De la muerte

…y de la vida.

ATENCIÓN: Este post puede contener alguna imagen no apta para personas fácilmente impresionables.

Veneno

Símbolo oficial de la Unión Europea para las sustancias venenosas (directiva 67/548/EWG del Departamento Químico Europeo). El cráneo humano, solo o acompañado de otros huesos, ha sido un símbolo de la muerte y el peligro mortal en muchas culturas desde tiempo inmemorial debido a los procesos de esqueletización comunes a todos los cuerpos humanos tras su fallecimiento.

Hay una cosa que me llama poderosamente la atención. Con toda probabilidad, el nacimiento, la muerte y las funciones fisiológicas esenciales son las únicas experiencias que vamos a compartir todos los seres humanos que en el mundo somos. Y sin embargo, en las sociedades occidentales de hoy en día parece ser de mal gusto hablar sobre ello. La muerte en particular, casi una obsesión cultural en tiempos antiguos y clave en el pensamiento religioso premoderno, ha desaparecido por completo del discurso público. Parece ser socialmente inadecuado hablar de ella, una cosa macabra, inquietante y de mal rollo. A mí me parece no solo importante, sino algo por completo natural. Hablemos, pues, del morir. Y, necesariamente, del vivir.

Una experiencia personal.

Como ya te habrás dado cuenta, no suelo hablar mucho de mí mismo por este medio. Bueno, la verdad es que –descontando alguna anécdota– no lo hago en absoluto. Tengo varios motivos para ello, entre los que destacaré dos. El primero es que me siento más cómodo, más libre y hasta más seguro escribiendo bajo seudónimo. El segundo es que este blog y este avatar Gagarin quieren señalar frecuentemente a las estrellas y, siguiendo al filósofo, no me gusta dar muchas opciones para que nadie se centre inadvertidamente en el dedo. Los dedos de señalar siempre tienen padrastros, algo de mugre bajo la uña y, sobre todo, son esencialmente irrelevantes para los temas que suelo tratar. No vendría a cuento.

Sin embargo, hoy voy a hacer una excepción, precisamente porque sí viene a cuento: tengo una experiencia personal extensa con la muerte. Mi madre murió cuando yo tenía cuatro años, mi padre al poco de que alcanzara la mayoría de edad y el resto de la familia más inmediata donde me crié no llegó a ver este nuevo milenio. También han desaparecido otras personas de gran importancia para mí; prefiero reservarme los detalles sobre esto. Por si no fuera suficiente, he tenido algún trabajo relacionado con la muerte; especialmente, cuando se producen determinadas pérdidas colectivas.

Vamos que, más allá del tratamiento científico habitual en este blog, hoy hay también una experiencia personal larga y complicada; te confesaré que, a veces, me siento como si hubiera vivido una guerra de esas duras, donde cae todo el mundo a tu alrededor, un mundo entero desaparece y terminas asombrándote de que tú aún sigas en pie (aunque ciertamente tocado). Sí, la vida es a veces un poco perra, pero ahora no vayas a hacerme la guarrada de darte pena o eso: es lo que hubo, tocó apechugar y hay muchos otros que por el mero hecho de nacer en un lugar o de una manera equivocados lo han tenido mucho peor. Si te da mucha penita, puedes hacer una donación a Cruz Roja o a Médicos sin Fronteras o a la UNICEF o algo.

Cuando tienes la ocasión de vértelas tantas veces y tan de cerca con la dama de la guadaña, a la fuerza terminas por aprender algunas lecciones; de las científicas y de las otras. Una de ellas es que la muerte es necesaria de muchas maneras distintas y en muchos órdenes de la realidad diferentes. Hace desaparecer lo viejo y permite que surja lo nuevo. Mantiene el control demográfico y esas cosas. Sobre todo, sin muerte no hay vida. Hasta este universo tendrá que morir alguna vez. Y, Grandes Helores aparte, de la muerte siempre nace nueva vida, nuevas existencias, futuros.

Polinización

El Segundo Principio de la Termodinámica parece sugerir que la entropía debe aumentar constantemente hasta la muerte térmica del universo, lo que impediría el surgimiento de estructuras más complejas y organizadas a partir de otras más simples. Sin embargo, evidentemente esto no sucede en la realidad. Y es que, junto a la entropía, existe la fluctuación.

De la vida, de la entropía y de la fluctuación.

Para entender la muerte, pues, tenemos que entender primero un poco de la vida. La vida es una de esas fluctuaciones que logran violar localmente el –por demás– invencible principio de entropía: la Segunda Ley de la Termodinámica. Ya sabes que en este universo respetamos por fuerza las leyes de la Termodinámica, pero no necesariamente en todos los momentos y lugares a la vez.

A mí me gusta visualizar la entropía como una legión infinita de duendecillos bastante bordes cuya única misión en el cosmos consiste en batirlo para empujarnos constantemente hacia el desorden y el caos –es decir: hacia el equilibrio–, sin que se les escape ni el más ínfimo detalle de la realidad. Imagínate una casa. Una casa recién construida, nueva, recién amueblada y limpia como una patena. Incluso aunque no residan en ella fuerzas caóticas como los niños, incluso aunque lleves muchísimo cuidado, incluso aunque no la ocupes, la casa se va a ir ensuciando y deteriorando. Surge polvo y suciedad por todos los rincones. Aparecen pequeñas averías, y luego cada vez mayores. Los muebles se estropean. Se desarrollan grietas. Algunas bombillas dejan misteriosamente de funcionar.

En diez años, la casa ya no parece tan bonita ni tan nueva. En cien años, hay que llevar cuidado de no hacerse daño con algo. En mil años es una ruina. En un millón de años, allí sólo queda un bosque. O un desierto. Entonces, tú intentas evitarlo: la limpias, la mantienes, la reparas, la vigilas. Y lo consigues… temporalmente, pero acto seguido todo empieza a deteriorarse otra vez. Incluso aunque aportes constantemente trabajo para mantenerla como nueva (lo que ya de por sí indica que hay una fuerza de alguna clase empeñada en lo contrario), la casa seguirá ajándose. Hay un momento a partir del cual ya no es económico ni merece la pena seguir manteniéndola; entonces, decimos que está vieja y la derribamos para construir otra cosa. O, simplemente, la dejamos decaer.

A todo el universo le pasa lo mismo, desde las grandes murallas galácticas hasta las uñas de los pies. Este es el efecto de la entropía. La razón es más o menos sencilla: todo sistema organizado está intrínsecamente en desequilibrio con respecto al medio circundante; y cada uno de sus elementos, con respecto al resto de sus propios componentes. En nuestra casa hay cargas mecánicas desiguales. Y concentraciones de sustancias bastante puras, y duras interfases entre unas sustancias y otras (el cristal, el marco y la pared, por ejemplo). Y la densidad de polvo y otros contaminantes en el interior es radicalmente distinta a la que hay en el exterior, separada por delgadas líneas de transición (paredes, puertas, ventanas, tejados). Hay productos muy distintos en contacto entre sí, que tienden a reaccionar químicamente con el tiempo. Está expuesta al sol, a la lluvia, al viento, a los seísmos, a las alimañas, a la humedad, al hielo, a las plantas, a todo; y ella intenta heroicamente separar el exterior del interior, impedir que entre nada de todo esto, mantener un desequilibrio entre lo de fuera y lo de dentro. Pero los duendes de la entropía empujan y empujan y empujan hacia el equilibrio, y siempre, siempre terminan por vencer.

Todo intento de luchar contra ellos es una guerra perdida, no te imaginas hasta qué extremo: al final, su triunfo resulta inevitable; es ley cósmica. Y sin embargo, podemos ganarles batallas locales en determinados momentos del tiempo y del espacio. Eso es, en esencia, la vida.

Resonancia magnética cervical

Técnicas de imagen médica como la resonancia magnética nos permiten observar las duras interfases físico-químicas entre los distintos órganos y con el exterior. Este es un desequilibrio radical que la entropía siempre está dispuesta a corregir... dispersándolos y, con ello, matándonos.

Pues a un ser vivo le pasa lo mismo. Aunque se podría decir que las cosas vivas están en un cierto equilibrio interno (homeostasis), creo que es más preciso definirlo como un sistema organizado estabilizado dinámicamente y sujeto a constante variación temporal. Desde un punto de vista mecánico, químico o termodinámico, difícilmente se puede decir que la sangre y las células de su alrededor se hallen muy en equilibrio, por ejemplo; ni siquiera todos los órganos se hallan a la misma temperatura. Lo que están es implicados en un sistema complejo que tiende a autoestabilizarse. Pero, a la más mínima (una enfermedad, una lesión, un cambio en el medio, hasta variaciones leves), se desestabilizan rápidamente. Entonces, aparecen una serie de acciones y reacciones cuyo propósito es recuperar la estabilidad, pues tal es la naturaleza de las cosas vivas; todos conocemos las muchas maneras como un organismo vivo se defiende frente a las agresiones y alteraciones del medio (incluso del medio interno: la enfermedad).

Cuando la agresión o la alteración del medio es demasiado potente, el sistema agota su capacidad para seguir estabilizándose a sí mismo y la homeostasis fracasa. Entonces, las tenues murallas de vida que mantenían el desequilibrio esencial entre el ser vivo y lo que hay a su alrededor caen y los duendes de la entropía penetran por la brecha en oleada para restablecer el equilibrio termodinámico fundamental. La entropía aumenta rápidamente, los mecanismos de autoestabilización residuales colapsan en cadena también, y el ser vivo pierde por completo su competencia para mantener el interior separado del exterior. Su existencia como sistema organizado más o menos autónomo ha terminado y está ya demasiado deteriorado para poderla recuperar: es la muerte. El equilibrio con el medio circundante se incrementa rápidamente y prosigue de muchas maneras simples y complejas reduciendo cada uno de sus componentes a sus elementos fundamentales, que se equilibrarán también con lo que hay alrededor: es la putrefacción, el decaimiento, la desaparición. Polvo (de estrellas) eras y en polvo (de estrellas) te convertirás.

Pero entonces, si estos duendes universales de la entropía son tan invencibles… ¿cómo es que el cosmos, las estrellas, los planetas, la vida pueden llegar a surgir? Frente a un ejército tan potente, ¿por qué pudimos construir nuestra casa o crear un ser vivo completo en nuestro interior? Si hay una fuerza inconmesurablemente poderosa que empuja toda la realidad hacia el máximo equilibrio termodinámico, hacia la homogeneidad final, ¡no debería surgir nada más complejo que lo anterior, jamás! ¿No…? Entonces, ¿cómo es que llegan a formarse las galaxias, los soles, los mundos, nosotros? ¡Lo impide ni más ni menos que el majestuoso Segundo Principio de la Termodinámica, señor de universos enteros! ¡Ley cósmica, oiga!

Aquí es donde acecha de entre los lugares que no ven los ojos otra fuerza poderosa a la que podríamos denominar las hadas rebeldes de la fluctuación: enemigas a muerte del ejército de los duendes de la entropía, siervos del Señor Segundo Principio de la Termodinámica, desde el inicio de los tiempos y para siempre jamás. Blandiendo sobre sus cabellos el Teorema de la Fluctuación y al grito de «¡por la Paradoja de Loschmidt, fluctuación cuántica y termodinámica!» merodean constantemente el universo y se buscan con los duendes de la entropía para mantenerse enzarzadas contra ellos en una lucha eterna cuanto a cuanto por el dominio de la realidad.

Nebulosa de la Cabeza de Caballo

Nebulosa de la Cabeza de Caballo, un criadero de estrellas en la Constelación de Orión. En su base se forman constantemente soles y sistemas solares enteros. Si la tendencia a una mayor entropía no pudiera ser violada localmente, este tipo de fenómenos no podrían darse jamás.

Un pelín más técnicamente, la entropía total siempre debe aumentar, pero no tiene por qué hacerlo localmente en todo momento y lugar. De lo contrario, la simetría temporal de las ecuaciones que rigen el movimiento quedaría violada. Por ejemplo: si tú grabas en un video cualquier proceso de estas características que dependa del tiempo, al pasarlo al revés esa imagen «en reversa» no viola las leyes de la mecánica. Se puede decir que para cada «trayectoria hacia adelante» donde aumenta la entropía, existe una «anti-trayectoria hacia atrás» donde ésta se reduce. Esto sería imposible si el Segundo Principio de la Termodinámica se diera necesariamente en todo caso local. El problema de derivar un modelo termodinámico irreversible a partir de leyes universales que funcionan igual de bien hacia adelante o hacia atrás se conoce como la Paradoja de Loschmidt.

Pero, paradójico y todo, así funciona el universo que vemos suceder constantemente a nuestro alrededor y dentro de nosotros mismos. En realidad, lo que ocurre es que el Teorema de Fluctuación y el Axioma de Causalidad nos proporcionan una generalización del Segundo Principio de la Termodinámica donde los sistemas pueden revertir localmente su entropía; en ella, el enunciado convencional de este Segundo Principio constituye un caso particular. Además de que nuestros ojos lo ven ocurrir diariamente por todas partes, la demostración del Teorema de Fluctuación sólo requiere que el estado inicial del sistema se pueda describir matemáticamente (como todo en este universo); que posea consistencia ergódica, es decir, que la probabilidad del efecto esté implícita en la existencia de la causa (evidente por sí mismo: un efecto sólo puede ser el resultado de sus causas); y que las leyes físicas que lo rigen sean temporalmente simétricas, o sea, reversibles a lo largo de la flecha del tiempo.

Esto de que la entropía de un sistema sea localmente reversible, interpretado en sentido amplio, da lugar a muchos efectos curiosos y al desarrollo de la realidad a la que pertenecemos. Volvamos al ejemplo de la casa. Veíamos que el polvo, por ejemplo, ha empezado a acumularse. Si un día te hartas de limpiarlo, al cabo de un tiempo descubrirás que el polvo ha formado esas bolitas que ruedan por todas partes. Entonces te pica la curiosidad y pones una de tales bolitas al microscopio; y descubres que está constituida por una estructura filamentosa altamente organizada. Lo ha hecho el aire, la electricidad estática, los atractores de los átomos y moléculas que lo componen. Vale. ¡Pero es una violación de la entropía, de la tendencia al máximo desorden!

Estás ante una fluctuación. Un tiempo y lugar donde se ha violado localmente la tendencia a una mayor entropía, y en vez de algo más desorganizado, ha surgido algo más organizado. Se debe al propio funcionamiento de las demás leyes de la realidad, que tienden a generar determinadas estructuras y sistemas. Para que se desarrollen estructuras complejas como las moléculas o las estrellas y no te digo ya sistemas tan sofisticados como la vida, tienen que darse estas fluctuaciones.

Lo que viene a decir el Manifiesto Rebelde de las Hadas de la Fluctuación es que, aunque la batalla final contra la tiranía entrópica esté irremediablemente perdida dentro de un uno y más de de mil ceros de años, todas y cada una de las batallas hasta entonces se pueden ganar, o cuanto menos empatar. Que hay eones enteros de realidad por los que merece la pena luchar.

Hipnos Tanatos

Casi todas las culturas han personificado de algún modo a la muerte, siendo muy reconocida hoy en día la "dama de la guadaña". En la imagen, vaso griego clásico que representa a los hermanos mellizos Hypnos (Sueño) y Thánatos (Muerte), hijos de Nyx (Noche) y Erebos (Oscuridad), llevándose a Sarpedon del campo de batalla troyano. Museo Británico, pieza Cat. Vases D56.

Del vivir y del morir.

La muerte se produce conforme los persistentes duendes de la entropía vencen a las hadas rebeldes de la fluctuación. No se trata de un instante, sino de un proceso.

Me viene aquí ahora una representación sindical de los duendes de la entropía a quejarse, muy dolidos. Dicen que me he pasado siete pueblos con ellos; que ellos sólo son unos buenos currantes acosados constantemente por las iluminadas esas de la Fluctuación. Uno, francamente ofendido, murmura que a buenas horas iba a tener yo metabolismo, bioquímica o incluso existencia si no fuera por su callada labor. Y que como un día de estos se líen la manta a la cabeza y se declaren en huelga, lo vamos a flipar: el universo se quedará paralizado por completo sin remisión alguna.

No les falta su parte de razón. Sin entropía o sin fluctuación, nada de lo que conocemos podría existir. Ambas no son sino dos aspectos de la fuerza que empuja al tiempo hacia adelante, y con él al desarrollo y evolución de todo el cosmos. Eso nos incluye, claro, a nosotros. Nuestra vida personal, aunque nos parezca tan importante, no constituye sino una chispita minúscula de los procesos a gran escala que permitieron el desarrollo y evolución del universo. Y esos procesos incluyen numerosas transformaciones entre lo vivo y lo inerte –lo muerto–.

Se dice a menudo que, cuando nacemos, comenzamos a morir. Y es verdad. Incluso se puede extender a escalas cósmicas: cuando el universo surgió, comenzó también a morir; y nuestra vida personal es apenas un breve paso en ese proceso inmenso propulsado por la entropía y por la fluctuación. Si me apuras, lo asombroso es que tú y yo y todos los que conocimos alguna vez llegáramos a alentar, a amar, a odiar, a sentir y soñar y pensar; un artefacto tan vistoso de la entropía y las fluctuaciones que empuja a muchos hacia la superstición.

Aunque, a decir verdad, sólo parece tan llamativo desde nuestro pequeño punto de vista. En términos cósmicos, por el momento no somos mucho más que un moho raro con muchas ínfulas atrapado en una breve línea de gases tenues entre el abismo y el frío, en un planeta minúsculo de un sol mediocre olvidado en una galaxia cualquiera. Y si cada galaxia del universo costara un céntimo de euro, no habría dinero suficiente en el planeta Tierra para comprarlas todas ni muy de lejos. Quizá cuando logramos hacer algo más que arrastrarnos como un líquen con patas por la superficie de un planetucho perdido podremos comenzar a darnos, con justicia, algo más de pisto. En nuestro descargo cabe decir que, a fin de cuentas, acabamos de empezar como quien dice.

La vida y la muerte son, pues, aspectos del mismo proceso. Tú te formaste en el vientre de tu madre a partir de la materia inerte y la energía no-viva que mamá absorbió durante el embarazo mediante la alimentación, el aire, su mera presencia en la superficie de este planeta. Carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, energía variada y un puñado de cosillas más: eso te construyó. La brujería de la vida radica en su habilidad para organizar todo eso en un sistema complejo capaz de estabilizarse, desarrollarse y reproducirse a sí mismo que encima hace cosas y presenta una entropía menor que todas esas sustancias y energías sueltas por ahí: la fluctuación.

Soldado georgiano muerto en la guerra con Rusia de 2008

Guerra de Osetia del Sur del verano de 2008. Este soldado georgiano ha sido fatalmente alcanzado por la materia y energía de un arma rusa, de manera suficiente para penetrar o desarticular todas sus protecciones físicas y biológicas como ser vivo organizado. A consecuencia de los efectos de estas fuerzas, su homeostasis y los procesos biológicos que mantenían estabilizados sus desequilibrios internos esenciales y sus funciones superiores han quedado dislocados irreversiblemente. La entropía se apodera de él para restablecer el equilibrio con el medio: decimos que está cadáver, muerto y descomponiéndose. No obstante, sigue habiendo muchas cosas vivas en él; y con sus restos, surgirán muchas más.

Sin embargo, ese es un sistema en desequilibrio radical con el medio circundante e incluso entre las distintas partes que lo componen (o de lo contrario estaría termodinámicamente muerto y no haría nada en absoluto). Sólo puede durar un tiempo, porque la entropía presiona eternamente para devolverlo a un estado de mayor equilibrio: el desorden, el caos, la desorganización que a partir de cierto punto ya no permite mantener las funciones biológicas y mentales superiores. Aunque lográramos prolongar la vida indefinidamente con medios tecnológicos, tarde o temprano los duendes de la entropía terminarán imponiéndose –aunque sea, estirándolo mucho, al aproximarnos a la muerte térmica del universo–. Entonces sobreviene lo que llamamos la defunción, el óbito, el fallecimiento, el estirar la pata, vaya.

No obstante, determinar este momento exacto es asunto discutible, precisamente porque se trata de un proceso y no de un instante. Los antiguos se asombraban de las similitudes entre el sueño, el coma y la muerte, dando lugar a numerosos mitos y leyendas. En general, aprendimos pronto a reconocer algunos signos y síntomas indicativos de que el proceso es ya irreversible. El favorito fue siempre la parada cardiorrespiratoria: el momento en que el funcionamiento del corazón y los pulmones no puede mantenerse ya estabilizado y queda interrumpido. Hoy en día sabemos que este criterio, aunque acertado en la mayoría de los casos, no resulta infalible y condujo a numerosos errores en el pasado: la función cardiorrespiratoria se puede restablecer, bien de manera natural o mediante técnicas médicas ahora comunes como la resucitación cardiopulmonar avanzada. En el estado actual del conocimiento médico consideramos signo de desorganización irreversible la pérdida sostenida de toda actividad cerebral. En caso de duda, todas las culturas han considerado la evidencia de putrefacción como prueba definitiva de muerte.

Y con acierto. Esto de la putrefacción no es más que la continuación de los procesos entrópicos o fluctuantes de la vida, pero desde luego al iniciarse pone en evidencia que no hay posible marcha atrás: el ser vivo está demasiado desestabilizado como para mantener gran parte de sus desequilibrios internos básicos. Perdida por completo la homeostasis, la entropía empuja para terminar de esparcir, desorganizar y consumirlo todo, restableciendo así el equilibrio con el medio circundante. Y para ello se vale también de otras fluctuaciones, en forma de bacterias, gusanos, carroñeros y demás. El ciclo de la vida y de la muerte prosigue así. Pronto, los átomos y moléculas que una vez formaron un ser humano terminarán perteneciendo de nuevo al planeta y a otras plantas y animales, incluyendo otros humanos. Como en el reciclaje.

Descomposición de un lechón a cámara rápida. Ojo esos estómagos delicados.

Los mitos de la muerte.

Sala de emergencias

Sala de urgencias críticas de un hospital moderno. En la actualidad, es posible reanimar y curar a personas que en el pasado se daban por definitivamente muertas.

Para incontables personas a lo largo de toda la historia de la Humanidad, esto de la muerte ha constituído siempre el misterio último y el miedo definitivo. Sin duda, tuvo que ser determinante en el surgimiento de los mitos, las leyendas y las religiones. Este que te escribe, que como ya te dije al principio ha vivido alguna cantidad significativa de muerte a su alrededor, no opina que haya ningún misterio especial más allá de los propios –y fascinantes– de la naturaleza, la entropía y el cosmos en su conjunto. Jamás vi nada que me diera algún motivo fehaciente para cambiar de opinión. Las cosas vivas nacemos, crecemos, nos reproducimos y morimos: eso es todo. El miedo, por su parte, es libre; si te interesa mi punto de vista personal, te diré que la muerte en sí no me inspira mucho temor. Supongo que a estas alturas sería como tenerle miedo a volar, después de todo lo que he viajado en avión. Le tengo miedo –eso sí– a algunas formas de morir, que las hay de bastante perras. Y, sobre todo, a lo que pudiera pasarle después a algunas personas que quiero. Pero para mí y a la luz de todo lo expuesto, la muerte es algo tan natural como la vida y debe ocurrir necesariamente. A mí, también. Entropía, fluctuación: ley cósmica.

En Mi visión del mundo, Albert Einstein decía lo siguiente, que yo comparto en su gran mayoría:

La experiencia más hermosa que tenemos a nuestro alcance es el misterio. Es la emocíón fundamental que está en la cuna del verdadero arte y de la verdadera ciencia. El que no la conozca y no pueda ya admirarse, y no pueda ya asombrarse ni maravillarse, está como muerto y tiene los ojos nublados. Fue la experiencia del misterio, aunque mezclada con el miedo, la que engendró la religión. La certeza de que existe algo que no podemos alcanzar, nuestra percepción de la razón más profunda y la belleza más deslumbradora, a las que nuestras mentes sólo pueden acceder en sus formas más toscas… son esta certeza y esta emoción las que constituyen la auténtica religiosidad. En este sentido, y sólo en éste, es en el que soy un hombre profundamente religioso. No puedo imaginar a un dios que recompense y castigue a sus criaturas, o que tenga una voluntad parecida a la que experimentamos dentro de nosotros mismos. Ni puedo ni querría imaginar que el individuo sobreviva a su muerte física; dejemos que las almas débiles, por miedo o por absurdo egoísmo, se complazcan en estas ideas. Yo me doy por satisfecho con el misterio de la etemidad de la vida y con la conciencia de un vislumbre de la estructura maravillosa del mundo real, junto con el esfuerzo decidido por abarcar una parte, aunque sea muy pequeña, de la Razón que se manifiesta en la naturaleza.

Más allá de las religiones y leyendas, han surgido algunos mitos de la Edad Contemporánea en torno a la muerte. Uno de ellos es que la existencia de un alma hasta cierto punto material u otra cosa análoga habría quedado demostrada mediante su peso, que sería de 21 gramos. Esta fue la conclusión a la que llegó un cierto doctor Duncan McDougall a principios del siglo XX, pesando a diversas personas y animales a lo largo de su agonía y muerte. Según el Dr. McDougall, un ser humano perdería estos 21 gramos de peso en el momento de morir; los perros, no. Sus observaciones nunca han podido ser validadas independientemente o reproducidas bajo circunstancias controladas, la metodología utilizada por McDougall resulta enormemente controvertida (muestra pequeña, método de pesaje incorrecto) y el mero hecho de hablar de un momento de la muerte y no de un proceso de la muerte ya nos sugiere que el buen doctor no acababa de tener claros algunos conceptos. Hoy en día, las conclusiones de McDougall se consideran generalmente pseudociencia.

Curiosamente, la imaginería popular tradicional ha creído siempre que las personas ganamos peso al morir, en vez de perderlo como aseguraba este médico. De ahí viene la expresión peso muerto o pesar como un muerto. Los miembros humanos amputados o anestesiados también parecen pesar mucho. Todo esto no es más que un error de percepción, derivado de que no tenemos mucha costumbre de levantar un cuerpo o un miembro adultos que no coopera en absoluto con su propia fuerza. Entonces, nos olvidamos de que una flaca de cincuenta kilos pesa tanto como un saco grande de cemento; y un tipo de cien, más que algunos motores pequeños de coche. En situaciones de emergencia, además, no es raro tener que manipular un cuerpo aplicando cargas y palancas que aumentan aún más la sensación de peso.

Ascensión al empíreo

"Ascensión al Empíreo" de El Bosco (ca. 1490), parte de la colección de cuatro postigos "Visión del Más Allá". Muchas personas creen reconocer en esta pintura el "túnel de luz" que algunos aseguran ver durante experiencias cercanas a la muerte. Óleo sobre panel, Palacio del Dux, Venecia.

Otro de estos mitos modernos generalizados, cómo no, es el del túnel de luz (que algunos extienden a la visualización de seres de luz ydemás). Lo primero que cabe objetar es que esta experiencia, de ser cierta, difícilmente resulta universal: sólo parecen haberlo percibido algunas personas y yo nunca me he encontrado con ninguna. Personalmente, conozco a varias que estuvieron al borde de la muerte o clínicamente muertas; no vieron nada parecido. Una chica que se había dado un fuerte golpe con la moto, teniendo entonces catorce años, me describió que ella sólo había visto como si los cuerpos del personal médico que tenía alrededor en el box de urgencias se estiraran al poco de entrar en parada cardiorrespiratoria aguda, según sus propias palabras, «igual que en un cuadro de El Greco«. Finalmente, «se fue de golpe» y sólo despertó muchas horas después.

Un señor de mediana edad que conocí coincidía en esto del «irse de golpe»: entró en varios comas con muerte clínica a consecuencia de un problema cardíaco grave y me contaba que, para él, había una discontinuidad temporal entre el momento de entrar en coma profundo y el de salir del mismo, como cuando te ponen anestesia general: un «clic» instantáneo entre un momento y el otro, sin nada en medio. Doy fe de que a mí me han puesto tres veces anestesia general y, en efecto, tal cual eso fue lo que sentí en todos los casos. Finalmente, un soldado que resultó herido durante una reciente guerra europea me lo contó así: «Estábamos saliendo de un pueblo. Di dos pasos hacia la carretera y al ir a dar el tercero, casi me caigo de la cama del hospital.» Entre una cosa y otra habían pasado tres semanas, un balazo por sorpresa en el cuello disparado desde un bosque cercano y una carrera hasta la puerta de urgencias más próxima a golpe de bolsas de plasma, pinchazos de adrenalina (epinefrina) y desfibrilador militar aplicado de aquella manera. Este efecto de desconexión súbita parece ser común a varias formas de pérdida de conocimiento, coma, anestesia y muerte clínica.

No voy a poner en duda el testimonio de las personas que aseguran haber visto el túnel de luz en cuestión, que hasta aparece reflejado en un cuadro de El Bosco. Sí afirmo que no parece ser ni mucho menos una experiencia universal y que, por otra parte, tampoco sería tan raro que algunas personas alucinaran de manera parecida cuando cerebros muy similares (todos los cerebros humanos son muy similares) comienzan a morir de manera semejante por falta de oxígeno y nutrientes. En todo caso, de todas las personas que he visto morir, sólo una me dio la impresión de que estuviera viendo algo; y, por la forma rápida como movía las pupilas, no me pareció que fuera nada fijo en un solo punto.

A estas alturas, como dije más arriba, la muerte ya no es el misterio que acostumbraba a ser. Tenemos ya muchos conocimientos sobre las razones por las que vivimos y morimos, algunas de las cuales he comentado a lo largo de este post; y no parece que se trate de ningún suceso extraño o excepcional en el transcurrir del cosmos, la vida, la entropía y la fluctuación. Vivimos y morimos como parte de los fenómenos a gran escala que constituyen este universo; la materia y energía que nos componen va cambiando de estado y situación, permitiendo durante un tiempo el surgimiento de la vida y la mente. Después pasa a otros estados distintos, como cualquier otro proceso físico-químico, y al menos una parte de esa misma materia y energía acaba repartida entre otros seres vivos; o no, según donde caigamos fritos. No veo posible de ninguna manera realista que la conciencia de la propia existencia, resultado de una complejísima organización cerebral extremadamente frágil, pueda mantenerse a lo largo de esos procesos. El resto es ya cosa de la permanencia de la memoria cuántica. En todo caso, sólo lo que está vivo puede morir. Ya que los duendes de la entropía y las hadas de la fluctuación nos han hecho ese regalo, más vale aprovecharlo, porque muy –muy– probablemente no se repetirá.

136 Comentarios Trackbacks / Pingbacks (38)
¡Qué malo!Pschá.No está mal.Es bueno.¡¡¡Magnífico!!! (93 votos, media: 4,80 de 5)
Loading...
Be Sociable, Share!

Fuego

Una de las más viejas herramientas tecnológicas de la Humanidad
es también un interesantísimo y espectacular fenómeno químico
que nos introduce en las leyes de la termodinámica,
la física cuántica y la naturaleza de la entropía y el tiempo.

Llama de una vela

En una vela, la mecha entra en combustión con el oxígeno del aire para formar la llama.

Todos lo conocemos, casi todos nos hemos quedado hipnotizados viéndolo arder alguna vez. Desde la humilde cerilla o el hogar que da nombre a nuestras guaridas hasta las erupciones volcánicas, las tormentas ígneas de los grandes desastres naturales o humanos y las inmensas llamaradas del Sol, monumentales como muchos planetas Tierra, el fuego está ahí desde que hubo un ahí. Hasta cierto punto, se puede decir que este universo surgió con una gran ignición. ¿Qué es el fuego? ¿Por qué calienta e ilumina? Y, ¿de qué modos distintos llegó a sernos tan útil en nuestra evolución final?

De la naturaleza del fuego.

En realidad, las llamaradas solares o el Big Bang no son fuego en sentido estricto, sino fenómenos físicos de naturaleza distinta que sólo coinciden con él en que son capaces de emitir luz y calor. Hoy vamos a centrarnos en lo que los humanos hemos conocido como fuego desde tiempo inmemorial: esa cosa fantasmal que arde ante nuestros ojos con llamas bailarinas y nos calienta, nos ilumina y nos quema.

En principio, el fuego es un fenómeno químico bastante sencillo: rigurosamente hablando, consiste en la oxidación rápida y exotérmica de la materia mediante el proceso denominado combustión, aunque no haya llama ni humo ni ninguna de sus otras características más visibles. Vamos a ver lo que significa esto.

Una parte significativa de los átomos y moléculas que componen la realidad material que conocemos pueden combinarse con el oxígeno del aire, del agua o de cualquier otro lugar para producir óxidos. Aquí tenemos que quitarnos una idea preconcebida de la cabeza: la herrumbre u orín que vemos en los metales oxidados no es el óxido, sino sólo un tipo de óxido. Hay muchísimos más, que no tienen ese aspecto ni parecido. El agua, por ejemplo, es un óxido. H2O, ¿recuerdas? Dos átomos de hidrógeno primordial combinados con uno de oxígeno estelar. De hecho, se puede llamar sistemáticamente al agua monóxido de dihidrógeno (y también ácido hidroxílico y de otras maneras), lo que ha dado lugar a una deliciosa broma pedagógica que aprovecha el temor de mucha gente a todo lo que suene a química. Nuestro propio organismo está lleno de óxidos muy distintos desempeñando un montón de funciones biológicas, como por ejemplo en la respiración de cada una de nuestras células.

Agua

El universo está lleno de óxidos producidos como resultado de combustiones; por ejemplo, el agua, una combinación de hidrógeno y oxígeno.

En realidad, la oxidación puede darse con cosas que no son oxígeno; pero la que se da con oxígeno es muy común y la primera que se descubrió, hasta el punto de darle nombre a todo el fenómeno. Hay óxidos naturales y artificiales por todas partes, pues se trata de una de las reacciones más corrientes de la química que nos formó y nos mantiene aquí.

Cuando esta reacción de oxidación produce energía en forma de calor, siguiendo las leyes de la termodinámica química, decimos que es exotérmica y la llamamos combustión. La combustión puede ser muy lenta o muy rápida, y en ella siempre hay una sustancia que actúa de combustible y otra que actúa de oxidante o comburente. Como vivimos en la corteza de un mundo donde el oxígeno está bastante presente hoy en día, este oxígeno resulta ser el comburente más común a nuestro alrededor.

El combustible puede ser cualquier materia capaz de combinarse con el oxidante o comburente emitiendo calor en el proceso. Algunos de los combustibles más eficaces que existen se basan en el carbono, también muy abundante en la Tierra. De manera muy significativa, está presente en todo lo que vive (la vida en la Tierra está sustentada completamente en el carbono) o estuvo vivo alguna vez, desde la leña hasta el carbón o el petróleo y el gas natural. No en vano estas últimas sustancias se denominan hidrocarburos; es decir, compuestos de carbono e hidrógeno, que oxidan –se queman– muy bien con el oxígeno.

Nuestro propio cuerpo, muy rico en compuestos del carbono, sería un buen combustible si no fuera porque el 45-75% de agua que contiene tiende a detener la combustión (apagarla). El agua tiende a detener la combustión porque ya está quemada (oxidada); por tanto, no puede arder y además se mete por medio, bloquea y enfría la oxidación del resto de las sustancias que impregna. Este es el motivo de que, mal que les pese a muchos, el motor de agua no pueda ser.

El proceso de la combustión produce una o varias sustancias que incorporan los componentes del combustible y el comburente, aunque reorganizados de una manera distinta. Estas sustancias pueden ser de muchos tipos, pero las más conocidas son el sólido que llamamos ceniza (aunque, por ejemplo, podríamos considerar también al agua como una ceniza fría de hidrógeno y oxígeno) y una serie de componentes gaseosos que escapan en forma de llama y humo (el humo también suele arrastrar una parte de las cenizas más volátiles). La llama y el humo pueden ser visibles o invisibles por completo al ojo desnudo, según las propiedades de cada combustión en particular. Estas sustancias, si han ardido por completo, ya no pueden volverse a usar como combustible o comburente porque han completado la reacción y no les queda energía química para ceder.

En el corazón de la llama.

Como dije más arriba, la combustión puede ser muy lenta o muy rápida. Cuando es muy rápida, puede llegar a convertirse en una deflagración; y si es tan veloz que genera una onda de choque supersónica, entonces hablamos de detonación o explosión (aunque no todas las explosiones son el resultado de este tipo de reacción). Por ejemplo, la combustión muy rápida de un hidrocarburo del tipo de la gasolina con el oxígeno del aire en un motor de combustión interna –como en un coche o una moto– provoca una deflagración que mueve el pistón y con él al resto del motor.

Funcionamiento de un motor de combustión interna.
La ignición de una mezcla de hidrocarburos y oxígeno atmosférico
aporta la energía necesaria para moverlo.

Cuando la combustión es moderadamente rápida pero no tanto, entonces nos encontramos con el fuego que conocemos como tal. Y su parte más llamativa y fascinante es, naturalmente, la llama. La llama está compuesta por los gases calientes y las cenizas más volátiles que son resultado de la combustión y se alejan de la misma siguiendo principios físicos corrientes como la convección y las leyes que gobiernan el comportamiento de los gases.

Incandescencia

Los objetos muy calientes –como este hierro al rojo vivo o el filamento de la bombilla– emiten luz por incandescencia, un fenómeno cuántico.

Pero, ¿por qué brilla y calienta? Si no quisiéramos profundizar, podríamos decir simplemente que los objetos calientes emiten energía en forma de calor y luz, punto. Lo llamamos calor e incandescencia, y la mayoría de la gente se conforma con eso, pero nosotros no. ¿De qué forma una reacción química como la combustión puede producir luz y calor?

Cuando un cuerpo –sólido, líquido, gaseoso, lo que sea– aumenta su temperatura, es porque los átomos y moléculas que lo forman se han excitado. Un átomo desexcitado por completo estaría en estado fundamental y se hallaría a la mínima temperatura posible: aproximadamente 273,15ºC bajo cero, lo que llamamos el cero absoluto. Por eso esta es la temperatura más baja posible en nuestro universo: nada puede estar más inmóvil que quieto por completo, ni tener menos energía que ninguna energía en absoluto.

Sin embargo, el cosmos está lleno de energía capaz de provocar excitación y no hay nada en él que esté o pueda llegar al cero absoluto teórico: lo impide la Tercera Ley de la Termodinámica. Hasta el espacio profundo, vacío casi por completo, viene a estar a unos 270 grados bajo cero. Esos tres grados de diferencia (2’725 para ser exactos) se los aporta la radiación del fondo cósmico, que es resultado del Big Bang que nos fundó y omnipresente a este lado de la realidad. En los laboratorios humanos, con técnicas muy sofisticadas, se ha logrado alcanzar la friolera –literalmente– de cien billonésimas de grado por encima del cero absoluto. Y sin embargo, no es el cero absoluto. Todo lo que existe en este universo está en algún grado de excitación, aunque sea ínfimo.

En el momento en que algo está excitado, por poco que sea, decimos que se encuentra a una determinada temperatura; y además, puede transferir una parte de esa energía que lo mantiene excitado a otros cuerpos. Esta transferencia es lo que llamamos calor, y constituye uno de los mecanismos más esenciales mediante los que funciona la realidad. Sin calor, no habría entropía y este universo permanecería eternamente congelado en un absurdo estado inicial sin posibilidad alguna de variar hacia ningún otro estado; y, por tanto, desprovisto también de tiempo. Estaríamos ante un universo fallido. Por eso la Termodinámica es tan importante. Pero, ¿cómo pasa el calor a estos otros cuerpos, como por ejemplo nuestra piel, para que podamos sentir el calorcito de la hoguera (o el calor del Sol a través del vacío cósmico, de tal modo que la vida pueda existir)? ¡Ah! Aquí ya tenemos que profundizar un poquito más y adentrarnos en los valles extraños de la mecánica cuántica.

Calor cuántico.

Imagen infrarroja de una serpiente en torno a un brazo humano

Imagen infrarroja de una serpiente enrollada en torno a un brazo humano. Al ser un animal de sangre fría, la serpiente emite menos radiación térmica que un animal de sangre caliente como el humano. La radiación térmica es una forma de radiación electromagnética (fotónica), producida por los electrones saltando entre los distintos estados de excitación de los átomos que componen los cuerpos.

Una de las proposiciones más esenciales de la física cuántica dice que, en la escala de lo muy pequeño, la realidad no funciona de manera suave y continua sino abruptamente, a saltos entre distintos estados. Esto es: las cosas no ocurren de manera lineal, sino de cuanto en cuanto. Sí, exactamente por ese motivo se llama física cuántica; imaginativa que es la gente.

Entre otras cosas, los átomos que componen la materia están formados por dos partículas cargadas: el protón, con carga positiva, y el electrón, con carga negativa (más el neutrón, que no viene a cuento ahora). Estas partículas son lo bastante pequeñas para comportarse de manera cuántica. Particularmente, el electrón sólo puede existir en unos determinados orbitales alrededor del núcleo atómico (donde están los protones y neutrones). Es decir: o está en uno o está en otro, pero no está en el medio, ni pasa por el medio, ni nada parecido. Sí, ya, no es nada intuitivo eso de que algo pueda ir del punto A al punto B sin pasar por el camino intermedio (aunque, para empezar, el electrón existe como una nube de probabilidad con incertidumbre cuántica, o sea que ya te puedes hacer una idea de cómo va esto…).

Cuando un átomo es excitado (se calienta), sus electrones comienzan a saltar de cuanto en cuanto hacia orbitales cada vez más exteriores; si se excita mucho, terminarán por perderse y diremos que está ionizado. Cuando empieza a enfriarse, estos electrones –si no han escapado– retornan hacia los orbitales inferiores. Y aquí está el secreto: cada vez que un electrón salta a un orbital exterior lo hace porque absorbe un fotón, y cada vez que vuelve a uno inferior emite un fotón. Es decir: cuando algo se calienta absorbe fotones (de la radiación térmica circundante), pero en el momento en que empieza a enfriarse los emite hacia el exterior.

Habiendo fotones de por medio, estamos ante radiación electromagnética. El calor, la interacción más esencial de este universo, la que permite la entropía y el tiempo, se vehicula mediante esta forma de radiación electromagnética que llamamos radiación térmica, compuesta por estos fotones. Cuando un átomo recibe y absorbe fotones, sus electrones marchan a orbitales exteriores salto fotónico a salto fotónico: así es como se excita, se calienta. Y en cuanto comienza a enfriarse, de vuelta hacia un estado más fundamental, sus electrones (si no se han perdido) regresan también salto fotónico a salto fotónico, emitiendo uno cada vez. Por tanto, cuando un átomo recibe radiación térmica absorbe fotones y se calienta; y cuando se enfría, los vuelve a emitir, lo que calentará a su vez a otros átomos situados a su alrededor. Este fenómeno es uno de los campos de estudio fundamentales de la electrodinámica cuántica.

Por eso el fuego calienta. Por eso el Sol calienta. Por eso el universo está caliente y tiene entropía y tiempo. Por eso, también, tu cuerpo está caliente y es capaz de calentar. Lo hacen estos humildes, minúsculos fotones saltando de átomo en átomo cada vez que un electrón cambia de orbital. Desde el inicio del tiempo y para siempre jamás.

De la luz multicolor y la física cuántica.

Llama en gravedad cero

En gravedad cero, la convección no aleja de la mecha los productos incandescentes que producen la luz, lo que resulta en una llama esférica.

Este fenómeno de la electrodinámica cuántica explica por qué el calor se transfiere de unos cuerpos a otros: es obra de la radiación electromagnética térmica, a una frecuencia situada generalmente en el rango de los infrarrojos. Por eso, las cámaras que pueden ver en el infrarrojo detectan los cuerpos calientes.

¿Y la luz? Bueno, en apariencia la respuesta debería ser fácil: la luz no es más que esta misma radiación electromagnética a mayor frecuencia. Diríamos –y creíamos antiguamente– que, conforme aumenta la temperatura, los electrones brincan cada vez más rápido, los fotones se emiten a frecuencia mayor y la emisión térmica va desplazándose hacia el rango de la luz visible e incluso el ultravioleta –que son también radiación electromagnética, sólo que a una frecuencia superior–. Así, se pasaría de proyectar calor a emitir asimismo luz y…

…y tenemos un problema. No te supondrás que iba a ser tan sencillo, ¿no? :D

En apariencia debería ser así. Pero ya hemos visto que esto de la cuántica se comporta de maneras extrañas. Cuando un objeto sólido se calienta lo bastante, en efecto, la frecuencia de la radiación electromagnética que emite aumenta y pasa del infrarrojo a las regiones inferiores de la luz visible de color rojo: decimos que está al rojo vivo. Si se calienta aún más, la frecuencia sigue subiendo y va pasando a proyectar luz amarilla, después blanca (cuando decimos que está al blanco) y finalmente azul. Esto estaba ya estudiado a finales del siglo XIX: la Ley de Desplazamiento de Wien definía la frecuencia a la que la radiación es mayor para cada temperatura determinada y la potencia total emitida quedaba determinada por la Ley de Stefan-Boltzmann. Todo controlado, ¿eh?

Va a ser que no. Porque si la temperatura sigue aumentando, lógicamente la frecuencia tendría que seguir aumentando hacia el ultravioleta. Y en ese momento debería volverse invisible, puesto que el ojo humano no puede ver la radiación ultravioleta. Sin embargo, esto no ocurre: por muy caliente que esté un cuerpo, sigue siendo visible con su brillo blanquiazul hasta que se consume por completo, si es que se consume. ¡Oops! Parece que tenemos un problema aquí.

A principios del siglo XX, se intentó resolver este problema mediante la Ley de Rayleigh-Jeans. Y funcionaba bien, pero sólo hasta cierto punto, pues lamentablemente predecía que un cuerpo que estuviera en condiciones de equilibrio térmico con el ambiente circundante emitiría… energía infinita. Ajá, infinita. Como a todas luces esto no sucede en la realidad, sino más bien todo lo contrario (la luminosidad y por tanto la energía emitida por los objetos calientes comienza a reducirse a partir de cierta temperatura, mientras que el color se queda estancado en el azul), significa que toda nuestra comprensión de cómo funciona el mundo estaba mal de alguna manera muy retorcida: estábamos ante una violación mayor de las leyes físicas conocidas en su tiempo, la llamada catástrofe ultravioleta.

No te lo vas a creer: hubo que descubrir un nuevo ámbito de comprensión de la realidad para darle explicación. Este es ni más ni menos el origen de la física cuántica, o casi.

Catástrofe ultravioleta

La "catástrofe ultravioleta". Según la ley clásica de Rayleigh-Jeans, un cuerpo negro ideal debería emitir cada vez más luz conforme aumenta la frecuencia (o disminuye la longitud de onda) debido al incremento de temperatura, hasta un punto en el que estaría irradiando energía infinita. Como esto evidentemente no sucede en la realidad, hizo falta la ley cuántica de Planck para explicarlo.

Fue el supuestamente poco cuántico Einstein quien propuso aplicar la Ley de Planck, primera de la mecánica cuántica, para resolver este rompecabezas cósmico por fin. Y funcionó. Si la energía térmica emitida no lo hace de manera continua, sino en paquetes discretos –los condenados cuantos– con una energía proporcional a la frecuencia, entonces todo vuelve a tener sentido. Pues en el modelo clásico, esta energía quedaba distribuida uniformemente a lo largo de todo el rango de emisión y terminaba acumulándose hasta el infinito; mientras que en el modelo cuántico sólo lo hace en unos modos específicos, correspondientes a estos estados cuánticos discretos.

Dicho de otra manera: la energía electromagnética no sigue la descripción lineal clásica, sino que sólo puede oscilar o emitirse en paquetes discretos (cuantos) de energía proporcional a la frecuencia. Como resultado, el número de modos posibles para una energía determinada en oscilación a alta frecuencia se reduce, y con ella la energía promedio a tales frecuencias. Finalmente, la potencia radiada cae a cero y la potencia total emitida es finita (no infinita, como predecía la física clásica y obviamente no podía ser). Así, la Ley cuántica de Planck describe lo que sucede exactamente en la realidad.

Estos paquetes o cuantos de energía radiada se llaman fotones. Y así fue como comenzamos a comprender profundamente no sólo la luz y el calor, sino también la entropía y el tiempo que rigen nuestra existencia y evolución.

Fuego sobre la Tierra.

Los primeros indicios fósiles del fuego que conocemos en el planeta Tierra surgen con la aparición de las plantas terrestres, fuera del mar, hace unos cuatrocientos setenta millones de años. Antes de eso, no había muchas cosas que pudieran arder fuera del agua; y dentro del agua, las cosas arden fatal. Pero, sobre todo, la presencia de estas plantas aéreas incrementaron enormemente la presencia de oxígeno en la atmósfera. Cuando el oxígeno libre en el aire pasó del 13%, empezaron a producirse los primeros incendios forestales por las causas naturales corrientes, consumiendo parte de esta flora que había salido del mar. Dada su poca densidad y altura, no se piensa que estos incendios fueran muy espectaculares. Sin embargo, su combustión lenta comenzó a producir carbón vegetal; y este carbón vegetal nos informa de la presencia del fuego antiguo sobre la faz de nuestro planeta desde por lo menos el Silúrico.

No fue hasta la aparición de los grandes bosques, en el Devónico, cuando comenzaron a ocasionarse importantes incendios forestales. Sin embargo, hay que esperar hasta el Carbonífero –con mucha biomasa terrestre y mucho oxígeno aéreo– para ver fuegos a gran escala capaces de formar relevantes yacimientos de carbón (y hasta el 20% del carbón formado por este procedimiento es carbón vegetal fosilizado, lleno de evidencias y pistas sobre la larga evolución de la vida en el planeta Tierra).

Incendio forestal visto desde la estación espacial

Un incendio forestal en Utah, Estados Unidos, visto desde la Estación Espacial Internacional. Observatorio de la Tierra, NASA.

Hacia finales del Pérmico, durante el Gran Morir, los niveles de oxígeno atmosférico cayeron acusadamente y con ellos el número e intensidad de los fuegos; a principios del Triásico parece haber una significativa carencia de producción de carbones en la Tierra, lo que nos invita a pensar en una biomasa muy reducida tras la gran extinción. El fuego vuelve a hacer aparición con fuerza entre el Jurásico y el Cretácico. No obstante, la imaginería popular sobre un infierno global durante la extinción que se cargó a los dinosaurios es infundada: no hay indicios de que los incendios fueran más fuertes o extensos en este periodo que en los inmediatamente anteriores o posteriores.

Los custodios del fuego.

El fuego, por tanto, era un fenómeno generalizado y corriente cuando los primeros humanos aparecimos por aquí. Y desde el principio, estuvo vinculado a nuestra historia, con hondos significados simbólicos, religiosos, filosóficos y –por supuesto– de orden práctico.

Existen indicios de la presencia del fuego en las comunidades humanas, y quizás un cierto dominio del mismo, desde hace aproximadamente un millón y medio de años. En el yacimiento de Chesowanja (Kenia), poblado por homo erectus, se han encontrado restos de una especie de cerámica primitiva cocida a una temperatura de entre doscientos y cuatrocientos grados; no obstante, se trata de pruebas inconcluyentes. Por el contrario, no cabe la menor duda sobre su uso generalizado a partir del rango de los 200.000-400.000 años, y de hecho es uno de los elementos fundamentales para distinguir entre las culturas del Paleolítico Inferior y las del Paleolítico Medio.

El control del fuego aportó cambios significativos al comportamiento humano. Su calor y su luz nos permitió adentrarnos en lugares más fríos y en el corazón de la noche, ayudó a espantar animales peligrosos o molestos y mejoró nuestra nutrición mediante la ingesta de proteínas cocinadas. Richard Wrangham, de la Universidad de Harvard, piensa que el cocinado de determinados tubérculos permitió la evolución de dientes más pequeños y cerebros más grandes, junto a un aporte de energía adicional que nos dio alas para salir a cazar más a menudo.

En realidad, son incontables las cosas que el dominio del fuego hizo por nosotros, empujándonos constantemente hacia adelante por la senda de la humanidad y la civilización. El fuego es, seguramente, la tecnología estrella de la especie humana. Sin él, nunca habríamos desarrollado la cerámica, la metalurgia o cualquier otra tecnología capaz de sacarnos del Paleolítico, por no mencionar la electricidad, el motor de combustión interna, el vuelo aeroespacial o… la física cuántica, por ejemplo. También ha sido, con frecuencia, un destructor de civilización por vías accidentales o violentas; y hasta de esa destrucción surgieron más cosas nuevas. El fuego viaja con nosotros desde que empezamos a ser lo que somos; y seguirá acompañándonos en nuestro camino, bajo cualquiera de sus formas, por siempre jamás.

53 Comentarios Trackbacks / Pingbacks (15)
¡Qué malo!Pschá.No está mal.Es bueno.¡¡¡Magnífico!!! (82 votos, media: 4,78 de 5)
Loading...
Be Sociable, Share!

Así funciona un arma termonuclear

De la  fusión, lo único que no sabemos hacer aún es contenerla.
Si no tenemos la menor intención de contenerla, por supuesto que sabemos encender estrellas. ¿Qué te creías?
Modelo del núcleo de un arma nuclear israelí

Modelo de producción del núcleo de fisión de un arma nuclear clandestina israelí. Fotografía obtenida por el Dr. Mordechai Vanunu mientras trabajaba en Dimona, en 1985.

Te dejamos en el post anterior entre un montón de esferas de metal tibio, con una bolsa de polvo blanco en las manos y un tipo de uniforme o bata blanca sujetando un termo de café pequeño en tu cara. Ya aprendiste la manera de hacer una bomba de fisión, como la de Nagasaki, o en general las primeras que ha realizado cualquier país. Sin embargo, tu acompañante habló de un tipo de arma increíblemente más poderosa. Habló de encender una estrella sobre una ciudad.

–Esa no me la voy a creer tan fácil –dijiste, o algo así.
–¿Y para qué te crees que es ese polvo blanco que tienes ahí y este termo que tengo yo aquí? –te contestó– Ese polvo es deuteruro de litio, que llamamos liddy. Y en este envase tengo un poquito de tritio.
–¿Y eso qué es? –preguntaste.
–La materia de la que están hechas las estrellas.
–No j*das.
–Ajá. Y las pesadillas, también.

La materia de la que están hechas las estrellas.

Las estrellas son, fundamentalmente, grandes cantidades de hidrógeno comprimido en un solo lugar por atracción gravitatoria entre sus átomos. Cualquier aglomeración de hidrógeno lo bastante grande terminará encendiéndose en forma de un sol, aunque sea un sol muy pequeñito y débil, como las enanas marrones. AB Doradus C lo hace con sólo 93 veces la masa de Júpiter.

¿Y esto a qué se debe? ¿Por qué se encendieron y se encienden las estrellas?

El hidrógeno es el elemento más antiguo y común que hay en este universo, por la sencilla razón de que es el más simple de todos: un solo protón con un electrón dando vueltas alrededor. La inmensa mayoría de la materia que se formó durante el Big Bang era hidrógeno –el Big Bang fue demasiado primario para producir nada más complejo–, y ahí sigue desde entonces. Como el hidrógeno es muy reactivo, a menudo se presenta combinado con otras cosas; por ejemplo, formando agua junto al oxígeno –que apareció junto al resto de elementos dentro de las mismas estrellas–. En realidad, todo y todos somos una mezcla del hidrógeno primigenio y polvo de estrellas, en palabras de Carl Sagan.

Tabla periódica de los elementos

Dado que lo que distingue a cada elemento de la materia es el número de protones en su núcleo, con independencia de los neutrones o electrones que contenga, la tabla periódica de los elementos está ordenada secuencialmente por esta cifra: el número atómico. Todo lo que tiene un solo protón en su núcleo es hidrógeno, todo lo que tiene dos es helio, y así sucesivamente hasta las más remotas islas de estabilidad de la materia.

Por otra parte, los elementos de este universo existen bajo la forma de distintos isótopos. Lo que define qué es una cosa es su número de protones: toda materia con un protón en su núcleo es hidrógeno, si tiene dos es helio, si tiene tres es litio y así sucesivamente. Sin embargo, el número de neutrones puede variar dentro de un cierto rango y no por eso deja de ser el mismo elemento. Normalmente existe una combinación más común de protones y neutrones, que constituye cada uno de los elementos básicos que conocemos, y otras más raras hasta que el núcleo se vuelve totalmente inestable y transmuta en otra cosa. Estas variantes del mismo elemento que tienen idéntico número de protones pero un número variable de neutrones se llaman isótopos.

Por eso ordenamos la tabla periódica de los elementos según el número de protones (número atómico), ya que el número de neutrones puede variar para el mismo elemento. Como hemos apuntado, un núcleo con un solo protón es siempre hidrógeno; pero si lleva dos es helio, y si carga tres será litio, sea cual sea su número de neutrones. Un núcleo con seis protones es siempre carbono. Setenta y nueve protones, y será oro. Noventa y dos protones, y tenemos uranio. Noventa y cuatro es plutonio. Y así con todos. Así existen en la naturaleza, así los organizamos en la tabla periódica y sobre esa base creamos elementos nuevos. Como querían –y nunca lograron– los alquimistas.

Para distinguir unos isótopos de otros, les añadimos un numerito detrás (o, más técnicamente, un superíndice antes de su símbolo). Este numerito representa la suma total de protones y neutrones en su núcleo. Por ejemplo, el uranio-235 (o 235U) se llama así porque contiene 92 protones y 143 neutrones: total, 235. El uranio-238 (238U) tiene 92 protones (esto no puede cambiar o dejaría de ser uranio) y 146 neutrones: total, 238. Así sabemos a qué isótopo nos estamos refiriendo. Los isótopos del mismo elemento tienen un comportamiento químico muy parecido, pero el físico puede llegar a variar bastante.

Otro isótopo muy conocido es el carbono-14 (14C), ampliamente usado en datación, con seis protones y ocho neutrones. La mayor parte del carbono natural es carbono-12 (12C), cuyo núcleo posee seis protones y seis neutrones. Comparando la presencia de uno y otro, podemos descubrir la antigüedad de las cosas (ya hablaremos más a fondo de este asunto). Esto ocurre con todos los elementos de este universo, con todo lo que somos.

Isótopos naturales del carbono

Los tres isótopos naturales del carbono: carbono-12 (6 protones y 6 neutrones), carbono-13 (6 protones y 7 neutrones) y carbono-14 (6 protones y 8 neutrones). En los tres casos es carbono, tiene el aspecto de carbono y se comporta químicamente como carbono, por tener seis protones (y forma parte de nuestro organismo, por ejemplo). Sin embargo, sus propiedades físicas varían. Por ejemplo, mientras que el carbono-12 y el carbono-13 son estables, el carbono-14 es inestable y radioactivo: emite radiación beta, uno de sus neutrones "extras" se transforma así en un protón y el núcleo se convierte en nitrógeno-14 (que tiene 7 protones y 7 neutrones), con el aspecto y las propiedades del nitrógeno (por tener 7 protones). Dado que la mitad de la masa del carbono-14 pasa a ser nitrógeno-14 cada 5.730 años aproximadamente (más o menos lo que llevamos de civilización humana), la presencia de este isótopo natural resulta especialmente útil para la datación precisa de objetos históricos.

El hidrógeno no constituye una excepción a todas estas reglas; sólo que, por razones históricas, le pusimos nombres propios a sus distintos isótopos. Con mucha diferencia, el isótopo más común del universo es hidrógeno-1 (1H), históricamente denominado protio. Esto es, un protón y ningún neutrón en su núcleo: si 1 + 0 = 1, pues estamos ante hidrógeno-1. Sin embargo, una muy pequeñita parte del hidrógeno que existe tiene un neutrón junto a su protón. Como 1 + 1 = 2, lo denominamos hidrógeno-2 (2H) e históricamente le pusimos el nombre deuterio y el símbolo D; una práctica antigua cada vez más abandonada por poco sistemática.

Isótopos naturales del hidrógeno

Los tres isótopos del hidrógeno. El protio y el deuterio son estables, pero el tritio no: uno de sus neutrones emite pronto una partícula beta y se convierte en un protón, dando lugar al helio-3 (2 protones, 1 neutrón). El hidrógeno-4, aunque existe, es en extremo inestable y pierde rápidamente su tercer neutrón para convertirse de nuevo en tritio.

Debido a sus características químicas, la mayoría del hidrógeno del universo está en forma de moléculas de dos átomos juntos (H2). Cuando uno de estos átomos es de hidrógeno-1 y otro de hidrógeno-2, se le llama hidruro de deuterio y se representa como 1H2H o HD. En la Tierra, en cambio, la mayor parte de este deuterio está combinado con otras cosas, como el resto del hidrógeno. Una de las más comunes es el agua: H2O. La inmensa mayor parte del agua natural es 1H2O, con el hidrógeno corriente. Sin embargo, una minúscula proporción es 1H2HO (óxido de deuterio-protio, a veces representado HDO) o bien 2H2O (óxido de deuterio, también representado como D2O). A estas formas de agua que tienen algún hidrógeno distinto del hidrógeno-1 se les llama agua pesada (porque la pesencia de los neutrones adicionales la hace pesar un pelín más por cada unidad de volumen).

Existe aún otro isótopo natural del hidrógeno, en proporciones aún mucho más pequeñas: el hidrógeno-3 (3H), llamado tritio y simbolizado T. Siguiendo la misma lógica, su núcleo continúa teniendo un protón (o dejaría de ser hidrógeno) y dos neutrones; 1 + 2 = 3. Resulta extremadamente raro y, a diferencia de sus hermanos, ya no es estable: uno de sus neutrones tiende a desestabilizarse, emitir un rayo beta y convertirse en un nuevo protón. ¿Dos protones en el mismo núcleo? Entonces ya no es hidrógeno: ahora es helio. Para ser exactos, helio-3 (3He).

El tritio es tan raro que incluso el producido en centrales nucleares vale unas mil veces más que el oro. Su suministro está estrictamente controlado y un particular sólo puede adquirirlo en cantidades minúsculas; casi siempre, para iluminadores por fosforescencia o experimentos científicos. Si intentas comprar algo más que microgramos, aunque tengas el dinero para pagarlo, algunas personas de humor muy esaborío van a hacerte una visita y preguntar por tu rollo. El deuterio, en cambio, es de venta casi libre y su precio a peso sólo duplica el del oro y anda cerca del rodio; tiene variadas aplicaciones industriales y científicas.

¿Y todo esto qué tiene que ver con las estrellas y con las armas termonucleares? ¡Todo! Porque el hidrógeno-2 (deuterio) y el hidrógeno-3 (tritio) son los dos isótopos del universo conocido que fusionan con más facilidad. ¿Y qué es fusionar?

Núcleos atómicos maniáticos.

Los núcleos pequeñitos pueden fusionar entre sí. Bueno, en realidad podría hacerlo cualquier núcleo, pero la cantidad de energía necesaria para lograrlo a partir de determinado tamaño no se concentra en el mismo punto en ningún lugar del universo conocido. Porque esa es una pega esencial de la fusión: hay que aportar mucha energía inicial para que llegue a producirse; lo que pasa es que cuando se produce, entrega un montón de energía aún mayor.

La razón de que haya que aportar tanta energía para que se produzca la fusión es bastante sencilla: simple repulsión electromagnética. Dijimos más arriba que los núcleos de los átomos están formados por protones (que tienen carga eléctrica positiva) y neutrones (que no tienen carga eléctrica, y por eso se llaman así); los electrones de carga negativa, por su parte, no están en el núcleo sino en orbitales cuánticos a bastante distancia del mismo.

Esto quiere decir que todos los núcleos tienen carga eléctrica positiva (la de sus protones); y cuanto más grandes sean, más (porque tienen más protones). ¿Recuerdas aquello de que polos opuestos se atraen y polos iguales se repelen? Pues eso: a los núcleos no les gusta mucho acercarse entre sí y se mantienen a una respetable distancia, los muy dignos. Para que se animen a arrimarse, hay que ponerlos ciegos de energía. Cuando se ponen bien calientes, se les quitan las manías. Lo que pasa es que eso requiere mucha calentura.

Más técnicamente, es preciso acelerarlos a temperaturas termonucleares para que se produzca la unión (y por eso la fusión fría no cuadra… ya hablaremos). Entonces los dos átomos se fusionan en uno solo, liberan un neutrón y con él una cantidad enorme de energía. En realidad, si contamos átomo a átomo, menos que con la fisión que vimos en el post anterior; pero la densidad energética de la fusión es muy superior, lo que se transforma en una liberación de energía mucho más grande por unidad de masa (por cada gramo de material «fusible» empleado, vamos). Si un kilogramo de uranio-235 military grade puede soltar 88 terajulios cuando fisiona, un kilogramo de deuterio-tritio (2H+3H) entrega 337 terajulios: casi cuatro veces más (ah, sí… la reacción materia-antimateria podría producir cerca de noventa mil terajulios por kilo). Por comparación, los explosivos convencionales más poderosos como el octanitrocubano generan una energía de 0,0000085 terajulios por kilogramo y el tradicional TNT, poco más que la mitad de este último; y nunca podrían hacerlo con una eficacia, instantaneidad y variedad energética tan grandes, por muchos órdenes de magnitud.

Repulsión y fusión nuclear

Polos opuestos se atraen, polos iguales se repelen. Los núcleos atómicos están compuestos por neutrones (sin carga) y protones (con carga positiva); como resultado, los núcleos en su conjunto son fuertemente positivos y por tanto se repelen con fuerza entre sí. En condiciones normales, esta repulsión los mantiene separados e impide que puedan llegar a fusionar. Sin embargo, a temperaturas termonucleares (millones de grados), los núcleos vibran violentamente y la inercia de estos movimientos es capaz de vencer a la repulsión electrostática, haciéndolos colisionar y fusionar entre sí con alta liberación de energía. En la imagen, dos núcleos de deuterio (hidrógeno-2) y tritio (hidrógeno-3) colisionan, fusionan y liberan un núcleo de helio-4 y un neutrón altamente energéticos.

Hidruro de litio

Hidruro de litio. En su variante isotópica deuteruro de litio ("liddy") constituye el combustible de fusión de las armas termonucleares.

El hidrógeno-1 fusiona mal, porque sólo tiene protones que tienden a repelerse fuertemente entre sí y carece de neutrones que hagan de mediadores. Sin embargo, el hidrógeno-2 (deuterio) y el hidrógeno-3 (tritio) lo hacen mucho mejor, precisamente porque poseen neutrones. La fusión más fácil de lograr, la que más pronto se produce, es la de deuterio + tritio para transformarse en helio-4 (helio común), un neutrón libre y 17,59 MeV de energía total.

–¿El tritio es lo que tienes en esa especie de termo de café? –preguntas entonces a tu guía.
–Exacto.
–¿Y el deuterio es lo que tengo yo aquí en las manos?
–Ajá. Pero combinado con otro elemento: el litio. Específicamente, en su isótopo litio-6.
–¿Y eso? ¿Litio, para qué?

De todas las reacciones de fusión posibles, la que une deuterio con litio-6 es la más energética de todas: genera dos átomos de helio y 22,4 MeV de energía. Se da la circunstancia de que el hidruro de litio es un viejo conocido de la química; esto es, una molécula compuesta por un átomo de hidrógeno y otro de litio. Sustituyendo el hidrógeno corriente por su isótopo hidrógeno-2 (deuterio) y el litio corriente (litio-7) por su isótopo litio-6, obtenemos una variante isotópica del hidruro de litio convencional que se llama deuteruro de litio-6 cuyo descubridor Igor Kurchatov denominó liddy. Al igual que el hidruro de litio, es un polvo blancuzco y un poco cristalino, no radioactivo, muy tenue y ligero; barato, estable y fácil de manipular.

Entonces miras con algún escepticismo la bolsa de polvo terrible al que llaman liddy, apartándotela quizá un poquito de la barriga, y apuntas:

–Pues no parece gran cosa.
–Eso es porque no lo has magreado bien –te contesta tu guía, con una risita.

Fusión.

En las estrellas, la energía para superar la repulsión electrostática viene dada por la gravedad, que atrae entre sí grandes masas de hidrógeno con su correspondiente porcentaje de deuterio y tritio. La gravedad va comprimiendo unos átomos contra otros hasta que la temperatura aumenta de tal modo debido al incremento de la presión que sus núcleos –cada vez más próximos y con mayor inercia– comienzan a fusionar y liberar energía. Entonces la estrella se enciende: ha nacido un sol. Y quiere estallar, pues la energía generada es mucha; pero la inmensa gravedad contiene su explosión hasta que alcanza un punto de equilibrio durante los siguientes millones de años (hasta que se va consumiendo el material fusionable).

Para encender una estrella con una ínfima fracción de esa masa, teníamos que encontrar una manera de sustituir la gravedad por otra fuerza igualmente capaz de superar la repulsión electrostática entre núcleos, aunque fuera durante un instante; y también de contener la reacción por un momentín mientras se completa. El problema es que la cantidad de energía necesaria para conseguirlo tiene que calentar el material fusionable a unas temperaturas equivalentes a varios cientos de millones de grados centígrados. Pero no hay ningún explosivo ni combustible en este mundo capaz de lograr algo así, por muchísimo.

Los Pilares de la Creación (Nebulosa del Águila)

Los Pilares de la Creación, un criadero de estrellas en la Nebulosa del Águila. La materia molecular de la nebulosa va colapsando sobre sí misma por atracción gravitatoria, formando discos de acreción en torno a esferas de gas, de donde surgen respectivamente los planetas y las estrellas. La esfera central, si es lo bastante grande, seguirá comprimiéndose hasta alcanzar temperaturas termonucleares, permitiendo así la fusión del hidrógeno que contiene. Ha nacido un sol.

Un momento… ¿cómo que no?

Pues claro que sí. Tenemos bombas atómicas, ¿no? ¡Lo vimos en el post anterior! Si recuerdas, cuando la energía emitida por la fisión del uranio-235 o el plutonio-239 pasa a la materia circundante, la calienta a temperaturas equivalentes a trescientos millones de grados o más. Tenemos una fuente de energía instantánea capaz de generar esa clase de calentón y transferírselo a un contenedor de materiales fusionables situado en las proximidades.

Así pues, sólo tenemos que encontrar una manera de mantener una cierta cantidad de materiales fusionables quieta en un sitio mientras le estalla una bomba atómica al lado. Lamentablemente, la explosión de una bomba atómica no es la clase de suceso que deja las cosas quietas y tranquilitas a su alrededor, y menos aún dentro del radio de aniquilación. Si pones algo al lado de un arma nuclear mientras detona, pasará a estado plasmático y se desintegrará sin importar de qué material esté hecho. Eso incluye al liddy este y a cualquier otra materia del universo conocido. ¿Cómo lo resolveremos?

La genialidad diabólica de Teller, Ulam y Sakharov.

Las primeras ideas consistieron en inyectar una mezcla de gases deuterio y tritio (que forman el combustible de fusión idóneo) en el centro de la esfera de implosión de un arma nuclear clásica. Esto tiene dos virtudes: la primera, sirve como estupenda fuente neutrónica para iniciar la reacción de fisión, en sustitución de las bolitas anteriores de polonio/berilio y cosas por el estilo. La segunda es que, cuando la fisión del plutonio se produce, va a fusionar una pequeña cantidad de este deuterio y tritio generando una cantidad aún mayor de neutrones y energía. Sin embargo, esta aproximación tiene enormes limitaciones.

Una de ellas es que, como vimos más arriba, el tritio sale enormemente caro: mil veces más que el oro. Un arma que use mucho tritio cuesta una fortuna, mucho más de lo que resulta prudente cuando tienes la intención de hacerte un arsenal con esta clase de dispositivos. Otra de ellas es que el tritio es inestable y decae naturalmente en forma de helio-3: si almacenas un kilo de tritio, en doce años y pico se habrá convertido en medio kilo de tritio y otro medio kilo de helio-3, que no nos sirve. Esto es indeseable y obliga a constantes mantenimientos y purificaciones del tritio del arma. Por otra parte, esta disposición básica no permite que las reacciones de fusión se completen eficazmente, pues el material resulta disgregado demasiado pronto.

Las armas nucleares en las que se ha inyectado deuterio + tritio en su centro, y/o se ha dispuesto a su alrededor en distintas formas, no son verdaderas armas termonucleares por el sencillo motivo de que la mayor parte de la energía no procede de las reacciones de fusión, sino todavía de las de fisión. Se llaman armas aceleradas por fusión (fusion-boosted), y pueden incrementar hasta un 20% la potencia original del arma de fisión hasta un máximo teórico de un megatón aproximadamente.

Vamos, que nos hemos quedado como estábamos. Tenemos un arma sólo un poco más potente, mucho más cara, igualmente limitada por debajo del megatón y aún más complicada y menos flexible. Sobre todo, aún no hemos aprendido a hacer estrellas. No mola.

Resulta fascinante descubrir cómo el equipo norteamericano y soviético dieron casi los mismos pasos, sin que hubiera mucho espionaje efectivo entre ambos para el proyecto termonuclear (a diferencia del nuclear). Ya se sabe que los equipos de similar cualificación, enfrentados al mismo problema, suelen alcanzar soluciones muy parecidas. Al final, la solución la encontró primero el equipo estadounidense encabezado por Edward Teller y Stanislaw Ulam: iban más avanzados por haber echado a andar antes por el camino de las armas atómicas, ya con el Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial, lo que se saldó con los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki.

Diseño Teller-Ulam

Diseño básico de Teller-Ulam. La radiación generada por un primario de fisión comprime una etapa secundaria concebida para ultracomprimir y calentar a temperaturas termonucleares un combustible de fusión.

Hay que decirlo: es una genialidad. Diabólica, terrible, lo que quieras, pero una genialidad. Se llama el diseño Teller-Ulam de fusión por etapas, y resuelve elegantemente de un plumazo todos los problemas anteriores (en la URSS fue redescubierto independientemente poco después, y allí se llamó la tercera idea de Sakharov). La idea consiste en situar los elementos de fisión y de fusión en etapas consecutivas, separadas entre sí, de modo que cada una active a la siguiente. Para lograrlo sin que todo resulte destruido antes de llegar a funcionar, se basa en un hecho simple: la energía generada por una bomba atómica está compuesta en gran medida por rayos X avanzando a la velocidad de la luz; mientras que el núcleo se expande a sólo unos mil kilómetros por segundo o cosa así (es decir, una tricentésima parte).

Vamos a aprovechar esa diferencia de velocidades para utilizar la energía del arma nuclear antes de que ésta destruya el contenedor de productos de fusión. Trataremos de crear un delicadísimo mecanismo de relojería que sólo empieza a funcionar cuando ya ha comenzado a dejar de existir y tiene que funcionar del todo antes de que termine de dejar de existir. Una tontería de nada, vaya.

La gran explosión, la gigantesca explosión.

Así pues, vamos a situar varios elementos en nuestra arma termonuclear. A un lado, colocaremos una pequeña bomba atómica: se llama el primario, porque es quien lo va a poner en marcha todo. Al otro lado, situamos el contenedor de productos de fusión, que está compuesto fundamentalmente por cilindros o esferas concéntricas de uranio-235 o plutonio-239 rellenas con este polvo que hemos bautizado como liddy –deuterio y litio–; este contenedor es el secundario. Entre ambos colocaremos espuma de poliestireno o un aerogel del tipo del FOGBANK, un disco de metal pesado (frecuentemente uranio-238) y un par de cosillas más que me temo que siguen siendo bastante secretas.

La idea es sencilla: lograr que la explosión de la bomba atómica normal (el primario) transfiera un porcentaje importante de su energía al contenedor de liddy cebado con plutonio (el secundario); de tal modo que el liddy se vea atrapado entre las reacciones de fisión del primario y las de las esferas de uranio y plutonio que lo contienen. Así se producirá un pico inmenso de energía, suficiente para que el deuterio y el litio que lo forman no sólo estén combinados químicamente sino que pasen a fusionarse físicamente. Pues, al hacerlo, liberarán una inmensa, una monumental cantidad de energía. La energía de las estrellas.

Disposición de las cabezas MIRV y la carga termonuclear en un ICBM

Disposición de las cabezas MIRV/MaRV y la carga termonuclear en un ICBM avanzado (en la fotografía, un RS-24 Yars ruso). El esquema interior del MIRV/MaRV es una estimación a partir de la información pública disponible al respecto. (Clic para ampliar)

Una vez organizado el montaje, la manera de ponerlo en marcha es muy simple. Sólo hay que hacer detonar la bomba atómica del primario y todo lo demás ocurrirá en cadena sin necesidad de ninguna otra intervención. Las fases van como sigue:

  1. El primario de fisión detona como vimos en el post anterior. Al hacerlo, emite grandes cantidades de rayos X y radiación gamma muy energéticos en todas direcciones. Una parte de este frente fotónico comienza a avanzar hacia la etapa secundaria.
  2. Entre el primario y el secundario se encuentra un sistema denominado etapa interetapas. La naturaleza exacta de este sistema es uno de los secretos mejor guardados de la historia, y después de medio siglo sigue sin llegar al público. Su función es participar en la contención de la detonación del primario pero, sobre todo, enfocar la energía del frente fotónico hacia el secundario de una manera específica exacta. La idea es que esta radiación caliente la cavidad interior de la bomba («hohlraum») de forma homogénea e incida sobre el secundario desde todos los ángulos a la vez.
  3. Toda esta energía viaja a la velocidad de la luz, y el equilibrio térmico en el interior del hohlraum se alcanza rápidamente. El material que contiene –espuma de poliestireno, FOGBANK o similar– pasa de golpe a estado plasmático. Ahora la carcasa del secundario se encuentra bombardeada desde todos los ángulos por la radiación que emite el primario, y además está sumergida en un plasma que aumenta su temperatura a gran velocidad.
  4. Debido a la elevada temperatura del plasma circundante, se inicia un fenómeno conocido como ablación en la superficie exterior del secundario. Los materiales sometidos a ablación van perdiendo partículas de fuera hacia adentro, lo que provoca una fuerza expansiva-compresiva por acción-reacción. Básicamente, cuando la cantidad de energía es muy alta –y con una bomba atómica estallando a pocos centímetros, la energía es muy alta– la ablación es muy rápida y esta fuerza adquiere todas las características de una explosión que comprime violentamente el combustible de fusión y el núcleo de plutonio-239 que hay en su interior.
  5. Cuando el núcleo de plutonio-239 del secundario (la «bujía», sparkplug) se ve ultracomprimido por las fuerzas de ablación procedentes del exterior… pues se convierte exactamente en el núcleo de plutonio de una bomba atómica de fisión. O sea que fisiona y empieza a estallar como si fuera un segundo primario. Ahora el liddy está atrapado entre dos bombas atómicas detonando a la vez: la del primario y el plutonio fisionando en el núcleo del secundario.
  6. La carcasa del secundario (en ablación) suele estar fabricada de uranio-238. El uranio-238 no es fisible en condiciones normales, pero en situaciones de alta temperatura, presión y densidad neutrónica fisiona estupendamente. Y en estos momentos está comprimiéndose y desintegrándose entre el plasma de muy alta temperatura generado por la detonación del primario y la avalancha neutrónica procedente de la fisión del núcleo del secundario. Ya te puedes imaginar lo que pasa a continuación: fisiona a su vez, y además muy energéticamente.
  7. Con esto, el combustible de fusión está atrapado entre tres bombas atómicas estallando a la vez: dos concéntricas, que lo ultracomprimen, lo calientan a cientos de millones de grados y lo bañan en neutrones de alta energía; y la del primario que sigue suministrando grandes cantidades de energía a todo el conjunto para mantener el proceso.
  8. Entonces, ocurre una brujería de estas a las que los físicos son tan aficionados. Resulta que el liddy sería un magnífico combustible de fusión (la fusión deuterio-litio es la segunda reacción más energética de todo el universo, sólo por detrás de la materia-antimateria). Pero presenta dos problemas: su sección eficaz es relativamente pobre y además no produce neutrones. Esto significa que la probabilidad de que suceda es relativamente baja y encima no nos aporta neutrones para algo que va a venir después: tendríamos una bomba termonuclear flojucha. Sin embargo, esto no es problema: las avalanchas neutrónicas que proceden de las dos bombas atómicas entre las cuales el liddy está atrapado ahora fisionan sus átomos de litio y forman tritio. Rápidamente, el liddy –deuteruro de litio– se transforma en triddy –deuteruro de tritio– y eso es deuterio y tritio: exactamente la materia con la que fusionan las estrellas, también muy energética pero además con una sección eficaz altísima y abundante emisión neutrónica. La bomba está fabricando ahora su combustible sobre la marcha, incluyendo el costosísimo tritio, y en el proceso se está convirtiendo en una estrella pequeñita autocontenida por ablación.
  9. Fusión. Conforme el litio transmuta en tritio, la sección eficaz aumenta bruscamente y, a cientos de millones de grados y millones de atmósferas de presión, los núcleos de deuterio y tritio fusionan de repente. Eso provoca un rápido embalamiento energético y neutrónico, que dispara hasta otras cinco reacciones de fusión adicionales mediante distintas combinaciones de deuterio, tritio, litio y el helio-3 que se va formando en el proceso también. La estrella acaba de encenderse.
  10. La masiva andanada neutrónica instantánea producida por estas reacciones de fusión alcanza rápidamente al resto de metales pesados que aún se encuentran pulverizados en su entorno: el plutonio-239 de los núcleos del primario y el secundario, el uranio-235 o -238 de la carcasa del secundario y el uranio-238 de la funda exterior. Al hacerlo, realimenta enormemente sus reacciones de fisión, aumentando aún más la energía total del dispositivo termonuclear. La bomba Zar llegó a producir el 1,4% de la potencia de salida del Sol durante 39 nanosegundos.
  11. Detonación termonuclear. Las fuerzas de compresión y ablación ya no son capaces de contener este pico de energía monumental por más tiempo. Surge una densa esfera de radiación fotónica que se expande a la velocidad de la luz y otra sólo un poco más lenta de neutrones muy energéticos. La radiación fotónica (fundamentalmente en forma de luz, rayos X y radiación gamma) se transfiere velozmente al aire circundante, calentándolo y dilatándolo de manera explosiva. Los neutrones irradian y vuelven radioactiva la materia circundante. Se produce una gigantesca explosión, que a diferencia de las de fisión no tiene límite teórico. Con las más potentes que se llegaron a construir, no queda nada en decenas de kilómetros a la redonda.
Animación con el funcionamiento y efectos de un arma termonuclear

Animación con el funcionamiento y efectos de un arma termonuclear

No obstante, la ventaja más significativa de las armas termonucleares sobre las nucleares no es sólo su enorme potencia, sino su coste mucho más bajo y su mayor flexibilidad. ¿Coste bajo, con todos estos materiales exóticos? Sí: como la energía producida por unidad de masa es mucho mayor, la cantidad de material necesaria para hacer la misma bomba es significativamente menor. Una bomba de fisión de medio megatón, cerca de su máximo teórico, es un trasto inmenso atiborrado de costoso plutonio que necesita un bombardero pesado para transportarla; la misma bomba, pero en fusión, sale mucho más barata y además caben seis en la punta de cualquier ICBM. Y encima cuesta menos de mantener.

También, como hemos dicho, son más flexibles. Aumentar o reducir la potencia de un arma termonuclear es sencillo, lo que ha dado lugar a las armas de potencia variable o dial a yield. Mediante un mando analógico o digital que modifica algunas particularidades de la activación del secundario, es posible modificar la energía producida por el mismo entre la máxima permitida por el diseño y ninguna en absoluto (cerrando el secundario y dejando la detonación del primario a pelo). Otra flexibilidad de los explosivos termonucleares es que se puede variar su diseño para producir armas de propósito especial: bombas de neutrones, bombas exoatmosféricas de pulso electromagnético incrementado, bombas de radiación residual reducida o aumentada (la bomba del juicio final de Szilard) y un largo etcétera.

¿Por qué es tan difícil?

Pergeñar un precario petardo nuclear es relativamente fácil; no deja de ser una tecnología con 65 años de antigüedad. Cualquier doctorando en física nuclear de cualquier universidad del mundo debería ser capaz de parir un diseño básico con mayor o menor esfuerzo; cualquier país provisto de centrales nucleares y alguna industria debería poder construirlo con algún tiempo y gasto –mucho tiempo y mucho gasto si se quiere mantener la discreción–. Lo que ocurre es que acabas con un trasto monumental de poca potencia, menor eficiencia y casi nula utilidad militar en el mundo moderno. Es poco más que un juguete físico, a lo mejor capaz de lograr que a tu sector más patriotero y militarista se le ponga durísima, pero cuyas posibilidades prácticas son sumamente limitadas.

Lanzamiento de un SLBM Trident II D-5 desde un submarino en inmersión

Lanzamiento de un SLBM norteamericano Trident II D-5 desde un submarino en inmersión

En realidad, tú no quieres una bomba nuclear. Tú quieres una fuerza nuclear, compuesta por armas nucleares. Y, amigo mío, amiga mía, eso es una liga completamente distinta. Es como querer jugar la final de la Champions con el bravo y mítico Alcoyano C.D. Este es el momento en que la cosa comienza a complicarse. Para empezar, ahora ya no necesitas una cosa, sino dos: un vector –es decir: una manera de llevarla hasta su blanco– y un arma lo bastante pequeña y ligera como para que quepa en tu vector. Ops. Esto empieza a complicarse.

Como no vas a ponerte a trastear con ICBMs avanzados desde el primer día –más que nada, porque para eso necesitas un programa espacial de envergadura, o su equivalente– tendrás que apañarte con aviones. Siempre podrías lanzar tu trasto físico del tamaño de un turismo desde un Hércules o cosa parecida. Lo que pasa es que, por menos pasta de la que te va a costar todo el proyecto, podrías hincharte a comprar Eurofighters Tranche Sopotocientos y armamento aire-superficie con una potencia explosiva equivalente a muchas unidades de tu primitiva bomba atómica; lo cual, por cierto, sería bastante más flexible y adaptativo en una guerra real.

Quien empieza a adentrarse por el camino de las armas nucleares, debe saber que ese es un camino muy largo, con muchas bifurcaciones sin salida y con un coste inmenso. Para empezar, necesitas un enemigo; es una estupidez meterte en un lío semejante sin un enemigo claro, una estrategia definida y unos usos específicos. Este enemigo debe ser lo bastante poderoso como para que no puedas derrotarlo sin recurrir a las armas atómicas, pero al mismo tiempo no tan poderoso que su represalia te convierta a ti y a tu país entero en contaminación ambiental (a menos que pretendas jugar en la liga de la Guerra Termonuclear Total, claro; en tal caso, te sugiero ingresarte en un psiquiátrico porque tienes algún problema de percepción de la realidad).

El caso clásico de entrada tardía razonable en el mundo del armamento nuclear es el de India y Pakistán. India y Pakistán son dos países con muchos motivos para odiarse y muy pocos para quererse, centrados en un severo conflicto sobre partes importantes de su territorio; entre ellas, Bengala, Cachemira y el Punjab. En sesenta años han tenido cuatro guerras y cinco broncas serias. Más o menos desde 1971 India suele ganar estas trifulcas –a pesar del apoyo chino y estadounidense a Pakistán–, pero ambos saben que el día menos pensado el otro les da una sorpresa; mientras que, por otra parte, la victoria final resulta muy poco probable (e incluso indeseable: ¿qué haces tú mañana con ciento setenta y cinco millones de pakistaníes o mil doscientos millones de indios?). Este es el caso paradigmático que justifica un programa nuclear militar: enemigo claro, invencible –en el sentido de levantar la bandera sobre su Parlamento mientras sus últimas tropas huyen– y potencial de conflicto nítido y constante. «Potencial de conflicto» del tipo de cuatro guerras recientes y a la espera de la quinta, no meras paranoias patrioteras o simplemente racistas y xenófobas.

Sólo en una situación así, el inmenso coste y esfuerzo de poner en marcha un programa nuclear militar tiene algún sentido razonable. Al principio, porque pueden decantar a tu favor una guerra que de otro modo tendría un resultado incierto; después, porque disuaden al oponente de comenzarlas. En el proceso, porque te otorga palancas negociadoras que no podrías obtener de ninguna otra manera. Eso sí, prepárate a adoptar en tu país la filosofía del pakistaní Zulfikar Ali Bhutto: «comeremos hierba, pero haremos una bomba nuclear». Si no tienes razones muy buenas (y recursos igualmente buenos) para implantar semejante política, más vale que lo dejes estar.

Este es un poder grande, duro y fuerte; quienes lo adquirieron, lo hicieron con presupuestos prácticamente ilimitados y porque temían a otros hombres más que al mismísimo demonio. En cuanto ese miedo cedió un poco, los esfuerzos para reducirlo han sido constantes. Muchos países se han declarado a sí mismos zonas libres de armas nucleares. Ellas siguen ahí, en sus guaridas, acechando día y noche la vida de todos y los destinos de la Humanidad; pero quizá hayamos aprendido algo de tanto miedo y necedad. Las armas termonucleares no se pueden desinventar, y quizás ni siquiera sería juicioso prescindir completamente de la tecnología por si las moscas. Siendo realistas, proporcionan una garantía de seguridad tan inmensa que difícilmente desaparecerán en su totalidad, y hasta es posible que aparezcan nuevos usuarios. Sin embargo, todo avance que reduzca el riesgo de exterminarnos a nosotros mismos será un progreso de la Humanidad; y quizá, en algún futuro hacia el que merecería la pena empujar, no necesitemos de estas ni de ninguna otra clase de armas. Ojalá.

La bomba Zar, la más potente de la historia, era una termonuclear de tres etapas y liberó entre 50 y 60 megatones.

93 Comentarios Trackbacks / Pingbacks (35)
¡Qué malo!Pschá.No está mal.Es bueno.¡¡¡Magnífico!!! (87 votos, media: 4,90 de 5)
Loading...
Be Sociable, Share!