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MONOGRÁFICO DIVULGACIÓN CIENTÍFICA

Las fronterasde la física

Si algo ha caracterizado al siglo XX es elvertiginoso ritmo de los adelantos que se

han ido produciendo durante este cortoespacio de tiempo. Hoy, en el inicio de unnuevo milenio, la ciencia anuncia nuevas

revoluciones y se enfrenta a retos en losque la física continúa asumiendo unpapel fundamental. En este artículo,

destacados científicos del panoramainternacional exponen sus impresiones

sobre el futuro de la física y lascaracterísticas de la investigación

científica en el siglo XXI.

Seis premios Nobel reflexionansobre los límites y el futuro

de la cienciaJosé Manuel López-Cózar

Periodista

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Vivimos una era de cambiocontinuo, cuando aún no

hemos acabado de asimilar los cam-bios anteriores, ya se nos advierte deotros nuevos. El siglo XXI se iniciacon el anuncio de espectaculares re-voluciones científicas y tecnológicasque transformarán nuestras vidas ycontribuirán a mejorar la sociedaddel bienestar. Entre estas revolucio-nes, caben destacar las que se deri-vadan del conocimiento adquiridosobre la estructura del ADN, losavances en el desarrollo sostenibledel planeta, o la nanociencia que,aunque ya se nos anticipara en losaños 50 como si fuera un guión deciencia ficción, en los próximos añoscambiará una buenaparte de los procesosde la industria y delos objetos que po-blarán nuestros ho-gares en el futuro.

El augurio de es-tas nuevas revolucio-nes, fruto del esfuer-zo conjunto de nu-merosas ramas de laciencia, llevan al ex-tremo algunos as-pectos del trabajocientífico que ya em-pezaron a vislum-brarse en áreas comola biotecnología o losnuevos materiales.Las fronteras entredisciplinas clásicascomo la química, lafísica, la biología o lamedicina, son cada día más difusas,y la colaboración mutua entre estas

áreas del conocimiento antes sepa-radas, se vuelve cada vez más indis-pensable. En este sentido, el científi-co del futuro tendrá que volver a

reunir algunas de las característicasdel humanista del Renacimiento,por su preparación y proyección.Aunque la labor del especialista se-guirá siendo imprescindible para po-der avanzar.

La física protagonistaEn los comienzos del siglo pasado

había una sensación de que en la fí-sica ya estaba todo hecho y luegollegarían revoluciones científicas tanfundamentales como la teoría de larelatividad o la teoría cuántica. Hoyen día, al igual que ayer, estamosatravesando una situación similar enla que algunos creen que la física seha agotado y se debe dar paso a la

ingeniería y al desarrollo tecnológicopara de esta manera poder aplicargran parte de los conocimientoscientíficos adquiridos durante las úl-timas décadas.

A pesar de la importancia de la fí-sica a lo largo de la historia, estas co-rrientes de opinión se obstinan envaticinar el fin de la era de la física yse preguntan qué puede aportar es-ta ciencia experimental en nuestrosdías y qué sentido tiene apostar por

una ciencia demasiado teórica y abs-tracta, que algunos han tildado de`exótica´ y poco práctica.

Pero, realmente, ¿cómo sería po-

sible seguir aplicando la ciencia si de-jara de haber ciencia que aplicar?.Sin lugar a dudas, aún queda muchopor hacer en el campo de la física ytodavía son muchas las leyes de lanaturaleza que no hemos llegado a

descifrar. Como comenta el presi-dente de la Sociedad Europea de Fí-sica, Martín Huber, “entre otras co-sas, no sabemos cuáles son los con-tenidos principales del universo, nitenemos idea de lo que es la materianegra de la que surgió, o lo que es laenergía oscura del universo”.

La Ciencia por la cienciaEn opinión de muchos científi-

cos y destacados investigadores del

“En el campo de la Físicaqueda mucho por hacer.Todavía no sabemos cuálesson los contenidos delUniverso, ni tenemos ideacómo surgió”

“Los estudios sobre la fuerzade la gravedad tendrán unagran importancia en elfuturo ”

Recepción del Príncipe Felipe a los premios Nobel que se dieron cita en el centenario de las Reales Sociedades Españolas de Física y Química.

panorama internacional, entre elloslos seis premios Nobel que se die-ron cita en Madrid en el recientecentenario de las Reales SociedadesEspañolas de Física y de Química,“no es posible acercarse con serie-dad a la ciencia pensando única-mente en el progreso y en sus apli-caciones concretas”. La historia hademostrado que cuando se trabajaen investigación, dedicándose porentero a la ciencia, se acaban con-siguiendo grandes logros. Por estarazón, los científicos teóricos, des-de siempre, se han centrado en in-

tentar comprender los mecanismosy los problemas fundamentales delas cosas sin mostrar demasiado in-terés por las aplicaciones específi-cas o prácticas que se puedan deri-var, conscientes de que una vezque se llegan a entender mejor losmecanismos básicos de un fenóme-no es muy raro que no se presentennuevas posibilidades de aplicaciónpráctica.

Por poner algún ejemplo recientede esta realidad, cabe destacar la es-trecha relación existente entre la físi-ca y el uso de los ordenadores. Sin la

aportación fundamental de la físicano habría sido posible el desarrollode las denominadas tecnologías de lainformación, las cuales han introdu-

cido un canal de conocimiento per-manente en buena parte de los ho-gares del mundo occidental. De he-

cho, “el desarrollo de la Web nacióen un ambiente en el que se estudia-ba la física de partículas y en el que

nadie podía imaginar el impacto queposteriormente tendría este descu-brimiento para la sociedad”, recuer-da el premio Nobel de Física de1999, el profesor Martinus Veltman.

Por tanto, muchas de las aplica-ciones que forman parte de nuestravida diaria, en un principio no fue-ron diseñadas o programadas paralograr un beneficio concreto para lahumanidad sino que, más bien,fueron el resultado inesperado delos avances de la investigación. Enopinión de Claude Cohen-Tan-noudji, premio Nobel de Física de1997, en estos momentos es másnecesario que nunca reivindicar elpapel de la investigación teórica enun mundo en el que cada vez se va-lora más especialmente el logro in-

mediato, por encima de la sed deconocimiento o la curiosidad innataen el hombre de llegar a entendermejor el entorno que le rodea. A suparecer, “los gobiernos deberíanprestar más atención a la investiga-ción básica y no sólo a programasespecíficos con los que se intentadar solución a problemas tan com-plejos como la energía o el cáncer.Lo que realmente hace avanzar laciencia es el desarrollo de una in-vestigación básica de alta calidad ya continuación las aplicaciones apa-recerán por sí solas”.

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“Las fronteras de la Química,la Física, la Biología o laMedicina son cada día másdifusas, y la colaboraciónmutua entre estas disciplinases imprescindible”

“Es necesario reivindicar elpapel de la investigaciónbásica en un mundo dondecada vez se valora más ellogro inmediato”

Premios Nobel de Física y Química en la Fundación Ramón Areces de Madrid.

Los retos de la físicaLos trabajos de la investigación

en física están encaminados a desa-rrollar teorías que en muchas ocasio-nes no se sabe bien cuál es su signi-ficado, ni sus posibles aplicacionesprácticas en el futuro. Teorías mate-máticamente `muy bellas´ que inten-tan comprender los fundamentos dela naturaleza y examinar las partícu-las más pequeñas para saber lo queson y cómo interaccionan entre sí. Esdecir, las ciencias físicas se dedican aencontrar las fuerzas existentes en lanaturaleza y a observar su funciona-miento.

Hasta el momento, la física hareducido todas las fuerzas conoci-das a cuatro fundamentales: la gra-vitatoria, la electro-magnética, la fuerzafuerte y la fuerza dé-bil. De ellas, hemosllegado a tener unacompresión bastanteprecisa, así comouna descripción ma-temática bastanteexacta que, a la pos-tre, se ha traducidoen notables avancesen la historia de lahumanidad; tanto enla mejora de la cali-dad de vida como enlas cotas de bienestarque se han alcanza-do hoy en día (sólobasta con recordar lavida a principios delsiglo pasado y vercómo es en la actua-lidad).

La fuerza de la gravedadPero, realmente, tal y como ex-

plica el profesor Martinus Veltman,entre estas fuerzas hay una que to-davía no hemos llegado a entenderlo suficientemente bien y suponeun reto para el desarrollo de nuevasteorías científicas y para la comuni-dad científica en general. Se trata

de la fuerza de la gravedad, de laque ya sentara sus bases generalesNewton y que con el advenimientode la mecánica cuántica no se haconseguido integrar plenamente.No en vano, como asegura el profe-sor Veltman, “las ideas de Newton

contradicen de alguna forma lasideas de la mecánica cuántica y algotendrá que ocurrir en un futuro pa-ra que se pueda llegar a encajar es-tas dos teorías”.

En palabras del prestigioso físicoholandés “no cabe la menor dudade que el estudio de la gravedadserá muy importante en los próxi-mos años, aunque hay que serconscientes de las limitaciones a lasque nos enfrentamos, ya que no esposible obtener una informaciónmás precisa de la fuerza de la gra-vedad desde la Tierra y habrá quebuscar las respuestas en el univer-

so. Obviamente, no podemos dis-poner de las estrellas a nuestro an-tojo y ver cómo interaccionan entresí y por tanto el único laboratoriovalido para poder avanzar en estafuerza tiene que ser la astronomía;una disciplina que ha registradomuchos progresos en los últimosaños”.

Investigaciones sobre la luzy la materia

Otro de los campos que actual-mente está experimentando unagran proyección y que ha fascinadoal físico a lo largo de la historia es elestudio de la luz y de la materia. Elpropio Albert Einstein reconocía yaal final de su vida que durante todo

el tiempo “había intentado com-prender qué es la luz sin llegar aninguna conclusión determinante”.Preguntas fundamentales sobre lanaturaleza de la luz, sus característi-cas y sobre todo cómo interactuacon la materia, todavía hoy en díacontinúan siendo una incógnita yproponen una línea de investiga-ción realmente interesante de caraal futuro.

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“En estos momentos lainvestigación científicarequiere de grandesinversiones para poderavanzar ”

El Príncipe Felipe saluda al profesor Martin Huber, presidente de la Sociedad Europea de Física.

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A principios del siglo pasado, los experimentos relacionados con laspropiedades elementales de la materia eran muy sencillos y se podíanllevar a cabo estudios sobre rayos cósmicos, o sobre la radiactividad enlaboratorios domésticos.

Después de la II Guerra Mundial, la física de partículas cambió losmétodos de trabajo y empezaron a introducirse grandes máquinas, ci-clotrones, etc. La necesidad de estudiar las partículas exigía cada vezmayores niveles de energía y esto llegó a su culminación con las últi-mas máquinas aceleradoras utilizadas en Ginebra, Chicago y otros pun-tos de investigación. Se trata de aceleradores enormes que en el casodel de Ginebra tiene una circunferencia de 28 kilómetros (tan grandecomo la ciudad de Madrid) y que viene a constatar la dimensión y lacomplejidad de los experimentos que se están abordando hoy en día.Algo que en opinión del premio Nobel de Física de 2001, Eric Cornell,“es un arma de doble filo ya que la actividad científica se encuentra su-mamente centralizada y el riesgo del fracaso puede privarnos de la con-tribución de grandes científicos. En investigación el éxito y el fracaso nodejan de ser dos caras de una misma moneda”.

Pero, al margen de los inconvenientes propios de la situación actualque vive la ciencia, la realidad es que, en estos momentos, gran parte delos experimentos que se llevan a cabo, exigen cientos de millones de eu-ros e inversiones prolongadas de 10 ó 15 años que, son inabordables sinla colaboración de la comunidad internacional. La unión de esfuerzosentre Estados es cada vez más necesaria para afrontar con garantías elcrecimiento socioeconómico que requiere cualquier sociedad moderna.

Según asegura, el presidente de la Real Sociedad Europea de Física,el profesor Martin Huber, “si los países europeos trabajan por un mis-mo objetivo se lograrán avances realmente espectaculares y se conse-guirá liderar el desarrollo científico a nivel mundial, tal y como ya ocu-rre en algunos campos de la investigación espacial o con el Observato-rio Europeo, que cuenta con el telescopio más grande del mundo. A loque añade, “actualmente son muchos los sectores que abogan por unasociedad europea del conocimiento, conscientes de las dimensiones dela ciencia en nuestros días y de la importancia de la investigación cien-tífica para el desarrollo de Europa”.

Para Claude Cohen-Tannoudji,premio Nobel de Física de 1997 yreconocido investigador sobre la luzy la materia “en las últimas décadaslos avances en este campo han sidoespectaculares. Los estudios enca-minados a emplear la luz para ma-nipular los átomos y controlar tantola polarización, como la posición ola velocidad de los mismos, estánencontrando muchas aplicacionesprácticas (desde la construcción derelojes de gran precisión, a la inge-niería espacial) y abren un horizon-te de posibilidades realmente alen-tador”.

Básicamente, las nuevas técnicasde refrigeración por luz láser permi-ten atrapar y enfriar los átomos conla finalidad de facilitar su análisis.Como explica el profesor Cohen-Tannoudji uno de los artífices de im-portantes avances en éste área,“por hacernos una idea del fondode las investigaciones realizadas, elmétodo que se ha desarrollado enlos últimos años consiste en unatrampa magneto-óptica en la que elláser se utiliza como instrumentopara enfriar los gases hasta tempe-raturas de unos 270 grados bajo ce-ro. Esta temperatura actúa como unfreno para los átomos y permite laposibilidad de observarlos detenida-mente al reducirse la velocidad delas moléculas del aire de varios cien-tos de metros por segundo a sólo al-gunos centímetros; algo que por símismo supone un gran adelantocientífico”.

Estos nuevos campos de investi-gación sobre la luz, la materia, lasondas o la fuerza de la gravedad, re-sultan actualmente fascinantes y es-tán planteando muchas líneas de in-vestigación que posiblemente algúndía llegarán a ser muy productivas.Por tanto y a pesar del escaso interésque despierta la ciencia básica ennuestra sociedad, el caso es que lainvestigación teórica goza de muybuena salud y está progresando deuna manera muy clara y evidente.

LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA EN EL SIGLO XXI

Confinamiento del plasma en un experimento de fusión nuclear

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Profesor Eric Cornell. Nobel de Física de 2001Físico estadounidense nacido enCalifornia en 1961. Después delicenciarse en Física por la Uni-versidad de Stanford, ingresó enel laboratorio de Astrofísica dela Universidad de Colorado de-dicándose a investigar en este

campo. Además de ejercer la docencia en esta mismauniversidad, se dedicó a la investigación de la con-densación de Bose-Einstein, un nuevo estadio de lamateria predicho en 1924 por el científico hindú S. N.Bose y por Albert Einstein, pero que permanecía sincomprobación empírica. La demostración de esta teo-ría le valió el premio Nobel de Física en 2001 junto aCarl Wierman.

Profesor Martinus Veltman. Nobel de Física de 1999Físico holandés nacido en Áms-terdam en 1931. Cursó estudiosde matemáticas aplicadas a la fí-sica en la Universidad de Áms-terdam. A principios de los añossetenta desarrolló un instrumen-to informático que fue la prime-

ra herramienta capaz de realizar cálculos abstractos ydesarrolló un programa para la generación de gráficospor ordenador. Posteriormente en 1985 se afincó enMadrid y trabajó durante 10 años en el departamen-to de Física Teórica de la Universidad Autónoma deMadrid. Recibió el premio Nobel en 1999 por sus ex-perimentos en la estructura del átomo, que junto aVeltman y T´Hoft completaron una teoría coherentede las radiaciones, permitiendo una descripción co-rrecta de las interacciones nucleares fuertes.

Prof. Claude Cohen-Tannoudji. Nobel de Física de 1997Físico francés de origen argelino(Constantina 1933), educado enel prestigioso École Normale Su-perieure de París, gracias a subrillante historial académico,culminó su doctorado en Cien-cias Físicas en 1962. Tras gra-

duarse compatibilizó la docencia en diversas universi-dades parisinas con su trabajo como investigador en elDepartamento de Física del École Normale Superieu-re. Compartió el premio Nobel de Física del año 1997con Steven Chu y Guillermo D. Phillips por el desarro-llo de métodos para enfriar y atrapar átomos con luzde láser a fin de facilitar su observación y análisis.

Profesor Harold W. Kroto. Nobel de Química de 1996Nacido en Wisbech, Inglaterra,en 1939, obtuvo su licenciaturaen Química en 1961 y el docto-rado en 1964, ambos por la Uni-versidad de Sheffield. Tras tresaños de investigación posdocto-ral en Canadá y EE.UU., se incor-

poró a la Universidad de Sussex, donde fue nombradocatedrático en 1985. En 1991 le fue concedido el car-go de investigador de la Sociedad Real de Química.Fue galardonado con el premio Nobel de Química en1996 por su descubrimiento de nuevos arreglos mole-culares del carbono (carbono 60) nunca antes obser-vados y que tienen una forma similar a la de un balónde fútbol o un domo geodésico.

Richard R. Ernest. Nobel de Química de 1991Nació en Suiza en 1933, y co-menzó a mostrar interés por laquímica cuando tenía la tempra-na edad de 13 años, al descubrirun armario repleto de productosquímicos en el desván de la casade un familiar. Después de doc-

torarse abandonó la universidad por estar en desa-cuerdo con la docencia química de la época, que pro-ponía la técnica de memorizar un sinfín de datos sinlógica, por un trabajo en la industria en la que experi-mentó con espectrómetros de RMN. Richard Ernest,junto a Hans Primas, formaron un “tandem” podero-so en todo lo que se refiere al desarrollo de soportesteóricos en experimentos de RMN y al diseño deequipos de RMN, estudios que le valieron el premioNobel de Química en el año 1991.

Profesor Jean-Marie Lehn. Nobel de Química de 1987Nació en Rosheim, Francia, en1939. Comenzó estudios en Hu-manidades y lenguas clásicas co-mo latín o griego, y se graduó enCiencias Químicas en 1960. Fueprofesor de la Universidad LouisPasteur de Estrasburgo y de Quí-

mica Molecular en el Colegio de Francia (París). Harealizado importantes investigaciones en el campo dela síntesis orgánica, en especial sobre la preparación yel comportamiento de macromoléculas cíclicas (mo-léculas huecas) con estructuras parecidas a la de laszonas activas de las enzimas. Compartió con Cram yPedersen el premio Nobel de Química de 1987.

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