Experientia docet

Ni ciencia, ni pseudociencia, ciencia patológica

2013-05-21T12:29:00.000+02:00

Irving Langmuir fue un científico en la frontera entre lo experimental y lo teórico. Fue la antítesis de la imagen prototípica del científico: práctico, pragmático, elegante, industrial, con una gran capacidad de comunicación. Recibió el premio Nobel y fue presidente de la Asociación Química Americana (ACS, por sus siglas en inglés). En una famosa charla-coloquio de 1953 describió lo que él llamó la “ciencia de las cosas que no son” o, como sería conocida más tarde, “la ciencia patológica”. Langmuir consideraba ciencia patológica aquella investigación realizada según el método científico, pero marcada por sesgos inconscientes o efectos subjetivos. La ciencia patológica no debe confundirse con la pseudociencia, que no tiene pretensión alguna de seguir el método científico.

Langmuir

Irving Langmuir nació en Nueva York en 1881 y se graduó en la Escuela de Minas de la Universidad de Columbia en ingeniería metalúrgica en 1903. A principios del siglo XX el centro del nuevo conocimiento sobre la constitución de la materia estaba repartido entre Inglaterra y Alemania, con el permiso de Francia. Langmuir opta por dirigirse a Gotinga a estudiar con Walther Nernst, atraído por lo que son los nuevos experimentos que mezclan gases y electricidad. Sólo tres años después ya es doctor.

Tras una formación de primer nivel era natural que su primer empleo fuese como profesor, en concreto en el Instituto Stevens de Tecnología. Tardó muy poco en aburrirse de la vida académica. En 1909 llegó al recién inaugurado laboratorio de investigación de General Electric (GE) en Schenectady (Nueva York), donde permanecería 41 años.

Su primer trabajo fue resolver los problemas que tenían en GE con el nuevo filamento de tungsteno de las bombillas. Como resultado las bombillas pasaron a estar llenas gas (nitrógeno primero, argón después) para evitar la oxidación del filamento y a incorporar éste retorcido en forma de espiral para inhibir la vaporización del tungsteno.

Sus investigaciones puramente industriales le llevaron siempre a preguntarse por el fundamento teórico. Un aspecto notable de este interés fue su incursión en la teoría del enlace químico en términos electrónicos. Langmuir se basó ampliamente en la teoría de Gilbert Lewis, desarrollándola, y ofreciendo como resultado en 1919 el concepto de enlace covalente. Pero cuando Langmuir comenzó a hacerse conocido se abrió una de las más agrias disputas que se recuerdan con Lewis por la prioridad en las ideas. Pasado un tiempo prudencial, podemos afirmar que la mayor parte del mérito teórico fue de Lewis, pero que fue Langmuir el que consiguió hacer inteligible y promocionar la idea. Y es que Langmuir era un gran orador.

No fueron sus estudios sobre el enlace químico los que le valieron el Nobel en 1932, sino sus estudios pioneros sobre las monocapas superficiales, lo que después se ha llamado química o física de superficies. Langmuir fue fundamental en este campo, pero no estuvo sólo (hubo dos mujeres pioneras que hicieron un trabajo importantísimo en este campo, Agnes Pockels con anterioridad, y Katharine Blodgett, al lado de Langmuir).

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Tiempo para leer (VII)

2013-05-17T18:17:00.000+02:00

Todas las semanas se publican decenas de entradas interesantes. Algunas ameritan de más tiempo para disfrutarlas, para la reflexión. Necesitan de tiempo para leer.

Moral y mercados o...¿cuánto vale la vida de un ratón? por Juan Ignacio Pérez en La naturaleza humana

¿Será posible que en cuanto vemos que otros ponen un precio a las cosas, nosotros entremos en el juego y rebajemos con ello nuestros estándares éticos?

Vera, la espía de las estrellas (II): "Lo que ves en una galaxia espiral, no es lo que hay" por Laura Morrón en Los mundos de Brana

Segunda parte de la apasionante historia de esta astrónoma.

28 neutrinos por Enrique F. Borja en Es extraño...

¿Se han detectado neutrinos de altas energías con origen mucho más allá de nuestro Sistema Solar?

Nanomundo de la nanomedicina por Dolores en Pero esa es otra historia...

Una iniciación a lo que la nanotecnología está consiguiendo ya en medicina.

El abominable hombre a -20º por Carlos Romá-Mateo en ¡Jindetrés, sal!

No sabrás si reir o llorar. Puede que hagas ambas cosas a la vez.

John William Nicholson, el Empédocles cuántico

2013-05-17T12:01:00.002+02:00

Si uno se encuentra en alguna parte que el universo está compuesto de cuatro elementos, automáticamente asume que el texto que lee, o la historia que cuenta el vídeo que ve o la narración que escucha, tienen que ver muy probablemente con la Grecia prearistotélica [nadie debería pensar en nada posterior porque todos sabemos que Aristóteles introdujo un quinto componente, el éter]. Y es que la teoría de las cuatro “raíces” (la palabra “elemento” es de Platón) es de Empédocles, que vivió en el siglo V antes de la era común.

Pero no, existe la posibilidad de que leas sobre cuatro elementos como constitutivos del universo y se te esté hablando de algo muy reciente, con apenas un siglo de antigüedad. En el año en el que conmemoramos el centenario de la publicación del modelo atómico de Bohr, quizás convenga recordar al que fuera su principal modelo rival y que influyó en el desarrollo del propio modelo de Bohr, uno que ya no aparece ni en la mayoría de los libros de historia, el modelo de John William Nicholson.

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Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXV Edición del Carnaval de Química que acoge ISQCH-Moléculas a reacción

Receta para hacer un encéfalo transparente

2013-05-16T19:07:00.000+02:00

El paso 10 de abril aparecía publicado en Nature un método que “hacía transparentes” los encéfalos, llamado CLARITY y que, por su espectacularidad, ocupó periódicos y noticiarios televisivos. Pasado un tiempo razonable, creo que puede resultar interesante para alguno saber cuál es el fundamento de la técnica, que es un prodigio de química aplicada.

Permítaseme ir directamente al grano. Para una introducción general este artículo es tan bueno como cualquier otro (contiene un error en los datos, te dejo que lo averigües, tras leer lo que sigue).

El encéfalo, como cualquier otro órgano del cuerpo, está formado por células, muy especializadas sí, pero células al fin y al cabo. Las células, simplificando mucho, no son más que una serie de orgánulos nadando en un líquido llamado citoplasma contenido por una doble capa lipídica, que es lo que llamamos membrana. Algunos de esos orgánulos, como el núcleo, también están contenidos por dobles capas lipídicas.

Estas membranas son permeables de forma selectiva, esto es, dejan pasar determinadas moléculas pero no otras, en concreto es muy difícil que dejen pasar macromoléculas. Por otra parte la interfase entre la doble capa lipídica y el citoplasma por un lado y por otro la interfase acuosa exterior a la célula provocan la dispersión de la luz. Estos dos fenómenos indican que ni podemos enviar tintes, u otras macromoléculas, al interior de la célula ni podemos ver dentro de ella sin romper la membrana. CLARITY es un método para acabar con estos problemas de raíz: eliminar las dobles capas lipídicas, las membranas, manteniendo su contenido en su lugar, sustituyéndolas por un material que permita el paso de macromoléculas y fotones sin oponer demasiada resistencia y que preserve la integridad estructural de células y tejidos.

Para conseguir este objetivo tan ambicioso CLARITY termina usando un hidrogel formado in situ, como veremos en seguida. Quizás convenga aclarar antes de seguir qué es un gel. Todos tenemos geles en casa, algunos geles de baño/ducha son geles propiamente dichos; sabemos que hacen espuma, que tienen color, que huelen, que se lleva bien con el agua y que actúa como jabón. También es posible que tengas geles en el frigorífico, en forma de gelatina; en esta ocasión te comes el gel. ¿Qué es un gel? Pues es un sistema en el que unas macromoléculas (polímeros) tienen atrapado un líquido en su red estructural, y se llaman hidrogeles si el líquido es agua. Los geles tienen la peculiaridad de que son sólidos si no se agitan (están como conGELados; su nombre viene del latín gelatus, congelado); esta propiedad será muy útil en CLARITY.

CLARITY tiene tres fases:

Primera fase. El proceso comienza introduciendo los monómeros componentes de los polímeros que luego formarán el hidrogel (básicamente acrilamida y bisacrilamida) junto con formaldehído e iniciadores de polimerización por temperatura en los tejidos. Esto se hace en un baño a 4ºC durante dos días.

En esta fase, el formaldehído entrecruza, dicho en químico, une covalentemente, los monómeros de lo que después será el hidrogel a distintas biomoléculas, incluyendo proteínas, ácidos nucleicos y moléculas más pequeñas que anden por allí.

Segunda fase. Se inicia la polimerización de los monómeros (que están unidos a biomoléculas, tengámoslo presente) simplemente elevando la temperatura del conjunto a 37ºC durante 3 horas. Tras este tiempo el tejido y el hidrogel se han convertido en una estructura híbrida que es capaz de dar soporte físico al tejido y que incorpora químicamente las biomoléculas a la red estructural del hidrogel.

Un punto muy importante a resaltar es que ni lípidos ni aquellas biomoléculas que carezcan de los grupos funcionales adecuados están unidas al hidrogel, por lo que pueden ser retiradas del mismo.

Tercera fase. Se extraen los lípidos. La extracción de las moléculas lipídicas se puede hacer con mucho tiempo y empleando disolventes orgánicos (el hidrogel es hidrofílico) o cientos de veces más rápido aprovechando la alta carga de las dobles capas lipídicas (micelas después de todo) usando electroforesis.

El resultado es que el hidrogel asegura que las biomoléculas y los matices estructurales, como las proteínas de membrana, las sinapsis o las espinas, se quedan en su sitio, mientras que los lípidos de las membranas que causan la dispersión de la luz e impiden la penetración de macromoléculas se han quitado de en medio, dejando detrás un sistema biológico con todo en su sitio listo para ser etiquetado, tintado y fotografiado a placer. No hay más que verlo:

Para María, con afecto.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXV Edición del Carnaval de Química que acoge ISQCH-Moléculas a reacción

Referencias:

CLARITY Resource Center (información, vídeos, detalles metodológicos, formación)

Chung K., Wallace J., Kim S.Y., Kalyanasundaram S., Andalman A.S., Davidson T.J., Mirzabekov J.J., Zalocusky K.A., Mattis J. & Denisin A.K. & (2013). Structural and molecular interrogation of intact biological systems, Nature, 497 (7449) 332-337. DOI: 10.1038/nature12107

Onus probandi y la definición de ciencia

2013-05-14T11:00:00.000+02:00

“Los cometas no son restos del disco protoplanetario que dio origen al Sistema Solar. Realmente son sondas que manda una civilización que habita un planeta errante oscuro, llamado Hadesun, más allá de la parte más exterior del Sistema Solar para comprobar la evolución de los humanos en la Tierra. Por eso los gobiernos de las potencias mundiales están enviando sondas (Stardust, Rosetta, Deep Impact) con objeto de hacerse con esa tecnología.”

No sé si existe algún grupo que sostenga algo parecido a lo anterior. En cualquier caso, yo me lo acabo de inventar a los efectos de ilustrar lo que sigue.

Fijémonos en el planteamiento: unimos hechos conocidos, a saber, existen los cometas, tienen órbitas que los llevan a los confines del Sistema Solar, su interior es desconocido (afirmación implícita), se está gastando dinero en misiones complicadas para obtener información sobre ellos, con una explicación estrambótica pero que, en cierta manera, da cuenta de los hechos. Habrá quien la crea, además.

Aquí viene uno de los quids de la cuestión que queremos plantear: la explicación hadesunita “es falsable” en el sentido que venimos criticando las dos últimas semanas (aquí y aquí). Entonces, ¿es el hadesunismo una explicación científica hasta que no se demuestre su falsedad? ¿Está a un nivel científico mayor que la teoría de cuerdas, por ejemplo?

Si reflexionamos un momento, veremos que demostrar explícitamente la falsedad del hadesunismo no es tarea fácil. Las explicaciones que demos se basarán en modelos de la formación del Sistema Solar, en plausibilidades y en la navaja de Ockham pero no en una comprobación experimental de que Hadesun no existe. Por lo tanto estas explicaciones serán fácilmente criticables y habrá multitud de hipótesis auxiliares a las que recurrir cuando los datos experimentales que esgrimamos indiquen que Hadesun no existe. Digámoslo claramente, es en este tipo de “dificultades” en el que se basa la pervivencia de muchas pseudociencias y, de paso, muchas creencias de tipo religioso .

Y, sin embargo, la resolución de este tipo de planteamientos ya la encontraron hace unos dos mil años los abogados romanos y es extrapolable a la filosofía de la ciencia. Cualquier picapleitos romano habría inmediatamente esgrimido elonus probandi, la carga de la prueba, enunciando adecuadamente el affirmanti incumbit probatio, al que afirma le incumbe la prueba, esto es, será quien afirme que existe Hadesun* quien haya de aportar pruebas tangibles de su existencia. Algo implícito en esta tangibilidad es que debe ser comprobable/reproducible por cualquiera siguiendo una metodología conocida, en cualquier momento y que no valen ni textos revelados, ni palabras de una “autoridad”.

Vemos que a la falsabilidad se le da la vuelta como un calcetín: no es una característica inherente a la hipótesis que la legitime, sino la actitud con la que debe ser tratada, siendo su falsedad la posición por defecto. De la misma manera, vemos que las hipótesis ganarán valor por sus éxitos. Si nos damos cuenta, y siguiendo con los latinajos legales, es un habeas corpus al revés, “una hipótesis es falsa hasta que se demuestra lo contrario”.

La demarcación entre ciencia y pseudociencia no es tan fácil como parece y lo que sí parece evidente es que no puede basarse en un único criterio.

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Tiempo para leer (VI)

2013-05-10T16:00:00.000+02:00

Todas las semanas se publican decenas de entradas interesantes. Algunas ameritan de más tiempo para disfrutarlas, para la reflexión. Necesitan de tiempo para leer.

Vera, la espía de las estrellas (I): Los misterios del cielo nocturno por Laura Morrón en Los mundos de Brana

Enciclopédica, en el mejor sentido de la palabra, anotación sobre la vida y obra de Vera Rubin. Una obra de referencia que se lee con muchísimo agrado.

Algo más que un cuadro por Luis Moreno Martínez en El cuaderno de Calpurnia Tate

Un emotivo diálogo imaginado con uno de los padres de la ciencia.

Thíndar y los números elares por Pedro Castro en Las matemáticas

Comprendo que las matemáticas pueden resultar bastante difíciles de por sí para algunos como para encima estar haciendo matemática-ficción, pero este relato permite darle otra vuelta de tuerca a los números imaginarios de una forma, cuando menos, original.

Oblivion y las fuerzas de marea por Arturo Quirantes en Física de película

Parece que la película es lo que es, pero Arturo se las ingenia para que aprendamos cosas interesantes sobre la relación de la Tierra con su satélite.

Clanes y camarillas por Juan Ignacio Pérez Iglesias en La naturaleza humana

¿Con quién te relacionarías si pudieses elegir?

Cuestión de magnetismo por José M Morales en El zombi de Schrödinger

Un recorrido histórico-nostálgico técnico-científico lúdico-chiripitifláutico por el mundo en vías de desaparición de los soportes magnéticos de grabación.

Prohibido conmutar I por Enrique F. Borja en Cuentos cuánticos

¿Qué ocurriría si no pudiésemos conocer con precisión y a la vez las coordenadas espaciales? Una exploración muy interesante de la indeterminación y la no conmutatividad profusamente ilustrada.

Determinación de la composición elemental átomo a átomo usando microscopía electrónica.

2013-05-08T19:26:00.000+02:00

Se sabe desde hace mucho tiempo que la resolución espacial que se puede conseguir con un microscopio óptico, esto es, la característica más pequeña que se puede observar, es del orden de la longitud de onda de la luz que se emplee. Para que nos hagamos una idea del orden de magnitud, la longitud de onda del verde es de 550 nm (nanometros). Una forma de mejorar esta resolución es evidente: usar partículas con longitudes de onda asociadas más pequeñas o, lo que es lo mismo, más energéticas. Este es el fundamento de los microscopios electrónicos, en los que las partículas que se usan son electrones. Razones de índole puramente ingenieril hacen que la energía de los electrones empleados en los microscopios electrónicos de transmisión (MET) esté en el rango de los 100 a 300 keV, lo que corresponde a una longitud de onda de entre 3,7 y 2 pm (picometros).

Parémonos aquí un momento porque esto es importante. El radio del átomo de hidrógeno, llamado radio de Bohr (la distancia más probable entre el protón del núcleo y el electrón en el estado estacionario) es de 52,9 pm [ojo, el hidrógeno es el átomo más sencillo pero no el más pequeño]. ¿Significa esto que podemos ver “dentro” de un átomo de hidrógeno usando un MET? Vamos a verlo.

La resolución de un MET está limitada no sólo por la longitud de onda de los electrones, sino por las imperfecciones de las lentes electrónicas. Las principales son las aberraciones esférica y cromática. Instalando correctores (lentes auxiliares) se puede conseguir una resolución de 50 pm. Sí existen fotos de átomos, por tanto (véase por ejemplo aquí).

En la MET lo que se hace es que un haz de electrones atraviese una capa muy fina de la muestra (de ahí lo de transmisión) y después medir cómo han sido afectados los electrones por ese paso. De esta forma podemos saber la posición y más o menos el tamaño de los átomos que constituyen la muestra. En este sentido, “vemos” los átomos. Sabemos qué átomos son, qué elementos, por métodos químicos: bien porque nosotros hemos sintetizado la muestra, bien porque lo hayamos determinado analíticamente.

En el caso del MET, al atravesar la muestra los electrones pueden perder una cantidad de energía que es característica del elemento concreto con el que están interaccionando. Existe una versión de los MET, la llamada con filtro de energías (MET-FE), que es capaz de interpretar las energías de los electrones transmitidos y obtener lo que se llaman mapas químicos de la muestra. Esta técnica ya es comercial y permite realizar análisis químicos a escala nanométrica (véase por ejemplo IMP).

Acabamos de decir nanométrica. ¿Pero no decíamos que la resolución era 50 pm? Efectivamente, pero de nuevo nos encontramos para las técnicas MET-FE los problemas de las aberraciones, especialmente la cromática. Por lo tanto la MET-FE aún no ha conseguido la resolución atómica.

Y aquí es donde interviene el equipo encabezado por Knut Urban, del centro de investigación Jülich (Alemania). Urban recibió en 2011 el premio Wolf de física precisamente por sus trabajos para corregir las aberraciones en los MET. En un artículo aparecido en Physical Review Letters estos investigadores lo que vienen a decir es que han conseguido corregir la aberración cromática en MET-FT. Y para ello han usado el mismo razonamiento que se emplea en astroquímica.

Para determinar que en una nebulosa existe la molécula X, lo que se hace es tomar una muestra de esa molécula, ponerla en las condiciones de temperatura y vacío del espacio interestelar, y medir su espectro en esas condiciones. Después hay que cotejar los espectros recogidos por los telescopios para comprobar si los picos característicos de nuestra molécula están presentes. Pero, y esto es lo interesante, lo que se hace si no se puede conseguir poner la muestra en las condiciones del espacio por la razón que sea, son cálculos teóricos (químico-cuánticos) a partir de primeros principios que nos dirán cuál será probablemente su espectro. Urban et al. han hecho esto mismo aparte de desarrollar nuevas ópticas: cálculos teóricos que permiten interpretar la información recibida.

Los autores pusieron a prueba su método con una muestra de silicio consistente en un único cristal. Seleccionaron sólo aquellos electrones que interactuaban con electrones muy específicos del silicio. La resolución fue suficiente para visualizar las “mancuernas de silicio”, átomos de silicio vecinos que se emparejan en ciertos planos del cristal. Las imágenes muestran que los centros de dos átomos que forman una mancuerna están separados 135 pm (te puedes entretener midiéndolo tú, sabiendo que el radio atómico del silicio es 111 pm).

Si nos damos cuenta, esto es exactamente lo que se ve en las películas de ciencia ficción: introducen una muestra minúscula en un equipo y éste te dice la composición átomo a átomo. El futuro ya está aquí (otra vez). Nos falta la Enterprise.

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Referencia:

Urban K.W., Mayer J., Jinschek J.R., Neish M.J., Lugg N.R. & Allen L.J. (2013). Achromatic Elemental Mapping Beyond the Nanoscale in the Transmission Electron Microscope, Physical Review Letters, 110 (18) DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.185507

Desviación de la luz y falsabilidad

2013-05-07T10:58:00.000+02:00

Es conocido el hecho de que Albert Einstein se hizo mundialmente famoso tras la medición por parte de Arthur Eddington el 29 de mayo de 1919 de la desviación que sufría la luz al pasar cerca de un objeto masivo, en este caso el Sol. En muchos lugares veremos recogido que este efecto era una predicción de la teoría general de la relatividad de 1916, y esto, para sorpresa de alguno, ya no es del todo correcto.

La predicción de que la luz sufre una desviación al pasar cerca de un objeto masivo está presente en la mecánica newtoniana. Tanto es así que tanto Henry Cavendish en 1784 (en un manuscrito que, fiel a su costumbre, no publicó) como Johan Georg von Soldner realizaron cálculos de la magnitud de esa desviación. El manuscrito de von Soldner [1], titulado “Sobre la desviación de un rayo de luz de su movimiento rectilíneo por la atracción de un cuerpo celeste del que pasa cerca”, escrito en 1801 y publicado en 1804, contenía los resultados de éste.

En 1911 Einstein publicaba el artículo “Sobre la influencia de la gravedad en la propagación de la luz” [2], ampliación de uno de 1908, en el que obtenía, atención, los valores de Soldner pero, eso sí, basándose únicamente en el principio de equivalencia. Tal era la coincidencia numérica que Philipp Lénárd tuvo base para acusar después a Einstein de plagio.

Avanzada la teoría general de la relatividad, Einstein se dio cuenta de algunos errores, y corrigió sus cálculos en 1915 obteniendo los datos (la suma de los efectos clásicos y de la dilatación temporal gravitacional) que después Eddington daría por confirmados en 1919.

En su artículo de 1911 Einstein proporcionaba una posibilidad de comprobar experimentalmente sus teorías. De hecho, Einstein asumía que una medición de la desviación de la luz a su paso por las cercanías del Sol probaría que su hipótesis era correcta y que Newton fallaba. A hacer la observación se avino Erwin Finlay-Freundlich, del Observatorio de Berlín. Finlay-Freundlich organizó una expedición financiada por Gustav Krupp von Bohlen und Halbach para observar el eclipse total de Sol del 21 de agosto de 1914 desde la península de Crimea. Pero, hete aquí, que el archiduque Franz Ferdinand fue asesinado en Sarajevo el 28 de junio de 1914; la Primera Guerra Mundial comenzó exactamente un mes más tarde. Finlay-Freundlich, en ruta hacia Crimea, fue hecho prisionero.

La siguiente oportunidad de medición fue la que aprovechó Eddington en 1919, con los valores teóricos ya corregidos y la teoría general de la relatividad ya publicada en 1916. Sin embargo, y aunque las observaciones se repitieron varias veces (notablemente en 1922 y 1953), hasta que no se pudo medir en radio frecuencia, ya en los años 60, la incertidumbre de las mediciones no se redujo lo suficiente como para confirmar que la desviación se correspondía con lo predicho por la teoría general de la relatividad y no la mitad de ese valor, lo predicho por Newton.

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Tiempo para leer (V)

2013-05-03T16:00:00.000+02:00

La química de un bar de copas por Yanko Iruin en El blog del búho

Lectura imprescindible para los amantes del amaretto. Indiciaria de que han sobrevivido evolutivamente las bebidas espirituosas no tóxicas.

Antonio Longoria y el rayo de la muerte por Alejandro Polanco en Tecnología obsoleta

Lo del rayo de la muerte era muy habitual en la ciencia ficción de los 50 y 60 del siglo pasado. ¿Y si hubiese existido?

Especial en Nature sobre cultivos transgénicos por JM Mulet en Los productos naturales ¡vaya timo!

Puesta al día sobre el estado de una cuestión polémica, sobre la que falta mucha información científica en la población en general, y con impactos económicos evidentes. Resumen de los puntos principales del número especial de Nature.

La teoría de cuerdas, ¿ciencia o pseudociencia? por Francis Villatoro en La ciencia de la mula Francis

Reflexión sobre la validez científica de la teoría de cuerdas (como reacción a mi anotación en el Cuaderno de Cultura Científica "Las teorías científicas no son falsables")

Sobre el criterio de falsabilidad por José Luis Ferreira en Todo lo que sea verdad

Otra reacción muy interesante, desde otra perspectiva, a mi anotación en CCC.

El fotón y la masa por Enrique F. Borja en Cuentos cuánticos

Advierto que contiene fórmulas, pero es muy fácil de seguir si no se tiene prisa y las matemáticas no pasan de las del bachillerato (el mío, al menos). Un tema aparentemente baladí pero que encierra el intríngulis de la relatividad especial y más allá muy bien desarrollado por Enrique (¿seré yo o se le nota últimamente la influencia de Fis el amigo de Mati?).

Peligro de explosión por José I. García Laureiro en Moléculas a reacción

Si te gustan las explosiones, disfrutarás de lo lindo. Muy bien escrito.

Elektra o mi reino no es de este mundo por Sergio L. Palacios en El tercer precog

Un clásico de "Física en la Ciencia Ficción" que Sergio recupera para el disfrute general.

Son lo que comen: la dieta de las abejas comerciales como causa última de su desaparición.

2013-05-01T20:00:00.000+02:00

Estos días ha sido noticia en Europa la prohibición de tres pesticidas neonicotinoides por sus presuntos efectos perniciosos sobre la población de abejas melíferas. Todo ello alimentando la quimiofobia general. Y, sin embargo, existe la posibilidad de que lo que estemos es ante una caso manifiesto de falacia cum hoc ergo procter hoc, más conocida quizás en su forma “correlación no implica causalidad”. Pero fundamentemos esta afirmación.

Un equipo de entomólogos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.), encabezados por Wenfu Mao, ha encontrado una posible conexión entre la práctica de alimentar a las abejas con productos sustitutivos de néctar, como los jarabes de alto contenido en fructosa (hasta del 92% se comercializa en España, por ejemplo), y la disminución de las colonias de abejas. Estos alimentos sustitutivos no contienen compuestos esenciales para la regulación de los procesos inmunes y desintoxicantes de la Apis mellifera, lo que las haría vulnerables a pesticidas que no tendrían por qué afectarles. Los resultados se publican en los Proceedings of the National Academy of Sciences.

Los sustitutivos del néctar comenzaron a usarse en los años 70 del siglo pasado. Desde entonces se han desarrollado y comenzado a usarse nuevos pesticidas, pero parece ser que la respuesta inmune de las abejas no ha podido adaptarse a estos cambios en su ambiente.

Los investigadores determinaron que compuestos que se encuentran en la miel, incluyendo el ácido p-cumárico, la pinocembrina y la pinobanksina 5-metil éter, inducen específicamente la acción de los genes de proteínas desintoxicantes. Estos compuestos no se encuentran en el néctar (que es a lo que sustituyen realmente los jarabes) sino en el polen y el propóleo.

En concreto encontraron que el ácido p-cumárico regula toda clase de genes desintoxicantes, así como determinados genes antimicrobianos (aunque algo de esto ya sabíamos). Esta regulación tiene importancia funcional, como los investigadores demostraron añadiendo p-cumárico a una dieta de sacarosa, lo que incrementaba el metabolismo de un ectoparasiticida organofosforado (Cumafós), también usado como acaricida en el interior de las colmenas, en un 60%.

Vemos así que el uso extensivo de los sustitutivos alimenticios por parte de los apicultores industriales, que retiran toda la miel impidiendo a las abejas alimentarse en invierno de sus reservas que contienen todos los micronutrientes necesarios, podrían estar privando a éstas de su mecanismo natural de defensa.

Si esto se confirmase (de hecho cualquier apicultor que leyese esto podría hacer un experimento fácilmente), aparte de ser una bonita ilustración de una falacia lógica, las soluciones no serían demasiado difíciles. Eso sí, serían económicas y de cadena de suministro.

Referencia:

Mao W., Schuler M.A. & Berenbaum M.R. Honey constituents up-regulate detoxification and immunity genes in the western honey bee Apis mellifera, Proceedings of the National Academy of Sciences, DOI: 10.1073/pnas.1303884110

Las teorías científicas no son falsables

2013-04-30T12:03:00.000+02:00

Cuando hablamos de ciencia y, sobre todo, si la comparamos con lo que llamamos pseudociencia, tarde o temprano termina apareciendo el concepto de falsabilidad. Sin embargo, pocas veces se usa, según nuestro punto de vista, con propiedad. En efecto, no es raro encontrar expresiones del estilo de “es que esta teoría científica es falsable” o “las pseudociencias no son falsables”. Y esto, amable lector, carece de sentido. Vamos a verlo.

Los orígenes

El padre del falibilismo no fue otro que Charles Sanders Peirce. Peirce mantenía, simplificando mucho, que nuestros alegatos de conocimiento científico son invariablemente vulnerables y pueden resultar ser falsos. Desde su punto de vista no se puede afirmar que una teoría sea verdadera de forma categórica, sino tan sólo que tiene una cierta probabilidad de ser verdadera (en el sentido de que se corresponde con una realidad existente). [Véase Provisional y perfectible]

Karl Popper basó buena parte de sus posiciones en filosofía de la ciencia en Peirce, dando un paso más, eso sí. Popper siempre sostuvo una posición de escepticismo à la Hume respecto al problema de la inducción, a resultas de la cual llegó a afirmar que era imposible verificar o confirmar una teoría científica universal con ningún grado de probabilidad. Pero eso sí, podemosfalsarla, esto es, probar que es falsa. Un ejemplo puede sernos útil en este punto.

Si afirmamos que “todos los cuervos son negros”, para poder confirmar su veracidad tendríamos que encontrar y censar todos los cuervos que en el mundo son y verificar que, efectivamente, son negros. Algo que se nos antoja, si no estrictamente imposible, al menos muy complicado. Imaginemos ahora una afirmación que tenga que ver con la estructura de las estrellas tipo Sol: simplemente carecemos de los medios para poder verificar todas y cada una de ellas. Ahora bien, con que sólo encontremos un cuervo que no sea negro habremos probado que la afirmación, tal y como está formulada, es falsa. Es lo que los matemáticos llaman un contraejemplo y cuyo hallazgo juega un papel especialmente importante a la hora de dilucidar el paso a teoremas de las conjeturas cuando las demostraciones positivas se resisten.

Vemos pues que la falsabilidad puede llegar donde no puede llegar la prueba positiva. Por tanto, para Popper la frontera entre ciencia y no-ciencia está en la forma en la que las teorías científicas hacen predicciones comprobables y son desechadas cuando no pasan esas comprobaciones.

Aunque lo pueda parecer de aquí no se desprende que las teorías científicas sean falsables, en el sentido de que la falsabilidad sea una de sus características definitorias.

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Tiempo para leer (IV)

2013-04-26T16:00:00.000+02:00

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El cerebro de la venus hotentote por José R. Alonso en UniDiversidad

La historia de Sarah Baartman, un capitulo en la historia de la infamia. La cosificación de un ser humano en las muy civilizadas Inglaterra y Francia del siglo XIX.

El descubrimiento de los cuásares por Ángel R. López Sánchez en Naukas

Hasta los años 50 del siglo pasado ni se sabía que existían. Un recorrido por su descubrimiento que nos enseña además cómo funcionan en conjunto radioastronomía y astronomía óptica.

Lanzando pelotas en el interior de una nave espacial rotatoria por Sergio L. Palacios en El tercer precog

El maestro de la física que parece ficción pero es ciencia, Sergio Palacios, nos enseña qué pasa si nos ponemos a jugar a la pelota en una nave espacial rotatoria (visto desde fuera; lo que veríamos nosotros desde dentro se deja como ejercicio).

Queso de leche cruda y embarazo: una ecuación imposible por Jorge Ruiz en La margarita se agita

Una respuesta rápida a una embarazada y el patriotismo quesero dan lugar a una investigación con resultados muy interesantes.

¿Le importa a tu cerebro lo que comes? por Luis Navarro en Divulgare

La respuesta es que depende. ¿De qué depende? Para eso está este artículo. Los murciélagos al menos lo tendrán claro.

El principio de Fermat, los extraterrestres y el pelo en el pechete por Jose M Morales en El zombi de Schrödinger

Incalificable anotación, con unos magníficos gráficos y unas fotos de origen preocupante (por lo que dicen de la salud mental del autor). Se aprende mucho entre carcajada y carcajada.

Estimada Miriam: epítetos y fracking por Luis Blanco Urgoiti en Kimika

Lo más gráfico es decir aquello del ¡zas en toda la boca!, pero sería injusto. Si te interesa el tema del fracking y el medio ambiente aquí tienes información muy interesante. Por cierto, Blanco Urgoiti es abogado y como tal escribe.

¿Saben las cigarras matemáticas? por Rafael Medina en Diario de un copépodo

El título de la entrada es otro y es puramente anecdótico. Las cigarras estas se reproducen en ciclos que son números primos como estrategia de supervivencia. Y les debe funcionar porque son legión.

El teorema de los cuatro colores: la teoría de los cuatro colores al sevicio del coloreado de mapas por Miguel Ángel Morales en Gaussianos

Ahí está. Estupendamente explicado.

Los sedimentos del Diluvio por alaksandu666 en La ciencia y sus demonios

Hace un tiempo tuve una macrodiscusión (6 contra mi) en un foro evangelista norteamericano y este, precisamente, fue uno de los argumentos que usé para dejar un poco pensativos (no demasiado) a los literalistas bíblicos. Tratamiento desde la geología. Es muy, muy interesante.

Cuando el amarillismo no es necesario: la bacteria de las heces de Materia que desafía a los amos del petróleo

2013-04-25T12:44:00.000+02:00

Estos días, desde su aparición el pasado día 22, ha aparecido varias veces por mi cronología de Twitter una noticia publicada originalmente en Materia titulada “Una bacteria que vive entre heces desafía a los amos del petróleo” firmada por Manuel Ansede y que ha sido recogida por diversos medios como, por ejemplo, El Economista. La aparición en Twitter se debía o bien a que a alguien le parecía un gran logro, revolucionario, o a que a alguien no le terminaba de cuadrar. En todas las ocasiones he dejado clara mi opinión sobre ella: grandilocuente, amarillista, presta atención a detalles sin importancia (heces, vertidos en Níger) y no entra en otros más importantes (impacto medioambiental y económico) y sólo menciona un genérico "múltiples obstáculos", fácilmente interpretable por los conspiranoicos como referidos a los puestos por "los amos del petróleo" asaz desafiados.

Estaba considerando la posibilidad de escribir sobre el asunto cuando me he encontrado con un artículo en la Smithsonian Magazine de Joseph Stromberg que es, posiblemente, lo más cercano a la perfección que un químico industrial como yo puede pedir a un medio periodístico. Lo que sigue es una traducción del mismo, empezando con el titular; en negrita, algunas ideas-fuerza mías. Dejo al amable lector que saque sus conclusiones.

Post scriptum: José Cuesta (@inerciacreativa) nos señala que algo de esto ya ha aparecido en documentales de la BBC. ¿Y cómo es posible si este artículo apareció publicado el 17 de abril de este año? Pues muy fácil, porque otro equipo de Berkeley hizo algo similar en 2010. La principal diferencia estaba en el sustrato, en vez de ácidos grasos, celulosa. Se puede leer sobre este estudio aquí y aquí. A este respecto es interesante hacer notar que este resultado se publicó en Nature, fue financiado por Chevron, pero que la expansión de la planta piloto anunciada, curiosamente, también el 17 de abril, es para la producción de n-butanol.

Una bacteria E. coli modificada genéticamente ya puede sintetizar combustible diésel.

Durante las últimas décadas los investigadores han desarrollado biocombustibles a partir de una llamativa variedad de organismos (soja, maíz, algas, arroz e incluso hongos). Sin embargo, ya sea en la forma de etanol o de biodiésel, todos estos biocombustibles sufren de la misma limitación: han de ser refinados y mezclados con grandes cantidades de combustibles convencionales basados en el petróleo para que funcionen en los motores actuales.

Si bien este no es en absoluto el único problema actual de los biocombustibles, un nuevo enfoque de un grupo de investigadores de la Universidad de Exeter (Reino Unido) parece que podría resolver al menos este inconveniente en concreto de un plumazo. En un artículo publicado en los Proceedings of the National Academy of Sciences el equipo explica que ha modificado genéticamente una bacteria E. coli para producir moléculas que son intercambiables con las que están presentes en los combustibles diésel que ya se venden comercialmente. Los productos de esta bacteria, si se generasen a gran escala, podrían teóricamente ir directamente a los millones de motores de coches y camiones que usan diésel a nivel mundial, sin la necesidad de ser mezclado con diésel basado en petróleo.

El grupo, liderado por John Love, consiguió estos resultados mezclando y encajando genes de distintas especies bacterianas e insertándolos en la E. coli usada en el experimento. Cada uno de estos genes codifica enzimas concretas, por lo que cuando los genes se insertan en la E. coli, la bacteria adquiere la capacidad de sintetizar estas enzimas. Como resultado también gana la capacidad de realizar las mismas reacciones metabólicas que esas enzimas realizan en cada una de las especies bacterianas donantes.

Seleccionando y combinando cuidadosamente reacciones metabólicas los investigadores construyeron una ruta química artificial paso a paso. Usando esta ruta la E. coli modificada genéticamente fue capaz de absorber las moléculas de grasa de un caldo con alto contenido en ácidos grasos que llenaba la placa petri en la que crecía y se reproducía, convertirlas en hidrocarburos y excretarlos como producto de desecho.

Los hidrocarburos son la base de todos los combustibles basados en el petróleo, y las moléculas concretas que han conseguido que produzca la E. coli son las mismas presentes en los combustibles diésel comerciales. Hasta ahora sólo han producido cantidades minúsculas de este biodiésel bacteriano, pero si fuesen capaces de hacer crecer estas bacterias a gran escala y extraer su producción de hidrocarburos, tendrían diésel listo para usar. Por supuesto que aún queda por ver si el combustible producido de esta manera será capaz de competir en términos de coste con el diésel convencional.

Además, la energía nunca viene de la nada, y la energía contenida en este combustible bacteriano se origina en el caldo de ácidos grasos en el que creció la bacteria. Como resultado, dependiendo de la fuente de estos ácidos grasos, este nuevo combustible podría ser objeto de algunas de las mismas críticas que se hacen a los biocombustibles actualmente en producción.

Por ejemplo, está el argumento de que convertir alimentos (ya sea maíz, soja u otros cultivos) en combustible causa perturbaciones en el mercado de alimentos global, incrementando la volatilidad de los precios, tal y como reflejó un estudio de la ONU el año pasado. Además, si el objetivo de desarrollar nuevos combustibles es combatir el cambio climático, muchos biocombustibles se quedan enormemente cortos, a pesar de su imagen “verde”. Usar etanol hecho a partir de maíz (el biocombustible más usado en los Estados Unidos), por ejemplo, probablemente no sea mejor que quemar gasolina convencional en términos de emisión de carbono, y puede que de hecho sea peor, dada toda la energía que se emplea en el cultivo y su procesamiento para combustible.

El que este diésel a partir de bacterias sufra de estos mismos problemas depende en gran medida de la fuente de ácidos grasos que se termine usando para hacer crecer la bacteria a escala comercial: si proviene de un cultivo de potencial uso alimentario (digamos aceite de soja o de maíz) o si viene de una fuente de energía actualmente pasada por alto. Pero el nuevo enfoque ya tiene una ventaja importante: Solo los pasos necesarios para refinar otros biocombustibles para que puedan usarse en los motores ya emplean energía y generan emisiones de carbono. Eliminando estos pasos, el nuevo biodiésel podría ser una elección de combustible eficiente desde el comienzo.

Si te ha interesado puedes contribuir a la difusión de esta anotación votándola aquí.

Salvando a Arquímedes

2013-04-24T18:05:00.000+02:00

En el momento de la caída de Siracusa el general Marcus Claudius Marcellus fue muy consciente de que su victoria había requerido dos años de asedio gracias en buena medida a las máquinas de Arquímedes. Sin embargo, impresionado por la capacidad de aquel hombre, dio orden de que su vida fuese respetada, atribuyendo tanta gloria en la salvación de Arquímedes como en la derrota de Siracusa.

Pero ocurrió que un soldado que irrumpió en su casa espada en alto en busca de botín lo encontró sentado en el suelo, dibujando diagramas, completamente absorto. El soldado le preguntó que quien era, pues tenía orden de identificar a Arquímedes y llevarlo ante Marcellus en caso de encontrarlo, pero Arquímedes en vez de dar su nombre respondió Μὴ μου τοὺς κύκλους τάραττε (no molestes a mis círculos) algo que al romano le sonó muy diferente al “arkímedes” que hubiera identificado al único siracusano con inmunidad. La espada cayó y Arquímedes rodó muerto.

¡Mi general!

De Pernety levantó la vista de la carta que estaba releyendo para encarar a su ayudante de campo.

Sí, Balfour, ¿qué ocurre?
Las baterías acaban de tomar posiciones, señor. Listos para abrir fuego a la orden.
Bien, bien, Balfour, gracias. Por cierto, el teniente Servais habla alemán, ¿verdad?
Sí, señor, es de Aix-la-Chapelle, creo.
Haga que venga.

Es por ello mi general que me atrevo a pedirle este gran favor en nombre de la ciencia...

Desde que había alcanzado el generalato hacía unos meses Joseph Marie de Pernety había recibido algunas cartas pidiéndole favores, la mayoría recomendaciones de hijos y sobrinos que querían hacer carrera en el ejército. Pero aquella carta de la hija de Ambroise era extraordinaria. Y él había tomado la resolución de no ser un segundo Marcellus. Tomó una hoja de papel y comenzó a escribir.

¡Mi general! El teniente Servais.
Descanse, Servais. Tengo una misión para usted. Escoja a dos hombres de su confianza. En cuanto abramos brecha en la ciudad quiero que vayan a la dirección que está en este papel y encuentren a ese hombre. Deben retenerlo en su casa y protegerlo bajo cualquier circunstancia, hasta que llegue yo. No obedecen a nadie más que a mi. Responden con sus vidas. ¿Está claro?
¡Sí, señor!
Vaya pues. Lanzaremos el ataque inmediatamente, en cuanto amanezca. ¡Buena suerte!
¡Gracias, mi general!

El general y su ayudante observaron marcharse al joven teniente.

Espero por su bien que no falle.
Mi general, puedo preguntarle a quién ha de proteger.
A Arquímedes, Balfour, a Arquímedes. Y vámonos, que esta ciudad no caerá sola.

Así que usted es Arquímedes.
Bitte?
Servais, traduzca. Decía que usted es Arquímedes.
Yo sólo soy un matemático, excelencia. Y eso es lo que tengo en común con Arquímedes. Pero no entiendo este trato especial...¿Acaso su excelencia me conoce?
No antes de la carta de una amiga suya de París. Obviamente sé quien es Arquímedes, los artilleros de Metz estudiamos geometría, ¿sabe?
¿Amiga mía de París? Perdone, excelencia, pero no le entiendo. Yo no tengo amigas de París. Tengo varios corresponsales franceses por mi trabajo, eso sí, monsieur le Blanc, por ejemplo, o...
¿Cómo que no? Pues la hija de mi buen amigo Ambroise Germain, Sophie, le conoce bastante bien. En cualquier, caso, está usted a salvo y bajo la protección de la República Francesa. Servais y sus hombres se quedarán con usted hasta que se haya reestablecido el orden en la ciudad.
Muchas gracias, excelencia, pero sigo sin comprender...

III

[...tres meses después...]

Mi querida señorita Germain:

Pero cómo describirle mi admiración y asombro al ver que mi estimado corresponsal monsieur le Blanc se metamorfosea en este personaje ilustre que me ofrece un ejemplo tan brillante que sería difícil de creer. La afinidad por las ciencias abstractas en general y, sobre todo, por los misterios de los números es demasiado rara: lo que no es sorprendente ya que los encantos de esta ciencia sublime sólo se revelan en toda su belleza a aquellos que tienen el valor de comprenderlos. Pero cuando una persona del sexo que, según nuestras costumbres y prejuicios, debe encontrar infinitamente más dificultades que los hombres para familiarizarse con estos espinosos estudios, y sin embargo tiene éxito al sortear los obstáculos y penetrar en las zonas más oscuras de ellos, entonces sin duda esa persona debe tener el valor más noble, el talento más extraordinario y un genio superior. Realmente nada podría probarme de forma tan meridiana y tan poco equívoca que los atractivos de esta ciencia que ha enriquecido mi vida con tantas alegrías no son quimeras, que la predilección con la que usted la ha honrado. Quedo suyo afectísimo,

Carl Friedrich Gauss

Más información sobre Sophie Germain

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la Edición 4.123 del Carnaval de Matemáticas que alberga Eulerianos

Provisional y perfectible

2013-04-23T11:32:00.000+02:00

Estamos bombardeados a diario por multitud de datos de toda especie. En muchos casos de esos datos extraemos consecuencias y, posiblemente, actuemos de acuerdo con ellas. Por mucho que nos guste pensar que de unos datos sólo se pueden extraer unas conclusiones, el hecho cierto es que la forma en que los datos se presentan (o son presentados) pueden hacernos llegar a unas conclusiones muy diferentes. En este fenómeno intervienen casi siempre nuestros sesgos cognitivos y, quizás, que no tengamos muy claros algunos elementos de lógica elementales.

En alguna ocasión ha habido quien ha despotricado sobre el abuso del condicional y del subjuntivo en los textos científicos sin entender que de ningún estudio puede sacarse una conclusión tajante: en el mejor de los casos sólo altas probabilidades. Y es que ni el razonamiento deductivo, tan querido por Sherlock Holmes, ni el inductivo, usados ambos ampliamente en ciencia, pueden darnos esta certeza*.

Habrá a quien le llame la atención la afirmación de que no se puede extraer certeza razonando deductiva o inductivamente en ciencia. Para intentar explicar qué queremos decir partamos de un ejemplo muy simple: tenemos en un matraz un líquido incoloro transparente. Sí queremos averiguar si es agua podemos hacer un experimento muy sencillo: medimos a qué temperatura hierve. Entonces razonamos de la siguiente forma:

a) Si es agua entonces hervirá a 100 ºC

b) hierve a 100 ºC

c) por tanto, es (probablemente) agua

Esto es lo que se llama razonamiento confirmatorio. En general, cuando basamos nuestras predicciones en una hipótesis, y esas predicciones resultan ser correctas, ello nos da al menos cierta idea de que nuestra hipótesis puede ser válida. Luego volveremos a esto.

Paralelamente, cuando hacemos predicciones basadas en una hipótesis concreta y esas predicciones resultan no ser correctas, tomamos este resultado como indicativo de que la hipótesis tampoco lo es. A esto se le llama razonamiento disconfirmatorio. En nuestro ejemplo,

a) Si es agua entonces hervirá a 100 ºC

b') hierve a 101,5 ºC

c') por tanto, no es agua

Hasta aquí todo parece trivial. Aunque puede que no sea tan fácil. Veamos.

Continúa leyendo en el Cuaderno de Cultura Científica

Tiempo para leer (III)

2013-04-19T16:00:00.000+02:00

Todas las semanas se publican decenas de entradas interesantes. Algunas ameritan de más tiempo para disfrutarlas, para la reflexión. Necesitan de tiempo para leer.

10 prácticas de salud erróneas en España por Esther Samper en MedTempus

Apuesto a que al menos hay una que sueles hacer tú en este listado.

De semillas, bioterrorismo o como salvar a la élite por Rosa Porcel en La ciencia de Amara

De cómo el preservar semillas puede ser confundido con una conspiración para salvar a las élites mundiales.

Alometrías por doquier por Juan Ignacio Pérez en Naukas

El tamaño importa.

Cristóbal Colón y la Tierra con un pezón por Milhaud en Recuerdos de Pandora

Que la Tierra es esférica se sabe desde Aristóteles y es un conocimiento común entre las clases ilustradas que en el mundo han sido. Colón, sin embargo, llegó a pensar que lo mismo no era exactamente así.

¿Desaparecerán los lagos de Titán en el futuro? por Daniel Marín en Eureka

Los lagos de Titán están formados por hidrocarburos ligeros. Es posible que uno de éstos esté desapareciendo por la acción del sol.

Vivir rápida o lentamente por Juan Ignacio Pérez en La naturaleza humana

La aplicación de la teoría ecológica de los ciclos de vida a poblaciones humans explicaría la variabilidad de la edad a la que se tiene el primer hijo, por ejemplo, en función de la peligrosidad de la zona en la que se vive.

Ernest Lawrence y los inicios de la Gran Ciencia (I y II) [Premio ED] por Laura Morrón en Los Mundos de Brana

Todos hemos oído hablar del LHC de Ginebra. Laura Morrón nos narra magistralmente en dos partes el comienzo de los aceleradores de partículas y la biografía de uno de sus padres. Estas entradas han sido merecedoras del Premio ED.

Girobuses: cuando recargaban autobuses "dándoles cuerda" por José Luis Blanco en Ciencia explicada

Cuando creías que lo habías visto todo para hacer el transporte público menos contaminante, José Luis Blanco nos cuenta que hace más de 50 años les daban cuerda a los autobuses.

En busca de las luces del Norte (II) por Paco Bellido en El beso en la Luna

Paco Bellido combina como nadie conocimientos de astronomía, arte, historia y fotografía. Además de eso es, junto a su inseparable Lola Vázquez, un viajero incansable y un narrador más que competente. En su último viaje se ha ido a cazar auroras a Islandia.

L-carnitina, microbioma y cardiopatías

2013-04-18T09:30:00.000+02:00

Los bacteroides predominan en los microbiomas digestivos de personas con dietas ricas en grasas y proteínas animales. | Fuente: Wu et al (2011) "Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes" Science doi:10.1126/science.1208344 | Imagen: Bacteroides biacutis (Wikimedia Commons)

En lo que sigue vamos a hablar de la relación que parece existir entre una molécula y la arterioesclerosis. Pero antes de entrar en materia me gustaría dejar clara una cosa que solemos olvidar en nuestro afán por reducir las informaciones a titulares, si no a eslóganes: Las personas consumimos alimentos, no nutrientes, y los ingerimos dentro de un patrón dietético, en el marco de un estilo de vida y unos condicionantes genéticos. Centrarse sólo en un nutriente aislado no dice nada sobre el riesgo que una persona en concreto pueda tener de sufrir una enfermedad cardiovascular.

Un equipo de investigadores encabezado por Robert Koeth, de la Clínica Cleveland (EE.UU.), ha encontrado que la L-carnitina favorecería la aparición de arterioesclerosis (el endurecimiento y la obstrucción de las arterias). La L-carnitina es un compuesto abundante en las carnes rojas y que se sintetiza en el hígado, riñones y encéfalo, además de ingerirse como suplemento alimenticio y aparecer en la composición de algunas populares “bebidas energéticas”. El metabolismo de la L-carnitina que provocaría el problema tiene lugar por parte de la flora bacteriana característica del individuo. Los resultados se publican [1] en Nature Medicine.

Las bacterias que viven en el el tracto digestivo humano metabolizarían la L-carnitina convirtiéndola en N-óxido de trimetilamina (TMAO, por sus siglas en inglés), un metabolito que estos mismos investigadores ya describieron en 2011 [2] como ligado al desarrollo de arteriosclerosis en humanos. No sólo eso, sino que la ingesta de L-carnitina en grandes cantidades podría estar poniendo en marcha un círculo vicioso promoviendo la proliferación de las bacterias que metabolizan la L-carnitina, lo que conlleva una mayor producción de TMAO.

Los investigadores examinaron los efectos cardíacos de una dieta rica en L-carnitina en ratones normales comparándolos con ratones con la flora intestinal suprimida. De estos ensayos se extrajo la conclusión de que TMAO altera el metabolismo del colesterol a múltiples niveles, lo que explicaría cómo favorece la arteriosclerosis.

Durante la investigación se comprobaron los niveles de L-carnitina y TMAO en personas omnívoras (comen de todo), vegetarianos (se abstienen de comer carne pero admiten leche y derivados, huevos o miel) y veganos (o vegetarianos estrictos, que no ingieren nada de origen animal) y se examinaron los datos clínicos de 2595 pacientes sometidos a exámenes cardíacos.

Del análisis de estos datos los investigadores encontraron que los niveles altos de L-carnitina en los pacientes predecían los riesgos de enfermedad cardiovascular y episodios cardíacos graves (ataque al corazón, etc.) pero sólo en aquellos sujetos que a la vez tenían altos niveles de TMAO.

Además pudieron determinar que tipos de microbios digestivos concretos (determinados por análisis taxonómicos de muestras de heces) estaban asociados tanto a los niveles de TMAO en plasma como a los patrones dietéticos, y que los niveles base de TMAO eran significativamente menores entre veganos y vegetarianos que en omnívoros. Un dato adicional tremendamente significativo es que los veganos y vegetarianos tras consumir grandes cantidades de L-carnitina no produjeron cantidades significativas del metabolito microbiológico TMAO, mientras que los omnívoros que consumieron la misma cantidad sí lo hicieron.

Las bacterias que viven en nuestro sistema digestivo dependen de qué comemos, las que mejor alimentemos más proliferarán. Una dieta rica en L-carnitina cambia nuestro microbioma digestivo de manera que las bacterias que usan L-carnitina son más abundantes. De aquí se deduce que las personas que suelen comer carnes rojas, suplementos de L-carnitina o bebidas energéticas enriquecidas en este compuesto, son más susceptibles de estar produciendo TMAO y, por consiguiente, de estar favoreciendo la aparición de la arterioesclerosis y cardiopatías asociadas. Por otra parte las personas que no consumen esos productos en general, veganos y vegetarianos en particular, habrían reducido la capacidad de su microbioma de sintetizar TMAO a partir de L-carnitina, lo que podría estar en el origen de los beneficios cardiovasculares de estas dietas (y no en la ausencia de grasas saturadas y colesterol como suele creerse).

Finalmente una nota al consumidor de suplementos alimenticios de y bebidas energéticas enriquecida en L-carnitina: La L-carnitina no es un nutriente esencial. Esto quiere decir que no nos hace falta ingerirlo. Nuestro cuerpo sintetiza todo el que nos hace falta. Con ello en mente y teniendo en cuenta lo que hemos visto más arriba, y aún a sabiendas que hace falta más investigación para confirmar la salubridad del consumo crónico de suplementos de L-carnitina, ¿aún te quedan ganas de tentar la suerte?

Nota: Jorge Ruiz, de la Universidad de Extremadura, pone en nuestro conocimiento este texto de Chris Masterjohn: Does carnitine from read meat contribute to heart disease through intestinal bacterial metabolism to TMAO? En él se critica la metodología empleada en los estudios aquí expuestos, centrándose especialmente en la singularización (injustificada) de la carne roja como fuente de L-carnitina. Si bien nosotros hemos intentado centrarnos en el proceso metabólico, obviando en lo posible el tema de las fuentes de L-carnitina, dejamos constancia de este texto para los interesados en profundizar en el tema.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en el XXIII Carnaval de Biología, edición especial micro-BioCarnaval que patrocina la SEM (categoría d), que organiza Micro Gaia; y en la III Edición del Carnaval de la Nutrición que organiza Scientia.

Referencias:

[1] Koeth R.A., Wang Z., Levison B.S., Buffa J.A., Org E., Sheehy B.T., Britt E.B., Fu X., Wu Y. & Li L. & (2013). Intestinal microbiota metabolism of l-carnitine, a nutrient in red meat, promotes atherosclerosis, Nature Medicine, DOI: 10.1038/nm.3145

[2] Wang Z., Klipfell E., Bennett B.J., Koeth R., Levison B.S., DuGar B., Feldstein A.E., Britt E.B., Fu X. & Chung Y.M. & (2011). Gut flora metabolism of phosphatidylcholine promotes cardiovascular disease, Nature, 472 (7341) 57-63. DOI: 10.1038/nature09922

El primer artículo de Chandra

2013-04-17T10:19:00.000+02:00

En las biografías del que fuese premio Nobel en física en 1983, Subrahmanyan “Chandra” Chandrasekhar, suele mencionarse que escribió un artículo científico antes de acabar sus estudios de grado en el Presidency College de Madrás (India). Lo que no se suele contar tanto es la historia de ese artículo. Una historia con dos héroes de la ciencia, que aparte de excelentes científicos, fueron profesores y maestros superlativos y, quizás por ello, casi invisibles por el brillo de los alumnos que contribuyeron a formar.

El artículo en cuestión se titula “The Compton Scattering and the New Statistics” y fue publicado en 1929. Las “new statistics” hacen referencia a las estadísticas cuánticas de Fermi-Dirac (las que obedecen los fermiones como el electrón; los bosones siguen la de Bose-Einstein) y eran lo último de lo último en la física teórica de la época. ¿Cómo un jovenzuelo sin acabar los estudios y en la India podía publicar un artículo así? En primer lugar gracias a su talento, pero también gracias a la vuelta al mundo de Arnold Sommerfeld, a su generosidad, y a la altura de miras de Ralph Fowler.

Continúa leyendo en el Journal of Feelsynapsis #9 (de hecho, puedes leer la revista entera gratuitamente y descargártela en varios formatos, también gratis)

Incompletitud y medida en física cuántica (y VIII): esperando a Didinberg

2013-04-16T11:04:00.000+02:00

A lo largo de estas semanas hemos explorado muy someramente la teoría cuántica. Hemos descubierto que lo que la diferencia más característicamente de la física clásica es la superposición de estados (I) y que las implicaciones de esta característica llevan a conclusiones tan extrañas que provocaron que algunos, notablemente Einstein, afirmaran que la teoría no era completa (II). Bell nos enseñó que si la teoría no era completa entonces debíamos renunciar a la localidad (III). El problema de la posible incompletitud de la física cuántica, y el de la medida asociado, lleva a cómo interpretar los experimentos y las matemáticas que tan bien los describen. El experimento mental del gato de Schrödinger (IV) sirvió de piedra de toque para diferenciar las interpretaciones estándar de Copenhague (V), de las que niegan el colapso de la función de onda (VI) o de metateorías que toman las matemáticas como expresión literal de la realidad (VII).

¿Qué conclusión sacar de todo ello? Las implicaciones de la física cuántica afectan a los cimientos mismos de nuestro conocimiento del universo; pero de una forma tan fundamental que es mucho más que el principio de indeterminación citado habitualmente. La principal conclusión es que nos hemos de plantear si la realidad puede ser conocida (una respuesta rápida, del tipo “por supuesto que sí”, estaría más basada en prejuicios filosóficos que en hechos).

Estas conferencias me han mostrado muy claramente la diferencia entre Roger [Penrose] y yo. Él es un platonista y yo soy un positivista. A él le preocupa que el gato de Schrödinger esté en un estado cuántico, en el que está medio vivo y medio muerto. Siente que eso no se pude corresponder con la realidad. Pero eso no me preocupa a mi. Yo no requiero que una teoría se corresponda con la realidad porque yo no sé lo que es eso. La realidad no es una cualidad que puedas comprobar con papel de tornasol. Mi única preocupación es que la teoría debería predecir los resultados de las mediciones. La teoría cuántica tiene mucho éxito en esto. Predice que el resultado de una observación será un gato muerto o un gato vivo. Es como que no puedes estar ligeramente embarazada: lo estás o no.

Stephen Hawking en The Nature of Space and Time (1996) por Stephen Hawking y Roger Penrose [traducción propia].

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Tiempo para leer (II)

2013-04-12T16:00:00.000+02:00

Todas las semanas se publican decenas de entradas interesantes. Algunas ameritan de más tiempo para disfrutarlas, para la reflexión. Necesitan de tiempo para leer.

Neurocriminales por José R. Alonso en Unidiversidad

¿Puede detectarse la futura acción criminal de un sujeto en un estudio de la actividad encefálica? ¿Debería intervenirse preventivamente? Y de hacerlo, ¿cómo? Interesantísimo artículo.

¿Puede la ciencia explicarlo todo? por Jesús Zamora en A bordo del Otto Neurath

Jesús comparte con nosotros un artículo que publicó en "Investigación y Ciencia" en el que reflexiona sobre los límites de la capacidad explicativa de la ciencia. Una invitación a la reflexión.

Ernest Lawrence y los inicios de la gran ciencia (I): el ciclotrón por Laura Morrón en Los mundos de brana

La gran ciencia es esa e la que hay que invertir ingentes cantidades de dinero para poder construir los dispositivos experimentales; pero también es grande porque nos permite conocer las intimidades de la materia y, además, obliga a un desarrollo tecnológico de enormes aplicaciones. Laura nos cuenta la vida y milagros de la persona que empezó todo.

Stern y Gerlach - El experimento que cambió el curso de la física por Germán Fernández en El neutrino

A pesar de tener más de 90 años el experimento de Stern y Gerlach es muy poco conocido fuera del mundo de la física y aledaños y, sin embargo, como dice el título del artículo, es de una importancia enorme para comprender cabalmente la mecánica cuántica. Germán hace un trabajo estupendo explicando en qué consiste para no iniciados.

Señoras y señores, con todos nosotros: La Vida por Enrique F. Borja en Cuentos Cuánticos

¿Cómo surgió la vida? Pues no se sabe a ciencia cierta. Enrique nos presenta los criterios básicos para poder entender el galimatías de teorías al respecto. Clarificador.

Una docena de números para acercarnos a la matemáticas por Igor Campillo en Una docena de

Doce números, su importancia y su belleza. Algunos con formas raras. Un artículo que Igor ha hecho muy ameno, interesante y con muchas curiosidades.

El futuro de la conquista del espacio según Rusia por Daniel Marín en Eureka

Mientras la NASA lo está pasando regular con los recortes de presupuesto, los rusos siguen a lo suyo. Daniel nos lo explica.

Como funciona Clarity, la técnica que vuelve transparente un encéfalo por Francisco Villatoro en La ciencia de la mula Francis

El vídeo de Clarity ha dado la vuelta al Internet científico varias veces en esta semana. Francis va un paso más allá y nos explica el fundamento de la técnica de manera muy accesible.

Los trucos del cáncer por Sophie en Mondo Medico

¿Qué es el cáncer? Tenemos la sensación de que pocas personas podrían dar una respuesta cabal a esta pregunta. En esta entrada vemos qué hacen las células cancerígenas de forma diferente a las sanas y por qué ese comportamiento puede poner en peligro nuestra vida. Sophie consigue hacer muy fácil cosas que habitualmente son difíciles de explicar al no versado en biología celular.

Explicando la materia oscura a un estudiante de derecho (o a cualquiera que no sea astrofísico) en Astrofísica con sal y pimienta

Hay quien duda de la existencia de la materia oscura. Cuanto menos física se sabe, más se duda. Ello puede ser porque somos una especie muy visual y los astrofísicos nos cuentan que eso no se puede ver. Hay muchas cosas que no se ven y que, a pesar de ello, aceptamos sin problemas, sólo necesitamos una buena explicación. Esto es lo que ofrece este artículo, una explicación accesible para el lector curioso interesado.

El apocalipsis zombi es cuestión de decimales por Arturo Quirantes en Zientzia

Relato fantástico y muy entretenido en el que, de propina y sin darte cuenta, aprendes qué es el teorema de bayes.

La leche de Gandalf y la inmovilización química del colesterol por Jose lópez Nicolás en Scientia

En el universo fantástico de Jose-sauron los orcos-ciclodextrinas consiguen hacer de las suyas con un miembro importante de la comunidad del anillo. Frikismo y maestría divulgativa para explicar resultados de investigación en bioquímica.

Mala neurociencia

2013-04-11T10:00:00.000+02:00

significant / xkcd

La neurociencia genera titulares casi todos los días. Cada vez que se publica un nuevo estudio aparece alguna correlación interesante que tiene que ver con cómo pensamos, cómo recordamos, cómo percibimos o cómo nos deterioramos. Hemos de ser conscientes de que el famoso paso de los resultados de investigación al titular conlleva en buena parte de los casos una simplificación extrema y una elevación al absoluto que no se corresponde con lo afirmado en el artículo técnico, cuando no una manifiesta deformación torticera. Pero no todos los problemas son atribuibles a la prensa: buena parte de la investigación en neurociencia podría ser considerada mala ciencia.

Veamos un ejemplo para ilustrar lo que queremos decir. Imaginemos que queremos comprobar que una determinada variable externa se corresponde con la actividad de determinada área cerebral. Por ejemplo, que la visión de fotos de rostros conocidos provoca la activación de determinadas áreas cerebrales. Diseñamos el experimento cuidadosamente: corregimos por belleza de los rostros, sexo, edad, etnia, relación con el sujeto y cualquier variable que se nos ocurra. Al final nos decantamos por una colección de fotos seleccionadas de 24 actores de Hollywood y 67 personas anónimas no relacionadas con ningún sujeto. En paralelo, hemos solicitado voluntarios entre los estudiantes de nuestra universidad y hemos solicitado tiempo en el aparato de resonancia magnética del hospital universitario. Dados todos los condicionantes, haremos el experimento finalmente con 9 chicos y 12 chicas.

Hecho nuestro experimento, publicamos un artículo que afirma que “en el 55% de los varones y el 42% de las mujeres se aprecia una activación del área XYZ del orden del 7% mayor cuando se ven rostros conocidos”. Posteriormente aparece un titular en la nota de prensa de la universidad que dice: “Ver a Scarlett Johansson activa el área XYZ en los chicos pero no en las chicas” que se traduce en Ciencia Muy Guay por “Hallada el área del cerebro de la atracción sexual”.

De acuerdo que exageremos algo (tampoco mucho), pero el hecho cierto es que no se puede sacar ninguna conclusión de un experimento así. Lo hemos repetido muchas veces aquí diciendo que los resultados son preliminares y deben ser reproducidos. Pero, la cuestión es que esta falta de relevancia estadística, la pequeñez de las muestras, hace que muchos resultados en neurociencia estén en cuestión permanente. Lo único que nos hacía falta es que alguien midiese hasta qué punto esto es así, que alguien empezase a medir la gravedad del problema. Esto es lo que ha hecho Katherine Button, de la Universidad de Bristol (Reino Unido), encabezando a un equipo de colaboradores que han publicado sus resultados en Nature Reviews Neuroscience.

Button y sus colegas revisaron 48 artículos con meta-análisis (estudios que extraen conclusiones a partir de varios estudios similares sobre un mismo asunto, en esto caso cada uno de los 48 analizaba entre 24, el que menos, y 71 estudios, el que más) en neurociencia publicados en 2011 y concluyeron que la mayoría tenían una potencia estadística de alrededor del 20%. Y esto, ¿qué significa? Pues, ni más ni menos, que el estudio promedio tenía una probabilidad de descubrir el efecto objeto de investigación de 0,2 (siendo 1 la certeza absoluta de que lo va a detectar).

Y, ¿qué es lo que causa esta potencia estadística tan baja? Pues lo que era esperable: muestras muy pequeñas y efectos investigados muy pequeños. Hay estudios neurocientíficos que informan de mecanismos muy complejos con muy pocos sujetos y efectos estudiados que suponen variaciones porcentualmente muy pequeñas en las variables medidas, variables que pueden recoger fácilmente ruidos estadísticos varios que den lugar a confusiones. Nuestro ejemplo anterior recoge ambos problemas.

Una consecuencia de todo ello es que cuando se anuncia que se ha hecho un descubrimiento en neurociencia basado en un solo estudio lo más probable es que sea falso o engañoso.

Button et al. afirman que existen pruebas suficientes como para aseverar que:

los estudios pequeños y de baja potencia estadística son “endémicos” en neurociencia
una proporción grande de la investigación publicada en las revistas científicas podría ser poco fiable;
el número de hallazgos está exagerado ya que los estudios pequeños dan más resultados positivos que los grandes de forma consistente (lo que es especialmente cierto en los estudios que usan herramientas genéticas, técnicas de imagen o animales)

Y, ¿qué se puede hacer para remediar esta situación? Lo primero sería facilitar la reproducibilidad de los resultados, lo que implica transparencia metodológica por parte de los investigadores, y aumentar los tamaños de muestra de forma significativa, lo que hoy día implica colaboración. Los investigadores proponen cinco acciones:

a) Antes de realizar un experimento es conveniente calcular de la potencia estadística del mismo: se puede usar la literatura existente para estimar qué tamaño de muestra es necesario para investigar un determinado efecto.

b) Transparencia en la exposición de métodos y resultados: sobre todo si no se encuentra nada hay que decirlo así. Los resultados negativos no publicados distorsionan los datos.

c) Pre-registro del protocolo de estudio y el plan de análisis: así se alientan los dos puntos anteriores y se evita la tentación de la elaboración creativa de datos o de informar sólo de algunos resultados. Un medio para hacerlo es Open Science Framework.

d) Disponibilidad de los materiales de estudio y de los datos sin elaborar: facilita la replicación y la extensión de los estudios.

e) Trabajar colaborativamente para incrementar la potencia y la replicabilidad de los estudios: la combinación de datos incrementa el tamaño de muestra, minimizando el trabajo.

Estas son propuestas. Mientras no vayan calando habrá que tomarse con dosis habitual de escepticismo los resultados publicados.

Referencia:

Button K.S., Ioannidis J.P.A., Mokrysz C., Nosek B.A., Flint J., Robinson E.S.J. & Munafò M.R. (2013). Power failure: why small sample size undermines the reliability of neuroscience, Nature Reviews Neuroscience, DOI: 10.1038/nrn3475

Tres modelos atómicos que quizás no conocías

2013-04-10T12:06:00.000+02:00

Este año se cumple el centenario del modelo atómico de Bohr. Es el que todavía hoy, a pesar de ser incompatible con principios básicos de la física cuántica, como el de incertidumbre, se sigue explicando para introducir a los estudiantes en el mundo cuántico. Curiosamente, en los libros de texto tan sólo se mencionan dos modelos atómicos anteriores al de Bohr: el de Thomson y el de Rutherford; y esto es de una sobresimplificación alarmante.

Leyendo la descripción habitual, a saber,

modelo de Dalton => descubrimiento del electrón => modelo de Thomson => experimentos de Geiger y Marsden => modelo de Rutherford => física cuántica v 1.0 => modelo de Bohr

a uno le queda la sensación de que el desarrollo del modelo de Bohr es algo lineal y que todo se deduce de lo anterior de manera lógica, sólo con esperar el experimento o la idea adecuada. Y esto no es así. Para ilustrarlo vamos a conocer sólo tres de los modelos atómicos sugeridos antes del modelo de Bohr (hay varios más). Cada uno tiene su lógica y su fundamento; todos, o bien pasaron desapercibidos o tuvieron vidas breves, habida cuenta de la rapidez con la que descubrían nuevas leyes y se realizaban más experimentos.

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Incompletitud y medida en física cuántica (VII): universos paralelos

2013-04-09T10:04:00.000+02:00

De las interpretaciones de la mecánica cuántica, unas hablan del colapso de la función de la función de onda, otras de la existencia de variables ocultas, todas teniendo que explicar los mismos hechos experimentales. En entregas anteriores de esta serie hemos visto cómo afrontan el problema de la medida y en qué sentido son completas algunas interpretaciones significativas. Para introducir el concepto que vamos a abordar hoy, la teoría de los universos paralelos, permítaseme la licencia de emplear dos símiles, uno legendario y el otro fantástico, para ponerlo en perspectiva de inicio.

Nuestro símil legendario será el nudo gordiano: el carro del antiguo rey Gordias tenía atado el yugo con un nudo tan intrincado que nadie había sido capaz de desatarlo. Cuando en el siglo IV antes de la era común Alejandro de Macedonia, llamado el magno, conquistó Frigia (en la actual Turquía) y se encontró con el carro, intentó deshacer el nudo. La dificultad estaba en que el nudo no tenía cabos visibles así que, ni corto ni perezoso, sacó su espada y generó los cabos que necesitaba para deshacer el nudo. Ante su hazaña todos quedaron extasiados y el mismo Zeus dio su aprobación en forma de tormenta: tanto monta cortar que desatar (incidentalmente, de aquí viene el lema y símbolo del yugo de Fernando el Católico).

La interpretación de la superposición de la función de onda es un nudo gordiano. ¿En qué consistiría cortarlo? Por una parte, en no renunciar al realismo, es decir, no vivir en un mundo de variables desconocidas/inexistentes hasta que se midan (interpretaciones de Copenhage); y, por otra, prescindir de la existencia de variables ocultas (de Broglie-Bohm y similares). Hugh Everett adopta el papel de Alejandro y su teoría de los universos paralelos sería la espada.

Pero antes de entrar en algunos detalles conviene tener claro un aspecto fundamental de la teoría de los universos paralelos: no es una interpretación de la mecánica cuántica; esto es, siempre y cuando la mecánica cuántica y la función de onda por ella descrita sean lineales (y no hay de momento evidencia experimental que indique que no lo sean).

Para entender qué queremos decir será de utilidad nuestro segundo símil que, como habíamos dicho, es fantástico: los Anillos de Poder y el Anillo Único de “El Señor de los Anillos” de Tolkien. Los Anillos de Poder son anillos creados por los Mírdain (altos herreros élficos) en el comienzo de la Segunda Edad del Sol. Estos anillos tenían la particularidad de poseer grandes poderes incorporados por sus creadores con el objetivo de preservar la vida en la Tierra pero fueron todos corrompidos por Sauron el Maia, pues él contribuyó a crearlos con el fin de someter a todos los pueblos de la Tierra Media. Para ese control creó el Anillo Único que, entre otros poderes, otorgaba a su portador la invisibilidad, alargar su vida y entender otras lenguas, tres cosas que experimentó el hobbit Bilbo Bolsón.

Si las interpretaciones de la mecánica cuántica son los Anillos de Poder, la teoría de los universos paralelos de Everett es como el Anillo Único, en el sentido de que hace afirmaciones acerca de las interpretaciones de la mecánica cuántica. No es pues una interpretación, sino una teoría. En palabras del propio Everett es el “único enfoque completamente coherente para explicar tanto los contenidos de la mecánica cuántica como la apariencia del mundo”, esto es, técnicamente, una metateoría que permite entender otras lenguas. O, como ha dicho repetidamente David Deutsch, considerar la teoría de los universos paralelos como una interpretación “sería como referirse a los dinosaurios como una interpretación del registro fósil”.

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Químicos modernos: Fritz London, la química se hace cuántica (I)

2013-04-07T18:18:00.001+02:00

La concesión de la prestigiosa beca Guggenheim en 1926 le dio la oportunidad a Linus Pauling de visitar Europa y trabajar con Bohr en Copenhague, con Sommerfeld en Múnich, y con Schrödinger en Zúrich. Fue en Suiza donde coincidió con Fritz London, un joven filósofo cuyo interés en la mecánica cuántica le había llevado a realizar estudios postdoctorales con Sommerfeld. Pauling también discutiría extensamente de mecánica cuántica con Walter Heitler, que estaba haciendo su doctorado con Herzfeld pero en estrecho contacto con Sommerfeld. Es comprensible la sorpresa que se llevó Pauling al enterarse al año siguiente de que Heitler y London eran los autores del primer tratamiento mecanocuántico de un sistema químico: ninguno de los dos le había dicho nada de su trabajo en común. Años más tarde el propio Pauling describiría el acontecimiento como “la mayor contribución a la concepción química de valencia” desde la introducción del par compartido por Lewis en 1916.

Heitler, Pauling, Ava Pauling, London. Múnich, 1927

Fritz London nació en 1900 en Breslau en el seno de una próspera y cultivada familia germano-judía. Su padre era profesor de matemáticas en Breslau (después lo sería en Bonn) y su madre era la hija de un fabricante de tejidos. London recibiría una educación clásica en Bonn lo que alimentaría su interés por la filosofía. Estudió esta disciplina en Bonn, Frankfurt y Múnich. Con sólo 21 años recibió un doctorado (summa cum laude) por la universidad de Múnich tras presentar una tesis espectacular: sin supervisión alguna, había elaborado toda una presentación de la teoría del conocimiento basada en el lenguaje simbólico y los métodos desarrollados por Peano, Russell y Whitehead. Sólo lo presentó como trabajo de doctorado después de que Pfander los leyese tras que se lo mandase para comentarios y éste le animase a ello.

Las querencias filosóficas son detectables en todo el trabajo de London, caracterizado por una búsqueda constante de los principios generales y la exploración concienzuda de las bases lógicas de los temas elegidos. Nunca fue un mero calculista. Así, por ejemplo, en 1939 publicó con Ernst Bauer una breve monografía (en francés) sobre la teoría de la medida en mecánica cuántica.

Durante los tres años posteriores a la presentación de su tesis, London escribiría dos artículos filosóficos más y se ganaría la vida como profesor de instituto en varios lugares de Alemania. Pero sus intereses iban concretándose y en 1925 toma la decisión de volver a Múnich para trabajar en física teórica con Sommerfeld. Tras este período trabajaría con Ewald en Stuttgart y en Zúrich y en Berlín con Schrödinger.

En 1933 la persecución nazi llevó al judío London a abandonar Alemania. Pasaría dos años en Oxford y otros dos en Paría en el Institut Henri Poincaré. Finalmente, en 1939, aceptó el puesto de profesor de química teórica (no en el sentido actual; el equivalente hoy sería química física) universidad Duke en Estados Unidos, donde permanecería hasta su muerte.

Entre 1925 y 1934 los intereses de London se centraron en la espectroscopía y en la nueva mecánica cuántica, especialmente aplicadas al estudio y caracterización del enlace químico. En 1927, como vimos, Heitler y London produjeron su tratamiento mecanocuántico de la molécula de hidrógeno.

Su problema era calcular la energía de la molécula de hidrógeno en la que dos electrones se mantienen unidos a dos protones. Si los núcleos estuviesen muy alejados la energía del sistema sería esencialmente la de dos átomos de hidrógeno separados, y sólo habría que considerar la interacción entre un electrón y un protón. Pero cuando los núcleos están próximos hay que considerar cuatro interacciones. Usando teoremas matemáticos que lord Rayleigh había desarrollado para estimar la energía mínima de una campana, Heitler y London pudieron ignorar el espinoso problema de la distribución efectiva de los electrones. La demostración de Heisenberg de que los electrones son indistinguibles (resonancia) les permitió hacer más simplificaciones.

Con todas estas aproximaciones consiguieron una expresión lo suficientemente simple de la ecuación de onda del hidrógeno de forma que la ecuación de Schrödinger todavía fuese manejable.. la solución arrojaba valores de la energía de enlace increíblemente próximos a los obtenidos experimentalmente a partir de estudios espectroscópicos.

Cuando hoy día lees un libro de texto que trate del enlace químico sólo encontrarás, si acaso, el nombre de Pauling. Incluso en los textos de química física el desarrollo de Heitler y London aparece anónimamente. No sólo eso, en algunas historias de la química la teoría del enlace parece una creatio ex nihilo de Pauling. Sabemos que no fue así y quizás, también, intuyamos por qué Heitler y London decidiesen no anticipar nada de su trabajo a Pauling.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XXIV Edición del Carnaval de Química que acoge el blog El zombi de Schrödinger

Tiempo para leer (I)

2013-04-05T16:43:00.000+02:00

Todas las semanas se publican decenas de entradas interesantes. Algunas ameritan de más tiempo para disfrutarlas, para la reflexión. Necesitan de tiempo para leer.

¿Qué es un átomo? por Luis Salvatella en Moléculas a reacción

Ha llegado la hora de desatomizar la química. Un estupendo artículo divulgativo con un mensaje a todos los profesionales de la química: el concepto de átomo, a efectos prácticos, es irrelevante.

La materia oscura y la estación espacial internacional por Daniel Marín en Eureka

Un exceso de positrones detectados por un detector de la EEI podría contener las claves de la materia oscura, o no.

Imagen del principio del universo (I) y (II) por Pedro J. Hernández en Naukas

Los resultados de Planck nos revelan una imagen del universo de una claridad desconocida. Una magnífica puesta en contexto en dos partes.

Los osos polares que se volvieron pardos a base de polvos por Rafael Medina en Diario de un Copépodo

Una reflexión invertebrada sobre los conceptos de especie.

Teoría de la mente por Pere Estupinyà en Apuntes científicos desde el MIT

“...nuestros pensamientos y decisiones son fruto de una actividad neuronal, y que en realidad la personalidad y sensación de identidad son una ilusión generada por nuestro cerebro, para dejarnos tranquilos haciéndonos creer que somos siempre el mismo individuo. No lo somos. “

Una preciosa solución al noveno desafío GyG por Miguel Capitán (autor de la solución) presentado por Miguel Ángel Morales en Gaussianos

Cuando la solución de un problema se convierte en arte. Puro disfrute matemático.