En cualquiera de las bibliotecas más grandes del mundo, las salas y estanterías parecen extenderse para siempre. El número de volúmenes en la
Biblioteca del Congreso es de decenas de millones. Cada uno de ellos presenta varias historias, análisis detallados, documentos históricos, todos con sus propias opiniones. Pero todos estos millones de libros escritos en inglés consisten en solo varias decenas de miles de palabras, y cada palabra consiste en una combinación de solo 26 letras, de la A a la Z [
más espacios, puntuación y números, aprox. perev. ]
Mientras tanto, todos vivimos rodeados de una enorme y sorprendente variedad de materiales, incluido lo que compuso los muchos tipos de estructuras biológicas que componen nuestros cuerpos y todos los cuerpos de animales, plantas y otros seres vivos. El planeta en el que vivimos consta de todo tipo de piedras, algunas de las cuales son duras y quebradizas, algunas de plástico, con diferentes colores y texturas. Además del agua, tenemos alcohol, ácidos, azúcares y aceites en varias formas. Los alimentos preparados al horno emiten varios sabores que respiramos en el aire. Los materiales sintéticos, incluida una variedad de plásticos, deben agregarse a las sales, la tiza y las aleaciones. Pero es importante recordar que la enorme riqueza de la Biblioteca de Materiales consiste en una pequeña variedad (aunque bastante diversa) de moléculas, que, a su vez, consisten en solo cien átomos: elementos de H a U y más allá (de hidrógeno a uranio y más allá).
La complejidad de un lenguaje escrito como el inglés se basa en palabras, y la complejidad de los materiales comienza con las moléculas. Del mismo modo, las instrucciones para construir un gran conjunto de formas biológicas pueden codificarse en el ADN,
el ácido desoxirribonucleico , y específicamente, en los hilos de sus sílabas de tres moléculas, formadas por cuatro moléculas simples, nucleobases. La razón de la complejidad se basa en un hecho matemático simple: una pequeña variedad de combinaciones puede surgir de una pequeña cantidad de ingredientes. Un ingrediente no es suficiente. Solo se pueden componer diez palabras diferentes de la letra "a", cuya longitud no excederá de diez letras: "a", "aa", "aaa", y así sucesivamente. Pero de 26 letras, ya se pueden obtener 26
2 palabras de dos letras, es decir 676, y palabras de diez letras: 141 167 095 653 376 en total, mucho más de lo que se requiere para el idioma. Solo unas pocas decenas de miles de palabras, seleccionadas entre muchos millones o miles de millones de potencial, son suficientes para crear toda la literatura inglesa. Los mismos principios de crecimiento exponencial en el número de combinaciones permiten que nuestro entorno se forme a partir de solo un centenar de variedades de átomos, que pueden estar formadas por innumerables moléculas, que varían en tamaño desde unos pocos átomos hasta cientos y miles.
Comenzando con palabras o moléculas, puede moverse en dos direcciones con fines de investigación. Puede intentar comprender cómo se ensamblan los objetos complejos a partir de sus ingredientes: ¿qué hay detrás de la existencia de un solo libro o conjunto de libros? ¿De dónde vino este material o clase de material? O puede moverse en una dirección diferente, determinando la fuente de letras y átomos, los principales bloques de construcción.
El propósito de este y otros artículos es responder a la segunda pregunta, desde las moléculas hasta sus fuentes. Por supuesto, es muy interesante estudiar una gran variedad de materiales encontrados en la naturaleza, de los cuales hay tantos como libros en la Biblioteca del Congreso. Pero, por otro lado, el origen de las moléculas y los átomos resulta ser un tema menos vasto. Por supuesto, no se puede decir que la respuesta a estas preguntas es simple y directa. Revela muchos detalles sorprendentes e inesperados de la física atómica, nuclear y física de partículas (o altas energías). Como en el caso de la fuente de las letras del alfabeto, las
consecuencias de encontrar la respuesta a esta pregunta resultan ser cada vez más interesantes de lo que podría haberse imaginado inicialmente. Conduce a descubrimientos que no se limitan a las propiedades simples de los materiales. Lleva a la física a comprender la luz, el Sol y otras estrellas, la historia de la Tierra, el espacio y el tiempo, y el Universo, en el que viajan la Tierra y el Sol.
Pero antes de eso debes considerar un par de preguntas más. ¿Cómo sabemos que todos los materiales están formados por moléculas? Históricamente, la respuesta a esta pregunta se obtuvo a través de complejas cadenas lógicas y una gran variedad de experimentos científicos. Hasta hace poco, solo se podía adivinar la existencia de moléculas, no directamente, sino de manera convincente para hablar sobre la base de astutos análisis científicos y experimentos químicos. Hoy podemos dar una respuesta más directa, porque hoy podemos
"ver" la molécula . Los vemos a través de microscopios, aunque no son tipos tan clásicos que se pueden poner sobre la mesa y mirarlos a través de los oculares. Estos son
microscopios de fuerza atómica , y su método de visualización es más parecido a leer Braille; pero llevan a cabo su tarea. Permiten a los científicos tomar fotografías de los materiales, examinar su estructura en detalle, confirmando las predicciones anteriores hechas a su cuenta. Incluso permitieron
resolver los acertijos anteriores de moléculas específicas. Los nuevos métodos le permiten verificar directamente todos los argumentos indirectos. ¡No es que los dudamos, porque a menudo se han utilizado con éxito para predecir los resultados de las reacciones químicas y en el desarrollo y la creación de nuevos materiales! Sin embargo, es bueno saber que esta discusión no es abstracta: las moléculas realmente existen, y con la ayuda de las tecnologías modernas podemos detectarlas directamente.
En el próximo artículo, consideraremos los átomos, de qué están hechos y cómo se hacen las moléculas a partir de ellos.