IES Picasso

Com es va descobrir que tot estava fet d’àtoms

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Cómo se descubrió que todo está hecho de átomos y que los átomos son en su mayoría espacio vació

Si la idea de que toda la raza humana cabe en el volumen de un terrón de azúcar suena a ciencia ficción, replantéatelo. Resulta extraordinario que el 99,999999999999999 por ciento del volumen de la materia normal sea espacio vacío. Si existiera alguna manera de extraer todo el espacio vació de los átomos de nuestros cuerpos, la humanidad cabría realmente en el espacio ocupado por un terrón de azúcar. El inmenso vacío de los átomos es sólo una de las extraordinarias características que poseen las partículas elementales que componen la materia. Otra, por supuesto, es su tamaño. Harían falta 10 millones de átomos colocados uno junto al otro para abarcar el ancho de un simple punto de está página. Lo cual sugiere la siguiente pregunta: ¿Cómo se logró descubrir que todo está hecho de átomos? En realidad, la idea de que todo está compuesto por átomos ya había sido sugerida por primera vez por el filosofo griego Demócrito alrededor del año 440 a.C. Éste cogió una roca – podría haber sido una rama o un tiesto de arcilla – y se preguntó a sí mismo:<<¿Si corto esto por la mitad y luego por la mitad de nuevo, puedo seguir cortándolo por la mitad indefinidamente?>> Su respuesta fue un “no” categórico. Para él era inconcebible que la materia se pudiera subdividir eternamente. Antes o después, razonó, se alcanzaría un minúsculo grano de materia que no se podría dividir más. Como en griego << indivisible>> era <<átomos>>, Demócrito llamó a las hipotéticas partículas elementales de la materia <<átomos>>. Debido a que los átomos eran demasiado pequeños para ser vistos a través de los sentidos, parecía que nunca se iban a poder hallar pruebas de su existencia. Sin embargo, en el siglo XVIII, el matemático suizo Daniel Bernoulli encontró un modo. Se dio cuenta de que, aunque era imposible observar directamente los átomos, quizás se podían observar de manera indirecta. Pensaba, en concreto, que si un número suficientemente grande de átomos actuaban juntos, deberían tener un efecto lo suficientemente grande como para ser perceptible en el mundo cotidiano. Todo lo que necesitaba era encontrar un lugar en la naturaleza donde esto sucediera. Y lo encontró…en un <<gas>>. Bernoulli imaginaba un gas – como el aire o el vapor- como un conjunto de trillones de átomos en perpetuo movimiento frenético similar a un enjambre de abejas furiosas. Esta vívida imagen sugirió inmediatamente una explicación para la presión del gas, una presión que podía mantener un globo inflado o empujar el pistón de una maquina de vapor. En cerrados en cualquier recipiente, los átomos de un gas aporrearían las paredes sin piedad, como el granizo sobre un tejado de hojalata. Su efecto combinado crearía una agitación semejante para nuestros burdos sentidos a una fuerza constante que empujase las paredes hacia fuera. Pero la explicación microscópica de Bernoulli sobre la presión aportó algo más que una adecuada imagen mental de lo que sucedía en un gas; condujo a una crucial predicción. Si se comprimiese un gas a la mitad de su volumen, los átomos del gas necesitarían volar sólo la mitad de distancia entre las colisiones con las paredes del recipiente; por lo tanto, colisionarían con éstas el doble de veces, doblándose la

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presión. Y si el gas se redujera a una tercera parte de su volumen, los átomos colisionarían con el triple de frecuencia, triplicándose la presión; y así sucesivamente. Exactamente el mismo comportamiento fue observado por el científico ingles Robert Boyle en 1660, confirmando así la imagen de los gases de Bernoulli, que los representaba constituidos de diminutos átomos parecidos a granos que volaban de aquí para allá a través del espacio vacío, por lo que reforzó los argumentos a favor de la existencia de los átomos no llegaría hasta los inicios del siglo XX, pues yacía enterrada en un oscuro fenómeno llamado movimiento browniano. El movimiento browniano se llama así por Robert Brown, un botánico que navegó a Austria en la expedición Flinders de 1801, durante la cual clasificó 4000 especies de plantas de las Antípodas; también descubrió el núcleo de las células vivas. Es recordado sobre todo, sin embargo, por la observación que hizo en 1827 de los granos de polen suspendidos en agua. A Brown, que miraba a través de una lupa, le parecía como si los granos estuvieran experimentando un curioso movimiento de agitación, zigzagueando a través del líquido como borrachos dando tumbos al regresar del bar a casa. Brown nunca resolvió el misterio de los granos de polen caprichosos. Ese avance tuvo que esperar hasta la aparición de un Albert Einstein de 26 años, en medio de la mayor explosión de creatividad de la historia de la ciencia. En su <<año de los milagros>> de 1905, Einstein no sólo derrocó a Newton, suplantando las ideas newtonianas sobre el movimiento con su teoría especial de la relatividad, sino que penetró finalmente en el misterio del movimiento browniano, que ya cumplía 80 años. Según Einstein, la causa de la alocada danza de los granos de polen era el hecho de que estaban bajo un continuo bombardeo de minúsculas moléculas de agua. Imaginemos una enorme pelota inflable de goma, más alta que una persona, que se mueve sobre un campo empujada por un gran número de personas. Si cada persona empuja en su propia dirección, sin tener en cuenta a los demás, en algún momento habrá ligeramente más gente en un lado que en otro. Este desequilibrio será suficiente para provocar que la pelota se mueva de forma imprevisible por el campo. De manera similar, el movimiento errático de un grano de polen puede ser causado por un número ligeramente mayor de moléculas de agua bombardeándolo desde un lado que des otro. Einstein concibió una teoría matemática para describir el movimiento browniano. Predecía la distancia y la velocidad a la que un grano de polen medio viajaría en respuesta al despiadado bombardeo que estaba recibiendo de las moléculas de agua. Todo dependía del tamaño de las moléculas de agua, pues cuanto más grandes fueran, mayor sería el desequilibrio de fuerzas sobre el grano de polen y más exagerado sería el desequilibrio de fuerzas sobre el grano de polen y más exagerado sería el consiguiente movimiento browniano. El físico francés Jean Baptiste Perrin comparó sus observaciones sobre partículas de <<gomaguta>>, una resina de goma amarilla que se extrae de un árbol de Camboya, suspendidas en agua con las predicciones de la teoría de Einstein. Fue capaz de deducir el tamaño de las moléculas de agua y, en consecuencia, el de los átomos que las formaban. Concluyó que los átomos sólo medían una diez mil millonésima de metro

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– tan pequeños que harían falta 10 millones de ellos, puestos uno al lado del otro, para abarcar el ancho de un simple punto. En realidad, los átomos eran tan pequeños que si los trillones que hay en una simple respiración se extendieran de forma uniforme por toda la atmosfera de la tierra, cada volumen del tamaño del tamaño de una respiración de la atmosfera acabaría contendiendo varios de esos átomos. Por decirlo de otra forma, con cada inhalación tomamos aire que contiene, por lo menos, un átomo exhalado por Albert Einstein – o por Julio Cesar, Marilyn Monroe o incluso el último Tiranosaurus Rex que anduvo sobre la faz de la Tierra. Además de los átomos de la biosfera de la Tierra están reciclándose continuamente. Cuando un organismo muere, se descompone y los átomos que lo integran regresan al suelo y a la atmósfera para ser incorporados a las plantas que más tarde comerán los animales y los seres humanos. <<Un átomo de carbono de mi músculo cardíaco estuvo una vez en la cola de un dinosaurio>>, escribe el novelista noruego Jostein Gaarder en El mundo de Sofía. El movimiento browniano era la prueba más poderosa de que existían los átomos. Nadie que mirara a través de un microscopio y viera la loca danza de los granos de polen bajo un implacable bombardeo podía dudar de que el mundo estaba hecho de diminutas partículas con aspecto de bala. Pero ver granos de polen agitados – el efecto de los átomos- no era lo mismo que ver realmente átomos. Eso tuvo que esperar hasta 1980 y la invención de un extraordinario aparato llamado microscopio de efecto túnel (STM). La idea en que basaba el STM (como se le conoció) era muy simple. Una persona ciega puede <<ver>> la cara de alguien simplemente recorriéndola con un dedo y construyendo una imagen en su mente. El STM trabaja de manera parecida. La diferencia es que el <<dedo>> es un dedo de metal una diminuta aguja semejante a la de un antiguo gramófono. Arrastrando la aguja sobre la superficie de un material e introduciendo sus movimientos hacia arriba y hacia abajo en un ordenador, es posible construir una imagen detallada de las ondulaciones del terreno atómico. Desde luego, no es tan simple como eso. Aunque el principio en que se basaba el invento era sencillo, las dificultades prácticas para su realización eran tremendas. Por ejemplo: debía encontrarse una aguja que fuera lo suficientemente fina como para <<sentir>> átomos. Sin duda alguna, el comité de los Premios Nobel reconoció estas dificultades al otorgar a Gerd Binnig y a Heinrich Rohrer, los investigadores responsables del STM, el Premio Nobel de Física de 1986. Binnig y Rohrer fueron las primeras personas de la historia en <<ver>> realmente un átomo. Sus imágenes STM se encuentran entre las más espectaculares de la historia de la ciencia, junto a la fotografía de la Tierra alzándose sobre la superficie gris y desolada de la luna o la imagen de la magnifica escalera de caracol del ADN. Los átomos parecían diminutas pelotas de fútbol o naranjas apiladas en cajas, una fila sobre la otra. Pero por encima de todo, se parecían a los granos de materia que Demócrito había visto tan claramente con el ojo de la mente 2400 años antes. Nadie ha vuelto a

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hacer nunca una predicción con tanta antelación respecto a la confirmación experimental. No obstante, sólo una parte del átomo fue revelada por el STM. Como el mismo Demócrito había observado, los átomos eran mucho más que simples y diminutos granos en incesante movimiento.

Chown, Marcus(2007). El zoo cuántico.Barcelona: La Liebre de Marzo. Significat de les abreviatures: STM : Scanning Tunneling Microscope

ADN : ácido desoxirribonucleico

Busca en Internet les següents fotografies:

a) La terra vista des de la Lluna b) Una fotografia obtinguda en el STM

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c) Una fotografia del ADN Busca el significat de: (cal que ho tradueixis al català) Átomos Biosfera Confirmación experimental Diez mil millonésima de metro Enjambre Exhalado (exhalación) Explicación microscópica

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Frecuencia Gas Gramófono Granizo Inhalación Lupa Movimiento browniano Movimiento errático Núcleo de las células Ojo de la mente Partículas elementales Polen

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Presión Resina Sentidos Trillones Vapor Velocidad Indica alguna idea que surt en el text que hem llegit. De la següent llista de personatges tens que fer un breu resum biogràfic i dir alguna raó per la que son important. Fixat que, en el text que hem llegit, surten tots.

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Albert Einstein

Cuando un hombre está sentado con una chica guapa durante una hora, tiene la sensación de que ha pasado un minuto. Pero que se siente sobre una estufa caliente durante un minuto – le parecerá más de una hora. ¡Eso es la relatividad!

Albert Einstein

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Alfred Nobel

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Daniel Bernoulli

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Demócrito

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Gerd Binnig

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Heinrich Rohrer

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Isaac Newton

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Jean Baptiste Perrin

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Jostein Gaarder

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Julio Cesar

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Marlyn Monroe

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Matthew Flinders

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Robert Boyle

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Robert Brown

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Tiranosaurus Rex

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