de suponer, pues, que, en momentos en los que la tensión ambiental es muy elevada (como, por ejemplo, cuando el clima cambia con rapidez), la reproducción sexual permita poner en danza un abanico tan amplio de nuevos organismos que dé el suficiente margen como para que, al menos, algunos de ellos dispongan de los rasgos novedosos necesarios para sobrevivir en el nuevo entorno. Los organismos asexuales, sin embargo, anquilosados en una rutina terminal, están condenados a extinguirse en esas condiciones modificadas. Ahora bien, ¿es esa una ventaja suficiente como para explicar la pervivencia del sexo? Los biólogos no lo tienen del todo claro.

Otra posible razón para que el sexo haya pervivido con tanto éxito hasta la actualidad es su capacidad para proporcionar los medios precisos para combinar en un mismo organismo las mutaciones genéticas ventajosas de dos organismos previos. Imaginémonos el caso de dos organismos asexuales y supongamos que cada uno de ellos desarrolla una mutación en uno de sus genes respectivos que ayuda a su supervivencia. Esos dos genes mutados están condenados a permanecer separados para siempre, aislados cada uno de ellos en su rama separada del árbol genealógico general. El sexo, sin embargo, lo cambia todo. Hace que dos genes buenos de dos organismos separados puedan terminar juntos en la misma hebra de ADN y multipliquen así las probabilidades de supervivencia de cualquier descendiente. Esto puede considerarse una ventaja. Por desgracia, el sexo no solo puede concentrar genes buenos en un mismo organismo, sino que también puede castigarlo aunando en él varios genes malos de procedencia diversa. Así que nadie parece estar muy seguro de si la ventaja supera suficientemente a la desventaja.

Entonces, ¿cuál es esa apabullante (a la par que misteriosamente difícil de apreciar) ventaja del sexo? Una posibilidad que ha adquirido bastante popularidad —aunque es una idea que dista de estar universalmente aceptada— es que el sexo ayuda a despistar a parásitos potencialmente letales. Estas criaturas son la pesadilla de todos los organismos complejos. Más de 2.000 millones de personas en todo el mundo están infectadas por parásitos: desde los protozoos de la malaria hasta las lombrices intestinales. La evolución por selección natural actúa en los parásitos como lo hace en todos los demás organismos. Pero el entorno de un parásito es su huésped. Por consiguiente, su eficacia a la hora de aprovechar los recursos de ese entorno se traduce en una disminución de tales recursos a disposición del propio huésped. Los parásitos consumen la vida de sus huéspedes hasta el punto incluso de provocarles finalmente la muerte. Y todo eso puede suceder con suma celeridad, porque, por lo general, los parásitos son pequeños y se mueven con rapidez, ayudados por su capacidad para reproducirse múltiples veces durante la vida de su huésped.

¿Cómo puede sobrevivir una población de huéspedes (potenciales o reales) a tan implacable y eficaz agresión? La respuesta es reemplazando continuamente sus miembros con otros nuevos que sean totalmente novedosos con respecto a los anteriores y a los que el parásito no esté perfectamente adaptado. Eso es justamente lo que consigue el sexo, según propugnó el biólogo estadounidense Leigh Van Valen en 1973.⁷

Sí, los parásitos pueden cambiar con gran rapidez. Pero una población huésped puede sobrevivir si es capaz de modificarse a sí misma más velozmente aún, escribió Van Valen. En A través del espejo, secuela de Alicia en el país de las maravillas que Lewis Carroll publicó en 1871, Alicia descubre con gran sorpresa, tras llevar un rato corriendo cogida de la mano de la Reina Roja, que no parecen haber avanzado lo más mínimo.

—En nuestro país —dijo Alicia jadeante todavía—, lo normal cuando se corre tan rápido y durante tanto rato como lo hemos estado haciendo nosotras es que se llegue a alguna parte.

—¡Pues qué país más lento! —replicó la Reina—. En cambio, aquí, como ves, hace falta correr todo cuanto se pueda para permanecer en el mismo sitio.

Ese es el motivo por el que la explicación de la pervivencia y el éxito del sexo fundados en la presunta ventaja que este otorga frente a los parásitos se conoce actualmente como la hipótesis de la Reina Roja.⁸

En 2011, varios biólogos probaron la idea en el entorno controlado de un laboratorio estadounidense.⁹ Manipularon genéticamente el sistema de apareamiento del gusano nematodo Caenorhabditis elegans para formar poblaciones diferenciadas de individuos hembras que podían reproducirse asexualmente (fertilizando sus propios huevos) o sexualmente (apareándose con gusanos machos). Luego infectaron las C. elegans con la bacteria patógena Serratia marcescens. La bacteria extinguió en poco tiempo la población autofecundante de C. elegans. Sin embargo, no consiguió lo mismo con la población que se reproducía sexualmente. Los individuos de nuevas generaciones de esta fueron capaces de ir más rápido que los parásitos que tenían que ir evolucionando con ellos: no dejaban de «correr más deprisa», lo que parecía confirmar la hipótesis de la Reina Roja. El sexo es un arma contra los parásitos.

LA MECÁNICA DEL SEXO

El sexo implica combinar y barajar genes de dos organismos para crear un organismo completamente novedoso. Pero los detalles importan y, en este caso, los detalles son tan sutiles como complejos.

Para apreciarlos bien, primero es necesario conocer ciertos datos previos. Si dispusiéramos el ADN de una sola de nuestras células en una única hilera recta, esta se extendería desde nuestra cabeza hasta la punta del pie. Compactar todo ese ADN en algo tan diminuto como una célula, invisible al ojo humano, constituye, pues, todo un desafío biológico. Una célula consigue tan impresionante gesta empaquetando el ADN en tiras más cortas: los cromosomas (llamados así porque fueron revelados por vez primera con la ayuda de tintes cromáticos, es decir, de color).¹⁰ Las células humanas contienen 46 de esas tiras, distribuidas en dos grupos de cromosomas esencialmente idénticos.

Las células de los perros tienen 78 cromosomas; las de los caballos, 64; y las de los gatos y los cerdos, 38. No parece que el número de cromosomas guarde relación con la complejidad de un organismo. El helecho «lengua de serpiente», u Ophioglossum vulgatum, por ejemplo, tiene nada menos que 1.440 cromosomas, la mayor cantidad de ellos de todos los seres vivos conocidos.¹¹

Volvamos a los seres humanos. Recordemos que, cada día, nuestro cuerpo crea unos 300.000 millones de células nuevas (más que estrellas hay en nuestra galaxia, la Vía Láctea).¹² En este proceso, conocido como mitosis, una célula crea primero una copia de sus 46 cromosomas (lo que supone un total momentáneo de 92). Luego, la célula se divide en dos «hijas», cada una de ellas con sus correspondientes 46 cromosomas, exactamente como tenía la original.

El del sexo es el proceso opuesto. En vez de escindir una célula en dos, son un par de células (una de cada progenitor) las que se funden en una sola. Sin embargo, para que la célula resultante tenga el pleno correcto de 46 cromosomas, las células de cada progenitor (conocidas como células sexuales o gametos) deben contener solamente 23 cromosomas cada una, o lo que es lo mismo, la mitad del número normal.

Así pues, la creación de células sexuales tanto en machos como en hembras requiere de un proceso muy distinto del de la mitosis. Se trata de la meiosis. En la meiosis, la célula realiza primero una copia de sus 46 cromosomas y forma temporalmente un total de 92. Hasta aquí, como en la mitosis. Pero luego no se divide una vez, sino dos. El resultado final son cuatro gametos, cada uno de los cuales está dotado de 23 cromosomas.

Por una de aquellas casualidades, durante la meiosis se produce cierto mezclamiento de los genes, por lo que cada uno de los gametos resultantes es genéticamente diferente de su célula madre. Es posible que esa mezcla sea el vestigio de un accidente ocurrido mucho tiempo atrás —un producto de las complejas maniobras de los cromosomas durante la meiosis— que se consolidó como rasgo permanente en generaciones posteriores por el valor de supervivencia asociado al hecho de que se creen descendientes con el máximo grado de novedad genética posible. Y esa mezcla de genes que supone un factor adicional de creación de diversidad ocurre antes incluso de que las células sexuales se fusionen para generar más variedad todavía.

No hay nada que impida, en principio, que los gametos de cada progenitor sean del mismo tamaño. Y de hecho lo son en algunos organismos. Sin embargo, es muy habitual que uno sea mucho más grande que el otro porque contiene el combustible y la maquinaria proteínica necesarios para impulsar el desarrollo de las nuevas células en cuanto se produce la fusión. Para los biólogos, la diferencia esencial que distingue un sexo del otro estriba en los gametos. Los organismos que producen gametos de grandes dimensiones e inmóviles (los conocidos como huevos u óvulos) son hembras, mientras que los que producen gametos pequeños que pueden moverse de un lugar a otro (conocidos como espermatozoides) son machos. Todos los demás elementos que relacionamos habitualmente con la diferencia entre uno y otro sexo (los penes, las vaginas, los pechos y las barbas, por ejemplo) son, en último término, simples consecuencias de las diferencias entre espermatozoide y óvulo.

En cualquier caso, los biólogos creen que los primeros organismos que se reprodujeron sexualmente generaban gametos de igual tamaño. Ese es un detalle interesante. Signifi- ca que el sexo precedió a los sexos.

Por último, se produce la fusión de los dos gametos —uno de cada progenitor—, que es el acto central del sexo. En ese momento, los gametos —dotados de 23 cromosomas cada uno, recordémoslo— se combinan y forman una única célula, conocida como cigoto. A partir de ahí, el cigoto se va subdividiendo una y otra vez por mitosis hasta dar lugar a los 100 billones aproximados de células que componen un ser humano adulto.

Evidentemente, el cigoto humano contiene 23 cromosomas de la madre y 23 del padre.¹³ Grosso modo, pues, cada una de nuestras células tiene dos copias de los mismos genes exactos. Después de todo, los hombres y las mujeres son genéticamente más similares entre sí que, por ejemplo, los hombres y los chimpancés (y recordemos que los chimpancés comparten entre un 98 y un 99 % de su ADN con los seres humanos).¹⁴

Pero aunque la madre y el padre de cada uno de nosotros y nosotras nos aportaron los mismos genes, es muy posible que cada progenitor diera una versión diferente de algunos de esos genes (o de todos ellos), en función de las mutaciones aleatorias acumuladas en cada una de sus respectivas líneas familiares. Y estas variantes, conocidas como alelos, pueden resultar trascendentales. Veamos un ejemplo. Hay un gen que determina el color del cabello. La copia que recibimos de nuestra madre, pongamos por caso, podría ser la variante de ese gen que hace que seamos pelirrojos o podría ser otra variante del mismo que nos hacer ser morenos. Que sea una u otra la versión del gen que finalmente se expresa en cada uno de nosotros dependerá de cuál de las dos variantes es dominante y cuál recesiva.

Pueden ser muchas las razones por las que una de las dos copias (o alelos) de un mismo gen que heredamos termina siendo dominante o recesiva. Todo dependerá del gen concreto. Cada alelo —uno de la madre y otro del padre— fabricará una proteína ligeramente distinta. Pero algunas de esas proteínas vencen a las de los otros alelos en competición. Planteémonos la situación más sencilla: es aquella en la que uno de los alelos fabrica una proteína rota. Puesto que esta proteína no hace nada, domina la que sí funciona. Un buen ejemplo de alelo recesivo es el del cabello pelirrojo. Hay una proteína llamada MC1R a la que corresponde normalmente la tarea de deshacerse del pigmento rojo. Cuando esta no funciona, se produce como resultado una acumulación de ese pigmento que hace que la persona sea pelirroja.

Al heredar versiones de cada gen, bien de la madre, bien del padre, el descendiente termina heredando algunas características de la una y otras del otro. La mezcla exacta es aleatoria. Así es como el sexo maximiza la novedad en la descendencia.

Lo cierto es que no es del todo verdad que tengamos dos grupos idénticos de 23 cromosomas cada uno. En realidad, tenemos dos conjuntos iguales en el caso de 22 solamente. Los cromosomas del par vigésimo tercero difieren según si somos varones o mujeres. La cosa funciona así. Los cromosomas tienden a tener una forma de «X» característica. No obstante, en el par 23.º, uno de los dos puede tener una forma de «Y». Pues, bien, cuando en ese par coinciden dos copias del cromosoma X, el individuo resultante será de sexo femenino, pero si coincide un cromosoma X con otro Y, será varón.¹⁵

Todos los embriones humanos se desarrollan exactamente igual al principio. Sin embargo, a partir de los cuarenta días, se activa un gen del cromosoma Y del futuro varón: un gen que se conoce como la «región determinante del sexo» del mencionado cromosoma Y, o SRY. Este contiene las instrucciones para que se empiece a fabricar testosterona, que convierte las células gonádicas de un embrión en testículos, que, a su vez, desencadenan el desarrollo de órganos sexuales masculinos. Pero si está bloqueada la expresión del SRY, las células gonádicas se convierten en ovarios, que provocan el desarrollo de órganos sexuales femeninos. Las diferencias hormonales entre sexos son la causa de que hasta uno de cada seis genes de los mamíferos expresen preferentemente sus proteínas en un sexo antes que en el otro.

Los varones son un producto de la testosterona. Son mujeres con un gen extra. Y todos los varones de la Tierra —hasta los que se las dan de muy machos— estuvieron en muy íntimo contacto con su lado femenino durante los primeros cuarenta días de su existencia.

EL BIG BANG DEL SEXO

Dado que los organismos más simples son asexuales y que los primeros en existir sobre la Tierra fueron las células individuales, la mayoría de los biólogos creen que las formas de vida más tempranas fueron asexuales. A fin de cuentas, ese es un método de proliferación inmensamente más simple que la reproducción sexual. Pero, entonces, ¿cómo diantres llegó a surgir el sexo?¹⁶

La naturaleza tiende a adaptar para nuevas tareas cosas que hizo evolucionar en un principio para cumplir unos fines completamente distintos. El glutamato, por ejemplo, uno de los neurotransmisores más importantes presentes en el cerebro humano, fue usado por las primerísimas bacterias para sus propios mecanismos de señalización hace ya casi 4.000 millones de años.¹⁷ Y el sexo no es una excepción. Sus componentes básicos —la fusión entre dos células, la mezcla de sus genes y la separación de esas células— aparecieron con otras finalidades en su momento y fueron luego reaprovechados para el fin de la reproducción sexual.

Un proceso fundamental en ese sentido fue el que se produjo cuando una célula simple fue engullida por otra dando como resultado la creación de una célula compleja (o eucariota) hace unos 1.800 millones de años.¹⁸ Ese paso implicó una multitud de cambios en el interior de la célula. Por ejemplo, la membrana de la «engullida» fue reemplazada por otra de un tipo diferente que le permitió funcionar como un orgánulo celular. Los detalles exactos no son importantes aquí. Lo que sí lo es, sin embargo, es que esas adaptaciones hicieron posible que una célula se fusionara con otra.

En algún momento perdido en la noche de los tiempos —y lo más que podemos hacer es especular con un mínimo de verosimilitud al respecto—, dos células eucarióticas similares chocaron y se fusionaron accidentalmente. Sabemos que algunas células entran en un estado de aletargamiento, en el que apenas dan señales de vida, cuando la situación se vuelve especialmente difícil para ellas (por ejemplo, durante una sequía). En momentos así, una célula compuesta por otras dos fusionadas puede disponer de ventaja en cuanto a sus posibilidades de supervivencia. A fin de cuentas, en ella son dos las células que han puesto en común sus respectivos recursos. Y puede que esa no sea la única ventaja de la nueva célula fusionada. Las dificultades ambientales pueden llegar a ser lo suficientemente duras como para dañar incluso el ADN de la célula. Pero en el caso de una célula que tiene dos copias de sus genes, esta tiene la posibilidad de comparar ambas y corregir cualquier error que detecte.

Cuando regresan los buenos tiempos, las células que disponen de una única copia de sus genes vuelven a estar en ventaja. Después de todo, con menos ADN que copiar, son capaces de reproducirse más rápidamente y de proliferar. Ese tal vez fuera el factor que impulsó la evolución de la meiosis, el método de creación de células a partir de una sola copia de todos sus genes. Si esto que estoy explicando no les convence, piensen que actualmente existen organismos unicelulares que reaccionan ante variaciones extremas en su entorno alternando, según la conveniencia del momento, entre un estado haploide (en el que guardan una sola copia de sus genes) y un estado diploide (en el que guardan dos copias).

Esto, por lo que respecta a cómo unas células llegaron a fusionarse inicialmente para «desfusionarse» posteriormente a través del proceso de la meiosis. Pero ¿cómo se entremezcló el ADN de dos células para dar lugar a la variedad genética que tan trascendentalmente se propicia con el sexo? Pues resulta que esa mezcla se produce de forma natural durante el proceso de reparación del ADN dañado. Cuando una célula detecta una diferencia entre las dos hebras complementarias del ADN de un cromosoma, no sabe de antemano cuál de ellas es la que tiene el error. Así que no le queda más remedio que, sencillamente, seccionar en ambas hebras de ADN la región donde está localizada la disparidad. Eso deja un vacío que las células llenan copiando la secuencia presente en la misma región del otro cromosoma de ese mismo par.

Todo esto ocurre cuando los dos cromosomas están muy próximos entre sí. Además (y esto es muy importante), en esa compleja danza que resulta de recortar y reensamblar pedazos de ADN, varios fragmentos de este terminan intercambiados. Este proceso, conocido como entrecruzamiento cromosómico, garantiza que, cuando la meiosis crea células nuevas, cada una de ellas sea diferente de su progenitora. Es una feliz casualidad resultante de algún accidente en el pasado remoto que se guardó y se consolidó debido a que la selección natural favorece aquellos organismos que tienen una descendencia novedosa y variada.

Al parecer, pues, el sexo fue un simple accidente que evolucionó hasta convertirse en una estrategia de supervivencia. Utilizó los genes ya preexistentes. La naturaleza contó a partir de ese momento con un mecanismo que, inadvertidamente, mezcla el ADN y, con ello, potencia enormemente la variación genética, lo que a su vez causa un explosivo aumento del ritmo evolutivo.

Pero, evidentemente, el sexo entre organismos complejos (los seres humanos, por ejemplo) es un fenómeno mucho más amplio y rico. ¿Cómo evolucionó hasta tal punto? Nadie conoce los detalles exactos. No obstante, sí es posible especular sobre el camino recorrido hasta llegar aquí y sobre los pasos que se dieron en él. El primero fue la evolución de células capaces de fusionarse entre sí y de experimentar una meiosis posterior. Ese fue el origen —el big bang— del sexo. Luego vino la evolución de sexos diferenciados. En vez de un mismo tipo único de célula, surgieron dos: una macho y otra hembra.¹⁹ Al principio, las células de ambos tipos podían fusionarse entre sí conforme a todas las combinaciones posibles: macho-macho, hembra-macho y hembra-hembra. Sin embargo, la combinación de células de tipos diferentes (o cruzamiento exogámico) propicia una mayor variación genética entre los descendientes, lo que reporta ventajas en términos de probabilidades de supervivencia de individuos capaces de reproducirse. Al final, pues, el sistema sexual que evolucionó fue uno en que la única combinación de células viable terminó siendo macho-hembra.

Al principio, todas las células de un organismo que se reproducía sexualmente eran capaces de cumplir ese cometido reproductivo. Sin embargo, el paso siguiente en la evolución del sexo fue la aparición de organismos pluricelulares en los que la reproducción sexual quedó restringida a un único tipo de célula especializada. Uno de los dos tipos de gameto, el conocido como espermatozoide, adquirió por vía evolutiva la capacidad de desplazarse en entornos fluidos, lo que potenció sus probabilidades de localizar el segundo tipo de gameto, denominado huevo u óvulo. Pero no acabó ahí la especialización. Con el tiempo, la producción de gametos se confinó a un solo tipo de tejido: el de las gónadas.

Nadie sabe cuánto tardó todo ese proceso. Pero cuando la evolución por selección natural da con una buena idea o solución, tiende a llevarla muy lejos en relativamente poco tiempo. En los mares, donde la vida empezó, los sexos llegaron evolutivamente a coordinar sus respectivas conductas para liberar en el agua huevos y esperma simultáneamente a fin de maximizar la probabilidad de unión de gametos de ambos sexos. Esa estrategia dejó de ser viable, sin embargo, cuando los animales se establecieron en tierra firme. A partir de entonces, fue la fecundación interna la que se volvió ventajosa sobre otras estrategias potenciales. Con el tiempo, en machos y hembras de una misma especie evolucionaron genitales «a juego» para que los primeros pudieran penetrar a las segundas y fecundar sus óvulos. «La cópula comenzó / en mil novecientos sesenta y tres / (más bien tarde para mí)», escribió el poeta Philip Larkin.²⁰ Pero lo cierto es que se inició mucho antes de eso. Finalmente, y para proteger mejor al embrión en desarrollo, las hembras adquirieron evolutivamente una matriz (o útero) en la que aquel pudiera desarrollarse en un ambiente de relativa seguridad.

El camino recorrido hasta el sexo moderno ha sido largo, pero, como mínimo, los hitos principales superados en el trayecto parecen bastante claros. Aun así, el sexo sigue siendo en muchos sentidos ese «acertijo envuelto en un misterio dentro de un enigma» del que hablaba al principio del capítulo. Y esto se hace patente incluso cuando miramos el mundo humano que nos rodea hoy día.

OTROS MISTERIOS DEL SEXO

Ahí está el caso de la homosexualidad, definida como la sexualidad entre dos individuos del mismo sexo. Puesto que el único modo que los genes (y las características en ellos codificadas) tienen de propagarse de una generación a otra es mediante el sexo entre un macho y una hembra, los genes que contribuyen a la aparición de la homosexualidad deberían haberse extinguido pronto en el devenir evolutivo. Después de todo, «somos máquinas fabricadas a partir de ADN cuyo fin es realizar más copias de ese mismo ADN —ha dicho Dawkins—. Es la única razón de ser de todos los objetos vivos que existen».²¹

Y aun así, se calcula que la frecuencia de la homosexualidad es constante con independencia de las culturas a razón de un 3 % entre los hombres y un 2 % entre las mujeres. ¿Cómo puede ser?

Una posible explicación es que la homosexualidad no tenga componente genético alguno, es decir, que no haya un gen (o unos genes) que determine(n) la homosexualidad. De hecho, la idea básica del «gen egoísta» de Dawkins es objeto de una matización creciente a partir de la constatación de que el entorno influye en la expresión de los genes. Según los estudiosos del campo de la epigenética, las células leen el ADN más como si este fuera un guión interpretable —en función, por ejemplo, de las condiciones químicas ambientales— que como una plantilla superestricta. «Mi madre me hizo un homosexual», dice el personaje de un conocido chiste. A lo que otro replica: «Si yo le doy la lana, ¿me hará uno a mí también?».

Otra posibilidad es que la homosexualidad tenga un componente genético que, aun no siendo beneficioso para promover la causa de unos genes egoístas, acompañe a uno (o unos) que sí lo sea. No es un fenómeno inhabitual. Por ejemplo, existe un gen concreto que confiere a las personas inmunidad a la malaria. Pero si, en vez de tener una sola copia de dicho gen, el individuo tiene dos copias —una de cada progenitor—, enferma de anemia de células falciformes, así llamada porque las células sanguíneas se deforman aplanándose y, con ello, obstruyen los capilares. La anemia falciforme —una afección terriblemente dolorosa— persiste con el paso de las generaciones porque, en la mayoría de las personas, el gen que la provoca tiene un efecto beneficioso cuando se presenta en solitario y potencia las probabilidades de supervivencia de los individuos.

Desde luego, la homosexualidad también podría haber persistido porque los homosexuales transmiten sus genes a la generación siguiente. Aunque existe una fuerte tendencia a etiquetar y encasillar la sexualidad, lo cierto es que esta presenta un extenso espectro de posibilidades que van desde la heterosexualidad al 100 % hasta la homosexualidad al 100 %, pasando por diversos grados de bisexualidad. «La sexualidad es tan amplia como ancho es el mar», dijo una vez el cineasta inglés Derek Jarman. Una persona puede no ser totalmente homosexual (o serlo solamente en ciertos momentos de su vida). Eso posibilitaría que los homosexuales engendrasen suficientes hijos e hijas como para, al menos, garantizar que sus genes (y con ellos, la homosexualidad) persistieran de generación en generación.

Pero existe un modo posiblemente más convincente de explicar por qué las personas homosexuales pueden transmitir sus genes hacia el futuro. Si ayudan a criar niños o niñas con los que estén genéticamente emparentados (tal vez los descendientes de un hermano o una hermana), actúan en realidad de forma genéticamente egoísta al procurar que sus genes se propaguen a las generaciones futuras. Se trata de un argumento similar al utilizado habitualmente para explicar otro gran misterio de la biología: el altruismo. ¿Por qué hay individuos que hacen cosas que garantizan la supervivencia de otros a costa de la suya propia? También en ese caso se argumenta que es más probable que una persona se comporte así con otras con las que esté genéticamente emparentada (es decir, con familiares cercanos).

Y ese mismo argumento podría ayudar a explicar también otro gran misterio del sexo: la menopausia. Curiosamente, los seres humanos somos una de las tres únicas especies conocidas que experimentan una paralización definitiva de su potencial reproductivo y siguen vivos tras ello. Las otras dos son las ballenas asesinas y los calderones tropicales (conocidos también en inglés como ballenas piloto de aleta corta). (No podemos menos que sentir lástima por las pobres hembras de calderón tropical: no solo sufren los síntomas de la menopausia, sino que no tienen más que unas aletas cortas con las que abanicarse para sobrellevar los molestos sofocos.)

La menopausia sucede cuando una hembra agota sus óvulos. Hasta entonces, sus ovarios se van alternando regularmente para liberar un óvulo cada ciclo mensual. Pero el número total de óvulos de una mujer está fijado ya en el momento mismo de su nacimiento en torno a unos cuatrocientos. Lo normal, pues, es que en sus ovarios no quede ya ninguno cuando alcanza más o menos los cincuenta años de edad.

Por cierto, como los óvulos de una mujer estaban ya presentes en sus ovarios cuando era un embrión en el útero de su madre, podría decirse que cada uno de nosotros y nosotras comenzó su vida, no dentro de nuestra madre, sino ¡dentro de nuestra abuela!

Lo que esta paralización reproductiva de la mujer, potencialmente muy anterior a la muerte, tiene de peculiar es que lo lógico sería pensar que la capacidad de una hembra para «hacer sitio para otro» nuevo vástago (aunque sea en una etapa tardía de la vida) sería siempre ventajosa cuando de lo que se trata es de producir tantos descendientes como sea posible. ¿Por qué las mujeres no tienen entonces más de cuatrocientos óvulos? ¿Por qué no tienen suficientes como para que les duren para toda la vida?

Es posible que intervengan otros factores que alteren esa lógica. Desde luego, cuanto mayor se va haciendo una mujer, más arriesgado es para ella tener un embarazo y dar a luz, y las probabilidades de que el hijo o la hija que tenga entonces herede defectos genéticos son también más elevadas. Añadamos a esto que criar a un hijo o una hija para que alcance con éxito la edad adulta es una misión para la que se requieren grandes dosis de energía. No solo podría ocurrir que una mujer de más edad careciera de la energía suficiente, sino que también es más probable que fallezca cuando aún no haya terminado de criar a su vástago.

Quizás el hecho de «apagar» su capacidad para reproducirse sirva para que una mujer esté a partir de ese momento disponible para ayudar a criar los hijos/as de sus hijos/as. Eso no solo aumenta las probabilidades de supervivencia de sus nietos o nietas, sino que, como sus hijos o hijas son precisamente eso, hijos suyos, también favorece las probabilidades de que sus propios genes se propaguen a la generación siguiente. Todo es una cuestión de costes y beneficios. El coste de su propio embarazo y de la posterior crianza del hijo o hija que nazca comparado con el beneficio de ayudar a criar a un nieto o nieta. Tal vez el segundo sea mayor que el primero. Las abuelas son bondadosas y altruistas con su prole, viene a decir este argumento, ¡por puro interés egoísta!

5

MATERIA DOTADA DE CURIOSIDAD

El cerebro

Yo soy un cerebro, Watson. El resto de mí es meramente un apéndice.

SHERLOCK HOLMES¹

¡El cerebro contra la fuerza bruta!… Y el cerebro sale ganando… como tiene que ser.

SAPO DE LA MANSIÓN DEL SAPO²

Una de las preguntas más profundas de la ciencia es: ¿por qué está construido el universo de tal modo que ha llegado a adquirir la capacidad de sentir curiosidad sobre sí mismo? La pregunta presupone la existencia de un universo objetivo ahí fuera. Pero todo lo que sabemos sobre la realidad, incluido nuestro modelo del universo, es una construcción del cerebro humano. «El cerebro —escribió la poetisa Emily Dickinson— es más amplio que el cielo». De todos modos, antes de que podamos abordar realmente cualquiera de los profundísimos interrogantes que podemos plantearnos acerca del universo, necesitamos conocer el filtro a través del que lo percibimos.

El capitán James T. Kirk de la nave estelar Enterprise decía que el espacio es «la última frontera». Pero estaba equivocado. La última frontera no es el espacio, sino el cerebro humano: el más consumado pedazo de «materia dotada de curiosidad».

Nuestro cerebro —«el aparato con el que pensamos que pensamos»—³ procesa información procedente de nuestros sentidos y la usa para ir actualizando constantemente su modelo interno del mundo. Luego, sobre la base de esa información, decide qué acción emprender. El cerebro es el responsable del arte, la ciencia, el lenguaje, la risa, los juicios morales y el pensamiento racional, por no hablar de la personalidad, los recuerdos, los movimientos y nuestra manera de sentir el mundo. «Es en el cerebro donde la amapola es roja, la manzana es aromática y canta la alondra», escribió Oscar Wilde.⁴

No está nada mal para un montoncito de materia de aspecto no muy atractivo y con la consistencia de unas gachas de avena frías. La pregunta es: ¿cómo llegó a surgir algo tan complejo y asombroso? La respuesta está inextricablemente ligada al origen del sistema nervioso… y al dominio de la energía del rayo.

LA EVOLUCIÓN DE LA ELECTRICIDAD

Al principio, había bacterias simples: bolsitas microscópicas de gelatina con la complejidad de unas ciudades de reducidas dimensiones. Se enfrentaban a un problema muy serio: cómo organizar sus «factorías» internas para producir la micromaquinaria de la vida, es decir, las moléculas «navaja suiza» conocidas como proteínas. La solución que hallaron para ello consistió en segregar moléculas como el glutamato, que se difundían por todas partes de sus interiores líquidos. Cuando un mensajero químico como ese se acoplaba a un receptor molecular —encajando en una cavidad de este último cual llave en cerradura—, se desencadenaba la cascada de reacciones químicas necesarias para fabricar una proteína.

Tras casi 3.000 millones de años estancada en el estadio de los organismos unicelulares, la vida dio un paso de gigante y entró en la fase de los organismos pluricelulares. Pero continuó usando su antiguo y contrastado sistema de comunicación interna. Véanse las esponjas, por ejemplo. Esas colonias de células laten sincrónicamente para bombear hacia su interior agua cargada de alimentos a través de canales específicos de sus cuerpos. Las células de las esponjas consiguen ese prodigio de coordinación gracias a que detectan mensajeros químicos como el glutamato, que son emitidos por otras células de las propias esponjas. No deja de ser lo mismo que sucede dentro de una bacteria grande, solo que a una escala mucho mayor. Si funciona, no hay por qué cambiarlo: ese parece ser, al menos, uno de los principios fundamentales de la naturaleza.⁵

Los mensajeros químicos de una esponja tardan muchos segundos en propagarse a todas las células del organismo y en desencadenar una respuesta. Esto puede ser aceptable para una criatura que vive en entornos que son constantes y predecibles. Sin embargo, en ambientes que cambian con rapidez, donde una respuesta rápida a las amenazas resulta esencial para la supervivencia, se hace perentorio contar con un método más veloz de comunicación interna. Eso es justamente lo que la electricidad nos proporciona.

Por sorprendente que parezca, la electricidad es un elemento de las células tan antiguo como los mensajeros químicos. Las membranas celulares son porosas y tienden a dejar pasar átomos peligrosamente cargados, como el sodio de la sal común.⁶ Así que, para sobrevivir, las bacterias necesitaron incorporar un modo de echar fuera esos iones. Y solucionaron el problema con la ayuda de unas proteínas con forma de tubo, llamadas canales iónicos, que atraviesan de un lado a otro la membrana celular y pueden abrirse y cerrarse para expulsar iones. Ahora bien, inevitablemente, cuando se bombean iones a través de un canal como ese, se genera un desequilibrio de cargas eléctricas entre el interior y el exterior de la célula. Es esa diferencia de voltaje lo que le sirve en bandeja a la propia célula una oportunidad de oro para cubrir sus necesidades comunicativas.⁷

Para enviar una señal superrápida, una célula solo tiene que manipular el voltaje a un lado y otro de su membrana, y eso es algo que puede hacer simplemente bombeando iones a gran velocidad por un canal iónico. Con ello provoca un cambio brusco del voltaje entre ambos lados de la membrana, lo que repercute en el canal iónico adyacente y de este en el siguiente, y así sucesivamente, en una especie de reacción en cadena. Como la ola que forma a veces el público en un estadio de fútbol, una señal eléctrica se propaga así a lo largo de la membrana, miles de veces más rápido de lo que ningún mensajero químico podría hacerlo, literalmente a la velocidad del rayo.

Por supuesto, un sistema de comunicación basado en la electricidad —un verdadero sistema telefónico celular— precisa no solo de un medio que permita transmitir una señal, sino también de un medio que haga posible que esta sea detectada y dedicada a algún tipo de utilidad en su destino. Pero también de eso se han ocupado ya las células. Un tipo específico de canal, conocido como canal iónico regulado por voltaje, puede abrirse en respuesta a una señal eléctrica y permitir así que iones como el calcio pasen por la membrana. Una vez dentro, esos iones desencadenan una cascada de procesos celulares con los que se consigue transformar la señal eléctrica entrante en un mensajero químico corriente y moliente, capaz de realizar una función útil, como inducir la fabricación de una proteína.

Tanto los canales iónicos regulados por voltaje como los normales estaban presentes ya en las bacterias. Las células que los usan para su comunicación interna se limitaron a tomarlos prestados y a adaptarlos a una nueva tarea más especializada.

Existía ya, pues, un sistema telefónico celular interno con anterioridad a la aparición de los primeros animales pluricelulares. De hecho, puede apreciarse su funcionamiento en una criatura unicelular acuática llamada paramecio. Cuando el paramecio topa con un obstáculo en el medio en el que nada, se genera un voltaje entre un lado de su membrana y el otro. Esto agita una ola pulsante de iones que recorre todo su cuerpo. Propagándose como el rayo, la ola alcanza las prolongaciones pilosas de la superficie de la célula que, ondulándose sincronizadamente, propulsan el desplazamiento del paramecio. Al instante, estos cilios (que así se llaman dichas prolongaciones) invierten su oscilación y hacen con ello que el paramecio se aleje del obstáculo.

Lo que para una criatura unicelular como el paramecio resulta ser un útil truco deviene en algo indispensable en el caso de un organismo pluricelular. A fin de cuentas, a medida que las criaturas vivas fueron aumentando de tamaño, fue haciéndose también más probable que el lugar de sus cuerpos donde sentían un contacto peligroso estuviera lejos del punto en el que había que contraer un músculo como respuesta a esa sensación. Enviar una señal por medio de un mensajero químico pasó a ser un método demasiado lento. El animal podía ser devorado mucho antes de que pudiera siquiera emprender una acción evasiva. Así que la electricidad era la única solución. Y la naturaleza respondió creando una célula eléctrica especializada: la célula nerviosa.

LAS CÉLULAS NERVIOSAS

Una célula nerviosa tiene un cuerpo celular con un núcleo, como una célula normal. Pero ahí terminan las similitudes. Uno de los lados de esta célula especializada es una prolongación larga y delgada como el hilo de un cable, mientras que el otro presenta una serie de extensiones ramificadas como dedos, mucho más cortas. El cable fino y largo, llamado axón, transmite una pulsación eléctrica a otra célula nerviosa, mientras que las extensiones en forma de dedos, denominadas dendritas, reciben señales eléctricas de los axones de otras células nerviosas.

Una característica crucial de los axones y las dendritas es que el axón de una célula no está en contacto directo con ninguna de las dendritas de otra. Entre el primero y las segundas hay un hueco, conocido por el nombre de sinapsis. Es ahí donde la señal eléctrica del axón se transforma en mensajeros químicos.⁸ Estos se difunden a través de ese hueco y se acoplan con los receptores, que abren unos canales iónicos para su paso y activan con ello una nueva señal eléctrica. ¿Les suena familiar? Es el mismo sistema de «llave y cerradura» molecular que las bacterias incorporaron hace ya casi 4.000 millones de años. La vida, lejos de deshacerse de su antiguo y lento sistema de comunicación, operado por mensajeros químicos, lo ha integrado en su sistema comunicativo superrápido y moderno, activado mediante la electricidad.

La intervención de mensajeros químicos como intermediarios que ayudan en la transmisión de la señal eléctrica no es ninguna rémora que arrastremos como vestigio desafortunado de los estadios iniciales de la vida en este planeta. Todo lo contrario. Son ellos los que hacen posible una serie casi infinita de respuestas de una célula nerviosa. Y tienen una funcionalidad así de versátil porque existen infinidad de mensajeros químicos (o neurotransmisores) diferentes, cada uno de los cuales tiene un efecto específico sobre una dendrita si (y solo si) la dendrita en cuestión posee un receptor para él. Algunos activan, o excitan, una corriente eléctrica en la dendrita, mientras que otros impiden, o inhiben, una corriente.

Los dos neurotransmisores más importantes en el cerebro humano son el glutamato (reliquia fósil del sistema de mensajeros químicos utilizado por las bacterias hace ya miles de millones de años) y el ácido gamma-aminobutírico (o GABA). Prácticamente todas las comunicaciones entre células nerviosas (o neuronas) del cerebro están mediadas por esos dos aminoácidos simples. Otros neurotransmisores, como la dopamina y la acetilcolina, se limitan a moderar la acción de los dos primeros. La mayoría de los fármacos y las drogas que afectan a la conducta funcionan bloqueando o imitando la acción de un neurotransmisor concreto: estimulan un receptor determinado y generan así el mismo efecto que el neurotransmisor original. Por ejemplo, la dietilamida de ácido lisérgico (o LSD), de la que basta solamente una pizquita para causar en quien la consume alucinaciones psicodélicas oníricas, tiene una estructura química muy parecida a la del neurotransmisor serotonina.

Como una célula nerviosa tiene prolongaciones capaces tanto de enviar como de recibir señales eléctricas, puede unirse a otras formando una red en la que cada célula nerviosa esté conectada a través de sus dendritas con los axones de otras muchas. Y una red así puede comportarse de un modo ciertamente complejo.

Incluso una célula nerviosa en solitario puede evidenciar memoria. Pongamos que una señal eléctrica procedente de un sentido —el tacto, por ejemplo— entra por una dendrita y provoca que la célula nerviosa envíe una señal por su axón destinada a contraer un músculo. Si, además de ir al músculo en cuestión, el axón divide la señal y reenvía una parte de la misma de vuelta a una dendrita de la propia célula nerviosa, ese resto de señal volverá a provocar una contracción de nuevo. Y otra vez. Y otra vez más. Una célula nerviosa puede volver a disparar una nueva ráfaga de ese tipo cada centésima de segundo, aproximadamente. De ese modo, la célula nerviosa recuerda el estímulo. Si cuatro de ellas se interconectan, pueden evidenciar comportamientos complejos, como contraer un músculo para que se aleje de un estímulo según si este viene por el costado izquierdo o por el costado derecho de un animal. Esto nos da una idea de la complejidad de las conductas posibles si las células nerviosas se interconectan, no ya de cuatro en cuatro, sino por centenares, por miles o incluso por cientos de miles de millones.

Las células nerviosas más primitivas, además de entre ellas, estaban también conectadas con el mundo exterior: recibían una señal de entrada directamente procedente de los sentidos o se encargaban de proporcionar una señal de salida destinada a contraer un músculo, por ejemplo. No había cálculo alguno entre medias. Sin embargo, en un estadio posterior de la historia de la vida, algunas células nerviosas comenzaron a conectarse exclusivamente con otras células nerviosas. Esto permitió que dichas neuronas procesaran la información entrante del entorno mediante nuevas y complejas vías con el objeto de decidir una respuesta apropiada. Fue un momento trascendental de la historia de la vida que señaló el nacimiento del cerebro.

LOS CEREBROS

«Básicamente, hay dos tipos de animales —comentó en una ocasión el neurocientífico colombiano Rodolfo R. Llinás—. Están los animales y, luego, los animales que no tienen cerebros; a estos últimos los llamamos plantas. No necesitan un sistema nervioso porque no se mueven de forma activa: no arrancan sus raíces del suelo y comienzan a correr en medio de un incendio forestal, por ejemplo. Todo aquello que se mueve activamente requiere de un sistema nervioso; si no lo tuviera, estaría condenado a morir en breve».⁹

A menudo se compara las neuronas con las puertas lógicas de los ordenadores.¹⁰ Una puerta lógica, fabricada con transistores, puede cablearse con otras puertas lógicas para crear un circuito que, por ejemplo, sume dos números. Pero mientras que una puerta lógica tiene únicamente dos entradas eléctricas y devuelve una señal que depende de la corriente que fluye en esas dos entradas, una neurona puede tener diez mil o más entradas dendríticas y devolver una señal que depende de la interrelación compleja de todas esas entradas eléctricas y de numerosos neurotransmisores y receptores en la sinapsis de la célula nerviosa. Así que, aun cuando es verdad que una neurona es el elemento básico de un ordenador biológico (por así llamarlo) del mismo modo que una puerta lógica es el componente elemental de uno de silicio, es mucho más que eso. Una neurona es un ordenador en sí misma.

Los cerebros, formados por neuronas, tienen un funcionamiento bastante caro. El cerebro humano representa apenas un 2-3 % de la masa de una persona adulta, pero, sin embargo, engulle una quinta parte de la energía del cuerpo en reposo.¹¹ Pero, dicho esto, no hay que olvidar que el cerebro realiza todos sus megacálculos con apenas 20 vatios de potencia: el equivalente de una bombilla eléctrica poco brillante. En comparación, un superordenador capaz de un volumen análogo de cálculos necesita unos 200.000 vatios: es, pues, diez mil veces menos eficiente en términos de consumo energético que el cerebro.

De todos modos, para algunas criaturas, el gasto energético que comporta el funcionamiento de un cerebro es inasumible. Las larvas de las ascidias (o jeringas de mar), por ejemplo, tienen un sistema nervioso rudimentario que les permite vagar por las aguas marinas en busca de una roca o arrecife de coral al que aferrarse y en el que anidar. Pero, tal como explica el científico cognitivo estadounidense Daniel Dennett, «cuando encuentra el sitio y echa raíces, ya no necesita más su cerebro, así que ¡se lo come!».¹²

Aun así, pese a este ejemplo bastante perturbador de autocanibalismo, los beneficios de tener un cerebro, por simple que sea este, parecen superar generalmente a los costes. Por ejemplo, el nematodo Caenorhabditis elegans tiene un cerebro de solamente 302 neuronas: tan pocas que están todas ellas codificadas al completo en su ADN. Este gusano nematodo, a diferencia de la ascidia, no se come su propio cerebro. Así que alguna ventaja competitiva importante debe de proporcionarle.¹³

El cerebro humano pesa casi un kilo y medio y cuenta con unos 100.000 millones de neuronas (una cifra que, por una pura casualidad, coincide aproximadamente con el número de estrellas que hay en nuestra galaxia, con el número de galaxias que hay en nuestro universo y con el número de personas que han vivido durante toda la historia de nuestro planeta). «El cerebro humano es el objeto más complejo conocido en el universo —escribió sobre él Edward O. Wilson—, conocido por él mismo, se entiende».¹⁴ Según una teoría desarrollada por el neurocientífico estadounidense Paul MacLean, en el transcurso de la evolución, han surgido tres cerebros diferenciados que se han ido acumulando uno sobre el otro. «Con sus partes modernas superpuestas a las antiguas, el cerebro es como un iPod que envuelve un reproductor de casetes de ocho pistas», según lo ha descrito la periodista estadounidense Sharon Begley.¹⁵

La parte más antigua y primitiva de nuestro particular universo de casi kilo y medio está formada por el tallo cerebral y el cerebelo, que curiosamente son las estructuras principales del cerebro de un reptil. Pues, bien, nuestro «cerebro reptiliano» controla funciones automáticas vitales como la temperatura corporal, la respiración, el ritmo cardiaco y el equilibrio. Envolviendo el cerebro reptiliano se encuentra una estructura que se desarrolló en los primeros mamíferos unos 200 millones de años atrás. Las partes principales de este sistema límbico (que así se llama) son el hipocampo, la amígdala y el hipotálamo. Registran los recuerdos de las buenas y las malas experiencias y, por lo tanto, son responsables de las emociones. A su vez, alrededor del cerebro límbico se sitúa la estructura más voluminosa de todas, una estructura que no empezó a tener verdadera importancia hasta adquirir la forma que tomó en el cerebro de los primates. Este cerebro propiamente dicho (o neocórtex) puede anular las respuestas viscerales o instintivas decretadas por las otras partes —más primitivas— del cerebro. Es responsable del habla, el pensamiento abstracto, la imaginación y la conciencia. Tiene una capacidad casi ilimitada de aprender cosas nuevas y es donde reside nuestra personalidad. En resumidas cuentas, el neocórtex es lo que nos hace humanos.

En realidad, hay aún una capa más que envuelve tanto el cerebro reptiliano como el sistema límbico y el neocórtex: me refiero, claro está, al duro caparazón huesudo que conforma el cráneo. «Porque las cosas importantes van en estuches. Uno tiene bolsillo para el peine, billetera para el dinero… y un cráneo para el cerebro», comentaba George Costanza en un episodio de Seinfeld.¹⁶ De hecho, el cráneo está reforzado por tres capas de tejido protector que llamamos meninges, entre las que se intercala un líquido especial para amortiguar golpes denominado fluido cerebrovascular. Una infección en esa zona origina la inflamación que conocemos por el nombre de meningitis y que puede tener consecuencias fatales.

El neocórtex está dividido en dos hemisferios conectados entre sí por un haz de fibras nerviosas que forman el cuerpo calloso. En realidad, pues, tenemos dos cerebros. Normalmente, al lado izquierdo se le dan mejor la resolución de problemas, las matemáticas y la escritura, mientras que el derecho es más creativo y más apropiado para el arte o la música. Por razones que no hemos terminado de entender aún, el lado izquierdo del cerebro controla el movimiento del lado derecho del cuerpo, y viceversa. De ahí que las personas que sufren un ataque de apoplejía en el hemisferio izquierdo de su cerebro pierdan la movilidad en la mitad derecha de su cuerpo, y viceversa. La apoplejía viene causada normalmente por un coágulo de sangre en el cerebro que bloquea el riego sanguíneo local, lo que daña o destruye el tejido cerebral de esa zona.

Pero lo verdaderamente asombroso del cerebro no reside tanto en su estructura general como en su microestructura: es decir, en sus 100.000 millones aproximados de neuronas y su billón de otras células de apoyo que rodean a las neuronas y sus axones facilitándoles la energía que necesitan y manteniéndolos sanos.¹⁷ En cualquier caso, la cifra total de neuronas nos dice muy poco del funcionamiento real del cerebro. «El hígado probablemente contiene unos 100 millones de células —ha escrito el neurocientífico estadounidense Gerald D. Fischbach—. Pero mil hígados no nos harán tener una rica vida interior».¹⁸

La clave de las asombrosas capacidades del cerebro estriba en las conexiones entre sus neuronas. «Todo lo que sabemos, todo lo que somos, proviene del modo en que nuestras neuronas están interconectadas», escribió Tim Berners-Lee, inventor de la World Wide Web.¹⁹ Una neurona puede poseer unas diez mil dendritas aproximadamente, mediante las que puede interactuar con otras diez mil neuronas, también aproximadamente. En total, el cerebro podría contener algo así como mil billones de conexiones.

La gran pregunta es: ¿cómo un sistema inconcebiblemente complejo de circuitos neuronales como ese consigue que recordemos y aprendamos cosas?

MEMORIA Y APRENDIZAJE

Lo normal es que nuestra memoria recuerde aquellas cosas que son importantes para nosotros y olvide aquellas otras que dejan de importarnos. Desde luego, todos olvidamos de vez en cuando alguna que otra cosa de importancia, como dónde dejamos el libro que estábamos leyendo o la lista de la compra que anotamos en un trozo de papel. Pero, por lo general, recordamos y aprendemos aquello que es significativo para nosotros, y por «significativo» me refiero a aquello que está conectado a cosas que ya conocemos. Si oímos una palabra nueva en francés y ya hablamos ese idioma, es mucho más probable que la recordemos que si no lo hablamos. Si sabemos cómo mantener el equilibrio sobre un monopatín, aprenderemos a mantenerlo también sobre una tabla de surf más fácilmente que alguien que nunca haya patinado.

Además de eso, la repetición también parece ser un factor relevante de cara a recordar y aprender cosas. Los niños pequeños aprenden a hablar repitiendo las mismas palabras una y otra vez. Luego aprenden tablas de multiplicar recitándolas con insistente reiteración hasta que se les quedan grabadas en el cerebro. Las personas que aprenden guitarra rasguean la misma secuencia de acordes durante horas.

Ni que decir tiene que nada de esto nos explica cómo el sistema de circuitos neuronales del cerebro nos permite recordar cosas y aprender nuevas habilidades. Pero sí nos indica que, en el cerebro, el establecimiento de conexiones con cosas que ya conocemos y la repetición constituyen dos procesos cruciales.

Las cosas que ya conocemos están codificadas en el patrón de conexiones formado entre los 100.000 millones de neuronas del cerebro, del mismo modo que el conocimiento de cómo contraer un músculo para alejarse de la fuente de un estímulo estaba contenido en las conexiones que formaban la red tetraneuronal simple mencionada en un apartado anterior del presente capítulo. Nadie sabe a ciencia cierta cómo ese patrón codifica información compleja. Si bien podemos señalar sin problema un grupo de dominios de una memoria magnética en un ordenador y decir «ese de ahí tiene almacenado un 6 o la letra P», no podemos señalar aún un grupo de neuronas interconectadas en el cerebro y decir que ahí está almacenado el olor del pan recién hecho o los conocimientos necesarios para mantenerse en equilibrio sobre una sola pierna. Aun así, todos los indicios apuntan a que el patrón de las conexiones entre las neuronas es clave para que sepamos lo que sabemos.

De las conexiones entre neuronas se encargan las dendritas. Estas son sinónimo, pues, de lo que sabemos. Para que recordemos algo o para que aprendamos una nueva habilidad, algo debe suceder en las conexiones dendríticas entre las neuronas.

Imaginemos dos de esas células conectadas entre sí (el axón de la primera unido a una dendrita de la segunda). Ahora imaginemos también que la primera neurona comienza a «disparar» señales porque está recibiendo algún estímulo (alguna información sensorial del mundo exterior, tal vez). Recordemos asimismo que la conexión dendrítica entre esas dos neuronas representa algo que ya sabemos.

Pues, bien, si el estímulo en cuestión es repetitivo y está relacionado con lo que sabemos —y los neurotransmisores presentes en el hueco sináptico entre el axón y la dendrita están preparados para amplificar la señal eléctrica si el estímulo está relacionado—, la dendrita fortalece su conexión. Ese fortalecimiento puede producirse de múltiples formas, pero una de ellas consiste en que la dendrita desarrolla un gran número de espinas que multiplican sus puntos de conexión.

Obviamente, dos neuronas conectadas por una sola dendrita no podrán codificar más que una pizca ridículamente mínima de información. Sin embargo, como todo lo que sabemos está codificado en la totalidad de conexiones dendríticas que hay en nuestro cerebro, cuando reforzamos dichas conexiones, no ya entre pares de neuronas, sino entre un gran número de ellas, hacemos que los nuevos conocimientos queden permanentemente ligados a algo que ya sabemos y, de ese modo, imprimimos un recuerdo en nuestra mente. «Eso es el aprendizaje —escribió la novelista Doris Lessing—. De pronto comprendemos algo que hemos comprendido toda la vida, pero ahora de una nueva manera».²⁰

«Siempre que una persona lee un libro o tiene una conversación, la experiencia ocasiona cambios físicos en su cerebro —explica el divulgador científico estadounidense George Johnson—. Asusta un poco pensar que, a raíz de cualquiera de los encuentros que tenemos en la vida, nuestro cerebro queda modificado, a veces de modo permanente».²¹

Mediante este proceso de fortalecimiento de conexiones entre neuronas, la red que codifica todo lo que sabemos cambia sin cesar. Pero el mencionado proceso no solo refuerza las conexiones, sino que construye otras nuevas y hace que se pierdan algunas también. Imaginémonos la red neural del cerebro como si fuera un amplio y espeso matorral. En algunas partes, crece y, en otras, se achica por culpa de las conexiones que se pierden entre neuronas que ya no comparten ningún elemento en común. Esto último representa el proceso de lo que vamos olvidando.

Ahora bien, si algo puede hacer el cerebro como ninguna otra cosa en el universo conocido es capaz de hacer es reconstruirse y recablearse constantemente. «Las principales actividades de los cerebros consisten en hacer cambios en ellos mismos», o, al menos, eso escribió Marvin Minsky.²²

Por lo que se refiere al aprendizaje de una habilidad nueva, se trata de un proceso muy similar al de la construcción de un recuerdo. Así, si para montar en bicicleta se necesita el concurso de unos determinados músculos, fortaleciendo las dendritas que se conectan con neuronas que controlan esos músculos se hace más fácil y rápido controlarlos. Por lo tanto, una habilidad como montar en bicicleta o leer un libro se codifica en una red de neuronas igual que un recuerdo se codifica en una. Se convierte en algo integrado, automático.

Este refuerzo y debilitamiento de las conexiones entre neuronas, o la creación de conexiones nuevas para modificar la red existente, es lo que se conoce como neuroplasticidad. Hasta para pensar la definición que acabo de escribir ha sido necesario que mi cerebro ejerciera su neuroplasticidad. Y también los de ustedes han tenido que ejercer la suya para entender la mencionada definición. (Y si no la han entendido, no se habrán formado nuevas conexiones, con lo que yo habré dejado sus cerebros tal como estaban.)

El cerebro es un ordenador, sí, pero de una clase ciertamente asombrosa. Mientras que un ordenador convencional con base de silicio realiza una tarea con arreglo al programa que le ha introducido un ser humano, el cerebro no tiene ningún programador externo. Es un ordenador que se programa a sí mismo. Un bebé nace ya dotado de una red de neuronas y del potencial para interconectarlas de infinitas maneras posibles. La programación del cerebro del bebé —el crecimiento de nuevas conexiones, el fortalecimiento de algunas y la pérdida de muchas más— se realiza a partir de su experiencia del mundo, del caudal de información que le llega, hora tras hora, día tras día, por sus ojos, sus oídos, su nariz y su piel.

Aunque es sumamente difícil ver cómo las neuronas concretas forjan vínculos con sus vecinas, sí es perfectamente posible contemplar grosso modo cómo el cerebro se programa a sí mismo. La técnica de la imagen por resonancia magnética funcional (IRMf) nos revela qué áreas del cerebro están en funcionamiento cuando una persona realiza una tarea determinada. Se ha comprobado, por ejemplo, que, cuando las personas aprenden a meditar tras recibir clases de un experto o experta, se iluminan nuevas áreas de sus cerebros en los exámenes por IRMf: sus cerebros se han reprogramado. Posiblemente uno de los ejemplos más famosos de investigación con IRMf es un estudio realizado con taxistas londinenses. Eleanor Maguire, del University College de Londres (UCL), mostró que una región de los cerebros de los taxistas participantes en el estudio (una región asociada con la conciencia espacial) era realmente más extensa en esas personas que en las que no conducimos taxis.

«El cerebro es un músculo. Si no lo usas, se atrofia». Puede que esa nos parezca una afirmación barata, pero —salvo por el detalle de que el cerebro no es un músculo— en la máxima «si no se usa, se atrofia» se encierra una verdad muy importante acerca del cerebro. Y es que, del mismo modo que cuando nos ejercitamos con pesas, activamos procesos fisiológicos que hacen que crezcan más células musculares, los procesos de recordar cosas, aprenderlas, etcétera, estimulan en el cerebro el desarrollo de más conexiones neuronales. E igual que cuando no ejercitamos nuestros músculos, estos pueden atrofiarse, cuando no ejercitamos el cerebro, debilitamos o perdemos para siempre muchas de sus conexiones neuronales existentes. Incluso Charles Darwin, que lo desconocía todo sobre las neuronas, se dio cuenta de la verdad que se encerraba en esa idea de que «si no se usa, se atrofia». «Si tuviera que volver a vivir mi vida de nuevo, me impondría como norma leer poesía y escuchar música al menos una vez por semana —escribió en su autobiografía—. Pues quizá las partes de mi cerebro que ahora están atrofiadas se habrían mantenido así activas con el uso».

La neuroplasticidad es el gran secreto del cerebro. Al igual que la selección natural en el terreno de la evolución, y que el ADN en el de la genética, constituye una idea tan fundamental para comprender el cerebro que nada tendría sentido sin ella. La neuroplasticidad explica por qué las experiencias nuevas recablean constantemente el cerebro, el más consumado montón de materia programable. Explica cómo la tabla rasa que es el cerebro de un bebé al nacer termina convirtiéndose en un cerebro adulto. Explica por qué la víctima de un derrame cerebral puede recuperar facultades perdidas gracias a que la tarea de la que se encargaban las neuronas afectadas pasa a ser asumida por neuronas de otra área adyacente del cerebro. La rehabilitación en esos casos es prolongada y difícil porque el proceso de reprogramación es análogo al de la programación inicial del cerebro de un niño pequeño cuando aprende habilidades por vez primera.

Y la neoplasticidad dura toda la vida. Nuestro cerebro sigue siendo capaz de formar nuevas conexiones incluso en personas de cien años de edad: un centenario o una centenaria puede aprender a usar un ordenador. Quizá no aprende tan rápido como un niño, pero aprende.

¿PUEDE EL CEREBRO ENTENDER EL CEREBRO?

«Nuestro cerebro deja pasmada a nuestra mente», ha escrito James Watson, codescubridor del ADN.²³ Continúa siendo la última y más imponente frontera en el ámbito de la biología, el objeto más complejo que hemos descubierto hasta ahora en nuestro universo. Pero, aunque vacilantes, hemos dado ya los primeros pasos encaminados hacia su comprensión definitiva. Aun así, queda muchísimo para que esto último sea posible. Y cabe preguntarse, además, si se trata siquiera de una meta alcanzable. «Si el cerebro humano fuese tan simple que pudiéramos comprenderlo, nosotros seríamos tan simples que no podríamos comprenderlo», escribió el biólogo estadounidense Emerson M. Pugh.²⁴

Desde el punto de vista de la lógica, Pugh está en lo cierto. El cerebro humano nunca podrá comprender completamente el propio cerebro humano. Sería como tratar de mantenernos suspendidos en el aire simplemente tirando hacia arriba de los cordones de nuestros zapatos. Sin embargo, no es el cerebro el que está tratando de comprender el cerebro. Son muchos cerebros los que lo están intentando: la suma combinada de las mentes de la comunidad científica internacional. Como reza un dicho italiano, «no todos los cerebros están en la misma cabeza».

Todavía estamos lejos de tener una respuesta para la pregunta planteada al comienzo de este capítulo: ¿por qué está construido el universo de tal modo que ha llegado a adquirir la capacidad de sentir curiosidad sobre sí mismo? Pero, si llegamos a comprender el cerebro, seremos por fin capaces de responderla. «Mientras nuestro cerebro sea un arcano —escribió Santiago Ramón y Cajal, padre de la neurociencia—, el universo, reflejo de su estructura, será también un misterio».

6

UNA VENTAJA DE MIL MILLONES POR CIENTO

La evolución humana

El hombre todavía lleva en su estructura corporal el sello indeleble de su humilde origen.

CHARLES DARWIN, El origen del hombre

Solo somos una especie avanzada de monos de un planeta menor de una estrella muy del montón.

STEPHEN HAWKING, Der Spiegel,

17 de octubre de 1988

Érase una vez una especie primitiva de simio arborícola. Por algún motivo, sus descendientes se dividieron en dos poblaciones separadas. Tal vez las aislara alguna cadena montañosa, o un corredor natural desforestado; nadie sabe realmente la verdad. En cualquier caso, puesto que una y otra población se vieron sometidas a presiones de supervivencia distintas, terminaron divergiendo entre sí y convirtiéndose en dos especies diferenciadas. Una de ellas estaba destinada a dar origen a los chimpancés; la otra, a los seres humanos.

La fecha precisa de esa bifurcación entre los ancestros de los humanos y los de sus parientes vivos más cercanos no se conoce. Pero la mejor suposición hasta el momento la data en torno a seis o siete millones de años atrás. Se trata de un momento tan reciente en términos evolutivos que por sí solo explica por qué compartimos nada menos que entre un 98 y un 99 % de nuestro ADN con los chimpancés. No deja de ser sorprendente, pues, que ellos no sepan hablar, no construyan ciudades, no programen ordenadores o no hayan llegado volando hasta la Luna. Por lo que sea, ese 1 o 2 % de diferencia genética se ha traducido, magnificado, en una ventaja de un billón por ciento en el mundo real.

Para entender cómo una diferencia tan minúscula entre la composición del ADN de dos especies puede tener una repercusión tan grande en la práctica hay que comprender una sutil característica del ácido desoxirribonucleico. La imagen que se tiene popularmente de este es la de una molécula que lleva en sí misma codificadas una serie de instrucciones (o genes) para la fabricación de proteínas que determinan toda clase de rasgos: desde el color de los ojos hasta el grupo sanguíneo. Pero el ADN es más que eso. Algunos genes tienen la facultad de encender y apagar otros genes, y de controlar el orden en que son leídos (o expresados) en un embrión en desarrollo. Aunque esos genes reguladores representan solamente una pequeña parte del 1-2 % de diferencia entre el ADN de los humanos y el de los chimpancés, su importancia es crucial, ya que tienen un efecto dominante sobre el proceso de desarrollo.¹

Imaginémonos que los genes reguladores son la receta y que los genes convencionales son los ingredientes. Sabemos que, con ingredientes similares, pueden crearse platos muy diferentes si se combinan conforme a recetas distintas. Ahí está el ejemplo de los huevos. Dependiendo de cómo los cocinemos (o incluso de que no los cocinemos), podemos terminar comiéndonos unos huevos crudos, unos huevos pasados por agua, unos huevos duros, unos huevos en escabeche, unos huevos escalfados, unos huevos fritos, unos huevos revueltos, una tortilla, etcétera. Pues, de manera parecida, unos genes similares pueden crear animales tan radicalmente distintos como los humanos y los chimpancés si se combinan de acuerdo con recetas moleculares diferentes.

Pero los genes reguladores nos muestran únicamente que es posible que unas diferencias pequeñas de ADN den lugar a dos especies tan distintas como los seres humanos y los chimpancés. No nos dicen cómo se produjo en realidad esa divergencia. Para eso, no hay nada que sustituya al registro fósil.

DOS PATAS, MEJOR

Charles Darwin elaboró su propio relato teórico de la evolución humana. Nuestros antepasados, escribió, comenzaron a caminar a dos patas. Eso liberó sus manos y les permitió fabricar herramientas. Para fabricarlas, se necesitaba mayor capacidad mental, lo que, a su vez, hizo que sus cerebros aumentaran de volumen. Se trata, a fin de cuentas, de un relato teórico bastante plausible, salvo por un nada desdeñable detalle: se contradice con el registro fósil.

Millones de años antes de que dejaran rastro alguno de herramientas y millones de años antes de que tuvieran cerebros grandes, nuestros antepasados homininos (u Hominini)² en África caminaban ya erguidos sobre dos piernas. El Australopithecus anamensis, por ejemplo, era un hominino de poco más de un metro de altura con un cerebro del tamaño del de un simio. A partir de un fósil de tibia se ha deducido que caminaba sobre dos piernas (era bípedo) la mayor parte del tiempo… ¡y hablamos de hace más de cuatro millones de años! Cuando no caminaba, es de suponer que todavía tenía tendencia a permanecer subido a los árboles. En el registro fósil aparece posteriormente un pariente cercano de esa especie, el Australopithecus afarensis. Según las pruebas obtenidas a partir del fósil de un hueso de una pierna, se supone que andaba ya erguido todo el tiempo hace unos 3,5 millones de años.

Pero uno de los descubrimientos seguramente más recordados de toda la historia de la paleoantropología fue el que realizó Mary Leakey en Laetoli (Tanzania) en 1976. En algún momento de hace unos 3,6 millones de años, tres australopitecos se aventuraron caminando sobre dos piernas por un lecho de cenizas volcánicas recién depositadas tras una erupción. Allí dejaron sus huellas fosilizadas para la posteridad. «Uno no puede evitar preguntarse qué relación mantendrían aquellos tres individuos, si irían de la mano o incluso si hablarían, o qué misión compartían en aquel remoto día del Plioceno», escribió Richard Dawkins al respecto.³

Caminar sobre dos piernas deja libres las manos para transportar alimentos o niños pequeños, o para fabricar herramientas y blandir armas. También permite que un simio se aventure más lejos en busca de comida y que pueda divisar a los depredadores desde una mayor distancia. Darwin tenía razón cuando atribuyó a la bipedación unas ventajas muy claras. La dificultad radica en explicar cómo comenzó. Los únicos cambios perpetuados por la evolución por selección natural son aquellos que resultan ventajosos de inmediato.⁴ Sin embargo, para poder caminar erguidos sobre dos piernas se necesita un cambio considerable de la estructura de los huesos de las patas traseras (un fémur más largo y una pelvis más corta y ancha), así como el desarrollo de un potente músculo en las nalgas (el glúteo mayor) capaz de mantener esos huesos derechos y de propulsar las piernas para que corran. Mientras esas modificaciones no están implantadas (y lo probable es que tarden muchas generaciones en estarlo), no parece que del hecho de desplazarse sobre las dos extremidades posteriores se desprenda ninguna ventaja particular que favorezca la supervivencia.

Una posibilidad interesante es que los primeros pasos hacia el bipedalismo se dieran, no en el suelo, sino en los árboles. Los gibones y los orangutanes pasean a menudo erguidos a dos patas por las ramas para poder alcanzar las hojas y las frutas más jugosas que detectan en las puntas de aquellas. Tal vez nuestros antepasados aprendieran ese mismo truco. Luego, cuando descendieron al suelo, prosiguieron con esa costumbre de caminar, yendo a saltitos sobre dos patas entre un árbol y otro.

EL SIMIO DESNUDO

En último término, algo impulsó a nuestros ancestros a mantenerse sobre el suelo de forma permanente y allí perfeccionaron su (hasta entonces) poco acostumbrada locomoción bípeda. Lo más probable es que el clima se fuera volviendo paulatinamente más seco. La disminución de las precipitaciones hizo que el hábitat forestal de nuestros antepasados homininos fuera ocupando una extensión cada vez menor y fuera sustituido por herbazales abiertos a lo largo y ancho de amplias zonas de su hogar africano original. Cuando otras criaturas se adaptaron también a ese nuevo hábitat, el atractivo de las numerosas manadas que allí pastaban fue ya demasiado grande como para resistirse a él. Con mayores precauciones al principio, pero con creciente audacia a medida que pasaban las generaciones, nuestros antepasados fueron saliendo de las frondosas sombras para hacer vida bajo el sol implacable de la sabana.

Fue el Homo erectus, unos 1,8 o 1,9 millones de años atrás, el que representó la transición hacia un cuerpo más reconociblemente humano. Caminar erguido era una ventaja para moverse entre los pastizales descubiertos, pues minimizaba el área corporal expuesta al sol. Muy probablemente, ese fue el momento en que nuestros antepasados perdieron el pelaje que recubría el cuerpo de los homínidos anteriores. Revestido únicamente de piel, el Homo erectus podía expulsar calor de forma muy eficiente gracias al sudor.

En realidad, no somos ni mucho menos los simios «pelados» que parecemos ser a simple vista. Los humanos modernos tenemos en realidad tantos pelos por centímetro cuadrado en nuestro cuerpo como los chimpancés en el suyo. Sin embargo, la evolución ha hecho que la mayoría de ese vello humano sea demasiado fino o ligero como para que se pueda apreciar sin acercar mucho la vista.

El Homo erectus, con sus largas piernas impulsadas por unos poderosos glúteos, perfeccionó el bipedalismo. Como decía Bruce Springsteen de sí mismo en su canción, aquel antepasado nuestro «nació para correr». Atentos a señales como la presencia de buitres revoloteando sobre algún lugar, nuestros ancestros tal vez usaron sus largas piernas al principio para llegar a los cadáveres y las carcasas de animales muertos antes de que lo hicieran otros carroñeros competidores suyos. Con el tiempo, es posible que se dedicaran ya a perseguir piezas de caza mayor durante grandes distancias, corriendo continuamente hasta que agotaban a su presa (una estrategia de caza que todavía utilizan los bosquimanos del desierto sudafricano del Kalahari). Aunque animales como los antílopes podían correr mucho más deprisa que el Homo erectus, no estaban preparados para aguantar mucho tiempo a la carrera. Así que nuestros incansables y maratonianos antepasados los perseguían hasta extenuarlos. Vale la pena señalar que ningún otro depredador —ni siquiera el lobo— tiene un aguante semejante.

La carne constituye una fuente de energía más concentrada que las plantas. La incorporación de aquella a la dieta del Homo erectus posibilitó el crecimiento del cerebro, un órgano increíblemente ávido de energía que monopoliza en torno al 20 % del consumo energético total del cuerpo.⁵ Un chimpancé, con su magra dieta vegetal, nunca podría proporcionarse la energía necesaria para alimentar un cerebro de un tamaño remotamente parecido siquiera al humano.

Tanto si el Homo erectus mataba él mismo los animales que comía como si localizaba a los que ya habían muerto por algún otro motivo, lo cierto es que se enfrentaba seguramente a un problema grave en el momento de comérselos: me refiero a defender el cadáver frente a la acometida de otros carnívoros (como mínimo, hasta haber arrancado de él suficiente carne para llevarse consigo). La solución tal vez consistió en el uso de herramientas como piedras o palos, o quizás incluso lanzas cuidadosamente elaboradas.

UN MILLÓN DE AÑOS DE ABURRIMIENTO

Las más antiguas muestras de herramientas de piedra de que disponemos actualmente datan de unos 2,6 millones de años atrás, cuando los australopitecinos habían entrado ya en su periodo crepuscular. Pero eso plantea un enigma ciertamente difícil de resolver. La teoría que se aceptaba anteriormente era que las herramientas permitieron que nuestros antepasados trocearan la carne, lo que hizo que ya no necesitaran de unos caninos tan largos. Como tampoco precisaban ya de una mandíbula voluminosa que potenciara la fuerza desgarradora de esos dientes, su cráneo y su cerebro pudieron aumentar de tamaño. Sin embargo, las pruebas fósiles no corroboran esa versión de los hechos. Más bien, dan a entender que los dientes de nuestros ancestros disminuyeron de tamaño mucho antes de que aparecieran las herramientas: de hecho, incluso unos cuatro millones de años atrás, cuando los homininos ya caminaban erguidos.

Existe la posibilidad de que se usaran herramientas mucho antes de esos 2,6 millones de años atrás, pero que estuvieran confeccionadas predominantemente con ramas y que, por ello, no hayan dejado rastros fósiles tras de sí; o que estuvieran hechas de huesos, lo que las haría indistinguibles de los huesos de los esqueletos fosilizados. Esta última fue la posibilidad que imaginó el escritor de obras de ciencia ficción Arthur C. Clarke en la década de los sesenta del siglo XX. En una memorable escena de su 2001, una odisea en el espacio, un «hombre-simio» —inspirado por un artefacto extraterrestre— recoge unos huesos de animal y, con un brillo de maldad en la mirada, se da cuenta de pronto que puede utilizarlos para matar.

Las primeras herramientas eran cantos rodados partidos para que tuvieran un borde más afilado y cortante. Y por extraño que pueda parecer, aunque aparecieron hace unos 2,6 millones de años, su diseño permaneció básicamente inalterado durante un millón de años, más o menos. ¿Se imaginan que el diseño de los aviones, de los ordenadores o de las viviendas se quedara estancado durante 40.000 generaciones? No fue hasta 1,7 millones de años atrás, aproximadamente, cuando empezaron a fabricarse hachas de piedra más sofisticadas, con filos más largos y trabajados que los de los cantos partidos que las precedieron. Pero entonces la historia volvió a repetirse: esas hachas de mano se mantuvieron sin particulares alteraciones durante más tiempo aún que las anteriores piedras quebradas. Concretamente, durante nada menos que 1,4 millones de años (o lo que es lo mismo, casi 60.000 generaciones).

Ese millón de años de aburrimiento (multiplicado por dos, en realidad) es un hecho que llama mucho la atención cuando lo comparamos con los veloces cambios tecnológicos de los pasados diez mil años. Tan longeva invariabilidad tal vez se explicara por que el canto partido y el hacha de mano funcionaban a la perfección. Y si algo funciona, ¿para qué cambiarlo? Pero el hecho de que las herramientas no sufrieran variaciones no significa que nuestros ancestros no cambiaran durante tan largo periodo de tiempo. Es posible que dedicaran su ingenio tecnológico a fabricar herramientas de madera o hueso que no han sobrevivido hasta nuestros días. Pero aun si no fue así, lo cierto es que nuestros antepasados experimentaron cambios profundos: en sus interacciones sociales, por ejemplo. Cazar, buscar carroña y proteger la presa capturada frente a otros grandes depredadores eran actividades que sin duda requerían de un grado elevado de cooperación entre individuos. «El ser humano solitario, aislado, es ciertamente un contrasentido —dijo el arzobispo Desmond Tutu—. Necesitamos a otras personas para ser realmente humanos».⁶ De igual forma que una abeja sola no es una abeja —una apus nulla apes, reza el dicho latino—, un humano solo no es un humano.

Dentro de sus grupos sociales, machos y hembras —al menos, durante las fases más tardías de la evolución humana— eran aproximadamente iguales en número. Esa igualdad es relativamente rara entre los primates, pero común en animales monógamos. Si nuestros ancestros practicaban predominantemente la monogamia —como parece probable—, tal vez era porque, si los machos luchaban entre sí por las hembras, difícilmente podían estar predispuestos a cooperar para tareas colectivas como la caza. Por citar un ejemplo más actual, el affaire del capitán de la selección inglesa de fútbol, John Terry, con la exnovia de un compañero de su equipo le costó la capitanía del combinado nacional: para ganar partidos de fútbol se necesita una elevada cooperación en el terreno de juego y los demás jugadores ya no se fiaban de Terry.

SALIDA DE ÁFRICA

Hace algo así como 1,8 millones de años, el Homo erectus abandonó su cuna africana y se extendió por Asia occidental en un primer momento, y luego también por Asia oriental y el sur de Europa. Hasta el momento, se han hallado fósiles en China, Java y Georgia. En aquella época, había mucha agua de mar atrapada en mantos de hielo, por lo que el sureste asiático formaba una península mucho más extensa de lo que es hoy en día, y no se necesitaba barco alguno para llegar a sitios como Java. El descubrimiento de unos diminutos esqueletos (que recordaban a los de unos hobbits prehistóricos) en la isla indonesia de Flores fue toda una sensación en 2003. Es posible que el Homo floresiensis fuese un descendiente del Homo erectus. También existe la posibilidad de que descendiese de un hominino que salió de África antes incluso que el Homo erectus.

La migración del Homo erectus fue la primera de las varias oleadas colonizadoras conocidas que emergieron desde tierras africanas. Esas migraciones, como tantos otros acontecimientos en la historia humana, fueron tal vez impulsadas por un cambio climático. El continente de la Antártida llevaba ya mucho tiempo helado. Pero cuando tanto la América del Norte como la del Sur se sumaron a ese estado glacial, el agua tropical cálida dejó de fluir entre los océanos Atlántico y Pacífico.⁷ Eso hizo que se acumulara mucho más hielo en el polo Norte, lo que fue enfriando paulatinamente el planeta y secándolo también, al extraer mucha de la humedad presente hasta entonces en el aire. De resultas de ello, los herbazales africanos se convertían ocasionalmente en desiertos, lo que forzaba a su vez a algunos animales de ese continente a emigrar hacia Oriente Próximo.

Concretamente, hace unos dos millones de años, dos especies de felino de dientes de sable emigraron desde África, probablemente siguiendo la ruta de las manadas de herbívoros que huían de allí. Nuestros antepasados posiblemente no solo siguieron el rastro de esas manadas, sino también el de esos otros temibles depredadores. Los felinos de dientes de sable iban dejando atrás las carcasas de los animales que cazaban y devoraban, y nuestros ancestros, gracias a sus herramientas, eran seguramente las únicas criaturas capaces de abrir los huesos y los cráneos para obtener de su interior el tuétano y los sesos, ricas fuentes de energía.

Es posible que hubiera una segunda salida masiva desde África hace unos 600.000 años. El Homo heidelbergensis, llamado así por una mandíbula fósil descubierta en las cercanías de Heidelberg (Alemania) en 1907, fue el antepasado de los neandertales y los humanos modernos. Por último, unos 60.000 años atrás, fueron los propios humanos modernos los que, en una proporción muy elevada, dejaron África en busca de otras tierras hasta llegar a todos los rincones del mundo (y, en último término, incluso al espacio exterior, hasta la Luna).

Merece la pena señalar que, aunque el continente africano está ampliamente considerado como la cuna de la evolución humana, es también muy posible que parte de esa evolución ocurriera más allá de África (por ejemplo, entre homininos que luego regresaron a África). Sin embargo, el registro fósil sigue siendo demasiado basto como para que podamos hilar tan fino en nuestras conclusiones.

GLACIACIONES

Que sepamos, los inmensos cambios evolutivos que experimentaron los homininos no tienen parangón en ningún otro animal en la historia de la vida sobre la Tierra. Coincidieron con el reiterado avance y repliegue de los hielos continentales de las regiones polares terrestres acontecido durante los pasados dos millones de años. Las glaciaciones están causadas generalmente por variaciones cíclicas en la orientación del eje de rotación y en la órbita de la Tierra. Pero lo que, al parecer, magnificó el efecto de estos ciclos de Milanković⁸ —llamados así por su descubridor, el astrónomo serbio Milutin Milanković— durante estos últimos dos millones de años fue el aumento de la elevación de la imponente cordillera del Himalaya, que modificó la circulación del aire en el conjunto de la superficie del planeta. La unión terrestre entre la América del Norte y la del Sur también cerró el canal tropical que permitía el intercambio de agua entre los océanos Pacífico y Atlántico, y potenció un flujo norte-sur.

Al vivir en un planeta que se helaba repetidamente, los homininos se vieron continuamente sometidos a fuertes presiones de su entorno que hicieron que se extinguieran en las regiones septentrionales más frías y que sobrevivieran únicamente en regiones más próximas al ecuador. Pero, a diferencia de todas las demás criaturas de la Tierra, cuya reacción al avance de los hielos consistía meramente en emigrar hacia climas menos severos o en extinguirse, nuestros ancestros humanos poseían una habilidad única para modificar su conducta en respuesta a las variaciones ambientales. En los estadios iniciales de su historia, esa aptitud para adaptarse al cambio tal vez no les bastó para hacer frente a variaciones climáticas muy rápidas. Pero posteriormente, a medida que su cultura se fue sofisticando, supieron adaptar cavernas para convertirlas en refugios contra el frío; también aprendieron a fabricarse ropas con las pieles de los animales y a dominar el fuego.

EL FUEGO

Nadie sabe cuándo ni cómo se domesticó el fuego por vez primera. Hay indicios bastante discutidos obtenidos en Sudáfrica de que tal gesta podría remontarse incluso a un millón de años atrás, pero solo tenemos pruebas sólidas de dominio del fuego que datan de hace unos pocos cientos de miles de años. Probablemente, el primer fuego utilizado por los seres humanos fue de origen natural. Alguien, en una noche terriblemente fría, tuvo la fortuna de encontrar una rama ardiente —prendida tal vez por un rayo— y llevarla hasta la entrada de una cueva gélida para encender allí otras con las que calentarse. Pero no fue hasta mucho más tarde cuando las personas aprendieron a hacer fuego. Esta es una habilidad nada fácil que, incluso hoy día, muy pocas personas poseen. Es posible incluso que el secreto de cómo hacer fuego se fuera descubriendo y perdiendo sucesivamente cada vez que alguien que lo conocía se moría sin que otro miembro del grupo pudiera sustituirlo.

Esto podría explicar también por qué el progreso tecnológico (en forma de mejoras en las herramientas, por ejemplo) fue tan lento durante tan enormemente largos periodos de tiempo comprendidos entre breves explosiones de creatividad. Mientras nuestros ancestros vivieron en grupos reducidos y dispersos, los conocimientos posiblemente se adquirieron, se perdieron, se volvieron a adquirir y se volvieron a perder en reiteradas ocasiones. Solo cuando el número de los homininos aumentó suficientemente, tuvieron las ideas una oportunidad más o menos buena de pervivir y de difundirse y originar otras ideas nuevas.

El fuego posibilitó cocinar los alimentos, lo que supuso uno de los avances más importantes en la historia humana. Cocinando los vegetales, por ejemplo, los seres humanos pudieron eliminar la toxicidad de algunas sustancias venenosas que aquellos contienen, lo que permitió aumentar espectacularmente la variedad de plantas que podían comerse sin peligro para la salud. Cocinar la carne también ayuda a matar los parásitos que puede haber en ella. Pero, sobre todo, descompone las proteínas de esa carne, lo que hace que esta sea más fácil de digerir y ahorra trabajo al intestino. Del mismo modo que una herramienta mejora las facultades de una extremidad, una olla mejora las de nuestro estómago. Más que eso: es un estómago externo. Permite que el estómago sea más pequeño y consuma menos energía, y que, por lo tanto, una mayor cantidad de esta pueda dedicarse a satisfacer las insaciables necesidades de un cerebro cada vez más crecido.

Tampoco es descartable que Homo erectus se cocinara ya su comida hace 1,5 millones de años, dado el menor tamaño de sus dientes y mandíbulas con respecto a los de sus antepasados. De todos modos, la primera prueba sólida del cocinado de alimentos data de unos 200.000 años atrás y corresponde a los neandertales y los primeros humanos modernos.

LOS NEANDERTALES

En el mundo de las glaciaciones, nuestros ancestros directos tuvieron que pugnar con muchos de sus «parientes» homininos. Pero no deja de ser sorprendente que ninguna de esas especies haya sobrevivido hasta nuestros días. El caso más misterioso de todos es el de los neandertales, descendientes de una oleada previa de colonización mundial. De cuerpo más bajo y ancho que el de los humanos modernos, estaban hechos para el frío. Fabricaban herramientas, enterraban a sus muertos y parecieron progresar y prosperar como especie durante un periodo de tiempo nada desdeñable. Probablemente tenían un lenguaje hablado, pues se cree que este se originó hace al menos 500.000 años. De todos modos, sus regiones vocales nos indican que posiblemente emitían unos sonidos menos variados (y probablemente más agudos) que los de los seres humanos. Con el tiempo, sin embargo, los neandertales se extinguieron. Sus últimos reductos conocidos son unas cuevas descubiertas en la costa meridional de la península Ibérica.

Hace tiempo que se sospecha que los neandertales fueron exterminados por los humanos modernos. Sin embargo, la verdad podría ser bastante más sutil. Por ejemplo, se cree que aproximadamente un 2,5 % del ADN de los seres humanos modernos que viven fuera de África es de neandertal, lo que indica que hubo casos de reproducción cruzada entre ambas especies. Es posible que nuestros ancestros directos tuvieran una reducida ventaja competitiva de un 1 o un 2 % sobre sus primos, pero que, magnificados sus efectos a lo largo de muchas, muchísimas generaciones, les sirviera lo suficiente como para monopolizar cada vez más territorio y más caza.

Una de esas ventajas que los seres humanos tenían sobre los neandertales radica en el hecho de que los primeros… supieran coser.

Se han encontrado agujas humanas que datan de unos 40.000 años atrás. Sin embargo, jamás se ha descubierto ninguna aguja de neandertal. La habilidad de coser permitió que nuestros antepasados elaboraran una mejor ropa. Por ejemplo, el hecho de que sus bebés estuvieran mejor abrigados posiblemente permitía que, en momentos en que bajaban especialmente las temperaturas, los recién nacidos humanos tuvieran una probabilidad ligeramente más elevada de sobrevivir que los neonatos neandertales. Eso podría haber bastado para que los seres humanos prosperaran en detrimento de los neandertales.

En cualquier caso, hace unos 50.000 años, Homo sapiens era ya dueño y señor. Probablemente, ninguna especie de homininos había llegado a sumar nunca antes más de entre diez mil y cien mil individuos… un millón, a lo sumo. La población total de Homo sapiens, sin embargo, ha crecido hasta tal punto a lo largo de la historia que, en 2012, alcanzó los 7.000 millones de individuos: unos individuos que ocupan ya todos los nichos ecológicos del planeta y que amenazan incluso la supervivencia de todas las demás especies de la Tierra.

EL FUTURO PARA LOS HUMANOS

Algunos biólogos argumentan que los seres humanos hemos conseguido detener la evolución de nuestra especie: hemos adaptado nuestro entorno a nosotros y ya no necesitamos adaptarnos a él. Pero esa tesis pasa por alto que la mayoría de las personas, sobre todo las que no viven en el acomodado mundo occidental, afrontan una batalla diaria por la supervivencia tan desafiante como la que tenían que lidiar sus antiguos ancestros homininos. E incluso en Occidente, las exigencias propias de un mundo cada vez más complejo e interconectado deben de estar ejerciendo un efecto bastante profundo sobre el «cableado» de nuestros cerebros.

Muchos escritores de obras de ciencia ficción se han imaginado a los humanos del futuro distante como unos seres dotados de grandes cerebros y piernas atrofiadas como palillos. Pero con ello ignoran la gran lección que cabe extraer de la historia fósil.

Los cromañones, nuestros antepasados en Europa, tenían cuerpos y cerebros que eran entre un 5 y un 10 % mayores que los nuestros. Esto tal vez se debiera al hecho de que tener un cuerpo más voluminoso significaba también tener un cuerpo más fuerte, más capaz de protegerse y de asegurarse la supervivencia. Y, desde luego, los cromañones tenían que preocuparse por su supervivencia todos y cada uno de los segundos de su vida, mientras que muchos de nosotros vivimos hoy en un mundo mucho más benigno, donde ya hay quien se encarga de cazar (o de suministrar comida en general) por nosotros. Resulta muy revelador en ese sentido, por ejemplo, que los animales domésticos tengan invariablemente cerebros más pequeños que los de sus parientes salvajes. «A través de la cultura, los seres humanos se domesticaron en realidad a sí mismos», escribió el paleoantropólogo Louis Leakey.⁹

Fuera cual fuere la razón por la que las personas mermaron tan rápidamente de tamaño después de los cromañones, la tendencia es clara. Contrariamente a las expectativas ya mencionadas, los humanos del futuro probablemente tendrán cerebros que no serán más grandes que los nuestros, sino significativamente menores. Y ni que decir tiene que el hecho de que tengamos realmente un futuro depende de que sepamos solucionar una multitud de problemas globales, muchos de los cuales son responsabilidad directa nuestra. Es en este punto donde más aleccionador resulta nuestro pasado. Pues como bien comentó el biólogo estadounidense Edward O. Wilson, «hemos creado una civilización de guerra de las galaxias, con emociones de la Edad de Piedra».¹⁰

SEGUNDA PARTE

PONER LA MATERIA A TRABAJAR

7

UNA LARGA HISTORIA DE INGENIERÍA GENÉTICA

La civilización

El primer ser humano que lanzó un insulto en vez de una piedra fue el fundador de la civilización.

SIGMUND FREUD

La cultura viene a ser más o menos todo aquello que nosotros hacemos y los monos no.

FITZROY SOMERSET, IV BARÓN RAGLAN

Es evidente que las glaciaciones no supusieron el fin de la historia humana. El hielo se extendía por los continentes desde los polos; y el hielo se retiraba por donde había venido. Y así lo hizo repetidamente, subiendo y bajando como una marea blanca de kilómetro y medio de profundidad. Pero entonces, después de que el hielo se hubiese replegado y el nivel del mar hubiese vuelto a aumentar por enésima vez, algo muy importante cambió en el mundo. El cambio fue tan profundo que la cadena de acontecimientos que puso en marcha podría incluso impedir que el hielo regresase una vez más. Y no durante un tiempo, sino para siempre.

Ese novedoso cambio fue, claro está, la agricultura.

Durante millares de generaciones, los seres humanos no habían tenido más remedio que comer lo que la naturaleza ponía a su mesa, por así decirlo. Habían sido cazadores y, para ello, habían ido siguiendo los pasos de las grandes manadas. Habían sido recolectores y, como tales, habían recogido frutas y bayas de los arbustos y los árboles. Pero hacia el año 8500 a. C., en la esquina suroccidental de Asia, apareció algo completamente desconocido hasta entonces: una nueva e innovadora forma de vivir.

El Creciente Fértil es una franja territorial de gran abundancia biológica cuyo epicentro se ubica en las tierras situadas entre los ríos Tigris y Éufrates, en las actuales Irak, Siria y Turquía. Entre las plantas que allí proliferaban había hierbas silvestres que producían grandes semillas comestibles. No cabe duda de que las personas llevaban mucho tiempo comiendo de aquellos cereales (tanto como de otros arbustos y árboles frutales). De hecho, dado que las plantas crecían a menudo en amplias extensiones de terreno, es posible que los seres humanos hubieran empezado ya anteriormente a depender de ellos como componente de una parte muy significativa de su dieta.

Hacia el 12.000 a. C., el mundo estaba aún sometido a un frío intenso, pero la glaciación comenzaba ya a remitir, y, precisamente en ese que iba a ser su milenio final, estuvo ocasionalmente interrumpida por periodos en los que el clima se calentaba algo (aunque muy poco todavía). Durante uno de ellos, según el arqueólogo británico Chris Scarre, las personas de aquella era comenzaron a hacer algo que nunca antes habían hecho. Los detalles no son muy claros aún. Quizá desarraigaron unos cereales y los replantaron en un terreno húmedo y rico, próximo a uno de los ríos. O puede que simplemente arrancaran otras plantas potencialmente competidoras con el fin de dejar un campo que estuviese exclusivamente cubierto de cereales.

Al principio, los cereales seleccionados para recibir ese tratamiento especial eran indistinguibles de sus versiones silvestres. Pero una sutil costumbre humana comenzó a cambiarlo todo. Los sembradores humanos plantaban únicamente los cereales silvestres que tenían las semillas más grandes y la cáscara más fácil de pelar. Y cuando cosechaban sus cereales, replantaban únicamente aquellos que habían dado las semillas de mayor tamaño y que menos les había costado descascarillar. Poco a poco, y debido a esas acciones, las semillas fueron haciéndose más grandes y más fáciles de aprovechar temporada tras temporada.

Como quien no quiere la cosa, sin tener la más mínima idea de lo que le estaban haciendo al ADN de sus cultivos, los agricultores del Creciente Fértil se habían convertido en los primeros ingenieros genéticos, en exponentes de la evolución por selección humana (o artificial). Y no es que la selección natural no interviniera también en lo que estaba pasando: las plantas que mejor proliferaban eran precisamente aquellas que podían tolerar mejor los entornos artificiales creados por los humanos. Eran plantas que crecían con rapidez incluso pese a estar expuestas al tórrido sol de campos desprovistos de la sombra de árbol alguno, o que medraban con fuerza aun estando plantadas en hileras muy juntas y apretadas. Pero tanto si la que intervenía en ese momento era la selección natural como si era más bien la artificial, lo cierto es que estaba actuando conforme a un designio humano. Por vez primera en la historia, las personas dirigían la evolución de otras especies.

Hacia el año 8500 a. C., los cereales cultivados habían divergido hasta tal punto de sus parientes silvestres que formaban ya una especie diferente. Se había domesticado el trigo. Pero no era el único. Para esa fecha (8500 a. C.), los humanos habían domesticado el guisante y el olivo también. Y esos fueron solamente los primeros de la infinidad de cultivos domesticados que seguirían en los milenios sucesivos. Había dado comienzo, pues, la agricultura moderna y nada en el mundo de los seres humanos, o mejor dicho, nada en el mundo (a secas) volvería a ser igual.

Una pregunta que surge de inmediato al hablar de esta cuestión es la de por qué comenzó la agricultura en el actual periodo interglaciar y no en el anterior, acaecido entre 130.000 y 115.000 años atrás. Una posible respuesta es que en los seres humanos de aquel momento previo no habían evolucionado aún las capacidades intelectuales ni imaginativas de los humanos plenamente modernos. El repentino florecimiento del arte en muy diversos lugares de todo el mundo allá por el año 50.000 a. C. suele ser citado como prueba de la presencia para entonces de un cambio muy profundo en la configuración de las mentes humanas.

COMUNIDADES, JEFES Y ESCRITURA CUNEIFORME

Los cambios operados a raíz de la transición hacia la cultivación de alimentos fueron ciertamente profundos. Por primera vez en la historia, las personas podían vivir toda su vida en un mismo lugar. Ya no tenían que conformarse con breves paradas nocturnas en torno a hogueras improvisadas: la agricultura les daba la oportunidad de quedarse definitivamente en asentamientos permanentes. Eso no quiere decir que no hubiera habido asentamientos antes. Las personas tenían seguramente la posibilidad de asentarse durante mucho tiempo en un lugar si, por ejemplo, este estaba próximo a una fuente de abundante comida, como, por ejemplo, un lago rico en pesca. Pero la actividad agropecuaria posibilitó la difusión de un estilo de vida que, hasta entonces, había sido una rara excepción.

Ahora bien, el cambio clave no residió en la creación de asentamientos, sino en la generación de un excedente de alimentos. La agricultura puede alimentar a entre diez y cien veces más personas por kilómetro cuadrado que la caza y la recolección. Ese excedente de comida implicaba que se pudiera sustentar a más personas, lo que a su vez significaba que podía crecer la población. Paradójicamente, ese crecimiento supuso inevitablemente que tocara cada vez a menos comida por persona, por lo que, a largo plazo, es muy posible que las personas de esos entornos terminaran estando peor nutridas que sus ancestros cazadores-recolectores. Pero, para entonces, había ya demasiados habitantes humanos por kilómetro cuadrado como para que pudieran sustentarse recuperando el antiguo estilo de vida. Se había superado un punto de no retorno y ya no había vuelta atrás.

La existencia de un excedente alimentario significó no solo que hubiera comida para más gente, sino también que no todas las personas tuvieran que dedicarse a la obtención de alimento. Por primera vez, fue posible mantener a productores no primarios, como artesanos que fabricaban ladrillos, cerámica o joyas.¹ Obviamente, los artesanos no podían subsistir como tales sin un mercado para sus productos. Pero los cambios surgidos en aquel momento se potenciaron mutuamente para que sí lo tuvieran. Los estilos de vida sedentarios favorecían que las personas llenaran sus hogares de pertenencias, a diferencia de lo que sucedía en el caso de los cazadores-recolectores, que, por estar de mudanza constante, estaban limitados a tener solo aquello que pudieran llevar consigo, ya fuera un bebé, ya fuera un haz de lanzas.

Pero el excedente alimentario, además de permitir el sustento de los artesanos, también daba para mantener a soldados, encargados de defender un asentamiento y sus campos de cultivo aledaños. Y no solo a unos soldados, sino también a un jefe. Las sociedades de cazadores-recolectores tienden a ser igualitarias.² Sin embargo, los asentamientos de muchas personas son complejos. Y, del mismo modo que la multitud de funciones de una célula necesita ser organizada por un núcleo central, las múltiples funciones de un pueblo tienen que estar organizadas por alguna forma de gobierno central. El control de la población por parte de una élite gobernante, con unas fuerzas armadas a disposición de esta, trajo consigo nuevos peligros y nuevas oportunidades. Por un lado, condujo inevitablemente a que surgieran conflictos territoriales y por recursos. Pero también dio origen a las ciudades y, en último término, a imperios de centenares de miles (e incluso millones) de almas.

Tan ingentes acumulaciones de personas eran algo extraordinario y sin precedentes. Nuestros primos, los grandes simios, viven en grupos de un número reducido de individuos y reaccionan violentamente ante los extraños. Puede que, al principio, los seres humanos también compartieran esa xenofobia. Pero a medida que sus comunidades fueron aumentando de tamaño, las personas tuvieron que vencer su instinto natural a arremeter contra los otros. Benjamin Franklin resumió así el secreto para convivir en comunidades de numerosos miembros: «Ser corteses con todos, sociables con muchos, familiares con unos pocos». La importancia clave de este factor fue bien reconocida por Sigmund Freud. «No puede soslayarse la medida en que la cultura se edifica sobre la renuncia de lo instintivo», escribió.³

Es probable que la selección natural interviniera en ese terreno también. Aquellos asentamientos cuyos habitantes mejor sabían convivir en esa cercanía mutua sin grandes estallidos de violencia descontrolada eran los que presentaban los menores índices de mortalidad y, por tanto, los que crecían más rápidamente que otros. Su predominio numérico hizo que, con el tiempo, las personas se fueran volviendo más pasivas y tolerantes las unas con las otras. Esa es la tesis del psicólogo de origen canadiense Steven Pinker, que sostiene que, pese a los millones de personas que murieron en las guerras mundiales del siglo XX, la raza humana ha evidenciado una marcada tendencia hacia la disminución de la violencia y la beligerancia.⁴ «La civilización no es más que el lento proceso de aprendizaje de la amabilidad», escribió Tennessee Williams.

Es posible, incluso, que los seres humanos hayan avanzado hasta tal punto por la senda del llevarse bien unos con otros que ahora prefieran juntarse en ciudades donde pueden interactuar con otros muchos semejantes. Como bien dice Scarre, «a las personas les gusta estar con otras personas». Charles Dickens, que vivió en esa época singular en la que el Londres decimonónico realizó su particular transición que lo llevó a convertirse en una megaciudad de muchos millones de habitantes, fue uno de los primeros en advertir las nuevas oportunidades para la interacción entre un gran número de personas. Eso podría explicar por qué en sus novelas tienen tanta importancia los encuentros casuales.

El crecimiento del tamaño y la complejidad de las sociedades favoreció la introducción de otro factor de importantísimas consecuencias en la historia humana: me refiero a la invención de la escritura. Esto no sucedió de la noche a la mañana. Al principio, las marcas con forma de cuña practicadas sobre tablillas de arcilla por los sumerios allá por el año 3400 a. C. se limitaban a registrar insulsas transacciones comerciales. Pero esos signos cuneiformes básicos fueron superados con el tiempo por lenguajes escritos capaces de expresar contenidos que iban mucho más allá de lo meramente utilitario, como pensamientos y sentimientos. Del mismo modo que el caldero para cocinar actuó como una especie de estómago añadido al nuestro propio, la palabra escrita ejerció las funciones de una memoria externa. Si, por vía oral, solo era posible transmitir un volumen reducido de conocimientos, por la escrita, ese volumen crecía exponencialmente. Gracias a la escritura, la raza humana adquirió un cerebro colectivo. Para despertarlo del todo, hubo que esperar a que la alfabetización se extendiera por amplias capas de la población, lo que tardó muchos milenios en ocurrir. Pero incluso en esas épocas iniciales, estaba escrito que todo cambiaría con la escritura (valga la redundancia).

MAGIA ANIMAL

Hasta el momento, no he mencionado a los animales. Pero es bien sabido que los primeros ingenieros genéticos no se limitaron a manipular plantas. Capturaron y domesticaron grandes mamíferos y los cruzaron para conseguir ejemplares más pasivos o más ricos en carne. A lo largo de ese proceso, también los animales fueron divergiendo de sus parientes salvajes hasta constituir especies domésticas. No solo proporcionaban comida a sus domesticadores, sino también fuerza motriz para tirar de arados con los que roturar el duro suelo que trataban de labrar y para tirar de carros de transporte sobre ruedas. Fue también en el Creciente Fértil donde se domesticó por vez primera a animales para esos usos: concretamente, ovejas y cabras allá por el año 8000 a.C. En China, se habían domesticado ya cerdos y gusanos de seda hacia el año 7500 a. C. aproximadamente (más o menos al mismo tiempo que el arroz y el mijo).

La importancia de los animales para los seres humanos ha sido y es incalculable. En cualquier parte del mundo donde hay personas, hay animales viviendo con ellas, y no solo aquellos que les sirven de despensas potenciales de alimento, sino también otros muchos que les hacen compañía. La antropóloga estadounidense Pat Shipman sostiene que nuestra relación con los animales es fundamental para entender el extraordinario éxito de los seres humanos.⁵ Concretamente, señala que, cuando los humanos comenzaron a ejercer como artistas, allá por el 50.000 a. C., rara vez se retrataban a sí mismos o su entorno, sino que, de forma casi exclusiva, pintaban los animales que cazaban. Sus representaciones, asombrosamente gráficas, perfectas en todos sus detalles anatómicos, nos revelan hasta qué punto eran unos muy agudos observadores del comportamiento animal. Y fue ese intenso estudio de los animales, según Shipman, el que permitió que los humanos fueran más listos que sus presas. Ella opina que esa es la clave que nos permite entender cómo un simio enclenque e insignificante, superado ampliamente tanto en velocidad en la carrera como en «potencia de fuego» natural (por así llamarla) por los grandes depredadores de la sabana africana, se las ingenió para adquirir tan inmenso control sobre su mundo.

Shipman mantiene asimismo la controvertida tesis de que el habla pudo haber surgido en los humanos con el fin principal de intercambiar conocimientos sobre los animales. Ella cree que esto explica por qué los seres humanos domesticaron un animal como el perro, que rara vez le sirve de alimento y que, de hecho, compite con las personas por los mismos recursos alimenticios. Los perros fueron domesticados hace ya, al menos, 17.000 años, y puede que incluso hasta 32.000 años atrás.⁶ El hecho de que tengamos animales de compañía es indicativo, según Shipman, de una verdad profunda e importante: sin animales, los humanos dejan de ser propiamente humanos.

Podemos englobar la domesticación de las plantas y de los animales dentro del fenómeno general de la invención de la producción alimentaria. Esa fue la verdadera revolución que transformó la raza humana tras la última glaciación. Todo lo que ha ocurrido desde entonces ha sido consecuencia de aquello: el nacimiento de un estilo de vida sedentario (en pueblos, primero, y luego en ciudades), el surgimiento de oficios especializados, la creación de élites gobernantes, la aparición de la escritura, la invención de la guerra y la formación de imperios, etcétera. En el 8500 a. C., echó a rodar una bola que ha sido imparable desde entonces y que, todavía hoy, no deja de cobrar renovado ímpetu.

HITOS MODERNOS

Ha habido tantos hitos superados a lo largo del camino que lleva hasta el mundo del siglo XXI que resulta difícil determinar cuáles merece la pena destacar. De lo que no cabe duda es de que algunos de los avances más importantes tuvieron lugar del siglo XV en adelante. Particularmente significativa fue la llegada de la tecnología que permitió construir barcos capaces de atravesar océanos y, por lo tanto, de conectar Europa con América, África, Asia y, finalmente, Australia. Eso marcó el inicio de una civilización humana de alcance verdaderamente global. Más tarde, hacia el final del siglo XVIII, el comercio mundial se vio espectacularmente potenciado por la implantación de fábricas mecanizadas capaces de producir bienes en masa. Esta revolución industrial se impulsó al principio con la energía del agua y, luego, con la del carbón, una fuente energética unas 150 veces más potente que la fuerza muscular humana. El acceso a tan revolucionarias fuentes de energía es uno de los motivos por los que un porcentaje reducido de la población basta y sobra hoy día para proveer los alimentos que consume la inmensa mayoría de la humanidad.

Pero una novedad inmediatamente previa a la revolución industrial tuvo también una enorme significación. El auge de la ciencia en el siglo XVII ilustra cómo las confluencias de ideas o tecnologías pueden engendrar nuevas ideas y nuevas tecnologías. En el mundo, había artesanos desde hacía miles de años. A lo largo de siglos de arduo esfuerzo cotidiano, habían descubierto cómo fabricar espadas más duras o vasijas de cerámica mejores. Pero lo habían conseguido a base de aplicar el método del ensayo y el error, sin crear jamás una teoría de lo que estaban haciendo que les guiara para hallar maneras de hacerlo mejor. Además de los artesanos, había también filósofos naturales. Llevaban mucho tiempo esforzándose en elaborar toda una profusión de teorías acerca del mundo (ya desde la época de los antiguos griegos, más de dos milenios y medio atrás), pero no querían mancharse las manos tratando de ponerlas a prueba. Lo que cambió en el siglo XVII, sin embargo, fue que esas dos corrientes separadas del conocimiento humano convergieron por fin y formaron así un torrente imparable: la ciencia.

Isaac Newton fue el gran epítome de esa fusión de las tradiciones artesanal y filosófica. Él observó el mundo, elaboró teorías sobre por qué se comportaba como se comportaba, y luego no tuvo reparos en mancharse las manos llevando a cabo experimentos para contrastar sus teorías con la realidad. La idea de que, a partir de la observación sistemática del mundo, era posible adquirir nuevos conocimientos demostró ser extraordinariamente productiva. Es la que nos ha conducido hasta los aviones y los antibióticos, hasta los automóviles y los ordenadores, o hasta las estrellas de neutrones y los reactores nucleares.

¿POR QUÉ AQUÍ Y NO ALLÍ?

La ciencia, la revolución industrial, los buques transoceánicos y otros muchos fenómenos nacieron en Europa. Sumadas, esas tecnologías hicieron que fueran los europeos quienes colonizaran América y Australia, y quienes, en último término, originaran nuestra sociedad global moderna. Surge entonces un interrogante que el geógrafo estadounidense Jared Diamond se planteó abiertamente en su libro Armas, gérmenes y acero: «¿Por qué ha sido tan diferente el ritmo de la evolución humana en los distintos continentes durante los últimos 13.000 años?».⁷

Diamond considera que no fue por ninguna diferencia intrínseca entre los seres humanos de unos lugares y otros (los habitantes de América o de Australia no eran más estúpidos ni más perezosos que sus congéneres europeos), sino por diferencias en sus circunstancias respectivas. Juntas, Europa y Asia —orígenes ambas de gran parte de las innovaciones desplegadas por los europeos— contaban con una población mucho más numerosa y diversa que América o Australia. No solo había en esa masa continental más sociedades con posibilidad de interactuar entre sí, sino también más individuos interactuando entre sí dentro de cada una de esas sociedades. El efecto de conjunto fue una potenciación del intercambio de ideas y una aceleración del ritmo al que esas personas inventaban cosas nuevas.

Obviamente, lo anterior entraña una pregunta previa: ¿por qué tenían Europa y Asia una población mayor que América y Australia? La respuesta, según Diamond, radica en el hecho de que habían empezado mucho antes la revolución en la producción alimentaria. Y ese comienzo adelantado fue consecuencia, a su vez, de la mayor diversidad de hábitats reunidos en la región del Creciente Fértil —desde desiertos hasta suelos ricos, pasando por cimas montañosas nevadas—, que dio origen a una superabundancia de especies vegetales distintas. Y al menos una docena de ellas eran buenas candidatas para la domesticación (en América, por hacer una comparación, solo había un par de candidatas dignas, a lo sumo). Esas especies domesticadas fueron llevadas consigo por los agricultores en sus migraciones desde el suroeste de Asia hacia Europa. Al final, el predominio de la cultura europea no se debe a superioridad intrínseca alguna de los europeos, sino al mero azar de haber nacido en una región geográfica propicia.

Incluso en el apartado de la domesticación de animales tuvieron Europa y Asia ventajas significativas con respecto a América y Australia. De hecho, la más importante razón para ello incluso precede en el tiempo al nacimiento de la agricultura moderna en el Creciente Fértil. Tiene que ver, concretamente, con el momento en que los seres humanos llegaron a los diversos continentes. Así, la entrada en masa de población humana en Europa y Asia se produjo en una etapa bastante inicial de la historia de nuestra especie. De ahí que, en aquel entonces, nuestros antepasados llevaran consigo herramientas de piedra poco sofisticadas y no fueran unos cazadores especialmente eficaces. Muchos animales pudieron así vivir en relativa proximidad con los humanos y aprender a temerlos en la adecuada medida. Esto posibilitó la supervivencia de grandes mamíferos que, con el tiempo, se convertirían en candidatos válidos para la domesticación.

Sin embargo, los seres humanos llegaron a América y a Australia en fechas relativamente recientes (a Australia, hacia el 50.000 a. C., y a América, mucho después, en torno al 14.000 a. C.). Por consiguiente, los primeros colonos de esos continentes eran ya plenamente modernos. Habían dejado de ser unos cazadores rudimentarios y se habían convertido en unos avezados y letales matadores. Desde luego, la llegada de los humanos tanto a Australia como a América parece corresponderse en el tiempo con la extinción de una gran mayoría de los mamíferos gigantes que vivían en esos continentes, con la excepción del bisonte en América del Norte y de las llamas y las alpacas en los Andes. De resultas de ello, cuando, miles de años después, se domesticó a los primeros animales en el Creciente Fértil, el número de candidatos adecuados para la domesticación en Australia y América era ya muy reducido.

Las enormes desventajas de partida de la población humana de América y Australia tanto a la hora de domesticar cultivos vegetales como a la hora de domesticar animales explican por qué el número de habitantes en esos continentes no creció lo suficiente como para hacer posible el nivel de interacción necesario para la creación de invenciones novedosas. Y eso explica, a su vez, por qué fueron los españoles quienes cruzaron el océano en barco hacia América y no los aztecas y los incas quienes navegaron en sentido contrario hacia Europa. Además, los imperios de la América Central y del Sur no tenían caballos, armaduras de acero ni armas de fuego, con lo que unas cuantas partidas de unas pocas docenas de españoles equipados con todas esas innovaciones pudieron derrotar a ejércitos nativos que los superaban en miles de efectivos.

En la América del Norte, los nativos americanos que entraron en contacto con los primeros europeos que llegaron hasta allí estaban aún en más franca desventaja que sus primos del sur del continente, pues solamente poseían armas de piedra y madera, y ningún animal que pudieran usar como montura.

En la catástrofe humana que se produjo a continuación, aproximadamente el 95 % de la población humana nativa de América acabó siendo exterminada. Aunque muchas de esas personas sucumbieron ante la acción de las armas, no fue la tecnología superior la que mató a la mayoría de la población americana y (menos aún) australiana original, en realidad. Fueron más bien enfermedades como la viruela y el sarampión, traídas por los europeos, las que causaron gran parte de esa mortandad. Esto abre un nuevo interrogante. «Es sorprendente —ha escrito Diamond— que los indígenas americanos no desarrollaran ninguna enfermedad epidémica devastadora que transmitir a los europeos como contrapartida a las numerosas enfermedades epidémicas devastadoras que los indios recibieron del Viejo Mundo».

Pero también en ese caso, la explicación tiene que ver con la ventaja temporal que Europa y Asia llevaban al resto del mundo en cuanto a la producción de alimentos. Muchas enfermedades humanas tienen su origen en animales domésticos comunes, como los cerdos y los pollos. Durante miles de años, la cría de un número mucho más elevado de ejemplares y de especies diferentes que en otros continentes había generado en Eurasia muchas más enfermedades entre el ganado y los animales de granja. Estas se transmitían ocasionalmente a las personas y se convertían así en enfermedades humanas. El sarampión y la tuberculosis, por ejemplo, evolucionaron a partir de enfermedades del ganado; la gripe, de una enfermedad porcina; y la viruela, posiblemente de una afección de los camellos. América, sin embargo, contaba con muy pocas especies animales nativas domesticadas de las que los humanos pudieran contraer enfermedades.

Las infecciones animales que se adaptaron a los seres humanos en Europa y Asia causaron estragos en la población en general. Murieron muchos millones de personas, pero las supervivientes quedaron inmunizadas frente a esas enfermedades. Y esa inmunidad era precisamente la que los pueblos conquistados de América y Australia no tenían. «La civilización es eso que nos pone enfermos», comentó el pintor Paul Gauguin.

Las diferencias entre sociedades humanas de continentes distintos no se deben a ninguna diferencia biológica entre las personas que han vivido en ellos, según Diamond, sino a disparidades en sus respectivos entornos continentales. Así lo reconocía también Mark Twain aún en plena cúspide del colonialismo del siglo XIX. «Hay muchas cosas graciosas en el mundo —escribió— y una de ellas es esa idea del hombre blanco que le hace pensar que es menos salvaje que los otros salvajes».⁸

HUELLAS EN EL POLVO

Si echamos la vista atrás a los 13.000 años transcurridos desde el final del último periodo glacial, resulta evidente que la mayor parte de la innovación humana se ha impulsado a base de interacción, interacción y más interacción. El asentamiento de personas, primero en pueblos y luego en ciudades, potenció las oportunidades de intercambio de ideas entre los seres humanos, lo que avivó como nunca antes el ritmo de los avances tecnológicos. En la actualidad, tenemos una civilización global de más de 7.000 millones de personas; de la confluencia de la informática con las telecomunicaciones ha nacido Internet, que ha incrementado exponencialmente a su vez el número de interacciones entre las personas. En 2012 se calculaba que el número de mensajes de texto enviados cada año ronda la friolera de 8,7 billones.⁹

Pero el futuro no parece augurar nada bueno para la raza humana. No solo tenemos la capacidad de destruir nuestra civilización global en un solo día con las armas nucleares, sino que, de tan numerosos que somos, estamos sometiendo el medio ambiente planetario a una presión insoportable. El clima está cambiando, el mar está perdiendo su productividad y las especies con las que compartimos el planeta están sufriendo un episodio de extinciones a la altura de los más importantes jamás acaecidos. Desde la aparición de las cianobacterias, que «envenenaron» el planeta con oxígeno, no había habido otra especie con un efecto tan devastador sobre la Tierra en general. Nuestra única esperanza radica en que este nivel insólito de interacciones entre seres humanos termine produciendo las soluciones que necesitamos para conjurar una catástrofe.

Nuestra extinción a estas alturas sería una verdadera lástima, porque hemos llegado muy lejos y hemos conseguido muchas cosas. Posiblemente, el acontecimiento más extraordinario tuvo lugar el 20 de julio de 1969, cuando un ser humano puso pie por vez primera en otro mundo. En los anales de la vida sobre la Tierra, el «pequeño paso para [un] hombre, [pero] salto gigantesco para la humanidad» de Neil Armstrong fue probablemente el avance más significativo desde que el primer anfibio se arrastró fuera del agua del mar para vivir en tierra firme unos 350 millones de años atrás. Quién habría imaginado, cuando aquellos australopitecos de hace 3,6 millones de años dejaron sus huellas en el polvo en Laetoli, que hoy sus descendientes estaríamos dejando las nuestras en el polvo del Mar de las Crisis.

Pero no nos dejemos llevar por las emociones. Recordemos por qué estamos aquí: porque nuestros antepasados agrícolas aprendieron el sutil arte de la ingeniería genética. Como bien señaló en su momento una fuente anónima, «el hombre —pese a sus pretensiones artísticas, su sofisticación y sus múltiples logros— debe su existencia a una capa de suelo cultivable de quince centímetros de espesor y a que, de vez en cuando, llueve».

8

SUERTE QUE LOS OPUESTOS SE ATRAEN

La electricidad

Creemos que la electricidad existe porque la compañía de la luz no deja de enviarnos facturas para cobrárnosla, pero no somos capaces de entender cómo viaja por el interior de los cables.

DAVE BARRY

¿Es verdad, o lo he soñado, que, gracias a la electricidad, el mundo de la materia se ha convertido en un gran nervio que vibra a miles de kilómetros en un punto del tiempo sin aliento?

NATHANIEL HAWTHORNE,

La casa de los siete tejados (1851)

Un fino alambre metálico entra en nuestro hogar y algo invisible viaja por él. Ese algo no solo tiene el vigor necesario para hacer girar el tambor de una lavadora, sino también para iluminar todas las estancias de la casa y, en invierno, calentarlas también. Y no solamente en un hogar, sino en millones de ellos. Miles de millones incluso. Todo el mundo sabe que la electricidad impulsa el planeta. Pero ¿cómo demonios lo consigue?

Aquí va una explicación. Pero, primero, necesitamos ponernos en antecedentes. Supongamos que hay una fuerza que se comporta como la gravedad, pero que difiere de esta en dos aspectos clave.¹ En primer lugar, en vez de pedazos separados de materia que se atraen permanentemente entre sí como lo hacen el Sol y la Tierra, existen dos tipos de materia que experimentan esa fuerza de forma distinta. Los llamaremos tipo 1 y tipo 2, o A y B, o positivo y negativo. No importa. Lo fundamental es que los tipos desemejantes de materia se atraen entre sí con la fuerza aquí mencionada, mientras que los tipos semejantes se repelen con esa misma fuerza.

Así pues, si intentamos agruparlos, los positivos se repelerán y huirán unos de otros en todas direcciones, y lo mismo hará un negativo si lo aproximamos a otro negativo. Sin embargo, si juntamos un grupo mixto formado a partes iguales por positivos y negativos, sucede algo muy diferente. Los pedazos de tipos opuestos se atraen entre sí y los de tipo semejante se alejan unos de otros. Pero, como las fuerzas que se contraponen son iguales y opuestas, termina produciéndose un equilibrio perfecto.

Se entiende entonces que, si hay dos cuerpos y cada uno de ellos es una mezcla perfectamente equilibrada de negativos y positivos, estos no se atraerán ni se repelerán.

Pues, bien, existe una fuerza que se comporta así y la llamamos fuerza eléctrica. Y la materia corriente —el material del que estamos hechos ustedes, yo y el mundo que nos rodea— resulta ser una mezcla equilibrada de protones de carga positiva y electrones de carga negativa. (Los protones están confinados en el núcleo de cada átomo, mientras que los electrones orbitan alrededor de ese núcleo.) El equilibrio entre atracción y repulsión es tan perfecto que, cuando cualquiera de nosotros se sitúa al lado de otra persona, ninguno de los dos siente la más mínima fuerza. De hecho, en la vida cotidiana, son muy pocos los indicios o las pistas más o menos apreciables de la existencia de la mencionada fuerza eléctrica.

Una fuerza que puede ser tanto atractiva como repulsiva, pero que, en circunstancias normales, se compensa y se anula a la perfección puede parecernos aburrida o poco interesante. Pero recordemos que he dicho que la fuerza eléctrica difiere de la gravedad no en uno, sino en dos aspectos. Así, mientras que la primera diferencia entre ambas garantiza que la fuerza eléctrica quedará casi siempre anulada en la vida real, la segunda es el fundamento mismo que explica la extraordinaria capacidad de dicha fuerza para impulsar la actividad del mundo moderno. Y es que la fuerza eléctrica es más intensa que la gravedad. No por un factor de diez. Ni de cien. Ni siquiera de un millón. No, la fuerza eléctrica es más fuerte que la de gravedad por un factor de 10.000 billones de billones de billones.²

Para que nos hagamos una idea de lo que tan descomunal cifra significa, imaginémonos un mosquito zumbando dentro de un tarro. Digamos que, por algún extraño prodigio de la técnica, pudiéramos eliminar todos los electrones negativos de los átomos del mosquito a fin de que solo se quedara con los núcleos atómicos positivos.³ Estos, claro está, se repelerían entonces unos a otros. El mosquito explotaría. La pregunta es: ¿con cuánta energía explotaría el mosquito?

a) ¿Con la energía de una bengala?

b) ¿Con la energía de un cartucho de dinamita?

c) ¿Con la energía de una bomba H de un megatón?

d) ¿Con la energía de una extinción global en masa?

Tal vez piensen que la respuesta es b), un cartucho de dinamita. ¿O quizá c), una bomba H de un megatón? Si usted piensa que es c), no va del todo desencaminado. Una bomba de hidrógeno es una comparación bastante útil en este caso. Pero, claro, no se trataría de una única bomba de hidrógeno. Hablaríamos más bien de 1.000 billones de bombas H de un megatón. El mosquito explotaría con una energía equivalente a la del asteroide gigante (del que se calcula un tamaño equivalente al de una ciudad entera) que se estrelló contra la Tierra 65 millones de años atrás y exterminó a los dinosaurios. La respuesta correcta, pues, es d). El mosquito explotaría con la energía de una extinción global en masa. Si no fuera por el hecho de que esa inimaginablemente inmensa fuerza eléctrica —10.000 billones de billones de billones de veces más fuerte que la gravedad— se compensa invariablemente con su opuesta, todos y cada uno de los mosquitos del planeta serían potenciales destructores de mundos. Suerte que en la física, como en la vida, los opuestos se atraen.

Ahora tal vez nos sea posible apreciar mejor el potencial de la fuerza eléctrica para ser la energía de nuestro mundo.

Hacer desaparecer de golpe todos los electrones de un mosquito —si tal cosa fuera posible— generaría un desequilibrio de cargas tan espectacular que desataría una cantidad realmente extraordinaria de energía eléctrica.⁴ Cabe suponer, pues, que no hace falta crear un desequilibrio de cargas tan considerable para liberar una cantidad significativa de energía eléctrica. De hecho, eso es lo que sucede en una tormenta. Lo que se acumula en ese caso es un desequilibrio de cargas eléctricas entre la nube y el suelo (o, con mayor frecuencia aún, entre una nube y otra). Más concretamente, la parte inferior de una nube acumula una carga negativa a costa del suelo, que pasa a estar cargado positivamente. Llega entonces un momento en el que la fuerza eléctrica entre la nube y el suelo resulta tan inmensamente intensa que es capaz de rasgar los electrones más exteriores de los átomos que hay en el aire que separa a la una del otro. Esa disgregación del aire envía a su vez una avalancha de electrones —normalmente, 100 trillones de ellos— vertiginosamente hacia el suelo para anular el desequilibrio de cargas. En resumidas cuentas, provoca un rayo.

Un flujo de electrones forma lo que llamamos una corriente eléctrica.⁵ Normalmente, en el caso de un rayo de tormenta, la corriente es de unos diez mil amperios, aunque puede alcanzar intensidades de hasta varios cientos de miles de amperios (pensemos que muchos aparatos eléctricos domésticos usan menos de diez amperios). Durante aproximadamente una décima de segundo nada más, la corriente se descarga por un canal de la anchura de un lápiz.⁶ Los electrones que la componen chocan violentamente con los átomos del aire, como si fueran una multitud inmensa de bolitas sumamente diminutas, y transfieren así energía a los electrones que aquellos llevan aún enganchados. Los átomos afectados adquieren tanta energía en el proceso que su temperatura puede dispararse hasta más o menos 50.000 ºC (casi diez veces más que la de la superficie del Sol). Es la expansión supersónica de ese aire tan abrasadoramente caliente hacia ambos lados del canal por el que discurre el rayo lo que origina el sonido del trueno. Y son los electrones atómicos los que, al formar fotones para desprenderse de su exceso de energía, encienden el resplandor de la descarga.

Los rayos ponen de manifiesto algunas de las propiedades fundamentales de la electricidad. Una de ellas es que, si se origina un desequilibrio de cargas, la fuerza eléctrica tiene entonces la oportunidad de descargar una gran cantidad de energía.⁷ Otra es que la energía eléctrica puede transferirse a distancia por medio de una corriente eléctrica. En el caso de un rayo, la distancia suele ser de un par de kilómetros. Sin embargo, el rayo de tormenta más largo jamás registrado (observado en las cercanías de Dallas, Texas) alcanzó casi los doscientos kilómetros de longitud. Esa posibilidad de transmisión de energía a distancia a través de una corriente eléctrica ha tenido una importancia trascendental para la creación del mundo tecnológico moderno.

Y como última propiedad por destacar, cabe mencionar que los rayos demuestran que, por medio de una corriente eléctrica, es posible transformar la energía de la electricidad en otras formas de energía: luz y calor, en su caso. De hecho, la tecnología determinante que puso definitivamente en marcha la revolución de la electricidad a finales del siglo XIX fue la bombilla eléctrica. Pensemos que los pioneros del uso de la electricidad no pretendían introducir esa energía (ni aparatos que funcionaran con esa energía) en los hogares de la gente. Lo que buscaban era llevar luz a las casas. «La bombilla fue lo que cableó el mundo», ha llegado a afirmar Jeff Bezos, fundador de Amazon.com.

Del mismo modo que la corriente de un rayo transfiere energía al aire —calentándolo e iluminándolo—, una corriente en una bombilla eléctrica transfiere energía a un filamento (calentándolo e iluminándolo). La solución ingeniosa en ese caso —perfeccionada, que no inventada, por Thomas Edison— consistió en colocar el filamento en cuestión dentro de una cámara completamente desoxigenada en el interior de una bombilla de vidrio para que aquel brillara sin consumirse.⁸

Pero aunque los rayos y los relámpagos demuestran ciertas propiedades clave de la electricidad, acumular un ingente desequilibrio de cargas y aguardar el momento en que el aire ya no pueda contenerlo más y sus átomos se disocien catastróficamente como resultado no es un modo muy práctico, que digamos, de generar una corriente eléctrica aprovechable. Por suerte, existe un modo más cómodo y controlado. Para comprender cómo funciona, antes será necesario que veamos exactamente cómo la fuerza eléctrica de una carga eléctrica se extiende por el espacio e influye en otras cargas.

EL CAMPO DE FUERZA ELÉCTRICO

Si frotamos un globo contra un suéter de nailon, se liberan electrones que se transfieren de una superficie a la otra. Da igual en qué sentido circulan (de hecho, eso es algo que no está del todo claro). Lo que importa es que tanto el globo como el jersey se cargan eléctricamente.⁹ Si acercamos entonces el globo cargado a un pedacito de papel, este saltará desde donde está, levantado por la fuerza eléctrica, y se adherirá a la superficie del globo.¹⁰ La fuerza eléctrica de este ha conseguido propagarse por el aire y atrapar el papelito atrayéndolo hacia sí.

Los físicos dicen que desde una carga eléctrica se extiende por el espacio circundante un campo de fuerza eléctrico invisible que actúa como si fuera un rayo teletransportador de Star Trek. Cuando el papel entra en ese campo, experimenta una fuerza de atracción hacia la carga.¹¹

El campo de fuerza que rodea a un globo cargado es débil, pero entre una nube de tormenta y otra, o entre una nube y el suelo, puede ser enorme. Y es ese campo el que, en último término, se vuelve tan irresistiblemente fuerte que desgarra los electrones de los átomos del aire y los envía como una avalancha en forma de rayo. En realidad, el campo en una tormenta puede ser suficientemente fuerte como para que lo sintamos, produciéndonos una especie de cosquilleo o picor en la piel, o incluso poniéndonos los pelos de punta. Por cierto, si alguno de ustedes experimenta alguna de esas sensaciones, túmbese de inmediato en el suelo poniéndose lo más plano posible sobre él, pues significa que hay un rayo a punto de descargar y lleva escrito su nombre como destinatario.

EL CAMPO DE FUERZA MAGNÉTICO

Pero el campo eléctrico no se reduce simplemente a un campo de fuerza invisible que se extiende hacia fuera a partir de una carga eléctrica (atrayendo hacia sí cargas opuestas y repeliendo cargas semejantes). Eso solo describe la fuerza que rodea a una carga estática. Si la carga está en movimiento con respecto a una segunda carga, una nueva fuerza hace acto de presencia. Y es que la segunda carga, además de la fuerza eléctrica, experimenta entonces una fuerza magnética.

El campo de fuerza magnético es más fácil de imaginar que un campo de fuerza eléctrico. A fin de cuentas, si tenemos un imán y un clavo de hierro y los acercamos uno a otro, podemos sentir realmente cómo ese «rayo tractor» del campo magnético del imán se abraza al clavo. De hecho, fue la observación de cómo la aguja de una brújula magnética reaccionaba al campo magnético de la Tierra lo que deslumbró al pequeño Albert Einstein, cuando tenía cuatro o cinco años de edad, y lo encarriló por la senda de la ciencia al tiempo que le enseñaba una lección sobre la naturaleza que jamás olvidó: la de que «detrás de las cosas» hay «algo tremendamente oculto».¹²

El hecho de que un campo magnético esté causado por una carga eléctrica en movimiento ayuda a explicar el origen del campo magnético de los imanes permanentes. Todos los materiales (incluidos la carne y los huesos de los que estamos hechos) están formados por innumerables electrones cargados que no solo orbitan alrededor de núcleos de átomos, sino que, en realidad, se comportan también como diminutas peonzas giratorias a su vez. Eso significa que cada átomo y cada electrón son como un minúsculo imán. En la mayoría de los materiales, todos esos incontables miniimanes están dispuestos conforme a orientaciones aleatorias que dan como resultado global que sus campos magnéticos se compensen y se anulen entre sí. Sin embargo, en algunos materiales, esa compensación no es perfecta. Tales materiales son imanes permanentes.

El hecho de que una carga eléctrica en movimiento genera un campo magnético fue detectado por vez primera en 1820 por el físico danés Hans Christian Ørsted. Él observó que la aguja de una brújula magnética se desviaba cuando la acercaba a un alambre conductor de una corriente eléctrica. Por definición, una corriente es una carga eléctrica en movimiento y, como tal, tiene obviamente asociado un campo eléctrico cambiante. Lo que Ørsted comprendió entonces es que un campo eléctrico cambiante genera un campo magnético.

Basta con juntar dos imanes para sentir la poderosa fuerza que se establece entre ellos.¹³ Como bien descubrió Ørsted, una bobina de alambre por la que circula una corriente, con su campo eléctrico cambiante asociado, es un imán. Si la acercamos a un imán permanente, se originará una fuerza entre ambos, como también la habría entre dos imanes permanentes. Si juntamos la bobina y el imán del modo adecuado —y para eso hay que aguzar un poco el ingenio—, la fuerza hará que la bobina gire. Y, como quien no quiere la cosa, habremos creado un motor eléctrico.

La razón por la que un campo magnético puede hacer girar algo estriba en que tiene lo que los físicos llaman un rotacional. Así, mientras que un campo eléctrico se extiende de forma radial hacia el exterior a partir de una carga, un campo magnético —por ejemplo, el creado por un conductor de corriente— se arremolina como un tornado de fuerza en miniatura.

Con la ayuda de un motor eléctrico, es posible conseguir que una corriente eléctrica haga mucho más que generar calor y luz. Se pueden mover cosas. En el motor de un aparato eléctrico, el campo cambiante de una corriente genera un campo magnético de la fuerza con el que se impulsa el giro de un rotor. A partir de ahí, es posible hacer funcionar toda clase de mecanismos: desde lavadoras hasta puertas automáticas, pasando por coches y trenes eléctricos. Y todo ello gracias a algo tan simple como que un campo eléctrico cambiante genera un campo magnético.

Ni que decir tiene, desde luego, que el prerrequisito para que un motor eléctrico funcione es la corriente eléctrica. La naturaleza puede crearla —de un modo tan efímero como caótico— en forma de rayo de tormenta. Pero ¿cómo es posible crear una corriente eléctrica de una manera que resulte práctica y esté perfectamente controlada? La respuesta es: sacando partido de otra propiedad de los campos eléctricos y magnéticos. Me refiero a una propiedad que fue advertida por vez primera en 1831 por el físico inglés Michael Faraday. Faraday es el padre de nuestro sistema de energía eléctrica. «Aun en el muy hipotético caso de que yo pudiera ser Shakespeare, creo que seguiría prefiriendo ser Faraday»,¹⁴ escribió Aldous Huxley, autor de la novela Un mundo feliz. Y es famosa la respuesta que dio Faraday cuando William Gladstone, a la sazón ministro del Tesoro británico, le preguntó: «¿Qué utilidad práctica tiene la electricidad?». Faraday contestó: «Pero, sir, ¡si pronto podrá usted gravarla con impuestos!».

Faraday descubrió que, cuando movía un imán cerca de una bobina de hilo conductor, una corriente eléctrica fluía fugazmente por dicho alambre.¹⁵ Una corriente es un flujo de cargas, y las cargas son propulsadas por un campo eléctrico. Lo que Faraday advirtió de ese modo es que un campo magnético cambiante crea un campo eléctrico.

Existe una simetría entre los campos eléctricos y los magnéticos que es muy de agradecer. Y es que de igual modo que un campo eléctrico cambiante genera un campo magnético, también un campo magnético cambiante crea un campo eléctrico. Basta con hacer girar una bobina de alambre en el campo magnético de un imán permanente. Si disponemos la bobina y el imán del modo correcto —y, como ya he comentado, hay que aplicar un poco de ingenio para conseguirlo—, se creará un campo eléctrico en la bobina, que impulsará a su vez una corriente. Et voilà! Habremos construido así un generador eléctrico.

En una central eléctrica, se hace girar una bobina de alambre dentro del campo de fuerza de un imán. El factor que impulsa ese movimiento giratorio puede ser el viento, el agua o el vapor del agua calentada con carbón, petróleo o energía nuclear.¹⁶ Lo importante es que la bobina que gira atraviesa el campo magnético. Dicho de otro modo, el campo magnético que atraviesa la bobina cambia. Y el campo magnético cambiante genera un campo eléctrico, que impulsa a su vez todo un caudal de electrones alrededor de la bobina. Esto crea una corriente. Y esa es la corriente que sale de la central eléctrica a través de los correspondientes cables y hace funcionar nuestros aparatos domésticos.

En la práctica, la corriente entra y sale de cada uno de nuestros hogares por el mismo cable. En concreto, llega desde la central eléctrica por el conductor activo (o fase) y regresa a ella por el conductor neutro, lo que completa el circuito.¹⁷ Ahora bien, hay una complicación añadida. Y es que, aunque lo anterior es básicamente cierto, las centrales eléctricas no generan corriente que fluye en una misma dirección todo el tiempo. Así, en lugar de corriente continua (abreviada CC en español o DC en inglés, iniciales de direct current), generan corriente alterna (CA o AC), que varía constante y rápidamente de dirección. La razón por la que se hace así estriba en que, de ese modo, se supera un importante problema para la transmisión de electricidad a larga distancia.

LA CORRIENTE ALTERNA

Imaginémonos una corriente eléctrica que fluye desde una central como si fuera un arroyo siguiendo su curso descendiente por la ladera de una montaña hasta el fondo de un valle. Si interceptáramos el arroyo cerca de la cima montañosa, podríamos aprovechar la larga caída que el agua tendría desde allí hasta el fondo del valle para impulsar un elemento mecánico: una noria de agua, por ejemplo. Sin embargo, si interceptáramos el arroyo en un punto próximo al valle, quedaría muy poca caída de la que sacar provecho alguno. Ese mismo problema tenemos con una corriente eléctrica que sale de una central generadora. Cuanto más lejos está el hogar de destino de esa electricidad, menos energía puede extraerse del flujo de los electrones. Eso significa que, de no intervenir otros factores, quienes vivan más cerca de la central eléctrica podrán iluminar sus casas con múltiples bombillas brillantes, mientras que quienes residan en puntos más lejanos tendrán que conformarse con la trémula luz de una única bombilla de escasa potencia.

La cantidad de energía que una corriente puede proporcionar viene definida por su voltaje, que es una magnitud análoga a la altura de ese arroyo de agua sobre el fondo del valle. En el Reino Unido, los electrodomésticos funcionan con 240 voltios (en Estados Unidos, con 110). Eso no significa que una central eléctrica tenga que generar electricidad a 240 voltios. Ya hemos visto que, si lo hiciera, los residentes en localidades lejanas tendrían que conformarse con tensiones más bajas (de cien voltios, diez o incluso uno nada más). En el Nueva York de la década de 1880, la única forma que Edison encontró para superar ese verdadero talón de Aquiles de la transmisión de la energía eléctrica fue construir una central generadora cada 2,5 kilómetros, aproximadamente. Pero aunque esa es una opción perfectamente factible para entornos locales, es evidente que resulta inviable para distribuir la energía eléctrica a escala nacional.

La solución al problema de la transmisión, de la que fueron pioneros Nikola Tesla y otros ingenieros, consiste en generar la energía eléctrica, no a 240 voltios, sino a un voltaje mil veces superior. En la Red Nacional del Reino Unido, la electricidad se transmite a largas distancias a 110.000 o más voltios.¹⁸ Eso significa que, aun cuando los electrones pierden energía viajando por el cable por el que salen de una central eléctrica —pues es inevitable que eso suceda, ya que, entre otras cosas, a medida que van sacudiendo los átomos del metal conductor, parte de su energía se transforma en calor—, la caída de voltaje es apenas apreciable comparada con los 110.000 voltios originales. Esto permite que se transporte electricidad a lo largo de grandes distancias y que las centrales eléctricas no tengan que estar necesariamente próximas a las casas a las que abastecen. El problema, claro está, es que 110.000 voltios son exageradamente más de los que los aparatos de nuestros hogares podrían soportar. Así que ese voltaje debe reducirse en algún punto situado entre una central eléctrica y los lugares de trabajo y residencia de la población en general. Y dicha reducción no es posible cuando lo que se maneja es una corriente continua. De ahí que las redes de producción y distribución de electricidad trabajen con una corriente de naturaleza alterna.

Una corriente alterna varía de dirección muy rápidamente: lo más habitual es que lo haga entre cincuenta y sesenta veces por segundo. (Podemos imaginarnos los electrones que circulan por un cable como si fueran olas que vienen y van en un litoral marítimo cualquiera.) Y como una corriente alterna está formada en esencia por innumerables electrones en movimiento (exactamente igual que una corriente continua), puede transportar energía con tanta eficiencia como su pariente unidireccional.¹⁹ Además, es posible diseñar tanto un generador que produzca corriente alterna como un motor que funcione con corriente alterna. El único problema que queda por resolver entonces es el de cómo rebajar una CA de 110.000 voltios a los 240 voltios que se necesitan en un consumo doméstico. Pues, bien, eso puede hacerse sin problemas por medio de un transformador.

En un transformador, una corriente cambiante que circula por una bobina de alambre —es decir, una corriente alterna— origina un campo magnético cambiante en una segunda bobina. Este, a su vez, genera un campo eléctrico cambiante que impulsa una corriente cambiante por esa misma bobina. Si este segundo alambre bobinado da menos vueltas que el primero, el voltaje disminuye.

Así funciona, en esencia, nuestro sistema de energía eléctrica.

LA ELECTRICIDAD, EL MAGNETISMO Y LA LUZ

Pero la electricidad y el magnetismo tienen reservados algunos otros trucos importantes para quien los sepa aprovechar. Recordemos que, si una carga eléctrica está en movimiento con relación a nosotros, apreciaremos no solo un campo eléctrico, sino también un campo magnético. Sin embargo, si viajamos con la carga (de tal modo que esta no se mueva con relación a nosotros), no percibiremos tal campo magnético. Y eso no es todo. Si un imán se mueve con relación a nosotros, no solo percibimos un campo magnético, sino también un campo eléctrico. Pero si nos desplazamos con el imán, en el mismo momento y a la misma velocidad, lo único que notaremos es un campo magnético.

¿Cómo es posible que, desde una perspectiva, exista un campo magnético, pero, desde la otra, no haya ninguno? ¿Y cómo es posible que, desde una perspectiva, haya un campo eléctrico y, desde la otra, no? Solo existe un modo de que eso sea posible y es si los campos magnéticos y los campos eléctricos no son elementos fundamentales en sí.

Einstein se dio cuenta en 1905 de que un campo eléctrico y un campo magnético —igual que el espacio y el tiempo— no son más que facetas diferentes de una misma cosa: un campo electromagnético. Qué percibamos más o menos de cada una de esas facetas dependerá de nuestra velocidad con relación a la fuente del campo electromagnético. De ahí que lo que un observador percibe como un campo eléctrico pueda ser percibido por otro como un campo eléctrico y un campo magnético. Y de ahí que lo que una persona percibe como un campo magnético pueda ser percibido por otra como un campo magnético y un campo eléctrico. Con razón existe una simpática simetría entre el comportamiento de los campos eléctricos y los magnéticos. ¿Cómo no iba a haberla? Son esencialmente lo mismo.

Pero hay más aún. En 1863, el físico escocés James Clerk Maxwell completó una verdadera hazaña científica al destilar la esencia de todos los fenómenos eléctricos y magnéticos conocidos en un único y elegante conjunto de ecuaciones.²⁰ Al estudiar dichas ecuaciones, advirtió algo extraordinario: parecía posible propagar una onda por los campos eléctrico y magnético como se propagaría una ondulación sobre la superficie del agua de un lago. Y no solo se trataría de una onda autosostenida, sino que viajaría a una velocidad muy particular: la velocidad de la luz.

Maxwell había descubierto así la sorprendente conexión entre la electricidad, el magnetismo y la luz. Y es que resulta que la luz es una onda del electromagnetismo: una onda electromagnética.²¹ Y hay más. Las ecuaciones de Maxwell revelan la posibilidad de que haya ondas electromagnéticas que oscilen más rápidamente o más lentamente que las de la luz visible. En 1888, el físico alemán Heinrich Hertz demostró su existencia. Con la ayuda de una chispa, transmitió una onda electromagnética. La onda de radio así transmitida (invisible a simple vista) cruzó su laboratorio e indujo una corriente medible en una bobina de alambre. Aquel fue un momento trascendental que transformó el mundo. Todas las comunicaciones por radio y televisión surgirían finalmente de aquella triunfal demostración. Aquel día, nació nuestro mundo moderno interconectado. «Una larga mirada a la historia de la humanidad —vista, digamos, desde dentro de diez mil años— mostrará, sin lugar a dudas, que el descubrimiento de Maxwell de las leyes de la electrodinámica es el hecho más significativo del siglo XIX», dijo el premio Nobel estadounidense Richard Feynman.²²

LA ELECTRICIDAD Y EL ÁMBITO DEL ÁTOMO

La electricidad abrió las puertas a posibilidades tecnológicas inimaginables para las generaciones anteriores. No solo hizo posible transmitir una señal a cualquier punto del globo para que una persona pueda hablar con otra sin que exista ninguna conexión material entre ellas, sino que permitió también el funcionamiento de enormes sistemas energéticos extensos. Como bien supo evocar Feynman: «Diez mil motores en diez mil lugares diferentes, poniendo en funcionamiento las máquinas de la industria y del hogar, y todo ello debido al conocimiento de las leyes del electromagnetismo».²³

Pero, de la mano del aprovechamiento de la electricidad, vino la constatación de que esta es un factor de crucial importancia en la naturaleza. Vivimos en un mundo eléctrico. Nadie se había dado cuenta de ello antes porque, en prácticamente todas nuestras circunstancias cotidianas, las enormes fuerzas eléctricas que nos rodean están perfectamente equilibradas y, por lo tanto, se compensan y se anulan mutuamente. No sucede así, sin embargo, en el ámbito del átomo, componente constitutivo elemental de toda la materia. Allí los desequilibrios de cargas son omnipresentes.

Como dice un chiste…

Van dos átomos por la calle y, de pronto, chocan sin querer entre ellos. Entonces uno le dice al otro:

—¿Estás bien?

—Sí, he perdido un electrón.

—¿Y no estás triste?

—No, al contrario, me siento positivo.

En un pedazo de materia en el que haya solamente unos pocos átomos, lo normal será que no coincidan el número de cargas positivas y el de negativas. Y aun en el caso de que sí sean iguales, es muy posible que continúen estando presentes unas potentes fuerzas eléctricas. Eso es debido a que la carga negativa de un pedazo de materia podría estar más próxima a la carga positiva de otro pedazo distinto que a su propia carga negativa. Dado que la fuerza eléctrica se debilita con la distancia, la atracción se impone entonces a la repulsión. De ahí que sea posible que dos pequeños pedazos de materia se atraigan violentamente aun cuando ninguno de ellos tenga una carga neta de un tipo ni del otro.

A decir verdad, los átomos están totalmente dominados por la fuerza eléctrica, inmensamente intensa para ellos. El aglutinante que impide que se disgreguen y que los adhiere también a otros átomos para formar moléculas es la fuerza eléctrica. Toda la química, que consiste en la reorganización de los electrones en los átomos, es eléctrica. La atracción de la fuerza eléctrica no solo mantiene unidos los átomos de las moléculas de nuestro cuerpo, sino que la repulsión entre los electrones del exterior de esas moléculas nos mantiene rígidos e impide que la gravedad de la Tierra nos aplaste completamente. Y nuestras células han aprendido a aprovechar la energía de la fuerza eléctrica. Los electrones de los alimentos que ingerimos crean campos eléctricos entre un lado y otro de las paredes celulares que impulsan a su vez la formación de moléculas cargadas de energía (como el trifosfato de adenosina, o ATP), que funcionan a modo de baterías de las propias células. Y los electrones contribuyen a que almacenemos nuestros pensamientos y los llevemos con nosotros.²⁴

La biología funciona con electricidad. Somos seres eléctricos. Estamos tan animados por la fuerza eléctrica como lo está un juguete con pilas. Eso explica por qué la electricidad no es solo milagrosa, sino también peligrosa. «Mi sobrino trató de introducir una moneda de un centavo en un enchufe —dijo una vez el cómico estadounidense Tim Allen—. Quien dijo aquello de que un centavo no te lleva muy lejos no vio hasta dónde salió proyectado el chaval ese día».

9

MATERIA PROGRAMABLE

Los ordenadores

Llegará el día en que las señoras se llevarán sus ordenadores consigo a sus paseos por el parque y se dirán unas a otras: «¡Mi ordenadorcito ha dicho algo tan gracioso esta mañana!».

ALAN TURING

Yo diría que el mercado mundial para los ordenadores no pasa posiblemente de… cinco.

THOMAS J. WATSON,

presidente de IBM, 1943

«Los ordenadores son inútiles —dijo Pablo Picasso—. Solo pueden darnos respuestas». Pero ¡menudas respuestas nos dan! En el último medio siglo, esas respuestas han transformado espectacularmente nuestro mundo.¹ El ordenador es distinto a cualquier otro invento humano. Una lavadora es una lavadora y ya está. Es imposible convertirla en una aspiradora, en una tostadora o en un reactor nuclear. Pero un ordenador puede ser un procesador de textos, un videojuego interactivo o un teléfono inteligente. Y ese es solo el principio de la lista de sus funciones potenciales. El mayor atractivo comercial de un ordenador es que puede simular cualquier otra máquina. Aún no hemos diseñado ordenadores capaces de fabricar cosas con la misma flexibilidad con que las fabrican los seres humanos, pero démosle tiempo al tiempo.²

En esencia, un ordenador no es más que una máquina que reordena o reorganiza símbolos. Un conjunto de símbolos entran en esa máquina (por ejemplo, la altitud, la velocidad de tierra, etcétera, en el caso de un avión) y otro conjunto de ellos sale de ella (siguiendo con el ejemplo aeronáutico, serían la cantidad de combustible que queda por consumir, los cambios que hay que realizar en el ángulo de los alerones, etcétera). Lo que transforma los símbolos de entrada en símbolos de salida es un programa, es decir, un conjunto de instrucciones que se almacena de forma interna y que tiene además la crucial característica de que puede ser reescrito infinitas veces. La razón por la que un ordenador puede simular cualquier otra máquina es que es programable. Y es que la fuente misma del insólito poder que han demostrado tener los ordenadores para conquistar el mundo radica precisamente en la extraordinaria versatilidad de los programas informáticos.

La primera persona que imaginó una máquina abstracta que reordena símbolos conforme a las instrucciones de un programa almacenado fue el matemático inglés Alan Turing, famoso por haber ayudado a descifrar los códigos alemanes «Enigma» y «Fish», una hazaña que posiblemente acortó en varios años la duración de la Segunda Guerra Mundial.³

Hoy seríamos incapaces de reconocer en el reorganizador de símbolos de Turing, diseñado en la década de 1930, la forma de un ordenador tal como entendemos estas máquinas actualmente. Su programa estaba almacenado en una cinta unidimensional en sistema binario —como una serie de ceros y unos— porque todo, incluidos los números y las instrucciones, puede reducirse en último término a dígitos binarios. Su modo concreto de funcionamiento (con un cabezal de lectura/escritura que cambia los dígitos uno a uno) no es lo importante. Lo crucial en este caso es que en la máquina de Turing puede introducirse la descripción de otra máquina cualquiera —codificada en binario— para que simule esa máquina. Por el hecho de tener esa capacidad sin precedentes, Turing la llamó Máquina Universal. En la actualidad, la conocemos como Máquina de Turing Universal.

Por extraño que parezca, Turing diseñó su máquina mental con la intención de demostrar, no lo que puede hacer un ordenador, sino lo que no puede hacer. En el fondo, él era un matemático puro. Y lo que le interesaba, antes incluso de que existiera la maquinaria o el equipo físico en el que implantar esos conocimientos, era conocer los límites últimos de los ordenadores.

Sorprendentemente, Turing no tardó en dar con una tarea muy simple que ningún ordenador, por potente que fuera, podría realizar jamás. Se trata del llamado «problema de la parada» y es muy sencillo de exponer. En ocasiones, los programas informáticos pueden verse atrapados en bucles interminables, siguiendo el mismo conjunto de instrucciones una y otra vez como hámster que corre dando vueltas sin cesar a la rueda de su jaula. El problema de la parada se formula así: si introducimos en un ordenador un programa informático, ¿puede ese ordenador determinar, antes de ejecutar realmente el programa, si podrá pararse cuando llegue el momento (es decir, si no se verá atrapado en uno de esos bucles interminables)?

Turing, aplicando un inteligente razonamiento, mostró que decidir de antemano si un programa terminará parándose o seguirá ejecutándose eternamente es imposible desde el punto de vista de la lógica y, por consiguiente, está fuera del alcance de la capacidad de cualquier ordenador concebible. En el argot especializado, se dice que «no es computable».⁴

Por suerte, el problema de la parada no consta normalmente entre aquellos que tratamos de solucionar recurriendo a los ordenadores. El límite de Turing para los ordenadores no nos ha disuadido de usarlos y desarrollarlos. Y, a pesar de que nacieron (de forma bastante sorprendente) en un campo tan abstracto como el de la matemática pura, concebidos como máquinas de la imaginación, los ordenadores han terminado siendo dispositivos tremendamente prácticos.

UN INMENSO SISTEMA DE REGADÍO NUMÉRICO

Los ordenadores, como la Máquina de Turing Universal, utilizan el sistema binario. La numeración binaria fue inventada por Gottfried Leibniz, matemático alemán del siglo XVII que mantuvo una agria disputa con Isaac Newton a propósito de quién de los dos había inventado el cálculo infinitesimal. El sistema binario representa los números como sucesiones de ceros y unos. En la vida cotidiana, usamos normalmente el sistema decimal o de base 10. En los números de dicho sistema, la cifra de la derecha del todo representa las unidades, la siguiente por la izquierda es la de las decenas, la siguiente la de las centenas (decenas de decenas), y así sucesivamente. De ese modo, por ejemplo, el número 9.217 significa 7 + 1 x 10 + 2 x (10 x 10) + 9 x (10 x 10 x 10). En el sistema binario (o de base 2), la cifra de la derecha del todo representa los unos, la siguiente es la de los doses, la que viene a continuación es la de los cuatros (dos veces los doses), etcétera. Así, por ejemplo, 1101 significa 1 + 0 x 2 + 1 x (2 x 2) + 1 x (2 x 2 x 2), lo que en el sistema decimal se expresa con el número 13.

El sistema binario puede usarse para representar no solo números, sino también instrucciones. Basta con especificar que esta serie de dígitos binarios (o bits) significa «sumar»; que esta otra significa multiplicar; que esta otra de más allá ejecuta esas instrucciones y regresa al principio y las ejecuta de nuevo, etcétera. Y no son solo números e instrucciones de programas lo que puede representarse en binario. El sistema binario puede codificar cualquier cosa: desde el contenido en información de una imagen de los anillos de Saturno enviada por la sonda espacial Cassini hasta el contenido en información de un ser humano (si bien esto último supera aún nuestras capacidades actuales). Esto ha llevado a algunos físicos, embriagados por la revolución informacional, a postular que la información binaria es la base fundamental del universo: los cimientos sobre los que está erigida la física misma. Hablan así del «it from bit» (la realidad en su conjunto —ese it— entendida como consecuencia del bit informacional), según la famosa frase del físico estadounidense John Wheeler.⁵

El sistema binario es particularmente apropiado para ser usado en informática porque, para representar ceros y unos en aparatos físicos, únicamente se necesitan dispositivos susceptibles de ser fijados en dos estados distintos. El almacenamiento de información, por ejemplo, puede conseguirse con un medio magnético: diminutas regiones del mismo pueden magnetizarse en un sentido para que representen ceros, y otras pueden magnetizarse en el contrario para que representen unos. Podemos imaginárnoslas como una serie de numerosísimas agujas de brújula en miniatura. Posteriormente, para manejar la información, es preciso contar con un dispositivo electrónico que tenga dos estados distintos posibles. Ese dispositivo es el transistor.

Imaginémonos una manguera de un jardín por la que está saliendo agua. El agua viene de una fuente y termina cayendo por un desagüe. Pensemos ahora en lo que pasa si pisamos esa manguera en algún punto intermedio de la misma. El flujo se cierra y el agua deja de manar. Pues, bien, eso es en esencia lo que hace un transistor en un ordenador.⁶ Evidentemente, en este caso, no controla un flujo de agua, sino un flujo de electrones: una corriente eléctrica. Y en vez de un pie, tiene una puerta para abrir o cerrar ese flujo. Si se aplica un voltaje a la puerta, se controla el caudal de electrones que se dirigen de la fuente al desagüe con la misma seguridad con la que un pisotón en la manguera controla el flujo de agua.⁷ La corriente encendida puede representar un uno, y apagada puede representar un cero. Todo muy sencillo.

Un transistor moderno (montado en un microchip) tiene en realidad el aspecto de una diminuta T. El palo transversal de esa T es el canal «fuente-desagüe» (la manguera), y el vertical es la puerta (el pie).

Ahora figurémonos dos transistores conectados entre sí (es decir, con la fuente de uno de ellos conectada al desagüe del otro). Esto es como tener una manguera y dos personas de pie a su lado. Si cualquiera de esas dos personas pisa la manguera, no saldrá agua. Si las dos la pisan a la vez, tampoco. Solo si ninguna de ellas obstruye la manguera, manará agua de esta. En el caso del transistor, los electrones fluirán únicamente en el caso de que haya cierto voltaje en la primera puerta e igual voltaje en la segunda.

También es posible interconectar transistores para que los electrones fluyan si hay un voltaje concreto en la primera puerta o en la segunda. Estas puertas Y u O son solamente dos posibilidades entre una gran cantidad de puertas lógicas que pueden configurarse a partir de combinaciones de transistores. Del mismo modo que los átomos pueden componer moléculas y las moléculas, seres humanos, los transistores pueden combinarse en puertas lógicas y las puertas lógicas en sumadores, que suman dos números binarios. Y a partir de la combinación de millones de esos componentes, es posible construir un ordenador. «Los ordenadores no están compuestos de otra cosa que puertas lógicas que se extienden hasta más allá de donde alcanza la vista, como en un inmenso sistema de regadío», ha escrito sobre ellos Stan Augarten, un estadounidense experto en la historia de la informática.⁸

CIUDADES SOBRE CHIPS

Los transistores están hechos de una de las sustancias más comunes y vulgares del planeta: arena. O, mejor dicho, están fabricados con silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre y uno de los componentes del dióxido de silicio (o sílice) del que está hecha la arena. El silicio no es un conductor de la electricidad (una sustancia por la que los electrones fluyan con facilidad), pero tampoco es un aislante (una sustancia por la que los electrones no puedan circular). Es un semiconductor y eso le otorga unas características idóneas, pues sus propiedades eléctricas pueden ser modificadas radicalmente mediante la agregación de un minúsculo número de átomos de otro elemento (una agregación que se conoce como dopaje en el argot especializado).

En el silicio pueden implantarse átomos como el fósforo y el arsénico, que, al enlazarse con él, dejan un único electrón sobrante que puede ser entregado (o donado). Esto lo transforma en un conductor de electrones negativos, es decir, en un material de tipo n. Pero en el silicio pueden implantarse también átomos como el boro y el galio, que, al enlazarse con él, dejan espacio libre para la entrada de un nuevo electrón. Por extraño que parezca, ese espacio vacío donde un electrón no está puede trasladarse por el material exactamente igual que si se tratara de un electrón de carga positiva. Esto transforma el silicio en un conductor de huecos positivos, es decir, en un material de tipo p.

Un transistor se crea simplemente componiendo un emparedado pnp o npn (la segunda es la combinación más común). No se necesita saber más que esto para comprender lo básico sobre los transistores (de hecho, ahora ya saben ustedes incluso más de lo que necesitan saber).⁹

Al principio, cuando se inventaron los transistores, había que unirlos uno por uno para generar puertas lógicas y componentes informáticos como los sumadores. Pero la verdadera revolución informática se produjo gracias a la llegada de una tecnología que crea (o «integra», por usar el término técnico) miles y miles de millones de transistores simultáneamente en una misma oblea (o chip) de silicio. La «integración a muy gran escala» de esos circuitos integrados es compleja y cara.¹⁰ Pero, en resumidas cuentas, se trata de grabar un patrón de transistores en una oblea de silicio para, luego, capa a capa, ir depositando en ellos átomos dopantes, cables microscópicos, etcétera.

Se necesita un ordenador para fabricar otro. Solo mediante ese diseño asistido por herramientas informáticas es posible crear un patrón de transistores igual de complejo que una gran ciudad. Ese patrón se convierte luego en una retícula. Podemos imaginárnosla como si fuera un negativo fotográfico. Al hacer pasar luz brillante por esa retícula contra una oblea de silicio como fondo, es posible imprimir en esta una imagen del mencionado patrón de transistores. Pero un patrón de luz y sombras es solo eso, un patrón de luz y sombras. La gracia está en transformarlo en algo real. Esto puede hacerse si la superficie de la oblea de silicio está bañada en una sustancia química especial que experimenta un cambio químico al impactar en ella la luz. En concreto, la luz hace que ese material fotorresistente sea resistente a la agresión de un ácido.¹¹ Así, cuando se aplica ácido a la oblea de silicio en el siguiente paso del proceso, el silicio es devorado (es decir, que queda grabado) en todas partes excepto allí donde incide la luz. ¡Y ya está! La imagen de la retícula queda así materializada en una realidad concreta, hecha silicio.

Hay muchos más pasos ingeniosos posibles en ese proceso: pueden usarse muchas retículas a fin de crear múltiples capas, puede rociarse la oblea con átomos dopados y pueden rociarse también cables conectores microscópicos de oro, etcétera. Pero la del párrafo anterior es la idea básica. La técnica de la fotolitografía imprime rápida y elegantemente el patrón de todo un circuito eléctrico complejo en la oblea. Crea una ciudad sobre un chip.

Probablemente, la mayoría de la gente cree que los microchips se originan en Estados Unidos, Japón o Corea del Sur. Pues, sorpréndanse: nacen en Gran Bretaña. La empresa que está detrás de los diseños de la inmensa mayoría de los chips implantados en los dispositivos electrónicos de todo el mundo tiene su sede en Cambridge. ARM inició su andadura con el nombre de Acorn Computers en 1985. Mientras los grandes fabricantes de chips, como la estadounidense Intel, se concentraban en crear circuitos integrados más rápidos y compactos para los ordenadores de sobremesa (los PC), ARM tomó un rumbo completamente diferente. Se dedicó a poner ordenadores enteros en un chip. Esto abrió las puertas al ingente número de dispositivos electrónicos compactos y móviles con los que hoy estamos familiarizados, desde navegadores GPS hasta consolas de videojuegos, pasando por los teléfonos móviles. Trasladó al mundo de las actividades cotidianas los chips que, hasta entonces, habían sido prácticamente privativos de unos ordenadores pesados y difíciles de manejar, reservados para unos momentos y unos entornos específicos.

INFORMÁTICA DE BIG BANG

El límite a lo pequeño que pueden ser los componentes integrados en un chip está determinado por el tipo de luz que se aplica a través de una retícula. Los fabricantes de chips han conseguido fabricar componentes cada vez más reducidos —haciendo que quepan cada vez más transistores en espacios muy pequeños— utilizando luz de longitudes de onda más cortas, como la ultravioleta o los rayos X, que pueden colar por huecos más estrechos. Han llegado incluso a sustituir la luz por haces de electrones, ya que los electrones tienen una longitud de onda más corta que la lumínica.¹² Y los chips no han dejado de aumentar de potencia.

En 1965, Gordon Moore, uno de los fundadores del fabricante estadounidense de circuitos integrados Intel, señaló que la potencia computacional disponible a un precio dado —o, por decirlo en términos equivalentes, el número de transistores por chip— parece duplicarse aproximadamente cada dieciocho meses.¹³ «Si los automóviles hubieran seguido el mismo ciclo evolutivo que el ordenador, un Rolls-Royce costaría actualmente cien dólares, consumiría 0,0002 litros de combustible cada cien kilómetros y se caería una vez al año, chafando a todos sus ocupantes», comentó en tono humorístico Robert X. Cringely, columnista sobre temas de tecnología en la revista InfoWorld.¹⁴

Muchos son quienes, una década tras otra, han augurado que la ley de Moore dejaría de cumplirse en unos pocos años, pero, hasta el momento, la realidad los ha desmentido a todos.

De todos modos, no cabe duda de que la ley de Moore perderá vigencia algún día. A fin de cuentas, no deja de ser una ley sociológica: una ley predicada sobre el ingenio humano. Pero ni siquiera nuestro ingenio puede conseguir lo imposible. Hay unos límites físicos fijados por las leyes de la naturaleza que son imposibles de soslayar y que, en último término, determinan los límites de cualquier ordenador.

La velocidad de un ordenador —el número de operaciones lógicas que puede realizar por segundo— está limitada por la cantidad total de energía disponible.¹⁵ Los portátiles de hoy en día son así de lentos porque utilizan únicamente la energía eléctrica de los transistores. Pero esa energía se queda en nada comparada con la energía que está encerrada en la masa del ordenador y que, de momento, se usa solamente de armazón para mantener la estabilidad del conjunto del dispositivo. El portátil definitivo sería aquel que dedicara toda su energía disponible al procesado de operaciones y no dejara ninguna en su masa. Dicho de otro modo, tendría toda su energía masa convertida en energía luz, según permiten los términos de la famosa fórmula de Einstein, E = mc².¹⁶

La potencia computacional de un aparato como ese sería formidable. En una diezmillonésima de segundo podría llevar a cabo un cálculo que hasta al más avanzado ordenador de la actualidad le llevaría la edad del universo completar. Pero semejante proeza tendría un precio. Y es que si toda la energía disponible se convirtiera en energía-luz para tareas computacionales, el ordenador dejaría de ser esa máquina que todos conocemos. Estaría lejísimos de parecérsele siquiera. Sería más bien una bola de luz de mil millones de grados de temperatura. Sería como una bola de fuego nuclear, un pedazo cegadoramente brillante de big bang. Por muy atractiva que nos parezca la idea de tener el ordenador más potente concebible en nuestra mesa de trabajo, ese podría ser algo más que un ligero inconveniente.

10

LA INVENCIÓN DE LOS VIAJES A TRAVÉS DEL TIEMPO

El dinero

El dinero no es metal. Es confianza inscrita.

NIALL FERGUSON, El triunfo del dinero:

cómo las finanzas mueven el mundo

Si la gente comprendiera cómo se creó el dinero, habría una revolución antes del desayuno.

HENRY FORD

«Cuando era joven, pensaba que el dinero era lo más importante en la vida —escribió Oscar Wilde—. Ahora que soy viejo, sé que lo es». El dinero, como sin duda Wilde no fue el primero en comprender, mueve el mundo. Pero ¿qué es el dinero exactamente? ¿Y cómo se originó?

La mayoría de las personas dirían que usamos el dinero para comerciar con bienes y servicios: yo te doy mi dinero a cambio de tus productos. O bien tú me das tu dinero a cambio de mis productos. Pero, claro, eso implica que bajo la pregunta «¿qué es el dinero?» subyazca otra más profunda y básica: «¿qué es el comercio?».

Retrasemos los relojes unos cien mil años, tal vez. En aquel momento, uno de nuestros antepasados pesca peces. Otro que vive a su lado fabrica hachas de mano. Ambos necesitan pescado y hachas. Digamos que el pescador captura ocho piezas en el tiempo que al fabricante de hachas le lleva fabricar cuatro de esas herramientas. Cabría suponer que el pescador podría dedicar la mitad de su tiempo a pescar cuatro peces y la otra mitad a fabricar hachas. Pero, claro, no es tan habilidoso ni tan rápido fabricando hachas de mano como lo es el fabricante de hachas, así que, con muchas dificultades, apenas si lograría elaborar una de calidad inferior. También el fabricante de hachas podría pasarse la mitad del tiempo haciendo dos hachas de mano y la otra mitad pescando. Pero es posible que no sea tan avezado ni tan rápido pescando, así que, a duras penas, capturaría un par de peces en ese tiempo.

Es entonces cuando uno de esos dos hombres tiene una idea genial y convence al otro de que es buena y tiene toda la lógica del mundo. «En vez de que cada uno de nosotros trate de hacer las dos cosas, ¿por qué no nos dedicamos exclusivamente cada uno a hacer aquella que se nos da mejor… y luego comerciamos con nuestros productos?». Y eso hacen. Y el pescador intercambia cuatro de sus ocho pescados por dos de las hachas de mano del fabricante. Así termina teniendo cuatro pescados y dos hachas de mano, que es mejor resultado que los cuatro pescados y una única hacha que habría tenido si hubiera pescado y fabricado hachas también. Por su parte, el fabricante de hachas termina con cuatro pescados y dos hachas en su haber, que es mejor que los dos peces y las dos hachas que habría tenido si él también se hubiera dedicado a fabricar y a pescar.

Parece un milagro. Ambos han salido ganando. Y todo gracias a que han hecho algo muy simple: comerciar.

Por supuesto, el pescador y el fabricante de hachas podrían haber acordado alguna otra tasa de cambio que hubiese resultado igualmente ventajosa para ambos. Y aun si el pescador hubiese sido capaz de fabricar por su cuenta el mismo número de hachas de mano que ha obtenido comerciando, lo más probable es que las adquiridas fueran de superior calidad que cualquiera de las que él se hubiera hecho para sí. Algo parecido se puede decir del fabricante de hachas, pues, aunque acabase teniendo el mismo número de pescados que si los hubiera capturado él mismo, probablemente no habrían sido tan grandes y sabrosos como los que ha comprado, pues estos vienen de alguien que es un pescador más cualificado y experimentado.

Es evidente que, para comerciar de ese modo, se necesita una confianza mutua en la honradez de ambas partes. El fabricante de hachas podría incumplir el trato quedándose con el pescado y no entregando las hachas de mano prometidas. Sin embargo, si el pescador y el fabricante pertenecen al mismo grupo (o tribu), es muy posible que ya tengan un ejemplo de intercambio honorable en el que inspirarse. A fin de cuentas, los hombres, como son más fuertes, seguramente se dedican a cazar para obtener carne, que luego pueden intercambiar (es decir, comerciar) por frutas y bayas, recolectadas por las mujeres. Además, si las mujeres se trasladan a otras tribus para hallar en ellas pareja, es posible que contribuyan a ir ampliando paulatinamente el círculo comercial. Aunque nunca se puede descartar la posibilidad del engaño, tal vez haya incentivos fuertes para no hacer trampa que anulen cualquier tendencia a traicionar a un socio comercial.

Ahora bien, el comercio entre el pescador y el fabricante de hachas tiene unos límites claros, pues solo puede circunscribirse a dos personas que mantienen un contacto directo, cara a cara. Una manera lógica de potenciar las oportunidades para la actividad comercial es reuniendo en un mismo lugar a muchas personas bien provistas de bienes comerciables. Así se inventó el mercado. Si hay varios pescadores y varios fabricantes de hachas (o especialistas en abalorios, o proveedores de pieles, o recolectores de frutos, etcétera), pueden juntarse en algún lugar con una periodicidad preestablecida y comerciar sus respectivos productos conforme a una tasa de cambio fijada por la oferta y la demanda. Por ejemplo, si el pescado anda escaso y muchos fabricantes de hachas lo quieren, los pescadores comerciarán con estos últimos sabiendo que están dispuestos a ofrecer por sus capturas más hachas de mano que nunca. Si, por el contrario, el pescado abunda ese año, los pescadores, para atraer a los compradores, tendrán que intercambiar mucho de su producto por otras mercancías.

Pero el comercio es algo más que un simple intercambio de bienes. Es un intercambio de bienes entre personas que se han especializado: entre un pescador —que se ha especializado en pescar— y un fabricante de hachas —que se ha especializado en fabricar hachas—. Sin tal especialización, es imposible que haya un comercio mutuamente ventajoso.

Y el comercio estimula a su vez la especialización. El pescador tiene así un incentivo para preparar mejores anzuelos de pesca a fin de capturar piezas más eficazmente. Si su fuerte radica más bien en localizar los puntos de pesca idóneos, puede que tenga más sentido que se concentre en ello y que abra así la posibilidad de que sea otra persona la que se especialice en fabricar anzuelos. O redes de pesca.

El comercio y la especialización generan mayor especialización, la cual, a su vez, crea nuevas oportunidades para el comercio… y más especialización. El uno y la otra se potencian mutuamente en un proceso arrollador que, una vez iniciado, adquiere una especie de ímpetu propio imparable. Si la evolución por selección natural ha creado el mundo biológico que nos rodea, la idea del comercio y la especialización ha transformado el mundo humano y ha creado el mundo comercial en el que vivimos.

Basta con que echemos un vistazo a nuestro alrededor. Prácticamente todas las personas de nuestro tiempo tienen una ocupación: una actividad especializada a la que se dedican. Todo el mundo intercambia su trabajo por otros bienes y servicios proveídos por otras personas, que se especializan en actividades diferentes: las hay que cultivan aguacates, o que fabrican bombillas, o que suministran electricidad. De hecho, el comercio y la electricidad, potenciándose entre sí en una orgía de fortalecimiento mutuo, han proliferado en nuestro mundo hasta extremos extraordinarios, alucinantes incluso. Difícilmente habrá hoy alguna persona en el mundo que no aproveche el trabajo especializado de miles —tal vez millones— de otras personas de todo el planeta, a la mayoría de las cuales obviamente ni siquiera conoce.

Esa combinación de comercio y especialización parece ser exclusiva de los seres humanos. Seguro que algún día descubriremos también que hay simios que hacen algo remotamente similar. Pero, en cualquier caso, lo harán en un grado mucho más limitado, pues, a fin de cuentas, hemos sido nosotros los que hemos transformado el mundo, no ellos. Por supuesto, los insectos sociales —las hormigas y las abejas— llevan millones de años especializándose y comerciando entre sí (no se puede decir que lo nuestro sea ninguna novedad). Pero sus sociedades están anquilosadas en un número limitado de castas que realizan una serie concreta de tareas particulares. Los seres humanos, por el contrario, somos singularmente flexibles. Si se le dan las oportunidades educativas y laborales apropiadas, una persona puede formarse para ser un veterinario o un piloto de aviación comercial o un maestro de escuela.

Pero, por sí solos, la especialización y el comercio no habrían dado lugar al mundo comercial de hoy día. Ha habido otras muchas innovaciones —otros muchos hitos— de por medio. Cada una de ellas ha potenciado el comercio y ha acelerado la especialización. Y posiblemente la más importante de todas ha sido el dinero.

«MONEY, MONEY, MONEY…»

Uno de los problemas de comerciar directamente con bienes o servicios es que es algo que tiene que hacerse en el momento. El pescador está obligado a vender su pescado pronto, porque, si no, en uno o dos días seguramente se habrá podrido. Ahora bien, ¿y si el pescador prefiriera vender su pescado a cambio de pieles y al comerciante de estas no se le esperara por el mercado hasta varias semanas más tarde?

Hubo una vez —y, sin duda, hablamos de muchos miles de años atrás— en que a alguien se le ocurrió otra genial idea. «Yo te daré este símbolo representativo de un valor a cambio de ese pescado y luego, en cualquier otro momento futuro, tú podrás cambiarlo por el equivalente en pescado de la fruta o las pieles que te interesen». Ese símbolo representativo es, claro está, el dinero. De pronto, multiplicó insospechadamente las posibilidades del comercio. El dinero permitió que el comercio viajara en el tiempo. Fue como si alguien hubiera inventado una TARDIS del Doctor Who en la que los comerciantes pudieran entrar para viajar al futuro e intercambiar allí sus bienes. Los economistas, en términos mucho menos coloridos, dicen que el dinero es un «repositorio de valor».

Otro problema de los intercambios comerciales directos es que, para que se puedan producir, las partes (dos o más personas) tienen que estar físicamente en el mismo espacio (el mercado). Pero supongamos que la mercancía con la que alguien pretende comerciar es voluminosa y pesada —por ejemplo, una rueda de molino para moler maíz— y lo que de verdad quiere es cambiarla por abalorios. Sin embargo, el mercado o feria donde esos abalorios están disponibles está a un día de camino por una ruta montañosa. Pues, bien, alguien decidió un día aplicar la idea genial ya mencionada a esa otra situación: «Yo te daré esto que simboliza el valor de esa rueda de molino y, luego, tú, vayas adonde vayas, podrás intercambiarlo por el equivalente en ruedas de molino de los abalorios, la cerámica o cualquier otra cosa que quieras». El símbolo, ya lo hemos dicho, es el dinero. Y la innovación, también lo hemos dicho, multiplicó las posibilidades del comercio. Pero no solo en una dimensión temporal, pues el dinero permitió también que el comercio viajara a través del espacio. Fue como si las personas tuvieran de pronto acceso a un teletransportador de Star Trek con el que pudieran viajar a lugares lejanos para comerciar sus bienes allí. También en este caso, los economistas tienen una manera menos colorida de llamar a esa propiedad. Ellos dicen que el dinero es un «medio de cambio».

Pero lo genial del dinero es que no solo libera el comercio en un sentido tanto espacial como temporal (multiplicando así las oportunidades para el comercio), sino que tiene otras propiedades beneficiosas. Digamos que alguno de ustedes realiza algún trabajo para alguien que le promete que, en el plazo de un mes, cuando ya haya terminado, le pagará con una mercancía determinada (pongamos que con cobre o con trigo). Puede parecer un trato suficientemente razonable, ¿no? Ahora bien, el valor de cualquiera de esas mercancías podría fluctuar dependiendo de su oferta y su demanda. Eso significa que nunca podrá saber por adelantado cuánto le pagarán exactamente, y eso dificulta bastante la elaboración de cualquier presupuesto.

Sin embargo, con el dinero, ese panorama cambia radicalmente. Si el pago que le han prometido es en dinero, sabrá con antelación la cantidad precisa que percibirá… a menos, claro está, que tenga usted la mala fortuna de vivir en una época de hiperinflación, como la que se vivió en la Alemania posterior a la Primera Guerra Mundial. El dinero, dicen los economistas, es un «patrón de valor».

Obviamente, para que el dinero pueda usarse como una medida estandarizada de valor, debe ser algo cuya oferta no fluctúe demasiado, pues ya sabemos que la escasez de cualquier material o producto hace que se aprecie, mientras que la abundancia del mismo conlleva su depreciación. Una de las primeras formas de dinero fue la sal posiblemente porque su fuente era bien conocida y la tecnología de su extracción generaba una oferta relativamente constante. En concreto, los soldados romanos eran retribuidos con sal: de ahí nuestra palabra «salario».

La sal evidencia otras propiedades que toda forma idónea de dinero debe poseer. Y es que el dinero debe ser portátil para que pueda transportarse con facilidad. Y debe ser divisible, ya que así el comprador que paga con una pieza de dinero de un valor excesivo para la mercancía (o las mercancías) que pretende adquirir puede recibir cambio, que puede luego utilizar en una ocasión posterior. Imaginémonos el dilema al que se enfrentaría el pescador si el dinero no fuera divisible y la tasa de cambio fuese de cuatro peces pescados por cada hacha de mano fabricada. Sin embargo, con dinero divisible, el fabricante de hachas puede intercambiar una unidad de su producto por los tres pescados que le ofrece el pescador y por el cambio correspondiente hasta compensar el valor de lo que serían cuatro pescados, un cambio que podrá gastar a su gusto más tarde.

ORO, BANCOS Y PAGARÉS

La mayoría de nosotros convendríamos muy probablemente en que la sal no es una forma de dinero ideal. El oro funciona mejor como medio de cambio, sobre todo el oro en monedas. Sin embargo, aunque el dinero se usaba ya como unidad de contabilidad de las deudas desde aproximadamente el 3000 a. C., las primeras monedas de oro no aparecieron hasta el 700 a. C., más o menos, en Grecia.

El problema del oro es que es pesado, algo que notan aún más quienes son ricos. Sin embargo, existe una manera inteligente de solventar ese problema. Pongamos que uno de ustedes acudiera un día al orfebre a intercambiar bienes por oro (mucho oro) y que el orfebre le dijera: «Tengo una idea mejor. En vez de que usted vaya por ahí acarreando todos esos lingotes pesados, le extenderé un pagaré. Usted no tendrá físicamente el oro con usted, pero sabrá que yo se lo guardo aquí para usted. Y que, en el momento que desee, solo tiene que volver y presentar el pagaré para que le dé el oro aquí depositado».

Puede que, a partir de entonces, cuando usted vea algún producto que quiera comprar, decida regresar al orfebre para llevarse el oro que tiene allí depositado previa presentación de su pagaré, y que luego intercambie ese oro por los bienes deseados. Pero, tarde o temprano, se dará cuenta de que hay una forma mejor y más cómoda de operar. Basta con que presente su pagaré a la persona con la que quiere establecer ese intercambio comercial. A fin de cuentas, esa persona sabrá que, si ella misma presenta ese documento al orfebre, ella misma recibirá el oro allí prometido.

El orfebre, sin ni siquiera saberlo quizá, se habrá transformado así en un banco, es decir, en una entidad que guarda oro y genera una nueva forma de dinero: pagarés. Si almacena oro y emite pagarés para otros clientes también, tarde o temprano ese mismo orfebre caerá en la cuenta de que es sumamente improbable que todos ellos vayan a querer recuperar su oro al mismo tiempo. Así que podrá crear más pagarés que oro tiene en el banco. No obstante, si es prudente —a diferencia de los bancos modernos que desencadenaron la crisis bancaria global de 2008—, se asegurará antes de que cuenta con suficientes reservas de oro para cubrir la demanda en caso de que se den circunstancias excepcionales, en las que una parte importante de los propietarios de oro quisieran retirarlo de allí simultáneamente.

De todos modos, los bancos son tan polifacéticos como lo es el dinero en sí. Además de crear dinero y garantizar su valor, los bancos llevan a cabo otra función clave: conectan a prestadores y a prestatarios. Los prestadores son personas que tienen un excedente de dinero que no quieren gastar todavía y que, por lo tanto, depositan en el banco. Los prestatarios son personas que precisan dinero para alguna operación o actividad (tal vez para poner en marcha un negocio o para comprar una casa). Esperan ganar en los meses (o años) siguientes el dinero necesario para sufragarla, pero lo necesitan ahora y por eso lo piden prestado.

Podría decirse que esto es como traer dinero del futuro (de las ganancias venideras, se entiende) al presente. Pero, en realidad, la cantidad de dinero disponible para el consumo en un momento dado es una magnitud fija. Si pedimos dinero prestado en forma de hipoteca para comprar una casa, tendremos que devolverlo luego, con lo que nos quedará menos disponible a nosotros para consumir. Pero el banco cobrará ese dinero y lo prestará a otros clientes. Así que serán otros quienes consuman en vez de nosotros. No puede haber una transferencia neta de dinero.

El banco cobra al prestatario o la prestataria un dinero adicional al que este o esta toma prestado, porque la entidad corre con el riesgo de que el susodicho prestatario no lo devuelva y cometa impago, y porque, además, el banco es un negocio y, como tal, tiene que obtener una rentabilidad (o beneficio). Parte de ese interés es luego transmitido a los prestadores con el fin de que les resulte atractivo depositar dinero en esa entidad.

Para entender hasta qué punto los bancos representaron una innovación, imaginémonos lo que sucedía anteriormente. Si una persona quería financiar una empresa determinada (por ejemplo, fletar un barco para comerciar con las Indias Orientales y traer preciadas especias de allí), tenía que encontrar a alguien muy rico que sufragara la operación. Y el número de tales patrocinadores era ciertamente limitado. Además, podían tener más dudas a la hora de respaldar a cualquier emprendedor porque arriesgaban mucho de su capital particular en ello.

Comparemos esa situación con la que ha imperado desde que nacieron los bancos. Ahora, para financiar una empresa, el emprendedor acude a una entidad bancaria, de las que hay muchas entre las que elegir. Además, puesto que cada una de ellas combina los recursos de un gran número de prestadores, no solo cuentan con recursos para financiar muchas operaciones como las de ese emprendedor, sino que el riesgo está mucho más repartido (y compartido). Cada prestador individual tiene menos que perder que si se tratara de un único gran inversor. Y, en todo caso, el banco será capaz de absorber algunos fracasos, pues sabe que la mayoría de las empresas que respalda tienen altas probabilidades de salir bien.

Una característica sorprendente (impactante, incluso) de los bancos es que nunca prestan directamente el dinero que los depositantes ingresan en ellos. Lo guardan más bien como reserva frente a potenciales pérdidas y para cubrir transacciones en efectivo del día a día. Lo que hacen los bancos, en realidad, es crear dinero. «El dinero cobra existencia en el acto mismo en el que es prestado», dice el economista John Médaille.¹

Comparemos, si no, la situación del agricultor con la del banquero. «El agricultor solo puede incrementar su riqueza mediante el trabajo, la ardua labor de cultivar maíz —comenta Médaille—. El banquero puede aumentar su riqueza (o, cuando menos, sus activos) tecleando unas pocas instrucciones en su ordenador». Algunos de los bancos que se vieron atrapados en la crisis financiera de 2008 habían prestado casi treinta veces más dinero del que los depositantes habían ingresado en ellos. A modo de comparación, pensemos que los bancos del siglo XIX prestaban, de media, menos del quíntuple de sus depósitos.

Para reducir sus riesgos a la hora de prestar dinero, los bancos recurren a agencias de calificación crediticia. Las entidades bancarias necesitan saber las probabilidades de que el prestatario potencial devuelva el dinero que se le preste. En el fondo, las agencias de calificación crediticia —y toda una serie de infraestructuras menos visibles que protegen a los agentes comerciales— son instrumentos necesarios para engrasar la maquinaria del comercio. Cuando una persona comercia con otra de otro país, por ejemplo, necesita saber si esta segunda persona dispone de recursos para pagar y no se esfumará después de recibir la mercancía. De hecho, el uso de tarjetas de crédito es bien ilustrativo del funcionamiento de esos mecanismos.

Las tarjetas de crédito son una variedad de crédito a corto plazo. En la práctica, quien las usa contrae un préstamo a muy corto plazo para comprar unos bienes, un préstamo que normalmente se devuelve en menos de un mes. Las tarjetas de crédito se usan en cualquier lugar del mundo para comprar productos. Y el vendedor acepta una tarjeta como medio de pago porque confía en que el emisor de la tarjeta comprobó previamente que el titular de la misma dispone de los recursos necesarios para pagar. Además, incluso aunque el emisor hubiera hecho una evaluación errónea del titular, el vendedor sabe que aquel, que es quien afronta el riesgo, garantizará el pago.

EXPANSIONES Y CONTRACCIONES

Además de los bancos, del dinero y demás inventos de ese tipo, ha habido otros muchos hitos en el camino que nos ha llevado hasta el mundo comercial en el que vivimos hoy en día, cada uno de los cuales ha servido para potenciar —en mayor o menor medida— el número y la frecuencia de intercambios de bienes y servicios. Muchas son las personas que continúan viviendo en situación de pobreza. Pero no es menos cierto que el resultado de ese frenesí comercial en aumento a lo largo de los milenios ha sido un incremento constante del nivel de vida de la persona media. En la actualidad, una familia típica del Primer Mundo es propietaria de una diversidad de bienes de la que, hace solo un par de siglos, solo un rey podría haber disfrutado.

Sin embargo, el nivel de vida actual no ha sido consecuencia exclusiva de una red cada vez más extensa de comercio global. De la mano de la expansión del comercio también ha ido un incremento del consumo de energía per cápita. Hubo un tiempo en que una persona no tenía más remedio que usar su propia fuerza de trabajo o —como sucedía con demasiada frecuencia— la de otras personas retenidas como esclavas. Más adelante, gracias a la domesticación de los caballos, cada ser humano pasó a tener acceso a una energía equivalente a la de una decena de personas, más o menos. Los molinos de viento y las factorías impulsadas con la energía del agua ampliaron aún más ese factor multiplicador. Pero el impulso más significativo en la cantidad de energía disponible por persona vino dado por la utilización de combustibles fósiles, como el carbón. Se trataba de recursos depositados y enterrados cientos de millones de años atrás: árboles que, tras haber absorbido luz solar toda su vida, se habían muerto y habían quedado sepultados y comprimidos en capas más hondas de la corteza terrestre. Gracias al aprovechamiento de esos depósitos, cada persona pasó a tener acceso a la energía equivalente a la fuerza de trabajo de posiblemente unos 150 seres humanos. Si los molinos de viento y los impulsados por agua sacaban partido de la luz solar presente —que es la que provoca la existencia del viento y la que evapora el agua para que esta caiga luego en forma de lluvia sobre las corrientes fluviales y los canales aprovechados por los molinos—, el carbón traía hasta la economía del presente un recurso que permitía aprovechar la luz solar de antaño.

Así pues, podría discutirse si cabe atribuir al comercio o a la explotación de fuentes de energía cada vez más potentes el mérito del auge del nivel de vida de la persona media a lo largo de los últimos milenios. El comercio hace que sea comercialmente viable abrir minas de carbón y construir centrales nucleares. Y, a su vez, la energía así obtenida potencia el comercio.

Pero no todo es de color de rosa en el jardín de las finanzas. No solo es muy elevado el número de personas que continúan en situación de pobreza en todo el mundo, sino que el sistema financiero global evidencia una desagradable tendencia a alternar momentos de expansión y de contracción. Sigue habiendo un amplio debate en torno a los motivos concretos de ese comportamiento. Lo que está claro es que, en épocas expansivas, las personas tienden a dejarse llevar por un exceso de optimismo y a tomar prestado más de lo que deberían. Por eso, cuando llega la recesión, tienen demasiadas deudas acumuladas, lo que priva a la economía —que trata en esos momentos de recuperar la senda perdida del crecimiento— del dinero que esos endeudados agentes podrían invertir de no estar en la situación en la que están. Todo eso significa que los picos del ciclo financiero son más pronunciados y las depresiones más profundas de lo que serían de otro modo. Pero aunque esa sea una razón fundamental del agravamiento de las recesiones, no explica por qué hay expansiones y contracciones.

Una posibilidad mencionada a menudo es que sean causadas por impactos externos. Todo marcha como la seda, viene a decir ese argumento, hasta que surge una innovación tecnológica que pone palos en las ruedas: por ejemplo, el auge de Internet, que terminó propiciando la tristemente famosa burbuja de las empresas «punto com». Otra razón posible de las expansiones y las contracciones es que los inversores tienden a poner su dinero en la constitución de empresas que fabrican bienes que tienen mucha salida comercial en un determinado momento. Esas empresas dan trabajo a muchos empleados. Pero, con el tiempo, son tantas las compañías dedicadas a fabricar esos productos que terminan produciendo más de los que se necesitan. Y, por culpa de ese exceso de oferta, los trabajadores pierden sus empleos. Al final, todo se reduce al hecho de que las inversiones se disparan, pero el consumo de las personas no.

Otro posible motivo de la existencia de expansiones y contracciones es que, cuando la demanda de bienes pierde fuerza, los proveedores de los mismos no reaccionan a tiempo reduciendo los precios. Tal vez se deba a que saben de antemano la resistencia que opondrán sus trabajadores a que se les rebajen los salarios. Aun así, es posible que, reduciendo los sueldos y los precios, lograsen estimular la demanda. Como no los reducen, lo que sucede en vez de eso es que la demanda cae y los empleados pierden sus puestos de trabajo.

Las expansiones y las contracciones, pese a las frecuentes propuestas de los economistas al respecto, parecen un fenómeno incontrolable. Cabe, entonces, que nos hagamos una pregunta: ¿de verdad comprendemos este mundo tan complejo y diversamente interconectado que hemos creado? La respuesta —ciertamente preocupante— parece ser que no. Como bien dijo el economista canadiense John Kenneth Galbraith: «La economía es muy útil… para dar trabajo a los economistas».

Nick Leeson es un personaje tristemente famoso por haber llevado a la quiebra a Barings, el más antiguo banco de inversiones de Gran Bretaña, en 1995. Preguntado por el Sunday Times en una entrevista del 30 de septiembre de 2012 por «¿cuál es la lección más importante que ha aprendido usted acerca del dinero?», ¿qué creen ustedes que respondió? Pues que «nadie llega a saber nunca lo suficiente sobre el dinero».

11

LA GRAN TRANSFORMACIÓN

El capitalismo

El capitalismo es la asombrosa suposición de que los hombres más perversos cometerán las mayores maldades por el bien común de todos.

JOHN MAYNARD KEYNES

En el capitalismo, el hombre explota al hombre. En el comunismo, ocurre justamente lo contrario.

JOHN KENNETH GALBRAITH

El escritor estadounidense Upton Sinclair insinuó una vez que el capitalismo es el fascismo sin los asesinatos. Una apreciación un tanto extrema, quizá. Pero sirve precisamente para que enfoquemos una pregunta de partida: ¿qué es el capitalismo? Por extraño que parezca, tratándose de un sistema de comercio en el que participan la mayoría de las personas del mundo, pocos de nosotros nos detenemos nunca a pensar qué es y cuál es su definición.

Seguramente nadie se sorprenderá si digo que el puntal básico del capitalismo es el capital —los bienes, la tierra, las fábricas, etcétera—, es decir, todas esas cosas que Karl Marx llamó los «medios de producción». En el capitalismo, las personas gozan de la libertad de ser propietarias de capital. Puede que no nos parezca una libertad importante, porque la damos ya por sentada. Sin embargo, basta comparar el capitalismo con el comunismo —en el que la propiedad privada está prohibida— o con el feudalismo medieval —en el que solo una élite tenía tales derechos de propiedad— para apreciar su significación.

De todos modos, la libertad para poseer capital solo es una de las mitades de la fórmula capitalista. El otro ingrediente de la composición es la libertad para comerciar con ese capital a fin de obtener un rédito del mismo.

Describir la complejidad con la que opera el capitalismo en la práctica no es tarea sencilla. Pero, poniendo en evidencia a continuación algunos de los mitos más comunes del capitalismo, tal vez logremos arrojar algo de luz sobre su funcionamiento interno.

El capitalismo global ha generado una extensa red de intercambios comerciales a la que llamamos mercado. El mercado conecta de un modo automático y óptimo la oferta de bienes con la demanda de esos bienes… o al menos eso dice la teoría. Para que un mercado así funcione de un modo eficaz, debe ser libre: es decir, debe carecer de trabas e imposiciones exógenas en forma de regulaciones políticas o de cualquier otro tipo. Tal es el mantra que se recita desde un sector muy influyente de personas que aboga por el capitalismo de libre mercado como panacea para todos los males. La idea central del liberalismo económico tiene su origen en Adam Smith, el filósofo y economista escocés que, en 1776, publicó uno de los libros más influyentes de la historia del pensamiento. En La riqueza de las naciones (o, por citar su título íntegro, Una investigación sobre la naturaleza y causas de la riqueza de las naciones), Smith argumentó que el libre mercado era el mejor modelo para la economía.

LOS MITOS DEL CAPITALISMO

Hasta el propio Smith reconocía que el mercado verdaderamente libre era un mito. La mayoría de las personas lo consideraría inaceptable. Un mercado libre permitiría, por ejemplo, que se comerciara con cualquier cosa, incluido el trabajo infantil. Hubo un tiempo en que existió de verdad un mercado laboral de ese tipo en países como Gran Bretaña. Pero, en la actualidad, existe un amplísimo consenso mundial sobre la cuestión por el que se juzga inaceptable la utilización de mano de obra infantil. De ahí que se hayan instaurado regulaciones estrictas para impedirla.

Además de regulaciones que controlan con qué tipo de trabajo puede comerciarse, las hay también que limitan sustancialmente o que incluso prohíben comerciar con bienes considerados peligrosos para la sociedad, como pueden ser la heroína o el plutonio. Y no son solo los productos comerciables los que están regulados; también lo están las empresas a las que se permite comerciar. Para que una compañía pueda vender sus propias acciones, por ejemplo, debe cotizar en un mercado bursátil. Pero antes de que se la autorice a cotizar en él, debe superar un riguroso proceso de examen que puede prolongarse hasta cinco años. E incluso cuando por fin puede cotizar en bolsa, una compañía está autorizada a vender acciones solamente a agentes oficialmente certificados como tales. Y si el precio de la acción cae por debajo de un determinado nivel, la autoridad correspondiente puede suspender temporalmente su compraventa.

«Las fuerzas del mercado no existen en el vacío —ha escrito Joseph Stiglitz, autor de El precio de la desigualdad—. Nosotros las determinamos».¹ «Todos los mercados están no solo construidos y regulados, sino también constantemente manipulados», ha escrito Ha-Joon Chang, autor de 23 cosas que no te cuentan sobre el capitalismo.

Quizá donde se aprecia más llamativamente lo maniatado y determinado por las decisiones políticas que está el mercado es en el ámbito de los salarios de los trabajadores, pues la remuneración de empleos comparables en países distintos es muy ostensiblemente diferente. Por ejemplo, un taxista en Londres puede llegar a cobrar unas treinta veces más que otro de Dacca, Bangladesh, en términos de su poder adquisitivo local. Si de verdad existiera un mercado libre, los sueldos de los taxistas serían más o menos iguales en todo el mundo: si el de Dacca estuviera descontento con su nivel retributivo, no tendría más que mudarse a Londres e instalarse allí, donde cobraría mucho más por su mismo trabajo. Desde el momento en que los taxistas pudieran reubicarse sin obstáculos por todo el globo en busca de las remuneraciones más favorables, tarde o temprano los salarios de todos ellos terminarían por igualarse.

Sin embargo, los taxistas no pueden recoger sus bártulos sin más y trasladarse libremente a otro lugar del planeta, porque la mayoría de los países han erigido barreras demasiado altas y difíciles de franquear para la inmigración. Esa es la razón principal por la que esos salarios son tan desaforadamente diferentes entre un país y otro.

Si algo tan fundamental como la retribución que las personas perciben por su trabajo está más determinado por las decisiones políticas que por las fuerzas del mercado, bien puede decirse que el libre mercado debe de ser una especie de criatura mítica. El mercado está fuertemente constreñido por doquier por regulaciones impuestas desde el exterior. No hay lugar en el mundo donde sea realmente libre y ningún país civilizado permitiría que lo fuera.

CONSECUENCIAS DEL MITO DEL LIBRE MERCADO

La idea de que un mercado libre equilibrará de forma óptima la oferta de bienes con la demanda de estos tiene sus consecuencias. Quienes creen en ella presionan para que se desregulen cada vez más aspectos de la economía. Si el mercado no cumple con lo que se espera de él, ellos alegan que la culpa es de que no es suficientemente libre y presionan para que la desregulación sea aún mayor. Sin embargo, es precisamente esa desregulación la que hoy está considerada como principal desencadenante de la grave crisis financiera global de 2008, pues permitió que grandes instituciones fi- nancieras (como los bancos) adoptaran una serie de inversiones muy arriesgadas.²

Pero un mercado libre no solo permite conductas arriesgadas que pueden poner en peligro la economía global en sí, sino que puede tener un efecto más directo y maligno cuando se impone en países en desarrollo.

Si uno de esos países pretende crear, por ejemplo, una industria de producción de motocicletas, es muy posible que, para ponerla en marcha, opte por subvencionarla y, al mismo tiempo, la proteja mientras se desarrolla imponiendo aranceles a las motocicletas importadas. Lo que sucede es que, en la mayoría de los casos, los países desarrollados reaccionan denunciando tal práctica ante la Organización Mundial del Comercio, pues alegan que ese otro país está impidiendo el libre comercio internacional de motocicletas. La OMC puede autorizar entonces a los socios comerciales a imponer sanciones al país en desarrollo mientras no elimine sus subvenciones internas y sus medidas proteccionistas. Y este, lógicamente, termina por eliminarlas.

El problema es que, cuando una industria está aún en mantillas, no es ni de lejos tan eficiente como cuando está ya madura. Además, su identidad (su marca) no es todavía suficientemente conocida o respetada. De ahí que, sin protección, las motocicletas construidas por el país en desarrollo no puedan competir en calidad ni en precio con las importadas, y que esa industria autóctona se extinga. Contrariamente a lo que predican los apóstoles del liberalismo económico, el libre mercado no ha hecho que ningún país pobre haya sido más rico. En el mejor de los casos, lo ha sumido en el estancamiento.

Lo realmente irónico del caso es que los países ricos del mundo se enriquecieron precisamente porque subvencionaron y protegieron sus industrias nacientes durante bastantes décadas. Por ejemplo, mediante la imposición de aranceles prohibitivos a los productos textiles indios importados, la Gran Bretaña del siglo XIX destruyó en la práctica la industria textil del gigante asiático para, acto seguido, vender los productos de la suya propia en el subcontinente. Con anterioridad, en el siglo XVIII, Gran Bretaña también había usado medidas proteccionistas para alcanzar a los Países Bajos. Y en el siglo XIX, Estados Unidos empleó exactamente la misma táctica para no perder comba con Gran Bretaña y alcanzar su mismo nivel. «Cuando imponen el mercado libre a las naciones en desarrollo —dice Chang—, los países ricos parecen haber olvidado sus propias historias. No es de extrañar que ese doble rasero provoque un profundo malestar en los países en desarrollo».³

LA MANO INVISIBLE

La fe en ese libre mercado mítico se asienta sobre la creencia de que un mercado así hace que oferta y demanda se correspondan entre sí de manera óptima. Los defensores del mercado dicen que eso se consigue gracias a los buenos oficios de una «mano invisible». Nadie ha sido capaz de definirla, pero todos los que la señalan aseguran que esta opera de algún modo, entre bastidores. Alan Greenspan, antiguo presidente de la Reserva Federal estadounidense, ha llegado incluso a afirmar al respecto que el mercado es «demasiado complejo como para que podamos entenderlo».

Pero promover el mercado y, al mismo tiempo, creer que es demasiado complejo como para comprenderlo significa confiar la vida de miles de millones de personas a un sistema impredecible. El mercado ha tenido un papel indudablemente clave en el aumento del nivel de vida medio de gran parte de la población mundial durante los últimos siglos. Pero también ha traído consigo tremendos problemas medioambientales en forma de contaminación, destrucción de hábitats y, sobre todo, calentamiento global causado por el consumo de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo. Decir que el mercado es demasiado complejo para comprenderlo supone aceptar que el destino de la raza humana (pues el calentamiento global amenaza con extinguir la vida humana, aunque no la vida en sí) no está en nuestras manos y que estamos a merced de los caprichos de la fortuna. «El argumento conservador viene a decir que la economía es como el tiempo atmosférico y que, por lo tanto, obra de manera automática», ha dicho Sidney Blumenthal, antiguo asesor del expresidente estadounidense Bill Clinton.

Creer que el mercado es demasiado complejo para entenderlo puede ser una idea muy seductora, pues, en ese caso, ni los economistas ni los políticos tienen ya por qué preocuparse de resolver el difícil problema de cómo funciona (o cómo no funciona) ese mercado exactamente. Pero no deja de ser una manera de escurrir el bulto, según Chang. «Por complejo que sea, debemos esforzarnos al máximo por comprenderlo para revertir sus efectos negativos —dice él—. El mercado, después de todo, es una creación puramente humana».⁴

TERREMOTOS Y MERCADOS

Casi sin excepción, desde los tiempos de Adam Smith, los economistas han considerado que el mercado libre está en un estado de equilibrio que compensa de forma natural los objetivos y deseos opuestos o encontrados de las diversas personas. Pero esto se contradice con la realidad. No ha habido década desde 1776 en la que no haya habido un crac, una contracción, un empeoramiento económico, una depresión o una recesión.

Los economistas suelen decir que tales sucesos no son más que impactos externos inusuales sobre un mercado. Pero hay tantos que esa explicación está cada vez más desgastada. «Si algo hay constante en economía, es precisamente la pronunciada frecuencia de las perturbaciones de los mercados», ha escrito el físico Mark Buchanan.⁵

Hoy se impone cada vez más la idea de que la teoría económica actual —incapaz de predecir los cracs, que no dejan de ser el rasgo más llamativo del mercado— es inadecuada. Muchos creen que se necesita una teoría económica mejor que dé cuenta de la inestabilidad inherente del mercado. De hecho, un enfoque así fue avanzado ya en las décadas de 1930 y 1940 por economistas estadounidenses como Irving Fischer. Pero quedó enterrado poco después por obra y gracia de Milton Friedman y sus aliados de la Escuela de Chicago, que promovieron vigorosamente la idea del equilibrio en los mercados. Ahora bien, como advirtió años atrás el Nobel Ronald Coase, «toda política bien diseñada debe partir de una situación que se aproxime a la existente en la realidad. Y la situación que existe en cualquier mercado del mundo real está plagada de “fallos de mercado”».⁶

El mercado tiene una característica peculiar que se contradice incluso con nuestro sentido común, y es que las grandes fluctuaciones de precios son más habituales en él de lo que cabría esperar. Nuestra intuición de lo cotidiano, por ejemplo, nos diría que la mayoría de los hombres pesan entre los 55 y los 85 kilos, que son pocos los que alcanzan un peso de 125 kilos y que son muy pocos los que llegan a 250 kilos. Esa pauta de frecuencias se corresponde con lo que se conoce como una distribución normal o campana de Gauss, así llamada por su similitud con una campana de cristal, que, vista de perfil, es abultada en su parte central y mucho más achatada por sus lados (es decir, su superficie es más baja cuanto más lejos de su centro está). Esa es exactamente la forma que veríamos si marcáramos sobre una hoja de papel cuadriculado los puntos descritos por la intersección entre el peso de los hombres (indicado en sentido creciente de izquierda a derecha por el eje horizontal) y el número de hombres que tienen cada uno de esos niveles de peso (indicado en sentido creciente de abajo arriba por el eje vertical). Al igual que con la forma de la campana, la distribución de pesos de hombres así generada se agruparía principalmente en torno a la media y perdería altura rápidamente en cuanto se alejara de ese punto central (por cualquiera de los dos lados de esa media).

Comparemos esa distribución, sin embargo, con las fluctuaciones del mercado. En un día normal, el precio de las acciones varía en menos de un 2 %. Pero es posible observar fluctuaciones del 20 % o incluso del 50 %. Ese nivel de variación equivaldría a que hubiera hombres que pesaran diez veces la media. O veinticinco veces. Los matemáticos dicen que, a diferencia de la campana de Gauss normal, la distribución de fluctuaciones del mercado tiene una «cola gruesa», que no es más que una forma técnica de decir que los sucesos extremos son mucho más probables en ese contexto de lo que nuestra intuición cotidiana nos induciría a prever.⁷ «Una teoría económica de los mercados creíble —algo de lo que no disponemos todavía— explicaría por qué la distribución de variaciones diarias de los mercados evidencia tal preponderancia de sucesos grandes», dice Buchanan.

De hecho, según Buchanan, los movimientos de los mercados se ajustan a un patrón matemático muy simple. Los movimientos de mayor magnitud (por ejemplo, de entre el 10 y el 15 %) son menos probables que los movimientos de entre el 3 y el 5 %. En realidad, la probabilidad de un movimiento de cualquier magnitud disminuye de forma inversamente proporcional al cubo de dicha magnitud. Así, si las variaciones del 5 % o más tienen una determinada probabilidad de producirse, las de un 10 % o más tienen 2³ (= 8) veces menos probabilidades de suceder; y las variaciones de un 20 % o más son a su vez 2³ (= 8) veces menos probables que las de 10 % o más.

Esta sorprendente pauta, que se observa en mercados como los de acciones, divisas y futuros, recuerda a la de un elevado número de fenómenos naturales, desde la actividad de las erupciones solares hasta la frecuencia de las extinciones en masa, pasando por la frecuencia de los seísmos en la falla de San Andrés.⁸ «Todos estos sistemas y otros muchos exhiben un ritmo naturalmente irregular en el que largos periodos de quiescencia relativa se ven esporádicamente interrumpidos por estallidos de intensa convulsión», comenta Buchanan.

Si un mercado financiero es un sistema en equilibrio, ¿cómo puede ser que los movimientos de los mercados se comporten como los terremotos? De hecho, tiene sencillamente mucho más sentido que un mercado funcione como un sistema totalmente distinto: por ejemplo, como la corteza terrestre, que se ve constantemente desequilibrada por fuerzas diversas y responde a ellas siguiendo vías complejas y dinámicas.

Los nuevos modelos económicos que se están elaborando en la actualidad (y que son obra de físicos en muchos casos) están basados en la inestabilidad y la retroalimentación, como sucede en muchos sistemas naturales. Como apunta Buchanan:

Justo es decir que estos modelos no nos proporcionan aún una comprensión adecuada de las pautas básicas que observamos en los mercados, pero al menos apuntan en la dirección correcta, dado que se toman en serio los datos históricos e intentan explicarlos —apunta Buchanan—. Nada de lo que se maneja en los estudios de la ciencia económica convencional parece estar remotamente cerca siquiera de lograr algo así.

Algunos de los conversos a esta nueva econofísica están reclamando ya la creación de una especie de Proyecto Manhattan para la economía. Tratándose como se trata del bienestar de más de 7.000 millones de personas, dependientes todas ellas de la economía global, ese sería posiblemente un dinero muy bien invertido.

COMPLEJIDAD GRATUITA

Pero, aunque el mercado es sin duda complejo y aún no comprendemos bien cómo funciona, no es menos cierto que las personas le añadimos nuestra cosecha propia de complejidad gratuita. Buen ejemplo de ello es la creación de instrumentos financieros complejos como los que desempeñaron un papel significativo como desencadenantes de la crisis fi- nanciera global de 2008. Unos de los más peligrosos, según Chang, fueron las «obligaciones de deuda garantizada» (CDO, según sus siglas en inglés). Cada uno de esos títulos agrupa como aval miles de inversiones de alto riesgo, como, por ejemplo, hipotecas para la compra de vivienda concedidas a personas con pocas posibilidades de pagarlas. Para aumentar aún más si cabe el riesgo de este «procedimiento de vudú», según lo llama Chang, las propias CDO han sido agrupadas por miles en paquetes para crear un producto más complejo todavía conocido como «CDO al cuadrado». «El nivel de complejidad innecesaria es mareante —dice Chang—. Para comprender del todo una inversión así, se necesitarían normalmente más de mil millones de páginas de documentación».

Greenspan ha declarado en alguna ocasión que esos productos son «demasiado complejos para regularlos» porque nadie los entiende. De hecho, según Chang, han sido diseñados precisamente para ser opacos, para confundir. «Luego, si fallan, es imposible determinar por qué han fallado o quién ha sido el responsable de que fallaran». Esto se demostró con toda su crudeza en la crisis de 2008, en la que casi nadie ha levantado la mano para admitir su culpa.

Chang considera irresponsable y peligroso introducir complejidad gratuita en el mercado. Lo compara con los fármacos, que la industria farmacéutica está obligada a someter a rigurosos ensayos, de años de duración en muchos casos, antes de sacarlos a la venta con un mínimo de garantías. Él cree que debería haber un proceso de parecido rigor para poner a prueba los instrumentos financieros o cualesquiera otros planes que incrementen la complejidad del mercado. Solo entonces estaríamos más o menos seguros de que no lo desestabilizarán.

EL MAYOR DE LOS MITOS SOBRE EL MERCADO

Pero, en el fondo, el malestar que genera actualmente el sistema de mercado parece venir de algo más profundo aún que los complejos instrumentos financieros que tan crucial papel tuvieron en la desestabilización general de 2008. Quienes propugnan las bondades del sistema de mercado lo consideran un estado natural, análogo en el terreno económico a la red de la vida creada por la teoría darwiniana de la evolución por selección natural. Pero ese, según el economista húngaro Karl Polanyi, es el mayor mito de todos. En su influyente libro La gran transformación, Polanyi argumentó que el sistema de mercado es una invención relativamente reciente.⁹

Las leyes y las regulaciones que lo hicieron posible fueron introducidas por los gobiernos de los estados modernos a partir de finales del siglo XVIII. El laissez-faire fue planeado. Constituyó una parte integral de la revolución industrial. Hasta entonces, según Polanyi, muchas transacciones financieras se realizaban tanto con el propósito de adquirir estatus social o de reforzar lazos sociales como con el de ganar dinero. «La tierra, el trabajo y el dinero en sí no estaban considerados principalmente como mercancías que comprar y vender —ha escrito David Bollier, autor del libro Silent Theft—. Se “inscribían” dentro de las relaciones sociales». Dicho de otro modo, las personas actuaban motivadas por los intereses de una familia, un clan o un pueblo, antes que por el mero interés particular, que es el rasgo definitorio de una economía de mercado.

Según Polanyi, la gran transformación sobre la que él escribió convirtió la tierra, el trabajo y el dinero en mercancías abstractas y fomentó la idea de que podían ser explotadas sin límite para producir un crecimiento perpetuo. Ese crecimiento se mide con el producto interior bruto, que representa el valor monetario de todos los bienes y servicios producidos por una economía. Sin embargo, para que una economía crezca de forma ininterrumpida, la gente debe gastar de un modo igualmente constante, algo que solo es posible —durante un tiempo, al menos— si esas personas toman prestado dinero y acumulan niveles de endeudamiento masivos. El crecimiento perpetuo es, pues, insostenible. Y las consecuencias de intentar conseguirlo son graves. «Puesto que los mercados tratan la naturaleza como si fuera ilimitada en esencia, y a los seres humanos como meras mercancías, nunca dejan de presionar a las sociedades humanas y a la propia naturaleza hasta su punto de ruptura», comenta Bollier. Esta búsqueda del rendimiento económico sin que importen las consecuencias ha llevado al planeta hasta el borde mismo del desastre ecológico.

Polanyi escribió también que la gran transformación también alentó la creencia de que el libre mercado es puro y está separado de la sociedad, lo que no tiene en cuenta el hecho de que el factor trabajo está conformado por personas que tienen vidas, afectos, esperanzas y sueños. En 2013, Europa y América echan a perder talento e industria humanos a espuertas mientras sus gobiernos aplican medidas de austeridad tratando de pagar así los excesos del sistema de mercado. «Necesitamos ampliar el alcance de la conversación política para incluir en ella preguntas tales como: ¿cómo reintegraremos a las fuerzas del mercado en la sociedad para que puedan ser constructivas en vez de perjudiciales?», propone Bollier.¹⁰

«Hoy en día, la gente conoce el precio de todo y el valor de nada», advertía ya Oscar Wilde en el siglo XIX.¹¹ Un estribillo que se oye mucho ahora, en el siglo XXI, es que «el capitalismo mató al comunismo. Ahora viene a por la democracia». Pero la conducta social humana está motivada por más fines que el afán de lucro y el interés particular. El «compro luego existo» no es lo que define a un ser humano. Adam Smith concibió el mercado libre como un mecanismo al servicio de la humanidad y no como el amo que la esclaviza. Patrick McGoohan, intérprete del protagonista principal de la serie televisiva de culto de los años sesenta El prisionero, bien podría haber estado hablando por millones de personas corrientes de hoy día cuando, exasperado, exclamó: «¡No soy un número! ¡Soy un hombre libre!».

TERCERA PARTE

LA TIERRA Y EL AIRE

12

SIN VESTIGIO DE UN COMIENZO

La geología

Las rocas son registros de sucesos que tuvieron lugar en el momento en que se formaron. Son libros. Tienen un vocabulario y un alfabeto distintos, pero uno aprende a leerlos.

JOHN MCPHEE

La civilización existe por consentimiento geológico, sujeta como está a cambios sin preaviso.

WILL DURANT, «What Is Civilization?», Ladies’ Home Journal, 63, enero de 1946

El mundo no ha sido siempre como es ahora. Esa frase resume una de las ideas más potentes y revolucionarias de la historia, que dio origen a una nueva ciencia, la geología, e inspiró a Charles Darwin a percatarse de que todas las criaturas de la Tierra habían ido divergiendo a partir de un antiguo ancestro común.

Las pruebas que muestran que la Tierra no es estática —es decir, que no fue hecha tal como es actualmente por un Creador— son sutiles. Por ejemplo, en Madeira, una isla volcánica situada a la altura de la costa noroccidental de África, es fácil encontrar conchas marinas fosilizadas a más de 1.800 metros de altura, en la cima de su montaña más elevada. ¿Cómo llegaron allí? La respuesta lógica (aunque ciertamente asombrosa) es que aquel pico inició su vida bajo el mar y fue ascendiendo con el tiempo.

Las montañas no se elevan en niveles apreciables a lo largo de la duración de una vida humana. Por lo tanto, muchísimas vidas humanas debe de haber tardado la montaña más alta de Madeira en alzarse desde el fondo marino hasta la mencionada elevación de más de 1.800 metros.

Hablar de «muchísimas vidas humanas» no es un prodigio de precisión, que digamos. Por suerte, existen otros indicios y pruebas sutiles que pueden proporcionarnos esa precisión que falta. Los científicos del siglo XVIII observaron ya entonces la acumulación de lodo que se deposita en el fondo de los lagos arrastrado por los ríos y los arroyos de agua. También detectaron en los acantilados y otras rocas expuestas al aire capas que se parecían asombrosamente al lodo y que estaban apiladas unas sobre otras en forma de finos estratos. Tuvieron así la sospecha creciente de que las rocas se habían formado a partir de la consolidación del lodo en el fondo de alguna antigua masa de agua. Cualquier proceso de ese tipo debió de ser exageradamente lento: a fin de cuentas, en un siglo, no se habría podido depositar más de uno o dos centímetros de lodo. La conclusión inevitable era, pues, que las rocas debían tener centenares de millones de años de antigüedad y que se habían creado, por lo tanto, a lo largo de millones de generaciones humanas.

Por primera vez en la historia, los seres humanos contemplaron así el «tiempo profundo» (el tiempo geológico), comparado con el cual, su existencia era tan efímera como la de una luciérnaga en la noche. La Tierra no solo es antigua, sino que lo es hasta extremos que nuestra mente humana difícilmente puede comprender. «No hay vestigios de un comienzo, ni perspectivas de un final», escribió el científico escocés James Hutton en 1788.¹ Hoy sabemos, a partir de la datación radiactiva de meteoritos (que no dejan de ser escombros dejados en su momento por las obras de la construcción original del Sistema Solar), que la Tierra tiene unos 4.550 millones de años de antigüedad, nada menos.

El lodo se convierte en materia rocosa (concretamente, en lutita) tras depositarse en el lecho de una masa de agua y quedar comprimido por las nuevas capas de lodo que van depositándose sucesivamente por encima. La creación de esa roca sedimentaria ilustra otra verdad especialmente profunda.² Y es que, a diferencia de lo que daba a entender la famosa frase con la que el novelista L. P. Hartley comenzaba su novela El mensajero, el pasado no es ningún país extranjero para nosotros: las cosas no se hacían diferente allí.³ Los procesos que han ido cambiando la superficie de la Tierra no son otros que los que continúan produciéndose hoy en día: los efectos de los elementos, las erupciones volcánicas y la erosión por la acción del agua y el viento. Su incidencia a lo largo de periodos inconcebiblemente largos de tiempo puede mover montañas (literalmente), cuando no reducirlas a polvo microscópico.

Dos cordilleras que ilustran a la perfección esa idea son el Himalaya, que hoy sigue elevándose progresivamente sobre el nivel del mar, y las montañas Caledonias de Escocia, erosionadas tachuelas de lo que llegó a ser una cadena montañosa parecida al Himalaya nacida hace unos 500 millones de años. Ambas cordilleras se crearon a partir de un proceso idéntico: la titánica colisión de fragmentos gigantes de la corteza terrestre. Hay pruebas de ello visibles en ambas zonas en forma de enormes pliegues creados por capa sobre capa de estratos que, al chocar, se montaron arrugados los unos sobre los otros.

El hecho de que los fragmentos de nuestra corteza puedan colisionar entre sí de ese modo sugirió otra importante y revolucionaria idea. Y es que, aunque los primeros geólogos creyeron que la superficie de la Tierra solo se desplazaba hacia arriba y hacia abajo y que, con ello, daba lugar a elementos orogénicos como las montañas, lo cierto es que la corteza de nuestro planeta también se mueve hacia los lados.

LA TECTÓNICA DE PLACAS

Ya en 1620, Francis Bacon, tras estudiar minuciosamente los primeros mapas más o menos aproximados del mundo, apreció una llamativa similitud entre los perfiles de las costas de África y de América del Sur: ambas parecían encajar entre sí cual dos piezas de un rompecabezas gigante. Aquello no fue considerado más que una curiosidad hasta principios del siglo XX. Fue entonces cuando un geólogo alemán sugirió una hipótesis tan controvertida que jamás llegaría a verla reconocida en vida, pues moriría sin haber convencido básicamente a nadie de su verdad.

Esa extraordinaria idea de Alfred Wegener era que los continentes se mueven. La razón por la que las líneas costeras de América del Sur y de África encajan es que ambas masas de tierra estuvieron unidas muchísimo tiempo atrás. Luego se escindieron y se fueron separando en una deriva opuesta. La prueba con la que Wegener avalaba dicha deriva continental era la coincidencia no solo de las rocas de ambos litorales, sino también de los fósiles.

El motivo principal por el que nadie creyó la idea de Wegener estribó en que no pudo aportar un mecanismo para esa deriva continental. Además, América del Sur y África estaban separadas por miles de kilómetros de lecho marino. ¿Cómo pudieron haber cruzado una barrera tan sustancial y sólida?

Todo cambió gracias, precisamente, al estudio del lecho marino del Atlántico. El tendido de los cables telefónicos transatlánticos reveló la existencia de una curiosa cresta submarina en el centro del océano.⁴ Las exploraciones por sónar realizadas por la Armada estadounidense en la década de 1960 descubrieron que se trataba de algo más que una mera cresta: es una fabulosa cordillera que biseca el Atlántico de norte a sur a lo largo de diez mil kilómetros, desde Islandia hasta las Malvinas. ¿Qué hace ahí en medio?

Una prueba clave de su origen provino de ciertas mediciones del campo magnético de las rocas del lecho marino. Esas rocas habían sido escupidas originariamente por volcanes antiguos en forma de lava. Cuando la lava estaba aún líquida, sus átomos tuvieron durante un tiempo la fluidez suficiente para alinearse siguiendo el campo de fuerza magnético norte-sur de la Tierra; así, cuando la lava se solidificó, esos átomos quedaron inmovilizados para siempre en la dirección que ese campo tenía en aquel momento.

Pues, bien, el magnetismo de las rocas del lecho marino evidencia una extraordinaria pauta. A ambos lados de la mencionada cordillera submarina (la Dorsal Mesoatlántica), se aprecian franjas simétricas de magnetismo: primero, rocas magnetizadas en un sentido; a continuación, rocas magnetizadas en el sentido contrario; y así sucesivamente, una y otra vez. ¿Qué significa eso?

Lo cierto es que otras mediciones del magnetismo de las rocas en tierra firme ya habían evidenciado la presencia de tales inversiones sucesivas de la orientación magnética. El campo magnético de la Tierra se parece mucho al de un imán corriente y, tras cierto intervalo de tiempo, cambia de sentido. Entonces, lo que era el polo norte magnético se convierte en el polo sur magnético, y viceversa. Por el momento, nadie está completamente seguro de por qué sucede algo así. Pero las franjas de rocas, magnetizadas primero en un sentido y luego en el otro, dieron a los geólogos de los años sesenta del siglo XX una herramienta muy poderosa para sus interpretaciones. Tras fechar las rocas de cada una de esas franjas, descubrieron que las más antiguas eran las que estaban más alejadas de la Dorsal Mesoatlántica, mientras que las más jóvenes eran las más próximas a esta.

De pronto, se aclaró qué estaba sucediendo. La Dorsal Mesoatlántica estaba fabricando corteza. Hace unos 120 millones de años, América del Sur y África estaban realmente unidas por la cadera, por así decirlo. Pero, entonces, se abrió una enorme grieta en la tierra, de la que empezó a manar abundante lava. El agua ya la había inundado, así que, año tras año, siglo tras siglo, y milenio tras milenio, la lava siguió brotando de tan tremenda fisura en la superficie terrestre sin dejar de crear nueva corteza que, a su vez, ha continuado ejerciendo presión sobre esos dos continentes y empujándolos en sentidos opuestos. Algo así está sucediendo actualmente en Afar (Etiopía), donde no ya dos, sino tres fragmentos de la corteza terrestre se están separando y están dando origen con ello a lo que será un nuevo océano.

Quienes criticaron a Wegener se equivocaron de pleno. No hacía falta que Sudamérica y África hubiesen recorrido una extensión sólida de lecho marino para llegar hasta sus respectivos emplazamientos actuales. De hecho, en un principio, no había tal lecho marino. Este fue creciendo entre las masas continentales y, en el proceso, las fue apartando, implacable, la una de la otra.

Las cifras impresionan. La Dorsal Mesoatlántica emite unos cinco kilómetros cúbicos de lava al año. Eso es veinte veces más de lo que expulsó el monte Santa Elena en su potentísima erupción volcánica de 1980 (unos míseros 0,25 kilómetros cúbicos de rocas). Las dorsales mesooceánicas (la atlántica no es la única) son fábricas de corteza terrestre. Sumando su actividad en el conjunto del planeta, generan unos treinta kilómetros cúbicos de nueva corteza cada año.

Pero es imposible seguir creando eternamente más corteza en una esfera de tamaño limitado como es la Tierra. Por algún lado tiene que compensarse. Y bien que se compensa.

Para entender lo que ocurre, debemos tener presente otro hecho: la corteza de la Tierra está fragmentada en una docena de grandes piezas, o placas. Una placa puede llevar a cuestas un trozo de corteza continental, de corteza oceánica, o de ambas. Wegener, que acertó en muchas cosas, se equivocó sin embargo al creer que eran solamente los continentes los que se desplazaban a la deriva. Las placas flotan sobre el manto, ese fluido supercaliente y superdenso del interior de la Tierra.

En ese sentido, cabe destacar un detalle que, por sutil que parezca, no deja de ser de suma importancia. La corteza oceánica, compuesta de roca volcánica, es más pesada que la corteza continental, que está hecha de granito, formado a partir de magma volcánico. Por consiguiente, la corteza continental flota a mayor altura. Eso explica algo que damos tan por sentado que casi nunca nos molestamos en comentar: el lecho oceánico es bajo y húmedo, mientras que los continentes son elevados y secos. La corteza continental es, según una expresión favorita de los geólogos, la «escoria de la Tierra».

Gracias a todos esos hallazgos, ahora es posible comprender qué sucede a raíz de que las dorsales mesooceánicas estén fabricando corteza terrestre sin cesar. Si dos placas transportadoras de sus respectivos fragmentos de corteza continental chocan entre sí, en tan formidable colisión la ligera corteza continental se pliega hacia arriba, con lo que se eleva creando montañas. Eso es lo que pasa actualmente en la zona del Himalaya. Pero el pliegue ascendente de la costa donde se produce la colisión solo constituye una solución temporal a la masa de corteza siempre en aumento. Tiene que haber algún sitio en el que se destruya corteza. Y lo hay: concretamente, allí donde una placa que transporta corteza oceánica topa con otra que sostiene corteza continental. Eso está sucediendo hoy día a lo largo de la costa occidental de América del Sur.

Al ser más pesada que la corteza continental, la corteza oceánica se desliza por debajo de esta y se hunde bajo ella en el manto. Al hacerlo, se lleva consigo agua, conchas marinas y toda clase de detritus oceánicos. Esto es muy importante, porque la adición de todos esos componentes provoca una reducción del punto de fusión de la corteza continental bajo la que la oceánica se está sumergiendo. De ahí nacen los volcanes que se forman en la corteza continental que se va quedando por encima. Estos son visibles actualmente a lo largo de todo Chile. Son los Andes.

En realidad, no siempre sucede que, cuando colisionan fragmentos de corteza continental y oceánica, esta se incruste por debajo de la primera. En la colisión que tiene lugar frente a la costa occidental de Gran Bretaña, por ejemplo, la corteza oceánica está empujando a la continental consigo. Eso hace que el Atlántico se ensanche a razón de unos cinco centímetros anuales. Gran Bretaña y Estados Unidos están separándose en un largo adiós.

Ahora bien, cuando la corteza oceánica se incrusta por debajo de la continental, no lo hace desapareciendo calladamente sin más. Mientras se va sumergiendo en el manto terrestre para fundirse en él, se engancha con otras partes de la corteza y no deja de retemblar en su avance. Y esas sacudidas dan lugar a tremendos terremotos, como el que azotó Chile en 2010.

Por lo tanto, las placas se van haciendo y se van destruyendo. Chocan entre sí y se deslizan unas respecto a las otras. Esto ocurre, por ejemplo, a lo largo de la falla de San Andrés, en California, donde la placa del Pacífico se está deslizando lateralmente con respecto a la placa de América del Norte y, de resultas de ello, va acortando la distancia que separa actualmente Los Ángeles de San Francisco en unos cinco centímetros al año.

La tectónica de placas explica todo lo que vemos en la superficie de nuestro planeta. Sin ella, la geología tendría tan poco sentido como la biología sin la teoría de la evolución por selección natural formulada por Darwin, o como la genética sin el ADN.

Pero ¿qué impulsa el movimiento de esos fragmentos de la superficie de la Tierra? Wegener, que falleció en 1930 a la temprana edad de cincuenta años en un viaje de campo a Groenlandia, no llegó a descubrir esa fuerza motriz. Pero no tiene mayor complicación: es el calor que intenta escapar del interior de la Tierra. Por increíble que parezca, 4.550 millones de años después de su creación, el planeta sigue reteniendo parte del calor de su nacimiento, cuando era una esfera de material fundido.⁵ Ello se debe a que, por tratarse de un cuerpo de grandes dimensiones, tiene un área superficial relativamente pequeña por la que el calor pueda escapar si la comparamos con su volumen total y, por lo tanto, cuesta más que ese calor se disipe desde el interior de la Tierra, que está continuamente calentado por la desintegración (o la descomposición) de elementos radiactivos de sus rocas, como el uranio, el torio o el potasio.

Todo esto mantiene el interior terrestre en un estado fluido (aun cuando se trata de un fluido muy viscoso). Y, como el agua de un cazo puesto a calentar, el fluido rebulle porque la parte más caliente se vuelve más ligera y asciende, mientras que la más fría, al ser más densa, se hunde. Nadie sabe si esa convección tiene lugar en forma de una gran célula de corriente de fluido que se extiende hasta el núcleo de la tierra o si traza un patrón más complejo. Pero la idea básica es bastante simple. La circulación de fluido en el manto es lo que impulsa el movimiento de las placas.

Pero las placas no solo cambian constantemente la forma de la superficie de la Tierra: también desempeñan un papel fundamental a la hora de mantener la habitabilidad de nuestro planeta.

El dióxido de carbono es un gas que los volcanes bombean sin cesar hacia la atmósfera. Los océanos y los mares lo succionan del aire y, en ellos, ese gas termina asimilado en las conchas y caparazones carbonatados de las criaturas marinas. Cuando estas mueren, sus restos se sedimentan en el lecho del mar. Por lo tanto, a medida que una placa oceánica se va incrustando por debajo de otra continental, esos sedimentos terminan siendo absorbidos por el manto terrestre. Con ello, la tectónica de placas funciona como una cinta transportadora que impide que el dióxido de carbono se acumule en la atmósfera hasta límites peligrosos. No olvidemos que el CO₂ es un potente gas de efecto invernadero que atrapa el calor en la atmósfera e impide que salga al espacio exterior.⁶

Lo que ocurre cuando no hay una tectónica de placas que elimine dióxido de carbono de la atmósfera es hoy evidente en un planeta como Venus. Allí el dióxido de carbono expulsado por los volcanes se ha acumulado hasta tales niveles que ese astro tiene una atmósfera que es unas 92 veces más espesa que la nuestra y está compuesta exclusivamente por ese gas. De resultas de ello, la superficie alcanza temperaturas suficientemente altas como para fundir plomo.⁷

Podríamos pensar que, al sumergirse en el manto, las placas de la Tierra desaparecen para siempre de nuestra vista. Sin embargo, las ondas sísmicas que rebotan por todo el interior terrestre procedentes de los terremotos pueden utilizarse para generar —gracias a los prodigios de la informática— una especie de radiografía del interior terrestre. Esa tomografía sísmica nos muestra la corteza como si fuera una piel que envuelve al manto. En lo más profundo de todo se encuentra el núcleo, formado por una parte externa (de hierro líquido) que envuelve a otra interna (de hierro sólido). Una de las cosas que esa tomografía sísmica parece indicarnos es que algunos bloques enteros de las placas que se hunden en el manto se precipitan hasta el mismísimo núcleo, lo cual no deja de resultar sorprendente, pues cabría esperar que se fundieran antes de llegar tan abajo. Al parecer, esos bloques se acumulan unos sobre otros en el exterior del núcleo externo.

Si el núcleo actuase realmente como una especie de cementerio de placas, podríamos haber hallado una buena explicación para otro fenómeno. Y es que parece ser que, desde el núcleo, se elevan columnas de manto supercaliente hacia la superficie. Estas caldean la cara inferior de una placa como si fueran una especie de soplete. Hay, por ejemplo, una supercolumna de ese tipo justo por debajo de la cadena de islas que forman el archipiélago de Hawái. De hecho, cada isla es un volcán que se formó a partir del deslizamiento de la placa (durante su movimiento de deriva) por encima de ese soplete.

El núcleo está a una temperatura de unos 5.000 oC, comparable a la que se registra en la superficie del Sol. Tal vez el cementerio de placas que se forma en el núcleo externo no permita que salga el calor del propio núcleo más que a través de las esporádicas aberturas que dejan las pilas de placas, y puede que ese sea el origen de las supercolumnas.

Aunque nunca hemos podido (ni podemos aún) ir hasta allí, el interior de la Tierra nos está revelando poco a poco muchos de sus secretos. «El mundo es la gran caja de piezas de rompecabezas del geólogo —escribió el geólogo suizo Louis Agassiz en 1856—. Este la contempla como el niño para quien todas esas piezas separadas son un misterio hasta que detecta la relación que hay entre ellas y ve por dónde encajan y, a partir de ahí, se convierten enseguida en una imagen conexa más allá de los fragmentos que sostiene aún en su mano».⁸

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EL AURA DE LA TIERRA

Al trasladarse el sol de ese modo y al producirse por ello el cambio, la generación y la corrupción, lo más ligero y dulce del agua se eleva cada día y se desplaza disuelto y en forma de vapor hacia el lugar superior, y allí, condensado de nuevo por enfriamiento, cae otra vez a tierra.

ARISTÓTELES, Meteorológicos, 350 a. C.

¡Llueven hombres! ¡Aleluya! ¡Llueven hombres!

THE WEATHER GIRLS, «It’s Raining Men!»

«El grosor de la atmósfera de la Tierra, comparado con el tamaño total del planeta, mantiene una proporción prácticamente idéntica a la que existe entre el grosor de la capa de laca que recubre una bola del mundo escolar y el diámetro de esa bola», escribió Carl Sagan.¹ Pero esa insignificante «monda» neblinosa es la que hace que la vida sea posible en nuestro planeta. No solo actúa como una manta que atrapa el calor necesario, sino que equilibra la temperatura evitando oscilaciones salvajemente extremas entre la noche y el día. Sin la atmósfera, el Planeta Azul no tendría ese color. Sería una deslumbrante bola blanca de hielo cuya superficie estaría a una temperatura media de –18 oC.

Se cree que, hace unos 4.550 millones de años, cuando la Tierra acababa de formarse, la atmósfera estaba compuesta principalmente de dióxido de carbono, expulsado por los volcanes. Pero unos 3.800 millones de años atrás, el planeta se vio sometido a un violento y sostenido bombardeo de asteroides del tamaño de ciudades. Este «bombardeo intenso tardío» no solo volvió a fundir la superficie del planeta, sino que arrojó violentamente hacia el espacio la atmósfera temprana y toda el agua.² Los indicios con los que contamos actualmente apuntan a que fue el impacto posterior de cometas de hielo contra la Tierra lo que trajo a esta buena parte del agua que cubre actualmente el 71 % de la superficie del planeta.³

La atmósfera actual está formada en una quinta parte por oxígeno y en cuatro quintas partes por nitrógeno, además de la presencia residual de algunos otros gases como argón, vapor de agua y dióxido de carbono. En marcado contraste con su antecedente primitivo, esta atmósfera representa casi por sí sola la creación misma de la vida. Durante eones, las algas verdeazuladas o cianobacterias bombearon al aire oxígeno como producto residual de su fotosíntesis. Este se combinó con las abundantes existencias de hierro en el planeta y formó óxido de hierro, lo que creó a su vez unos ingentes depósitos de rocas rojizo-parduscas, como las que se pueden ver en Australia actualmente. Cuando el hierro se saturó y no pudo absorber ya más, el oxígeno comenzó a acumularse hasta niveles catastróficos en la atmósfera. Envenenó así un elevado número de organismos. Pero, al mismo tiempo, el oxígeno aportó la fuente de energía supercargada que necesitaban los animales y que, llegado el momento, necesitaríamos también los seres humanos.⁴

CIRCULACIÓN

Pero la atmósfera es algo más que un manto rico en oxígeno que envuelve al mundo. Es también una capa de aire en incesante movimiento, impulsada por la energía solar. El Sol calienta más las regiones ecuatoriales que los polos, por lo que la temperatura del aire en aquellas es más alta que en estos últimos.⁵ Dado que el calor siempre fluye de un cuerpo caliente hacia otro frío para igualar sus respectivas temperaturas, el calor circula del ecuador a los polos a través de la atmósfera con el objeto de nivelar la temperatura global. «La Tierra y su atmósfera constituyen un enorme aparato de destilación en el que el océano ecuatorial desempeña el papel de una caldera, y las regiones frías de los polos, el de un condensador», escribió el físico decimonónico inglés John Tyndall.⁶

Si la Tierra no girase sobre su propio eje —o lo hiciese con mucha lentitud, como sucede en el caso de Venus—, el desplazamiento del calor entre el ecuador y los polos sería sumamente simple.⁷ El aire caliente, por ser más ligero que el aire frío (pensemos, si no, en el funcionamiento de los globos aerostáticos), se elevaría en el ecuador y viajaría desde allí hacia los polos.⁸ Una vez llegado a estos, habría perdido ya su calor original, por lo que se hundiría y regresaría desde allí hacia el ecuador, aunque mucho más próximo a la superficie terrestre. Las corrientes de convección de aire de ese tipo son conocidas con el nombre de «células de Hadley» en honor de George Hadley, abogado y meteorólogo inglés que propuso su existencia en 1735. De hecho, una Tierra que no tuviera movimiento de rotación sostendría dos células de circulación de Hadley: una en el hemisferio norte y otra en el hemisferio sur.

Sin embargo, la Tierra gira sobre sí misma y lo hace a gran velocidad: un giro completo cada 24 horas. Por consiguiente, su superficie —y, de resultas de ello, el aire situado sobre esa superficie— se desplaza a la máxima velocidad en el ecuador y a la mínima en los polos. De ahí que la NASA, la agencia espacial estadounidense, haga despegar sus naves desde Florida, y la ESA, la Agencia Espacial Europea, las lance desde Kourou, en la Guayana Francesa. Al despegar desde puntos tan próximos al ecuador, los cohetes reciben la máxima propulsión posible de la propia rotación de la Tierra.

Los habitantes de tierras ecuatoriales viajan sin saberlo a casi el doble de velocidad que un Boeing 747: unos 1.670 kilómetros por hora.⁹ Como consecuencia de ello, el aire caliente que se desplaza desde allí hacia los polos viaja continuamente más rápido que el suelo que sobrevuela. Por eso, desde el punto de vista de alguien situado sobre ese suelo, el aire parece desviarse en el sentido de la rotación terrestre: es decir, hacia la derecha (el este) en el hemisferio norte y hacia la izquierda (el oeste) en el hemisferio sur.¹⁰

Tan extrema es esa desviación del aire ecuatorial que viaja hacia el norte y hacia el sur que no existe una única vía simple por la que el calor llega del ecuador a los polos. Dicha circulación, en lugar de formar una única célula de circulación de Hadley, se divide en tres. O lo que es lo mismo, en cada hemisferio hay tres células de aire en circulación que forman tres franjas o bandas paralelas que cubren, cada una de ellas, un tercio aproximado de la distancia entre el ecuador y el polo.

En un planeta de rotación más veloz todavía, esa circulación de aire se divide en un número mayor aún de franjas. Júpiter, por ejemplo, rota completamente sobre su eje en apenas diez horas pese a tener un diámetro ecuatorial unas once veces mayor que el de la Tierra. Esa rotación superrápida —el ecuador de dicho planeta se desplaza unas 25 veces más deprisa que el terrestre— hace que su circulación de aire se divida en una quincena de bandas: siete a cada lado de la divisoria ecuatorial. Las bandas más claras se llaman zonas; las más oscuras, correas.

En la banda de circulación situada en las regiones polares de nuestro planeta, el aire relativamente caliente se desplaza en dirección al polo a gran altitud. Como se mueve más deprisa que el suelo, para quien lo observa desde el suelo parece desviarse en el sentido de la rotación de la Tierra. De ahí que los vientos en altitudes elevadas sean vientos del oeste (es decir, que soplan desde ese punto cardinal, en el mismo sentido de la rotación terrestre). Cuando ese aire alcanza los polos, se enfría y desciende. Luego regresa por donde vino, pero a menor altitud. Como en ese caso se desplaza más lento que el suelo, desde el punto de vista de alguien que lo observa desde la superficie del planeta, parece desviarse en el sentido opuesto al de la rotación de la Tierra. Eso significa que los vientos próximos al suelo en la proximidad de los casquetes polares soplan principalmente desde el este, que es el sentido contrario al de la rotación terrestre.

Algo muy parecido ocurre en la banda de circulación más cercana al ecuador. Visto desde el suelo, el aire que fluye a gran altura alejándose del ecuador parece desviarse en el sentido de la rotación de la Tierra. Por lo tanto, esos vientos soplan del oeste en los trópicos. Sin embargo, el aire que fluye a baja altura de vuelta al ecuador parece desviarse en sentido contrario al de la rotación terrestre a ojos de quien lo observa desde el suelo. De ahí que los vientos próximos al nivel del mar en la zona de los trópicos (conocidos como vientos alisios) soplen principalmente del este.

EL TIEMPO ATMOSFÉRICO

De todos modos, la más interesante de las tres bandas de circulación en la atmósfera de cada hemisferio terrestre es la central, es decir, la situada entre la banda polar y la tropical. En ella, a latitudes medias,¹¹ es donde la rotación de la Tierra alcanza su efecto más acusado sobre el aire que se mueve hacia el norte o el sur.¹² Eso hace que esta circulación sea inherentemente inestable y provoque una constante generación de torbellinos o vórtices. La célula de circulación intermedia es también el lugar donde se producen vientos superrápidos de componente oeste a gran altitud. Esas corrientes en chorro pueden soplar a más de 400 kilómetros por hora y gobiernan los sistemas meteorológicos. Son las que explican por qué se vuela más rápido en avión de América a Europa que al revés.

Este es un buen momento para desmentir una falsa creencia muy extendida. Son muchas las personas que dicen que el agua que se cuela por un desagüe gira siempre en un sentido en el hemisferio norte y en el sentido contrario en el hemisferio sur. No es verdad. El agua puede girar en cualquiera de los dos sentidos: todo depende de cuál sea la fuerza que la impulsa inicialmente, sea esta la del flujo, la del grifo o la de cualquier irregularidad o desequilibrio que presente el fregadero o el recipiente que la contiene. Las diferencias de velocidad de movimiento de la superficie de la Tierra entre el punto inicial de la caída del agua y el desagüe o sumidero por donde esta se cuela atribuibles a la rotación del planeta son sencillamente demasiado pequeñas para tan ínfima distancia de caída como para tener efecto alguno sobre esa agua. Pero la misma clase de efecto sí es bien sensible para una masa de aire de centenares de kilómetros de ancho. A diferencia de lo que sucede con el agua que se vacía arremolinándose por un desagüe, esos otros remolinos sí giran en sentido opuesto según si se producen en el hemisferio norte o en el hemisferio sur.

El mecanismo es el siguiente. Imaginémonos una región de bajas presiones (llamada ciclón o borrasca) en el hemisferio norte.¹³ El aire que la rodea acude a toda prisa hacia ella desde todos los lados para igualar la presión. Pero el aire que se precipita hacia allí en sentido norte se desplaza más rápido que el suelo (es decir, que, desde el suelo, parece desviarse hacia el este, en el mismo sentido que la rotación de la Tierra). El aire que acude allí en sentido sur se desplaza más lentamente que el suelo (es decir, que parece desviarse hacia el oeste, en el sentido contrario al de la rotación terrestre). Esos dos movimientos opuestos generan una rotación de la masa de aire de la zona en sentido contrario al de las agujas del reloj. (En el hemisferio sur, sin embargo, los ciclones giran en el sentido de las agujas del reloj.) Mientras, en un sistema de altas presiones (conocido como anticiclón), el efecto de esa misma lógica es justamente el inverso. Un anticiclón gira en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio norte y en el sentido contrario en el hemisferio sur.

El tiempo (el meteorológico, se entiende) se define en términos generales como «las variaciones día a día en las condiciones atmosféricas». Ocurre en la capa más baja de la atmósfera: la troposfera. El tiempo debería ser perfectamente predecible en principio. Existe, por ejemplo, una fórmula matemática (las ecuaciones de Navier-Stokes) que determina por completo la evolución futura de un fluido como la atmósfera terrestre. En la práctica, sin embargo, las predicciones de esas ecuaciones de Navier-Stokes dependen muchísimo de las condiciones iniciales. Introduciendo en ellas dos conjuntos distintos de temperaturas para diversas ubicaciones repartidas por todo el mundo pueden obtenerse predicciones tan divergentes a una semana vista que representan dos sistemas meteorológicos totalmente diferentes.

El meteorólogo y comunicador estadounidense Robert T. Ryan ha resumido así el reto al que se enfrentan a diario los hombres y las mujeres del tiempo:

Imaginémonos una esfera de más de 12.000 kilómetros de diámetro que rota sobre sí misma, que presenta una superficie irregular, que está rodeada de una capa de cuarenta kilómetros de grosor en la que se combinan diferentes gases cuyas concentraciones varían tanto espacial como temporalmente, y que se calienta (como se calientan también los gases que la rodean) gracias a un reactor nuclear situado a unos 150 millones de kilómetros de distancia. Imaginémonos también que esa esfera gira asimismo alrededor del mencionado reactor nuclear y que algunas de sus partes se calientan más en según qué momentos de esa órbita de traslación. E imaginémonos por último que esa mezcla gaseosa recibe continuamente aportaciones desde la superficie sobre la que está situada, generalmente de forma pausada, pero a veces por medio de inyecciones violentas y muy localizadas. Pues, bien, ahora supongamos que, tras observar esa mezcla de gases, se espera de nosotros que seamos capaces de predecir su estado en un punto determinado de la esfera para uno, dos o más días después.¹⁴

De hecho, suele decirse que el tiempo atmosférico es caótico. Por dicho adjetivo se entiende un tipo de comportamiento que muestra una sensibilidad infinita a las condiciones iniciales. «¿El aleteo de una mariposa en Brasil desata un tornado en Texas?», se preguntaba Edward Lorenz, uno de los pioneros de la teoría matemática del caos.¹⁵ La respuesta parece ser que sí y que no. Desde luego, la atmósfera —sobre todo, en la banda de circulación que cubre las latitudes medias— es tan imprevisible como el agua que hierve en una cacerola. Sin embargo, su comportamiento parece ubicarse en algún punto entre la predecibilidad y el caos. A fin de cuentas, si no fuera así y si el efecto mariposa del que hablaba Lorenz fuese el verdaderamente dominante, las previsiones meteorológicas no tendrían éxito alguno. Pese a todo, esto no sirve de especial consuelo a muchos. «El problema de los pronósticos del tiempo —dijo el analista financiero estadounidense Patrick Young— es que aciertan demasiado a menudo como para que no les hagamos caso y se equivocan con demasiada frecuencia como para que nos fiemos de ellos».

LOS OCÉANOS

No he mencionado los océanos, pero esa sería una grave omisión por mi parte. Los mares y océanos son los responsables de transportar aproximadamente la mitad del calor que se transfiere desde el ecuador hasta los polos, lo que los convierte en un factor tan importante en ese sentido como la propia atmósfera.

En el Atlántico Norte, por ejemplo, el agua caliente del golfo de México viaja hacia el norte y pasa al lado de la costa occidental de Europa, lo que aumenta significativamente la temperatura de esa región con respecto a la de otras masas continentales situadas en latitudes comparables, como la de Canadá. Cuando se acerca al polo, parte de esa agua se congela y forma la banquisa o hielo marino. Como, al helarse, pierde su sal, se incrementa la salinidad del agua de mar restante. Dado que la sal es relativamente pesada, el agua líquida se hunde hacia el fondo del océano. Allí fluye por encima del fondo marino de vuelta al golfo de México. El resultado es una cinta transportadora oceánica reminiscente de la formada por la célula de Hadley en la atmósfera: el agua caliente fluye hacia el norte, donde se enfría y se hunde, y de donde regresa rumbo al sur, pero a un nivel más próximo al fondo del océano.

Ahora bien, los océanos hacen más que transportar calor del ecuador a los polos. También almacenan calor, que luego liberan lentamente. Eso nivela las variaciones de temperatura entre, por ejemplo, el verano y el invierno.

La existencia de las estaciones se debe a que la Tierra no gira siempre con su ecuador apuntando directamente hacia el Sol. Nuestro planeta rota con su eje inclinado 23,5 grados respecto a la vertical. Eso significa que, durante un determinado periodo de la órbita terrestre, el hemisferio norte está inclinado hacia el Sol y eso da lugar allí al verano (y al invierno en el hemisferio sur) y, seis meses después, está inclinado hacia el lado contrario al del Sol y eso da lugar al invierno (y al verano en el hemisferio sur). Además, la órbita terrestre no es circular, sino elíptica, y el verano en el sur coincide con el momento en que la Tierra está más cerca del Sol.¹⁶

Como el ecuador no siempre apunta directamente hacia el Sol, tampoco es el punto más caliente de la superficie de la Tierra en todo momento. De hecho, ese punto (el llamado punto subsolar) migra de un hemisferio a otro con el paso de las estaciones y, con él, migra íntegro también el sistema de tres bandas de circulación del aire en cada hemisferio.

Los océanos desempeñan un papel importante en todo ello porque almacenan calor: mucho más calor que la atmósfera en realidad. Tras calentarse durante el verano, van liberando paulatinamente ese calor durante el invierno. Eso significa que el momento más frío del invierno en cualquiera de los dos hemisferios no se registra durante el solsticio invernal (cuando el hemisferio en cuestión apunta en el sentido más opuesto al Sol), sino unos meses después. Del mismo modo que la atmósfera nivela los extremos térmicos entre el día y la noche, los mares nivelan los extremos térmicos entre el verano y el invierno.

EL CLIMA

El clima, a diferencia del tiempo (que es la variación diaria de las condiciones atmosféricas), se define como «el estado medio de la atmósfera y los mares a lo largo de periodos de tiempo más prolongados que los relacionados con el tiempo meteorológico». Normalmente, esos periodos son de treinta o más años. «El clima es lo que esperamos tener —dijo Mark Twain—. El tiempo es lo que tenemos».

Uno de los descubrimientos más llamativos realizados por la ciencia es que el clima de la Tierra no siempre ha sido como es ahora. Por ejemplo, nada menos que un 90 % del último millón de años han sido épocas de glaciación, periodos de temperaturas globales deprimidas que se caracterizan por la formación de extensas capas de hielo en los hemisferios norte y sur.

Se cree que uno de los factores desencadenantes de las glaciaciones son los ciclos naturales de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, causados por la atracción gravitatoria de este, de la Luna y de otros planetas. A lo largo de un periodo de cien mil años, por ejemplo, la órbita elíptica de la Tierra alterna entre un momento de mínima excentricidad y otro de máxima: pasa de ser casi circular a achatarse por su eje menor (el estrecho) y alargarse por su eje mayor (el ancho) hasta un tope, a partir del cual vuelve a perder excentricidad. Paralelamente, a lo largo de un periodo de 42.000 años, el eje de rotación terrestre (actualmente inclinado 23,5o con respecto a la vertical) se va inclinando aún más hasta que alcanza un punto máximo, a partir del cual vuelve a aproximarse de nuevo a la vertical. Y a lo largo de un periodo de 26.000 años, el eje de rotación de la Tierra cambia de orientación en el espacio y gira en torno a la vertical, formando una circunferencia completa alrededor de esta.¹⁷ Estos ciclos, llamados «de Milanković», hacen que varíe la cantidad de luz solar que incide sobre la superficie de la Tierra.

Pero no son solo las variaciones en la cantidad de luz del Sol que intercepta nuestro planeta las que se cree que dan lugar a las glaciaciones. También influyen ciertas variaciones intrínsecas en el propio Astro Rey. El Sol es en realidad una estrella sorprendentemente estable y su potencia calorífica fluctúa menos de un 1 % a lo largo de todo un ciclo solar.¹⁸ Se trata de una variación demasiado pequeña como para tener un efecto relevante por sí sola en el clima terrestre. No obstante, esa ligera fluctuación en la potencia calorífica total va acompañada de una variación de hasta el 100 % en la radiación solar ultravioleta.¹⁹ Esta luz de energía elevada destroza moléculas situadas a gran altitud, como las del ozono de la estratosfera (la capa atmosférica situada justo por encima de la del tiempo meteorológico, la troposfera). Puesto que esas moléculas ejercen una importante función reguladora del transporte del calor que desciende por la atmósfera, cualquier repunte en la emisión de luz solar ultravioleta puede provocar un efecto muy apreciable en el clima terrestre.

De todos modos, no solo los cambios en la cantidad de luz solar que incide sobre la superficie de la Tierra influyen a la hora de desencadenar las glaciaciones. También hay factores desencadenantes que son mucho más de este mundo (literalmente), como el movimiento de los continentes.²⁰ Hubo un tiempo, por ejemplo, en que América del Sur estaba unida a la Antártida. El agua templada fluía desde el ecuador bajando directamente a lo largo de la costa de Sudamérica hasta la de la Antártida, y mantenía este último continente libre de hielo. Sin embargo, hace unos 33 millones de años, ambos continentes se separaron. De pronto, gracias a la apertura del pasaje de Drake entre América del Sur y la Antártida, el agua pudo circular en dirección oeste-este entre los océanos Pacífico y Atlántico. Al fluir esa agua principalmente de oeste a este, en vez de hacerlo de norte a sur como antes, el flujo de calor hacia la Antártida quedó significantemente reducido y, de resultas de ello, el hoy Continente Helado se heló.

Un parecido cambio en la circulación de las aguas oceánicas podría producirse en el Atlántico Norte por culpa del calentamiento global de origen humano. En la actualidad, el agua templada fluye desde el golfo de México en dirección noreste, pasando frente a la costa atlántica de la Europa occidental. Llegada a su destino, esa agua se enfría, se hunde y regresa a su punto de origen, más cálido. Esta cinta transportadora de agua templada mantiene la costa oeste de Europa dentro de un rango de temperaturas relativamente templadas. Sin embargo, el deshielo permanente de la banquisa polar podría alterar el flujo de calor desde el ecuador hacia el polo. Ello se debe a que, cuando se forma inicialmente ese hielo oceánico, expulsa la sal que llevaba disuelta el agua. Por consiguiente, el deshielo de la banquisa hará que el agua oceánica sea menos salada y, al mismo tiempo (y esto resulta realmente importante), menos pesada, por lo que ya no se hundirá como lo hace ahora. Y el mismo efecto tendrá el agua dulce del hielo continental que se derrita en Groenlandia. El resultado de todo ello podría ser una interrupción sustancial de la mencionada cinta transportadora del Atlántico Norte, lo que haría que las temperaturas frente a la costa europea se desplomasen hasta niveles más propios de su latitud (es decir, más parecidos a los de Winnipeg, en Canadá). Por supuesto, la Tierra seguirá teniendo que transportar calor del ecuador a los polos. Pero las corrientes de aire y los flujos este-oeste a través del (para entonces) deshelado océano Ártico podrían asumir esa función, de manera muy parecida a como sus homólogos en el polo Sur la asumieron hace 33 millones de años, cuando Sudamérica se separó de la Antártida.

De todos modos, las glaciaciones más recientes no han sido nada comparadas con algunas de tiempos mucho más antiguos. Se cree que el mundo atravesó dos periodos durante los que el hielo se extendió por su superficie sin solución de continuidad desde los polos hasta el ecuador. Estos episodios, conocidos como «Tierra bola de nieve» o superglaciaciones, ocurrieron hace 650 millones de años y 2.200 millones de años aproximadamente. Las causas son objeto de debate. Pero una explicación probable del más antiguo de esos episodios es que fuese causado por algas verdeazuladas que, de pronto, adquirieron por vía evolutiva la capacidad de dividir las moléculas de agua y de liberar oxígeno a través de la fotosíntesis. Esa novedad acaeció unos 2.300 millones de años atrás. El oxígeno emitido por aquellas cianobacterias destruyó el metano (un gas de efecto invernadero muy abundante hasta entonces en la atmósfera) que mantenía caliente la superficie del planeta.

Cualquier planeta totalmente recubierto de hielo refleja la luz solar de vuelta hacia el espacio. Por esa razón, es probable que la Tierra se mantuviera atrapada en cada una de esas dos superglaciaciones durante millones de años. Probablemente fueron las erupciones volcánicas las que pusieron fin a ambos periodos superfríos, pues la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera a que dieron lugar propició un efecto invernadero que fue calentando progresivamente la Tierra hasta deshelarla.

CALENTAMIENTO POR EFECTO INVERNADERO

El dióxido de carbono es el conocido subproducto de la combustión de combustibles fósiles como el petróleo y el carbón, y la concentración de ese gas en la atmósfera no ha dejado de crecer desde los inicios de la era industrial. Durante ese mismo periodo, y como cabía esperar, la temperatura global ha experimentado también un ascenso constante pues el CO₂ es muy eficaz reteniendo calor en la atmósfera.

El mecanismo es el siguiente. El dióxido de carbono —y el resto de gases que componen la atmósfera— son transparentes a la luz visible procedente del Sol (si no lo fueran, no podríamos ver nuestra estrella desde aquí). La luz solar atraviesa sin obstáculos, pues, el aire de nuestra atmósfera y calienta el suelo del planeta. Este suelo, a su vez, calienta el aire, lo que explica por qué la temperatura es mayor a nivel de mar y decrece a medida que aumenta la altitud en la troposfera (que es el ámbito en el que se manifiesta el tiempo atmosférico).

Para ser exactos, el suelo terrestre brilla con la radiación calorífica propia de un cuerpo que está a una temperatura de unos 20 oC. Esa radiación de infrarrojo lejano es absorbida a su vez por el dióxido de carbono presente en la atmósfera. Con ello, impide (por así decirlo) que el calor de la Tierra escape al espacio, pues, de ese modo, queda atrapado en la atmósfera. Eso no es exactamente lo que ocurre en un invernadero, pues tales instalaciones están hechas con cubiertas transparentes a la luz solar que constituyen luego una barrera física a la salida del aire caliente ascendente (por convección). Aun así, el dióxido de carbono está considerado de forma generalizada como un gas de efecto invernadero.

En realidad, el gas de efecto invernadero más importante en la atmósfera es el vapor de agua, que es responsable de un 75 % del efecto de calentamiento de origen atmosférico (frente al 20 % atribuible al CO₂). Debemos mucho a esos gases invernadero, pues, sin ellos, la temperatura media de la superficie de la Tierra sería de unos gélidos –18 oC.

No obstante, si los seres humanos continuamos añadiendo cada vez más dióxido de carbono a la atmósfera, la temperatura global no dejará de aumentar. «El cambio geológico suele tardar miles de años en producirse, pero nosotros estamos viendo cambiar el clima, no ya a lo largo de nuestra vida, sino incluso año tras año», advirtió el químico inglés James Lovelock.

Tanto la capa de hielo continental de Groenlandia como la de la Antártida se están derritiendo ya actualmente. Pero ese deshielo se acelerará y hará que aumente significativamente el nivel del mar a escala global, con lo que extensas áreas costeras bajas quedarán inundadas. La circulación de las aguas oceánicas y del aire de la atmósfera cambiará de un modo imprevisible, con las consiguientes (y preocupantes) implicaciones que eso tendrá para los 7.000 millones de habitantes humanos de la Tierra. Nadie sabe adónde nos llevarán todos esos procesos. De todos modos, la naturaleza tiene un ejemplo muy didáctico que enseñarnos acerca de cuál podría ser uno de nuestros escenarios de futuro global: Venus.

Situado con respecto al Sol a unas dos terceras partes de la distancia que separa la Tierra del Astro Rey, Venus perdió su agua en una fase temprana de su historia como planeta. Básicamente, fue el calor adicional procedente del Sol que allí se recibe el que hizo que sus océanos primitivos comenzasen a evaporarse. Tratándose de un potente gas de efecto invernadero, el vapor de agua hizo que el planeta se calentase más aún, lo que provocó la evaporación de más masa oceánica, lo que a su vez aceleró el calentamiento, etcétera. Este efecto invernadero desenfrenado, teorizado por vez primera en 1961 por Carl Sagan y William Kellogg, terminó desecando los océanos venusianos por completo. Hoy no apreciamos señal alguna de su existencia previa porque, una vez alcanzaron la parte superior de la atmósfera, los rayos ultravioleta de alta energía procedentes del Sol dividieron las moléculas de agua en sus átomos de hidrógeno y oxígeno constituyentes, que, arrastrados luego por el viento solar, terminaron abandonando el planeta. Al final, pues, los océanos de Venus se perdieron en el espacio.

En la Tierra, el dióxido de carbono de los volcanes es transportado de la atmósfera al suelo por la acción de la lluvia. Pero eso ya no fue posible en Venus después de que el agua desapareciera de aquel planeta. Por ello, sus niveles de dióxido de carbono atmosférico no dejaron de aumentar. En la actualidad, hay tanto CO₂ en la atmósfera de Venus como lo habría en 92 atmósferas terrestres juntas. Eso no solo genera una presión aplastante sobre la superficie venusiana —equivalente a la presión que se registra a casi un kilómetro de profundidad en los mares de la Tierra—, sino que el efecto de calentamiento debido a la acción de los gases invernadero origina una temperatura suficientemente elevada como para fundir plomo. El planeta entero está envuelto en una impenetrable cobertura de nubes de ácido sulfúrico, formadas por el dióxido de azufre vomitado por los volcanes. Venus, en resumidas cuentas, es un infierno.

Como la Tierra está más alejada del Sol que Venus, no es tan evidente que nuestro calentamiento del planeta pudiera desencadenar finalmente una catástrofe parecida por un efecto invernadero descontrolado. Pero tanto si nosotros somos los responsables de ello como si no, lo cierto es que, algún día, ese efecto se obrará de forma natural.

Y será así porque el Sol se está calentando paulatinamente a medida que quema sus reservas de combustible hidrógeno.²¹ De hecho, actualmente es un 30 por ciento más brillante que cuando nació, 4.550 millones de años atrás.²² En el futuro, a medida que el Sol vaya adquiriendo mayor luminosidad aún, una proporción cada vez mayor de la masa hídrica de los mares y los océanos se convertirá en vapor de agua, que a su vez atrapará más calor en la atmósfera, lo que ayudará a transformar más agua en vapor, y así sucesivamente. En ese planeta, cada vez más sofocante, el dióxido de carbono atrapado hasta entonces en rocas carbonatadas, como las de los acantilados blancos (de creta) de la costa sur de Inglaterra, empezará a fugarse de su prisión rocosa y pasará a la atmósfera, donde atrapará más calor del Sol, lo que generará mayor calentamiento global, lo que a su vez impulsará la filtración de más CO₂ a la atmósfera. Llegará un momento, que se calcula en torno al año 1.000 millones d. C., en el que los océanos se habrán secado completamente por ebullición de su material hacia el espacio, y la atmósfera terrestre estará compuesta principalmente de dióxido de carbono. Da la casualidad, además, de que la Tierra tiene más o menos la misma cantidad de dióxido de carbono atrapado en rocas carbonatadas que la que Venus tiene actualmente en su atmósfera superdensa. Por lo tanto, cuando todo ese CO₂ se transfiera a nuestro entorno atmosférico, la Tierra pasará a ser una réplica casi exacta de Venus.

Pero no terminará ahí la odisea del planeta. En unos 5.000 millones de años, el Sol habrá agotado todo el hidrógeno de su núcleo que utiliza como combustible. Entonces se hinchará hasta convertirse en una monstruosa gigante roja superluminosa que bombeará diez mil veces más calor del que emite en la actualidad. Si esa estrella inflada no engulle del todo a nuestro planeta —como sin duda engullirá a Mercurio y Venus, mundos más cercanos a ella—, lo que desde luego sí hará será reducir la Tierra a una simple escombrera calcinada y ennegrecida.²³

De todas formas, nuestros descendientes —si es que alguno de ellos sobrevive hasta entonces— ya habrán tenido que ingeniárselas mucho antes para abandonar el Sistema Solar y buscar otro planeta en el que vivir. «La Tierra es la cuna de la humanidad —dijo el pionero siberiano de la aeronáutica espacial Konstantin Tsiolkovski—. Pero la humanidad no puede quedarse en su cuna para siempre».

CUARTA PARTE

EL FUNCIONAMIENTO INTERNO

DE LAS COSAS

14

TODOS SOMOS MÁQUINAS DE VAPOR

La termodinámica

Más de una vez he preguntado a interlocutores presuntamente cultos si alguno de ellos podía describir la segunda ley de la termodinámica. La respuesta era fría: ninguno podía hacerlo. Y, sin embargo, esa pregunta mía era el equivalente científico de «¿ha leído usted alguna obra de Shakespeare?».

C. P. SNOW, «Las dos culturas», 1959

Todas nuestras acciones, empezando por la digestión y terminando por la creación artística, quedan plasmadas por la esencia del funcionamiento de una máquina de vapor.

PETER ATKINS,

Las cuatro leyes del universo

¿Cuánta energía procedente del Sol atrapa la Tierra? La respuesta es cero. Pensemos un poco. En un día de mucho calor, sin el cobijo de una sombra, sudamos. Con ello despedimos calor con la misma rapidez con la que nuestro cuerpo lo absorbe. Si no lo hiciéramos así, iríamos aumentando progresivamente de temperatura hasta desplomarnos por un golpe de calor. La Tierra hace algo parecido: irradia calor hacia el espacio al mismo ritmo al que lo recibe del Sol. Si no lo hiciera, se iría calentando cada vez más y sus rocas terminarían por volverse de la misma consistencia que la miel.¹

Pero, si la Tierra no obtiene energía neta del Sol, ¿qué obtiene en realidad? Después de todo, algo impulsa toda la actividad (incluida la actividad biológica) que se desarrolla en la Tierra. Para entenderlo, la clave está en que no prestemos tanta atención a la cantidad de energía que llega del Sol como a la calidad de esa energía. El calor irradiado por la Tierra hacia el espacio es de peor calidad que el calor del Sol que nuestro planeta intercepta. La Tierra extrae algo de él. Pero ¿qué?

Para responder a esa pregunta, antes hay que saber que la Tierra es como una máquina de vapor. De hecho, como bien ha escrito el químico inglés Peter Atkins, «todos somos máquinas de vapor».² Que no nos confunda esa idea: una máquina de vapor es, en esencia, un mecanismo muy simple. Básicamente, consiste en un recipiente cerrado a elevada temperatura lleno de vapor. El vapor empuja una pared móvil del recipiente —un pistón— contra la presión del aire del exterior. Al hacerlo, el vapor termina condensándose como agua a una temperatura más baja: concretamente, a la temperatura del aire circundante. Eso es todo.

Centrémonos por un momento en el pistón. Cuando algo se mueve contra una fuerza opuesta se dice que realiza un trabajo. Eso es justamente lo que hace un pistón al moverse contra la oposición que ejerce la presión del aire del exterior. Todo en la Tierra está trabajando en estos momentos. Nuestros músculos realizan un trabajo cada vez que levantamos un pie venciendo la fuerza de la gravedad. Los electrones de la corriente que fluye por nuestro ordenador realizan un trabajo al moverse contra la fuerza resistiva de los átomos que bloquean su trayecto. Sin trabajo, no habría actividad. Todo lo que hay en el mundo estaría simplemente ahí quieto, inerte, inactivo, para el resto de la eternidad.

En el caso de una máquina de vapor, lo que realiza el trabajo es una energía calorífica que parte de una temperatura elevada y termina a otra más baja. Y eso es exactamente lo que ocurre también con la Tierra. El trabajo lo realiza una energía calorífica que comienza estando a una temperatura elevada (los 5.500 oC característicos del Sol) y alcanza finalmente una temperatura sensiblemente más moderada (los 20 oC típicos de la superficie terrestre). Sin embargo, en vez de impulsar un simple pistón, esa energía lo propulsa todo: desde las turbulencias de los huracanes hasta el nadar de los peces o las reacciones bioquímicas que mantienen nuestro cuerpo a los 37 oC idóneos para nuestras funciones vitales.

Es evidente, pues, que es la temperatura la que hace que la energía calorífica irradiada por la Tierra sea cualitativamente diferente de la energía calorífica que nuestro planeta intercepta.³ Pero ¿por qué el trabajo lleva asociado un cambio térmico? Para responder a esta pregunta, es necesario comprender qué son el calor y el trabajo.

El calor es movimiento desordenado. Si pudiéramos observar las moléculas del vapor, las veríamos revolotear aleatoriamente como un enjambre de abejas irritadas. Si pudiéramos contemplar los átomos de una barra de hierro incandescente, los veríamos sacudirse al azar respecto a sus posiciones fijas. El trabajo, por el contrario, es movimiento ordenado. Si un pistón se mueve, o si un músculo de un brazo se contrae, numerosos átomos se desplazan al unísono, como en formación.

Pues, bien, esto es lo que sucede cuando el vapor de un recipiente cerrado trabaja empujando un pistón. Las moléculas de vapor impactan contra el pistón como infinitas gotas de lluvia contra un tejado de cinc.⁴ Aunque cada molécula por separado tiene únicamente un efecto de empuje ínfimo, juntas acumulan ímpetu suficiente para mover la masa del pistón.

La temperatura es un indicador de la velocidad media de los constituyentes microscópicos de un cuerpo (sus átomos, por ejemplo); así, mientras que los átomos de un cuerpo caliente se mueven con rapidez, los de uno frío lo hacen más lentamente. Y cada molécula de vapor, al impartir su minúscula fuerza de empuje al pistón, pierde algo de su energía de movimiento: pierde parte de su velocidad.⁵ Por lo tanto, el precio de realizar un trabajo con el pistón se cobra en forma de un descenso de la velocidad media de las moléculas o, lo que es lo mismo, una disminución de la temperatura del vapor.

Pero hay un aspecto sutil que tener en cuenta. Me refiero a algo que nos llevará de vuelta al caso de la Tierra y el Sol y que posiblemente es una de las ideas de más profunda signifi- cación en toda la ciencia: la segunda ley de la termodinámica.

¿Cuánto calor puede ser convertido en trabajo útil para el pistón? Ingenuamente podríamos pensar que todo. A fin de cuentas, una de las leyes básicas de la física (de hecho, la primera ley de la termodinámica) estipula que la energía no puede crearse ni destruirse, sino solo transformarse. Por ejemplo, la energía eléctrica puede ser convertida en energía lumínica y calorífica en una bombilla; la energía química puede convertirse en la energía cinética (o del movimiento) de los músculos de nuestro cuerpo, etcétera. Sin embargo, la ley de la conservación de la energía —que es el nombre más común por el que se la conoce— nos indica únicamente lo que es posible en principio, pero no lo que es posible en la práctica.⁶

El problema de aprovechar el vapor para impulsar un pistón es que, en ese acto, se utiliza un movimiento microscópico aleatorio para propulsar un movimiento masivo ordenado. Y es que, si bien algunos de los átomos del vapor «vuelan» en la misma dirección exacta del movimiento del pistón, la gran mayoría no lo hace; de hecho, algunos de ellos «vuelan» trazando trayectorias perpendiculares a las de la dirección del pistón, con lo que su efecto de empuje es nulo. Desde luego, no toda la energía cinética de las moléculas de vapor es utilizable, ni toda ella puede ser convertida sin pérdida en la energía cinética del pistón. Por lo tanto, una máquina de vapor nunca podrá ser eficiente al 100 %.⁷

Ese, en realidad, es un enunciado de la segunda ley de la termodinámica, que el físico británico lord Kelvin formuló así en el siglo XIX: «El calor no puede transformarse en trabajo con un 100 % de eficiencia». No se puede decir que sea una versión particularmente fascinante o reveladora de la ley: desde luego, dista mucho de insinuar el supremo poder que esta tiene como principio general y sus profundas implicaciones para la vida, para el universo y para el conjunto de todo lo que existe. Para percibir mejor todas estas implicaciones, se necesita comprender el concepto de la entropía.

La entropía, definida a grandes trazos, es el grado de desorden microscópico de un sistema como el constituido por un recipiente cerrado lleno de vapor. Cuando una cantidad de calor, Q, se añade al sistema a una temperatura, T, la entropía de este, S, se incrementa en Q/T. Puede parecer una idea desconcertante, pero no es en absoluto ajena al sentido común.

La temperatura es un indicador de lo enérgicamente que se mueven los átomos de un cuerpo o sustancia. En el caso de un cuerpo a baja temperatura, por ejemplo, añadirle calor es como estornudar en una biblioteca o en cualquier lugar que estuviera en silencio hasta ese momento. En el caso de un cuerpo que está a una temperatura elevada, sin embargo, añadir exactamente la misma cantidad de calor de antes es como estornudar en una arteria comercial muy bulliciosa. Su efecto es reducido: es decir, produce solamente un pequeño incremento del desorden, de la entropía.

El vapor de una máquina de vapor está inicialmente a gran temperatura. La energía que lo abandona para impulsar el pistón reduce, pues, la entropía de dicho vapor, pero solo en una pequeña dosis (recordemos el estornudo en una calle animada). Pero la energía va a parar a un área circundante que está a una temperatura inferior. Con ello, aumenta sustancialmente la entropía de ese entorno (recordemos el estornudo en la biblioteca).⁸ Por así decirlo, el resultado de realizar un trabajo sobre el pistón es un incremento neto de la entropía del conjunto formado por el sistema y su entorno inmediato.

Y eso es algo que sucede siempre. Cuando se realiza un trabajo, la entropía del universo aumenta sin remedio. De hecho, esa es la formulación definitiva de la segunda ley de la termodinámica, que es posiblemente la más trascendental de todas las leyes de la física. «El principio que establece que la entropía siempre va en aumento ocupa, según mi parecer, la posición suprema entre las leyes de la naturaleza —escribió el físico británico Arthur Eddington—. Ninguna teoría que se contradiga con el segundo principio de la termodinámica tiene otra esperanza que no sea la de verse abocada a la mayor de las humillaciones».⁹

En el caso de la Tierra, nuestro planeta absorbe energía calorífica del Sol con una temperatura característica de 5.778 kélvins¹⁰ y vuelve a irradiar al espacio energía calorífi- ca a una temperatura de unos 300 kélvins.¹¹ Eso equivale a un enorme incremento neto de la entropía.¹² Es el precio que paga el universo por la apabullante multitud de procesos de trabajo impulsados aquí, en la Tierra.

Al contrario de lo que indica la creencia popular, la Tierra no padece una crisis energética, pues, básicamente, no consume ninguna energía neta del Sol. Lo que sí tiene la Tierra, en realidad, es una crisis de entropía. En cuanto ha realizado un trabajo, el calor pasa a ser un calor a menor temperatura, lo que significa que se convierte en una energía más desordenada y de peor calidad, con una capacidad más limitada para hacer un trabajo adicional. Recordemos que, después de todo, una máquina de vapor solo puede realizar más trabajo si expulsa calor a temperaturas progresivamente más bajas. Ahora bien, en la práctica, existe un límite mínimo absoluto que viene fijado por la temperatura del aire circundante. En cuanto el calor alcanza esa temperatura, resulta ya imposible expulsarlo a cualquier otra que sea más baja aún, lo que significa que no puede producir ningún trabajo adicional.

CÓMO HACE FRENTE LA VIDA A LA TENDENCIA A LA ENTROPÍA EN AUMENTO

Pero si la entropía —el desorden— no deja nunca de aumentar, ¿cómo es que tenemos la sensación de vivir en un mundo de orden? Y más concretamente, ¿cómo afrontan los seres vivos (que son lo más estructurado y alejado del desorden que nos podamos imaginar) la tendencia a la entropía creciente?

La respuesta es que la segunda ley hace referencia exclusivamente al incremento de la entropía total. Cuando se crea una célula, todas las reacciones químicas necesarias para formar la membrana y la maquinaria interior de aquella generan calor. Ese calor dispara la entropía del entorno celular en mucho mayor grado de lo que la construcción de la célula reduce dicha entropía. Así pues, la vida exporta desorden al universo.

Y del mismo modo que todos los procesos que tienen lugar en la Tierra están impulsados en último término por la diferencia de temperatura entre el Sol y nuestro planeta, todos los procesos que se dan en el universo están impulsados en último término por la diferencia de temperatura entre las estrellas (cuerpos calientes) y el espacio vacío (que está frío).¹³ Recuérdenlo la próxima vez que contemplen un cielo estrellado en una noche despejada.

Pero esto sigue sin explicar cómo hace frente la vida a la tendencia al desorden continuamente creciente. A fin de cuentas, siempre que se produce un trabajo, por espontáneamente que sea —por ejemplo, cuando se cae una teja de un tejado y se estrella contra el suelo, donde crea energía calorífica y sonora—, no deja de incrementarse la entropía. Pero la respuesta a esa pregunta es que la vida es muy lista. Pensemos en un gran peso izado por medio de una polea hasta una altura elevada (por analogía a lo que sería una temperatura alta). Si ese peso cae, puede realizar un trabajo (impulsando las manecillas de un reloj de pie, por poner un caso). Pero al mismo tiempo, es inevitable que genere calor (ya sea por el rozamiento de la cuerda contra la polea, ya sea por la fricción en el mecanismo interno del reloj, etcétera), lo que aumenta la entropía. Aun así, digamos que las cosas han sido preparadas de tal modo que, al caer el peso, este iza simultáneamente otro peso más pequeño. Eso crea un poco de orden y, con ello, reduce ligeramente la entropía. Posteriormente, si ese peso más pequeño cae, también puede realizar su parte de trabajo. Digamos que se ha dispuesto lo necesario para que, cuando caiga ese peso pequeño, ice otro más pequeño aún: eso volvería a crear un poco más de orden y haría disminuir la entropía algo más.

Pues, bien, así es como la vida se alimenta de la energía calorífica, degradándola a una energía calorífica de menor calidad y, al mismo tiempo, creando más orden. Obviamente, no utiliza pesos y poleas, sino toda una serie de otros trucos, pero el principio es el mismo. Las plantas, por ejemplo, absorben luz solar y la usan para crear sustancias químicas ricas en energía: el equivalente de izar un peso pequeño que pueda ser utilizado posteriormente para realizar un trabajo. Poniendo en marcha una impresionante cascada de procesos químicos adicionales, la vida exprime hasta la última gota de trabajo posible de la energía solar antes de deshacerse del desecho final, convertido en calor de baja calidad, la escoria inaprovechable del universo.

La vida crea orden a costa de generar mucho más desorden, el cual exporta a su entorno colindante. La biosfera de la Tierra es una isla de organización en un mar cósmico de caos. «La vida es la solución de la naturaleza al problema de cómo preservar información¹⁴ a pesar de la segunda ley de la termodinámica», ha escrito Howard Resnikoff.¹⁵

MUERTE TÉRMICA

No hay duda de que, desde un punto de vista global, no hay proceso en el universo que se oponga a la tendencia al desorden implacablemente creciente. En el siglo XIX, cuando los físicos admitieron esa realidad por vez primera, esta los sumió en una especie de profunda consternación. Después de todo, si la entropía no deja nunca de ir en aumento, es lógico suponer que, tarde o temprano, el universo alcanzará un estado de entropía máxima. Llegado ese momento, todo el calor existente en el universo se habrá reducido a su más degradado estado. No habrá ya, pues, diferencias de temperatura que impulsen actividad alguna. En ese estado de hastío cósmico, que el físico decimonónico alemán Rudolf Clausius llamó de «muerte térmica», toda la maquinaria cósmica se parará de golpe. El universo, por citar las palabras del poeta T. S. Eliot, pondrá fin a su existencia «no con un golpe seco, sino con un largo plañido».¹⁶

Por lo que sabemos, no hay modo alguno de que el universo pueda escapar a tan triste destino. Surge entonces una pregunta interesante: ¿cuán cerca está el universo de esa muerte térmica? Y la respuesta es: mucho más cerca de lo que se imaginan ustedes. Aunque pudiera parecer que son las innumerables estrellas que bombean luz estelar aleatoria a lo largo y ancho del universo las grandes generadoras del desorden que hay en este, se trata de una percepción errónea. La mayor parte del desorden del universo está atrapado en realidad en los rescoldos de la gran bola de fuego del big bang. Por increíble que parezca, 13.800 millones años después del inicio mismo del tiempo, esa radiación cósmica de fondo continúa impregnando hasta el último rincón del universo. Muy enfriada por la expansión de este a lo largo de esos 13.800 millones de años, hoy se nos presenta como un tipo de luz del infrarrojo lejano invisible a simple vista. Si la luz estelar representa apenas un 0,1 % de todos los fotones (las partículas de luz) presentes en el universo, la radiación cósmica de fondo supone nada menos que el 99,9 % de los mismos.

El dato clave que hay que tener en cuenta es que la radiación de esa bola de fuego se liberó de la materia —se creó, en esencia— apenas 379.000 años después del big bang en sí. Por consiguiente, el universo ha estado durante la mayor parte de su existencia cercano a la «muerte térmica» en términos relativos. Aun así, sigue habiendo sobrado margen para el aumento de la entropía cósmica. Quedan, de hecho, unas cuantas decenas de billones de años hasta ese inevitable momento futuro en que las estrellas hayan desaparecido por completo y el universo quede sumido en una noche sin fin.

Entretanto, animémonos recordando unas palabras del físico alemán Arnold Sommerfeld. Este, a propósito de la termodinámica, escribió: «La primera vez que la estudiamos, no entendemos nada. La segunda vez, pensamos que la hemos entendido salvo en uno o dos puntos menores. La tercera vez, nos damos cuenta de que no la entendemos, pero, para entonces, estamos tan acostumbrados a ella que eso ha dejado ya de importarnos».

15

MAGIA SIN MAGIA

La teoría cuántica

Dios no juega a los dados con el universo.

ALBERT EINSTEIN

¡Deje de decirle a Dios lo que debe hacer con sus dados!

NIELS BOHR

La teoría cuántica es la mejor descripción que tenemos del mundo microscópico de los átomos —los componentes elementales de la materia corriente— y sus constituyentes. Es, además, una teoría que ha cosechado éxitos fantásticos. No solo nos ha traído los láseres, los ordenadores y los reactores nucleares, sino que también ha aportado una explicación de por qué brilla el Sol y por qué es sólida la tierra sobre la que nos sostenemos.

Pero, además de ser una receta muy fecunda para hacer y comprender cosas, la teoría cuántica abre una ventana con inigualadas vistas a ese extraño mundo de Alicia en el país de las maravillas, contrario a toda lógica del sentido común, sobre el que se sustenta la realidad cotidiana: un lugar donde un mismo átomo puede estar en dos sitios a la vez, donde las cosas suceden sin razón alguna en absoluto y donde dos átomos pueden influirse entre sí de forma instantánea aunque estén en extremos opuestos del universo.

¿CÓMO SURGIÓ LA TEORÍA CUÁNTICA?

La teoría cuántica nació de una contradicción entre dos grandes teorías de la física: la teoría de la materia y la teoría de la luz. La teoría de la materia sostiene que todo está hecho en último término de minúsculos corpúsculos indivisibles: los átomos.¹ La teoría de la luz estipula que esta es una onda que se proyecta desde su fuente como se proyectan las que se forman sobre la superficie de un estanque al caer en ella una piedra, por ejemplo.

Ambas teorías han sido muy fecundas. La teoría de los átomos, por ejemplo, explica el comportamiento de gases como el vapor. Si comprimimos un gas hasta la mitad de su volumen original, este devuelve una fuerza de rebote (una presión) contra las paredes de su recipiente que dobla la inicial, una observación recogida en la ley de Boyle. Esto se explica si la presión viene causada por innumerables átomos diminutos que impactan contra las paredes del recipiente como la lluvia contra un tejado de cinc: cuando el volumen se reduce a la mitad, los átomos tienen solo la mitad de distancia que «volar» entre un impacto contra las mencionadas paredes y el siguiente, por lo que rebotan contra ellas con el doble de frecuencia y, por lo tanto, duplican la presión.

También la teoría de la luz se ha coronado con numerosos éxitos en los planos teórico y práctico. Sin embargo, los fenómenos que explica implican por lo general ondas lumínicas que se solapan las unas sobre las otras y que se refuerzan o se anulan mutuamente. Y, puesto que la distancia entre las sucesivas crestas de una onda lumínica es muy inferior a la anchura de un cabello humano, tales fenómenos de interferencia o difracción son difíciles de apreciar a simple vista sin aplicar el ingenio científico para hacerlos visibles.

El choque entre la teoría de la luz, que establece que la luz es una onda, y la teoría de la materia, desde la que se sostiene que esta está hecha de átomos, se produce justamente (como era de esperar) en el ámbito en el que luz y materia coinciden, y más concretamente, en aquellos casos en los que un átomo «escupe» luz —por ejemplo, en una bombilla— o en los que un átomo «engulle» luz —por ejemplo, en nuestros ojos.

El problema no es difícil de entender. Una onda lumínica es, en esencia, un fenómeno extendido, mientras que un átomo es fundamentalmente un elemento localizado: serían necesarios unos 10 millones de ellos, colocados uno al lado de otro, para abarcar el punto y seguido con el que se pone fin a la presente oración. De hecho, una onda de luz visible es unas cinco mil veces mayor que un átomo. Imaginemos que tuviéramos una caja de cerillas y, al abrirla, saliera de ella un camión de cuarenta toneladas. O, para el caso, que un camión de cuarenta toneladas viniera hacia nosotros, abriéramos una caja de cerillas y todo ese enorme vehículo se colara dentro de ella como si nada. Pues, bien, eso más o menos es lo que ocurre cuando luz y materia coinciden: un átomo tiene que arreglárselas entonces para tragar o expectorar algo que es cinco mil veces mayor que sí mismo.

Lógicamente, algo solo puede ser emitido y absorbido por una cosa tan pequeña y localizada como es un átomo si es también pequeño y localizado. «Nada cabe mejor dentro de una serpiente que otra serpiente», comentó una vez el experto televisivo en supervivencia Ray Mears. El problema es que existen innumerables experimentos que muestran de forma inequívoca que la luz realmente es una onda difusa.

La búsqueda de una solución a esa paradoja supuso una especie de tortura mental para los físicos de la década de 1920. «Recuerdo algunas discusiones […] que proseguían durante horas, hasta muy avanzada la noche, y que terminaban casi en desesperación —escribió el físico alemán Werner Heisenberg—; y, cuando salía después a caminar por el parque vecino, me repetía una y otra vez esta pregunta: “¿Es posible que la naturaleza sea tan absurda como se nos aparece a nosotros en estos experimentos atómicos?”».²

Al final, los físicos se vieron obligados a aceptar algo difícilmente creíble: que la luz es tanto una onda difusa como una partícula localizada. O, mejor dicho, que la luz no es ni una onda ni una partícula. Es otra cosa para la que no tenemos palabra en nuestro idioma ni nada con lo que compararla en el mundo cotidiano. Es tan inaprensible en esencia como pueda serlo el color azul para una persona ciega de nacimiento. «Debemos contentarnos con dos analogías incompletas: la imagen ondular y la imagen corpuscular», dijo Heisenberg.³

Vistas las cosas en retrospectiva, los físicos tal vez no deberían haberse sorprendido tanto de la rareza del mundo submicroscópico. ¿Por qué iba a contener el mundo del átomo —que es 10.000 millones de veces más pequeño que un ser humano— objetos que se comportasen como los del mundo cotidiano? ¿Por qué tendrían que bailar al mismo son, a las mismas leyes de la física?

La luz es algo inaprensible para nuestro intelecto y lo único que podemos hacer es observar facetas suyas por separado. Cuando la luz es absorbida o expulsada por un átomo, vemos su rostro corpuscular, su faceta de partícula: una partícula que llamamos fotón. Cuando la luz se curva y «dobla» esquinas, apreciamos su faceta ondular.⁴ «Los lunes, los miércoles y los viernes, enseñamos la teoría ondular, y los martes, los jueves y los sábados, la corpuscular», bromeó el físico inglés William Bragg en 1921.

Pero resulta que la cosa es mucho peor aún. En 1923, el físico francés Louis de Broglie propuso en su tesis doctoral que no solo las ondas de luz pueden comportarse como partículas localizadas, sino que partículas como los electrones pueden comportarse también como ondas difusas. Según De Broglie, todos los componentes microscópicos de la materia tienen una doble cara: todos ellos comparten una peculiar dualidad onda-partícula. En el fondo, si hay una cosa que saber antes de nada para comprender la teoría cuántica —una cosa de la que prácticamente todo lo demás se sigue lógicamente—, es esta: las ondas pueden comportarse como partículas y las partículas pueden comportarse como ondas.

LAS ONDAS COMO PARTÍCULAS IMPLICAN IMPREDECIBILIDAD

Comencemos por la primera mitad de la frase anterior: las ondas pueden comportarse como partículas. Imagínese que está usted contemplando la calle por una ventana. Tal vez vea pasar un coche o a una mujer con su perro caminando junto a un árbol. Ahora bien, si observa más de cerca, también verá un tenue reflejo de su propia cara mientras mira hacia fuera. Esto se debe a que el vidrio no es un transmisor perfecto. La mayor parte de la luz —pongamos que un 95 %, por ejemplo— lo atraviesa, pero el resto —ese otro 5 %— es reflejado. La pregunta entonces es: ¿cómo es eso posible si la luz se comporta como un flujo de partículas, es decir, como una ráfaga de fotones idénticos disparados cual proyectiles de una ametralladora en miniatura?

Si todos los fotones son idénticos, ¿no deberían verse todos afectados idénticamente por el vidrio de la ventana? Deberían transmitirse todos o reflejarse todos. No parece que pueda haber un modo válido de explicar por qué algunos se transmiten y otros se reflejan. A menos, claro está (y aquí los físicos se vieron obligados a aceptar una versión disminuida o recortada de lo que significa que dos o más cosas sean idénticas en el mundo microscópico), que los fotones tengan idéntica probabilidad de ser transmitidos, e idéntica probabilidad de ser reflejados.

Ahora bien, aceptar algo así (y Einstein fue el primero en percatarse de ello) es una catástrofe para la física. La física es un recetario de fórmulas para predecir el futuro con un 100 % de certeza. La Luna está hoy en un punto A y, según la teoría de la gravedad de Newton, podemos predecir que estará en un punto B determinado mañana con absoluta confianza. Pero, si los fotones tienen solamente una probabilidad particular de ser transmitidos, entonces resulta imposible predecir lo que hará un fotón concreto cuando impacte sobre el vidrio de la ventana. Que lo atraviese o que salga rebotado hacia atrás es pura cuestión de suerte.

Y no estamos hablando del mismo concepto de suerte con el que estamos familiarizados en el mundo corriente. Tal vez pensemos que la bola de una ruleta cae donde cae por pura suerte. Pero, en realidad, si conociéramos el movimiento inicial de la bola, la fricción entre esta y la ruleta, la incidencia de las corrientes de aire presentes en el casino, etcétera, las leyes de Newton predecirían exactamente dónde caería la bola. Que no podamos hacerlo se debe simplemente a que no disponemos todavía de instrumentos con los que medir todas esas variables con la máxima precisión (es decir, con cifras que tengan los suficientes decimales). Podríamos hacerlo en principio, pero no podemos hacerlo aún en la práctica. Sin embargo, en el caso de un fotón incidiendo sobre una ventana, lo que haga (transmitirse o reflejarse) no es predecible ni siquiera en principio. La impredecibilidad cuántica es verdaderamente novedosa.

Además, no son solo los fotones los que son impredecibles en ese sentido fundamental. También lo son todos los demás habitantes de su mismo mundo submicroscópico, desde los neutrones hasta los neutrinos, y desde los electrones hasta los átomos. Tanto horrorizaba la idea a Einstein, que reaccionó pronunciando aquella famosa frase suya: «Dios no juega a los dados con el universo». Pero Einstein se equivocaba.⁵

Todo esto sugiere una pregunta obligada: si el universo en su nivel fundamental es impredecible, ¿cómo es que sabemos que el Sol saldrá mañana o que una pelota irá más o menos hacia allí hacia donde la lanzamos? La respuesta es que la naturaleza nos da a regañadientes con una mano lo que nos quita con la otra. Sí, el universo es impredecible. Pero —y esto es muy importante— la impredecibilidad es predecible. De hecho, en eso consiste la teoría cuántica, que constituye una fórmula para predecir lo impredecible a base de calcular la probabilidad de un suceso o la probabilidad de otro. Y, al final, resulta que eso basta para crear el mundo ampliamente predecible en el que nos encontramos.

Que, en último término, las cosas sucedan aleatoriamente, sin un motivo determinado —como consecuencia de que las ondas se comporten como partículas— ha sido posiblemente el descubrimiento más asombroso en toda la historia de la ciencia. Pero, recuerden, no solo las ondas pueden comportarse como partículas, sino que también las partículas pueden comportarse como ondas. Y la consecuencia de esto último es igualmente sensacional.

LAS PARTÍCULAS COMO ONDAS IMPLICAN SUPERPOSICIONES

Es evidente que, si las partículas pueden comportarse como ondas, pueden hacer exactamente lo mismo que estas. Y algo en particular que las ondas pueden hacer es trivial en el mundo corriente, pero tiene consecuencias ciertamente revolucionarias en el mundo cuántico.

Imaginemos que se presenta un temporal marítimo que levanta olas enormes que baten contra la playa. Imaginemos también que, al día siguiente, la tormenta ha pasado y la superficie del agua del mar está apenas rizada por las ligerísimas ondas que agita la suave brisa que sopla ese día. Cualquier persona que haya observado el mar sabrá que es perfectamente posible que una ola enorme que bate con gran fuerza contra la costa tenga también pequeñas ondas en su superficie. Esa es una propiedad general de todas las ondas: si dos ondas pueden tener lugar por separado, siempre será igualmente posible que haya una combinación (una superposición) de ambas.

Consideremos ahora el caso de una onda cuántica asociada a un átomo, por ejemplo. En realidad, esta es una onda ligeramente peculiar porque es una entelequia matemática. Aun así, podemos imaginarla extendiéndose por el espacio. Lo importante, en cualquier caso, es que, allí donde es grande, existe una probabilidad elevada de hallar el átomo, mientras que, allí donde es pequeña, la probabilidad es baja.⁶

Hasta aquí, nada especialmente problemático.

Pero imaginemos ahora el caso de dos ondas cuánticas. Una es la de un átomo de oxígeno que muestra un pico muy elevado a unos diez metros a nuestra izquierda (lo que indica que existe una alta probabilidad de que el átomo se encuentre allí). Y la otra es la onda cuántica de ese mismo átomo de oxígeno para la que se observa un pico igualmente elevado a unos diez metros a nuestra derecha (es decir, que hay también una probabilidad alta de que lo encontremos en ese otro lugar). Ahora bien, recordemos que una propiedad general de las ondas dice que, si dos de ellas son posibles, también lo es la superposición de ambas. En este caso, sin embargo, tal combinación se corresponderá con un átomo de oxígeno que esté simultáneamente a diez metros a nuestra izquierda y a diez metros a nuestra derecha, o lo que es lo mismo, en dos lugares a la vez. Sería el equivalente de que cualquiera de nosotros estuviera en Londres y en Nueva York al mismo tiempo.

En la práctica, la naturaleza está dispuesta de tal modo que resulta imposible observar algo que está en dos sitios a un tiempo. Eso se debe a que, si intentamos localizar algo, lo que implícitamente buscamos es su propiedad corpuscular (como partícula) y eso nos impide ver una propiedad ondular como la superposición. Entonces, ¿qué importancia tiene todo esto? Pues mucha, porque, aunque es imposible observar algo que está en dos lugares a la vez, sí podemos observar las consecuencias de que ese algo esté en dos sitios simultáneamente. El fenómeno ondular que hace que esto sea posible y que da lugar a toda clase de rarezas cuánticas es lo que llamamos interferencia.

LA INTERFERENCIA

Si alguna vez han visto cómo caen las gotas de lluvia en un estanque, habrán reparado también en las ondas concéntricas que se forman propagándose a partir de cada punto de impacto y que se cruzan y se solapan las unas con las otras. Allí donde las crestas de dos ondas coinciden, se refuerzan mutuamente y dan lugar a una onda mayor; allí donde la cresta de una onda coincide con el seno de otra, se anulan y originan una superficie encalmada. Eso es la interferencia. Imaginemos ahora que insertamos un cartón en vertical en la región de solapamiento entre las ondas producidas por dos gotas de lluvia diferentes. Habrá puntos de ese cartón donde impacten las ondas grandes y otros puntos donde no impacte onda alguna.

Pues, bien, ese experimento fue llevado a cabo para el caso de la luz por el físico y erudito inglés Thomas Young en 1801. Aplicando considerables dosis de ingenio, Young logró idear una situación en la que se produjera un solapamiento entre la luz propagada a partir de dos puntos o focos lumínicos distintos. Cuando insertó una pantalla en la región de solapamiento, apareció proyectada en ella una sucesión de franjas iluminadas y oscuras no muy distinta de lo que sería un código de barras moderno. Aquella era una prueba innegable de que la luz presenta el fenómeno característicamente ondular de la interferencia. Young había demostrado que la luz ondula a través del espacio como el agua en la superficie de un estanque. Nadie lo había notado antes porque las ondas lumínicas son demasiado pequeñas para apreciarse a simple vista.

Debido a la interferencia, el que un objeto cuántico como un electrón pueda estar en dos sitios a la vez es un hecho que tiene consecuencias. He aquí un ejemplo. Imaginemos que lanzamos dos bolos juntos de tal manera que chocan y rebotan entre sí. Si repetimos el intento una y otra vez, veremos que esos bolos se apartan el uno del otro dispersándose en toda clase de direcciones diferentes. Imaginemos una esfera de reloj gigante: después de múltiples lanzamientos, los bolos se habrán desviado ya por todas las horas y los minutos que las manecillas puedan marcar.

Pues, bien, imaginemos ahora dos partículas cuánticas (electrones, por ejemplo) que colisionan y se dispersan de forma parecida a la de los bolos antes mencionados. Si eso ocurre millares y millares de veces, los electrones también se habrán propagado en innumerables direcciones diferentes. Pero habrá algunas de esas direcciones a las que tendrán una mayor propensión que a las demás, mientras que otras tenderán a ser evitadas al máximo. Por así decirlo, habrá números de la esfera del reloj a los que los electrones nunca irán a parar.

La explicación es que existen direcciones en las que las ondas de los electrones se refuerzan entre sí y otras en las que se anulan mutuamente. Estas últimas son direcciones por las que nunca veremos salir a los electrones.

Ese fenómeno de interferencia fue demostrado en 1927 por Clinton Davisson y Lester Germer en Estados Unidos, y por George Thomson en Escocia. Estos físicos hicieron rebotar electrones contra la superficie plana de un cristal y notaron que había direcciones hacia las que nunca salían rebotados. El cristal estaba formado por capas de átomos dispuestas como una barra de pan en rebanadas puesta en vertical. Algunos electrones rebotaban contra la capa superior; otros atravesaban aquella y rebotaban contra la inmediatamente inferior; otros contra la que estaba por debajo de esta, y así sucesivamente. Y las ondas cuánticas de todos esos electrones interferían las unas con las otras. Los realizadores del experimento solo observaron electrones en aquellas direcciones en las que todas las ondas se reforzaban entre sí.

Por su demostración de que los electrones pueden interferir unos con otros y que, por consiguiente, son ondas en realidad, Davisson, Germer y Thomson ganaron el premio Nobel de Física. Lo curioso es que, mientras Thomson recibió el Nobel por demostrar que el electrón no es una partícula, su padre, «J. J.» Thomson, había sido galardonado con ese mismo premio por haber demostrado que sí lo era.⁷ No puede haber mejor ejemplo de la paradoja fundamental de la teoría cuántica.

Lo que nos muestra todo esto es que, aun cuando no sea posible ver una partícula cuántica individual que va en varias direcciones al mismo tiempo, la interferencia significa que ese hecho tiene consecuencias. Las ondas cuánticas de cada una de todas esas direcciones posibles a las que va el electrón interfieren entre sí y se refuerzan en algunas direcciones al tiempo que se anulan mutuamente en otras. De ahí que haya direcciones hacia las que los electrones no van nunca. Y por eso hablamos de la rareza cuántica.⁸

Actualmente, hay en marcha una carrera de alcance mundial por poner las superposiciones —es decir, la capacidad de los átomos y de otras partículas para hacer muchas cosas al mismo tiempo— al servicio de la posibilidad de realizar múltiples cálculos simultáneos. Hay numerosas personas tratando de fabricar un ordenador cuántico, del que se prevé que será capaz de superar infinitamente en rendimiento hasta al más potente de los ordenadores convencionales a la hora de llevar a cabo ciertos tipos de cálculos. La razón por la que hablo de «ciertos tipos de cálculos» es que solo pueden ser aquellos que tengan una única respuesta. Recordemos que es imposible observar a una partícula cuántica realizando múltiples cosas a la vez, y que solo podemos ver la consecuencia de esa multiplicidad de acciones simultáneas. Es asimismo imposible acceder a todos los incontables hilos individuales de un cómputo cuántico: solo nos es accesible la consecuencia, es decir, la respuesta única elaborada a partir del entretejimiento de los susodichos hilos diversos.

¿POR QUÉ NO ES CUÁNTICO NUESTRO MUNDO COTIDIANO?

Fabricar un ordenador cuántico tiene una dificultad extrema porque, si los componentes elementales cuánticos de un aparato así interactúan con su entorno de algún modo, por nimio que parezca, el poder multitarea del ordenador se pierde irrevocablemente. De ahí que un ordenador cuántico deba estar totalmente aislado en una cámara de vacío, para que no incidan en él ni átomos de aire ni fotones de luz. Y es muy complicado conseguir algo así.

No es que la capacidad de las partículas cuánticas para hacer muchas cosas a la vez sea frágil. Lo difícil es que un gran número de átomos (como los átomos del aire) mantengan una superposición. Si la partícula cuántica imprime su estado superpuesto en un conjunto de átomos, la impresión se pierde rápidamente (como una voz ahogada entre una multitud de hinchas de fútbol vociferantes).

Esto explica por qué los átomos presentan la llamada rareza cuántica pero, al mismo tiempo, cuando se juntan en gran número para formar los objetos de nuestra vida cotidiana, esos objetos no presentan esa misma rareza. Por ejemplo, nunca vemos una mesa en dos sitios a la vez, ni a nadie entrando por dos puertas distintas simultáneamente. No vemos jamás una conducta cuántica en el mundo cotidiano porque tampoco vemos en él átomos o fotones individuales por separado. Solo vemos los grandes conglomerados que conforman. No observamos el mundo, sino a nosotros mismos. Dicho de otro modo, nuestro cerebro no observa jamás un fotón, sino el efecto amplificado de ese fotón impreso en centenares de miles de átomos de nuestras retinas. Y esa impresión pierde el carácter cuántico del fotón original. De ahí que, por extraño que parezca, vivamos en un mundo cuántico que no parece cuántico.

LA RAREZA CUÁNTICA

Mucha rareza cuántica es consecuencia de las superposiciones y la interferencia. Pero hay también otros ingredientes cuánticos. Y cuando estos se combinan por medio de diferentes permutaciones, dan lugar a toda clase de comportamientos tan novedosos para nosotros como sorprendentes. «Magia sin magia», lo han llamado. Pongamos el ejemplo del espín cuántico. Se trata de una propiedad que, como la impredecibilidad cuántica, no tiene otra análoga en la vida cotidiana. En esencia, una partícula cuántica se comporta como si girase como una peonza minúscula, aun cuando no esté girando en realidad. Los físicos dicen que tiene un espín (de spin, «giro» en inglés) o un momento angular intrínseco.

Un electrón tiene la menor cantidad posible de espín, que (por razones históricas) se denomina espín 1/2,⁹ en vez de espín 1, como parecería lógico llamarlo.¹⁰ Pues, bien, la carga de ese espín actúa como una especie de diminuto imán.¹¹ Eso significa que funciona como la aguja de una brújula en un campo magnético: se alinea en paralelo a la dirección en la que el campo aumenta (up) o en «antiparalelo» al campo (down). Si hay dos electrones, una posibilidad es que el electrón 1 sea de espín up y el electrón 2 sea de espín down; otra posibilidad es que el 1 sea down y el 2 sea up. Pero lo importante es que, en el mundo cuántico, las superposiciones son posibles y, por lo tanto, dos electrones pueden ser up-down y down-up al mismo tiempo. Es un poco como si uno de nosotros estuviese muerto y vivo en un mismo instante.

Esto por lo que respecta al ingrediente número 1: la superposición. El ingrediente número 2 es la ley de la conservación del momento angular. Básicamente, esta estipula que el espín total de los dos electrones no puede cambiar nunca. Puesto que los dos electrones del ejemplo anterior comienzan apuntando en direcciones opuestas, siempre deberán apuntar en direcciones opuestas. Y el ingrediente número 3 no es otro que la impredecibilidad cuántica. Si observamos un electrón, que tenga espín up o espín down es tan fundamentalmente impredecible como el resultado de lanzar una moneda cuántica al aire. Existe un 50 % de probabilidades de que sea up y otro 50 de que sea down.

Por si todo esto se está complicando demasiado, veamos una situación en la que esos tres ingredientes se juntan para crear algo realmente extraordinario. Comenzamos con el par de electrones que están en una superposición de updown y down-up y enviamos uno de los dos muy lejos del otro. Cuando ya lo hemos hecho, observamos el electrón que se ha quedado con nosotros. Tal vez descubramos que su espín es up. Si es así, al instante, su pareja (en la lejana distancia) deberá pasar a ser down, ya que ambos espines deben apuntar siempre en direcciones opuestas. O tal vez descubramos que su espín es down. Instantáneamente, entonces, su pareja deberá haber pasado a tener espín up.

Lo verdaderamente sorprendente de todo esto es que, aunque el electrón lejano se encontrase en la otra punta del universo, seguiría teniendo que reaccionar al instante al hecho de que observáramos que su pareja es up o es down. Para Einstein, esta acción «fantasmagórica» a distancia, tan aparentemente vulneradora del límite cósmico de velocidad fijado por la luz, resultaba tan ridícula que demostraba el carácter erróneo de la teoría cuántica.¹² Pero Einstein se equivocaba (y no por primera vez). La no localidad fue clamorosamente demostrada en un laboratorio de París por el físico francés Alain Aspect en 1982.

Vale la pena señalar que separar esos dos electrones no es como separar un par de guantes. Está claro, por ejemplo, que si, de esos dos guantes, el que se quedase con nosotros fuese el izquierdo, el que habríamos alejado de nosotros sería el derecho. Eso es así porque uno de los guantes es el de la mano izquierda y el otro es el de la mano derecha en el momento inicial. Sin embargo, ninguno de los dos electrones estaba up o down en un principio. Su estado estaba indeterminado. El electrón que se quedó junto a nosotros no asumió el estado que vimos que tenía hasta el momento mismo en que lo observamos. Y ese estado fue puramente aleatorio. De ahí que la no localidad no vulnere la teoría espacial de la relatividad de Einstein. Si up y down fuesen como el punto y la raya en un código Morse, jamás podríamos enviar otra cosa que no fuese una secuencia azarosa de puntos y rayas, pues tanto el estado del electrón que se queda con nosotros como el de su primo alejado se seleccionarían siempre al azar. No habría manera de controlar los puntos ni las rayas. La relatividad especial, como veremos, limita únicamente la velocidad de una señal significativa. A la naturaleza no le importa la basura inutilizable y por eso deja que revolotee por el universo a la velocidad que le plazca. Nadie sabe cómo sucede algo así: la no localidad constituye posiblemente el misterio más profundo de la teoría cuántica.

LOS ÁTOMOS: POR QUÉ EXISTEN

Pero el mayor éxito de la teoría cuántica es su explicación de los átomos. «Los átomos son completamente imposibles desde el punto de vista clásico», comentó en su día Richard Feynman. Según la teoría del electromagnetismo de Maxwell, una carga acelerada —que cambie de velocidad, de dirección, o de velocidad y dirección— irradia ondas electromagnéticas al espacio.¹³ Un electrón en órbita alrededor de un núcleo atómico está cambiando continuamente de dirección. Debería, pues, emitir ondas como si de un diminuto transmisor de señal de televisión se tratase y perder energía enseguida. Los cálculos muestran de hecho que debería precipitarse contra el núcleo trazando una vertiginosa espiral de menos de una cienmillonésima de segundo. Así vistos, pues, como bien apuntó Feynman, es como si los átomos no tuvieran derecho a existir.

Sin embargo, la teoría cuántica acude a nuestro rescate en ese punto, porque reconoce que un electrón tiene una naturaleza ondular. Y resulta que, cuanto más pequeña es la masa de una partícula, mayor es su onda cuántica.¹⁴ Una persona es un objeto muy grande y, por lo tanto, la longitud de onda de cualquiera de nosotros es ridículamente minúscula. De ahí que no exhibamos ningún comportamiento ondular aparente. Y de ahí también que, cuando vamos por la calle, no nos curvemos literalmente para «doblar» las esquinas ni pasemos por ambos lados de una farola al mismo tiempo. El electrón, sin embargo, es la partícula más pequeña de la naturaleza. Y precisamente por el hecho de tener la mayor onda cuántica de todas, hace gala de tanta rareza cuántica. Además, es su naturaleza ondular la que explica la existencia de los átomos. Una onda es difusa por definición. Por lo tanto, es imposible aplastarla contra un núcleo.¹⁵ De ahí que los átomos no se compriman hasta desaparecer en el término de una cienmillonésima de segundo, sino que, muy al contrario, puedan existir básicamente para siempre.

De hecho, la onda del electrón precisa de tanto espacio que explica otra característica asombrosa de los átomos: por qué un electrón orbita a tanta distancia de su núcleo. Un átomo es nada en un 99,9999999999999 %.¹⁶ Cada uno de nosotros somos nada en un 99,9999999999999 %.¹⁷ Los átomos están vacíos (o son tan grandes comparados con el tamaño relativo de su núcleo) simplemente porque la onda de un electrón precisa de un ingente espacio de maniobra.

Pero las ondas de los electrones tienen mucho más que decirnos acerca de los átomos. De hecho, lo explican todo sobre los átomos.

LOS ÁTOMOS: POR QUÉ LOS HAY DE DIFERENTES TIPOS

Dentro de un átomo no existe solamente una única clase de onda de electrón: hay muchas. Una onda más agitada, más violenta, tiene mayor energía que otra que sea más inactiva o lenta. Por consiguiente, se corresponde con un electrón capaz de desafiar la atracción del núcleo y de orbitar a mayor distancia de este. Pero las posibilidades de tipos de electrón son limitadas, pues todo electrón debe encajar en su átomo a la perfección. Puede haber ondas de una joroba dentro del átomo. O de dos. O de tres. Y así sucesivamente. Todas encajan. Pero ondas de una joroba y media, o de 2,687 jorobas, no encajan. De esto se desprende una distinción crucial entre un átomo y el Sistema Solar: y es que mientras que, en principio, un planeta puede orbitar a cualquier distancia del Sol, en el interior del átomo, un electrón tiene más probabilidades de encontrarse únicamente a ciertas distancias especiales del núcleo, unas distancias que se corresponden exclusivamente con ciertas energías.¹⁸

Esto explica de entrada por qué los átomos emiten únicamente luz de determinadas energías o longitudes de onda (cuanto más elevada sea la energía, más corta será la longitud de onda). Cuando un electrón baja dentro de un átomo de una órbita de energía alta a otra de energía más reducida, se deshace de la energía excedente emitiéndola en forma de luz. La energía de ese fotón es igual a la diferencia de energía entre uno y otro estado.

Pero, como siempre, hay aquí una vuelta de tuerca adicional que tener en cuenta. Y es que un átomo es un objeto tridimensional. Eso significa que una onda de probabilidad de un electrón podría tener picos no solamente a ciertas distancias del núcleo, sino también en determinadas orientaciones. Pensemos en una esfera. Se necesitan dos números para especificar una localización dada sobre la superficie de la Tierra. Pues, bien, del mismo modo se necesitan dos números para especificar la onda de un electrón con una orientación concreta en el espacio. Añadamos esto al número necesario para especificar la distancia de un electrón a un núcleo y tendremos un total de tres números cuánticos.

La vuelta de tuerca de la que hablaba, pues, es que un electrón emite luz cuando cae desde cualquier órbita de alta energía a otra de baja energía. Y esas órbitas pueden diferir entre sí no solo en cuanto a la distancia de un electrón al núcleo, sino también por la orientación de la órbita de ese electrón. Por cierto, la química se explica precisamente gracias a la orientación de la onda del electrón (o, cuando menos, a la de los electrones más exteriores). Un átomo puede juntarse con cualquier otro átomo por medio de sus electrones exteriores, que podemos concebir como partículas que viven en la capa más externa del átomo. Y los emplazamientos concretos de esa superficie a los que un átomo puede adherirse para enlazarse con otro son simplemente aquellos puntos en los que la onda del electrón es mayor (que son, por lo tanto, los lugares en los que más probablemente estarán los electrones).

EL PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI

Esto, sin embargo, sigue dejando un interrogante por resolver. Los electrones de un átomo pueden ocupar cualquiera de las ondas cuánticas en él permitidas, conocidas por el nombre de orbitales. Pero, en el mundo real, las cosas tienen una marcada tendencia a minimizar su energía. Por ejemplo, un balón tenderá, a la mínima oportunidad, a rodar ladera abajo de una montaña para minimizar su energía gravitatoria. Así pues, en un átomo que tiene más de un electrón, ¿por qué no ruedan todos «ladera abajo» por la montaña energética hasta el pie de esta? ¿Por qué no se acumulan todos en el orbital de menor energía, que es el más próximo al núcleo?

Si así sucediera, los átomos que hoy conocemos no existirían como tales. Para empezar, no podría haber luz. Los fotones se emiten únicamente cuando un electrón cae de un nivel de energía a otro y se despojan así de su energía excedentaria. Pero, si los electrones estuvieran todos en el mismo estado y con la misma energía, nunca habría ninguna de la que desprenderse.

Un problema más serio lo representa el hecho de que sean los electrones más externos los que determinen la química, es decir, el cómo se une un tipo de átomo con átomos de otros tipos para formar moléculas. Por ejemplo, algunos átomos tienen un electrón externo, otros tienen dos, otros tres, etcétera. Y algunos átomos tienen electrones externos que apuntan en unas direcciones, mientras que los de otros átomos apuntan en direcciones distintas, etcétera. Esto es lo que origina la enorme variedad de átomos de la naturaleza, desde el hidrógeno (el más ligero de todos) hasta el uranio (el más pesado). Pero, si todos los electrones de todos los tipos de átomo se apilaran en el orbital más interno, los átomos presentarían más o menos el mismo exterior al resto del mundo, sin diferenciación alguna por tipos. En vez de las 92 clases de átomo que encontramos de forma natural en el universo, habría solamente una. No existiría la química. Ni la complejidad. Ni nosotros.

Una vez más, es la teoría cuántica la que rescata al átomo (y al universo) de un destino terriblemente desanimado. Recordemos que los ingredientes cuánticos, combinados por medio de diferentes permutaciones, dan lugar a toda clase de comportamientos nuevos y sorprendentes. Por ejemplo, la mezcla de las superposiciones, el espín de los electrones y la ley de la conservación del momento angular origina el sinsentido de la no localidad, de las partículas cuánticas que se influyen mutuamente al instante aun estando separadas por distancias imposibles. Pues, bien, he aquí otra mezcla: concretamente, la del espín del electrón la naturaleza ondular de los electrones y el hecho de que estos sean indistinguibles. Esta última es otra novedosa propiedad cuántica más. Los objetos en el mundo real resultan siempre distinguibles: así, podemos diferenciar, por ejemplo, un coche de otro muy similar por un ligero rasguño en la pintura o por una leve variación en la presión de los neumáticos. Pero los electrones son del todo indistinguibles entre sí. No se pueden marcar. Si dos de ellos se intercambian uno por otro, no hay modo alguno de saber si eso ha pasado realmente, ni siquiera en principio.

Esta otra mezcla de ingredientes cuánticos da pie al llamado principio de exclusión de Pauli.¹⁹ En muy resumidas cuentas, este establece que ningún electrón puede compartir orbital con otro en un mismo átomo. En concreto, ningún electrón puede compartir con otro los mismos números cuánticos. Hay que introducir aquí un pequeño detalle adicional, como es la existencia de un cuarto número cuántico: el espín. Recordemos que un electrón en un campo magnético puede tener un espín up o un espín down. Por consiguiente, lo que dice el principio de Pauli es que no puede haber dos electrones que compartan los mismos cuatro números cuánticos.

El principio de Pauli impide que todos los electrones se apilen unos encima de otros en el mismo orbital. Por eso en la naturaleza hay 92 tipos de átomos y no uno. Por eso hay variedad en el mundo y están ustedes aquí para leer estas palabras.

En virtud del principio de Pauli, los electrones se distribuyen en caparazones situados a distancias sucesivamente mayores con respecto a un núcleo. El primero de esos caparazones puede contener un máximo de dos electrones; el siguiente, ocho; el que viene después, dieciocho, y así uno tras otro. Veamos algunos ejemplos. Pongamos por caso un átomo con seis electrones: dos de ellos estarán en su caparazón más interno y cuatro en el externo. Si el átomo del que hablamos tiene doce electrones, tendrá dos en su caparazón interno, ocho en el siguiente y dos más en el más externo. Resulta inmediatamente evidente por qué algunos tipos de átomo se comportan de forma similar. Por ejemplo, el litio, el sodio y el potasio tienen todos un solo electrón en su caparazón más superficial, por lo que esos tres elementos se presentan de manera idéntica ante el mundo exterior.

Ahí está el origen de la estabilidad y la diversidad del mundo. La naturaleza ondular de los átomos impide que sus electrones se precipiten en espiral contra el núcleo en la más mínima fracción de segundo. Y el principio de exclusión de Pauli impide que los electrones se apilen unos encima de otros y permite con ello que, en lugar de una sola clase de átomo, tengamos un elevado número de tipos de ellos. «Es el hecho de que los electrones no puedan apilarse unos encima de otros lo que da solidez a las mesas y a todo lo demás», dijo Feynman.

El principio de exclusión de Pauli rige para todas las partículas subatómicas de espín «semientero», es decir, de 1/2 unidades, 3/2 unidades, 5/2 unidades, etcétera (los quarks, por cierto, tienen espín 1/2, exactamente igual que los electrones). Estas partículas, denominadas fermiones, se caracterizan por su acusada insociabilidad. Por el contrario, las partículas de espín entero (es decir, de 0, 1, 2 o más unidades enteras) son gregarias. No obedecen las directrices del principio de exclusión de Pauli. Por eso los fotones, que son bosones, pueden ser agrupados por trillones y trillones para crear el fenómeno de la luz láser.

Es como si no hubiera nada en el mundo que no pudiera ser explicado con la teoría cuántica. Se trata de la teoría física más exitosa jamás formulada. Se calcula que los inventos que aprovechan las ideas de la teoría cuántica representan un 30 % del PIB actual de Estados Unidos. Todos y cada uno de nosotros somos un producto de la teoría cuántica. Vivimos en un mundo cuántico. Pero, aun cuando el mundo cuántico es un mundo mágico, poca duda cabe de que también es un mundo que pone seriamente a prueba nuestra capacidad de comprensión. «Si alguien dice que puede pensar en la física cuántica sin marearse —dijo Niels Bohr—, solo está poniendo de manifiesto que no ha entendido ni su fundamento más básico».

16

EL DESCUBRIMIENTO DE LA LENTITUD

La relatividad especial

En términos físicos, la velocidad de la luz desempeña en nuestra teoría el papel de una velocidad infinitamente elevada.

ALBERT EINSTEIN

¿Cuándo se detiene Zúrich en este tren?

ALBERT EINSTEIN

El infinito es un número mayor que todos los demás. Si un cuerpo pudiera viajar a velocidad infinita, jamás podríamos atraparlo. No solo eso, sino que, por muy rápido que nos desplazáramos, el cuerpo siempre parecería ser infinitamente veloz para nosotros, ya que nuestra velocidad sería siempre ínfima en comparación.

En nuestro universo, por el motivo que sea, ese papel de velocidad infinita corresponde a la velocidad de la luz: 300.000 kilómetros por segundo. Ningún cuerpo material puede igualarla. Y por muy rápido que nos movamos con respecto a una fuente lumínica, o que esa fuente se mueva con respecto a nosotros, siempre nos parecerá que la luz viaja a 300.000 kilómetros por segundo.

Esa asombrosa invariabilidad de la velocidad de la luz —designada con la letra c por los físicos— fue revelada ya en su momento por los físicos estadounidenses Albert Michelson y Edward Morley. En 1888, midieron la velocidad de la luz cuando la Tierra, en su órbita alrededor del Sol, viajaba en el mismo sentido que el rayo lumínico que proyectaron; seis meses después, hicieron lo mismo, pero cuando la Tierra se movía en el sentido opuesto. Consternados, constataron que la velocidad de esa luz suya era la misma en ambos casos. De hecho, aun si la Tierra orbitara alrededor del Sol a la mitad de la velocidad de la luz (una rapidez de desplazamiento verdaderamente colosal), la medición que Michelson y Morley habrían obtenido de la velocidad de su rayo lumínico habría sido la misma, c, y no (c + ½c) = 1½c; ni (c – ½c) = ½c. ¿Qué significa, pues, esa peculiar constancia de la velocidad de la luz? Esta fue una de las preguntas que Einstein respondió en aquel milagroso año suyo de 1905.

La velocidad de algo es simplemente la distancia que recorre en un tiempo dado: por ejemplo, un coche puede recorrer cincuenta kilómetros en una hora. Por lo tanto, si todos los que miden la velocidad de un rayo de luz obtienen exactamente el mismo dato —con independencia de lo rápido que se estén movimiento en ese momento o de lo rápido que se esté moviendo la fuente de la luz—, algo muy raro debe de suceder con la medición de la distancia y el tiempo que realiza cada una de esas personas.

Entendemos que el intervalo de espacio de cualquiera de esas personas (pongamos que un metro, por ejemplo) es el mismo que el de todas las demás, y que el intervalo de tiempo (un minuto, por poner otro ejemplo) es también igual para todas. Sin embargo, eso no podría ser así si resulta que todas ellas realizan sus respectivas mediciones y obtienen la misma velocidad de la luz. Y esto significa que, si la velocidad de la luz es la roca sobre la que está erigido el universo, el espacio y el tiempo deben de tener una consistencia no muy diferente de la de las arenas movedizas.

De hecho, como bien constató Einstein, el espacio se encoge y el tiempo se ralentiza desde el punto de vista de un observador en movimiento. O, para ser más precisos, si alguien se mueve con respecto a nosotros, nosotros lo vemos encogerse conforme avanza siguiendo su propia dirección de movimiento y tenemos también la impresión de que aminora progresivamente su marcha, como si pisara melaza.¹ «Cuando se mueven, las reglas se acortan y los relojes van más lentos», suele decirse.

Einstein halló un modo más irónico de expresarlo (y menos políticamente correcto desde nuestra perspectiva actual): «Cuando un hombre está sentado con una muchacha bonita durante una hora, le parece que solo ha pasado un minuto. Pero si tuviera que estar sentado un minuto sobre un fogón caliente, le parecería que habría pasado más de una hora. ¡Eso es la relatividad!».

Pero ¿cómo se aprecian las cosas desde el punto de vista de la persona que se mueve con respecto a nosotros? Para ella, somos nosotros los que nos empequeñecemos siguiendo la dirección de nuestro movimiento; y somos también nosotros quienes nos vamos ralentizando como si camináramos sobre melaza. Esto se debe a que lo cada uno de los observadores ve depende únicamente de su movimiento relativo, y, en este caso, tanto esa otra persona como nosotros tenemos el mismo movimiento relativo.

Este hecho nos revela la segunda piedra angular de la teoría de Einstein (la primera, recordemos, es la constancia de la velocidad de la luz) y explica por qué se llama teoría de la relatividad. Galileo, cuatro siglos atrás, había sido el primero en darse cuenta de que todas las personas que viajan a una velocidad constante las unas con respecto a las otras ven o aprecian lo mismo. Tomemos, por ejemplo, el caso de alguien que lanza una pelota que describe un arco en el aire hasta llegar a las manos de un amigo que la atrapa. La pelota seguirá la misma trayectoria tanto si el lanzador como el receptor están en una playa como si están a bordo de un navío surcando los mares.

Cuando Galileo sostenía que todas las personas que se desplazan a velocidad constante las unas con respecto a las otras ven lo mismo, se refería concretamente a que perciben las mismas leyes del movimiento. Dos siglos y medio más tarde, Einstein no hizo más que ampliar la idea de Galileo. No son solo las leyes del movimiento las que se perciben igual, postuló el físico de origen alemán, sino que son todas las leyes de la física las que son las mismas en ese caso, incluida las leyes de la óptica, que son las que dictan que la velocidad de la luz es invariable.

Pensemos en la persona que se desplaza pasando por nuestro lado a una velocidad constante y en la impresión de que su espacio se encoge y su tiempo se ralentiza. Desde su punto de vista, nosotros nos estamos moviendo con respecto a ella a la misma velocidad relativa; la única diferencia es que, para ella, nosotros nos movemos hacia atrás. Así que tanto ella como nosotros vemos o apreciamos lo mismo. Esa es la magia de la relatividad.

Surge entonces una pregunta lógica: ¿por qué no vemos nunca los efectos extraños de la relatividad (que, técnicamente hablando, se conocen como la dilatación del tiempo y la contracción de Lorentz)? Más concretamente, cuando alguien pasa corriendo a nuestro lado por la calle, ¿por qué no lo vemos encogerse y/o aminorar el paso a medida que avanza en la dirección de su movimiento? La respuesta es que tales efectos son solo apreciables en el caso de cuerpos que pasan volando al lado de otros a velocidades próximas a las de la luz. Pero la velocidad de la luz es increíblemente elevada: aproximadamente un millón de veces más rápida que un avión de pasajeros. No vemos los efectos de la relatividad porque nuestra vida se desarrolla y avanza por el carril cósmico reservado para los vehículos lentos. La relatividad, por así decirlo, significa el descubrimiento de nuestra lentitud.

Pero, si no vemos los efectos de la relatividad, ¿cómo sabemos que el tiempo realmente va más lento a medida que nos aproximamos a la velocidad de la luz? ¿Cómo sabemos que el espacio se contrae de verdad? Pues, bien, la prueba de que ello es así está atravesando nuestros cuerpos en este mismo instante.

Los muones son partículas subatómicas creadas en la atmósfera, a una altitud de unos 12,5 kilómetros, cuando los rayos cósmicos (núcleos atómicos de alta energía procedentes de las supernovas) impactan contra los átomos del aire. Como si de una especie de lluvia subatómica se tratara, los muones se precipitan desde su lugar de creación descendiendo por la atmósfera. Pero ahí está lo curioso. Un muón se desintegra tras un intervalo temporal característico.² Se trata de un intervalo muy corto: apenas 1,5 millonésimas de segundo. Por lógica, pues, ninguno de ellos debería recorrer más de unos 500 metros de descenso atmosférico antes de desintegrarse. Y ni mucho menos debería llegar ninguno al suelo, 12,5 kilómetros más abajo.

Pero llegan.

El motivo es que los muones se desplazan a un 99,92 % de la velocidad de la luz. Desde nuestro punto de vista, pues, viven sus vidas a cámara ultralenta. De hecho, el tiempo pasa unas 25 veces más lento para ellos que para nosotros, lo que significa que tardan 25 veces más de lo normal en darse cuenta de que les ha llegado el momento de desintegrarse. De ahí que, cuando finalmente se desintegran, lo hagan habiendo alcanzado de sobras la superficie terrestre.

Ahora bien, en este caso, hay otro «punto de vista» implicado: el del muón. Desde su perspectiva, el tiempo pasa a su ritmo normal: a fin de cuentas, un muón es estacionario con respecto a sí mismo, como también lo somos nosotros con respecto a nosotros mismos. Él nos ve como si nos encogiéramos en la dirección de su movimiento (o, mejor dicho, de nuestro movimiento, ya que, desde el punto de vista del muón, es la tierra la que se aproxima al 99,92 % de la velocidad de la luz). Pero no solo nos encogemos nosotros: también se encoge la atmósfera. Concretamente, se encoge hasta apenas una vigesimoquinta parte de su grosor normal. Y eso quiere decir que los muones tienen tiempo de sobra para llegar a la superficie antes de desintegrarse.

Sea cual sea la perspectiva desde la que lo miremos (desde la nuestra, en la que el tiempo del muón se ralentiza, o desde la del muón, en la que la atmósfera se encoge), el muón llega al suelo. Es un ejemplo más de la magia de la relatividad.

EL ESPACIO-TIEMPO

Pero ¿qué pasaría si nosotros, como si fuéramos muones, pudiéramos viajar a velocidades próximas a la de la luz? Para empezar, aprenderíamos ciertas verdades muy profundas acerca del mundo. Tal vez piensen ustedes que la relatividad viene a decirnos que el intervalo temporal de una persona no es igual que el de otra. Sí, nos dice eso. Pero, más concretamente, nos dice que el intervalo temporal de una persona es el intervalo temporal y espacial de otra persona, o, dicho de otro modo, que lo que una persona percibe como dos sucesos separados en un mismo emplazamiento (dos explosiones, por ejemplo) puede parecerle a otra como dos sucesos en ubicaciones distintas.

Tal vez piensen ustedes también que la relatividad nos dice que el intervalo espacial de una persona no es el mismo que el de otra. Pero lo que nos dice en realidad es que el intervalo espacial de una persona es el intervalo espacial y temporal de otra. Es decir, que lo que una persona ve como dos sucesos que acontecen simultáneamente puede ser visto por otra persona como dos sucesos que acontecen en momentos diferentes.³

Pero, si a velocidades cercanas a la de la luz, los intervalos de espacio mutan en intervalos de tiempo, y viceversa, ¿significa eso que el espacio y el tiempo no pueden ser entes fundamentales? Exactamente. La entidad fundamental, aunque eso solo se vuelve evidente a velocidades próximas a la de la luz, es el espacio-tiempo. Pero en un mundo a baja velocidad como el nuestro, solo acertamos a ver sombras proyectadas de esa entidad que es continua en realidad: concretamente, una sombra (o proyección) espacial o una sombra temporal.

Veamos una analogía. Imaginemos un bastón suspendido de su punto central como si fuera la aguja de una brújula gigante. Está en una habitación cuadrada que tiene ventanas que miran a dos costados adyacentes. Ah, y la estancia está a oscuras, por lo que no podemos distinguir que lo que vemos allí es un bastón: solo sabemos que es un objeto. Miramos desde fuera por una de las ventanas y llamamos a lo que percibimos por ella «longitud». Luego miramos por la ventana adyacente y llamamos a lo vemos «anchura». Tiene lógica. Hasta aquí, todo perfecto.

Ahora imaginemos que las paredes de la habitación —pero no el objeto, que está suspendido en el aire, recordemos— están sobre una plataforma rotatoria (¡nadie ha dicho que esta iba a ser una analogía simple!). La plataforma gira. Y volvemos entonces a mirar por las ventanas. Sorprendidos, vemos que la longitud ha cambiado. Y también ha variado la anchura. Caemos en la cuenta de que nuestras etiquetas «longitud» y «anchura» no tenían ningún sentido. Lo fundamental era el objeto: el bastón suspendido. Pero hemos confundido lo fundamental por cosas que eran meras proyecciones (o sombras) del objeto.

Eso mismo ocurre con el espacio y el tiempo. El objeto fundamental es el espacio-tiempo. Pero hemos confundido lo fundamental por meras proyecciones (o sombras) suyas. No es culpa nuestra. Nuestra equivocación se vuelve flagrante únicamente a velocidades que se aproximan a las de la luz, que son aquellas a las que el espacio muta en tiempo y el tiempo en espacio. En realidad, en un sentido profundo, viajar a la velocidad de la luz es como rotar nuestro punto de vista —como en el ejemplo de la habitación sobre la plataforma giratoria— para ver proyecciones espaciales y temporales distintas del mismo espacio-tiempo.

No fue Einstein quien descubrió esa idea, sino un antiguo profesor de matemáticas suyo, Herman Minkowski, quien en su momento había llegado a decir de su estudiante que era un «perro perezoso». Más tarde, Minkowski reconoció lo equivocado que había estado con respecto a su alumno y supo advertir la importancia extraordinaria del espaciotiempo. «A partir de ahora —dijo—, el espacio y el tiempo considerados por separado están destinados a desvanecerse entre las sombras, y solo la unión de ambos sobrevivirá».

LA MASA ES UNA FORMA DE ENERGÍA

No hay cuerpo material capaz de alcanzar la velocidad de la luz. Esto es algo que resulta bastante asombroso. Después de todo, si habláramos realmente de una velocidad infinita, sería obvio que, por mucha que fuera la fuerza con la que empujáramos un cuerpo y por mucho que fuera el tiempo durante el que lo empujáramos, este jamás alcanzaría una velocidad infinita. Pero la velocidad de la luz, aun siendo inmensa para nuestras magnitudes humanas, parece muchísimo menos que infinita.

Puesto que la velocidad de la luz es inalcanzable —constituye el verdadero límite de velocidad cósmico—, algo tiene que ocurrir cuando empujamos un cuerpo a una velocidad cada vez mayor. Debe de producirse algún tipo de resistencia a nuestro empuje y esa resistencia debe de alcanzar niveles infinitos cuando la velocidad se aproxima a la de la luz, ya que ningún empuje (por enorme que este sea) podrá hacernos llegar a ella.

Una propiedad de los cuerpos proporciona esa resistencia: me refiero a la masa de estos. En realidad, esa es nuestra definición del concepto mismo de masa. De un cuerpo que se resiste mucho a un empuje —un frigorífico lleno, por ejemplo— se dice que tiene una masa grande, mientras que de un cuerpo que se resiste muy poco —una pluma, pongamos por caso— se dice que posee una masa pequeña. ¿Ven ustedes adónde nos lleva todo esto? Pues a que si, a medida que un cuerpo se acerca a la velocidad de la luz, crece la resistencia de este, eso debe de significar también que se vuelve más masivo.

Pero ¿de dónde viene toda esa masa adicional? Hay una ley fundamental de la física, llamada ley de la conservación de la energía, por la cual la energía puede ser únicamente transformada de un estado en otro, nunca creada ni destruida. Por ejemplo, la energía eléctrica puede mutar en energía calorífica cuando se produce un incendio eléctrico; o la energía química de nuestros alimentos puede transformarse en energía cinética (es decir, de movimiento) en nuestros músculos. Pero si empujamos y empujamos el cuerpo antes mencionado y la energía que invertimos en ello no se transforma en energía cinética, a algún otro lugar debe de ir a parar, ¿no? Pues, bien, lo único que cambia en ese caso es la masa del cuerpo en sí. Así que la energía que invertimos debe de estar incrementando su masa. Pero recordemos que la energía no se crea ni se destruye: solo puede transferirse de un tipo a otro. Por lo tanto, la masa debe de ser una forma de energía.

Y, de hecho, así es. Einstein descubrió no solo que el espacio y el tiempo son meras facetas de una misma cosa, sino también que la energía (la energía cinética, la energía sonora y cualquier otra energía que nos imaginemos) tiene una masa equivalente.

Si piensan que todo esto es demasiado esotérico y no tiene mucho que ver con su día a día, se equivocan. Cierto es que los quarks que proporcionan la mayor parte de nuestra masa son muy poco sustanciales.⁴ De hecho, representan apenas un 1 % de nuestra masa. Esto se explica por un mecanismo que lleva el nombre de Higgs. (Seguramente habrán oído hablar de la partícula de Higgs, cuyo descubrimiento se anunció a bombo y platillo en las instalaciones del Gran Colisionador de Hadrones, próximo a Ginebra, el 4 de julio de 2012.)⁵ Pues, bien, ¿de dónde viene la inmensa mayoría de nuestra masa, el otro 99 %? La respuesta es: de la relatividad.

Los quarks del interior de los protones y los neutrones de los átomos giran a velocidades cercanas a la de la luz. Eso significa que poseen una energía cinética enorme. Y esta energía cinética, según Einstein, tiene masa. Representa la mayor parte de la masa de los protones y los neutrones y, por consiguiente, de la nuestra propia. Sin los efectos de la relatividad, pesaríamos menos de un kilogramo.

Tal vez se pregunten ustedes: ¿por qué giran los quarks a velocidades que se aproximan a la de la luz? La respuesta es que están atrapados por una fuerza extraordinariamente potente: la fuerza nuclear. Un campo de fuerza contiene energía, y la energía, según Einstein, tiene masa. En último término, pues, es ese campo de gluones el que representa la mayor parte de nuestra masa. Da igual cómo lo queramos ver. En última instancia, algo tan prosaico y cotidiano como nuestra masa es inexplicable si no se tienen en cuenta los efectos de la relatividad.

Pero Einstein mostró que no solo la energía posee una masa, sino que la masa tiene asociada también una energía. De hecho, la masa es la forma de energía más concentrada que se conoce, y su energía viene dada por la fórmula más famosa de toda la física, E = mc².

La fórmula funciona bidireccionalmente. Pongamos el caso de las partículas subatómicas que circulan en sentidos opuestos alrededor del gigantesco circuito de carreras subterráneo del Gran Colisionador de Hadrones. Cuando las partículas colisionan frontalmente, la energía cinética que llevaban en ese momento puede convertirse en la energía masa de nuevas partículas, que surgen del vacío como conejos de una chistera. Pero también —y esto es lo más sorprendente— la energía masa puede convertirse en otras formas de energía, como la calorífica. Así sucede cuando se detona una bomba nuclear, pues una pequeña cantidad de masa se transforma en la tremenda cantidad de calor liberada en la bola de fuego atómica.

Quizá piensen ustedes que la relatividad nos despoja de todas nuestras anteriores certezas a propósito del funcionamiento del mundo. Pero, en realidad, lo único que hace es levantar el velo que nos impedía ver toda una capa más profunda de la realidad.

El mundo es complejo, desconcertante, constantemente cambiante. Cuando tratamos de darle sentido, somos como marineros náufragos aferrándose a las rocas en medio de un mar turbulento. Los físicos se agarran desesperadamente a cualquier cosa que parezca sólida y permanente, y, más en concreto, a aquellos factores que funcionan igual para todos los observadores, que no dependen de un punto de vista particular.

Hubo una época en la que los físicos creyeron que el espacio y el tiempo eran las «rocas» del universo: que todo el mundo obtenía los mismos resultados al medir la longitud de un objeto dado; que todo el mundo obtenía los mismos resultados al medir el intervalo temporal transcurrido entre dos sucesos dados. Einstein demostró que andaban errados. Las mediciones que obtiene cada observador de un mismo fenómeno dependen del punto de vista de cada cual: para ser más concretos, de lo rápido que se estén moviendo unos observadores con respecto a los otros.

Hubo una época también en la que los físicos creían que la masa era una de las rocas del universo: que un cuerpo con una masa de un kilogramo hoy tenía una masa de un kilogramo mañana y para el resto de la eternidad. Einstein demostró que andaban errados. En una bomba H, casi el 1 % de la masa desaparece, convertida en otras formas de energía (principalmente, calorífica).

Pero lo que la naturaleza nos quita con una mano nos lo devuelve con la otra. Puede que la masa no sea una roca tan sólida como creíamos que era, pero la energía sí lo es, y la masa no es más que una forma de energía. El espacio y el tiempo tal vez no sean las rocas que creíamos que eran, pero el espacio-tiempo sí lo es.⁶ La física ha resultado ser la búsqueda de verdades sobre el mundo que sean independientes de nuestros puntos de vista particulares. Einstein, al levantar el velo que cubría la realidad, nos mostró cuál es la verdadera «roca» fundamental, lo auténticamente invariable.

17

EL SONIDO DE LA GRAVEDAD

La relatividad general

Si un físico observador de aves se cae por un acantilado, no se preocupa por sus prismáticos: sabe que caen con él.

SIR HERMANN BONDI

De una cosa al menos estamos seguros: la luz tiene un peso. […] Los rayos de luz, cuando pasan próximos al Sol, no siguen una línea recta.

ARTHUR EDDINGTON

La teoría de la relatividad de Einstein es una fórmula que nos permite predecir qué debe ocurrir con el espacio y con el tiempo para que todos los observadores midan la misma velocidad para un mismo rayo de luz.¹ Por «todos los observadores», Einstein quiso decir todas aquellas personas que se mueven a una velocidad constante las unas con respecto a las otras. Pero si nos paramos un momento a pensarlo, nos daremos cuenta enseguida de que esa es una circunstancia muy especial. Son muy pocos los cuerpos que se mueven a velocidad uniforme. Un automóvil que circula entre el tráfi- co urbano va aminorando o intensificando la marcha según el momento y se detiene al llegar a un semáforo en rojo. Un cohete que se eleva impulsado por una columna de llamaradas anaranjadas y humo blanco va aumentando su velocidad hasta que alcanza los 29.000 kilómetros por hora necesarios para mantenerse en órbita alrededor de la Tierra.

Así que lo único que Einstein había explicado en 1905 era qué aspecto tiene el mundo desde el punto de vista de unos observadores atípicos («especiales») que se mueven a una velocidad constante los unos con respecto a los otros. Para evolucionar hasta el nivel siguiente, necesitaba explicar qué aspecto tiene el mundo para unos observadores típicos («generales») que varían de velocidad a lo largo del tiempo (aceleran) los unos con respecto a los otros. Es decir, que tenía que convertir su teoría especial de la relatividad en una teoría general de la relatividad. Tan monumental tarea le llevó toda una década de esfuerzo mental, pero el resultado serviría para cimentar su puesto de honor en la historia, erigido en el más grande físico mundial desde Isaac Newton.

En su intento de generalizar la relatividad especial, Einstein se enfrentaba a un serio problema. Y es que la relatividad especial no solo describe una situación particular muy concreta, sino que es completamente incompatible con una de las grandes piedras angulares de la ciencia: la teoría de la gravedad de Newton.

Según Newton, entre dos cuerpos cualesquiera —el Sol y la Tierra, por ejemplo— existe una fuerza de atracción que depende tanto de la separación entre ellos como de sus masas respectivas. Ahora bien, la relatividad especial dice que todas las formas de energía poseen una masa efectiva. Si calentamos una taza de café, por ejemplo, su energía calorífica hace que esta sea marginalmente más masiva que cuando estaba fría. Por consiguiente, todas las formas de energía (y no solo la energía masa) deben de ejercer una fuerza gravitatoria las unas sobre las otras. Es la energía y no la masa (como creía Newton) lo que constituye la fuente de la gravedad. La energía masa simplemente representa la forma de energía más familiar de los fenómenos gravitacionales.

Pero esa no es la única incompatibilidad entre la relatividad especial y la ley newtoniana de la gravedad. Según Einstein, la luz fija el límite cósmico supremo de velocidad. Su teoría, pues, predice que, si el Sol desapareciera de pronto —una posibilidad muy improbable, pero imaginemos que sí, que pudiera suceder algo así—, la Tierra no se daría cuenta de ello al momento, porque durante el tiempo que tarda la gravedad (moviéndose a la velocidad de la luz) en ir del Sol a nuestro planeta, este continuaría orbitando como si nada alrededor de la ya desaparecida estrella. Solo después de que hubieran transcurrido ocho minutos y medio desde tal desaparición, sería esta percibida por la Tierra, que saldría volando entonces en línea tangente hacia las estrellas.

Comparemos ese escenario hipotético con la predicción que cabría extraer de la ley de la gravedad de Newton. Según esta, dos cuerpos sienten una fuerza instantánea entre ellos, lo que equivale a decir que la influencia gravitacional viaja entre ellos con una rapidez infinita. La teoría de Newton predice pues que, si el Sol desapareciera de repente, la Tierra notaría esa desaparición de inmediato, lo que vulneraría el límite de velocidad cósmico de Einstein.

Así pues, al formular la relatividad especial, Einstein había hecho añicos sin querer una de las piedras de toque de la física: la ley newtoniana de la gravedad. Debió de sentirse como un vándalo que derriba un edificio de gran belleza sin tener idea alguna de cómo construir otro con el que sustituirlo. Pero, justo cuando estaba perdiendo la esperanza de hallar una solución, una idea genial acudió a su mente. Estaba relacionada con una observación simple que se conocía desde hacía siglos, pero cuya significación nadie había reconocido hasta entonces.

Se supone que el científico italiano del siglo XVII Galileo Galilei dejó caer dos masas, una pesada y otra ligera, desde lo alto de la torre inclinada de Pisa y observó que impactaban simultáneamente contra el suelo. Ese mismo experimento, sin la complicación que supone el efecto de la resistencia del aire, se llevó a cabo también mucho más tarde en 1972 en la superficie de la Luna. El capitán del Apolo 15 Dave Scott dejó caer un martillo y una pluma a la vez y los montones simultáneos de polvo lunar que generaron al caer al suelo demostraron que habían llegado a él en el mismo instante.

Pensemos por un momento lo peculiar que es ese fenómeno. Si tomáramos una masa pequeña y otra grande y las empujáramos con idéntica fuerza, es obvio que la masa pequeña sería la que adquiriría una mayor velocidad. De hecho, la experiencia común nos muestra que una masa grande (como un frigorífico) ofrece mayor resistencia a ser movida que una masa pequeña (como un taburete): en el fondo, esa es la base misma de nuestra definición de masa. Pero, cuando la fuerza de gravedad atrae una masa pequeña y otra grande hacia el suelo, ambas aumentan su velocidad exactamente al mismo ritmo. Dicho de otro modo, la fuerza de gravedad se incrementa en perfecta concordancia con la masa. Por el motivo que sea, sabe que es mayor cuando la masa es mayor. Pero ¿cómo? Einstein tuvo la genial habilidad de pensar en una circunstancia en la que tal ajuste se produciría a la perfección de manera natural.

Imaginemos a un astronauta a bordo de un cohete alejado de la gravedad de cualquier planeta o luna. El cohete se eleva con una aceleración de 9,8 metros por segundo al cuadrado.² Dado que esa es precisamente la aceleración de un cuerpo en caída libre hacia la superficie de la Tierra (1g, en el argot de la física), los pies del astronauta están pegados al suelo de su cabina de tripulación con idéntica fuerza a como si estuvieran sobre la superficie de la Tierra. Ahora imaginemos que el astronauta sostiene un clip sujetapapeles en una mano y una pelota de golf en la otra, a la misma altura con respecto al suelo los dos, y los suelta simultáneamente. Como seguramente sería de esperar, ambos objetos llegan al suelo al mismo tiempo, igual que lo habrían hecho en la Tierra.

Contemplemos ahora esa misma escena desde una perspectiva más amplia. Imaginemos que estamos fuera del cohete, flotando en el espacio y dotados de una visión de rayos X que nos permite observar el interior del aparato (olvidémonos de la nula verosimilitud de dicha situación por un instante). ¿Qué vemos desde esa perspectiva poco menos que divina? El astronauta suelta el clip y la pelota y ambos objetos se mantienen suspendidos, inmóviles, en el espacio. ¿Cómo no iban a estarlo? A fin de cuentas, el cohete está alejado de la gravedad de cualquier planeta. Pero, además, vemos que, mientras los dos objetos están ahí suspendidos, sin moverse, es el suelo de la cabina del cohete el que acelera hacia arriba hasta impactar con ellos.

Recordemos que habíamos visto que, en la Tierra, la gravedad consigue ajustar su intensidad para atraer a una masa grande a exactamente el mismo ritmo que a una masa pequeña y que eso suponía un absoluto misterio. Pero, en el mencionado escenario del cohete en el espacio, el misterio no es tal. Si es el suelo de la cabina el que acelera hacia arriba hasta encontrarse con el clip y la pelota inmóviles, ¿cómo no iban a impactar ambos objetos a la vez con ese suelo?

Pero, ¡un momento!: el ejemplo del cohete puede explicar la gravedad solamente si gravedad es lo mismo que aceleración, ¿no? ¡Precisamente! La genialidad de Einstein consistió en caer en la cuenta de que una cosa y la otra eran del todo indistinguibles entre sí. Si tapamos los ojos de buey del cohete y la vibración durante su desplazamiento es imperceptible, el astronauta experimentará en él exactamente lo mismo que experimentaría si estuviese en una habitación sin ventanas ni aberturas en la Tierra. La gravedad, comprendió Einstein, es aceleración.

Por extraño que parezca, pues, estamos acelerando todo el tiempo y no nos damos cuenta de ello. Y como no nos percatamos de ello, hemos inventado una fuerza para explicar lo que experimentamos: la gravedad.

Pues, bien, resulta que existe una perspectiva desde la que ese hecho resulta completamente obvio, al igual que en el caso (hipotético) del cohete. Pero para percibirla mejor, es necesario que nos pongamos en antecedentes.

LA GRAVEDAD Y EL TIEMPO

El experimento mental del cohete mostró a Einstein que la gravedad y la aceleración son lo mismo. Por lo tanto, si lograba encontrar una teoría del aspecto del mundo desde el punto de vista de una persona en aceleración, tendría automáticamente una teoría de la gravedad también. Dos teorías por el precio de una. Pero ¿cómo? En ese momento, Einstein, que todavía trabajaba como empleado de una oficina de patentes suiza, tuvo la que posteriormente calificaría como la más grande de sus ideas. «El gran avance llegó un día de improviso. Yo estaba sentado en una silla en mi oficina de patentes en Berna. De pronto, me asaltó un pensamiento: si un hombre cayera en caída libre, no sentiría su propio peso».

¿Por qué fue ese un gran avance? Pues porque, dado que la gravedad y la aceleración son la misma cosa, alguien que no sintiera peso alguno —es decir, ninguna gravedad— no estaría acelerando. O, por decirlo de otro modo, su situación quedaría perfectamente descrita por la relatividad especial, una teoría que retrata cuál es el aspecto del mundo para un observador que no está en aceleración. De ese modo, pues, Einstein no solo había descubierto que no había diferencia alguna entre una teoría de la aceleración y una teoría de la gravedad, sino que había dado también con el puente crucial que la conecta con la relatividad especial, que él ya dominaba bien. Una persona que cae no siente gravedad y, por lo tanto, su visión del mundo se describe perfectamente por medio de la relatividad especial.

Podría asumirse entonces que una segunda persona que acelere con respecto a esa primera —es decir, alguien que sí experimente la gravedad— estaría moviéndose a una velocidad constante en cada instante dado. Sería posible, por lo tanto, utilizar la relatividad especial para predecir qué aspecto tendría su mundo en un instante concreto, pero también en el instante siguiente, y así sucesivamente.

Como cabría esperar, dado que el tiempo parece ir más lento para alguien que se mueve con respecto a nosotros, el tiempo también parece ralentizarse para alguien que acelera con respecto a nosotros. Pero, puesto que aceleración y gravedad son lo mismo, eso significa que el tiempo fluye más lentamente para alguien que experimente una gravedad más intensa.

Dicho de otro modo, la gravedad ralentiza el tiempo.

Pensemos en dos personas: una trabaja en la planta baja de un edificio y otra en la planta más alta del mismo. Pues, bien, la persona que está en la planta baja se encuentra más próxima a la masa de la Tierra, por lo que experimenta una gravedad marginalmente mayor. El tiempo, pues, fluye con mayor lentitud para ella. Así que, ya lo saben, si quieren vivir más tiempo, instálense en un bungaló.

Esta ralentización (o dilatación) del tiempo es fantásticamente minúscula y haría falta servirse de un reloj atómico superpreciso para siquiera apreciarla. Pero, aunque parezca increíble, en 2010, un grupo de físicos del estadounidense Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) fue capaz de mostrar que, si una persona se sitúa un escalón por debajo de otra en una escalera, el tiempo fluirá marginalmente más lento para la primera de ellas.³

Donde sí es apreciable esa ralentización del tiempo, sin embargo, es cuando la gravedad es fuerte. Y la fuente más intensa de gravedad que conocemos es un agujero negro.⁴ Si pudiéramos rondar por el borde (u horizonte de sucesos) de un agujero negro, notaríamos que el tiempo fluye tan lentamente para nosotros que seríamos capaces de contemplar toda la historia futura del universo pasando fugazmente ante nuestros ojos como a cámara ultrarrápida.

LOS PICOS Y LOS VALLES DEL ESPACIO

Volvamos sobre la pregunta —que no hemos respondido aún— de por qué, si la gravedad no es otra cosa que aceleración, no nos damos cuenta de que estamos acelerando.

Pensemos de nuevo en el caso del cohete que acelera a 1g. Imaginemos que el astronauta proyecta un rayo láser desde una de las paredes de la cabina hasta la opuesta y con él traza una línea horizontal perfecta a una altura de (por ejemplo) un metro sobre el suelo. ¿Qué vería él? Pues que el rayo impacta en la pared opuesta de la cabina a una altura de menos de un metro sobre el suelo.

Esto puede resultarnos curioso, pero no podemos decir que sea inesperado. Aunque la luz es lo más rápido que hay en el universo, tarda un tiempo en cruzar la cabina de lado a lado. Y durante su vuelo ascendente, el suelo de la cabina acelera en dirección al rayo. El astronauta ve, pues, que el haz de luz se curva hacia abajo, hacia el suelo. (Para una aceleración tan mínima como 1g, el efecto sería realmente ínfimo, pero ciertamente medible por medio de los instrumentos de precisión adecuados.)

Dos cosas cabe destacar aquí. En primer lugar, una de las características definitorias de la luz es que siempre sigue el trayecto más corto entre dos puntos cualesquiera. El astronauta tendría entonces que deducir a partir de esa trayectoria del rayo láser que el recorrido más corto para esa luz en un cohete en aceleración no es una línea recta, sino una curva. En segundo lugar (y esto es lo verdaderamente llamativo), dado que la aceleración es indistinguible de la gravedad, el astronauta tendría que concluir que la trayectoria de un haz de luz en presencia de gravedad es una curva. O lo que es lo mismo, que la gravedad curva la luz.

En realidad, Einstein ya había adivinado, antes incluso de que se le ocurriera su teoría general de la relatividad, que la gravedad encorva el recorrido de la luz. Después de todo, la relatividad especial prevé que toda energía tiene una masa equivalente y, por consiguiente, está afectada por la gravedad (sin olvidar que también ejerce gravedad). Como las partículas de luz (o fotones) poseen energía, tienen una masa efectiva y, por lo tanto, deberían curvarse en presencia de gravedad. («¡¿Que los fotones tienen masa?! —dijo Woody Allen—. Yo ni siquiera sabía que fueran católicos».)5*

No obstante, la teoría de la gravedad einsteiniana añade una nueva y sutil vuelta de tuerca a esa encorvadura de la luz. Y es que, aunque presuntamente la gravedad y la aceleración son equivalentes, en el caso del cohete eso no es del todo cierto. Desde el punto de vista del astronauta, los dos objetos que suelta «caen» hacia el suelo siguiendo trayectorias paralelas. Sin embargo, eso no es lo que sucede si se dejan caer esos dos mismos objetos en la Tierra. La razón de dicha diferencia es que aquí la gravedad se dirige siempre hacia el centro de la Tierra (es más: en el caso extremo de dos personas que vivan en puntos diametralmente opuestos sobre la superficie de la Tierra, la gravedad las atrae en sentidos contrarios).⁶ Debido a ese efecto, la encorvadura que la gravedad provoca en un rayo de luz es el doble de lo que cabría esperar si no se tuviera en cuenta ese matiz.

La hipótesis del encurvamiento gravitacional de la luz formulada por Einstein se vio triunfalmente confirmada el 29 de mayo de 1919 durante un eclipse total de sol. Puesto que en un eclipse total, el resplandor del Sol es tapado completamente por la Luna, ese es el único momento en el que podemos observar las estrellas que, desde nuestra perspectiva, se hallan muy próximas al disco solar.⁷ Al pasar junto a la enorme masa del Sol de camino hacia la Tierra, esa luz debería ser desviada de su trayectoria inicial por efecto de la gravedad del Sol. Y, en efecto, una expedición dirigida por el astrónomo inglés Arthur Eddington corroboró gracias a observaciones tomadas desde la isla de Príncipe (situada frente a la costa occidental de África) que la encorvadura de la luz era exactamente la previsible conforme a la teoría general de la relatividad de Einstein: es decir, el doble del valor previsto según la relatividad especial.

La encorvadura de la luz por la acción de la gravedad suministra la pista fundamental para responder a la pregunta de que, si la gravedad es aceleración, ¿por qué no nos damos cuenta de que estamos acelerando? Además, la luz, recordemos, siempre recorre el trayecto más corto entre dos puntos. ¿Por qué, entonces, en presencia de la gravedad, sigue una trayectoria curvada?

Pensemos en el caso de un excursionista que va siguiendo el trayecto más corto para atravesar un macizo montañoso. Desde el punto de vista de un ave que observa la escena desde el cielo, es evidente que el excursionista no sigue una línea recta, pues, debido a las ondulaciones del paisaje, va trazando una sinuosa trayectoria curva. El camino más corto a través de un paisaje curvo no es, pues, la línea recta, sino una línea igualmente curva. ¿Perciben ustedes el paralelismo? Si la luz sigue una trayectoria curva en presencia de la gravedad, eso implica que el espacio en presencia de gravedad también está curvado.

Y, en el fondo, la gravedad no es más que eso: espacio combado o, para ser más precisos, espacio-tiempo combado.

Nadie, antes de Einstein, llegó siquiera a sospechar algo así. Y no hay de qué extrañarse. El espacio-tiempo es tetradimensional: se extiende en las direcciones norte-sur, esteoeste, arriba-abajo y pasado-futuro. Y nosotros, como meras criaturas tridimensionales que somos, no estamos capacitados para experimentar directamente una realidad con cuatro dimensiones.

Así que ahora, por fin, podemos entender por qué estamos pegados a la superficie de la Tierra. No hay una «fuerza» de la gravedad que nos clave a este planeta: ninguna cinta elástica invisible nos sujeta al suelo. Lo que sucede es que el espacio-tiempo se comba (se curva) en las inmediaciones de la Tierra. Y nosotros estamos en el fondo de un valle poco profundo del espacio-tiempo. Y aceleramos en sentido descendente con la misma certeza con la que lo hace un balón cayendo hacia el fondo de un valle real. Lo que pasa es que hay algo que se interpone en nuestra caída: el suelo. Impide que sigamos cayendo. Y al oponer esa resistencia, nos transmite la sensación de la gravedad.

No es sorprendente, pues, que nadie antes de Einstein conjeturase que la gravedad es aceleración. Y es que además de que no somos capaces de ver el valle del espacio-tiempo en el que estamos, la superficie de la Tierra está ahí para obstruir nuestra caída libre.

Tomemos otro ejemplo familiar: la Luna, en su órbita alrededor de la Tierra, no está retenida por la fuerza de la gravedad como si estuviera asida a nuestro planeta por una larga cinta elástica. Lo que sucede en realidad, según Einstein, es que la Tierra comba el espacio-tiempo en derredor y crea una especie de valle en él. Y la Luna vuela alrededor de la corona de ese valle como una bola recorre la rueda de una ruleta antes de caer en una casilla.

Nosotros no nos percatamos de nada de esto porque no podemos experimentar directamente la curvatura del espacio-tiempo. Se necesitó el genial ingenio de Einstein para adivinar su existencia.

La siguiente analogía tal vez sirva de ayuda para entenderlo mejor. Imagínese que es el pasajero de un coche que da un giro brusco y pronunciado. Usted se siente impulsado hacia fuera y atribuye esa sensación a una fuerza. De hecho, si sabe algo de física, seguramente la llamará fuerza centrífuga.

Ahora bien, desde el punto de vista de alguien situado a un margen de la carretera por donde circula ese coche, no hay tal fuerza. Usted, el pasajero, simplemente ha seguido desplazándose en línea recta. Y cuando el coche da ese giro, es la carrocería del automóvil la que va hacia usted. En el ejemplo del cohete, el astronauta piensa que está experimentando gravedad, pero, desde la perspectiva de un observador externo (dotado de visión de rayos X, claro), no existe tal fuerza. Este solo ve al astronauta flotando inmóvil mientras el suelo del cohete asciende hasta encontrarse con aquel.

Como vivimos sobre la superficie de la Tierra, creemos que hay una fuerza de gravedad porque no somos conscientes de que estamos acelerando y esa aceleración nuestra se ha visto frenada por algo inamovible: el suelo. Y estamos acelerando porque, sin nosotros saberlo, el espacio-tiempo está curvado.

No existe eso que llamamos «fuerza» de gravedad. Simplemente nos movemos llevados de nuestra propia inercia a través de un espacio curvado.

En el fondo, la teoría de la gravedad de Einstein —la teoría general de la relatividad— puede condensarse en una sola frase. Se la debemos al físico estadounidense John Wheeler, acuñador del término «agujero negro». «La materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse —dijo Wheeler— y el espacio-tiempo curvado le dice a la materia cómo moverse». En eso se resume todo.

El problema, como siempre, está en los detalles. La relatividad general es conocida por su facilidad para ser descrita con palabras —e incluso con ecuaciones matemáticas— y por lo difícil que resulta extraer de ella implicaciones de cara al mundo real.⁸ Y no solo eso, sino que detectar la mano de la relatividad general en el mundo exterior es un ejercicio sumamente dificultoso. Ello se debe a que sus predicciones tienden a divergir de las de la ley de la gravedad de Newton solamente cuando la gravedad es intensa. Y la gravedad, en la Tierra y en el Sistema Solar, es muy débil. Si a alguno de ustedes no le parece que la gravedad terrestre es débil, estire un brazo y sosténgalo en línea recta horizontal al suelo. La Tierra posee una masa de 6.000 trillones de toneladas y, sin embargo, la gravedad de toda esa materia es incapaz de vencer la resistencia que usted le opone al mantener su brazo extendido.

LA GRAVEDAD ENGENDRA MÁS GRAVEDAD

La teoría general de la relatividad habría sido descubierta antes si las pruebas que indican su existencia no fueran tan sutiles. Pero tampoco era una necesidad acuciante. Lo que motivó a Einstein a desarrollarla fue simplemente el deseo de generalizar una teoría que él mismo había confeccionado. Eso convierte la teoría general en un caso muy poco habitual en los anales de la ciencia. Se trata quizá de la única de su clase que no vino motivada por una observación del mundo que no concordara con la teoría prevalente. Fue más bien el resultado de la obsesión de un solo hombre.

De todos modos, en la época en que Einstein estaba elaborando su teoría general de la relatividad, se había realizado ya una observación que contradecía una predicción de la ley newtoniana de la gravedad. Pocos la conocían y menos aún eran los que la consideraban importante. Tenía que ver con la órbita del planeta Mercurio.

Newton había descubierto que la fuerza de gravedad entre dos masas se debilita de un modo muy concreto: si se duplica la separación entre ambas, por ejemplo, la intensidad de la fuerza que las atrae entre sí se divide por cuatro; si triplicamos la separación, la fuerza se divide por nueve, y así sucesivamente.⁹ Newton mostró además mediante toda una demostración de talento matemático que la trayectoria de un cuerpo influido por una fuerza como esa —que se rige por lo que llamamos la ley de la inversa del cuadrado (o cuadrático-inversa)— es una elipse.¹⁰ Eso explicaba la observación que había hecho en su momento el astrónomo alemán Johannes Kepler, quien descubrió que las órbitas de los planetas en torno al Sol no son circulares, como mantenían los antiguos griegos, sino elípticas.

Pero, en realidad, no es cierto que todos los planetas se muevan única y exactamente conforme a una fuerza regida por la ley de la inversa del cuadrado que los dirige hacia el Sol. Además de ese tirón solar, cada planeta experimenta también el tirón gravitatorio de todos los demás planetas, y muy especialmente el de Júpiter, cuya masa es aproximadamente la milésima parte de la del Sol. Como consecuencia de ello, sus órbitas no son elipses invariables, sino elipses que cambian muy paulatinamente de orientación en el espacio (experimentan precesiones) y cuya figura final recuerda a la del rosetón de una iglesia gótica. Esto sucede tanto con Mercurio como con cualquier otro planeta. Sin embargo, la precesión de la órbita de Mercurio es superior y más pronunciada que la previsible a partir del efecto de la atracción combinada de todos los demás planeta y se produce, además, en un plano superior al esperado.

El misterio de la anómala precesión de Mercurio (pensemos que este planeta dibuja un rosetón que se completa aproximadamente una vez cada tres millones de años) se explica gracias a la relatividad general. Según Einstein, todas las formas de energía tienen una masa efectiva: la energía calorífi- ca, la lumínica, la sonora y, por supuesto, también la gravitatoria. Eso significa que, como cualquier masa, gravita. O, por así decirlo, que la gravedad engendra más gravedad.

El efecto de esa gravitación adicional es ínfimo y solo resulta apreciable allí donde la gravedad es relativamente intensa: por ejemplo, en zonas próximas al Sol. Mercurio es el planeta más cercano a nuestra estrella. Por consiguiente, experimenta una gravedad ligeramente más fuerte que la prevista por la ley de Newton. Dado que un planeta orbita siguiendo una elipse exacta únicamente cuando se encuentra bajo la influencia exclusiva de una sola fuerza newtoniana que se rige por la ley de la inversa del cuadrado, la relatividad general predice que Mercurio debería evidenciar una precesión anómala (superior y más pronunciada) que la causada por la atracción de los demás planetas. Einstein calculó el efecto. Mercurio, según averiguó él, debería trazar un «rosetón» completo en el espacio cada tres millones de años, que es justamente lo que se observa en la práctica.

Estaba claro que el hecho de que la teoría de Einstein sirviera para explicar una observación tan esotérica como es la precesión anómala de Mercurio no iba a causar particular conmoción en el mundo en general o en el ámbito científico en particular. Lo que sí la causó fue la confirmación del encorvamiento de la luz por acción de la gravedad que se realizó durante el eclipse total de 1919. Esa observación —la confirmación por parte de un inglés de la predicción de un alemán, y justo después de la catástrofe que fue la Primera Guerra Mundial— aupó a Einstein a lo más alto del firmamento científico. De la noche a la mañana, pasó a ser aclamado como el más grande físico desde los tiempos de Isaac Newton.

La encorvadura de la luz por la acción de la gravedad del Sol confirma que la energía comba el espacio-tiempo, mientras que la precesión anómala de la órbita de Mercurio confirma que todas las formas de energía —incluida la gravitatoria— poseen gravedad. Pero otra de las predicciones de la teoría de Einstein es que la gravedad ralentiza el tiempo. Mucho antes de que pudiera comprobarse en la Tierra recurriendo a relojes atómicos supersensibles, ese efecto fue buscado e investigado en las señales que nos llegan del espacio: en concreto, en la luz emitida por las enanas blancas.

LA CAMISA ROJA

Una enana blanca es el estadio final de la evolución de una estrella como el Sol. Tras haber agotado el combustible nuclear generador de su calor, una estrella de ese tipo continúa brillando mientras se va vaciando paulatinamente del calor interno que había almacenado hasta entonces. Una enana blanca compacta una masa como la del Sol en un volumen no superior al de la Tierra, lo que hace que cada fragmento de su materia del tamaño de un terrón de azúcar pese aproximadamente lo mismo que un coche familiar de nuestro mundo. Lo importante para lo que aquí nos ocupa es que un objeto así de denso posee una gravedad en superficie que es unas diez mil veces más intensa que la del Sol, lo que signifi- ca que, según las predicciones de Einstein, el tiempo debería fluir apreciablemente más lento allí que en la Tierra.

Para que un efecto así sea observable para nosotros, la superficie de una enana blanca debe poseer algún tipo de reloj que sea fácilmente visible. Y, por asombroso que parezca, lo posee.

Un átomo de un elemento concreto —da igual cuál sea este: sodio, hierro, etcétera— emite una luz de unos colores característicos que son exclusivos del elemento en cuestión y que constituyen, en esencia, su huella dactilar lumínica. El color no es más que un indicador de lo rápido que una onda lumínica oscila hacia arriba y hacia abajo. Esa oscilación regular es exactamente igual que el tictac de un reloj. Y, en efecto, cuando los astrónomos observan una enana blanca y la luz emitida por un elemento concreto de la estrella, lo que ven es que esa luz oscila allí más lentamente de lo que oscilaría en la Tierra. Por así decirlo, el «reloj» de la enana blanca corre más despacio. Y esa ralentización coincide precisamente con la predicha por Einstein.

La luz roja oscila aproximadamente a la mitad de velocidad que la luz azul. De ahí que la ralentización de la vibración lumínica desplace la luz hacia la franja roja del espectro.¹¹ Por eso llamamos a ese fenómeno corrimiento gravitacional hacia el rojo.

Este desplazamiento hacia el rojo —o esa camisa roja, como un artículo de la revista científica New Scientist la bautizó en una ocasión (cambiando la expresión original red shift por red shirt)— se observa asimismo en otros contextos. Por ejemplo, cuando los astrónomos observan luz procedente de galaxias lejanas, detectan que también esta oscila con mayor lentitud de lo que oscilaría en la Tierra. En ese caso, esa observación delata el llamado corrimiento cosmológico hacia el rojo. Tiene la misma causa que el fenómeno homónimo detectado en las enanas blancas.

Cuando observamos galaxias distantes, las vemos tal como eran cuando el universo era más joven porque su luz ha tardado mucho en llegar a nosotros a través de todo el espacio que ha tenido que recorrer. Cuando el universo era más joven, era también más pequeño. ¿Por qué? Porque, como el universo se expande, las galaxias que lo constituyen se separan cual fragmentos de metralla cósmica despedidos por el big bang. Las galaxias distantes, pues, habitaban un universo en el que, por lo general, la materia cósmica estaba comprimida dentro de una densidad mayor y, por consiguiente, tenía una gravedad más intensa que la actual. En un universo así, el tiempo fluía más lentamente de lo que fluye hoy día, según Einstein. Y eso mismo es lo que observamos cuando detectamos la oscilación (relativamente lenta) de luz procedente de galaxias lejanas: el desplazamiento cosmológico hacia el rojo.

De todos modos, en física, suele haber más de un modo de llegar a un mismo resultado. Así que otra manera enteramente equivalente de entender el corrimiento hacia el rojo de la luz que nos llega de galaxias lejanas y de las enanas blancas es diciendo que, para zafarse de esa intensa gravedad, la luz pierde energía. Puesto que la energía de la luz guarda relación con la rapidez con la que oscila (y cuanto más alta es la energía de la luz, más veloz es su oscilación), cuando la luz pierde energía, oscila más despacio. Se desplaza hacia el rojo.

EL SONIDO DE LA GRAVEDAD

Todavía no se ha confirmado por vía directa una de las predicciones de la teoría de la gravedad de Einstein: me refiero a la existencia de las ondas gravitacionales. En la teoría general de la relatividad, el espacio-tiempo no es un mero lienzo pasivo sobre el que se proyecta el drama del universo, sino que constituye un medio activo que puede curvarse por la presencia de la materia. En realidad, puede ser sacudido arriba y abajo, lo que genera una ondulación que se propaga hacia el exterior como las ondas concéntricas en el agua de un estanque. Eso es una onda gravitacional.

Ahora bien, el espacio-tiempo no es tan elástico como la piel de un tambor. De hecho, es mil billones de billones de veces más rígido que el acero. De ahí que resulte tan increíblemente difícil sacudir el espacio-tiempo para crear unas ondas gravitacionales intensas. En la práctica, para ello sería necesaria alguna de las convulsiones de la materia más extremas imaginables, como la fusión de dos estrellas de neutrones superdensas¹² o la de dos agujeros negros.¹³

Aun así, las estrellas de neutrones y los agujeros negros pueden generar ondas gravitacionales significativas mucho antes de que se unan en un único objeto, incluso cuando todavía orbitan entre sí. En 1974, esto permitió realizar una ingeniosa y elegante comprobación de la teoría de Einstein. Los astrónomos estadounidenses Russell Hulse y Joseph Taylor descubrieron un sistema formado por dos estrellas de neutrones en órbita la una alrededor de la otra. Una es un púlsar, que, al girar, irradia a intervalos regulares (que barren el cielo al modo de un faro costero) un haz de ondas de radio.

Observando detenidamente ese púlsar binario (de nombre PSR B1913+16), Hulse y Taylor determinaron que ambas estrellas de neutrón giran juntas y se aproximan una a otra a razón de unos 3,5 metros por año. Eso significa que están perdiendo energía orbital (por emplear la jerga propia de este campo). Y lo crucial del caso, es que esa energía perdida es exactamente la que la teoría de Einstein predice que deberían estar irradiando al espacio en forma de ondas gravitacionales. Por esa prueba indirecta de la existencia de las ondas gravitacionales, Hulse y Taylor compartieron el premio Nobel de Física en 1993.

Sigue abierta la competición, pues, para quienes quieran ser los primeros o las primeras en detectar las ondas gravitacionales directamente. Al principio, se las buscó instalando enormes barras metálicas suspendidas. La idea era que estas, al ser zarandeadas por una onda gravitacional de paso, tañerían como una campana. Pero son infinidad las vibraciones cotidianas terrestres (comenzando por el batir de las olas del mar contra las playas, aun el de las que rompen contra las costas a miles de kilómetros de distancia) capaces de ahogar una señal tan minúscula como la que podrían dejar las ondas gravitacionales.

En años recientes, la tecnología preferida para esa búsqueda ha sido la del interferómetro láser, con el que se intenta medir la deformación del espacio mediante el uso de reglas hechas con luz láser. Las ondas gravitacionales tienen la particular propiedad de estirar a su paso la materia en una dirección y, al mismo tiempo, comprimirla en otra dirección perpendicular a la primera. Tanto en Europa como en Estados Unidos se han construido unos detectores gigantes de ondas gravitacionales, dotados cada uno de ellos de dos brazos perpendiculares para detectar ese efecto. El Observatorio Gravitacional por Interferometría Láser (LIGO), por ejemplo, está constituido por detectores instalados en dos estados diferentes del territorio estadounidense y cuenta con brazos perpendiculares de cuatro kilómetros de longitud.

Los físicos que manejan tales detectores se enfrentan a dificultades en apariencia insalvables. Las ondulaciones gravitacionales de hasta las más potentes fuentes astrofísicas llegan muy atenuadas a la Tierra tras atravesar distancias extraordinariamente grandes. Quienes realizan esos experimentos tienen así que conformarse con detectar una deformación del espacio tan ínfima que, como mucho, modificaría la distancia entre la Tierra y el Sol en menos de una décima del diámetro de un átomo.

Entre las fuentes probables de una pulsación suficientemente fuerte está, además de los sistemas binarios de estrellas de neutrones o de agujeros negros, el nacimiento de un agujero negro como resultado del colapso catastrófico del núcleo de una estrella. Este último proceso es el que se cree que se produce después de que una estrella muy masiva detone en forma de supernova.

Aunque son muy abundantes las pruebas indirectas de la existencia de los agujeros negros, no hay ninguna directa porque, por su naturaleza misma, son entes muy pequeños y muy oscuros. Aun así, se supone que, en el momento en que se forman, la membrana exterior (el horizonte de sucesos) que rodea a cada uno de ellos vibra violentamente y genera con ello copiosas ondas gravitacionales. Un elemento de especial importancia en este caso es que, del mismo modo que el sonido de una campana es uno que es propio y exclusivo de ella, y revela con ello su forma y su tamaño, las ondulaciones en el espacio-tiempo que se propagan hacia fuera desde el lugar de nacimiento de un agujero negro deberían llevar consigo también algún distintivo inconfundible de ese suceso original. La detección del «llanto» natal de un agujero negro no solo confirmaría la teoría de la gravedad de Einstein, sino que proporcionaría por fin la prueba definitiva de la existencia de los agujeros negros.

La comparación de las ondas gravitacionales con las sonoras es muy oportuna. A lo largo de la historia humana, hemos obtenido lo que sabemos del universo básicamente a partir de la luz, gracias a nuestro sentido de la vista.¹⁴ Pero, en lo que al universo respecta, hemos sido sordos como tapias. Las ondas gravitacionales son el sonido de la gravedad. Cuando las detectemos, seremos capaces por fin de «oír» el universo.

18

EL ESTRUENDO DE LO ÍNFIMAMENTE PEQUEÑO

Los átomos

Un físico solamente es el modo que tiene un átomo de mirarse a sí mismo.

NIELS BOHR

Ver un mundo en un grano de arena

y un cielo en una flor silvestre,

sostener el infinito en la palma de la mano

y la eternidad en una hora.

WILLIAM BLAKE,

«Augurios de inocencia», 1803

Richard Feynman fue posiblemente el físico estadounidense más importante de la época de la posguerra. Ganó el premio Nobel por concebir la teoría de la electrodinámica cuántica, que describe cómo interactúa la luz con la materia y explica así prácticamente todos los aspectos del mundo cotidiano. En Física Feynman se pregunta: «Si, por algún cataclismo, todo el conocimiento quedara destruido y solo una sentencia pudiera pasar a las siguientes generaciones de criaturas, ¿cuál sería el enunciado que condensaría la máxima información en menos palabras?». Y el propio Feynman se responde: «Que todas las cosas están hechas de átomos».¹

La idea del átomo viene de muy antiguo. Hacia el 440 a. C., el filósofo griego Demócrito tomó en su mano un palo, o una piedra, o tal vez fuera un jarrón, y se preguntó: «Si pudiera cortar este objeto en dos mitades, y esas mitades en dos mitades a su vez, y así una vez tras otra, ¿podría proseguir subdividiéndolas indefinidamente?». Para Demócrito, resultaba inconcebible que esas sucesivas particiones no tuvieran final. Tarde o temprano, argumentó, toparía con un grano de materia tan pequeño que sería imposible cortarlo en dos. Demócrito llamó a tal grano indivisible «átomo», por a tomos («que no se corta»).

Demócrito postuló además que solo existe un conjunto limitado de tipos distintos de átomos. Y que, de sus diferentes combinaciones, surgen las flores, las nubes o los bebés recién nacidos. «Por convención hablamos de color, de dulzura, de amargor, pero en realidad no hay más que átomos y vacío», dijo Demócrito.

Aquel era un extraordinario ejercicio imaginativo. El mundo que nos rodea se nos antoja desconcertantemente complejo, pero esa no es más que una falsa apariencia, según Demócrito. Bajo el disfraz de la realidad, las cosas son increíblemente sencillas.² Todo está hecho de átomos y solo hay un número limitado de variedades de estos. Todo lo que percibimos depende de las combinaciones que se forman entre átomos de diversas clases. Los átomos, en definitiva, son el alfabeto de la naturaleza.

Demócrito llegó a esa conclusión solo con el poder del pensamiento. Y es que, aun suponiendo que existieran realmente, él mismo era consciente de que los átomos serían demasiado minúsculos como para que pudiéramos verlos a simple vista. De hecho, hubo que esperar más de dos milenios (concretamente, hasta la llegada de la revolución científica) para hallar pruebas indirectas de la validez de la idea de Demócrito. En una máquina de vapor, por ejemplo, hay un gas que empuja contra las paredes de su recipiente aplicándoles una presión. Si en tal recipiente se instala una pared móvil —un pistón—, la presión del vapor puede aprovecharse para impulsar maquinaria como la de los telares mecánicos o los trenes. El movimiento del pistón es explicable, según descubrieron los científicos, si el vapor consiste en innumerables átomos diminutos³ que revolotean al azar por el espacio interno del recipiente que lo encierra. Su incesante rebotar contra el pistón cual gotas de lluvia contra un tejado de cinc genera una fuerza temblorosa que, promediada y estabilizada, se percibe como una presión.⁴ James Clerk Maxwell, el físico escocés del siglo XIX, escribió:

¡Cuántas propiedades de la materia, especialmente en su forma gaseosa, pueden deducirse de la hipótesis de que sus partes mínimas están en rápido movimiento y que su velocidad aumenta cuando lo hace la temperatura! Las relaciones entre presión, temperatura y densidad en un gas perfecto pueden explicarse si suponemos que las partículas se mueven con una velocidad uniforme en líneas rectas, impactando contra los costados del recipiente contenedor y, de ese modo, generando una presión.⁵

El comportamiento de gases como el vapor constituye una prueba confirmatoria de la idea de Demócrito de que la realidad se compone de minúsculos granos de materia. Pero ¿y su idea de que esos granos son, además, de diferentes tipos? La prueba de la veracidad de esa hipótesis vino de donde menos cabía suponer.

Durante mucho tiempo, los alquimistas albergaron la esperanza de que fuera posible convertir materiales innobles como el plomo en otros preciosos como el oro. No solo fracasaron en su empeño, sino que terminaron demostrando lo contrario de lo que se proponían: algunas sustancias son imposibles de descomponer por medio alguno en otras más simples. En las postrimerías del siglo XVIII, el francés Antoine Lavoisier conjeturó que tales materiales elementales eran conjuntos de infinidad de ejemplares de un único tipo de átomo. El oro era un elemento obvio de esa clase. Pero, a lo largo de los años, los químicos —los sucesores de los alquimistas— descubrieron muchos más. Hoy conocemos 92 elementos que se han encontrado en la naturaleza y que clasifi- camos desde el más ligero de todos, el hidrógeno, hasta el más pesado, el uranio. Además, hemos creado otros elementos artificiales más pesados aún, como el plutonio.

Ya para 1815, el médico inglés William Prout había advertido que la mayoría de los átomos parecen tener una masa que es un múltiplo entero de la masa de un átomo de hidrógeno. Esto lo animó a proponer que los átomos están compuestos en realidad de cosas más pequeñas, que él creía que eran átomos de hidrógeno. En realidad, a medida que los estudiosos del átomo fueron diseccionándolo sistemáticamente durante las décadas finales del siglo XIX y las iniciales del XX, fue haciéndose evidente que está hecho, no de un única cosa más pequeña, sino de tres. Los protones y los neutrones se aproximan por su masa al hidrógeno componente básico al que se refirió Prout, mientras que los electrones son unas dos mil veces más ligeros.

La imagen del átomo que se consolidó finalmente fue la de un Sistema Solar en miniatura. En su centro, como si del Sol se tratara, un diminuto núcleo que contiene prácticamente toda la masa del átomo en forma de protones y neutrones (la única excepción en ese sentido sería la del átomo más ligero, el hidrógeno, cuyo núcleo contiene solamente un protón). En torno al núcleo, como planetas alrededor del Sol, orbitan los electrones. Los protones de un núcleo tienen carga positiva y su número está compensado por un número igual de electrones, que tienen carga negativa. De hecho, es la fuerza de atracción entre esas cargas opuestas la que mantiene los electrones ligados al núcleo.

La imagen planetaria del átomo fue deducida por el físico neozelandés Ernest Rutherford en 1911. Dos protegidos de Rutherford, Hans Geiger y Ernest Marsden, habían disparado en 1909 proyectiles subatómicos desde la ametralladora más pequeña del mundo (una muestra de radio radiactivo) contra una fina lámina de oro. La imagen del átomo que predominaba por entonces se parecía más bien a la de un pudin de Navidad o un panettone, pues se suponía que los electrones estaban incrustados como pasas en una esfera rellena de carga positiva. Si esto era así, cabía prever que las balas subatómicas (partículas alfa) disparadas por Geiger y Marsden atravesarían los átomos de oro con la misma facilidad con la que una bala real pasaría entre una nube de mosquitos. Pero para gran sorpresa de los dos jóvenes investigadores, una de cada ocho mil de aquellas partículas salió rebotada hacia atrás. Rutherford tardó dos años en deducir a partir de aquel experimento que, contrariamente a lo que el modelo del pudin relleno de pasas daba a entender, un 99,9 % de la masa del átomo debía de estar concentrado en un minúsculo núcleo contra el que una de cada ocho mil partículas alfa había impactado y rebotado.

Uno de los detalles de la imagen planetaria del átomo que más impresión causó fue lo increíblemente vacío que se veía. Un 99,9999999999999 % del mismo es nada. Si pudiéramos comprimir todos los átomos de todas las personas del mundo eliminando todo el espacio vacío que hay en su interior, la raza humana entera cabría dentro del volumen de un terrón de azúcar. La mejor imagen del átomo nos la dio el dramaturgo inglés Tom Stoppard: «Ahora cierre un puño. Pues, bien, si el núcleo de un átomo fuese del tamaño de ese puño, el átomo sería tan grande como la catedral de San Pablo de Londres, y si el átomo del que hablamos fuese uno de hidrógeno, que tiene un único electrón, este sería como una polilla revoloteando por los límites de esa catedral vacía, ahora por su cúpula, un instante después por su altar, etcétera».⁶

Los electrones, dando vueltas a gran distancia del núcleo, representan la superficie del átomo: el límite en el que establecen contacto con el «sistema planetario» de otros átomos. El número de electrones —que es igual al número de protones— determina por lo tanto cómo se comporta un átomo: por ejemplo, cómo enlaza con otros átomos para formar moléculas. El átomo más ligero (el hidrógeno) tiene un protón en su núcleo y un electrón circulando alrededor de aquel; el segundo más ligero (el helio) posee dos protones y dos electrones; el tercero más ligero (el litio), tres protones y tres electrones; y así sucesivamente.

Los neutrones de un núcleo no poseen carga eléctrica y no influyen para nada en cómo se presenta un átomo ante el resto del mundo. Actúan más bien como pacificadores nucleares, pues aglutinan el núcleo por medio de la fuerza nuclear fuerte. Sin su presencia estabilizadora, la enorme repulsión eléctrica entre los protones desintegraría el núcleo.

Habrá quien piense que, una vez se descubrió que el átomo está formado a su vez de componentes más pequeños aún (los protones, los neutrones y los electrones), la idea de Demócrito quedó desacreditada por completo. Pero eso no es del todo cierto: a fin de cuentas, lo que él proponía era simplemente que la materia estaba compuesta en último término por unos granos indivisibles. Y se ha demostrado que Demócrito tenía razón. El mundo está compuesto en último término de gránulos indivisibles. Lo que pasa es que no ha sido a ellos a los que hemos optado por llamar átomos: el nombre ya estaba tomado de antes. Pero eso ha sido fallo nuestro: nos precipitamos a la hora de poner nombres. De hecho, con el tiempo se ha demostrado incluso que los verdaderos componentes constitutivos elementales de todo son unas partículas subatómicas más pequeñas aún, que hemos bautizado con el nombre de leptones y quarks.

LOS QUARKS Y LOS LEPTONES

En realidad, toda la materia normal parece estar formada por nada más que cuatro componentes fundamentales básicos: dos tipos de leptones y otros dos tipos de quarks. Los dos leptones son el electrón y el electrón-neutrino. El electrón es el más conocido: se encuentra habitualmente en órbita en los átomos. El neutrino nos resulta menos familiar, sobre todo, por su sorprendentemente baja sociabilidad. Aunque liberados en cantidades prodigiosamente altas en las reacciones nucleares generadoras de la luz solar que tienen lugar en el interior del Sol, es tan raro que los neutrinos interactúen con la materia normal que incluso traspasan la Tierra de lado a lado como si esta fuera transparente para ellos.⁷ De hecho, cada segundo, unos 100.000 millones de neutrinos solares atraviesan la uña del pulgar de cada uno de nosotros sin encontrar obstáculo alguno y sin que ni siquiera nos demos cuenta de ello. Ocho minutos y medio antes, estaban en el interior del Sol.⁸

Además de los dos leptones, hay dos quarks distintos: el quark up y el quark down. Estos se agrupan en tríos para formar el protón y el neutrón: el protón está constituido por dos quarks up y uno down, y el neutrón por dos down y uno up. La existencia de los quarks fue demostrada repitiendo esencialmente el experimento de Geiger y Marsden de 1909 (aquel en el que ambos investigadores dispararon partículas alfa sobre un grupo de átomos y vieron que unas cuantas salían desviadas al rebotar contra algunos de aquellos núcleos atómicos). En este caso, sin embargo, los físicos dispararon electrones contra protones: en varios experimentos llevados a cabo a finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, los electrones rebotados revelaron la existencia de tres partículas «puntuales» en el interior de los protones. Eran los quarks.

Curiosamente, aunque los físicos están seguros actualmente de que los protones y los neutrones están hechos de quarks, resulta imposible desgajar un quark para liberarlo del protón o el neutrón que lo contiene. Esto se debe al peculiar comportamiento de la fuerza nuclear fuerte que aglutina los quarks. No solo es superintensa —Newton estaba en lo cierto cuando dijo que «las más pequeñas partículas pueden adherirse unas a otras por las más fuertes atracciones»—, sino que gana en intensidad cuanto más tratamos de separar dos quarks entre sí. Es como si estuvieran unidos por una cinta elástica que resiste más cuanto más la estiramos. Mucho antes de que lleguemos al punto donde esos dos quarks se habrían liberado finalmente el uno del otro, y con arreglo a los términos de la ley de la conservación de la energía, la energía invertida en estirar la «cinta elástica» se habrá transformado ya en energía masa en forma de partículas nuevas. En concreto, las leyes de la física de partículas prevén que, en un momento así, nazca un par quark-antiquark.⁹ Por lo tanto, quienes realizasen ese experimento se verían obligados entonces a separar los componentes de un nuevo par de quarks. Pero si intentaran separarlos, crearían otros dos quarks nuevos, y así sucesivamente.

Ahora bien, ¿cómo sabemos que el electrón, el neutrino, el quark up y el quark down realmente son los gránulos indivisibles últimos de la naturaleza? La respuesta nos la da el principio de exclusión de Pauli.¹⁰ Esta especie de edicto cuántico estipula que determinadas partículas subatómicas no pueden compartir idénticos números cuánticos. En el caso del electrón, eso significa que dos electrones en un mismo átomo no pueden compartir la misma órbita (ni el mismo espín), lo que garantiza que los electrones no se acumulen todos en un mismo orbital, pues con ello solo sería posible obtener un único tipo de átomo, en vez de las 92 combinaciones posibles que encontramos en la naturaleza y que dan lugar a la variedad del mundo en el que vivimos.

El principio de Pauli es una consecuencia de tres factores, uno de los cuales es la indistinguibilidad de partículas como los electrones.¹¹ Si dos cosas son indistinguibles, se entiende que carecen de subestructura alguna, pues, si no, la disposición de sus componentes podría usarse para diferenciarlas entre sí. Pero el caso es que tanto los leptones como los quarks obedecen a lo establecido en el principio de Pauli. Y solo pueden obedecerlo si son indistinguibles, es decir, si no tienen ninguna subestructura y son verdaderamente los gránulos indivisibles de materia más elementales.

Entonces, ¿eso es todo? Al final, ¿el mundo se compone únicamente de cuatro componentes elementales: el electrón, el neutrino, el quark up y el quark down? No exactamente. Hay una complicación añadida (¿acaso no la hay siempre?). Por alguna misteriosa razón, la naturaleza ha decidido triplicar sus componentes fundamentales. En vez de un cuarteto de partículas, hay tres cuartetos, cada uno de los cuales contiene versiones progresivamente más masivas de lo que, en esencia, son las mismas partículas. Así pues, además de la generación 1, consistente en el electrón, el electrón-neutrino, el quark up y el quark down, existen también la generación 2, consistente en cuatro partículas (más pesadas) llamadas muón, muón-neutrino, quark-extraño y quark-encantado, y la generación 3, formada por los más pesados aún tauón, tau-neutrino, quark-fondo y quark-cima.

Curiosamente, ninguna de esas dos familias más pesadas desempeña papel alguno en el mundo cotidiano. De hecho, debido a la ingente cantidad de energía que se necesita para crearlas, solamente fueron comunes en la bola de fuego superenergética del big bang, durante la primera fracción de segundo de existencia del universo. Cuando el muón (que, en esencia, constituye una versión más pesada del electrón) fue descubierto en 1936, el físico estadounidense «I. I.» Rabi dijo: «¿Quién ha pedido eso?». Lo mismo podría decirse de todos los demás duplicados de los cuatro componentes básicos elementales de la naturaleza: «¿Quién los ha pedido?».

Ahora bien, ¿cómo sabemos que no hay más de tres generaciones de componentes constitutivos fundamentales? La respuesta a esa pregunta proviene de una fuente sorprendente: la cosmología. Entre el minuto 1 y el minuto 10 de existencia del universo, la bola de fuego del big bang fue lo sufi- cientemente caliente y densa como para que los protones y los neutrones chocasen entre sí y se adhiriesen unos a otros formando núcleos del segundo elemento más pesado, el helio. Por asombroso que parezca, ese helio primigenio ha pervivido hasta la actualidad y puede observarse a lo largo y ancho del universo. Los astrónomos calculan que representa un 10 % aproximadamente del total de átomos existentes. Sin embargo, si hubiera muchas más generaciones de neutrinos que las hasta ahora postuladas, la gravedad de su masa adicional en aquellos momentos iniciales habría frenado la expansión de la bola de fuego del big bang, lo que habría hecho que el universo se mantuviera más denso y caliente durante más tiempo, por lo que la cantidad de helio que habría originado habría sido distinta. Según los cálculos, pues, un universo con un 10 % de helio como es el nuestro solo es posible si existen o han existido, a lo sumo, tres o cuatro generaciones diferentes de neutrinos. Así pues, puede que haya una cuarta generación (más pesada todavía) de partículas constitutivas fundamentales que aún no se ha descubierto. En cualquier caso, la mayoría de los físicos se inclinan por su no existencia.¹²

Contabilizadas ya tres generaciones de partículas, podría parecernos que existen un total de doce componentes fundamentales básicos: seis quarks y seis leptones. Pero la cosa no se queda ahí, ni mucho menos. Hay que tener en cuenta también las fuerzas que ligan entre sí a los quarks y a los leptones: por ejemplo, aquellas que aglutinan quarks up y quarks down en tríos que forman protones y neutrones.

PORTADORAS DE FUERZAS

Según la teoría cuántica, las fuerzas surgen del intercambio de unas partículas portadoras de fuerzas. Para entenderlo mejor, podemos imaginarnos a dos tenistas golpeando una pelota de un lado a otro de la pista de juego: cada vez que uno de ellos devuelve la bola a su contrincante, siente la fuerza de su oponente. Pues, bien, en la actualidad, los físicos conocen cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza electromagnética, que es la que mantiene unidos los átomos de nuestro cuerpo, por ejemplo; las fuerzas nucleares fuerte y débil, que actúan únicamente dentro del ultrarreducido ámbito del núcleo atómico; y la fuerza gravitatoria, que liga a planetas, estrellas y galaxias. La partícula portadora de la fuerza electromagnética es el fotón; las de la fuerza nuclear débil son tres bosones vectoriales (el W+, el W– y el Z); las de la fuerza nuclear fuerte son ocho gluones; y la de la fuerza gravitatoria es el gravitón (si bien nadie ha detectado jamás un gravitón, y los físicos siguen sin haber sabido elaborar una descripción cuántica de la gravedad en términos de una partícula de intercambio como esa).

Así que ahora la cuenta sube ya a doce componentes constitutivos básicos y trece partículas portadoras de fuerzas. ¿Queda algo por añadir? Pues lo cierto es que, en realidad, hay otra partícula, el bosón de Higgs, cuyo descubrimiento en el Gran Colisionador de Hadrones próximo a Ginebra (Suiza) en 2012 fue enormemente publicitado en todo el mundo. Se trata de un bulto localizado en el campo de Higgs, que es una especie de melaza invisible que ocupa todo el espacio y dificulta el paso de las demás partículas, con lo que les confiere masa. Pero tampoco esa partícula completa todo el panorama.

Y es que, sorprendentemente, los quarks que forman los protones y los neutrones son relativamente ligeros y representan apenas un 1 % de la masa de la materia normal (incluida la de nuestros cuerpos). Esa minoritaria parte es la que se explica gracias al bosón de Higgs. Pero, entonces, ¿de dónde procede el resto de la masa de neutrones y protones? Los quarks giran a una velocidad cercana a la de la luz influidos por la superpotente fuerza nuclear fuerte. Es esa tremenda energía cinética suya la que representa el 99 % restante de nuestra masa, ya que, como bien descubrió Einstein, toda energía posee una masa efectiva.¹³ Y, en último término, esa energía cinética (y, por consiguiente, nuestra masa) proviene de los campos de gluones responsables de la fuerza nuclear fuerte.

Y ahora sí que ya está todo. Hay doce partículas constitutivas básicas aglutinadas por medio de trece partículas portadoras de fuerzas, a las que cabe sumar una partícula adicional vinculada al campo que confiere masas a todas las demás partículas. Esta descripción cuántica de los componentes y las fuerzas fundamentales es conocida como el Modelo Estándar y constituye posiblemente el logro específico más grande de toda la física. Su principal deficiencia, sin embargo, es que solo alcanza a describir tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. La gravedad, que de momento se explica por medio de la teoría general de la relatividad de Einstein, se niega tozuda a entrar en ese redil.¹⁴

Doce componentes constitutivos básicos, más trece partículas portadoras de fuerzas, más el bosón de Higgs, suman un montón de partículas fundamentales. Y, de hecho, hay más aún… otra nueva vuelta de tuerca. Cada partícula lleva asociada una antipartícula, con propiedades opuestas en lo que se refiere a su carga eléctrica o a su espín. Una partícula y su antipartícula siempre nacen juntas, por lo que no deja de ser un misterio por qué vivimos en un universo dominado por la materia. La mejor suposición de los físicos hasta hoy es que, en el momento del big bang, hubo algún tipo de sesgo en las leyes de la física que favoreció la creación de materia o que propendió a la destrucción de antimateria. Por cierto, además de partículas pesadas (bariones) como el protón y el neutrón, la naturaleza permite también la existencia de partículas de peso medio (mesones). Estas, en vez de estar compuestas por un trío de quarks, están hechas solamente de un par: un quark y un antiquark.

Así que, resumiendo, hay doce componentes constitutivos elementales, más trece partículas portadoras de fuerzas, más el bosón de Higgs, más todas sus respectivas antipartículas. Pero los físicos nunca pierden la esperanza de reducir ese número. Ya desde finales del siglo XIX, cuando James Clerk Maxwell demostró que la fuerza eléctrica y la magnética eran simples facetas de una misma fuerza electromagnética, los físicos han actuado aguijoneados por el prurito de la unificación. Están convencidos de que las cuatro fuerzas fundamentales son simplemente facetas de una única superfuerza que reinó suprema en las condiciones de muy elevada energía que se dieron en los primeros momentos del big bang y que, a medida que la temperatura se fue desplomando a partir de entonces, se fue subdividiendo sucesivamente en las fuerzas que vemos hoy en día. En realidad, en colisiones entre partículas de alta energía inducidas a comienzos de la década de 1980, los físicos pudieron ser testigos de la refundición (por así llamarla) de las fuerzas electromagnética y nuclear débil en una sola fuerza electrodébil.

SUPERSIMETRÍA

Llevados de este espíritu unificador, algunos físicos han insinuado que las partículas constitutivas básicas (aquellas que llamamos fermiones) son meramente facetas diferentes de las propias partículas portadoras de fuerzas (aquellas que llamamos bosones).¹⁵ Una pega importante de esta elegante idea, conocida como supersimetría, es que ninguno de los fermiones conocidos parece ser el reverso o el anverso de ninguno de los bosones conocidos. No disuadidos por ello, varios físicos han postulado que los socios supersimétricos de las partículas conocidas tienen masas muy grandes y que los actuales aceleradores de partículas no disponen de la potencia suficiente para crearlos en las colisiones que allí se inducen.

Si la hipótesis de la supersimetría es correcta, se demostrará que los fermiones son la otra cara de la moneda de los bosones. Por desgracia, esa demostración se produciría a costa de generar toda una larga serie de nuevos tipos de partículas. El socio supersimétrico hipotético del electrón, por ejemplo, es el selectrón, y el del fotón, el fotino. Tal vez nos parezca un precio demasiado elevado que pagar por la unifi- cación. No obstante, la recompensa que obtendríamos al mismo tiempo podría ser enorme. ¿Por qué? Porque hay otra vuelta de tuerca adicional que introducir en toda esta historia de los constituyentes últimos de la materia: me refiero al concepto de materia oscura.

Lamentablemente, el material compuesto de átomos (aquel del que ustedes, yo y las estrellas estamos hechos, y en el que la ciencia ha centrado exclusivamente su atención durante 350 años) representa nada más que un escaso 4,6 % de la energía masa del universo.¹⁶ Un impresionante 71,4 % de la energía masa universal está en forma de energía oscura, invisible, pero eso no es lo que importa en este momento. El factor clave es que un 24 % de la energía masa del universo existe en forma de materia oscura, un material que no emite ninguna luz discernible y cuya presencia solo hemos logrado inferir a partir del tirón que su gravedad ejerce sobre las estrellas y las galaxias visibles. La identidad de la materia oscura (cuyo peso supera al del material visible del universo por un factor superior a cinco) es un misterio. Sin embargo, una posibilidad es que esté formado por partículas supersimétricas que no hemos descubierto hasta la fecha.

La supersimetría constituye simplemente un intento contemporáneo de mostrar que toda una serie de fenómenos no es más que la exhibición de diferentes rostros o facetas de otro fenómeno único y unificado. Ahora bien, esa ansia unificadora choca de plano con el deseo reduccionista de Demócrito de mostrar que la realidad está originada en último término por las permutaciones de un pequeño número de tipos distintos de componentes constitutivos elementales. Y es que, a fin de cuentas, si el programa reduccionista llegara alguna vez a rebajar el número de elementos constitutivos básicos a una sola partícula fundamental puntual, ¿cómo iba esta a tener diferentes facetas o rostros? Por definición, una partícula puntual tiene el mismo aspecto se mire por donde se mire. Pero eso significa que el único modo de evitar la contradicción entre unificación y reduccionismo es que el componente constitutivo fundamental no sea una partícula puntual. Justamente esa es la propuesta de la teoría de cuerdas.

LA TEORÍA DE CUERDAS

Para la teoría de cuerdas, los componentes constitutivos básicos de la materia son unas cuerdas unidimensionales de energía masa que pueden vibrar cual ultradiminutas cuerdas de violín con una rapidez (y, por consiguiente, con una energía) cada vez mayor, dando lugar así a partículas cada vez más pesadas. Una de esas vibraciones, por ejemplo, sería el electrón.

Según esta hipótesis, las mencionadas cuerdas son fantásticamente pequeñas: se dice normalmente que unos mil billones de veces más reducidas que un átomo. Sondear cosas a tan ínfima escala está absolutamente fuera del alcance de nuestras capacidades tecnológicas. Se necesitaría un acelerador de partículas que incrementara la energía de las partículas subatómicas hasta niveles extraordinarios, ya que, según la teoría cuántica, la onda cuántica asociada a una partícula es más pequeña cuanto mayor es su momento (o energía). El sondeo de las escalas ultradiminutas de la existencia es inseparable de la generación y la utilización de niveles de energía colosalmente altos: a fin de cuentas, el big bang (y su ultraelevada energía) fue el eco con el que resonó el estruendo de lo infinitamente pequeño.

La teoría de cuerdas ha adquirido popularidad porque una cuerda en particular —una de esas lazadas vibrantes— poseería teóricamente las propiedades de un gravitón, la hipotética partícula portadora de la fuerza gravitatoria. Por lo tanto, la teoría de cuerdas incorpora automáticamente una explicación para la gravedad, que ha demostrado ser la fuerza más difícil de unificar con las otras cuatro de la naturaleza. El principal problema de la teoría, sin embargo, es que, para reproducir el comportamiento de todas las fuerzas fundamentales, se necesita un total de diez dimensiones (es decir, seis más que las cuatro ya conocidas). Los defensores de la teoría de cuerdas aducen que esas dimensiones adicionales no se advierten porque están totalmente enrolladas (o compactadas) dentro de unos márgenes mucho más reducidos que los de un átomo.

La teoría de cuerdas es una posible candidata a ser una «teoría del todo», capaz de explicar todos los componentes constitutivos elementales (y su interacción mutua por medio de las fuerzas fundamentales) con un único y elegante conjunto de ecuaciones garabateadas en el reverso de un sello (o, como mucho, de una postal). Pondría, según físicos como Stephen Hawking, un triunfal remate final a la física. Sin embargo, una teoría del todo nunca podría ser tan genial como la pintan por dos razones cruciales.

La primera razón es que el universo no puede ser simplemente la consecuencia inevitable de una teoría del todo. Y ello es así porque una teoría del todo, por su naturaleza misma, sería una teoría cuántica. Dicho de otro modo, una teoría así predeciría no lo que ocurre, sino meramente las probabilidades de que ocurran diferentes cosas. Cada vez que un electrón se enfrenta a la alternativa de sortear un obstáculo por su izquierda o por su derecha, cada vez que un átomo se enfrenta a la alternativa de emitir un fotón o no emitirlo, el hecho de que se decante por una opción o por la otra es algo puramente aleatorio. Y esto ha venido sucediendo así infinidad de veces desde el big bang. El universo que hoy vemos a nuestro alrededor no es simplemente una consecuencia de una teoría del todo, sino el efecto de una teoría así más una secuencia inimaginablemente larga y extensa de accidentes o casualidades que solo se concretaron en su lugar y momento. Billones y billones de otros universos posibles podrían haber surgido (todos ellos) de la misma teoría del todo. El nuestro solo es uno más, seleccionado al azar. «Todo ente del mundo que nos rodea (un ser humano, por ejemplo) debe su existencia no solamente a la simple ley fundamental de la física […] —ha escrito el físico estadounidense Murray Gell-Mann—, sino también a los resultados de una secuencia inconcebiblemente larga de sucesos probabilísticos, cada uno de los cuales podría haber salido distinto».¹⁷

La teoría del todo, si llegamos a dar con ella, será un triunfo de la imaginación humana. No cabe duda alguna. Pero revelará también las limitaciones del enfoque reduccionista iniciado por Demócrito dos milenios y medio atrás. Conoceremos los ingredientes básicos y la receta necesaria para cocinar un universo. Y ese será un logro fantástico. Pero en la línea final de la receta, podrá leerse una instrucción fundamental para el éxito del plato: déjese cocer a fuego lento durante 13.770 millones de años.¹⁸

La teoría del todo tiene una limitación más. El conjunto de ecuaciones garabateadas en el reverso de ese sello (o de esa postal) describirán cómo interactúan entre sí los componentes constitutivos elementales de la naturaleza por medio de las fuerzas fundamentales de la propia naturaleza. Pero no explicarán un bebé recién nacido, o un soneto de Shakespeare, o por qué se enamoran dos personas. ¿Cómo suceden cosas así? Según los físicos, tales fenómenos emergen.

LA EMERGENCIA

Una característica del universo —o, cuando menos, de este rincón particular nuestro: la Tierra— es que los componentes constitutivos fundamentales se combinan entre sí para formar otros componentes constitutivos más grandes que, a su vez, se enlazan entre sí para crear otros más grandes aún, y así sucesivamente. Por ejemplo, los quarks y los leptones se combinan y dan lugar a los átomos. Los átomos se combinan y forman moléculas (incluidas las megamoléculas del ADN). Las moléculas se combinan y constituyen los gases, los líquidos y los sólidos… y las células biológicas, claro está. Las células se combinan y forman plantas, animales, seres humanos… y cerebros. Y los cerebros se combinan entre sí y dan pie a toda una civilización tecnológica global.

Un rasgo característico de esta jerarquía —que no deja de originar novedad y complejidad adicionales a cada paso— es que las leyes que organizan cómo interactúan los componentes constitutivos de cada nivel entre sí no nos dan ninguna pista de cuáles son las leyes que rigen el comportamiento de los componentes elementales del nivel inmediatamente superior. «No encontramos la vida en los átomos, en las moléculas ni en los genes como tales, sino en la organización —ha escrito el biólogo estadounidense Edwin Grant Conklin—; no la encontramos en la simbiosis, sino en la síntesis».¹⁹

El todo es mayor que la suma de sus partes. Por ejemplo, saber cuántos quarks se juntan para formar el núcleo de los átomos no le dice nada a un químico acerca de cómo se comportan los átomos a la hora de enlazarse para formar moléculas. Y conocer el funcionamiento de una célula por separado no le dice nada a un neurocientífico a propósito de cómo funcionan 100.000 millones de células concertadas para crear ese cerebro humano capaz de reír, de concebir un plan para enviar a un hombre a la Luna, o de pintar la Mona Lisa.

Eso explica por qué, pese al estatus de ciencia fundamental del que goza la física, establecida como base sobre la que descansa la jerarquía explicativa del mundo en general, esta no haya vuelto superfluos a los químicos, ni a los biólogos, ni a los sociólogos. En cada uno de sus respectivos niveles de complejidad, nuevos fenómenos —descritos por nuevas leyes— emergen a partir de la interacción entre los componentes constitutivos del nivel inmediatamente inferior. Así, por ejemplo, cuando se juntan numerosas moléculas de agua para formar una gota, surge (emerge) una propiedad llamada humedad que no tiene sentido alguno si la aplicamos a una molécula de H₂O por separado. Y cuando se junta el elevadísimo número de átomos que forma un bote de pintura, aparece una propiedad llamada color que tampoco tiene sentido alguno aplicada a una sola molécula de ese pigmento pictórico.

La emergencia puede parecernos magia, pero, en realidad, no lo es. Nada se añade en ese proceso, que consiste más bien en una eliminación de información. Aunque podría ser perfectamente posible predecir el movimiento de una única molécula de gas revoloteando por el espacio, es del todo imposible seguir el rastro de los incontables cuatrillones de átomos que forman todo el gas que podamos imaginar. Así que los físicos ignoran una enorme cantidad de información. Buscan aproximaciones. Descartan algunos de esos detalles irrelevantes para que puedan abrir el plano de sus observaciones y apreciar mejor un panorama más general. De ahí que inventen magnitudes como la presión y la temperatura, que son promedios del comportamiento de cantidades enormes de constituyentes microscópicos. Solo cuando captan inteligentemente un plano más general como ese son capaces de detectar correlaciones entre los parámetros promediados: nuevas leyes que rigen el comportamiento entre estos.

«El mundo del quark se parece mucho a un jaguar dando vueltas en círculo en la oscuridad de la noche», escribió el poeta chinoamericano Arthur Sze. Pero, en la práctica, conectar esos dos planos de la existencia en un único marco explicativo está totalmente fuera de nuestras capacidades actuales, en pleno siglo XXI. Buscamos aproximaciones porque carecemos de la habilidad matemática necesaria para explicarlo todo en términos del comportamiento de los componentes constitutivos más fundamentales.

Y así vamos apilando una aproximación sobre otra. Y de ese proceso emergen nuevas leyes. Más y más leyes aproximadas. Así es como conocemos el universo. Así es como damos sentido a un mundo que es demasiado complicado como para que ese bulto de gelatina y agua, de menos de kilo y medio de peso, que es nuestro cerebro de simio enclenque pueda percibirlo en su totalidad. Como bien dijo Thomas Carlyle: «No pretendo comprender el universo: es muchísimo más grande que yo. […] La gente debería ser más modesta».

Todo esto significa que una teoría del todo, si alguna vez llega a descubrirse, no suplantará a todas las ciencias. Por mucho que sirva para explicar la interacción entre los componentes constitutivos más elementales del mundo, nada tendrá que decir acerca de flores, de sonetos o de la risa de un recién nacido.

19

NINGÚN TIEMPO COMO EL PRESENTE

El tiempo

—¿En qué día estamos? —preguntó Winnie the Pooh.

—Hoy es hoy —gruñó Piglet.

—¡Mi día favorito! —exclamó Pooh.

A. A. MILNE, Winnie the Pooh

No puedo hablarte en términos de tiempo: tu tiempo y el mío son diferentes.

GRAHAM GREENE, El final de la aventura

Imagínese usted que mira hacia fuera por su ventana y ve a los normandos, y tras ellos, a los romanos, y tras ellos, a los egipcios. ¿Una locura, piensa usted? Pues no más de lo que para los astrónomos supone mirar todos los días el universo a través de sus telescopios. Y es que, cuanto más lejos está un objeto celeste, más remoto es en el tiempo.

La luz viaja en el vacío a unos 300.000 kilómetros por segundo. Pero si viajara solamente a cien metros por siglo, a algo así como un kilómetro de distancia, veríamos a Guillermo el Conquistador invadiendo todavía Inglaterra; a unos 2,2 kilómetros, veríamos a Publio Escipión batallando todavía contra Aníbal y sus elefantes; y no muy lejos de la línea del horizonte, a unos 4,5 kilómetros, veríamos al faraón Keops efectuando todavía su inspección semanal a las obras de construcción de la Gran Pirámide de Guiza.

El motivo por el que todos esos acontecimientos serían aún visibles es que, a razón de solo cien metros por siglo, la luz que nos dejaría constancia visual de los mismos estaría cubriendo con exasperante lentitud la distancia que nos separa de ellos. ¿A santo de qué digo todo esto? Douglas Adams escribió: «El espacio es grande. Muy grande. Usted simplemente se negará a creer lo enorme, lo inmensa, lo pasmosamente grande que es».¹ Y eso significa que la luz, aun viajando 10.000 billones de veces más rápido que cien metros por siglo, cubre con exasperante lentitud las enormes extensiones del universo.

Mirando al cielo en una noche totalmente despejada, vemos la Luna tal como era hace un segundo y cuarto; el sistema de la estrella más cercana, Alfa Centauri (que solo es visible desde el hemisferio sur terrestre), tal como era hace 4,3 años; y la galaxia de Andrómeda (el objeto más distante visible a simple vista), tal como era cuando nuestros antepasados de Homo erectus comenzaban a aventurarse más allá de los límites de la sabana africana unos 2,5 millones de años atrás.

Con la ayuda de potentes telescopios, los astrónomos pueden escarbar el tiempo cósmico remontándose cada vez más atrás en él y revelar así galaxias que vivieron y murieron mucho antes de que nacieran el Sol y la Tierra. Y allá fuera, en el borde mismo del universo observable, han conseguido ver el velo resplandeciente de la «superficie de la última dispersión»,² 13.800 millones de años antes de nosotros, que es lo más lejos que podemos divisar con luz.

Lo que todo esto nos muestra es que el tiempo no es lo que pensamos que es. Por el carácter finito mismo de la velocidad de la luz, el tiempo está inextricablemente ligado a la distancia. O, como dijo Einstein, «hay una conexión inseparable entre el tiempo y la velocidad de señal». Cuando miramos hacia fuera, desde la Tierra, puede parecernos que vemos el universo tal como es «ahora». Pero lo cierto es que lo que divisamos son sucesivas «capas» de espacio procedentes de momentos progresivamente más remotos.

Los telescopios perforan esas capas superpuestas de tiempo cósmico como los arqueólogos se remontan hacia atrás en el tiempo de la Tierra ahondando en los estratos del suelo terrestre. Los astrónomos, sin embargo, cuentan con la gran ventaja de que ellos sí pueden ver realmente el pasado. Aunque no pueden saber qué aspecto tiene el universo «ahora», les compensa el hecho de poder contemplar toda la historia del universo representada ante los «ojos» de sus telescopios.³

En nuestro universo, pues, el «ahora» es un concepto que carece de sentido. Es imposible saber cómo es Alfa Centauri en este momento porque la luz que nos trae noticias de ese sistema estelar solo nos permite conocer cómo era 4,3 años atrás como mucho.

La conexión entre tiempo, espacio y velocidad de la luz es tan cierta en la Tierra como en el universo. La diferencia crucial, no obstante, es que las distancias terrestres son muchísimo más cortas. La luz que transporta una impresión del rostro de un amigo con el que habla una persona llega a los ojos de esta en menos de una milmillonésima de segundo. Ese es un periodo de tiempo 10 millones de veces más breve que el intervalo temporal más corto perceptible por nuestro cerebro. Por consiguiente, ninguno de nosotros percibe retraso alguno en una situación así. El concepto «ahora», inexistente del todo en escalas tan colosales como las del universo, funciona en la Tierra como una buena aproximación a la realidad en la mayoría de las circunstancias. Es posible asumir sin temor a equivocarnos que todos vivimos aquí en un mismo presente.

Pero ¿lo es en realidad?

LA RELATIVIDAD Y EL TIEMPO

Según Einstein, el hecho de que la luz tenga una velocidad finita hace algo más que simplemente demorar la constatación de lo que acontece. La luz es el límite de velocidad cósmico y todo el mundo registra exactamente la misma medición de la velocidad de un rayo de luz con independencia de cuál sea su velocidad relativa con respecto a la fuente de este.⁴ Esto solo puede ser así, como bien se dio cuenta de ello Einstein en 1905, si el espacio de alguien que se mueve con respecto a nosotros se encoge en la dirección de su movimiento a la vez que su tiempo se ralentiza.

Einstein generalizó posteriormente los postulados de su relatividad especial. Según su teoría general de la relatividad, de 1915, si alguien está acelerando con respecto a nosotros —lo que viene a ser equivalente a que esté experimentando una gravedad más intensa—, su tiempo parece ralentizarse.⁵ Por ejemplo, cuando los astrónomos exploran el universo para mirar una capa de espacio de una época anterior, la materia del universo en aquel tiempo ocupaba un volumen menor que el actual por la simple razón de que el espacio ya venía expandiéndose desde el big bang y ha continuado expandiéndose desde entonces. Dado que la materia estaba más concentrada, la gravedad general del universo era más fuerte y, por consiguiente, el tiempo fluía más despacio.

Como el tiempo fluye a ritmos diferentes para observadores que se mueven unos respecto a los otros o que experimentan una gravedad diferente, es imposible que las personas se pongan de acuerdo en qué es pasado, qué es presente y qué es futuro. De hecho, el concepto mismo de un pasado, un presente y un futuro comunes ni siquiera aparece en la teoría de la relatividad de Einstein, que es nuestro sistema fundamental de descripción de la realidad. La pregunta, entonces, es: ¿por qué tenemos una impresión tan clara de su existencia?

La respuesta es que los efectos de la relatividad sobre el tiempo son apreciables únicamente si dos personas experimentan una gravedad acusadamente diferente o si se mueven la una con respecto a la otra a una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Y aquí, sobre la superficie de la Tierra, todas las personas (los 7.000 millones que somos) experimentamos prácticamente la misma gravedad y ni siquiera cuando volamos en aviones a reacción (a menos de una millonésima parte de la velocidad de la luz) nos movemos los unos con relación a los otros con una rapidez mínimamente apreciable en ese sentido.

No sucede lo mismo, por cierto, con los satélites de posicionamiento global (GPS) que utilizan muchos de nuestros dispositivos electrónicos (teléfonos móviles entre ellos) para calcular nuestra ubicación sobre la superficie del planeta. Por el carácter alargado de sus órbitas, esos satélites trazan una trayectoria descendente con respecto a la superficie terrestre y vuelven a alejarse a continuación hacia el espacio (en aquella parte de la órbita en que mayor distancia los separa de nuestro planeta). Eso significa no solo que aceleran y aminoran su marcha durante cada órbita, sino que también experimentan una fuerte gravedad cuando están más próximos a la Tierra y una gravedad más débil cuando están más lejos. De resultas de ello, los mencionados satélites no experimentan un pasado, un presente y un futuro comunes. Y eso es algo que debe tener en cuenta el programa que calcula nuestra posición con relación a los satélites GPS. La relatividad no es, pues, una teoría tan esotérica como pudiera parecer, sino que forma una parte esencial de la vida diaria del siglo XXI.

Aun así, nosotros seguimos viviendo nuestras vidas en el carril para vehículos ultralentos y en un escenario de gravedad ultradébil donde la relatividad no parece tener particulares consecuencias. Pero las apariencias engañan y esta no es ninguna excepción. La relatividad tiene un truco guardado en su manga para nosotros. Y es un truco de consecuencias devastadoras para nuestro concepto de tiempo.

EL MAPA DEL ESPACIO-TIEMPO

Einstein mostró no solo que el intervalo de tiempo para una persona es diferente del intervalo de otra, sino también que ese intervalo temporal es el intervalo de tiempo y espacio de esa otra persona. Y mostró asimismo que el intervalo espacial de una persona es el intervalo de espacio y tiempo de otra. Como bien dijo Hermann Minkowski, un antiguo profesor de matemáticas de Einstein, «a partir de ahora, el espacio y el tiempo considerados por separado están destinados a desvanecerse entre las sombras, y solo la unión de ambos sobrevivirá».

La unión de la que hablaba Minkowski es el espaciotiempo. «La lección más importante que cabe extraer de la teoría de la relatividad —según el físico británico Roger Penrose— es que el espacio y el tiempo no son conceptos que puedan considerarse con independencia el uno del otro; hay que combinarlos para obtener así una imagen tetradimensional de los fenómenos: es decir, una descripción de estos en términos de espacio-tiempo».⁶

Como vulgares criaturas tridimensionales que somos, no podemos experimentar el espacio-tiempo tetradimensional en todo su esplendor. Lo único que somos capaces de atisbar son proyecciones (o sombras, como las llamó Minkowski) de ese espacio-tiempo en cuatro dimensiones. Y tales sombras (el espacio y el tiempo apreciados por separado) cambian de magnitud dependiendo de lo rápido que nos movamos con relación a otra persona. Podríamos pensar que vivimos en un universo de tres dimensiones espaciales y una temporal, pero lo cierto es que vivimos en un universo de cuatro dimensiones de espacio-tiempo.

Y ahí radica, precisamente, el insuperable (y devastador) problema de nuestro concepto de tiempo.

Cada una de las cuatro dimensiones del espacio-tiempo tiene el carácter de espacio. Eso significa que el espacio-tiempo tiene el carácter de un mapa: un mapa en 4D, sí, pero un mapa al fin y al cabo. Y del mismo modo que Nueva York, Los Ángeles y el Gran Cañón son ubicaciones en un mapa terrestre, el big bang, el nacimiento de la Tierra y el fin del universo son puntos localizables en el mapa tetradimensional del espacio-tiempo. Como también lo son todos los sucesos de nuestras vidas. Y eso quiere decir, según Einstein, que el pasado, el presente y el futuro existen simultáneamente.

Por desconcertante que esto pueda resultar para la mayoría de las personas, sirvió de gran consuelo a Einstein cuando, en 1955, falleció su gran amigo Michele Besso. En una carta a los afligidos familiares de Besso (que tal vez no apreciaran del todo en aquel momento), Einstein escribió: «Ahora ha dejado este extraño mundo un poco antes que yo. Pero eso no significa nada. Las personas como nosotros, los que creemos en la física, sabemos que la distinción entre pasado, presente y futuro no es más que un espejismo obstinadamente persistente».

Pero, si el pasado, el presente y el futuro son solo una pertinaz ilusión y en modo alguno nos movemos realmente a través del tiempo, ¿por qué tenemos una sensación tan clara de que sí lo hacemos? Más aún, ¿por qué tenemos una impresión tan evidente, no ya de que nos movemos a través del tiempo, sino incluso de que lo hacemos en una dirección en particular? ¿Por qué el pasado es para nosotros como ese «país extranjero» del que hablaba L. P. Hartley?

Ese había sido un absoluto misterio para los físicos desde mucho antes incluso del advenimiento de Einstein, que fue quien puso más claramente el tema sobre el tapete. Las leyes fundamentales de la física no tienen preferencia por ninguna dirección del tiempo en concreto. La ley de la gravedad, por ejemplo, podría permitir igualmente que la Tierra orbitara en torno al Sol en sentido inverso. Pero a pesar de esa reversibilidad del tiempo, nosotros no podemos vivir nuestras vidas hacia atrás, yendo de la tumba a la cuna, rejuveneciendo a cada año que pasa. Y sin embargo, por increíble que parezca, no existe explicación alguna en la física fundamental para el hecho de por qué sentimos que nos movemos a través del tiempo (y en una dirección particular). Ahora bien, donde sí hay una explicación de eso mismo es en otro campo: el de la termodinámica.⁷

LA FLECHA DEL TIEMPO

Si nos enseñaran a la vez la imagen de un castillo y la de ese mismo castillo convertido en una ruina de escombros invadidos de matorral, sabríamos que la del castillo abandonado es posterior a la primera. Los castillos se desmoronan. No se des-desmoronan. El sentido direccional hacia el que las cosas se degradan o se desordenan es precisamente el sentido direccional que relacionamos con el sentido en el que transcurre el tiempo. Y es la segunda ley de la termodinámica la que nos proporciona esta «flecha del tiempo».

Existe un modo simple de ver lo que acabo de decir. Arrojen los fragmentos de una taza rota al aire. Siempre es posible que los pedazos se vuelvan a juntar al caer y formen una taza que parezca intacta. Ahora bien, solo hay una única manera de que algo así ocurra, un único modo de que una taza quede como si estuviera intacta, frente a las innumerables maneras posibles de que la taza termine fragmentada en más trozos aún. Precisamente porque existen infinitamente más posibilidades de que la taza quede rota en el suelo que recompuesta —inmensamente más estados desordenados que ordenados—, las tazas se rompen y no se des-rompen. Por eso también, el tiempo fluye hacia delante y no hacia atrás. Por eso, los castillos se desmoronan, pero no se desdesmoronan; o el café que se deja en una taza se enfría en vez de calentarse; o las personas envejecen en vez de rejuvenecer.

Y esa fue precisamente la vía que el físico austriaco del siglo XIX Ludwig Boltzmann siguió para formular la segunda ley de la termodinámica:⁸ enunciándola en términos del número de maneras posibles en que los componentes de un cuerpo pueden disponerse sin que deje de ser tal cuerpo.⁹ Solo hay un modo de que salga una taza renovadamente intacta. Sin embargo, hay billones y billones de modos de que la taza siga estando igual de rota o se rompa aún más. Si todos esos resultados tienen igual probabilidad uno por uno, es pues abrumadoramente probable que la taza continúe rota y que no se recomponga con el impacto de la caída. No es totalmente imposible: pensemos que la segunda ley de la termodinámica no es determinista como otras leyes fundamentales de la física, sino estadística. Pero las probabilidades apuntan a que tendríamos que esperar un periodo equivalente a la edad actual del universo multiplicada por un factor muy elevado hasta que algo tan inusual llegase a suceder.

Así pues, aunque nuestra imagen descriptiva básica de la realidad (la relatividad) predice que la totalidad del espaciotiempo está dispuesto como si fuera un mapa y que nada se mueve en realidad a través del tiempo, la flecha temporal de la termodinámica explica por qué tenemos la sensación de que el tiempo fluye implacablemente en un único sentido direccional.

Entonces, ¿cuál es el origen primero de esa flecha del tiempo? Es evidente que el universo solo puede desordenarse progresivamente si, en el pasado, estuvo más ordenado. Si ya hubiera estado desordenado al máximo, no habría tenido dirección alguna hacia la que encaminarse. Así pues, la razón última por la que existe una flecha del tiempo es que, en el momento del big bang, el universo se encontraba en un estado de orden máximo.¹⁰

Todo esto quizá significa que por fin estamos empezando a entender lo que es el tiempo. Aunque el concepto de un pasado, un presente y un futuro comunes no aparece en ningún lugar de nuestra descripción fundamental de la realidad (recordemos: la relatividad), nosotros lo experimentamos de todos modos porque vivimos nuestras vidas sin salir del carril para vehículos lentos y sin abandonar las condiciones de gravedad débil en las que nos movemos a diario. Y aunque la relatividad no marca de antemano una dirección o un sentido concretos para el tiempo, envejecemos en vez de rejuvenecer porque el big bang fue un estado caracterizado por un orden inusualmente elevado.

Ahora bien, nada de eso explica en realidad por qué tenemos la sensación de vivir en un presente: por qué centramos nuestra atención en la información que nuestros sentidos han percibido más recientemente. ¿Por qué no tenemos, por ejemplo, un presente retardado y nos centramos en información recogida diez segundos atrás, por poner un caso? ¿O por qué no tenemos dos presentes y nos centramos en datos recogidos con diez minutos de diferencia entre uno y otro momento, por ejemplo? Según el físico Jim Hartle, de la Universidad de California en Santa Bárbara, si buscamos en la física una explicación a ese enigma, nos estaremos equivocando de pleno. Él entiende que deberíamos buscarla en la biología.

NINGÚN TIEMPO COMO EL PRESENTE

Hartle cree que, cuando surgió la vida en la Tierra, posiblemente aparecieron diversos organismos con igualmente diversas maneras de experimentar el tiempo. Tal vez hubiera, por ejemplo, criaturas que tenían un presente retardado, o dos presentes, o tres, o más. Pero imaginemos la vida de una rana arborícola con un presente retardado, tal como nos propone Hartle. Esta ve una mosca. Proyecta entonces su lengua. Pero, para cuando la ha extendido por completo, como la información que maneja es obsoleta, la mosca no está ya donde estaba: hace tiempo que se ha ido volando a otro sitio. Con semejante impedimento, la rana termina desgraciadamente por morirse de hambre.

Ese es el motivo, según Hartle, por el que nos centramos en la información adquirida más recientemente: la razón por la que tenemos un «ahora».¹¹ Porque garantiza nuestra supervivencia. Porque todas las demás formas de experimentar la realidad habrían conducido a nuestra extinción. Hartle cree, pues, que, si existen otras criaturas en el universo, experimentarán el tiempo igual que nosotros.

Siguen sin despejarse ciertos misterios. Por ejemplo, nuestra creencia de que el tiempo fluye no puede ser verdad. A fin de cuentas, si algo fluye —un río, por ejemplo—, cambia con respecto a algo —la orilla del río, pongamos por caso—. Por lo tanto, si el tiempo fluye realmente, debe fluir con respecto a otra cosa. Tendría que haber un segundo tipo de tiempo, entonces, lo que es absurdo.

«Aparte del velcro —cuenta el humorista estadounidense Dave Barry—, el tiempo es la sustancia más misteriosa del universo. No puedes verlo ni tocarlo, pero un fontanero puede cobrarte más de 75 dólares cada hora por él ¡y sin que haya tenido que arreglar nada necesariamente!». Einstein tuvo la genialidad de no quedarse empantanado tratando de dilucidar qué es el tiempo y de ceñirse estrictamente a buscar aquello que se puede decir útilmente de él. «El tiempo —dijo— es aquello que miden los relojes». El gran físico estadounidense John Wheeler supo condensar el pragmatismo de Einstein y el desconcierto de Barry en una sola frase. «El tiempo —dijo él— es aquello que impide que todo pase a la vez».

20

LAS REGLAS DEL JUEGO

Las leyes de la física

Poco exageraríamos si dijéramos que la física es el estudio de la simetría.

PHILIP ANDERSON¹

¡Tigre, tigre!, que ardes brillante

en los bosques de la noche,

¿qué mano u ojo inmortal

se atrevió a trazar tu temible simetría?

WILLIAM BLAKE,

Canciones de inocencia y

de experiencia (1794)

El mundo no está exento de orden. El Sol sale todas las mañanas. Las personas envejecen, no rejuvenecen. Todo efecto sigue a una causa. Existe regularidad en el funcionamiento del telar del mundo, por así llamarlo. «La naturaleza utiliza solamente las hebras más largas para tejer sus formas de manera que cada pequeño rincón de su tela revela la organización de la totalidad del tapiz», dijo el físico estadounidense Richard Feynman. Esa organización nos da a entender que, entre bastidores, bajo la cubierta superficial de la realidad, operan reglas (leyes) que rigen el mundo.

Durante gran parte de la historia humana, llevadas del convencimiento de que un Ser Supremo lo gobernaba todo, las personas se abstuvieron de excavar por debajo de la superficie de la realidad. Pero Newton lo cambió todo. Pese a ser un hombre profundamente religioso, quiso conocer la mente de Dios. Quiso saber cuáles eran las reglas del juego con las que el Ser Supremo estaba organizando su creación. Y, aunque parezca mentira, Newton concibió una ley universal: una ley aplicable en todo momento y lugar. La ley de la gravedad universal cuantifica en qué medida depende la fuerza de atracción entre dos cuerpos de sus masas respectivas y del espacio que los separa. Y es admirable en diversos sentidos.

Para empezar, formular una ley como la de la gravedad requirió de un tremendo salto imaginativo y, por supuesto, de una gran valentía. En aquel entonces, los cielos eran considerados dominio privativo de Dios. Incluso los griegos antiguos creían que nuestro planeta estaba hecho de tierra, aire, fuego y agua, y que los cielos estaban hechos de una «quinta esencia» totalmente diferente y etérea. Newton osó concebir el cielo y la tierra como una misma naturaleza, sujeta a las mismas leyes.

Pero ¿cómo podía desentrañarse una cualquiera de esas leyes? Newton tuvo la genialidad de darse cuenta de que entre todas las masas existe una fuerza de atracción y que esa fuerza hace que caigan en dirección al suelo terrestre no solo las manzanas maduras, sino también la Luna. Nuestro satélite, claro está, no da la sensación de estar cayendo sobre nosotros. Sin embargo, es evidente que tampoco sigue la trayectoria típica de un cuerpo masivo en ausencia de fuerza interviniente alguna, que sería una línea recta, como bien se postula en la primera ley del movimiento de Newton. (Una ley, por cierto, que no difiere mucho de la «ley de la inercia gatuna» recogida en la web humorística Funny2: «Un gato en reposo tenderá a permanecer en reposo a menos que actúe sobre él una fuerza externa tal como la apertura de una lata de comida para gatos o como el correteo cercano de un ratón».)² Debe de haber algo, pues, que comba permanentemente la trayectoria de la Luna hacia la Tierra, apartándola de lo que sería su línea recta inicial. Ese algo es la fuerza de la gravedad entre ambos cuerpos. La Luna cae hacia la Tierra con la misma inevitabilidad con la que lo hace una manzana desde un árbol. La diferencia es que la Luna cae, sí, pero la superficie de la Tierra sobre la que, en principio, se precipita va alejándose en curva del satélite a la misma velocidad a la que este se abate sobre aquella. Por eso no se acerca nunca más de donde está, sino que queda atrapada en una especie de círculo perpetuo.

La Luna cae con muchísima más lentitud que una manzana: a fin de cuentas, tarda 27 días en dar una vuelta a la Tierra. Eso permitió a Newton —que sabía cuánto más lejos del centro de nuestro planeta estaba la Luna que una manzana en caída libre— deducir con precisión cuánto se debilitaba la fuerza de la gravedad en función de la distancia. Y resulta que se rige por una ley de la inversa del cuadrado. Dicho de otro modo, la fuerza de atracción entre dos masas se vuelve cuatro veces más débil si las separamos al doble de la distancia inicial; nueve veces más débil si triplicamos esa distancia; y así sucesivamente.

Los detalles no son cruciales en este caso. La cuestión fundamental es que Newton había detectado una ley universal de la física. Hoy día sabemos que su ley de la gravedad no solo describe la caída de una manzana madura de un árbol y el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra, sino también la órbita de las estrellas en torno al centro de la Vía Láctea, y la de las galaxias dentro de los grandes cúmulos de galaxias.³

Un rasgo muy notable de la ley universal de la gravedad de Newton es su simplicidad. El mundo que nos rodea puede antojársenos increíblemente complejo. Cabría esperar, entonces, que las leyes que lo gobiernan fuesen de parecida complejidad, tan complejas que su comprensión estuviera totalmente fuera de las capacidades de las mentes de unos vulgares simios como nosotros. Y, sin embargo, no lo están. El universo es tan simple que, hace ya más de 350 años, en pleno albor de la ciencia, un hombre fue capaz de percibir una ley universal, es decir, una ley que actúa en todo momento y lugar, desde el principio de los tiempos hasta el final de estos, y desde un extremo del universo hasta el opuesto.

Pero Newton descubrió una ley que no solo era simple y universal, sino que podía ser expresada de forma matemática. Su compacta fórmula resume una enorme amplitud de fenómenos.⁴ En concreto, relaciona la fuerza de la gravedad entre dos cuerpos con sus masas respectivas y su separación. Desde Newton, los científicos no han dejado de seguir la guía marcada por aquel maestro. Y han logrado con un éxito creciente hallar nuevas leyes universales de la naturaleza, todas ellas matemáticas. Esto indujo al físico austriaco Eugene Wigner a reseñar la «irrazonable efectividad de las matemáticas en las ciencias naturales». Podría decirse, pues, como ya hiciera el físico inglés Paul Dirac, que «Dios es un matemático de máximo nivel».⁵

La mayoría de los físicos siguen sin estar convencidos de que la naturaleza baile realmente al son de los símbolos y las relaciones matemáticas que ellos mismos garabatean en una pizarra o en una hoja de papel. Una y otra vez, pasan por alto los mensajes escondidos en sus propias ecuaciones igual que Einstein no supo ver el big bang en las ecuaciones descriptoras del universo que él mismo dedujo. «Nuestro error no es que nos tomemos nuestras teorías demasiado en serio —dijo en una ocasión el Nobel Steven Weinberg—, sino que no nos las tomamos suficientemente en serio».

«Lo verdaderamente extraordinario de las leyes físicas es que tienen validez en cualquier lugar, creamos en ellas o no», ha escrito el astrónomo estadounidense Neil deGrasse Tyson.⁶ «A quien crea que las leyes de la física son meras convenciones sociales lo invito a transgredir tales convenciones desde las ventanas de mi apartamento —escribió el físico estadounidense Alan Sokal—. Vivo en el piso veintiuno».⁷ Pero ¿de dónde vienen las leyes de la física?

LA SIMETRÍA

Una matemática alemana llamada Emmy Noether nos dio una pista (o, al menos, una manera más incisiva de pensar en una respuesta a esa pregunta). En 1918, realizó el que posiblemente ha sido uno de los descubrimientos más significativos de toda la historia de la ciencia: demostró que las leyes de la física son consecuencias de unas simetrías profundas.

Las simetrías son aspectos del mundo que no se modifi- can (es decir, que son invariantes) cuando se producen cambios o transformaciones.⁸ «Una cosa es simétrica si podemos hacerle algo y, una vez hecho esto, sigue teniendo el mismo aspecto de antes», dijo el físico alemán Herman Weyl. Pongamos el caso de una estrella de mar, que todos sabemos que tiene cinco brazos o puntas.⁹ Si le aplicamos una rotación de un quinto de vuelta, continúa viéndose exactamente igual. Los matemáticos dicen que una estrella de mar tiene una simetría rotacional quíntuple.

De entrada, podría parecer que esto muy poco tiene que ver con la física. Pero no es así. Nada más lejos de la realidad. El descubrimiento de Noether significa que la simetría es el origen de las leyes de la física.

Tomemos, por ejemplo, el hecho de que, si realizamos un experimento hoy o la semana que viene, dará igual, porque, si mantenemos todas las demás condiciones constantes, arrojará igual resultado. Esta simetría de traslación temporal da lugar a una de las leyes más famosas de la física: la ley de la conservación de la energía, según la cual, la energía no puede crearse ni destruirse, sino solamente transformarse de un tipo en otro (por ejemplo, de la energía química de la gasolina en la energía cinética del movimiento de un coche).

Añadámosle que, si realizamos un experimento en Londres o lo llevamos a cabo en Nueva York (manteniendo todas las demás condiciones constantes), obtendremos un mismo resultado. Esta simetría traslacional nos conduce a la ley de conservación de la cantidad de movimiento, que los jugadores de billar snooker conocen muy bien por instinto. Existe una cantidad de movimiento, denominada también momento lineal, que no es más que la masa de un cuerpo multiplicada por su velocidad. Si la bola blanca choca contra una bola roja estacionaria, por ejemplo, la cantidad de movimiento total de la bola blanca y la bola roja previo a la colisión debe ser igual al momento lineal conjunto de ambas bolas tras ella. Esa es la ley de conservación de la cantidad de movimiento.

También existe una simetría del espacio bidimensional: la simetría rotacional. Si realizamos un experimento estando alineados en una dirección norte-sur, por ejemplo, obtenemos el mismo resultado que si realizamos igual experimento pero alineados en una dirección este-oeste. De ahí surge la ley de conservación del momento angular. No hace falta dar más detalles aquí, pero baste decir que esa es la razón por la que un patinador o una patinadora sobre hielo que esté dando vueltas sobre sí mismo sin avanzar gira más rápido si recoge sus brazos.

Sabemos, sin embargo, que vivimos en un mundo con tres dimensiones espaciales y una temporal. En realidad, debido a la velocidad constante de la luz, el espacio y el tiempo están inextricablemente ligados entre sí y vivimos de hecho en un universo con cuatro dimensiones de espacio-tiempo. Y las simetrías rotacionales de las cuatro dimensiones del espacio-tiempo conducen a las leyes de la teoría especial de la relatividad de Einstein. Además, otras simetrías del espacio-tiempo originan a su vez la teoría general de la relatividad einsteniana.

Pero ni mucho menos termina ahí la conexión entre las simetrías y las leyes de la física. Ni de lejos siquiera. Es posible concebir los entes cuánticos (los electrones, por ejemplo) como entidades ocupantes de unos espacios absolutamente abstractos dotados de dimensiones que tienen una existencia matemática, en vez de real. Para describir dos partículas cuánticas, por ejemplo, se necesitan seis dimensiones espaciales; para describir tres, se necesitan nueve dimensiones; y así sucesivamente. Y lo asombroso es que las simetrías de estos espacios abstractos producen todas las leyes de la teoría cuántica. En realidad, tan robusto e influyente es el teorema de Noether que toda la física puede entenderse como una consecuencia de unas profundas simetrías subyacentes. «No hay ley de la física que no se preste a ser derivada de la manera más económica a partir de un principio de simetría», dijo el físico estadounidense John Wheeler.

El descubrimiento que hiciera Noether del hecho de que la simetría subyace a las leyes básicas de la naturaleza es la idea más potente de toda la física fundamental. Así lo entendía también Einstein, quien, al fallecer Noether en 1935, envió una carta al New York Times en la que escribió: «Fraulein Noether fue el genio matemático creativo más significativo surgido desde que comenzó la educación superior de las mujeres».

Pero ¿qué sentido tienen todas estas simetrías? Un aspecto muy llamativo de todas ellas es que son simetrías de nada. Sí, han leído bien. Las simetrías del espacio y el tiempo normales que dan origen a la conservación de la energía, entre otros principios de la física, son también las simetrías del espacio y el tiempo vacíos: las simetrías de una nada. Y ni que decir tiene que las simetrías de los espacios abstractos que dan origen a las leyes de la teoría cuántica son también simetrías de la nada. A fin de cuentas, son simetrías de unos espacios matemáticos vacíos que no tienen una existencia real. Lo que todo esto significa es que las leyes de la física que organizan el universo en el que vivimos son exactamente las mismas que las leyes de la física de un universo totalmente vacío. «Dios creó todo de la nada, pero la nada se entrevé», escribió el poeta francés Paul Valéry.

Todo esto es muy sugerente. A fin de cuentas, la pregunta cosmológica suprema es: ¿cómo surgió algo de la nada? Las leyes de la física nos están diciendo que el universo es más cercano a un estado vacío de lo que podíamos suponer. Es una nada estructurada. ¿Acaso no fue tan difícil como creemos pasar de nada a algo?

A medida que se enfrían, las sustancias pierden simetría. El agua, por ejemplo: siempre tiene el mismo aspecto en todo lugar. Sin embargo, cuando se congela y se convierte en hielo, en este se forman grietas y burbujas. El hielo sí parece distinto según el lugar.

Algo parecido se cree que sucedió cuando el universo se expandió y se enfrió tras el big bang. Originariamente, se hallaba en un estado sumamente simétrico. Pero, a medida que el universo fue enfriándose, una proporción mayor de estructura «se congeló», por así decirlo, y, con ello, redujo la simetría. De hecho, los físicos dicen que la simetría se «rompió» y que, de resultas de ello, está hoy tan bien escondida que solo el extraordinario ingenio de personas como ellos permite desentrañarla. Eso significa que, cuando los físicos recrean las condiciones de la bola de fuego del big bang haciendo que las partículas subatómicas choquen entre sí en el Gran Colisionador de Hadrones, lo que están haciendo es recrear ese estado más simétrico que tenía el universo primitivo, en el que es más fácil apreciar las simetrías básicas y deducir las leyes fundamentales.

Volvamos al ejemplo del agua. A una temperatura más baja, la nada estructurada del hielo es simplemente más estable que la nada estructurada del agua. ¿Podría ser por eso por lo que vivimos en el universo en que vivimos? El físico estadounidense Victor Stenger así lo cree. Hay algo en vez de nada porque, según dice él, algo es más estable que nada. Nosotros y todo lo que nos rodea somos simplemente pautas en el vacío.

QUINTA PARTE

LA CONEXIÓN CÓSMICA

21

EL DÍA QUE NO TUVO UN AYER

La cosmología

Si deseas cocinar un pastel de manzana desde el principio, primero deberás inventar el universo.

CARL SAGAN

Hay una teoría que afirma que si alguien descubriera lo que es exactamente el universo y el porqué de su existencia, desaparecería al instante y sería sustituido por algo aún más extraño e inexplicable. Hay otra teoría que afirma que eso ya ha ocurrido.

DOUGLAS ADAMS,

El restaurante del fin del mundo

Si alguno de nosotros se pasara toda la vida sentado en una silla en medio de un campo, le resultaría muy difícil (por no decir imposible) crearse una imagen mental de la Tierra. Los astrónomos se encuentran con un impedimento similar. Permanecen su vida entera pegados a la superficie de una diminuta bola rocosa de un anónimo páramo cósmico. Pero, a pesar de esa colosal dificultad, han tenido un éxito considerable a la hora de diseñar una imagen del cosmos. No solo conocen el contenido y el alcance del universo, sino que también se han formado una idea bastante buena de cómo nació.

La naturaleza ha sido propicia con nosotros. No vivimos en un planeta como Venus, envuelto en nubes impenetrables. No vivimos en una región de la galaxia asfixiada de estrellas como es el corazón de la Vía Láctea, donde la noche es inconcebible. No hemos aparecido en la escena cósmica tan tarde como para que la mayoría de las estrellas hubieran agotado ya su combustible y estuvieran dando sus últimos estertores. Gracias a todo ello, podemos hoy usar nuestros humildes telescopios para ver todo el universo hasta sus distantes confines.

Nuestras generaciones previas se habrían pirrado por tener la imagen tan completa que hoy tenemos de nuestro universo. La Tierra —junto a un puñado de otros planetas, lunas y diversos escombros de desecho de cuando se formó el Sistema Solar— orbita alrededor del Sol. El Sol, a su vez, orbita alrededor del centro de la Vía Láctea, una gran girándula de unos 100.000 millones de estrellas que desfilan arrastrándose pesadamente por el firmamento nocturno. En la posición del Sol (aproximadamente a dos tercios de distancia desde el centro hasta el borde exterior de la galaxia), se tardan unos 220 millones de años en completar todo un circuito, lo que significa que la última vez que la Tierra estuvo donde está en estos momentos, los dinosaurios acababan de iniciar su reinado de 150 millones de años en nuestro planeta.

De todos modos, la Vía Láctea no es más que una isla de estrellas entre 100.000 millones de otras galaxias. Para hacernos una idea de la escala de las cosas, imaginemos que el universo fuese una esfera de un kilómetro de diámetro. Estaría ocupado por 100.000 millones de galaxias, cada una del tamaño aproximado de una aspirina. La galaxia más próxima a la nuestra, Andrómeda, estaría a apenas diez centímetros de nosotros. Andrómeda y unas pocas más de las galaxias más cercanas están ligadas a nosotros por la gravedad. Pero todas las demás se alejan unas de otras como fragmentos de metralla cósmica despedidos tras una explosión.

La recesión de las galaxias fue descubierta por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble en 1929. Se deduce inevitablemente a partir de la existencia de tal recesión que el universo era más pequeño en el pasado. De hecho, si imaginamos la expansión del universo procediendo a la inversa, como una película reproducida marcha atrás, alcanzamos un momento —en torno a los 13.800 millones de años atrás— en el que todo lo creado estaba concentrado en el volumen más infinitesimal concebible. Pues, bien, ese fue el momento del nacimiento del universo: el llamado big bang (o «gran explosión»).

Uno de los descubrimientos más trascendentales de la historia de la ciencia fue sin duda el de que el universo no había existido desde siempre, sino que había nacido, o que, parafraseando al sacerdote y matemático belga George Lemaître, hubo una vez «un día que no tuvo un ayer».

EL BIG BANG

Cuando el universo estaba comprimido en un volumen muy pequeño, debía de estar muy caliente, por el mismo motivo por el que el aire comprimido en un bombín inflador se calienta. El big bang fue, pues, una «explosión muy grande» y caliente. El universo tenía al nacer, por lo tanto, un estado denso y caluroso: era una bola de fuego. Y ha estado expandiéndose y enfriándose desde entonces. De los fragmentos cada vez más fríos arrojados por aquella detonación inicial se han ido materializando las galaxias que hoy vemos al alzar la vista al cielo y, entre ellas, la propia Vía Láctea.¹

Del polvo frío que se aleja,

que es nunca y siempre,

el silencio y los desechos por venir…

Este brazo, esta mano,

mi voz, tu rostro, este amor.

JOHN HAINES²

La bola de fuego del big bang fue como la de una bomba nuclear. Pero si bien el calor de una bola de fuego nuclear se disipa en el aire circundante en cuestión de una hora, un día, una semana o el tiempo que sea, el calor de la bola de fuego del big bang no tenía lugar alguno adonde ir. Estaba embotellada en el universo, que, por definición, es todo lo que hay. Por consiguiente, el calor del big bang sigue estando ahí, a nuestro alrededor.

Aunque esa radiación cósmica de fondo fue en su momento cegadoramente brillante, la expansión del universo desde el big bang la ha enfriado considerablemente y ya no se manifiesta en forma de luz visible, sino como microondas, un tipo de luz invisible a simple vista, pero que pueden recoger aparatos tan domésticos como nuestros televisores.³ Basta con que sintonicen el suyo entre dos canales. Un 1 % de la estática (o «nieve») que ven entonces en pantalla es calor residual del big bang. Antes de ser interceptado por su antena de TV, llevaba 13.800 millones de años viajando por el espacio. Lo último que había tocado era la bola de fuego del big bang.

La radiación cósmica de fondo es el rasgo más llamativo de nuestro universo. Nada menos que un 99,9 % de las partículas de luz (los fotones) universales están acaparadas por esos rescoldos del big bang; la luz de las estrellas y las galaxias no representa más que un 0,1 % del total de fotones realmente existentes. Si tuviéramos ojos sensibles a las microondas, en vez de a la luz visible, veríamos relucir el espacio con una blancura parecida a la del interior de una bombilla gigante.⁴

La luminiscencia residual de la bola de fuego del big bang, sumada a la expansión del universo, constituyen dos convincentes pruebas de que este (el universo) inició su existencia en un estado caliente y denso, y ha estado expandiéndose y enfriándose desde entonces.⁵ Otra importante prueba de ello reside en el hecho de que un 25 % aproximadamente de la masa del universo está formado por helio, el segundo elemento más pesado de todos. La luz de las estrellas es un subproducto de la fusión del elemento más ligero, el hidrógeno, para formar helio.⁶ Estimando cuánta luz estelar hay en el universo, los astrónomos han podido deducir que las estrellas han convertido en helio solamente entre un 1 y un 2 % del hidrógeno inicial del universo. Por lo tanto, el helio actualmente existente tuvo que haberse formado en algún otro lugar.

Los núcleos de los átomos de hidrógeno son de la misma carga y, por consiguiente, se repelen entre sí con virulencia. Solo pueden vencer tal aversión mutua y juntarse para formar núcleos de helio si chocan entre ellos a muy alta velocidad —lo que implica la existencia de unas condiciones de muy elevada temperatura— y con mucha frecuencia —lo que implica una muy elevada densidad—. Se cree que la bola de fuego del big bang satisfizo sobradamente ese par de condiciones entre el minuto 1 y el minuto 10 (aproximadamente) del nacimiento del universo. Según los cálculos realizados al respecto, en esas circunstancias un 25 % del hidrógeno del universo debió de transformarse en helio. Y ese dato se corresponde exactamente con el porcentaje de helio que los astrónomos observan en la actualidad para el conjunto del universo.

La descripción del nacimiento del universo como una gran explosión o big bang suscita no pocas preguntas. Una de las más habituales es: ¿dónde tuvo lugar ese big bang? En este caso, el término mismo «big bang», acuñado por el astrónomo inglés sir Fred Hoyle en un programa de radio de la BBC en 1949, siembra bastante confusión. A fin de cuentas un bang, una explosión, sucede en un emplazamiento particular y la metralla por ella despedida se proyecta hacia fuera, hacia un espacio preexistente. Pero el big bang cósmico no se produjo en un lugar. Ocurrió en todas partes a la vez. Y tampoco había entonces ningún espacio preexistente. El espacio, como la materia, la energía e, incluso, el tiempo se crearon todos juntos en el propio big bang.

De hecho, que miremos el universo y veamos todas esas galaxias alejándose de nosotros no significa que el big bang tuviera lugar aquí, en la Tierra. Cuando los astrónomos dicen que el universo se expande, lo único que quieren decir es que todas las galaxias están retrocediendo con respecto a todas las demás. Dicho de otro modo, si pudiéramos teletransportarnos por arte de magia a otra galaxia del otro extremo del universo, también veríamos todas las demás galaxias alejándose de nosotros. Todo el mundo está en el centro y nadie está en él, porque no hay ningún centro.

Una imagen que se usa habitualmente para transmitir mejor esa idea es la de un pastel o un bizcocho relleno de pasas que se está cocinando en un horno. A medida que la masa sube por efecto del calor y la levadura, todas las pasas retroceden las unas con respecto a las otras. Ninguna de ellas está realmente en el centro de esa expansión. Obviamente, hay que pasar por alto el hecho de que un pastel de verdad tiene un borde e imaginar un pastel infinito. Pero, en cualquier caso, todas las analogías visuales de la expansión del universo durante el big bang y a partir de este son solo imágenes parciales de la realidad, ya que hablamos de un proceso que es imposible de visualizar por definición. A fin de cuentas, el big bang sucedió en cuatro dimensiones de espacio-tiempo, lo que representa una dimensión más de la que nosotros, humildes seres tridimensionales, somos capaces de captar de forma directa.

Muchas más son las preguntas provocadas por la imagen del nacimiento del universo en forma de gran explosión o bang. ¿Qué fue el big bang? ¿Qué lo impulsó? Y, por supuesto, ¿qué pasó antes del big bang? Es posible dar respuesta a todas esas preguntas, pero únicamente si situamos tales respuestas dentro del contexto de una considerable (y, conviene recalcarlo, especulativa) ampliación del modelo del big bang básico.

EL BIG BANG AMPLIADO: LA INFLACIÓN

La idea básica del big bang, pese a su éxito, se contradice con nuestras observaciones del universo en varios sentidos importantes. Para empezar, la radiación cósmica de fondo llega a nosotros más o menos por igual desde todas las direcciones del firmamento. O, por decirlo de otro modo, todos los rincones del cielo tienen casi exactamente la misma temperatura: –2,725 grados por encima del cero absoluto.⁷ Esto es un problema porque, si nos imaginamos la expansión del universo en sentido inverso —es decir, como si estuviéramos rebobinando una película— hasta el momento del origen de la radiación del big bang, llegamos a la conclusión de que aquellas regiones del universo que están hoy separadas por más de un grado de distancia angular en el firmamento (es decir, más de dos veces el ancho aparente de la Luna) no estaban en contacto entre sí en aquella época de la última dispersión.⁸ Digamos, para ser más precisos, que no había transcurrido tiempo suficiente desde el principio del universo como para que se hubiese transmitido influencia alguna entre una región y otra (ni aun suponiendo que tal influencia hubiese viajado al límite cósmico de la velocidad de la luz). Por consiguiente, si un fragmento de la bola de fuego primigenia se hubiera enfriado un poco más rápido que otro, el calor no podría haberse desplazado hasta allí desde otras regiones adyacentes a fin de igualar las temperaturas respectivas. Por lo tanto, la radiación cósmica de fondo debería mostrar una temperatura desigual entre unas regiones celestes y otras. Desde luego, la temperatura del cielo no debería ser igual en cualquiera de sus partes como las mediciones muestran que es.

La explicación rara de este fenómeno (aunque aceptada por un buen número de físicos) es que, durante la primera fracción de segundo de su existencia, el universo se expandió mucho más deprisa que en ningún otro momento posterior: más deprisa incluso que la velocidad de la luz.⁹ Ese periodo de inflación fue tan increíble y colosalmente rápido que el universo duplicó progresivamente su tamaño hasta más de sesenta veces sucesivas. Dicha inflación ha sido comparada por su proporción con el hecho de que de un mísero cartucho de dinamita hubiese salido una explosión equivalente a la de una bomba H.

La tesis de la inflación explica muy elegantemente por qué la temperatura de la radiación cósmica de fondo es igual dondequiera que miremos en el espacio. A fin de cuentas, si el universo se expandió mucho más deprisa de lo que creíamos, bien pudo haber sido mucho más pequeño inicialmente de lo que pensábamos sin que ello fuese óbice para que alcanzara el tamaño que ha alcanzado 13.800 millones de años después. Y si era más pequeño de lo que creíamos, entonces todos sus pedazos podrían haber estado suficientemente cerca entre sí como para intercambiar calor y, de ese modo, mantener la temperatura del universo uniforme a medida que este se iba expandiendo.

La tesis de la inflación (una idea tomada de la física de partículas) fue propuesta originalmente en 1979 por el físico ruso Alexei Starobinski y, por su propia vía independiente, en 1981 por el físico estadounidense Alan Guth. Aunque el mecanismo físico detallado que sustenta la teoría continúa siendo frustrantemente críptico, la inflación nos proporciona una imagen majestuosa del nacimiento de nuestro universo y, lo que es más importante, una explicación de qué fue el big bang.

El relato raro de los acontecimientos, aceptado actualmente por la mayoría de los cosmólogos, sería el siguiente. Al principio, había un vacío inflacionario (o falso). Se trataba de una versión extraña, de muy alta energía, del vacío verdadero que nos rodea actualmente.¹⁰ Y es que, para empezar, tenía gravedad repulsiva.¹¹ Esto hizo que ese vacío se expandiera, creando a su vez más vacío dotado de más gravedad repulsiva, que provocó una expansión más rápida aún del vacío que así se iba generando. Imagínense que tuvieran un fajo de billetes entre las manos y que, al ir separando una mano de otra, fuesen surgiendo más billetes para rellenar el hueco. Algo así ocurrió en el vacío inflacionario. No es de extrañar que algunos físicos se hayan referido en tono de broma a esa inflación llamándola «el almuerzo gratis perfecto».

Pero el vacío inflacionario era intrínsecamente inestable.¹² De manera totalmente aleatoria, pequeños fragmentos se desintegraban (se degradaban) en pedazos de vacío normal, de energía más baja. Y cuando eso sucedía, la enorme energía del vacío inflacionario tenía que ir a algún sitio: concretamente, a crear materia y a calentarla hasta temperaturas tremendamente elevadas. Se generaban, pues, big bangs calientes.

Imaginémonos un mar interminable en el que van apareciendo burbujas en momentos y ubicaciones puramente aleatorios. Imaginemos también que, dentro de cada burbuja, hay un universo salido de un big bang. Pues, bien, uno de esos universos de big bang fue nuestro universo.

Armados de esa teoría, podemos por fin dar respuesta a algunas de aquellas acuciantes incógnitas sobre el big bang. Y es que, así visto, el big bang no fue un acontecimiento único y excepcional. Se trató meramente de un suceso local en un océano de vacío inflacionario en permanente y progresiva expansión. Fue impulsado por la energía de partes degradadas o desintegradas de ese vacío. Y el big bang no fue el principio. Otros big bangs han venido disparándose como tracas de petardos a lo largo y ancho del vacío inflacionario desde que dicho vacío comenzó a inflarse.

Esos universos burbuja son separados unos de otros nada más nacer. De hecho, se crea nuevo vacío mucho más rápido de lo que se degrada o consume, con lo que la inflación, una vez puesta en marcha, es imparable. Es eterna. Pero, por sorprendente que pueda parecer, aunque la inflación continuará en el futuro y durante tiempo infinito, eso no significa que comenzara en un pasado igualmente infinito. Tuvo que tener un principio. La pregunta «¿qué pasó antes?» queda así simplemente desplazada desde el big bang hasta un momento anterior. Es ahí donde, sin embargo, la teoría cuántica podría ser de gran ayuda, pues, a fin de cuentas, da cabida a la posibilidad de que se cree material de la nada. Según sus postulados, lo único que se habría necesitado para ello habría sido que un minúsculo pedazo de falso vacío surgiera sin más y pusiera en marcha ese proceso de inflación. Pero, puesto que un requisito previo a que algo así sucediera es la existencia misma de la teoría cuántica, la pregunta que quedaría por responder entonces sería: «¿De dónde salieron las leyes de la física?».

La imagen del big bang como uno más de un número potencialmente infinito de bangs estallando en un mar permanentemente creciente de vacío es ciertamente llamativa. Pero dista mucho aún de estar cimentada en terreno teórico firme. La inflación no deja de ser un añadido atornillado a la imagen básica del big bang. No puede entenderse como parte indiferenciada de una única teoría compacta del universo. Pero lo peor es que no es el único aditamento atornillado a esa teoría.

EL BIG BANG AMPLIADO: LA ENERGÍA OSCURA

El modelo básico del big bang no solo predice que la temperatura de la radiación cósmica de fondo debería variar entre puntos distintos del cielo cuando no varía en realidad —una discrepancia a la que, en principio, se daría respuesta con la tesis de la inflación—, sino que prevé otros dos fenómenos que se contradicen con las observaciones empíricas hasta la fecha. Por ejemplo, predice que la expansión del universo debería estar desacelerándose. Las galaxias, a fin de cuentas, se atraen entre sí con su gravedad mutua. Es como si estuvieran interconectadas por una inmensa tela de araña de hilos elásticos que tiran de ellas y dificultan esa precipitada huida que las ha estado alejando unas de otras. Sin embargo, en 1998, los físicos descubrieron que la expansión del universo, en contra de todas las expectativas, no se está frenando, sino todo lo contrario: se acelera.

En las escalas más grandes del universo, pues, debe de estar interviniendo otra fuerza que supera a la de la gravedad y separa las galaxias. Esa fuerza misteriosa parece haberse activado hace unos 10.000 millones de años y ha estado dictando la marcha general del cosmos desde entonces. Los físicos han puesto su punto de mira en el vacío existente entre las galaxias. Aseguran que está lleno de energía oscura. Esta es invisible. Llena todo el espacio. Y tiene gravedad repulsiva. Es precisamente esta gravedad repulsiva la que está acelerando la expansión del universo.

La energía oscura representa un 68,3 % de la energía masa del universo. Imagínense qué embarazoso resultó para los estudiosos que hasta 1998 se hubiera pasado por alto el mayor componente de la masa del universo.

La energía oscura podría ser una energía intrínseca del espacio predicha por la teoría de la gravedad de Einstein, o podría tener algún otro origen distinto. Nadie lo sabe. Los físicos andan bastante perdidos cuando se trata de explicarla. Cuando se usa la teoría cuántica para predecir cuál debería ser la densidad energética del vacío cósmico —la energía oscura—, la densidad que se obtiene de tales cálculos es de un 1 seguido de 120 ceros mayor que la observada.¹³ Se trata de la mayor discrepancia constatada en toda la historia de la ciencia entre una predicción y una observación. No hay que ser ningún genio para darse cuenta de que se nos está pasando por alto alguna idea muy importante.

La energía oscura, con su gravedad repulsiva, recuerda un poco al vacío inflacionario que aceleró la expansión del universo durante su primera fracción de segundo de existencia. La diferencia es que es inmensamente más débil y duradera. Nadie sabe si existe una conexión entre la energía oscura y el vacío inflacionario.

Pero tampoco la energía oscura y la inflación son los dos únicos añadidos que debemos agregar al modelo básico del big bang para que concuerde con nuestras observaciones. Existe una tercera gran predicción de ese modelo que no concuerda con la realidad. Y me refiero, de hecho, a algo ciertamente serio e importante: el big bang predice que nosotros no deberíamos existir.

EL BIG BANG AMPLIADO: LA MATERIA OSCURA

Recordemos que las galaxias —nuestra propia Vía Láctea entre ellas— se condensaron a partir de los restos progresivamente más fríos de la bola de fuego del big bang.¹⁴ Eso fue posible gracias a que dicha bola de fuego no era del todo uniforme. La temperatura de la radiación cósmica de fondo es asombrosamente pareja por todo el firmamento, pero no totalmente uniforme. Hay lugares en los que la temperatura se desvía en unas cuantas cienmilésimas de la media. Se cree que tales ondulaciones térmicas reflejan el hecho de que ciertas partes de la bola de fuego del big bang eran ligerísimamente más densas que el resto.

Se cree también que esa pequeña irregularidad de la materia de la bola de fuego del big bang fue causada por unas convulsiones microscópicas (unas fluctuaciones cuánticas) del vacío inflacionario durante la primera fracción de segundo de la existencia del universo. Tales fluctuaciones se vieron luego magnificadas por la tremenda expansión que supuso la inflación subsiguiente. Transcurridos unos 379.000 años desde el nacimiento del universo, habían dado ya lugar a la formación de unas ligeras protuberancias en la distribución de la materia dentro de la propia bola de fuego del big bang. Dotadas de una gravedad ligeramente más intensa, dichas protuberancias reunieron materia a su alrededor más rápido que otros puntos de la mencionada bola, lo que potenció más aún su gravedad. Siguiendo un proceso parecido al que hace que el dinero llame al dinero, crecieron implacablemente hasta convertirse en las galaxias que vemos hoy a nuestro alrededor.

Esa sería una imagen muy detallada y convincente del proceso seguido para la formación de las galaxias si no fuera porque tiene un problema. Y es que, en los 13.800 millones de años trascurridos desde el big bang, no ha habido tiempo suficiente para juntar galaxias tan grandes como la Vía Láctea. Ni de lejos. En resumen, nosotros no deberíamos estar aquí.

Sin dejarse amedrentar por la idea, los astrónomos han remendado semejante rasgón teórico postulando que el universo contiene una cantidad ingente de materia invisible (es decir, oscura) cuya gravedad adicional aceleró el proceso de formación galáctica hasta el punto de que permitió que esté tan avanzado como lo vemos hoy, 13.800 millones de años después.¹⁵ De hecho, la materia oscura representa aproximadamente un 26,8 % de la masa total del universo.¹⁶ Eso es más del quíntuple de la que suman todas las estrellas visibles.

Nadie conoce la identidad de la materia oscura. Podría tener la forma de unos agujeros negros del tamaño de neveras formados durante la primera fracción de segundo de existencia del universo.¹⁷ O podría tener la forma de unas partículas subatómicas no detectadas hasta el momento. Desde luego, entre las teorías de la física de partículas no faltan posibles candidatas a servir de tal explicación. Pero, en el fondo, nadie lo sabe.

En resumen, pues, la imagen básica del big bang debe complementarse con tres apéndices agregados: la inflación, la energía oscura y la materia oscura. Un 68,3 % de la masa del universo existe en forma de una misteriosa energía oscura. Otro 26,8 % está representado por la no menos misteriosa materia oscura. Eso deja apenas un 4,9 % del universo para la materia ordinaria o corriente: el material del que estamos hechos ustedes y yo, las estrellas y las galaxias.¹⁸ Y, en realidad, solo hemos llegado a ver más o menos la mitad de esa materia corriente con nuestros telescopios. El resto es gas ultracaliente que flota alrededor de las galaxias y emite muy poca luz visible.

La situación de la ciencia en este terreno, pues, es algo peor que embarazosa. Hemos basado el gran edificio de nuestro modelo cosmológico en solo un 4,9 % del universo (el que podemos ver directamente), cuando un 95,1 % del mismo está hecho de un material invisible cuya identidad continúa siéndonos esquiva. Imagínense si Charles Darwin hubiese intentado elaborar una teoría de la biología conociendo únicamente la existencia y el aspecto de las ranas, pero nada sobre los peces, las aves o los elefantes.

Aunque, bien mirada, no es una situación tan mala como podría parecer. La materia y la energía oscuras son —parafraseando a Donald Rumsfeld— «incógnitas conocidas». Los astrónomos, aunque no tengan claros los detalles todavía, están seguros de que la imagen de conjunto que manejan es la correcta. Pese a ello, pocos se atreverían a negar que debe de haber una teoría del universo más profunda aún que unifique la inflación, la materia oscura y la energía oscura en un todo sin fisuras.

Una teoría de mayor profundidad como esa tendría posiblemente que reconocer algo bastante básico: me refiero a que nuestro universo no es todo lo que existe y que podría haber otros universos.

EL MULTIVERSO

El elemento clave que conviene recordar en toda esta cuestión es que el universo nació hace 13.800 millones de años. Eso significa que solo podemos ver aquellas galaxias cuya luz haya tardado menos de esos 13.800 millones de años en llegar a nosotros. De aquellas cuya luz vaya a tardar más en alcanzar nuestra posición, aún tendremos que esperar noticias. Por consiguiente, el universo está limitado por un horizonte, que es el conocido como horizonte de luz. Imaginémoslo como si fuera la superficie de una burbuja. Esta burbuja en particular, centrada en este caso en la Tierra, contiene unos 100.000 millones de galaxias y es lo que comúnmente llamamos el universo observable.

Pero, del mismo modo que sabemos que hay más océano más allá del horizonte cuando observamos el mar, sabemos también que el universo se extiende más allá del horizonte cósmico. De hecho, según la teoría de la inflación, hay en efecto una cantidad infinita de universo. Más allá de la pompa de jabón (por así llamarla) que es nuestro universo observable, hay un número infinito de otras pompas de jabón. ¿Y cómo son las cosas en ellas? Para empezar, cada una tuvo su propio big bang (o, según cómo se mire, su propia porción de nuestro big bang). Y también se condensaron en ellas galaxias y estrellas a partir de los restos enfriados de esa expansión inicial, solo que unas galaxias y unas estrellas diferentes.¹⁹ En otras palabras, cada burbuja o pompa tuvo una historia distinta. «Muchos y extraños son los universos arrastrados como burbujas en la corriente del río del tiempo», escribió el autor inglés de novelas y relatos de ciencia ficción Arthur C. Clarke.²⁰

Hay un importante matiz, y es que, como el universo es cuántico (o, lo que es lo mismo, granular o discontinuo), el número de historias posibles para cada burbuja es finito. Y la lógica de ese argumento es la siguiente:

Según la teoría cuántica, el mundo a escala microscópica es granular, como una fotografía de periódico. En último término, todo está hecho de pedazos indivisibles: los cuantos. La energía está hecha de ellos. La materia también. El tiempo no es ninguna excepción. Incluso el espacio: si pudiéramos observar el espacio muy de cerca con una especie de supermicroscopio, lo veríamos dividido en una serie de granos indivisibles. Podemos imaginárnoslo como un tablero de ajedrez con escaques de espacio. Pues, bien, si invirtiéramos el proceso de la expansión del universo hasta el inicio mismo de la inflación, descubriríamos que había entonces apenas un millar de casillas de espacio. La cifra en sí no es relevante, aunque hay que reconocer que es asombrosamente pequeña. Lo que importa es que entonces no había más que un número finito de escaques.

Es en el relleno del que estaban compuestas aquellas casillas donde localizamos las semillas de las posteriores galaxias. Si uno de aquellos escaques contenía energía, esa energía era la semilla de una futura galaxia. Pero del mismo modo que existe un número finito de formas de combinar las piezas de ajedrez sobre un tablero, no había más que un número finito de maneras de llenar aquellas casillas originales: algunas con energía, otras sin ella. En definitiva, el tablero de ajedrez inflacionario podía dar lugar solamente a un número limitado de posibles combinaciones o disposiciones de galaxias, es decir, a un número finito de posibles historias cósmicas.

Tenemos, pues, un número finito de historias posibles y un número infinito de ubicaciones en las que aquellas pueden desarrollarse. Por consiguiente, cada historia ocurre un número infinito de veces. Así que existe un número infinito de copias de cada uno de nosotros cuyas vidas —hasta este momento— han sido exactamente como la nuestra. De hecho, es posible calcular lo lejos que tendría que ir cada uno de nosotros para conocer a su doble. Y la respuesta es 10^10^28 metros, aproximadamente.

En notación científica, el número 10^28 significa un 1 seguido de 28 ceros, o lo que es lo mismo, 10.000 cuatrillones (o 10.000 billones de billones). Por lo tanto, 10^10^28 es un 1 seguido de 10.000 billones de billones de ceros. Es un número descomunalmente gigantesco. Corresponde a una distancia que alcanza hasta un punto increíblemente más lejano que los límites más distantes jamás sondeados por los mayores y más potentes telescopios del mundo. Pero no nos dejemos distraer por la enormidad de esa cifra. Lo importante no es que nuestro doble más cercano esté a una distancia inconcebiblemente lejana de la Tierra. ¡Lo importante es que tengamos un doble!

¿No se lo creen? Pues sepan que, por desgracia, esa es la consecuencia inevitable de dos cosas: una teoría fundamental del universo y nuestra teoría fundamental de la física (la teoría cuántica). Si no es cierta, una de esas dos teorías (o ambas) estarían equivocadas. Lo cual tampoco sería una situación tan inhabitual. «Los cosmólogos suelen estar equivocados —dijo el gran físico ruso Lev Landau—, pero no dudan jamás».

22

MASTERS DEL UNIVERSO

Los agujeros negros

Ahora tus ojos tienen esa mirada,

como agujeros negros en el cielo.

PINK FLOYD,

«Shine On You Crazy Diamond»

Los agujeros negros de la naturaleza son los objetos macroscópicos más perfectos que existen en el universo: los únicos elementos de los que están construidos son nuestros conceptos de espacio y tiempo.

SUBRAHMANYAN CHANDRASEKHAR

Los agujeros negros son regiones del espacio-tiempo donde la gravedad es tan colosalmente intensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de ellas. Ustedes pensarán probablemente que estos objetos celestes son esotéricos y no tienen incidencia alguna en nuestra vida cotidiana. Nada más lejos de la realidad. El nacimiento de la galaxia de la Vía Láctea, algo sin lo que ustedes no estarían ahí para leer estas palabras, podría haber sido desencadenado por un agujero negro. Y no solo eso, sino que los agujeros negros revelan algo acerca de la realidad cotidiana tan inquietante que resulta difícilmente creíble. Nuestro universo podría ser un holograma gigante. Ustedes podrían ser hologramas.

Un agujero negro es un testimonio de la irresistible fuerza de la gravedad que, como el típico equipo alemán de fútbol, puede ser contenida durante un tiempo, pero siempre termina imponiéndose al final. Y triunfa porque constituye una fuerza atractiva entre cada pedazo de materia del universo y todos los demás, y se trata de una fuerza que nada puede anular. En comparación, por ejemplo, la fuerza electromagnética —la que mantiene unidos los átomos de nuestro cuerpo, entre otros— puede ser atractiva y repulsiva y, a gran escala al menos, ambos efectos prácticamente siempre se compensan y se anulan mutuamente.

Un agujero negro es un fenómeno predicho por la teoría de la gravedad de Einstein: la teoría general de la relatividad. Está envuelto en un horizonte de sucesos, una membrana imaginaria que marca un punto de no retorno para aquella materia o luz que caiga en él. Si un astronauta pudiera flotar por el espacio inmediatamente adyacente al horizonte de sucesos, su tiempo se ralentizaría hasta tal punto (como consecuencia del efecto previsto por la teoría de Einstein) que, en principio, podría mirar hacia fuera y ver pasar toda la historia futura del universo ante sus ojos en un instante, como si estuviera contemplando una película a cámara ultrarrápida.¹

Traspasado ese horizonte, la distorsión del tiempo es tan grande que tiempo y espacio llegan incluso a intercambiarse entre sí. De ahí que la singularidad, el punto central del agujero en el que la materia que cae en él, aplastada hasta la insignificancia, deja de existir, sea una consecuencia inevitable de la existencia misma de un agujero negro. Se extiende no solo en el espacio, sino también en el tiempo, de manera que es tan imposible de evitar como para nosotros lo es el que mañana salga de nuevo el sol.

En la singularidad, todas las magnitudes físicas —como la densidad, por ejemplo— se disparan hasta el infinito. «Los agujeros negros son aquel lugar donde Dios se divide por cero», dijo una vez el cómico estadounidense Stephen Wright. La singularidad sobrepasa todos los límites de la teoría de la gravedad de Einstein: es un claro indicio de que nada práctico o razonable tiene esta que aportar en cuanto a la explicación de tales circunstancias. Una teoría mejor —una teoría cuántica de la gravedad— nos mostraría muy probablemente que la singularidad no es tal singularidad, sino solamente un nudo superdenso de energía masa.

«El agujero negro nos enseña que el espacio puede estrujarse como un papel hasta un punto infinitesimal, que el tiempo puede extinguirse como una llama apagada de un soplido, y que las leyes de la física que tenemos por “sagradas” e inmutables no lo son en absoluto»,² dijo en una ocasión John Wheeler, el físico estadounidense que popularizó el término «agujero negro».³

Aunque la teoría general de la relatividad predecía la posibilidad de los agujeros negros, Einstein jamás creyó que existieran. No es extraño que algo así ocurra entre los físicos. Los teóricos tienen a menudo dificultades para superar su propia incredulidad ante el hecho de que la naturaleza realmente dance al son de los arcanos símbolos que garabatean en una pizarra. «Nuestro error no es que nos tomemos nuestras teorías demasiado en serio —comentó el físico ganador del premio Nobel Steven Weinberg—, sino que no nos las tomamos suficientemente en serio».

Los agujeros negros estelares —que se forman a partir del encogimiento catastrófico de estrellas masivas que alcanzan el final de sus días como tales— son, por su naturaleza misma, difíciles de localizar. A fin de cuentas, se trata de objetos muy pequeños y, claro está, muy negros. No obstante, si un agujero negro forma parte de un sistema estelar binario, podemos ver los reveladores rayos X emitidos por la materia arrancada a su estrella compañera y calentada hasta la incandescencia a medida que es absorbida por el agujero. El primer agujero negro estelar descubierto, Cygnus X-1, fue detectado por el satélite Uhuru en 1971. Pero, en realidad, algo que demostraría ser mucho más significativo en el relato descriptivo y explicativo de los agujeros negros —y, de hecho, más significativo para nosotros— se había descubierto ya ocho años antes.

LOS AGUJEROS NEGROS SUPERMASIVOS

Los cuásares, descubiertos por el astrónomo holandés-americano Maarten Schmidt en 1963, son núcleos centrales superbrillantes de galaxias que resplandecen como faros espaciales en la orilla del universo. Como su luz ha tardado bastante más de la mitad de la edad del universo en llegar hasta nosotros, puede decirse que también resplandecen desde los principios del tiempo. Un cuásar típico bombea una energía equivalente a la de un centenar de galaxias normales como la Vía Láctea, pero desde una región más reducida que la que ocupa el conjunto de nuestro Sistema Solar. La energía nuclear —el combustible de las estrellas— no puede explicar ni de lejos semejante despliegue energético. El único proceso que sí podría explicar la prodigiosa emisión de energía de los cuásares es el calentamiento de la materia llevada hasta la incandescencia a medida que se precipita arremolinada hacia el abismo de un agujero negro. Pero no hablaríamos de un simple agujero negro estelar, sino de uno formado a partir de la masa de miles de millones de soles.

Incluso después de aquel descubrimiento realizado por Schmidt, los astrónomos creyeron durante mucho tiempo que los agujeros negros supermasivos no eran más que anomalías cósmicas. Pensaban que semejantes monstruos impulsaban únicamente el comportamiento de aquel 1 % de galaxias más descontroladas, de las que los ejemplos más extremos son los cuásares. Pero, durante estas últimas décadas, se ha ido haciendo más evidente que existe un agujero negro supermasivo no solo en el corazón de esas galaxias tan activas, sino en el centro de la práctica totalidad de galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea. La mayoría, eso sí, están inactivos tras haber engullido y agotado por completo todo su combustible de gas interestelar y estrellas desgarradas.

El origen de los agujeros negros supermasivos —a diferencia del de sus parientes, los agujeros negros de masa estelar, originados a partir del colapso de estrellas masivas— es un misterio para nosotros. Quizá nacieran de la colisión y fusión de varios agujeros negros estelares en el abarrotado corazón de una galaxia. O tal vez se formaran directamente a partir del encogimiento de una gigantesca nube de gas preestelar. Una cosa sí es segura: crecen hasta magnitudes extremadamente grandes con extrema rapidez. Cuando el universo tenía 500 millones de años de antigüedad (apenas un 5 % de su edad actual), existían ya agujeros negros supermasivos que habían alcanzado masas de varios miles de millones de soles.

Pero, por impresionantes que los agujeros negros supermasivos parezcan a escala humana, no dejan de ser minúsculos a escala cósmica. No solo son diminutos comparados con las galaxias que los albergan —hasta el más grande de ellos cabría holgadamente dentro de nuestro Sistema Solar—, sino que sus masas son también muy reducidas en comparación con las de las estrellas de esas galaxias.

A pesar de ello, parecen controlar el contenido y la estructura estelares de sus galaxias matrices. Por ejemplo, la masa de las estrellas situadas en el núcleo de una galaxia es invariablemente unas mil veces la masa del agujero negro central, lo que da a entender la existencia de un vínculo muy estrecho entre un agujero negro supermasivo y la galaxia que lo alberga. Basta con que nos detengamos un momento a pensar lo sorprendente que resulta esa proporción. Es como si el crecimiento de una megaurbe como Los Ángeles fuese controlado por algo tan pequeño como un simple mosquito.

CHORROS

Unos agujeros negros supermasivos tan relativamente reducidos proyectan su potencia a tan inmensas distancias del espacio por medio de unos chorros de electrones. Propulsados por los retorcidos campos magnéticos a que da lugar el gas de estructura espiral cercano al centro del agujero, estos larguísimos canales de materia superrápida emanan en sentidos opuestos desde los polos del agujero negro que rota sobre sí mismo. Atraviesan el espacio inmediatamente circundante, donde se encuentran las estrellas de la propia galaxia, y se prolongan hasta el espacio intergaláctico, donde inflan globos titánicos de gas caliente y forman así algunas de las estructuras de mayor tamaño de todo el universo conocido.

En realidad, dichos globos de gas fueron la primera pista detectada por la ciencia acerca de la existencia de los agujeros negros supermasivos. En la década de 1950, varios radioastrónomos, utilizando equipos adaptados a partir de los radares usados durante la guerra, descubrieron que la radioemisión observada de ciertas galaxias no procedía del nudo central de estrellas de estas —como se esperaba—, sino, misteriosamente, de unos lóbulos radioemisores gigantes situados a ambos lados de cada una de esas galaxias.

A comienzos de la década de 1980, las 27 radioantenas del observatorio Very Large Array de Nuevo México lograron trazar por vez primera una imagen de los chorros filiformes de los que se alimentan dichos lóbulos. Lo que tales haces consiguen deja en ridículo nuestros muy humildes intentos de aceleración de la materia aquí en la Tierra. Mientras que el Gran Colisionador de Hadrones instalado en las cercanías de Ginebra puede azotar un nanogramo (aproximadamente) de materia hasta velocidades muy próximas a la de la luz, la naturaleza es capaz de acelerar año tras año una masa muchas veces superior a la del Sol hasta velocidades parecidas a través de esos chorros cósmicos.

Los chorros controlan la estructura de sus galaxias matrices porque, en las regiones interiores donde aquellos son aún rápidos y potentes, expulsan toda la materia prima gaseosa de las estrellas y sofocan así la formación de estas. Pero en las regiones exteriores de las galaxias, donde los chorros son más lentos, estos tienen el efecto contrario. Al atravesar allí las nubes de gas, el impacto puede hacer que estas se colapsen bajo el efecto de la gravedad y se engendren así nuevas nidadas estelares.

Pero, al poner en marcha y, a la vez, parar la formación de estrellas, los agujeros negros supermasivos hacen algo más que esculpir galaxias. Es muy posible que también determinen el carácter mismo de las estrellas que se forman en ellas. Así, las galaxias que contienen los agujeros negros supermasivos más grandes —las llamadas galaxias elípticas gigantes— parecen contener una proporción mucho mayor de estrellas frías, rojas, longevas, y se tienen pruebas de que el agujero negro podría ser el responsable de que ello sea así. Esas enanas rojas generan planetas con pocos elementos pesados como el carbono, el magnesio o el hierro: elementos imprescindibles para la vida.

Ese es un descubrimiento que tiene implicaciones para nuestra propia galaxia porque, a 27.000 años luz de distancia de nosotros, en el corazón oscuro de nuestra Vía Láctea, acecha un agujero negro supermasivo que tiene 4,3 millones de veces la masa del Sol. Este Sagitario A* puede parecernos ciertamente impresionante, pero la verdad es que es muy poca cosa comparado con sus parientes de 30.000 millones de soles de masa que residen en el núcleo de algunos cuásares. Hasta fecha reciente, se creía que era pura casualidad que nuestra galaxia contuviera únicamente un agujero negro supermasivo relativamente pequeño. Pero ¿de verdad es una simple coincidencia? Las galaxias elípticas gigantes desparramadas por el cosmos tal vez estén abarrotadas de planetas, pero es muy posible que hasta el último de ellos sea un mundo desierto, estéril e inerte. El benigno agujero negro situado en el corazón de nuestra Vía Láctea podría ser un factor importante a la hora de explicar por qué estamos nosotros aquí y no en otra parte. Podría ser un factor que explicase en buena medida por qué están ustedes leyendo estas palabras en este mismo momento.

¿UN AGUJERO NEGRO SUPERMASIVO CREÓ LA VÍA LÁCTEA?

Es posible incluso que nuestra deuda con los agujeros negros supermasivos sea mayor aún. La mayoría de los astrónomos están convencidos de que los agujeros negros supermasivos se originan a partir de galaxias. Pero existe una tesis contraria que apunta a la posibilidad de que sean los agujeros negros supermasivos los que dan origen a las galaxias.

Según esa tesis, un agujero negro supermasivo se forma a partir del encogimiento catastrófico de una nube gigante de gas en el espacio, aplastada sobre sí misma por efecto de su propia gravedad sin haber formado estrella alguna previamente. Cuando los chorros de ese agujero se ponen en marcha, se proyectan a uno y otro lado a través del espacio. Si impactan contra una nube de gas inerte que flota en el vacío, la conmoción provoca el colapso de dicha nube, que termina fragmentándose en estrellas. Es decir, que crea una galaxia.

No se trata de ninguna especulación teórica meramente ociosa. Los astrónomos conocen ya la existencia de un agujero negro supermasivo que flota en el vacío sin ninguna galaxia de estrellas discernible en torno a él. De ese cuásar «desnudo» salen proyectados en sentidos opuestos desde sus polos sendos chorros. Y, en el extremo de uno de los chorros, se aprecia una galaxia recién nacida del tamaño aproximado de nuestra Vía Láctea. Su formación parece haberse desencadenado hace unos 200 millones de años, cuando el chorro perforó, como si de un rayo láser se tratase, una nube durmiente de gas. En el futuro, ese agujero negro supermasivo terminará situándose en el corazón de la galaxia que ha creado, con lo que el proceso de nacimiento de esta podrá darse por concluido.⁴

Si la idea de que los agujeros negros supermasivos generan galaxias es correcta, se confirmará la imparable ascensión de estos objetos desde los papeles marginales que inicialmente se les asignaron en astronomía a los lugares de honor que cada vez más parecen tener reservados. Hubo un tiempo en que se creía que solo servían de fuente de energía a una muy reducida minoría de galaxias anómalamente activas. Luego se descubrió que existen en el corazón de prácticamente todas las galaxias. Ahora parece que pueden ser ellos los que en realidad creen galaxias. Es bien posible, pues, que ustedes y yo debamos nuestra existencia misma a un agujero negro supermasivo.

EL UNIVERSO HOLOGRÁFICO

Pero los agujeros negros, además de resultar imprescindibles para nuestra existencia, podrían tener también algo extraordinario que decirnos acerca del universo en que vivimos y, de hecho, sobre la naturaleza de la realidad cotidiana misma. Y es que el universo podría ser un holograma, es decir, una representación en 3D de una realidad subyacente en 2D. Ustedes, sin saberlo, podrían ser hologramas.

Recordemos que un agujero negro nace cuando una estrella masiva alcanza el final de su vida y se colapsa de forma catastrófica sobre sí misma encogiéndose hasta convertirse en una singularidad puntual. Esa espectacular muerte de una estrella no constituyó problema alguno para la física hasta que, en 1974, Stephen Hawking demostró que, por paradójico que pueda parecer, los agujeros negros no son completamente negros. Irradian al espacio la llamada radiación de Hawking.

Hawking imaginó un escenario situado justo en el exterior mismo del horizonte de sucesos y elaboró conjeturas a partir de los procesos cuánticos que tienen lugar en tal escenario. Sabemos que, en el vacío que nos rodea, se crean continuamente partículas subatómicas con sus respectivas antipartículas que, luego, dejan de existir con la misma inmediatez. La energía con la que se crean esas partículas virtuales se repone rápidamente y, con ello, la naturaleza hace la vista gorda y permite que tales creaciones y destrucciones sigan produciéndose. Sin embargo, a veces, una de las partículas de alguno de esos pares cae en el agujero negro. La compañera restante, desprovista de una partícula gemela con la que aniquilarse, no puede entonces dejar de existir sin más. Su existencia real deja de ser fugaz: se convierte en una partícula permanente. Pero, claro, la energía necesaria para crearla ha de venir de algún sitio. Y viene de la energía gravitacional del agujero negro. Poco a poco, a medida que hay que ir reponiendo la energía de todas esas incontables partículas de la radiación de Hawking, el agujero va perdiendo su energía masa hasta que, finalmente, desaparece o se desvanece.

El problema del descubrimiento que hizo Hawking es que implica que, cuando un agujero negro se desvanece, toda la información sobre la estrella que inicialmente se colapsó hasta crear el mencionado agujero —el tipo y la posición de todos sus átomos, por ejemplo— desaparece con él también. Y eso se contradice con un edicto fundamental de la física, según el cual, la información no puede crearse ni destruirse.⁵

El físico israelí Jacob Bekenstein proporcionó una pista para la resolución de esa paradoja de la información de los agujeros negros. Bekenstein averiguó algo realmente trascendental acerca del horizonte de sucesos: concretamente, que el área de su superficie está relacionada con la entropía del agujero negro. En física, la entropía de un cuerpo es un sinónimo del desorden microscópico de dicho cuerpo.⁶ Pero no es necesario que sepan esto para entender lo que les quiero decir. Lo que sí es crucial es que sepan que la entropía está estrechamente relacionada con la información. Un número de mil millones de cifras en el que cada dígito no guarde relación alguna con el siguiente posee un muy elevado grado de desorden (o entropía); al mismo tiempo, sin embargo, contiene mucha información, ya que la única forma de transmitirlo a alguien es diciéndole todas sus cifras (los mil millones de ellas).

Esa es la pista clave que permite resolver la paradoja de la información de los agujeros negros. En 1997, el teórico de cuerdas Juan Maldacena, del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, mostró que es en el horizonte mismo del agujero negro donde la información que describe la estrella que le dio origen puede estar almacenada en forma de protuberancias y nódulos microscópicos. Por lo tanto, cuando el agujero negro irradia radiación de Hawking desde las inmediaciones de su horizonte, esta lleva impresa información sobre la estrella, del mismo modo que las ondas de radio de la emisora Radio One de la BBC llevan música pop impresa en ellas. Así pues, cuando el agujero negro desaparece, la canción de la estrella original no se pierde del todo, sino que se emite al resto del universo en forma de radiación de Hawking. Nunca se pierde información.

Ahora bien, por increíble que resulte, todo esto implica que una superficie bidimensional —el horizonte de un agujero negro— puede almacenar información suficiente para describir un objeto tridimensional —una estrella—, justamente igual que el holograma que llevamos inscrito en las tarjetas de crédito.

Esta podría parecernos una especulación esotérica sobre un tipo igualmente esotérico de cuerpo celeste. Pero lo cierto es que, a finales de la década de 1990, Leonard Susskind, de la californiana Universidad de Stanford, estableció una conexión tan sorprendente como alucinante. El universo, al igual que los agujeros negros, está rodeado por un horizonte. Es un horizonte en el tiempo, más que en el espacio, pero un horizonte al fin y al cabo. Por lo tanto, según el razonamiento de Susskind, la información que describe el universo en 3D podría estar almacenada en ese horizonte universal.

La verdadera significación de esa idea queda abierta a un amplio abanico de interpretaciones. Una de ellas, más conservadora, sería que el universo contiene mucha menos información de lo que nos figurábamos, lo que quiere decir que el universo se asemeja más a un bosquejo rudimentario que a un óleo bien terminado y depurado. Otra interpretación, más extrema, diría que el universo es en verdad un holograma: un objeto bidimensional almacenado en el horizonte cósmico que crea la ilusión de un universo en tres dimensiones. De ese modo, o bien vivimos sobre esa superficie en 2D creyendo que somos tridimensionales, o bien nuestro universo es algún tipo de proyección en 3D de esa superficie bidimensional. Ustedes, yo y todas las demás personas podríamos estar viviendo, pues, en un holograma gigante. Los agujeros negros, lejos de ser unos objetos celestes esotéricos, tienen así las más profundas implicaciones posibles para nosotros y para nuestra vida cotidiana. Los agujeros negros son, en efecto, los amos del universo.

AGRADECIMIENTOS

Doy las gracias a las personas siguientes que me ayudaron directamente, me sirvieron de inspiración o, simplemente, me animaron mientras escribía este libro: Karen, Neil Belton, Felicity Bryan, Manjit Kumar, Tim Harford, Ha-Joon Chang, Steve Russell, Reggie Kibbel, Lawrence Schulman, Nick Lane, Sue Bowler, Alex Holroyd, Chris Stringer, Steve Jones, Joanne Manaster, Adam Rutherford, Andy Coghlan, Carl Zimmer, Adrian Washbourne, John King, Chris Scarre, Brian May, Julian Loose, John Grindrod, Brian Chilver, Jose Tate, Karen Gunnell, Patrick O’Halloran, Jeremy Webb, Henry Volans, Simon Singh, Sarah Savitt, Tania Monteiro, Michele Topham, Valerie Jamieson, Roger Highfield, Alom Shaha, Peter Serafinowicz, Stuart Clark, Miles Poynton, Stephen Page, Silvia Novak y Jill Burrows.

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LECTURAS ADICIONALES

PRIMERA PARTE: CÓMO FUNCIONAMOS

DAVID BARASH, Homo Mysterious: Evolutionary Puzzles of Human Nature.

CHARLES DARWIN, The Origin of the Species.

RICHARD DAWKINS, The Blind Watchmaker.

DYLAN EVANS y HOWARD SELINA, Evolution: A Graphic Guide.

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NICK LANE, Life Ascending.

CHRIS STRINGER, The Origin of Our Species.

CHRIS STRINGER y PETER ANDREWS, Complete World of Human Evolution.

JAMES WATSON, The Double Helix.

SEGUNDA PARTE: PONER LA MATERIA A TRABAJAR

MARK BUCHANAN, Forecast: What Physics, Meteorology and the Natural Sciences Can Teach Us about Economics.

HA-JOON CHANG, 23 Things They Don’t Tell You About Capitalism.

JARED DIAMOND, Guns, Germs and Steel.

RICHARD FEYNMAN, QED: The Strange Theory of Light and Matter.

RICHARD FEYNMAN, ROBERT LEIGHTON y MATTHEW SANDS, The Feynman Lectures on Physics, vol. II.

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TIM HARFORD, The Undercover Economist.

ANDREW HODGES, Alan Turing: The Enigma.

STEVEN PINKER, The Better Angels of Our Nature: A History of Violence and Humanity.

MATT RIDLEY, The Rational Optimist.

TERCERA PARTE: LA TIERRA Y EL AIRE

JAMES GLEICK, Chaos.

EDWARD LORENZ, The Essence of Chaos.

LOUISE YOUNG, Earth’s Aura.

CUARTA PARTE: EL FUNCIONAMIENTO INTERNO DE LAS COSAS

PETER ATKINS, Four Laws that Drive the Universe.

SANDER BAIS, Very Special Relativity.

MARCUS CHOWN, Quantum Theory Cannot Hurt You.

—, We Need to Talk About Kelvin.

RICHARD FEYNMAN, QED: The Strange Theory of Light and Matter.

MICHAEL LOCKWOOD, The Labyrinth of Time.

CHARLES MISNER, KIP THORNE y JOHN WHEELER, Gravitation.

VICTOR STENGER, Timeless Reality: Symmetry, Simplicity, and Multiple Universes.

QUINTA PARTE: LA CONEXIÓN CÓSMICA

MARCUS CHOWN, The Never-Ending Days of Being Dead.

MARTIN REES y MITCHELL BEGELMAN, Gravity’s Fatal Attraction. Caleb Scharf, Gravity’s Engines.

Notas

1. SOY UNA GALAXIA

1. Las neuronas son las células más largas del cuerpo humano. Las hay que se extienden desde el cerebro hasta el extremo de un dedo del pie.

2. Lewis Thomas, The Lives of a Cell. [Hay trad. cast.: Las vidas de la célula, Barcelona, Ultramar, 1977.]

3. Normalmente, una bacteria puede dividirse en otras dos en el plazo de un par de horas. A semejante ritmo de duplicaciones, en cuatro días puede haber dado origen a un billón de descendientes: suficientes para llenar el volumen de un terrón de azúcar. Tras cuatro días más, sus vástagos podrían llenar un estanque entero. Y después de otros cuatro, el océano Pacífico. En realidad, en menos de dos semanas, una sola bacteria podría haber dado lugar a una población de células de masa equivalente a la de toda la Vía Láctea. Por suerte, esto nunca llega a ocurrir. Igual que para la construcción de nuevas casas se necesita una provisión adecuada de ladrillos y mortero, para la fabricación de nuevas bacterias es preciso contar con suficientes componentes químicos y, en la práctica, las existencias de estos son limitadas.

4. El ARN tiene múltiples aptitudes. Puede almacenar información como el ADN y comportarse como una proteína (por ejemplo, catalizando —es decir, acelerando— reacciones químicas). Y puesto que algunos tipos de ARN pueden también autorreplicarse, se piensa que el ARN antecedió al ADN en el devenir del tiempo. El talón de Aquiles del ARN, sin embargo, es su fragilidad. Al final, la vida halló una molécula más robusta en la que almacenar información y se pasó al ADN, que tiene una columna vertebral química ligeramente diferente. En el «mundo ADN», a diferencia de lo que sucedía en el «mundo ARN», el ácido desoxirribonucleico pasó a encargarse de registrar las recetas para fabricar proteínas para, luego, enviar copias de cada receta en formato ARN a la maquinaria productora de proteínas de una célula. A partir de ahí, las proteínas reemplazaron al ARN como elementos catalizadores; el ácido ribonucleico quedó entonces relegado al rango de simple recadero.

5. En 1977, el biólogo estadounidense Carl Woese redibujó el «árbol de la vida» basándose en las similitudes entre el ADN de los diferentes organismos. En la base del árbol de Woese hay tres troncos (o dominios): Bacteria, Archaea y Eucarya. En el pasado remoto, las arqueobacterias se escindieron del tronco de las bacterias. Más tarde serían las eucariotas —que darían origen a todas las criaturas pluricelulares (incluidos nosotros)— las que se escindirían de las arqueobacterias. Las arqueobacterias difieren de las bacterias en muchos aspectos, entre ellos, en la estructura de sus membranas celulares. En realidad, tienen numerosos puntos en común con las eucariotas, lo que refuerza más aún la idea de que son el ancestro directo de las células complejas de nuestros cuerpos.

6. Los cloroplastos, que generan energía en el interior de las células eucariotas de una planta, también guardan un asombroso parecido con las algas verdeazuladas libres (o cianobacterias). (Los cloroplastos, orgánulos con forma de disco, transforman la luz del sol en energía química mediante un proceso llamado fotosíntesis.) Al parecer, las cianobacterias se introdujeron en esas células y establecieron en ellas su hogar hace unos 2.000 millones de años en un suceso análogo al que se produjo cuando una arqueobacteria engulló a una bacteria.

7. Véase el capítulo 14: «Todos somos máquinas de vapor: la termodinámica».

8. Lewis Thomas, Las vidas de la célula.

9. Véase «Cell City», una producción de BioPic para el Centro John Innes y el Instituto de Investigación de los Alimentos del Parque Científico de Norwich (http://www.biopic.co.uk/cellcity/index.htm).

10. Stephen Jay Gould, Wonderful Life. [Hay trad. cast.: La vida maravillosa, Barcelona, Crítica, 1991.]

11. Robert Brown fue también quien constató la curiosa danza a la que parecen entregarse los granos de polen cuando están suspendidos en el agua. En 1905, Einstein se dio cuenta de que tan peculiar movimiento se debe al nervioso bombardeo de «átomos» de agua (o moléculas, para ser más estrictos) al que se ven sometidos dichos granos. Brown tiene, pues, el honor de haber contribuido a identificar los componentes constitutivos elementales tanto de la física como de la biología.

12. Desenrollado, el ADN contenido en el núcleo de una célula típica de nuestro cuerpo mediría unos dos metros de largo. Compactarlo en un núcleo de unas seis milésimas de milímetro de diámetro es como empaquetar cuarenta kilómetros de hilo fino en una pelota de tenis.

13. Peter Gwynne, Sharon Begley y Mary Hager, «The Secrets of the Human Cell».

14. Adam Rutherford, Creation.

15. Un hongo es un miembro de un grupo muy numeroso de organismos eucarióticos entre los que se cuentan microorganismos como las levaduras y los mohos, además de las setas.

16. Véase el capítulo 3: «Caminando marcha atrás hacia el futuro: la evolución».

17. Lewis Thomas, Las vidas de la célula.

2. EL BEBÉ CON PROPULSIÓN A COHETE

1. Esa es la receta fundamental para el funcionamiento de una máquina de vapor y la fuerza impulsora que hay detrás de toda actividad (véase el capítulo 14: «Todos somos máquinas de vapor: la termodinámica»). La energía pasa de un entorno de alta temperatura (y los electrones en un átomo con mucha energía tienen una elevada cantidad de energía de movimiento, por lo que podemos considerar que están calientes) a otro de temperatura baja (y, entonces, los electrones con poca energía pueden considerarse fríos). En el proceso, la energía liberada realiza un trabajo. Dicho de otro modo, impulsa algo contra una fuerza: en el caso de una máquina de vapor, un pistón contra la presión del aire.

2. La energía liberada por la combinación de hidrógeno líquido con oxígeno líquido que se usa como combustible no basta para impulsar hasta el espacio el peso conjunto de ambos líquidos más el de la cobertura metálica de un cohete. Por eso los cohetes están ensamblados por fases. Cuando, tras el despegue, han adquirido ya cierta elevación, dejan caer una fase y así se vuelven más ligeros. Y con ello, resulta más fácil que el combustible pueda seguir propulsando el peso restante.

3. Los electrones de un átomo están distribuidos en caparazones y cada uno de estos está lleno del número máximo de electrones que en él se pueden ubicar. De hecho, todo átomo busca «con ahínco» completar su caparazón (o sus caparazones). El hidrógeno puede conseguirlo perdiendo un electrón (es decir, su único electrón); el oxígeno, adquiriendo dos electrones. De ahí que un átomo de oxígeno tome los electrones de dos átomos de hidrógeno. El estado en el que dos átomos de hidrógeno pierden un electrón cada uno y el de oxígeno gana dos es el de menor energía total posible y, por lo tanto, el «deseable» (es decir, el equivalente al del balón cuando ya ha caído hasta el pie de la ladera).

4. Los químicos hablan de «oxidación» y de «reducción», porque, en su momento, no conocían los detalles precisos de lo que ocurría realmente en las reacciones químicas. En realidad, un agente oxidante como el oxígeno toma electrones para reducir su energía, mientras que un agente reductor como el hidrógeno dona electrones para reducir la suya.

5. Las proteínas son grandes biomoléculas usadas para diversos fines, como proporcionar el armazón de las células o acelerar las reacciones químicas.

6. Un protón, que es aproximadamente dos mil veces más masivo que un electrón, es uno de los dos constituyentes del núcleo de un átomo. El otro es el neutrón. Todos los núcleos atómicos poseen partículas de ambos tipos, salvo el núcleo del átomo de hidrógeno, que contiene únicamente un protón.

7. Una manera ingenua de imaginarlo es suponiendo que un electrón simplemente se empotra en un protón y lo impulsa a través de algún poro de la membrana celular. En realidad, el electrón cambia la forma de una proteína, que tiene una forma sin el electrón y otra distinta con él. Son esos cambios de forma los que fuerzan la entrada de un protón a través de la membrana.

8. Véase el capítulo 8: «Suerte que los opuestos se atraen: la electricidad».

9. Aunque la persona media puede sobrevivir sin comida durante un mes a lo sumo, ha habido casos en los que individuos que estaban muy obesos han llegado a vivir un año entero sin alimentarse de nada más que la grasa que tenían almacenada en sus propios cuerpos.

10. «Con el volumen de sangre que pasa por el corazón humano a lo largo de una vida de duración media podrían llenarse tres superpetroleros», según @Qikipedia en Twitter.

11. La solar no es la única fuente de energía de la vida sobre la Tierra. Algunos organismos aprovechan la energía geoquímica: por ejemplo, la de la reacción química entre el hidrógeno molecular (H₂) y el dióxido de carbono (CO₂). De hecho, se cree que esa fue la energía con la que funcionaron los primeros entes vivientes que existieron en nuestro planeta.

3. CAMINANDO MARCHA ATRÁS HACIA EL FUTURO

1. Entre los rasgos útiles no se cuentan únicamente aquellos que potencian las probabilidades de supervivencia de una criatura durante el tiempo suficiente como para que se reproduzca, sino también aquellos otros que potencian las probabilidades de que una criatura tenga la oportunidad de reproducirse si sobrevive durante tanto tiempo. Entre esos caracteres seleccionados sexualmente podemos incluir la cola del pavo real —que hace que un macho sea atractivo para una hembra— o la cornamenta de un ciervo —que permite que un macho se imponga a otros en su mutua competencia por aparearse con una hembra.

2. Alfred Russel Wallace exceptuó a los seres humanos del proceso de la selección natural. De ese modo, eludió la controversia en la que se vio envuelto de inmediato Charles Darwin, pero también la fama que este alcanzó. Las obras completas de Wallace —libros, artículos, manuscritos e ilustraciones— pueden consultarse en http://wallace-online.org.

3. Las obras completas de Charles Darwin pueden consultarse en línea en http://darwin-online.org.uk.

4. De hecho, nuestra galaxia, la Vía Láctea, no solo no está en el centro de todas las cosas, sino que no es más que una entre los (más o menos) 100.000 millones de galaxias que existen en nuestro universo. Y cada vez se sospecha con más fuerza que ni siquiera nuestro universo es especial y que solo es uno entre un sinfín de ellos que forman un multiverso. Por lo tanto, visto desde esa perspectiva, Darwin solamente fue uno de los muchos científicos que han ido aplicando sucesivos giros copernicanos y, con ello, han ido alejando implacablemente a los seres humanos del centro del mundo y les han revelado lo insignificantes que son para un cosmos indiferente, increíblemente inmenso y posiblemente infinito. Véase el capítulo 21: «El día que no tuvo un ayer: la cosmología».

5. Véase el capítulo 1: «Soy una galaxia: las células».

6. Lo que hace posible la copia del ADN es una circunstancia ciertamente admirable. A siempre forma pareja con T, y G con C. Por lo tanto, si la doble hélice de ADN de una célula se parte justo por la mitad, forma dos hebras complementarias. Las A que flotan en la solución que les sirve de medio se encajan automáticamente (cual piezas de un puzle) con las T que han quedado al descubierto; las T se engranan con las A; las G con las C; y las C con las G. El resultado de ello son dos copias idénticas del ADN original. No es de extrañar que, cuando Francis Crick y James Watson descubrieron esto en 1953, se dirigieran a toda prisa al pub Eagle de Cambridge (en Inglaterra) a proclamar ante los parroquianos que habían descubierto «el secreto de la vida». Véase James Watson, The Double Helix. [Hay trad. cast.: La doble hélice, Barcelona, Plaza & Janés, 1970.]

7. En la década de 1960, el biólogo británico Lewis Wolpert («Shaping Life», New Scientist, 1 de septiembre de 2012) postuló que se pueden crear planos de cuerpos animales complejos a partir de la presencia de gradientes de concentración de determinadas sustancias químicas entre diferentes zonas de los embriones. Dependiendo del nivel local de esos compuestos (denominados morfógenos), se activan genes diferentes en localizaciones distintas.

8. El ADN almacena información de forma miles y miles de veces más compacta que los mejores dispositivos actuales de estado sólido para el almacenamiento de datos. En 2012, un equipo dirigido por George Church de la Facultad de Medicina de Harvard tradujo en forma de ADN un libro de «no ficción» consistente en 53.000 palabras y once imágenes. El equipo codificó el libro en sistema binario, usando las bases A o C para representar un «0», y G o T para representar un «1». Pues, bien, el ADN del libro así traducido era del tamaño del ADN de una bacteria típica. A partir de entonces, por división celular, se han creado ya 70.000 millones de copias del libro: diez por cada hombre, mujer o niño que hay sobre la Tierra. Y todas ellas cabrían en una sola gota de agua.

9. Nadie está completamente seguro de por qué surgió el sexo durante la evolución, pues son infinidad los organismos que funcionan perfectamente bien sin él. Pero una posibilidad es que ayuda a pillar con el paso cambiado, por así decirlo, a los parásitos, que mantienen una particular e interminable carrera armamentística con sus huéspedes. Un parásito jamás llega a adaptarse a la perfección a su huésped (ni puede matar, por lo tanto, a toda una población) si no dejan de aparecer constantemente nuevas variantes de este. Véase el capítulo 4: «El big bang del sexo: el sexo».

10. Michael Le Page, «A Brief History of the Genome», New Scientist, 15 de septiembre de 2012, pág. 30.

11. Lewis Thomas, Las vidas de la célula.

12. Richard Dawkins, The Blind Watchmaker. [Hay trad. cast.: El relojero ciego, Barcelona, Labor, 1988.]

13. Gilbert Newton Lewis, The Anatomy of Science, págs. 158-159.

14. Entrevista telefónica del autor con Steve Jones.

15. Richard Dawkins, The Greatest Show on Earth: The Evidence for Evolution. [Hay trad. cast.: Evolución: el mayor espectáculo sobre la Tierra, Madrid, Espasa, 2009.]

4. EL BIG BANG DEL SEXO

1. Las palabras de Winston Churchill, pronunciadas en una emisión radiofónica de octubre de 1939, se referían en realidad a Rusia. «No puedo adelantarles qué hará Rusia. Es un acertijo envuelto en un misterio dentro de un enigma».

2. Según una minoría de científicos, los primeros pasos en el origen de la vida no tuvieron lugar en la Tierra, sino en el espacio interestelar. Las bacterias primitivas habrían sido transferidas posteriormente desde allí a bordo (o en el interior de) cometas que impactaron contra la superficie terrestre. La panspermia (la idea de que la vida sobre la Tierra fue sembrada desde el espacio) es una hipótesis de la que escribí bastante a fondo en el capítulo titulado «The Life Plague» de mi libro The Universe Next Door. [Hay trad. cast.: «La plaga de la vida», en El universo vecino, Barcelona, La Liebre de Marzo, 2005.]

3. Lewis Thomas, The Medusa and the Snail. [Hay trad. cast.: La medusa y el caracol, México, Fondo de Cultura Económica, 1982.]

4. Samuel Butler, Life and Habit.

5. Martín Lutero, Tischreden.

6. De vez en cuando, se oye hablar de extrañas colectas de esperma de «genios» varones (científicos, artistas, músicos, etcétera) para presuntas clientas que quieren usar ese servicio para engendrar y dar a luz a niños o niñas que también sean unos genios. Sin embargo, y dejando a un lado las potenciales paternidades forzosas a que una práctica así pudiera dar lugar, lo cierto es que esta no tiene ningún sentido desde el punto de vista biológico. Aun en el caso de que las características de un genio en particular vinieran determinadas por una determinada secuencia de genes (y no por una secuencia de genes más la influencia del entorno), es muy posible que esa secuencia en concreto no fuese heredada íntegramente por ninguno de los descendientes. Lo más probable sería que estos compartieran la secuencia del genio entremezclada con la de la madre. Un genio bacteriano puede engendrar otro exactamente igual, pero difícilmente puede hacer algo así un organismo que se reproduce sexualmente.

7. Leigh Van Valen, «A New Evolutionary Law», Evolutionary Theory, vol. 1, 1973-1976, pág. 1.

8. Matt Ridley, The Red Queen: Sex and the Evolution of Human Nature.

9. Levi Morran et al., «Running with the Red Queen: Host-Parasite Coevolution Selects for Biparental Sex», Science, 333, 8 de julio de 2011, pág. 216.

10. Durante el empaquetado del ADN, largos pedazos de esta molécula de doble hebra son rizados, enrollados y plegados muy prietos para que quepan en el minúsculo núcleo de una célula. Las eucariotas alcanzan la compactación necesaria enrollando su ADN en torno a unas proteínas especiales llamadas histonas para formar una estructura conocida como cromatina. Pero comprimen aún más el ADN por medio de un proceso de enroscamiento denominado superenrollado. La mayoría de las procariotas no contienen histonas. Aun así, utilizan otras proteínas para ligar sus propias formas superenrolladas de ADN unas a otras, de un modo muy similar al de las eucariotas. Tanto eucariotas como procariotas organizan en cromosomas ese ADN altamente compactado.

11. Ilea Leitch et al., «Evolution of DNA Amounts Across Land Plants (Embryophyta)», Annals of Botany, 95, 1, enero de 2005, pág. 207.

12. Véase el capítulo 1: «Soy una galaxia: las células».

13. En sentido estricto, heredamos algo más de ADN de nuestras madres que de nuestros padres. Esto se debe a que las mitocondrias que generan energía dentro del óvulo tienen su propio ADN, separado y diferenciado del ADN del conjunto de la célula. Este se transmite exclusivamente de madre a hijo o hija, y sin entremezclarse para nada con ningún otro ADN. De ahí que el ADN mitocondrial pueda usarse para rastrear nuestra genealogía.

14. Véase el capítulo 6: «Una ventaja de mil millones por ciento: la evolución humana».

15. Para que los genes se entremezclen bien barajados para fabricar cigotos en la meiosis se precisa, a grandes trazos, de la intervención de un cromosoma de cada uno de los pares. El elenco final de cromosomas intervinientes es aleatorio, por lo que cada gameto puede terminar teniendo cualquiera de los aproximadamente 10 millones (2²³) de combinaciones de cromosomas posibles. Esto significa que, en el caso de un varón, los gametos contendrán X, X, Y e Y. En el caso de una mujer, contendrán todos X. Tras la fusión sexual de los gametos, los cigotos resultantes contendrán pares XX, XX, XY o XY. Dado que Y determina la masculinidad, el 50 % serán machos y el 50 %, hembras.

16. Véase «The Origin of Sexual Reproduction», http://tinyurl.com/ ca8sjwg.

17. Véase el capítulo 5: «Materia dotada de curiosidad: el cerebro».

18. Véase el capítulo 1: «Soy una galaxia: las células».

19. La mayoría de las criaturas que se reproducen sexualmente tienen dos sexos, pero no todas. El moho mucilaginoso, por ejemplo, tiene trece. Estas criaturas unicelulares parecidas a las amebas no son animales ni vegetales, pero tienen elementos en común con los unos y los otros. Cada sexo puede aparearse con individuos de todos los demás salvo el suyo propio. (¡Y pensábamos que éramos nosotros los que teníamos problemas para iniciar y mantener una relación estable!) Por cierto, los ejemplares de moho mucilaginoso, pese a carecer de cerebro y a ser —y valga la redundancia— mucilaginosos, son bastante hábiles cuando se trata de hallar la salida de un laberinto (véase Ed Grabianowski, «Why Slime Molds Can Solve Mazes Better than Robots», www.io9.com, 12 de octubre de 2012, http://tinyurl.com/9ud95jx).

20. Philip Larkin, «Annus Mirabilis», High Windows. [La traducción castellana es de Poesía reunida, Barcelona, Lumen, 2014.]

21. Richard Dawkins, «The Ultraviolet Garden», Conferencia de Navidad n.º 4 de la Royal Institution de Gran Bretaña, 1991.

5. MATERIA DOTADA DE CURIOSIDAD

1. En Arthur Conan Doyle, «La aventura de la piedra preciosa de Mazarino», El archivo de Sherlock Holmes, Madrid, Nowtilus, 2010, págs. 71-72.

2. En Kenneth Grahame, El viento entre los sauces, Madrid, Alianza, 2003.

3. Ambrose Bierce, The Devil’s Dictionary. [Hay trad. cast.: Diccionario del Diablo, Madrid, Alianza, 2011.]

4. Oscar Wilde, De Profundis.

5. Las esponjas tienen una extraordinaria habilidad: si troceamos una de ellas hasta descomponerla en sus células constituyentes y las colocamos en agua, estas terminan por reconstituirse y formar una nueva esponja.

6. Si un átomo cargado o una molécula cargada es común en una determinada ubicación, ese ión tenderá a moverse hacia (o difundirse por) otra área donde su concentración sea menor.

7. «The Origin of the Brain», http://tinyurl.com/d7sbhpk.

8. Para ser más precisos, los mensajeros químicos están contenidos en estructuras situadas en el extremo de un axón y que se conocen por el nombre de botones terminales (o bulbos sinápticos). Son estas las que liberan aquellos en el hueco sináptico.

9. Entrevista en la cadena televisiva pública estadounidense PBS.

10. Véase el capítulo 9: «Materia programable: los ordenadores».

11. Peter Norvig, «Brainy Machines».

12. Daniel Dennett, Consciousness Explained. [La traducción castellana es de La conciencia explicada: Una teoría interdisciplinar, Barcelona, Paidós, 1995, pág. 191.]

13. David Dalrymple, aprovechando su actual excedencia como profesor de la Universidad de Harvard, pretende construir una simulación completa del sistema nervioso del C. elegans. Para ello, primero tendrá que determinar la función, el comportamiento y la biofísica de cada una de las 302 neuronas (Randal A. Koene, «How to Copy a Brain», New Scientist, 27 de octubre de 2012, pág. 26). Ese será el primer pasito por el camino que debe conducir a un objetivo ciertamente audaz: la copia de un cerebro humano en un material distinto (por ejemplo, en el silicio de los ordenadores).

14. Edward O. Wilson, Consilience. [Hay trad. cast.: Consilience: La unidad del conocimiento, Barcelona, Galaxia Gutenberg, 1999.]

15. Sharon Begley, «In Our Messy, Reptilian Brains».

16. Spike Feresten (guionista), «The Reverse Peephole», Seinfeld, 12.º episodio de la 9.ª temporada, emitido originalmente el 15 de enero de 1998 (traducido en España como «La mirilla invertida»).

17. Algunas neuronas están revestidas de un producto emanado de una célula de apoyo denominada célula glial. Se trata de una vaina de mielina que impide que la corriente eléctrica del axón se escape hacia el entorno inmediato del mismo modo que el aislamiento plástico impide que la electricidad se escape de los cables que hay en nuestros hogares. Esto es importante, sobre todo, para que la corriente pueda recorrer distancias largas (por ejemplo, desde algún punto de la médula espinal hasta los músculos de una extremidad). La mielina es blanca, por lo que a las neuronas revestidas de esa sustancia se las llama materia blanca para diferenciarlas de la materia gris de la que está hecho el resto del cerebro. Las personas que padecen esclerosis múltiple (EM) van perdiendo progresivamente las vainas de mielina que recubren su materia blanca, por lo que quedan progresivamente impedidas de sus extremidades. Sus procesos de pensamiento, sin embargo, no se ven afectados en absoluto, porque se desarrollan en la materia gris cerebral.

18. Gerald D. Fischbach, «Mind and Brain», Scientific American, 267, 3, septiembre de 1992, pág. 49.

19. Tim Berners-Lee, Weaving the Web: The Past, Present and Future of the World Wide Web by its Inventor. [Hay trad. cast.: Tejiendo la red: El inventor del World Wide Web nos descubre su origen, Madrid, Siglo XXI de España, 2000.]

20. Doris Lessing, The Four-Gated City. [Hay trad. cast.: La ciudad de las cuatro puertas, Barcelona, Argos Vergara, 1982.]

21. George Johnson, In the Palaces of Memory: How We Build the Worlds Inside Our Heads.

22. Marvin Minsky, The Society of Mind. [Hay trad. cast.: La sociedad de la mente: la inteligencia humana a la luz de la inteligencia artificial, Buenos Aires, Galápago, 1986.]

23. James Watson, Discovering the Brain.

24. George E. Pugh (hijo de Emerson Pugh), The Biological Origin of Human Values.

6. UNA VENTAJA DE MIL MILLONES POR CIENTO

1. Véase el capítulo 1: «Soy una galaxia: las células».

2. Actualmente, en el taxón Hominini se incluye también a los chimpancés.

3. Richard Dawkins, The Ancestor’s Tale: A Pilgrimage to the Dawn of Evolution. [La traducción castellana es de El cuento del antepasado: Un viaje a los albores de la evolución, Barcelona, Antoni Bosch, 2004, pág. 116.]

4. Véase el capítulo 3: «Caminando marcha atrás hacia el futuro: la evolución».

5. Véase el capítulo 13: «El aura de la Tierra: la atmósfera».

6. Tutu ha empleado variantes distintas de ese mismo comentario en ocasiones diversas. He aquí otra: «Tutu dice que el apartheid y el pecado se volatilizan cuando hay unión entre los seres humanos» (ABP-news, 14 de septiembre de 2006, http://tinyurl.com/nue9q6k).

7. Véase el capítulo 12: «Sin vestigio de un comienzo: la geología».

8. Durante su bamboleo de peonza, la inclinación del eje de la Tierra oscila entre los 22,1.º y los 24,5.º cada 41.000 años. Además, el alargamiento o excentricidad de la órbita terrestre varía cada 100.000 y cada 400.000 años. Combinados, esos dos fenómenos dan lugar a los denominados ciclos de Milanković. Véase el capítulo 13: «El aura de la Tierra: la atmósfera».

9. Richard Leakey y Roger Lewin, Origins. [Hay trad. cast.: Los orígenes del hombre: La aparición de nuestra especie y su posible futuro a la luz de los más recientes descubrimientos, Madrid, Aguilar, 1980.]

10. Edward O. Wilson, The Social Conquest of Earth. [La traducción castellana es de La conquista social de la tierra, Barcelona, Debate, 2012.]

7. UNA LARGA HISTORIA DE INGENIERÍA GENÉTICA

1. Véase el capítulo 10: «La invención de los viajes a través del tiempo: el dinero».

2. Cierto es que las sociedades de cazadores-recolectores que aún existen en la actualidad parecen ser bastante igualitarias, pero no lo es menos que se han visto empujadas por agricultores y ganaderos hacia hábitats marginales (desiertos, por ejemplo), a diferencia de los antiguos cazadores-recolectores, que vivían en entornos con mucha mayor abundancia de animales y plantas. Es posible, por lo tanto, que la situación de unos y otros no sea directamente comparable.

3. Sigmund Freud, «El malestar en la cultura», Obras completas de Sigmund Freud, vol. 21 (1927-1931), Buenos Aires, Amorrortu, 1986², pág. 96.

4. Steven Pinker, The Better Angels of Our Nature: A History of Violence and Humanity. [Hay trad. cast.: Los ángeles que llevamos dentro: El declive de la violencia y sus implicaciones, Barcelona, Paidós, 2012.]

5. Pat Shipman, «Man’s Best Friends: How Animals Made Us Human», New Scientist, 31 de mayo de 2011, pág. 32.

6. Según se desprendería del detallado análisis de un cráneo de perro fosilizado que llevó a cabo un equipo dirigido por Mietje Germonpré, del Real Instituto Belga de Ciencias Naturales en Bruselas (Journal of Archaeological Science, 36, 2009, pág. 473).

7. Jared Diamond, Guns, Germs and Steel. [La traducción castellana de la cita está tomada del capítulo de Diamond incluido en John Brockman (ed.), El nuevo humanismo y los límites de la ciencia, Barcelona, Kairós, 2007, pág. 48.]

8. Mark Twain, Following the Equator. [Hay trad. cast.: Viaje alrededor del mundo, siguiendo el ecuador, Barcelona, Laertes, 1992.]

9. Heather Kelly, «OMG, the text message turns 20», CNN, 3 de diciembre de 2012, http://tinyurl.com/cgoakdg.

8. SUERTE QUE LOS OPUESTOS SE ATRAEN

1. Esa fuerza, como la gravedad, se debilita con arreglo a una ley de la inversa del cuadrado: es decir, que si dos cuerpos se alejan hasta el doble de la distancia que los separaba antes, la fuerza entre ellos será cuatro veces más débil; si se alejan el triple, la fuerza será nueve veces más débil; etcétera.

2. Para ser más precisos, la fuerza eléctrica entre un electrón que orbita en torno a un protón en un átomo de hidrógeno (el elemento más ligero de todos) es unas 10⁴⁰ veces —es decir, unos 10.000 billones de billones de billones de veces— más intensa que la fuerza gravitacional entre ellos. Eso significa que la gravedad —que es acumulativa— no se impondrá sobre la repulsión eléctrica entre los átomos hasta que se forme una aglutinación mínima de unos 10.000 billones de billones de billones de ellos. Eso equivale a un cuerpo de unos 600 kilómetros de diámetro si es rocoso, y de unos 400 si está hecho de hielo, que es menos rígido que la roca y se deja aplastar más fácilmente por la gravedad. A partir de ese umbral, la gravedad es suficientemente intensa como para superar a la fuerza eléctrica y atraer a todos los componentes de un cuerpo hacia el centro de este, creando así una esfera. Eso explica por qué todos los cuerpos del Sistema Solar que tienen un diámetro menor del indicado en el mencionado umbral tienen forma de patata, mientras que los que superan ese límite de tamaño son esféricos como la Tierra.

3. ¿Por qué, si los protones de un núcleo atómico y los electrones que orbitan alrededor del núcleo se atraen entre sí con tan extraordinaria fuerza, no se encogen los átomos hasta el tamaño cero? La respuesta es que estos componentes constitutivos elementales de la materia tienen una naturaleza ondular peculiar, y las ondas son esencialmente elementos extendidos. Y lo son porque la onda del electrón necesita mucho espacio y el electrón se resiste con todas sus fuerzas a apretarse demasiado contra un núcleo. Sin ese efecto cuántico, los átomos no existirían (véase el capítulo 15: «Magia sin magia: la teoría cuántica»).

4. Se necesitaría tanta energía para eliminar todos los electrones de un mosquito como la que se liberaría con la explosión resultante del insecto. Esto se debe a que la ley de la conservación de la energía determina que la energía no puede crearse ni destruirse, sino simplemente mudar de una forma a otra.

5. Benjamin Franklin defendía un modelo de la electricidad entendida como un fluido único, según el cual, los objetos que tenían una deficiencia de ese fluido tenían una carga negativa, y los que tenían un exceso del mismo tenían una carga positiva. Estaba en lo cierto en cuanto a lo del fluido único, pero equivocado en todo lo demás. Lo más habitual es que el fluido (la electricidad) esté compuesto por electrones de carga negativa, y que sea un exceso de ellos (y no un defecto) el que haga que un cuerpo esté cargado negativamente. Sin embargo, para cuando esto quedó ya bien demostrado y establecido, se había consolidado hasta tal punto la definición de «corriente eléctrica» como flujo de carga positiva que ya nadie se preocupó por cambiarla. Así, por una casualidad histórica, una corriente eléctrica fluye «por definición» en el sentido contrario a aquel en el que fluyen realmente los electrones. Franklin, por cierto, acuñó también los términos «negativo» y «positivo». También es el responsable de otros elementos ya consolidados en este mismo ámbito terminológico, como «batería» y «conductor».

6. Las fotografías de alta velocidad nos muestran que, en realidad, no se produce una única descarga en cada rayo, sino muchas, cada una de las cuales no dura más de un milisegundo, aproximadamente. La primera, que es la que se conoce como líder, va en realidad del suelo hacia arriba, hacia la nube. Esta es luego seguida por otras descargas alternas de la nube al suelo. Para el ojo humano, todas esas descargas parecen estar fusionadas en una sola, aun cuando la percibamos a veces como un destello parpadeante.

7. Lo normal es que un solo rayo contenga suficiente energía para iluminar 250 casas durante una hora. La mayoría de los cien rayos que se producen cada segundo en todo el planeta tienen lugar en los trópicos. Esto es debido a que la clave para la generación de esos desequilibrios de cargas está en las corrientes ascendentes de aire. La región ecuatorial es la que tiene el mayor volumen de aire cálido ascendente, ya que es la que recibe la más considerable proporción de calor solar.

8. Es bien sabido que Edison probó centenares de posibles materiales para el filamento de las bombillas hasta dar con uno que brillara lo sufi- ciente sin desintegrarse. «No he fracasado —dijo, refiriéndose a su método—. Simplemente he descubierto diez mil maneras que no funcionan».

9. El mecanismo por el que se separan las cargas eléctricas en una tormenta es muy similar al que se manifiesta cuando se frota un globo contra un suéter de nailon. El aire húmedo, atrapado en una violenta corriente ascendente, sube y se enfría hasta formar cristales de hielo. Suspendidos en ese aire turbulento, los cristales chocan entre sí y su fricción transfiere electrones entre ellos que van acumulando un elevado desequilibrio de cargas entre una nube y otra, o entre una nube y el suelo.

10. En principio, parece imposible que un pedacito de papel, que es una combinación equilibrada de cargas negativas y positivas, pueda ser atraído por un globo cargado. Así es como sucede. Digamos, por ejemplo, que el globo está cargado negativamente. Su carga negativa repele los electrones igualmente negativos que hay en la superficie del papel, lo que hace que estos se hundan en el material del pedazo en cuestión. Con ello, la superficie del papel pasa a tener una carga positiva neta. Y es esa carga positiva la que pasa a ser atraída por la carga negativa del globo. Se dice así que un cuerpo cargado —como el globo, por ejemplo— separa (o «polariza») la carga de otro no cargado —como el pedazo de papel, por ejemplo.

11. Según la imagen moderna (o «cuántica») que se tiene de ellos en el ámbito de la física, los campos de fuerza son el resultado del intercambio de partículas portadoras de fuerza. La fuerza eléctrica es una consecuencia del intercambio de fotones virtuales (que están muy estrechamente relacionados con los fotones de luz) entre partículas cargadas.

12. «Experimenté un asombro semejante a los cuatro o cinco años, cuando mi padre me enseñó una brújula —escribió Einstein—. Su precisión no se ajustaba en absoluto al comportamiento de los fenómenos que sucedían en el mundo inconsciente de los conceptos (acción ligada al contacto). […] Detrás de las cosas debía de haber algo tremendamente oculto». [Traducción castellana tomada de J. M. Sánchez Ron, Einstein esencial, Barcelona, Crítica, 2005, pág. 45.]

13. De igual modo que una carga eléctrica puede ser de dos tipos —positiva y negativa—, una carga magnética también puede ser de dos clases distintas: la de los polos norte y la de los polos sur. Y de la misma manera que las cargas semejantes se repelen y las desemejantes se atraen, los polos similares se repelen y los disimilares se atraen. Pero ahí termina el parecido, porque, si bien es perfectamente posible aislar una carga negativa o aislar una carga positiva, nadie ha observado jamás un polo norte magnético aislado ni un polo sur magnético aislado. Todo polo norte tiene siempre su polo sur.

14. Cita tomada de Walter Elsasser, Memoirs of a Physicist in the Atomic Age.

15. El alambre en cuestión tiene que ser un conductor. Me refiero a un material como el cobre o la plata, cuyos átomos poseen unos electrones más débilmente enlazados que los de otros elementos y que, por tanto, pueden ser disociados y propulsados a lo largo del material al aplicársele un campo eléctrico.

16. La energía nuclear es, como ingeniosamente comentó Terry Jones, miembro histórico de Monty Python, «una manera muy ridícula de hervir agua» (New Scientist, 18 de junio de 1987, pág. 63).

17. Podemos imaginarnos el campo eléctrico generado por la central eléctrica como si se este se extendiera por todo el cable a lo largo del circuito que forma desde la central (y por toda una ciudad, por ejemplo) hasta regresar de nuevo a la central. El campo permanece concentrado en el cable y no se escapa de él porque los conductores están enfundados en un aislante (de PVC, por ejemplo): es decir, en un material que no tiene electrones fácilmente disociables que puedan ser impulsados por el campo eléctrico. El aislante, pues, impide que el campo eléctrico se filtre hacia el aire circundante y disipe así su energía.

18. A modo de comparación, recordaré aquí que la diferencia de voltaje entre el rayo típico durante una tormenta y el suelo es de varios cientos de millones de voltios.

19. Los rayos muestran de hecho el efecto calorífico de una corriente alterna, puesto que cada uno de ellos consiste en múltiples flujos de corriente que van y vienen de la nube al suelo y del suelo a la nube, o de una nube a otra.

20. Gracias a su constatación de que los campos eléctrico y magnético son aspectos de una misma cosa, Einstein pudo condensar todos los fenómenos eléctricos y magnéticos en un conjunto de ecuaciones más compacto aún que el de Maxwell.

21. De hecho, Michael Faraday ya había sospechado con anterioridad de la existencia de una conexión entre la electricidad, el magnetismo y la luz. «Resulta que he descubierto una relación directa entre el magnetismo y la luz, y también entre la electricidad y la luz, y el campo que esto abre es enorme y, creo yo, muy rico también», escribió en una carta fechada el 13 de noviembre de 1845 (Georg W. A. Kahlbaum y Francis V. Darbishire [eds.], The Letters of Faraday and Schoenbein, 1836-1862, pág. 148). Entre otras cosas, Faraday había averiguado que un campo magnético puede cambiar el plano de vibración (o polarización) de una onda luminosa, un fenómeno que hoy conocemos como rotación de Faraday.

22. The Feynman Lectures on Physics, vol. II, págs. 1-11. [La traducción castellana está tomada de Física, vol. 2: Electromagnetismo y materia, México, Addison-Wesley Iberoamericana, 1987.]

23. Ibídem, págs. 1-10.

24. Véanse el capítulo 2: «El bebé con propulsión a cohete: la respiración», y el capítulo 5: «Materia dotada de curiosidad: el cerebro».

9. MATERIA PROGRAMABLE

1. Como todos sabemos, los ordenadores tienen también sus inconvenientes. «Imagínense si todos los jueves se nos cayeran los zapatos porque los atamos como lo hacemos siempre. Pues esto es lo que nos pasa una y otra vez con los ordenadores, y a nadie se le ocurre quejarse», comentó Jef Raskin, un experto en interacción persona-ordenador (Geoff Tibballs, The Mammoth Book of Zingers, Quips, and One-Liners).

2. Dado que la potencia de los ordenadores continúa aumentando sin descanso, hay quienes predicen que un día será posible simular un universo entero. De hecho, el filósofo Nick Bostrom cree probable que tales simulaciones hayan sido realizadas ya por seres avanzados numerosas veces. De ser así, habría muchas probabilidades de que estemos viviendo en una realidad artificial generada por ordenador, muy parecida a la de Matrix (Nick Bostrom, «Are You Living in a Computer Simulation?», Philosophical Quarterly, 53, 2003, págs. 243-255).

3. El primer ordenador multiusos auténtico fue el imaginado por el ingeniero británico Charles Babbage en 1837. Sin embargo, su «motor analítico» no llegó a fabricarse en vida de Babbage porque su diseño de engranajes era demasiado difícil y caro de construir. Babbage trabajó en aquel proyecto con Augusta Ada King, condesa de Lovelace e hija del poeta lord Byron. Se la considera la primera programadora de la historia; de ahí que el lenguaje informático Ada haya sido así llamado en su honor.

4. Existe una conexión muy directa entre la «no computabilidad» descubierta por Turing y la indecidibilidad, otro gran descubrimiento en el campo de las matemáticas. En 1931, el lógico austriaco Kurt Gödel mostró que hay enunciados matemáticos (teoremas) cuya veracidad o falsedad es indemostrable. Son «indecidibles». El teorema de indecidibilidad de Gödel (conocido más habitualmente como teorema de incompletitud) es uno de los resultados más famosos y llamativos de toda la historia de las matemáticas. Véase «God’s Number» («El número de Dios»), capítulo 6 de mi libro The Never-Ending Days of Being Dead. [Hay trad. cast.: Los días interminables de estar muerto: ensayos sobre las ideas más especulativas de la física de vanguardia, Barcelona, Ediciones de Intervención Cultural, 2011.]

5. Los físicos tienden a imaginar que la naturaleza es como el mundo tecnológico en el que viven. En el siglo XIX, en un mundo industrial que funcionaba con la energía del carbón, por ejemplo, especulaban con la posibilidad de que el Sol fuese un cúmulo gigante de ese mineral. En la actualidad, les ha dado por especular con la posibilidad de que el universo entero sea un ordenador gigante. Si alguna lección nos enseña la historia al respecto, es que probablemente están equivocados como ya lo habían estado anteriormente.

6. Esa imagen (que «un transistor es simplemente como esa manguera de jardín que pisamos con el pie») procede de Computer Science for Fun, de Paul Curzon, Peter McOwan y Jonathan Black, de la Universidad Queen Mary de Londres, http://www.cs4fn.org.

7. Véase el capítulo 8: «Suerte que los opuestos se atraen: la electricidad».

8. Stan Augarten, State of the Art: A Photographic History of the Integrated Circuit.

9. El transistor fue inventado por un trío de físicos en los Laboratorios Bell de Nueva Jersey (EE. UU.) en 1947. Por su logro, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley serían galardonados en 1956 con el premio Nobel de Física.

10. El circuito integrado se patentó en 1959.

11. De hecho, las áreas iluminadas permanecerán si se usa una fotorresistencia negativa y se disolverán si se usa una fotorresistencia positiva.

12. Véase el capítulo 15: «Magia sin magia: la teoría cuántica».

13. Gordon Moore, «Cramming More Components onto Integrated Circuits», Electronics, 38, 8, 19 de abril de 1965.

14. Robert X. Cringely es en realidad el pseudónimo que el periodista Mark Stephens y unos cuantos comentaristas más, expertos todos ellos en tecnología, adoptaron para firmar una columna en InfoWorld, una revista especializada en informática que ha dejado de publicarse en papel y aparece ahora exclusivamente en línea.

15. Seth Lloyd, «Ultimate Physical Limits to Computation», Nature, 406, 6799, 31 de agosto de 2000, pág. 1047.

16. Véase el capítulo 16: «El descubrimiento de la lentitud: la relatividad especial».

10. LA INVENCIÓN DE LOS VIAJES A TRAVÉS DEL TIEMPO

1. John Médaille, «Friends and Strangers: A Meditation on Money», Front Porch Republic, 20 de enero de 2012, http://tinyurl.com/6q3pbsy.

11. LA GRAN TRANSFORMACIÓN

1. Joseph Stiglitz, «Inequality is holding back the recovery», un artículo de la serie titulada «The Great Divide», New York Times, 19 de enero de 2013, http://tinyurl.com/aqxj9ro.

2. Las políticas económicas aplicadas en Estados Unidos y buena parte de Europa antes de la crisis financiera de 2008 implicaron no solamente la desregulación, sino también la privatización, de muchos servicios públicos y una reducción de la presión fiscal. Entre los políticos (incluso entre los de centro-izquierda, como Bill Clinton y Tony Blair) estaba muy extendida la idea de que el mundo había entrado en una nueva era de la historia económica y que una economía impulsada por niveles ingentes de endeudamiento era perfectamente sostenible. En realidad, lo que la sostenía era una «burbuja» financiera que, como otras análogas que con tanta frecuencia se han dado a lo largo de la historia (desde la burbuja de los Mares del Sur, a principios del siglo XVIII, hasta la de las compañías «punto com» de finales de la década de 1990), algún día tenía que reventar. Véase John Gray, False Dawn: The Delusions of Global Capitalism. [Hay trad. cast.: Falso amanecer: los engaños del capitalismo global, Barcelona, Paidós, 2000.]

3. Conversación telefónica del autor con Ha-Joon Chang.

4. Ibídem.

5. Mark Buchanan, «Mandelbrot Beats Economics in Fathoming Markets», Bloomberg, 5 de diciembre de 2011, http://tinyurl.com/ 75n8 ecb.

6. Ronald Coase, «The Problem of Social Cost», Journal of Law and Economics, octubre de 1960.

7. Nassim Taleb, The Black Swan: The Impact of the Highly Improbable. [Hay trad. cast.: El cisne negro: el impacto de lo altamente improbable, Barcelona, Paidós, 2009.]

8. Mark Buchanan, «Earthquakes and the Mind-Bending Laws of Markets», Bloomberg, 18 de marzo de 2013, http://tinyurl.com/coklmem.

9. Karl Polanyi, The Great Transformation. [Hay trad. cast.: La gran transformación: los orígenes políticos y económicos de nuestro tiempo, México, Fondo de Cultura Económica, 1992.]

10. David Bollier, «Why Karl Polanyi Still Matters», Commons Magazine, 24 de febrero de 2009, http://tinyurl.com/ctktkt8.

11. Oscar Wilde, The Picture of Dorian Gray. [Hay trad. cast.: El retrato de Dorian Gray, Madrid, Espasa, 2000.]

12. SIN VESTIGIO DE UN COMIENZO

1. James Hutton, «Theory of the Earth; or an Investigation of the Laws Observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land upon the Globe», Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 1, 1788, págs. 209-304.

2. En realidad, la mayoría de las rocas sedimentarias se crean en los mares y no en lagos. En cualquier caso, los geólogos pioneros del siglo XVIII acertaron en lo esencial.

3. L. P. Hartley, The Go-Between. [Hay trad. cast.: El mensajero, Barcelona, Bruguera, 1971.]

4. El primer cable telegráfico transatlántico fue tendido por el Great Eastern, barco de Isambard Kingdom Brunel, en 1866. Por su participación en la hazaña, el físico William Thomson fue nombrado caballero por la reina Victoria y pasaría finalmente a ser lord Kelvin.

5. Se cree que el Sistema Solar se formó a partir del encogimiento (por efecto de la gravedad) de una nube fría de gas y polvo interestelar. La nube, al igual que la galaxia, seguía un movimiento rotatorio. Por consiguiente, se encogió más rápido por el eje entre sus polos que en torno a su «cintura», donde la fuerza centrífuga ejercía una mayor resistencia a la gravedad. El resultado fue una nube con forma de torta, en cuyo centro se fue formando el Sol con una serie de escombros espaciales orbitando en un disco a su alrededor. Múltiples granos de polvo de ese disco de escombros se fueron amalgamando para formar granos de polvo de mayor tamaño en un proceso descontrolado que terminó produciendo un elevado número de cuerpos de varios kilómetros de diámetro. Fue la colisión entre estos planetésimos la que, con el tiempo, dio lugar por acumulación a los planetas, incluida la Tierra. Las fases finales de ese proceso de agregación han quedado grabadas en las cuencas lunares dejadas por los impactos gigantes que recibió nuestro satélite.

6. Véase el capítulo 13: «El aura de la Tierra: la atmósfera».

7. El porqué Venus no tiene tectónica de placas es algo que no está claro. Pero sabemos que el agua es necesaria para crear el granito del que está hecha la corteza continental. Y se supone que Venus, por el hecho de estar más próximo al Sol de lo que está la Tierra, perdió toda su agua (evaporada en el espacio) en una época anterior de su historia.

8. Louis Agassiz, Geological Sketches.

13. EL AURA DE LA TIERRA

1. Carl Sagan, «Wonder and Skepticism», Skeptical Enquirer, 19, 1, enero-febrero de 1995.

2. Las cicatrices del «bombardeo intenso tardío» (LHB por sus siglas en inglés) son hoy evidentes en la faz lunar. Los cuerpos que allí impactaron fueron suficientemente grandes como para perforar la corteza de la Luna y eso hizo que grandes cantidades de lava de las profundidades del satélite manaran a la superficie y dieran lugar así a las actuales cuencas (o mares) lunares. Se cree que el LHB fue causado por la precipitación de numerosos cuerpos de hielo procedentes del Sistema Solar exterior en dirección al Sol. La secuencia de los acontecimientos no está del todo clara. Pero una posibilidad verosímil es que la interacción de Júpiter con el Cinturón de Kuiper, una franja de escombros helados procedentes de los tiempos de la formación del Sistema Solar que orbitan más allá del planeta más exterior de todos, que es Neptuno, hiciera que el propio Júpiter migrara a una órbita más alejada del Sol. Cuando el tiempo de la órbita del gigante jupiterino alrededor de nuestra estrella pasó a ser exactamente la mitad de la de Saturno, ambos planetas comenzaron a alinearse regularmente al mismo lado del Sol, lo que hizo que la gravedad conjunta de los dos tirara hacia sí de otros cuerpos del Sistema Solar. Eso causó que Urano y Neptuno cambiaran sus órbitas, por ejemplo. Al desplazarse, agitaron el Cinturón de Kuiper, lo que envió un gran número de cuerpos helados hacia el Sistema Solar interior, donde se estrellaron contra los planetas y sus satélites, incluidas la Tierra y la Luna.

3. Las mejores pruebas de que los océanos tienen un origen extraterrestre provienen de observaciones realizadas en el hielo de agua del cometa Hartley 2 en 2011. El hidrógeno del agua, H₂O, puede presentarse en dos formas: la normal (H) y otra mucho más rara y pesada (un isótopo), conocida como deuterio (D). El D₂O se conoce popularmente como agua pesada. Las pruebas obtenidas del Hartley 2 indican que la relación entre agua pesada y agua normal en el hielo de ese cuerpo estelar es exactamente la misma que la del agua de los mares terrestres (Nancy Atkinson, «Best Evidence Yet That Comets Delivered Water for Earth’s Oceans», Universe Today, 5 de octubre de 2011, http://tinyurl.com/6zazxwj).

4. Véase el capítulo 2: «El bebé con propulsión a cohete: la respiración».

5. La principal razón por la que el Sol calienta más las regiones ecuatoriales que las polares es que nuestra estrella está situada casi en lo más alto del cielo sobre el ecuador, mientras que, en la proximidad del polo, se ve muy baja sobre el horizonte (hasta el punto de que, en determinados momentos del año, ni siquiera llega a asomar por encima de dicho horizonte y no se ve durante semanas). Eso significa que, en las inmediaciones de los polos, la misma cantidad de calor emitida desde el Sol se dispersa por un área de suelo mucho más extensa que en el ecuador, con lo que se diluye su efecto calorífico.

6. John Tyndall, In Forms of Water in Clouds and Rivers, Ice and Glaciers.

7. Venus da una vuelta de rotación completa sobre su eje (calculada con respecto a la posición fija de las estrellas) cada 243 días terrestres. Dado que también orbita alrededor del Sol, en torno al que da una vuelta completa cada 225 días, podría parecer que su día es más largo que su año. Sin embargo, en realidad, Venus rota al revés de todos los demás planetas (salvo Urano). La combinación de esa rotación retrógrada y la órbita del planeta alrededor del Sol hace que la duración de un día venusiano —desde el orto hasta el ocaso— sea de 117 días terrestres. Podríamos decir, pues, que, en Venus, cada año tiene 1,92 días.

8. Alguien podría suponer, en un derroche de ingenuidad, que el calor sencillamente sería conducido del ecuador a los polos por contacto entre masas de aire contiguas: el aire caliente calentaría el aire más frío que tuviera a su lado, y este, a su vez, calentaría el aire más frío aún con el que estuviera en contacto por el otro lado, y así sucesivamente. Sucede, sin embargo, que el aire es mal conductor del calor y que la atmósfera no puede conducir la cantidad necesaria de este desde el ecuador hasta los polos con la suficiente rapidez. Ese calor solo puede compensarse si hay un movimiento masivo (una convección) del aire.

9. No nos damos cuenta de que nos hallamos en la superficie de un planeta que gira a gran velocidad por la misma razón por la que no somos conscientes de que viajamos a 900 kilómetros por hora en el interior de un avión de pasajeros. El movimiento a velocidad constante, como bien descubrió Galileo cuatro siglos atrás, es indetectable para quien así se mueve. Ese tipo de movimiento contrasta de manera evidente con aquel caracterizado por cambios de velocidad, que resultan muy obvios para quien los experimenta. De ahí, por ejemplo, que, cuando una aeronave acelera por una pista de despegue, los pasajeros tengan la sensación de quedarse pegados a sus asientos.

10. Nuestra experiencia corriente (aunque ilusoria) es que el suelo no se mueve. Por eso, los físicos han inventado una fuerza que explica el desviamiento del aire al desplazarse del ecuador hacia los polos en la que se asume que la Tierra no rota. Esa fuerza (llamada «de Coriolis») es ficticia, pero resulta útil para toda una serie de cálculos.

11. La latitud se define como la distancia angular de cualquier lugar situado sobre la superficie del globo con respecto al ecuador, medida en grados. El ecuador tiene asignada por convención una latitud de 0o, mientras que la de los polos es de 90o. Para diferenciar entre los puntos situados por encima o por debajo del ecuador, se dice que una ubicación está a 34o norte o a 52o sur, por ejemplo.

12. La razón por la que la desviación del aire que se mueve de norte a sur y de sur a norte por efecto de la rotación terrestre es más acusada en las latitudes medias es que ese desviamiento depende de dos factores: de la velocidad a la que rota la superficie de la Tierra en una latitud concreta, y de lo rápido que cambia esa rotación. Si nos fijamos en la región próxima a los polos, veremos que, aunque la velocidad de rotación terrestre cambia allí muy rápido de una latitud a otra, la velocidad en sí es pequeña, por lo que la desviación también lo es. Comparemos esa situación con la de los trópicos. Allí, aunque la velocidad de rotación de la Tierra es alta, el cambio de una latitud a otra próxima es muy lento, por lo que la desviación es también pequeña. Sin embargo, en las latitudes medias, la velocidad de rotación del planeta y la razón a la que esta cambia son elevadas. En consecuencia, la desviación del aire (según la observamos desde el suelo) es significativa. Eso explica por qué la banda de circulación que ocupa las latitudes medias es la más inestable y turbulenta. Y por qué las bandas polar y tropical se comportan como minicélulas de Hadley relativamente modositas.

13. La presión de un gas es consecuencia del continuo revoloteo aleatorio de los innumerables átomos que lo componen, que, cuando rebotan contra algún obstáculo, le transfieren una fuerza trémula. Esta, promediada, es la presión. Cuanto más denso es un gas, más átomos del mismo rebotan y mayor resulta la presión; cuanto más caliente es el gas, más rápido rebotan los átomos y, también, mayor es la presión. Dado que la atmósfera no se calienta en todas partes por igual y está en continua agitación por ello, es inevitable que en algunas regiones haya una presión por debajo de la media y que, en otras, se registren presiones por encima de esa media.

14. Robert T. Ryan, The Atmosphere.

15. Edward Lorenz, «Does the flap of a butterfly’s wings in Brazil set off a tornado in Texas?», ponencia presentada en el 139.º encuentro anual de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS) el 29 de diciembre de 1979 (The Essence of Chaos, apéndice 1, pág. 181. [Hay trad. cast.: La esencia del caos, Madrid, Debate, 1995]).

16. Cabría imaginar que, dado que el hemisferio sur recibe más calor del Sol durante el verano austral que el hemisferio norte durante el verano boreal, el verano en el sur fuera más cálido que en el norte. Pero, sorprendentemente, no es así. La energía solar extra que recibe el hemisferio sur durante su verano particular calienta principalmente las capas superiores de la atmósfera, pero no llega a transmitirse a la superficie situada por debajo de aquellas. La temperatura en un punto dado de la superficie terrestre depende no solo del calentamiento de origen solar, sino también de una compleja combinación de factores, que incluyen la cantidad de nubosidad y la velocidad a la que las corrientes atmosféricas y marinas transportan el calor desde ese punto y hacia ese punto.

17. Es característico de cuerpos rotatorios como la Tierra que mantengan obstinadamente su dirección de giro en el espacio; eso explica que tengamos unas estaciones regulares. Sin embargo, si nos fijamos en periodos de tiempo muy largos, vemos que la atracción gravitatoria combinada que el Sol, la Luna y los planetas ejercen sobre la Tierra hace que esta se bambolee como una peonza. Esta precesión hace que el eje rotatorio de nuestro planeta —que actualmente se mantiene a 23,5o con respecto a la vertical— dé un giro completo en torno a la vertical cada 26.000 años. En la actualidad, la estrella situada aproximadamente sobre el polo Norte —es decir, en la dirección del eje de giro de la Tierra si proyectáramos este hacia el espacio— es Polaris. Pero debido al movimiento de precesión, Polaris no era la Estrella Polar cuando se construyeron las pirámides de Egipto unos 5.000 años atrás, por ejemplo. Y tampoco será la Estrella Polar dentro de otros cinco milenios. Habrá que esperar otros 26.000 años a que vuelva a situarse donde la vemos hoy en día.

18. El campo magnético del Sol, como el de la Tierra, está generado por material cargado eléctricamente que circula en su interior profundo. Como el Sol rota más rápido en su ecuador que en sus polos, el campo magnético proyectado desde nuestra estrella tiende a enredarse y termina liberando su energía contenida en forma de llamaradas. Por alguna razón que aún no tenemos muy clara, el ciclo de acumulación y liberación de esa energía dura en torno a veindidós años. Es lo que llamamos el ciclo solar. Durante la parte activa de ese ciclo, la superficie del Sol aparece cubierta de numerosas manchas y erupciones solares.

19. La ultravioleta es una luz que emite la materia a temperaturas muy altas. En el Sol, la producen las erupciones solares, que son como géiseres de materia plasmática arrojada violentamente al espacio por la energía magnética acumulada y contenida hasta entonces. Esas llamaradas pueden alcanzar fácilmente temperaturas de entre 10 y 20 millones de grados centígrados.

20. Véase el capítulo 12: «Sin vestigio de un comienzo: la geología».

21. El Sol brilla gracias a la fusión de núcleos del elemento más ligero de todos, el hidrógeno, para formar núcleos del segundo elemento más ligero, el helio. El subproducto de esa reacción nuclear es la luz solar. Al ser más pesado que el hidrógeno, el helio se hunde hacia el centro del Sol, donde la gravedad lo comprime con muchísima fuerza. Como cualquiera que haya usado un bombín para inflar las ruedas de una bicicleta sabrá, cuando apretamos o comprimimos un gas, este se calienta. Por lo tanto, cuando el Sol convierte hidrógeno en helio, el núcleo de la estrella —y, por consiguiente, el Sol en su conjunto— se calienta.

22. Es un misterio por qué la Tierra no se solidificó congelada en el momento de su nacimiento si el Sol era un 30 % menos luminoso en aquel entonces. A lo mejor aquella Tierra recién nacida estaba envuelta por una atmósfera de gases de efecto invernadero gruesa y espesa que calentó el planeta lo suficiente como para evitar que se sumiera en una glaciación interminable. Esa sería una posible solución a la paradoja de la debilidad del Sol joven.

23. Muchos libros de astronomía cuentan que la Tierra terminará siendo engullida por el Sol, que, transformado en una gigante roja, se inflará hasta llegar casi a la órbita de Marte. Sin embargo, un equipo dirigido por Juliana Sackmann, del Instituto Tecnológico de California (Caltech) en Pasadena, ha apuntado la posibilidad de que cuando el Sol se haya extendido hasta engullir la órbita actual de la Tierra, nuestro planeta no esté allí para entonces. La razón es que las gigantes rojas pierden material a un ritmo colosal a través de sus vientos estelares. Al ser menos masivo, el Sol tendría una gravedad más débil y, por lo tanto, no podría retener a la Tierra con la misma fuerza, por lo que nuestro planeta se iría alejando progresivamente de nuestra estrella. Para cuando el Sol haya crecido hasta los límites de la órbita actual de la Tierra, ya no le quedará más que un 60 % de su masa actual, y nuestro planeta estará un 70 % más lejos, por lo que probablemente se librará de ser engullido por el Astro Rey. Ahora bien, otro equipo, este dirigido por Mario Livio en el Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore, ha señalado la existencia de un efecto que contrarrestaría el anterior. La atracción de la Tierra provoca una especie de marea en el Sol y levanta así una protuberancia en este que nuestro planeta va arrastrando consigo en el curso de su órbita alrededor de la estrella. Como consecuencia, la Tierra hace girar más rápido la cubierta del Sol y, con ello, ella misma pierde velocidad orbital y su órbita se va haciendo más interior. El ritmo al que la Tierra ve minada su energía orbital depende de manera fundamental de lo viscoso que sea el material de esa cubierta solar, algo que nadie sabe muy bien. De momento, pues, no es posible determinar cuál de esos dos efectos opuestos se impondrá ni si la Tierra terminará siendo engullida o no.

14. TODOS SOMOS MÁQUINAS DE VAPOR

1. No es del todo cierto que la Tierra no obtenga energía neta del Sol. Alguna sí recibe. Por ejemplo, el nivel de dióxido de carbono que actúa como gas de efecto invernadero y atrapa calor en la atmósfera está aumentando. Esto causa un calentamiento global. También los árboles capturan algo de energía solar que, al transcurrir millones de años, enterrados sus restos en capas más profundas de suelo, pueden dar lugar a la formación de carbón. El carbón es luz solar atrapada en épocas pretéritas y, cuando lo quemamos, dejamos salir la luz solar de millones de años atrás.

2. Peter Atkins, Las cuatro leyes del universo.

3. Para ilustrar la diferencia entre calor y temperatura (que es el grado de calor de un cuerpo) basta con comparar una cerilla con un radiador de un sistema de calefacción central. Una cerilla contiene muy poco calor, pero alcanza una temperatura suficientemente elevada como para que nos queme los dedos. Un radiador contiene una gran cantidad de calor, pero su temperatura es suficientemente baja como para que podamos apoyarnos en él sin quemarnos.

4. Los átomos tienden a combinarse para formar moléculas influidos por su fuerza electromagnética mutua. Una molécula de vapor, por ejemplo, consiste en dos átomos de hidrógeno aglutinados a uno de oxígeno (H₂O).

5. En realidad, la razón por la que las moléculas de vapor pierden velocidad es bastante sutil. Si el pistón no se moviera, rebotarían todo el rato como si fueran pelotas de goma perfectas, sin pérdida alguna de velocidad. Sin embargo, el pistón se mueve alejándose de las moléculas. Eso significa que, cuando una molécula rebota contra el pistón, su velocidad relativa (con respecto a este) es menor de la que habría sido con relación a un pistón estacionario.

6. Las leyes de la conservación no son más que manifestaciones de unas simetrías profundas. Se trata de propiedades del mundo que permanecen inalteradas ante una transformación particular. Por ejemplo, la ley de la conservación de la energía es una consecuencia de la simetría por traslación temporal, es decir, del hecho de que un experimento producirá el mismo resultado tanto si se realiza hoy como si se lleva a cabo la semana que viene. Esta idea (la de que las leyes de la física se sostienen sobre la simetría) fue descubierta por la matemática alemana Emmy Noether en 1918 y es una de las más fundamentales y dominantes de toda la ciencia. Véase el capítulo 20: «Las reglas del juego: las leyes de la física».

7. La eficiencia de una máquina de vapor que utiliza vapor a una temperatura Th y despide calor de desecho a su entorno a otra temperatura Tc es 1 - Tc/Th (hablamos de temperaturas expresadas en kélvins; véase la nota 10 siguiente). La fórmula fue descubierta por el ingeniero francés del siglo XIX Sadi Carnot. Nos muestra, por ejemplo, que, si un motor consume vapor a 373 kélvins y despide calor residual hacia su entorno a 300 kélvins, solo puede convertir un 20 % aproximado de la energía de ese vapor en trabajo útil.

8. Podemos dejar de lado el pistón porque la temperatura y la entropía describen solamente un movimiento microscópico desordenado. El pistón ejemplifica un movimiento masivo ordenado.

9. Arthur Eddington, The Nature of the Physical World. [Hay trad. cast.: La naturaleza del mundo físico, Buenos Aires, Sudamericana, 1945.]

10. Para expresar la temperatura, los físicos tienden a emplear la escala de Kelvin. Esta asigna una temperatura de 0 kélvins a aquel estado en el que el movimiento microscópico es tan lento que, de hecho, se detiene por completo. Puesto que, medida en la escala de Celsius, esa temperatura corresponde a –273 oC, el punto de congelación del agua (0 oC) equivale a 273 kélvins. De ahí que la temperatura media de la superficie de la Tierra esté situada en torno a los 300 kélvins.

11. Aunque la luz que incide sobre la Tierra desde el Sol corresponde predominantemente al espectro visible —que es la luz característica de un cuerpo que brilla a 5.778 kélvins—, la luz que la Tierra irradia al espacio corresponde al infrarrojo lejano, invisible a simple vista y característica de un cuerpo que está a una temperatura de 300 kélvins.

12. Por cada fotón a 5.778 kélvins que la Tierra recibe del Sol, nuestro planeta irradia de vuelta al espacio unos veinte fotones a 300 kélvins. Y como todos los fotones tienen más o menos la misma entropía, puede decirse que la Tierra exporta al universo la entropía que recibe del Sol multiplicada aproximadamente por veinte. Todo ese desorden extra es el precio que paga el universo por tantas cosas maravillosas que tienen lugar en nuestro planeta.

13. Dado que toda la actividad del universo está impulsada por la distancia térmica entre las estrellas y el espacio vacío, la pregunta obligada es: ¿qué creó esa diferencia de temperatura? Y la respuesta es: la gravedad. Poco después del big bang, la materia del universo estaba expandida uniformemente y a temperatura igualmente uniforme. Pero ciertas regiones que eran ligeramente más densas que la media tenían una gravedad algo más intensa que el resto, por lo que comenzaron a arrastrar más materia hacia sí. El resultado final de ese proceso de atracción fue la formación de montones densos de materia comprimida, y cuando la materia se comprime, se calienta también. La gravedad, pues, transformó un universo uniforme y prácticamente carente de calidez en un universo lleno de masas calientes de materia aglutinada: las estrellas.

14. La entropía guarda relación con nuestra ausencia de información acerca de un sistema o, lo que es lo mismo, con nuestra ignorancia a propósito de ese sistema. Si la energía está en un vapor desordenado, por ejemplo, es imposible saber cuál de las incontables moléculas que lo componen tiene la energía del movimiento. La entropía elevada viene a ser lo mismo, pues, que tener un nivel elevado de ignorancia. Sin embargo, cuando un pistón se mueve, es obvio dónde se encuentra la energía del movimiento: en el pistón en su conjunto. La entropía baja es, pues, sinónimo de un bajo nivel de ignorancia.

15. Howard Resnikoff, The Illusion of Reality.

16. De hecho, desde 1998 sabemos que la expansión del universo se acelera cada vez más, impulsada por la gravedad repulsiva de la misteriosa energía oscura. El destino de la materia podría ser, pues, la desaparición por dilución provocada por tan vertiginosa expansión. Sería finalmente más aburrido aún de lo que nadie había sospechado hasta ahora.

15. MAGIA SIN MAGIA

1. Véase el capítulo 18: «El estruendo de lo ínfimamente pequeño: los átomos».

2. Werner Heisenberg, Physics and Philosophy. [La traducción castellana está tomada de Física y filosofía, Buenos Aires, La Isla, 1959, pág. 28.]

3. Werner Heisenberg, Die physikalischen Prinzipien der Quantentheorie («Los principios físicos de la teoría cuántica»), Leipzig, 1930.

4. Hay un interesante paralelismo en ese sentido con el espacio-tiempo. Por su carácter tetradimensional, el espacio-tiempo es inaprensible para criaturas tridimensionales como nosotros. Nos limitamos simplemente a experimentar dos facetas separadas de ese espacio-tiempo: el espacio y el tiempo (véase el capítulo 16 «El descubrimiento de la lentitud: la relatividad especial»). De la misma manera, únicamente alcanzamos a ver la luz, bien en su vertiente como partícula, bien en su vertiente como onda.

5. Si el universo no fuese impredecible en su nivel fundamental, no habría un universo o, cuando menos, un universo de la complejidad necesaria para que nosotros existamos. La razón de ello es que, según la teoría convencional de la cosmología al respecto (la de la llamada «inflación» cósmica), el universo comenzó siendo tan ultradiminuto que apenas contenía información alguna. Hoy, sin embargo, contiene una cantidad asombrosamente ingente de ella: basta con que nos imaginemos cuánta necesitaríamos para describir el tipo y la ubicación de todos los átomos del universo. El enigma de cuál ha sido la procedencia original de toda esa información se explica mediante la teoría cuántica, ya que la aleatoriedad es sinónimo de información. Todo suceso cuántico acaecido desde el big bang, como la radiación de un átomo radiactivo, por ejemplo, ha ocurrido aleatoriamente y ha inyectado información/complejidad en el universo. Cuando Einstein dijo aquello de que «Dios no juega a los dados con el universo», no podía haber estado más equivocado. Si Dios no hubiese jugado a los dados, no habría universo o, cuando menos, ninguno que contuviera algo mínimamente interesante. Véase «Random Reality», capítulo 10 de mi libro We Need to Talk About Kelvin.

6. Dicho en términos más técnicos, la probabilidad de hallar ese átomo en una ubicación concreta equivale al cuadrado de la amplitud de la onda cuántica (o función de onda) en dicha ubicación.

7. «Seguro que el resto de la familia Thomson debía de pasárselo bomba en los encuentros familiares. “¡Lo es! ¡No lo es! ¡Lo es!…”», escribió @Katharine_T29m, una de las personas que siguen mi cuenta de Twitter.

8. Lo más increíble del caso es que, aunque Davisson, Germer y Thomson hubiesen disparado sus electrones contra ese cristal de uno en uno y con una hora de diferencia entre cada disparo, habrían observado a lo largo del tiempo una pauta exactamente idéntica: habría habido direcciones en las que los electrones se ven y direcciones en las que no se ven nunca. Así que no es una interferencia entre las ondas cuánticas de electrones diferentes la que causa la mencionada pauta, sino la interferencia entre ondas cuánticas de un mismo electrón. Cada electrón se encuentra en una superposición correspondiente al hecho de que vaya en todas direcciones a la vez, y son las ondas individuales de cada dirección implicadas en esa superposición las que interfieren entre sí. La teoría cuántica es ciertamente alucinante.

9. Técnicamente hablando, un espín 1/2 significa que un electrón tiene un espín de 1/2 x (h/2*π), donde h es la constante de Planck.

10. Si la historia hubiera discurrido por derroteros distintos, no solo habríamos asignado a la partícula con el espín más pequeño un espín de 1 unidad, sino que también se habría asignado a las partículas con la carga eléctrica menor una carga de 1 unidad. En vez de eso, el electrón ha terminado teniendo un espín de 1/2, y los quarks, cargas de magnitud 1/3 y 2/3.

11. Véase el capítulo 8: «Suerte que los opuestos se atraen: la electricidad».

12. Véase el capítulo 16: «El descubrimiento de la lentitud: la relatividad especial».

13. Véase el capítulo 8: «Suerte que los opuestos se atraen: la electricidad».

14. La longitud de onda de una partícula, como bien conjeturó Louis de Broglie en 1923, es inversamente proporcional a su momento. Para ser más concretos, es (h/2*π)/p, donde p es el momento.

15. La resistencia de la onda de un electrón a dejarse aplastar da origen a una fuerza conocida como presión de degeneración electrónica. Dentro de 5.000 millones de años, cuando el Sol haya agotado sus reservas de calor, la gravedad se impondrá y lo encogerá hasta reducirlo a un cuerpo del tamaño de la Tierra. La fuerza que impedirá que se encoja más aún será la presión de degeneración electrónica, es decir, la resistencia de las ondas de los electrones a dejarse aplastar. Desde el punto de vista corpuscular —que es más complejo que el punto de vista ondular—, se dice que esa fuerza es debida al principio de incertidumbre de Heisenberg, que simplemente viene a afirmar que, cuanto más pequeño es el volumen en el que se confina una partícula, mayor es el momento de esta. Para entenderlo mejor, podemos imaginarnos a una abeja atrapada en una caja: zumbará con mayor irritación de un lado a otro de esta cuanto más reducido le hagamos el espacio.

16. Véase el capítulo 18: «El estruendo de lo ínfimamente pequeño: los átomos».

17. «Yo soy más partidario de ver el vaso un 0,0000000000001 % lleno», escribió @MrDFJBaileyEsq, uno de mis seguidores en Twitter.

18. Lo cierto es que un planeta no puede orbitar por cualquier lugar del Sistema Solar. El espacio entre las órbitas de Marte y el gigante Júpiter, por ejemplo, está poblado únicamente por pedazos de escombro rocoso (asteroides). En esa región, el efecto destructor de la potentísima gravedad de Júpiter impidió la formación de un planeta hecho y derecho.

19. Los detalles de cómo el espín, la ondularidad y la indistinguibilidad del electrón dieron origen al principio de exclusión de Pauli están descritos en «No More than Two Peas in a Pod at a Time», capítulo 3 de mi libro We Need to Talk About Kelvin.

16. EL DESCUBRIMIENTO DE LA LENTITUD

1. Aunque la relatividad predice que la percepción que deberíamos tener de alguien que se mueve con respecto a nosotros sería que se encoge a medida que avanza siguiendo su propia dirección de movimiento, eso no sería exactamente lo que veríamos. Y es que interviene un efecto más. La luz tarda más tiempo en llegar a nosotros desde las partes de la persona que están más distantes de nosotros que desde las que están más cerca. Eso hace que parezca que rotan. Por lo tanto, si la cara de la persona apunta hacia nosotros, veremos también parte de su nuca. Este peculiar efecto es conocido por el nombre de aberración relativista (de la luz).

2. La desintegración o descomposición de los muones es un proceso aleatorio impredecible. No obstante, los físicos tienen un concepto —el de «media vida»— que manejan en estos casos. Así, tras un periodo de una media vida, quedan la mitad de los muones; tras dos medias vidas, quedarán la mitad de la mitad (es decir, un cuarto); tras tres medias vidas, un octavo, y así sucesivamente.

3. Este no es un escenario difícil de imaginar. Pensemos, por ejemplo, en dos cohetes de fuegos artificiales que parecen estallar al mismo tiempo desde la perspectiva de alguien situado a mitad de distancia entre uno y otro. Pasemos ahora a la perspectiva de otra persona que ve uno de los fuegos situado detrás del otro. La luz del estallido más distante llegará más tarde a la ubicación de esta segunda persona, por lo que verá ambos sucesos en momentos diferentes.

4. Véase el capítulo 18: «El estruendo de lo ínfimamente pequeño: los átomos».

5. Según una idea propuesta en 1964 por el físico inglés Peter Higgs y cinco investigadores más, la masa de partículas fundamentales como el electrón no es intrínseca, sino extrínseca. Les viene conferida por su interacción con el campo de Higgs, que ocupa todo el espacio. El campo es como una melaza cósmica invisible que estorba el paso de las partículas subatómicas. Esa resistencia al movimiento es lo que nosotros concebimos como masa. Si empujamos un frigorífico lleno, este se resiste a nuestro impulso. En el esquema conceptual dibujado por Higgs, esa resistencia se debe a que estamos empujando el frigorífico a través de la mencionada «melaza» cósmica. La partícula de Higgs es el cuanto del campo de Higgs del mismo modo que el electrón es el cuanto del campo eléctrico.

6. En términos técnicos, el intervalo de espacio-tiempo que es idéntico para todos los observadores es √(x² + y² + z² – c²t²), donde x, y y z son el intervalo espacial entre sucesos.

17. EL SONIDO DE LA GRAVEDAD

1. Véase el capítulo 16: «El descubrimiento de la lentitud: la relatividad especial».

2. Si algo se acelera a 9,8 metros por segundo al cuadrado (9,8 metros por segundo por segundo), simplemente estamos diciendo que, cada segundo, es 9,8 metros por segundo más rápido.

3. James Chin-Wen et al., «Optical Clocks and Relativity», Science, 24 de septiembre de 2010, 329, pág. 1630.

4. Un agujero negro es una región del espacio-tiempo donde la gravedad es tan intensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. Una región así se produce cuando una estrella muy masiva alcanza el fi- nal de su vida y su núcleo implosiona catastróficamente, colapsado por su propia gravedad. Véase el capítulo 22: «Amos del universo: los agujeros negros».

* En inglés, mass tiene un doble significado («masa» y «misa») con el que el conocido cómico y director de cine hizo este ingenioso juego de palabras. (N. del t.)

5. Los fotones no tienen ninguna masa intrínseca (o en reposo). Su masa efectiva se debe exclusivamente a su energía (o momento).

6. Podría dar la impresión de que el hecho de que la gravedad no sea exactamente lo mismo que la aceleración socava la base de la relatividad general en su conjunto. Sin embargo, la gravedad y la aceleración son siempre indistinguibles localmente, es decir, en una región del espacio suficientemente pequeña. Y esa base constituye en realidad unos cimientos suficientes sobre los que erigir la teoría de la gravedad de Einstein.

7. Los eclipses totales de sol por la interposición de la Luna son posibles gracias a una muy afortunada coincidencia. Aunque el Sol está unas cuatrocientas veces más lejos de la Tierra que la Luna, es también unas cuatrocientas veces más grande. En consecuencia, el Sol y la Luna tienen el mismo tamaño aparente en nuestro firmamento. La Luna se separa de la Tierra a un ritmo de unos cuatro centímetros anuales. Eso significa que los eclipses totales dejarán de ser visibles como tales en cuestión de unos 100 millones de años. De hecho, tampoco eran visibles en la época de los dinosaurios, 100 millones de años atrás.

8. Las ecuaciones del campo de Einstein (1915) son: Gmn = –(8pG/c²) Tmn. Expresado en palabras, esto significa que la encorvadura (o geometría) del espacio-tiempo (Gmn) está generada por la materia y la energía (Tmn). Cada término en superíndice representa una de las cuatro coordenadas del espacio-tiempo, por lo que en realidad hay dieciséis ecuaciones (4 × 4 = 16). Ahora bien, como algunas de ellas están repetidas, el número total se reduce a diez. Aun así, siguen siendo el décuplo de las requeridas por la ley de la gravedad de Newton.

9. Según Newton, la gravedad es una fuerza de atracción entre todos los cuerpos. Por lo tanto, no existe únicamente una fuerza entre el Sol y la Tierra, sino también entre cualquiera de ustedes y la persona que tenga al lado, o entre cualquiera de ustedes y las monedas que lleva en el bolsillo. La fuerza es extraordinariamente pequeña, pero crece proporcionalmente al incremento de la masa; de ahí que las personas que se cruzan por la calle no se queden pegadas unas a otras, pero la Tierra sí se vea atrapada por la gravedad solar. La fuerza es mutua: es decir, que la Tierra ejerce la misma fuerza gravitatoria sobre una persona que la que esa persona ejerce sobre la Tierra. La razón por la que cualquiera de nosotros se ve más afectado por la Tierra que al revés reside simplemente en que nosotros somos más pequeños y más fáciles de mover. («¿Por eso a mí me atraen las mujeres grandes, pero yo no las atraigo a ellas?», preguntaba el artista y guionista cómico británico Andy Hamilton en el episodio piloto de la serie de programas científico-cómicos de la BBC4 It’s Only a Theory. ¡Y qué profunda verdad estaba sacando a relucir!)

10. En sentido estricto, un cuerpo que se mueve influido por la fuerza cuadrático-inversa de otro cuerpo traza una sección cónica: una elipse, una parábola o una hipérbola. Su trayectoria dibuja una elipse si el cuerpo no tiene suficiente energía para escapar de su atadura gravitacional; dibuja una hipérbola si la tiene; y dibuja una parábola si el cuerpo ocupa una posición de tenue equilibrio entre el hecho de estar atrapado por el tirón gravitatorio del otro cuerpo y la posibilidad de liberarse de él huyendo hacia el infinito.

11. Se forma un espectro cuando se descompone la luz en sus colores constituyentes. En el último medio siglo, nuestra «vista», que hasta unas décadas atrás solo era sensible a un puñado de tonos cromáticos (pocos más que los característicos del arco iris), ha sido mejorada artificialmente porque le han sido revelados millones de nuevos «colores» distribuidos a lo largo del espectro electromagnético: desde los rayos gamma hasta las ondas de radio. Véase el capítulo 8: «Suerte que los opuestos se atraen: la electricidad».

12. Una estrella de neutrones es el vestigio superdenso de la explosión de una supernova. Por paradójico que pueda parecer, cuando una estrella masiva que llega al final de su vida pierde en una violenta explosión sus capas exteriores, su núcleo implosiona. Una estrella de neutrones contiene aproximadamente una masa equivalente a la del Sol, pero comprimida en apenas el volumen del monte Everest. De ahí que un terrón de azúcar de materia de estrella de neutrones pese más o menos tanto como todos los seres humanos juntos. Véase el capítulo 18: «El estruendo de lo ínfimamente pequeño: los átomos».

13. Véase el capítulo 22: «Amos del universo: los agujeros negros».

14. También se han detectado unos cuantos neutrinos procedentes de más allá del Sol. Lo mismo ha ocurrido con varios rayos cósmicos, núcleos atómicos posiblemente pulverizados al espacio por las explosiones de supernovas. Pero, en esencia, todo lo que sabemos del universo nos ha llegado a través de la luz que recogemos con nuestros telescopios.

18. EL ESTRUENDO DE LO ÍNFIMAMENTE PEQUEÑO

1. Richard Feynman, The Feynman Lectures on Physics, vol. I. [La traducción castellana de esta cita está tomada de Feynman, Seis piezas fáciles, Barcelona, Crítica, 2007, pág. 34.]

2. La idea de que el mundo es simple en esencia tiene una enorme fuerza inspiradora y de convicción. Es la fe tácita que ha guiado la física desde Newton. Nadie sabe por qué es verdad. Pero no cabe duda de que ha sido muy eficaz para llevarnos a descubrir leyes de la naturaleza cada vez más profundas y simples.

3. Los átomos concretos no fueron vistos directamente hasta 1980. Gerd Binnig y Heinrich Rohrer, de IBM, inventaron en Zúrich (Suiza) el microscopio de efecto túnel (o Scanning Tunnelling Microscope, STM). El STM percibe el movimiento ascendente y descendente de una aguja superfina según recorre la superficie de un material. Pensemos en una persona invidente imaginándose el aspecto de alguien al repasarle el rostro con un dedo. Mediante el STM, Binnig y Rohrer lograron «ver» el paisaje atómico. Los átomos parecían en aquellas imágenes como diminutos balones de fútbol, como naranjas ordenadas en cajas en una frutería, justo como Demócrito se los había imaginado más de dos mil años antes. Por haber inventado el STM, Binnig y Rohrer fueron galardonados con el premio Nobel de Física de 1986.

4. Véase el capítulo 14: «Todos somos máquinas de vapor: la termodinámica».

5. James Clerk Maxwell, «On the Motions and Collisions of Perfectly Elastic Spheres», Philosophical Magazine, enero y julio de 1860.

6. Tom Stoppard, Hapgood.

7. Aunque es tremendamente difícil que un neutrino se vea frenado jamás en su trayectoria por un átomo, esas esquivas partículas pueden detectarse si interponemos en su recorrido muchos átomos juntos. El detector Super-Kamiokande, instalado en las profundidades de una montaña en Japón, es una especie de «lata de conservas» cilíndrica de catorce pisos de altura llena de 50.000 toneladas de agua ultrapura. De vez en cuando, un neutrino interactúa con un protón de una de esas moléculas de agua. La metralla subatómica resultante sale proyectada desde el lugar del impacto a través del agua y genera una luz que es el equivalente óptico de lo que el estampido supersónico representa en el ámbito del sonido. Esa luz azul (conocida como radiación de Cherenkov, característica de los estanques en los que se almacena combustible nuclear usado) es recogida por unos detectores lumínicos que recubren el interior de la mencionada lata de conservas. El Super-Kamiokande nos ha proporcionado una de las imágenes más asombrosas de toda la historia de la ciencia. Se trata de una foto del Sol tomada de noche que, por lo tanto, no se logró mirando hacia arriba, en dirección al cielo, sino hacia abajo, a través de los 12.670 kilómetros de roca sólida y fundida de la Tierra, para ver, no la luz del Sol, situado al otro lado, sino los neutrinos que nos llegan desde el Astro Rey. Véase http://tinyurl.com/ao4wdny.

8. Aunque los neutrinos tardan apenas dos segundos en abandonar el Sol y otros ocho minutos y medio en viajar por el espacio desde allí hasta la Tierra, la luz solar solo logra salir del Sol tras un largo proceso de 30.000 años desde el momento en que es producida inicialmente. Por consiguiente, la luz solar que vemos hoy tiene ya unos treinta milenios de antigüedad. Fue fabricada, para que nos entendamos, cuando aquí, en la Tierra, la última glaciación estaba en pleno apogeo.

9. Véase el capítulo 16: «El descubrimiento de la lentitud: la relatividad especial».

10. Véase el capítulo 15: «Magia sin magia: la teoría cuántica».

11. Técnicamente, el principio de exclusión de Pauli es una consecuencia del hecho de que partículas como los electrones 1) sean indistinguibles, 2) se comporten como ondas, y 3) se comporten como fermiones, lo que, en términos técnicos, significa que tienen espín «semientero». Véase el capítulo 15: «Magia sin magia: la teoría cuántica».

12. Es posible que haya más neutrinos si son del tipo llamado «estéril». Los neutrinos normales, aunque antisociales, llegan a interactuar con la materia normal en momentos muy puntuales a través de la fuerza nuclear débil de la naturaleza. Los neutrinos estériles ni siquiera interactuarían en tan ocasionales casos. Su única interacción con la materia normal sería por medio de la fuerza gravitatoria.

13. Véase el capítulo 16: «El descubrimiento de la lentitud: la relatividad especial».

14. Véase el capítulo 17: «El sonido de la gravedad: la relatividad general».

15. Técnicamente hablando, los fermiones tienen un espín cuántico semientero y los bosones tienen un espín entero. Eso hace que los fermiones obedezcan al principio de exclusión de Pauli —lo que significa que son muy antisociales— y los bosones lo ignoren, lo que hace que sean muy gregarios. (Véase «No More than Two Peas in a Pod at a Time», capítulo 3 de mi libro We Need to Talk About Kelvin.)

16. Véase el capítulo 21: «El día que no tuvo un ayer: la cosmología».

17. Murray Gill-Mann, «What Is Complexity?», Complexity, 1, 1, 1995.

18. Véase «Random Reality», capítulo 10 de mi libro We Need to Talk About Kelvin.

19. Forest Ray Moulton (ed.), The Cell and the Protoplasm, pág. 18.

19. NINGÚN TIEMPO COMO EL PRESENTE

1. Douglas Adams, The Hitch Hiker’s Guide to the Galaxy. [La traducción castellana de la cita está tomada de Guía del autoestopista galáctico, Barcelona, Anagrama, 2008.]

2. La «superficie de la última dispersión» marca el punto en el que la bola de fuego del big bang se hubo enfriado lo suficiente como para que pudieran combinarse núcleos y electrones para formar los primeros átomos. Los electrones libres son muy buenos dispersando (o redirigiendo) la luz, pero no así cuando están dentro de átomos. Por consiguiente, antes de esa época de la última dispersión, el universo era una niebla impenetrable a la luz. Tras ella, la luz pudo ya viajar «tranquila» en línea recta y el universo pasó a ser transparente. En la actualidad, vemos la luz que nos llega de esa época en forma de radiación cósmica de fondo. Véase el capítulo 21: «El día que no tuvo un ayer: la cosmología».

3. Si el universo es un lugar donde el espacio se convierte en tiempo, por el contrario, «los museos son los sitios en los que el Tiempo se transforma en Espacio» (Orhan Pamuk, The Museum of Innocence. [Hay trad. cast.: El museo de la inocencia, Barcelona, Random House Mondadori, 2009.])

4. Véase el capítulo 16: «El descubrimiento de la lentitud: la relatividad especial».

5. Véase el capítulo 17: «El sonido de la gravedad: la relatividad general».

6. Charles Misner, Kip Thorne y John Wheeler, Gravitation, pág. 937.

7. Véase el capítulo 14: «Todos somos máquinas de vapor: la termodinámica».

8. La segunda ley de la termodinámica es de una sutileza tal que constituye prácticamente una tautología. Como bien comenta el físico estadounidense Larry Schulman (de la Universidad Clarkson de Nueva York), lo único que postula en realidad es que «las cosas más probables tienen mayores probabilidades de ocurrir».

9. El número de maneras en que los componentes de un cuerpo pueden reorganizarse sin dejar de formar ese cuerpo —o lo que técnicamente se conoce como el «número de microestados correspondientes a un macroestado»— se simboliza en física con una W. La entropía, S, viene así dada por: S = k log W, donde k es la llamada constante de Boltzmann. Ese es el enunciado definitivo de la segunda ley de la termodinámica. Se trata de una de las ecuaciones más bellas y potentes de toda la física y está inscrita en la lápida de la tumba de Boltzmann en Viena.

10. Hablar de un estado sumamente ordenado equivale a hablar de un estado sumamente improbable. De ahí que esa idea haya causado una gran incomodidad entre los físicos. No obstante, Larry Schulman opina que la clave de por qué el universo inicial se hallaba en un estado muy ordenado estriba en la «época de la última dispersión». En aquel entonces, unos 379.000 años después del nacimiento del universo, la bola de fuego del big bang se había enfriado lo suficiente como para que los núcleos atómicos y los electrones se combinaran formando los primeros átomos. Los electrones libres interactúan intensamente con los fotones, cosa que no hacen los propios electrones cuando se encuentran atrapados dentro de los átomos. Teniendo en cuenta que había unos 10.000 millones de fotones de la bola de fuego del big bang por cada electrón, eso significa que, en esos primeros 379.000 años del universo, no se pudo formar materia alguna porque esta se desintegraba antes de que la gravedad pudiera unirla. A partir de ese momento, sin embargo, la gravedad pudo por fin actuar sin tan formidable traba. Y la gravedad es la clave. La materia de la bola de fuego que se iba enfriando desde la explosión inicial del big bang se esparció de manera extraordinariamente homogénea por el espacio. Pero si bien ese es el estado (desordenado) más probable en ausencia de gravedad, en presencia de esta se convierte en realidad en un estado (ordenado) muy improbable: el estado más probable de la materia en presencia de gravedad es aglutinada en cúmulos, como podemos verla en las galaxias y las estrellas del universo actual. Por lo tanto, aun cuando la distribución de la materia por el universo no cambiara en la época de la última dispersión, la «activación» de la gravedad fue la responsable de que el universo se encontrara de pronto en un estado ordenado y, como tal, sumamente improbable. (Véase L. S. Schulman, «Source of the Observed Thermodynamic Arrow», Journal of Physics: Conference Series, 174, 1, 2009, pág. 12002.) El físico británico Roger Penrose ha propuesto también un argumento similar al de Schulman.

11. James Hartle, «The Physics of Now», American Journal of Physics, 73, 2, febrero de 2005, pág. 101, http://arxiv.org/abs/grqc/0403001.

20. LAS REGLAS DEL JUEGO

1. Philip Anderson, «More Is Different», Science, 177, 4047, 4 de agosto de 1972.

2. «Laws of Physics for Cats», http://www.funny2.com/catlaws.htm.

3. En realidad, la ley de la gravedad de Newton solo es cierta en condiciones en las que la gravedad es relativamente débil, que son las que rigen en la mayoría de las circunstancias normales. La teoría que describe el comportamiento de la gravedad, tanto la débil como la fuerte, es la teoría general de la relatividad de Einstein. Véase el capítulo 17: «El sonido de la gravedad: la relatividad general».

4. Una de las características definitorias centrales de una teoría científica —condensada en una ley científica— es que obtenemos de ella más información de la que nosotros introducimos. Ninguna explicación pseudocientífica supera esa barrera. Y es que, para obtener mucho, normalmente es necesario aportar mucho también. Por ejemplo, en el caso del creacionismo, para explicar el universo, es necesario postular algo más complejo aún que el propio universo: Dios. Eso equivale a tener que introducir más de lo que así se explica, que es justamente lo contrario de lo que hace la ciencia.

5. Una controvertida explicación de por qué las matemáticas son una metáfora tan perfecta de la física es que las matemáticas son física. El físico suecoamericano Max Tegmark ha aceptado la cada vez más popular idea de que vivimos en un universo dentro de un conjunto inmenso de universos paralelos (o «multiverso») y ha seguido profundizando por esa vía. Él plantea la posibilidad de que en cada uno de esos universos se ponga en práctica un elemento concreto diferente de las matemáticas. Habría así un universo en el que solo existiría una geometría bidimensional, otro que funcionaría puramente conforme a la lógica booleana, etcétera. Ahora bien, la mayoría de esos universos son universos muertos. Solo en aquellos donde el binomio matemáticas/física es suficientemente complejo para generar inteligencia, puede surgir (y surge) esta. Y nosotros vivimos en uno de estos últimos universos, según Tegmark. Aunque, bien pensado, ¡¿cómo no íbamos a vivir en uno?! (Max Tegmark, «Is the “Theory of Everything” Merely the Ultimate Ensemble Theory?», Annals of Physics, 270, 1, 20 de noviembre de 1998, págs. 1-51.)

6. Neil deGrasse Tyson, Death by Black Hole: And Other Cosmic Quandaries.

7. Alan Sokal, «A Physicist Experiments with Cultural Studies», Lingua Franca, mayo-junio de 1996, http://tinyurl.com/mvow.

8. La física fundamental es la búsqueda de leyes que no sean dependientes de nuestro punto de vista (es decir, por ejemplo, de lo rápido que nos estemos moviendo o de la intensidad de la gravedad que estemos experimentando): leyes, en definitiva, con las que todos podamos estar de acuerdo. En la relatividad, tales leyes independientes del observador se denominan «covariantes».

9. Aun cuando, en 2012, yo mismo vi una estrella de mar de cuatro brazos cerca de Broome, en Australia Occidental.

21. EL DÍA QUE NO TUVO UN AYER

1. Las primeras galaxias que se formaron eran, en realidad, relativamente pequeñas. Sin embargo, en el transcurso de los últimos 10.000 millones de años, más o menos, se han ido fusionando y devorando mutuamente de manera repetida, con lo que han ido creciendo hasta dar lugar a las galaxias que hoy contemplamos a nuestro alrededor.

2. John Haines, «Little Cosmic Dust Poem» (1983), http://tinyurl. com/crwo3y4.

3. Para ser más exactos, la radiación cósmica de fondo alcanza su mayor brillo a una longitud de onda de, aproximadamente, un milímetro, correspondiente al infrarrojo lejano. Sucede, sin embargo, que, históricamente, fue detectada por primera vez a una longitud de onda de varios centímetros, más fácil de detectar, correspondiente a las microondas.

4. Cabe aclarar que es necesario encontrarse a una altitud elevada o en el espacio para ver brillar el universo con el calor vestigial del big bang. Ello se debe a que el vapor de agua presente en la atmósfera absorbe muy eficazmente el infrarrojo lejano de la radiación cósmica de fondo. A altitudes elevadas, ese vapor de agua no interfiere con la visión porque está congelado.

5. Hubo un tiempo en que la hipótesis del big bang tuvo una seria rival. En 1948, Fred Hoyle, Hermann Bondi y Thomas Gold propusieron que, aunque el universo se expanda, nunca deja de surgir nuevo material de la nada con el que se fabrican nuevas galaxias, por lo que el universo nunca se diluye más de lo que ya está y siempre parece igual de denso. La hipótesis del estado estacionario quedó herida de muerte cuando se descubrió que el universo distante (y, por consiguiente, antiguo) se ve muy diferente del actual y cuando se detectó por vez primera la radiación cósmica de fondo en 1965.

6. Cuando los núcleos de hidrógeno se aproximan a suficiente distancia los unos de los otros, pasan a actuar influidos por la potentísima fuerza nuclear. Cual fragmentos de metralla en una explosión a la inversa, comienzan entonces a caer los unos sobre los otros. Van cayendo cada vez más deprisa hasta que, al final, colisionan. Para cuando eso sucede, han adquirido ya semejante energía cinética que deben despojarse de ella de algún modo para fusionarse en vez de salir rebotados. Pues, bien, esa energía excedentaria puede perderse en forma de una partícula de alta energía: un rayo gamma. Los detalles de cómo sucede tal pérdida no nos interesan aquí. Lo que sí importa es que la formación de un núcleo de helio a partir de núcleos de hidrógeno se acompaña de la pérdida de una gran cantidad de energía. Ese es el origen real de la luz solar. Véase mi libro The Magic Furnace.

7. El cero absoluto, equivalente a –273,15 oC, es la temperatura más baja posible. La física clásica (precuántica) predice que, a medida que la temperatura cae, el revoloteo de los átomos se va haciendo más lento. En el cero absoluto, se detiene por completo.

8. La radiación cósmica de fondo logró liberarse de la materia unos 379.000 años después del nacimiento del universo. Ya existía antes, pero sus fotones no podían recorrer apenas espacio alguno sin ser redirigidos o dispersados por los electrones libres que tanto abundaban entonces. A partir de esos 379.000 años de edad, más o menos, el universo alcanzó un nivel de enfriamiento suficiente como para que los electrones pudieran combinarse ya con los núcleos atómicos a fin de formar los primeros átomos. Sin electrones libres que los obstaculizaran como antes, los fotones de la bola de fuego primigenia quedaron de pronto liberados para viajar por el espacio sin trabas. Hoy los detectamos en forma de radiación cósmica de fondo. Han llegado directamente hasta nosotros desde aquella época de la última dispersión.

9. La velocidad de la luz solo es el límite de velocidad cósmico en la teoría especial de la relatividad de Einstein de 1905. En su teoría general de la relatividad de 1915, sin embargo, el espacio puede expandirse a la velocidad que le plazca. La prueba de esa expansión a una velocidad superior a la de la luz nos la aporta el tamaño mismo del universo observable. Y es que, aunque el universo existe desde hace solamente 13.800 millones de años, tiene un diámetro de 84.000 millones de años luz.

10. Según la teoría cuántica, el vacío no es tal. Ni mucho menos. Aunque, en el mundo cotidiano, la ley de la conservación de la energía prohíbe que la energía se cree de la nada, en el mundo subatómico, la naturaleza ignora esa orden. La energía puede ser convocada de la nada, aunque, eso sí, siempre que la deuda energética así generada se devuelva muy rápidamente. Pensemos, por ejemplo, en el caso del adolescente que consigue tomar prestado el coche de su padre por una noche y lo devuelve a su garaje a la mañana siguiente, antes de que el dueño del vehículo (y progenitor de ese conductor ocasional) se percate de su ausencia. Pues, bien, del mismo modo la naturaleza hace la vista gorda cuando se crea energía de la nada siempre y cuando sea por un periodo de tiempo ultrarreducido. De ahí que el vacío cuántico, lejos de estar realmente vacío, sea un hervidero de energía inquieta.

11. Según las ecuaciones de la gravedad de Einstein, la fuente de la gravedad es u + 3P, donde u es la densidad energética y P es la presión. Generalmente, se desdeña el segundo término porque, en circunstancias normales, la presión de la materia —debida a la actividad febril de sus componentes microscópicos— es inapreciable en comparación con la densidad de energía de la propia materia. Ahora bien, siempre es posible que exista alguna sustancia desconocida hasta el momento en la que la presión no sea desdeñable. Y, si la presión P fuese negativa y menor que –u/3, se invertiría el signo de u + 3P, lo que haría que la gravedad fuese repulsiva, es decir, que expulsara en vez de absorber. Así sucede en el caso del vacío inflacionario (falso). Por cierto, la presión negativa implicaría igualmente que, en vez de presionar hacia fuera, el vacío estaría intentando encogerse por doquier. Y, sin embargo, por extraño que parezca, tiene gravedad repulsiva y se infla. La razón de ello es que la presión carece de un efecto directo. Cada pedazo de vacío que se encoge está rodeado de otros pedazos de vacío igualmente menguante, por lo que, en su conjunto, las presiones negativas se anulan entre sí. La presión negativa sí tiene un efecto indirecto en virtud exclusivamente de las ecuaciones de Einstein, que la dotan de gravedad repulsiva.

12. Esto es típico de todo lo cuántico. Su comportamiento —por ejemplo, el hecho de que se degrade o no— es totalmente aleatorio y, por consiguiente, impredecible. El universo fue un objeto cuántico durante la primera fracción de segundo de su existencia porque era más pequeño que un átomo.

13. A decir verdad, nadie ha conseguido todavía unificar la teoría cuántica con la teoría de la gravedad de Einstein. Hasta donde podemos suponer, una teoría cuántica de la gravedad podría predecir la densidad energética exacta observada para la energía oscura. Unir la teoría cuántica —una teoría de lo muy pequeño— y la teoría general de la relatividad —una teoría de lo muy grande— supone un ejercicio imprescindible para comprender el nacimiento del universo. Después de todo, en aquel momento, había algo muy grande que era también algo muy pequeño.

14. La aglutinación de materia para formar galaxias no pudo dar comienzo hasta que la bola de fuego original se hubo enfriado lo suficiente como para que los electrones se combinaran con núcleos y dieran lugar así a los primeros átomos del universo. La razón de esa imposibilidad es que los electrones libres interactúan muy intensamente con los fotones —los dispersan— y, en aquellos momentos, había unos 10.000 millones de estos por cada electrón presente en la bola de fuego del big bang. Así pues, hacían añicos cualquier materia que intentara formarse bajo la acción de la gravedad. Una vez absorbidos esos electrones libres por los recién creados átomos, la gravedad pudo por fin hacerse con el control del universo. El momento en que las galaxias comenzaron a formarse, unos 379.000 años después del nacimiento del universo, es la que se conoce como época de la última dispersión. En la radiación cósmica de fondo está impresa la huella de aquel periodo, que constituye una fuente de información valiosísima sobre el mismo.

15. La prueba de la existencia de la materia oscura también procede del interior de las galaxias. Las estrellas presentes en las regiones más externas de las galaxias de espiral —como nuestra Vía Láctea, por ejemplo— orbitan demasiado rápido en torno al centro galáctico. Lo lógico, entonces, sería que, como si de niños en un carrusel acelerado se tratara, saliesen volando despedidas hacia el espacio intergaláctico. El motivo por el que no lo hacen, según la hipótesis de los astrónomos, es que están retenidas por la gravedad de una masa enorme de materia oscura. Se cree que esta materia oscura, cuyo peso supera inmensamente el de las estrellas visibles, forma una especie de halo esférico dentro del que se inscribe el disco aplanado de la galaxia en espiral.

16. Antes he mencionado que una prueba crucial del big bang la constituye el hecho de que el 25 % de la masa del universo sea helio. Me refería al 25 % de la materia ordinaria.

17. Véase «The Holes in the Sky», capítulo 6 de mi libro The Universe Next Door. [Hay trad. cast.: El universo vecino, Barcelona, La Liebre de Marzo, 2005.]

18. Hubo un tiempo en que nuestro conocimiento de parámetros cosmológicos como la edad y la tasa de expansión del universo era sumamente impreciso. Todo eso cambió con el lanzamiento en 2001 de la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) de la NASA para la observación de la luminiscencia residual del big bang, que representó el inicio de la era de la cosmología de precisión.

19. Pido disculpas de antemano por usar la imagen de una burbuja en dos contextos diferentes. Cada burbuja que se forma en el vacío inflacionario contiene en realidad un número infinito de regiones del big bang (burbujas más pequeñas), cada una de las cuales es como nuestro universo observable. Si se preguntan ustedes cómo es posible que algo sea limitado e infinito a la vez, la respuesta es que el vacío inflacionario se expande a una velocidad tan increíble que, para los observadores de dentro de cada una de esas burbujas, el límite es inalcanzable. En la práctica, pues, la burbuja es infinita.

20. Arthur C. Clarke, «The Wall of Darkness», The Other Side of the Sky. [Hay trad. cast.: «El muro de oscuridad», en Cuentos del planeta Tierra, Barcelona, Ediciones B, 1991.]

22. MASTERS DEL UNIVERSO

1. Véase el capítulo 17: «El sonido de la gravedad: la relatividad general».

2. Kenneth Ford y John Wheeler, Geons, Black Holes, and Quantum Foam.

3. Aunque suele atribuirse a John Wheeler la acuñación del término «agujero negro», él en realidad no hizo más que popularizarlo. «En el otoño de 1967, [me invitaron] a un congreso […] sobre púlsares —escribió en Geons, Black Holes, and Quantum Foam—. En mi charla, argumenté que deberíamos considerar la posibilidad de que el centro de un púlsar sea un objeto completamente colapsado sobre sí mismo por efecto de la gravedad. Comenté entonces que no podríamos seguir llamándolo “objeto completamente colapsado sobre sí mismo por efecto de la gravedad” una y otra vez por tiempo indefinido, y que hacía falta una expresión descriptiva más sucinta. “¿Qué tal agujero negro?”, preguntó alguien del público. Yo llevaba meses buscando el término adecuado, meditando el tema a diario en la cama antes de dormirme, o en la bañera, o en el coche, siempre que tenía algún momento de calma. Pero aquel nombre me pareció perfecto al momento. Cuando unas semanas después, el 29 de diciembre de 1967, impartí una conferencia Sigma Xi-Phi Beta Kappa en Nueva York, de tono más formal, empleé el término, y volví a incluirlo en la versión por escrito de esa conferencia, publicada en la primavera de 1968. (Al final, resultó que un púlsar está impulsado “simplemente” por una estrella de neutrones, no por un agujero negro.)».

4. David Elbaz et al., «Quasar Induced Galaxy Formation: A New Paradigm?», Astronomy and Astrophysics, 507, 3, 1 de diciembre de 2009, págs. 1359-1374, http://arxiv.org/abs/0907.2923.

5. La física constituye un método de predicción del futuro: en el caso de la física clásica, lo que se predice es un futuro con un 100 % de certeza; en el de la física cuántica, lo que se proporciona son las probabilidades de un abanico de futuros diferentes. La ley de la gravedad de Newton, por ejemplo, permite a los físicos predecir la posición de la Luna mañana a partir de su posición hoy. En cierto sentido, pues, la ubicación de nuestro satélite mañana está contenida en su ubicación de hoy. No se introduce nueva información alguna. La información en física no se crea ni se destruye. Aun así, Stephen Hawking creyó realmente en su momento que la radiación de Hawking evidenciaba que los agujeros negros eran objetos excepcionales que se contradecían con esa tendencia general de la naturaleza. «Yo antes pensaba que la información se destruía en un agujero negro —dijo en una ocasión posterior—. Ese fue mi mayor error, o cuando menos, mi mayor error en ciencia».

6. Véase el capítulo 14: «Todos somos máquinas de vapor: la termodinámica».

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