En el mismo momento en que empezamos a tallar las primeras piedras nos pusimos a construir cosas sin parar ni un momento, como si en ello nos fuera la supervivencia de la especie. Una pequeña muestra de esta furia constructiva la podemos ver en el gigantesco catálogo que nos proporciona la Chemical Abstracts Society (CAS), una organización con más de cien años de historia en la que se registran la mayoría de las sustancias químicas que se descubren o se fabrican (en torno a las 12.000 diarias). Dispone de un código numérico (CAS Registry number) que permite identificar cada compuesto. Por ejemplo, el 50-78-2 es el ácido acetil salicílico (la aspirina). CAS facilita también una descripción detallada de cada sustancia, como los átomos y los tipos de enlaces con los que está construida, sus propiedades o posibles aplicaciones. Actualmente CAS ya ha superado los 55 millones de sustancias químicas únicas registradas. La página web de esta organización dispone de un contador en tiempo real en el que se da cuenta de las nuevas sustancias que se registran en cada momento. Es un poco alucinante. No para nunca.
Y todo esto gracias a las negociaciones que hacen los átomos entre los electrones de las últimas capas.
Ahora voy a contestar a la pregunta que hace rato me quieres hacer.
¿Sabes cuál es?
Sí: ¿cómo es posible que los protones, que tienen el mismo tipo de carga eléctrica (positiva) puedan estar todos juntos en los núcleos de los átomos?
Exacto. Deberían salir disparados de allí.
La respuesta es porque hay una fuerza que se lo impide.
¿Eléctrica?
No. Es una fuerza nuclear. Creo que ha llegado el momento de hablar de fuerzas.
1 Según la cotización de enero de 2018.
FUERZAS
En el universo hay cuatro fuerzas fundamentales que son: la fuerza de la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil1.
Es de la fuerza de la gravedad de la que tenemos una percepción más directa. La que nos tiene pegados al suelo. También es la más misteriosa y a la que le dedicaremos más tiempo en la segunda parte del libro.
Las fuerzas fuerte y débil son las que actúan en las distancias cortas. En los primeros pasos para construir los elementos del casillero explicamos cómo se construían los protones y los neutrones a partir de unas piezas elementales llamadas cuarks. Pues bien, la fuerza que mantiene unidos a los cuarks es la fuerza nuclear fuerte. Y una parte de esta fuerza, que recibe el nombre de fuerza fuerte residual, es la responsable de mantener unidos a los neutrones y los protones en el núcleo. La nuclear fuerte hace acto de presencia cuando los protones están lo suficientemente cerca los unos de los otros. La idea es la siguiente: si intentamos acercar dos protones nos encontraremos con una fuerza de repulsión, la electromagnética, que trata de impedirlo y que cuanto más acerquemos entre sí los protones más potente será, hasta que sobrepasada una cierta distancia, que es cuando empieza a actuar la fuerza nuclear fuerte, que se impone sobre la anterior y ya no hay quién separe a los protones.
Al intentar unirlos, los protones se repelen entre sí hasta alcanzar una cierta distancia (marcada por la línea punteada) a partir de la cual aparece la fuerza de atracción.
La fuerza débil, que de débil tiene poco, es la responsable de acciones un tanto más sofisticadas. Para ser concretos es la que hace que un protón se pueda convertir en un neutrón y viceversa. Es la que interviene en los procesos de fusión nuclear como los que tienen lugar en las estrellas o en aquellos sitios en donde hemos dejado caer una bomba de hidrógeno.
Hasta aquí he hablado de la fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre cargas eléctricas. Sin embargo, al hablar de las cuatro fuerzas fundamentales, me he referido a ella como la fuerza electromagnética. Voy a aclarar esta cuestión.
Las cargas eléctricas pueden ser positivas o negativas. Las cargas del mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen.
Con los imanes sucede algo muy parecido. (En este caso no se habla de cargas positivas y negativas sino de polos norte y sur). Los polos iguales se repelen y los opuestos se atraen.
La fuerza que interactúa entre los polos de los imanes se llama fuerza magnética. Si alguna vez has jugado con imanes habrás observado que cuando están juntos cuesta mucho separarlos, pero conforme se van distanciando la fuerza que hay que hacer es cada vez menor. Esto es debido a que es un tipo de fuerza que, como la eléctrica, también decrece con la distancia.
Cuando un imán se mueve se genera una corriente eléctrica. Esto lo descubrió en 1831 Michael Faraday (1791-1867).
Esta es la forma en cómo se genera la electricidad en las centrales eléctricas: moviendo unas grandes ruedas con imanes (dinamos) en torno a cables por los que va a circular la corriente generada. Para hacer girar las dinamos se utilizan o bien la energía potencial de los saltos de agua acumulada en los pantanos o bien turbinas de vapor a alta presión, para lo cual hay que calentar una caldera de vapor. El calor necesario puede venir de diferentes fuentes, carbón, petróleo, biomasa o energía nuclear. Que nadie se lleve a engaño porque al final lo que acabamos haciendo siempre, mediante la utilización de estas fuentes de energía, es eso: calentar agua.
En 1820 Hans Christian Oersted, físico-químico danés, descubrió, de forma casual, que cuando se enrollaba un hilo eléctrico en torno a una barra de hierro y se hacía circular una corriente por dicho hilo, la barra se convertía en un imán.
De lo que se podía concluir que la circulación de corriente generaba un campo magnético. Este es el fundamento físico de cualquier motor eléctrico.
Podríamos plantearnos la posibilidad de utilizar la electricidad que produce una dinamo para alimentar el motor que la hace mover. Tendríamos así una fuente de energía inagotable. Es una pena, pero esto no es posible porque vivimos en un mundo en el que no existe lo que se llama el movimiento continuo. Es una ley inexorable. Hagamos lo que hagamos siempre hay un gasto de energía que no podemos recuperar. Una vez más las leyes de la naturaleza nos dicen qué es lo que podemos y lo que no podemos hacer.
Los experimentos de Faraday y Oersted habían puesto de manifiesto una estrecha relación entre los fenómenos eléctricos y los magnéticos. Por tanto, debía existir también una relación directa entre las fuerzas asociadas a estos fenómenos, o sea una teoría capaz de unificar las fuerzas eléctricas y las magnéticas. En la ciencia, las teorías adquieren consistencia en el momento en que hay fórmulas capaces de representarlas. En este caso, las fórmulas vinieron de la mano de una de las mentes más preclaras de la historia de la física: James Clerk Maxwell, que con cuatro ecuaciones resolvió de un plumazo el problema de la unificación, dando nacimiento a lo que hoy conocemos como electromagnetismo.