Salsa bernesa en las tortas de tamal

Pues aquí, debrallando antes de presentar mi exámen de segunda fase de la olimpiada de química del D.F., amada ciudad chilangolandesa, donde las tortas de tamal son las reinas de las esquinas en las mañanas (pues en las noches, se encuentran otro tipo de “reinas” en las esquinas :P), hermoso lugar donde se puede oír con claridad los pitidos y mentadas de madre de los conductores y el bullicio de los transeúntes. Sin duda un paraíso del secuestro y de drogas. Pero, con todo esto, los capitalinos que vivimos aquí somos felices (aunque no es nada oficial), dice el estimado Darwin que es por adaptación; yo digo que es por mero gusto.
.
Pero dejándonos de cosas introductorias, he de decirles que mientras estaba desayunando una guajolota de rajas, encontré en la red el artículo del que les hablo, pero pues, por alguna razón extraña no lo descargué ni saqué su ficha. El paper era acerca de la fisicoquímica de la salsa bernesa, lo cual se me hizo interesante. Digo, yo no conozco la salsa bernesa, o no que yo sepa, pero pues, de cualquier manera me dieron ganas de hablar de ella.
.
Y es que dicen que no hay mayor desastre en la cocina que el de observar que un producto batido se ha “cortado”. Esto ocurre con particular frecuencia en la elaboración de la complicada salsa bernesa, más inquieta e inestable que las mayonesas: una tibia emulsión de vinagre, vino, yemas de huevo (pues con las claras, cualquiera lo sabe, se hacen las deliciosas y esponjosas mousses) y mantequilla. Tan quisquillosos elementos con frecuencia se transforman en una masa repugnante y granulenta (ejemplo de cambio entrópico, ΔS), aun cuando se crea haber seguido todo el procedimiento de manera perfecta.
.
La salsa misma es una suspensión coloidal de partículas sólidas. Aunque también puede hablarse de emulsión para tratar de la salsa bernesa, ya que se trata de una dispersión de líquidos inmezclables en donde uno forma gotitas dentro del otro. Eso dice Choppin. Ahora bien, la estabilidad de la salsa depende de la correcta interrelación de las fuerzas que mantienen a las gotitas en suspensión. ¿Cuándo ocurre el desastre? En el artículo de la revista Nature (y por ello debe de ser, si no cierto, por lo menos razonable)*, Perram, Nicolau y Perram afirman que la estabilidad de la salsa se produce por dos interrelaciones eléctricas de las partículas coloidales: la de Coulomb y la de van der Waals. Por la primera las partículas se rechazan; por la segunda se atraen.
.
El asunto se complica (:S), ya que es necesario estudiar las moléculas como dipolos y los campos eléctricos que surgen entre ellas. Dicen los autores de dicho artículo que las fuerzas de van der Waals entre las partículas de la sauce béarnaise son relativamente débiles, así que no entran en juego a menos que las mencionadas partículas estén muy cercanas… lo cual ocurre precisamente al calentar paulatinamente la salsa durante su elaboración. El aumento de temperatura pone a las partículas coloidales en movimiento browniano y los choques son más frecuentes.
.
Hay que revisar después el asunto de los iones y el de las cargas negativas en la superficie de las partículas. Pero, en resumidas cuentas, para salvar una salsa bernesa que se ha cortado no es necesario construir un ciclotrón ni estudiar fisicoquímica avanzada (ya veo a Rocío con su Chang de fisicoquímica 8P) basta con decrementar la concentración de iones o provocar que algunas moléculas ácidas sean adsorbidas (con d de David), es decir fijadas encima de las partículas, para lo cual basta con agregar agua o vinagre y batir enérgicamente. También se pueden añadir más yemas. Cada remedio tiene sus inconvenientes (principio de Le Chatelier ó tercera ley de Newton, por cierto, ¿la tercera ley de Newton será como el principio de Le Chatelier de los colegas físicos?). Mucho vinagre la vuelve incomible, mucha agua la hace, por supuesto, aguada y mucha yema provocará pesadez.
.
Espero les haya gustado la entrada de hoy y de paso les haya abierto el apetito. ¡Provecho!
.
*no porque lo diga una revista se debe tomar como cierto, esto sería el equivalente a un dogma y por tanto a una religión (dato de libro (ejem. Biblia, Corán)-->"verdad absoluta”; dato de revista (ejem. Nature, Science)-->¿verdad absoluta? R=No).

Nitrogenasa: la enzima que nos provee de nitrógeno

Aquí está el problema:
.
Casi todas las moléculas de nuestro cuerpo contienen nitrógeno (N). Hay N en los aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, en nuestro material genético, en las moléculas que transportan energía dentro del cuerpo, pero ¿de dónde conseguimos el nitrógeno que consumimos? Bueno, hay mucho nitrógeno a nuestro alrededor: especialmente en la atmósfera, cerca del 78% de ésta son moléculas diatómicas de N2. Pero lo cierto es que no usamos el nitrógeno atmosférico directamente. Lo inhalamos y enseguida lo exhalamos. Parte se disuelve en nuestra sangre, da un paseo y vuelve a salir sin habernos ayudado ni dañado.
.
Todos los animales obtenemos nuestro nitrógeno de las plantas. Ellas por su parte lo obtienen de dos fuentes: del amoniaco (NH3) y de los nitratos (NO3-) del suelo o de microorganismos. Aunque, las plantas superiores tampoco pueden “fijar” nitrógeno de la atmósfera; obtienen el nitrógeno de fuentes naturales o de fertilizantes químicos. Algunas de las fuentes naturales son los minerales, las plantas y animales en descomposición, así como los nitratos producidos por descargas eléctricas que bajan con la lluvia ácida. Pero, el más extraordinario fijador de nitrógeno es un tipo de bacteria que vive en los nódulos de las raíces de las plantas leguminosas, en una relación simbiótica con ellas. Las leguminosas pueden fijar grandes cantidades de nitrógeno gaseoso, o mejor dicho, la bacteria que coexiste con ellas puede hacerlo.

.

Pero ¿cómo lo hace la bacteria?

.

Ellas tienen (y nosotros no) una enzima, que convierte el N2 a NH3. Las enzimas son proteínas, largos conglomerados de aminoácidos diferentes que tienen en conjunto una geometría y función específica. Existe por lo regular un sitio activo donde cada enzima lleva a cabo la tarea en cuestión. Esta enzima es la nitrogenasa, llamada así en virtud de su sustrato. Y lo divertido de todo esto es que en su parte interior nos tiene una sorpresa, y es que además de los aminoácidos comunes que forman parte de todas las enzimas, posee en su sitio activo un cúmulo de azufre y dos tipos de átomos metálicos: hierro y molibdeno.

.

El hierro se encuentra en la hemoglobina y en otras moléculas biológicas, pero, ¿y el molibdeno? ¿Qué está haciendo el Mo en un sistema biológico? Y en uno ¡Tan importante! Porque sin esos átomos de molibdeno, el nitrógeno no sería fijado por las bacterias. ¿En que arreglo geométrico se encuentran en Fe y Mo? ¿Cómo hacen tan eficientemente lo que todas las otras complejas enzimas en nuestro cuerpo no pueden? Hasta 1992 no teníamos ni la más vaga idea. Y no era por no intentarlo. Una intensa competencia internacional se ha establecido en la búsqueda de la nitrogenasa.

.

Otros científicos se están concentrando en el cúmulo de Mo-Fe-S en el sitio activo de la monstruosa proteína, pues la masa molar de está es de 291,000 g/mol. Los químicos están sintetizando moléculas de hierro, molibdeno y azufre en el laboratorio con la finalidad de que la actividad de la nitrogenasa pueda ser modelada por moléculas más pequeñas. Algunos estaban cerca, pero ninguno resultó correcto; pero en el verano de 1992, luego de una década de trabajo, Douglas Rees y sus colaboradores del Instituto Tecnológico de California (Caltech), propusieron una estructura para el cúmulo activo de Mo-Fe-S basados en medidas de difracción de rayos X.

.

Pero no ha habido gran avance hasta ahora… de hecho, la denominada “estructura proteínica del siglo” es un misterio, reto de las investigaciones bioquímicas, bioinorgánicas e inorgánicas. Espero que pronto se descubra el misterio de la nitrogenasa (Cotton, ¿Dónde estás?).

Termodinámica básica

Bien, he de decir que esta historia la encontré en el blog de mi muy estimada amiga Eréndira, a quien le pedí licencia para poder publicar su entrada. Les pido de favor que si no tienen nada que hacer como de seguro han de acostumbrar (:D) se pongan a leer el blog de Ere ya que es muy interesante y trata temas rifados como ese con la etiqueta de “mi cerebro bailarín”. También debo mencionar que hasta que tomé clases en la UAM-I (¡pitufo!), no entendía nada de termo, en especial eso de ΔS, ΔH, ΔG (un proceso es entálpicamente favorecido no así entrópicamente...o.O wtf?)… y toda esa basura poco tangible pero que ¡ahhh como ayuda a la hora de predecir muchas cosas sobre las reacciones tangibles! Je, así es esto, ni modo… algo aun peor es cuántica (xD, digo, menos práctico). Espero les guste esta entrada, pues es una manera locochona de estudiar termo.
.

La siguiente pregunta fue hecha en un examen trimestral de química en la Universidad Complutense de Madrid. La respuesta de uno de los estudiantes fue tan 'profunda' que el profesor quiso compartirla con sus colegas, vía Internet; razón por la cual podemos todos disfrutar de ella.
.
Pregunta: ¿Es el Infierno exotérmico (desprende calor) o endotérmico (lo absorbe)?
.

La mayoría de estudiantes escribieron sus comentarios sobre la Ley de Boyle (el gas se enfría cuando se expande y se calienta cuando se comprime), un estudiante, sin embargo, escribió lo siguiente:
.

En primer lugar, necesitamos saber en qué medida la masa total del Infierno varía con el tiempo. Para ello hemos de saber a qué ritmo entran las almas en el Infierno y a qué ritmo salen. Tengo sin embargo entendido que, una vez dentro del Infierno, las almas ya no salen de él. Por lo tanto, no se producen salidas. En cuanto a cuántas almas entran, veamos lo que dicen las diferentes religiones: la mayoría de ellas declaran que si no perteneces a ellas, irás al Infierno. Dado que hay más de una religión que así se expresa y dado que la gente no pertenece a más de una, podemos concluir que todas las almas van al Infierno.

.

Con las tasas de nacimientos y muertes existentes, podemos deducir que el número de almas en el Infierno crece de forma exponencial.
.

Veamos ahora cómo varía el volumen del Infierno: según la Ley de Boyle, para que la temperatura y la presión del Infierno se mantengan estables, el volumen debe expandirse en proporción a la entrada de almas. Hay dos posibilidades:
1) Si el Infierno se expande a una velocidad menor que la de entrada de almas, la temperatura y la presión en el Infierno se incrementarán hasta que éste se desintegre.
2) Si el Infierno se expande a una velocidad mayor que la de la entrada de almas, la temperatura y la presión disminuirán hasta que el Infierno se congele.

.

¿Qué posibilidad es la verdadera? Si aceptamos lo que me dijo Alejandra (:P) en mi primer año de carrera ('hará frío en el Infierno antes de que me acueste contigo'), y teniendo en cuenta que me acosté con ella ayer noche, la posibilidad número 2 es la verdadera y por tanto daremos como cierto que el Infierno es exotérmico y que ya está congelado. El corolario de esta teoría es que, dado que el Infierno ya está congelado, ya no acepta más almas y está, por tanto, extinto; dejando al Cielo como única prueba de la existencia de un ser divino, lo que explica por qué, anoche, Ale no paraba de gritar '¡Oh, Dios mío! '.
.
NOTA: Éste estudiante fue el único que sacó sobresaliente...

Los Premios IgNobel 2010

Investigadores que usaron un helicóptero a control remoto para recolectar mocos de ballena, documentaron murciélagos teniendo sexo oral y probaron que maldecir cuando te golpeas el pie brinda alivio estuvieron entre los ganadores de los premios IgNobel.

Los premios, que tienen por fin tanto el humor como instar la investigación científica, son entregados cada año por el "Journal of Improbable Research" como respuesta a los Premios Nobel, que serán entregados una semana despues.

Los IgNobel también fueron entregados a investigadores que descubrieron que usar calcetines afuera de los zapatos puede evitar resbalar en el hielo y que las organizaciones tendrían mejores resultados si los encargados fueran promovidos al azar.

Ganadores anteriores de los premios Nobel entregan los galardones en una ceremonia en la Universidad de Harvard en Massachusetts.

Karina Acevedo-Whitehouse y Agnes Rocha-Gosselin de la Sociedad de Zoología de Gran Bretaña y Diane Gendron del Instituto Politécnico Nacional en México ganaron el IgNobel de ingeniería por una nueva forma para estudiar enfermedades respiratorias en ballenas.

"La técnica involucra volar un helicóptero a control remoto sobre una ballena cuando sale a la superficie y atrapan la mucosidad del mamífero en bandejas para recoger muestras ubicadas en la parte inferior del helicóptero", dijeron los expertos en un comunicado.

Un equipo de investigadores chinos liderados por Min Tan del Instituto Entomológico de Guangdong, y que incluyó a Gareth Jones de la Universidad de Bristol, Gran Bretaña, ganó un IgNobel de biología por documentar científicamente el sexo oral entre los murciélagos de la fruta.

"Nuestras observaciones son las primeras que demuestran el fellatio regular en animales adultos que no sean humanos", escribieron en el estudio.

Los investigadores de derrames petroleros Eric Adams del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Scott Socolofsky de la Universidad A&M de Texas y Stephen Masutani de la Universidad de Hawái, junto con BP Plc, ganaron un premio "por desacreditar la antigua creencia de que el petróleo y el agua no se mezclan".

Entre los otros ganadores se incluyeron:

- Alessandro Pluchino y sus colegas de la Universidad de Catania, Italia, por demostrar matemáticamente que las organizaciones serían más eficientes si promueven personas de manera aleatoria.

- Lianne Parkin y sus colegas de la Universidad de Otago, Nueva Zelanda por demostrar que la gente resbala y cae menos en el hielo si usan calcetines afuera de sus zapatos.

- Richard Stephens y sus colegas de la Universidad Keele en Gran Bretaña por confirmar que maldecir alivia el dolor.

El premio de economía fue concedido a los "ejecutivos y directores de Goldman Sachs, AIG, Lehman Brothers, Bear Stearns, Merrill Lynch, y Magnetar por "crear y promover nuevas formas para invertir dinero".

Vida Sintética

Conferencia a impartir por David Yafté Díaz Sánchez durante el marco de actividades de la XVII Semana Nacional de Ciencia y Tecnología en el CECyT 15, Milpa Alta, México D.F. el día 26 de octubre de 2010.
.
¿Será que por fin el ser humano puede crear vida diseñada a su antojo? Bueno, no. Pero casi… o muy pronto.
.
Introducción: El pasado 20 de mayo, en la influyente revista de divulgación Science, se dio a conocer una noticia que ha causado demostraciones tanto de júbilo como de completa consternación: la creación de una célula bacteriana controlada por un genoma sintético. ¿Cuáles son los antecedentes de esta investigación y sus posibles consecuencias?
.
El término biología sintética surgió en los años 80 para referirse a la tecnología requerida para la producción de las primeras bacterias modificadas genéticamente que poseían uno o pocos genes ajenos a su patrimonio genético original; sin embargo, hoy por hoy el término tiene una connotación mucho más amplia, ya que se refiere a la ciencia y a las técnicas utilizadas para diseñar y construir bloques de genes que confieran a los organismos características y funciones nuevas, que no existen en la naturaleza.
.
Dicho lo anterior, la biología sintética es un tema que genera acalorados debates: así, algunos opinarán que estamos frente al nuevo Frankenstein y que los científicos están jugando a ser Dios; para otros será el fin del vitalismo, posición filosófica que sostiene que la vida no se crea, se transmite, y, por lo tanto, asegura que el principio vital de algún modo es independiente de la estructura de la célula.
.
Uno de los puntos de vista más controversiales que sostienen los científicos involucrados en la biología sintética es que aseguran tener un acercamiento experimental para resolver el dilema más importante de la biología: entender los principios fundamentales del fenómeno al que llamamos vida. Su propuesta es que si queremos saber qué es la vida, la tenemos que sintetizar en el laboratorio, bajo condiciones experimentales estrictas. Esto reduciría a la vida a “solamente” un conjunto de reacciones fisicoquímicas de enorme complejidad. El primer paso firme ya se ha dado. Y de hecho se hace público en muchas revistas de divulgación de todo el mundo.
.
Materiales y métodos: Un equipo de 24 científicos del Instituto J. Craig Venter, encabezados por el propio J. Craig Venter, reprogramó una célula de la bacteria Mycoplasma capricolum, introduciéndole el genoma completo de otra especie, Mycoplasma mycoides, y logró que viviera y se reprodujera establemente. Desde un inicio, hace más de cinco años, a este grupo de científicos le quedó perfectamente claro que había que resolver dos problemas clave que, además, podían solucionarse independientemente uno del otro.

.

El primero era establecer cómo se podría trasplantar un genoma a una célula huésped y lograr que éste sustituyera al original y así “tomara” el control de las funciones celulares. En 2007, Venter y colaboradores publicaron en Science un artículo intitulado: “Trasplantes de genomas en bacterias: cambiando una especie en otra”, en el cual daban cuenta de cómo resolvieron el primer problema.
.
El segundo problema se centraba en cómo sintetizar químicamente un genoma. Contra todos los pronósticos, esta meta se resolvieron rápidamente: Meses después, en la misma revista salió publicado otro artículo de dichos autores, cuyo título era “Síntesis química completa, ensamblaje y clonación del genoma de Mycoplasma genitalium”, con el que anunciaban que habían resuelto el segundo problema. Es decir, en 2008 ya tenían establecida una metodología para crear, por vez primera en la historia, un célula sintética viva. Y los autores se jactaban de haber obtenido vida de 4 frascos: A, T, G, C.
.
Para asegurar el éxito de estos experimentos, Venter y sus compañeros decidieron que en un inicio era más prudente imitar a la naturaleza, así es que se impusieron la tarea de diseñar un genoma muy parecido al de Mycoplasma mycoides, pero incluyendo en él ciertas diferencias genéticas a las cuales llamaron, como si fueran papel moneda, marcas de agua, con el único propósito de hacer que el genoma artificial fuera fácilmente distinguible del nativo, y descartar cualquier tipo de contaminación.
.
Venter y su equipo contrataron a una compañía especializada en fabricar ADN ( Synthetic Genomics). Le dio un archivo con la “receta” completa del genoma de Mycoplasma mycoides (un millón de pares de bases, “pb”) y recibieron a cambio mil fragmentos de unos mil pb de longitud. Luego fueron ensamblando los fragmentos para formar tramos de 10 mil pb, luego 100 mil, y finalmente el genoma completo (1.08 –mega-pb), que usaron para transformar a una especie en otra.
.
Es muy importante subrayar que este primer ensamblaje se hizo, aunque parezca una locura, dentro de la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae). Esto se debe a que se han desarrollado manipulaciones genéticas que permiten “pegar” pedacitos de ADN en un orden preestablecido, de una manera ágil y barata, dentro de este microorganismo.
.
Gibson y Venter tenían bien claro que si querían trasplantar exitosamente su genoma artificial ante todo debían evadir el sistema de defensa de la célula huésped, pues las bacterias poseen enzimas, conocidas como enzimas de restricción, que destruyen cualquier ADN que provenga de fuera. Este mecanismo, obviamente no surgió para hacerles la vida difícil a los investigadores, sino para destruir el material genético de los virus que las infectan. Las bacterias han desarrollado, al mismo tiempo, enzimas que modifican su propio ADN (metilasas), a fin de evitar que las enzimas de defensa confundan lo propio con lo ajeno y lo destruyan. Por ello, estos investigadores purificaron las enzimas de protección de ADN de Mycoplasma capricolum, y las usaron para proteger su genoma artificial.

.
Para poder lograr el trasplante, se incubó el ADN protegido del genoma sintético con las células de Mycoplasma capricolum, en presencia de un sustancia (polietilenglicol) que promueve la entrada del ADN a las células. Por un mecanismo que todavía no se entiende a cabalidad, las células que reciben el genoma sintético eliminan el propio.
.
Otro reto importante al que tuvieron que enfrentarse estos investigadores fue el de buscar una manera eficiente de reconocer a las pocas células en las cuales ocurrió el trasplante, distinguiéndolas de aquellas células huésped que permanecieron sin cambio. Con este fin, mañosamente introdujeron en el genoma sintético, además de las marcas de agua, dos propiedades que están ausentes en el genoma de las células huésped: un gen que confiere resistencia al antibiótico Tetraciclina y otro gen que provoca que las células se vuelvan azules en presencia de un reactivo químico especial. Comprobaron así que las células en las que ocurrió el trasplante se volvieron azules en presencia de este reactivo y crecieron en medio de cultivo con Tetraciclina.
.
Las células con el genoma sintético fabricaron poco a poco nuevos componentes celulares, siguiendo las instrucciones presentes en el nuevo genoma, hasta sustituir por completo todos los componentes de la célula original, como posteriormente demostró el equipo de Gibson y Venter. Hasta ese momento, se obtuvo, por fin, una célula cuya estructura y fisiología depende exclusivamente del genoma artificial.
.
Análisis de resultados: Muchos investigadores están convencidos que ésta es una nueva oportunidad para construir, de manera fácil y económicamente rentable, bacterias que fabriquen, por ejemplo, medicamentos novedosos o biocombustibles; también existen otros para los que estas innovadoras tecnologías hacen factible producir organismos que sirvan de biosensores para vigilar el medio ambiente o mejor aún, para estudiar las bases de la vida misma. Pero también hay muchos científicos que temen que esta tecnología recién nacida constituya el camino para crear inauditas y más potentes armas biológicas. Otros temen que no podamos evaluar todavía las consecuencias ecológicas del “escape” al medio ambiente de alguno de los futuros organismos artificiales. Ante la noticia, el Vaticano expresó que la nueva tecnología puede ser un desarrollo positivo si se usa correctamente, no sin dejar clara su firme creencia en que sólo Dios es capaz de crear la vida. Bajo este abanico de opiniones y de confusas perspectivas, Estados Unidos y los países que conforman la Unión Europea (ojalá México no se quede atrás) están organizando foros de bioética que sopesen la situación, analicen las consecuencias de esta nueva ciencia y establezcan códigos de ética, evidentemente muy necesarios.

.
Para concluir: Me gustaría recalcar que las tecnologías no son buenas ni malas, todo depende de cómo se usen. Por ejemplo, la pólvora puede usarse en los festivos fuegos artificiales o en una bomba. La morfina puede usarse como un analgésico maravilloso o como una droga terriblemente adictiva. La energía atómica se puede usar para borrar de un solo golpe a una ciudad entera, o proveerla de toda la energía eléctrica que necesita. Así es que informar y reflexionar cuidadosamente sobre las nuevas tecnologías es esencial para promover su uso adecuado.

.
Ver presentación original en el siguiente link:
https://docs.google.com/fileview?id=0B42iUA6i7a1KZjNjZTU5MzItMmM1NS00NTQ3LWFkZTctMzA3MDI4MzdhMzE0&hl=en

La degenerada historia de Poli

Esta es una historia que me encontré en la red mientras buscaba nuevas páginas para la sección de FunScience (por cierto, chequenla). Espero les guste.

.

Asomaba el sol por el eje de abcisas, cuando Poli el polinomio fue a ver a su novia la Placiana, la ecuación en derivadas parciales. Ella abrió la puerta rápidamente; ¡Hola querido!, dijo ella, y él sin perder un diferencial de tiempo, la abrazó, acariciando suavemente los senos y cosenos. Fue bajando por la tangente hasta llegar al punto de inflexión. Poli notó que su vector alcanzaba un máximo relativo y rápidamente lo sacó y empezó a fallar la "ley de la impenetrabilidad". El placer tendía a infinito y no tenía límite. Él entraba una y otra vez en la matriz. A las dos semanas, la Placiana comunicó a Poli que le había dejado la matriz cuadrática. El polinomio asustado huyó, saliendo del plano euclídeo y haciendose monje en la orden de los logaritmos neperianos. En el plano euclídeo se ofreció una recompensa a quien lo encontrase. Por fin un sistema de ecuaciones logró encerrarlo en una raíz cuadrada y traerselo al plano euclídeo. Fue puesto en prisión entre tres corchetes y dos paréntesis. Se celebró el juicio y fue condenado a ser igualado a cero para toda la vida y desterrado al plano afín.

.
EPILOGO: A los nueve meses nació Montoya, un precioso monomio.

Gatos con sonrisa y sonrisas sin gato

Hacía mucho tiempo que mi estimado Karibe, el mismo que escribe en la página de karibe’s place, me había recomendado ver la película de Alicia en el país de las maravillas. Y mientras me encontraba viendo esta película, fue inevitable pensar en él y en lo genial que se la debe estar pasando ahora en la Facultad de Ciencias, entre nerds, interesantes libros viejos y mucho anti-religionismo (ahí han de leer la biblia según Spinoza, Newton, Maxwell y Planck, siempre lo he pensado así :D). De ahí nació la idea de lo que leerán a continuación, que es dedicado a mi muy apreciado amigo Arturo, próximo miembro de El Colegio Nacional ;) (¿Oigo por ahí sucesor de García-Colín Scherer?), esperando que le guste. A lo mejor ustedes ya vieron la película Alicia en el país de las maravillas; ó mejor aún, quizá han leído el libro original de Lewis Carroll (♥), que es mucho más fino. En cualquier caso, seguramente saben que en el país de las maravillas las cosas no suceden como mandan el sentido común y las buenas costumbres. Por ejemplo, en el fascinante y extraño mundo de Lewis Carroll (que yo pienso era adepto a la María Juana y al peyote), para quedarte en el mismo lugar tienes que correr lo más rápido posible, que es exactamente lo contrario de lo que ocurre en el mundo cotidiano (según mi realidad, no se la de ustedes). Si van a visitar al “sombrerero loco”, que por cierto quedo así por la prolongada exposición a los vapores de Hg, hagan lo que hagan siempre llegarán a la hora del té :). Y si se pasean por ahí tal vez se topen con un gato sin sonrisa, lo que no tendría nada de raro, pero también se pueden encontrar una sonrisa sin gato, que es como suele aparecerse el famoso gato Cheshire que ayuda a Alicia en sus peripecias.

.

…y hablando de gatos, quisiera contarles la historia de un felino que también tiene sus rarezas: el gato de Schrödinger (se pronuncia Schroedinger, para los que no saben). Este personaje no vive en el país de las maravillas, sino en el mundo de la mecánica cuántica :(, rama de la física que estudia el comportamiento de la materia en la escala de los átomos, los electrones, los fotones y otras partículas submicroscópicas; tiene tantas aplicaciones que la vida moderna (con computadoras, LEDs y rayos láser, por ejemplo) no sería posible sin ella. En el mundo cuántico suceden cosas tan extrañas como las que le ocurrieron a Alicia un día, cuando se quedó dormida debajo de un árbol.

.

La física en el país de las maravillas: “Hubiera preferido ser empleado en la oficina de patentes de Berna en vez de físico” (:P ¡soy un hijo de mi madre!), escribió Albert Einstein a su amigo y compadre Max Born en los años veinte, al ver el aspecto que estaba tomando la física con el nacimiento de la mecánica cuántica, teoría de la cual tanto Einstein como Born eran creadores. Los físicos habían empezado a hablar de partículas que se comportan como ondas y que no tienen posición definida hasta que uno las observa (debo externar mi odio hacia todos aquellos físicos que parlanchinamente derrumbaron casi todo el edificio de la física, hasta sus sólidos cimentos filosóficos, de lo cual platicaré en alguna otra entrada al blog), de “saltos cuánticos”, en los que una partícula (por ejemplo, un electrón girando alrededor del núcleo de un átomo) podía ir de una posición a otra instantáneamente sin pasar por los puntos intermedios, y de otras rarezas por el estilo, más dignas de los personajes de Lewis Carroll que de los objetos que solían estudiar los físicos.

.

La mecánica cuántica (en la interpretación más usual, mas no la única) decía que, mientras nadie lo observara, un objeto gobernado por las leyes cuánticas podía encontrarse en muchos estados al mismo tiempo, aunque éstos fueran incompatibles desde el punto de vista de la física de todos los días, la llamada física clásica. Un electrón, digamos, podía estar en varios lugares al mismo tiempo, o tener dos valores distintos, y opuestos, de la propiedad física de las partículas submicroscópicas conocida como espín. En lenguaje técnico se dice que el objeto se encuentra en una superposición de estados coherentes. Sin embargo, cuando alguien hacía una medición para determinar la posición o el estado de espín de las partículas obtenía un resultado bien definido, por ejemplo: el electrón se encontraba exactamente en tal punto y no en otro. La medición destruía la coherencia, de tal manera que uno nunca podía “cachar” a la partícula en una superposición de estados coherentes (maldito Heisenberg, Einstein intento persuadirlo al decir “Der Herrgott würfelt nicht” (ó Dios no juega los dados), pero al parecer, Herrgott sí juega, y lo hace conforme a la ecuación de Schrödinger…¬¬). Hubo quien dijo que esta selección del estado de la partícula al momento de observarla la efectuaba la mente del observador (malditos idealistas cuánticos, entre ellos el Premio Nóbel de física, Eugene Wigner). Dicho de otro modo, ¡que la psique afectaba el comportamiento de la materia! Peor aún, las partículas, al parecer, tenían voluntad propia. Un electrón lanzado contra una pared con dos rendijas podía decidir por sí solo (sin que mediara ninguna causa) por cuál de las dos rendijas pasar, y si nadie lo observaba pasaba por las dos al mismo tiempo e interfería consigo mismo como si fuera una onda. ¡Qué horror! Ó como dice Palomino: ¡Me zurro!

.

Quizá una de las peculiaridades de la mecánica cuántica que más preocupaban a Einstein era que las propiedades físicas de dos partículas que alguna vez estuvieron cerca una de la otra permanecían relacionadas aunque las partículas se separaran. Por ejemplo, aunque las partículas se vayan a extremos opuestos del Universo, cada una de ellas reaccionará instantáneamente a cambios producidos en la otra, como si estuvieran conectadas por una especie de telepatía cuántica que les permitiera intercambiar información a velocidad infinita (en infinitum, dicen por ahí y sin hacer publicidad a nadie) .Este fenómeno, conocido como no localidad, hacia jalarse los cabellos a Herr Einstein, pues contradice su teoría de la relatividad, que dice, entre otras cosas, que nada puede viajar más rápido que la luz, y mucho menos a velocidades infinitas. Un corolario de este fenómeno: entonces se puede aplicar la no localidad a todo el universo, pues de acuerdo con la teoría del Big Bang, o gran explosión, todos los componentes del universo estuvieron unidos en una inimaginable singularidad y descritos, por lo tanto, por una misma función de onda (debralle supremo).
.
Einstein no era el único que estaba dispuesto a considerar un cambio drástico de profesión por culpa de la mecánica cuántica. Otro inconforme era Erwin Schrödinger, quien también era uno de sus creadores. En 1935 Schrödinger atacó el problema de la coherencia y para ilustrarlo ideó un “experimento pensado”, conocido como “la paradoja del gato de Schrödinger”. Un experimento pensado es un razonamiento físico escueto que ayuda a aclarar ideas sin necesidad de ponerse en práctica. El experimento pensado del gato de Schrödinger consiste en meter un gato en una caja provista de una muestra de átomos radiactivos, como los de Th que estoy manejando para mi tesis. Los átomos radiactivos tienen núcleos inestables que pierden partículas. Cuando esto ocurre decimos que se ha producido una desintegración radiactiva. La caja tiene, asimismo, un dispositivo que mata al animal si se produce una desintegración en la muestra de átomos. La parte cuántica del aparato gaticida son los átomos radiactivos, los cuales se escogen de tal manera que tengan una probabilidad de 50% de producir una desintegración en el lapso de una hora (esto es para simplificar el argumento y no importa si de veras existen tales átomos; eso es lo bueno de los experimentos pensados). De acuerdo con la mecánica cuántica, al cabo de una hora la muestra radiactiva se encontrará en un estado indefinido que es superposición coherente de los dos estados posibles: (1) se produjo la desintegración; (2) no se produjo la desintegración.
.
Quizá no parezca tan extraño que unos átomos (que a fin de cuentas son unas cosas que ni siquiera podemos ver) se encuentren en dos estados a la vez. El problema es que la descripción cuántica se puede extender al gato, cuyos dos estados posibles al cabo de una hora son: (1) el gato está vivo; (2) el gato está muerto. La mecánica cuántica dice que, antes de abrir la caja para comprobar la situación del pobre animal, su estado es una superposición coherente de (1) y (2); es decir, el gato está a la vez vivo y muerto. ¡VIVOMUERTO! :S ¡Qué incómodo y bochornoso!
.
El argumento original de Schrödinger estaba encaminado a criticar la llamada interpretación positivista, empirista, operacionalista, ortodoxa, o de la escuela de Copenhague de la mecánica cuántica. Según ésta, la mecánica cuántica es la teoría más completa posible del comportamiento del mundo submicroscópico a pesar de los muchos huecos que los escépticos perciben en su estructura. Por ejemplo, ¿qué determina por cuál rendija pasará el electrón, o en qué momento se producirá una desintegración radiactiva? La mecánica cuántica no es capaz de decirlo. Pero en los últimos años la discusión ha pasado del ámbito especulativo de los experimentos pensados a los experimentos reales. Por supuesto, nadie está pensando en someter gatos de verdad a torturas cuánticas (aunque con gusto lo consideraría si alguien me lo preguntara). Los físicos de hoy llaman gato de Schrödinger a cualquier montaje experimental en que un objeto macroscópico (por ejemplo, un campo electromagnético) esté acoplado a un sistema cuántico (digamos, un átomo que atraviesa la región del campo electromagnético) de tal manera que pueda entrar en una superposición de estados coherentes. Los distintos gatos de Schrödinger que han ideado los físicos sirven para dar respuesta a la pregunta: ¿cómo se pasa del extraño mundo de la física cuántica al mundo cotidiano la física clásica? Es como preguntar ¿cómo se va del país de las maravillas al mundo cotidiano? y, a diferencia de lo que le ocurre a Alicia, en la física no basta despertar de un sueño.
.
En diciembre de 1996 un grupo de investigadores franceses construyó un gato de Schrödinger usando un campo electromagnético atrapado en una cavidad resonante (como, digamos, el que se forma dentro de un horno de microondas al recalentar una pizza :D). Haciendo pasar por la cavidad un átomo que se encontraba en una superposición de dos estados de energía, el equipo logró que el campo electromagnético vibrara de dos maneras distintas a la vez, o sea, que entrara en una superposición coherente de dos estados de oscilación. Los investigadores afirman haber podido estudiar cómo se produce la destrucción de la coherencia cuántica. Si sus afirmaciones son ciertas, han atrapado al gato de Schrödinger con las manos en la masa en el preciso instante en que decidía si estar vivo o muerto. Otro equipo de investigadores afirma haber observado un átomo individual en dos posiciones al mismo tiempo. Los dos estados de posición estaban separados 80 nanómetros (0.00000008 metros), una distancia pequeña, si se quiere, pero enorme comparada con el tamaño de los átomos.
.
¿Podemos regresar del país de las maravillas? Pero antes otra pregunta: ¿para qué querríamos regresar? El problema es claro: la física tiene que explicar por qué la materia se comporta de manera cuántica unas veces y clásica otras, y en qué circunstancias ocurre cada uno. Hace más de setenta años que algunos físicos no duermen tranquilos debido a esta incómoda dualidad. Algunos objetos se comportan cuánticamente; otros no. ¿Dónde y cómo ocurre la transición cuántico-clásica? Para explicar la destrucción de la coherencia y tender un primer puente entre el comportamiento cuántico y el clásico, W. Zurek, del Laboratorio Nacional Los Álamos, en Estados Unidos, ha propuesto un mecanismo al que llama “decoherencia”. En esta teoría no hace falta una persona para efectuar las mediciones que destruyen la superposición de estados coherentes de un sistema cuántico. Zurek opina que la interacción del sistema con su entorno basta para seleccionar un solo estado entre todos los posibles. Con esta hipótesis, explica por qué los objetos macroscópicos por lo general no se comportan cuánticamente: a temperaturas normales (300 Kelvin) y masas macroscópicas (digamos, de 1 gramo para arriba), la coherencia se pierde en un lapso brevísimo (de menos de segundos). Un gato de verdad no puede estar en una superposición de estados coherentes el tiempo suficiente para que lo notemos. El problema con la teoría de la decoherencia es que, si bien explica por qué los objetos que se comportan clásicamente no pueden entrar en superposiciones coherentes, no proporciona mecanismos de selección que determinen en cuál de todos sus estados posibles queda el objeto después de la interacción con el entorno. El gato de Schrödinger se guarda sus secretos.
.
Mientras tanto los físicos han empezado a encontrar aplicaciones para las superposiciones cuánticas. Unas son plausibles, como un gato sin sonrisa; otras descabelladas, como una sonrisa sin gato. Entre las primeras se cuenta la posibilidad de usar la mecánica cuántica para proteger mensajes transmitidos por fibras ópticas. Este método de criptografía cuántica ya se ha puesto a prueba y, al parecer, da resultado. También se está estudiando la manera de usar átomos individuales en superposiciones coherentes para almacenar y manipular información controlando sus propiedades cuánticas por medio de ráfagas de luz láser. Según los proponentes de la nueva disciplina conocida como computación cuántica, esto podría permitir obtener memorias y procesadores de computadora del tamaño de un átomo (sus unidades serian los qubits). Pero la aplicación más digna y fumada del país de las maravillas es la teletransportación cuántica. Al decir de algunos investigadores, la extraña propiedad llamada no localidad podría permitirnos transmitir información instantáneamente a cualquier distancia. Imaginemos las posibilidades: podríamos ir a tomar el té con el sombrerero loco aunque viviera en la galaxia de Andrómeda (a 2 millones de años-luz) y estar de regreso a tiempo para la cena afuera del metro Lindavista ;D.
.
Es hora de ponerle punto final a este artículo antes de que nos lleve de regreso al país de las maravillas. Por el momento, la explotación práctica de las propiedades más inquietantes de la mecánica cuántica sigue siendo fantasía, como el sueño de una niña que duerme al pie de un árbol.
.
PS: David Y. Díaz Sánchez, Industrias Díaz y Clodeben, S.A. de C.V. no aprueban la experimentación con gatos de a deveras…