Presiones extremas y diamantes

La curiosidad y el interés se aúnan para alentar la investigación del comportamiento de la materia sometida a presiones muy elevadas. Interés porque se requieren presiones extremas para forman los diamantes y curiosidad por averiguar el comportamiento de la materia dentro de nuestro planeta o en las profundidades de los planetas gigantes.

Para reproducir las condiciones del interior de los planetas las sustancias deben comprimirse a presiones que superan varios millones de veces la atmosférica; al hacerlo se alteran las propiedades, la estructura atómica se modifica, los átomos (o las moléculas) se aproximan, mengua el volumen. En el centro de la Tierra la presión alcanza los tres millones y medio de veces la presión atmosférica, un millón trescientas mil en el fondo del manto terrestre; no se requiere llegar a tales cotas para formar diamantes; es suficiente con exponer materiales que contienen carbono a presiones que varían de cuarenta y cinco mil a sesenta mil veces la presión atmosférica, y a un rango de temperatura que va desde novecientos a mil trescientos grados centígrados; condiciones que existen en el manto a profundidades de ciento cuarenta a ciento noventa kilómetros. Siendo complicado trabajar en tal escenario, debe solucionarse el problema técnico en los laboratorios; pero, para imitar a la naturaleza, no podemos olvidar que el crecimiento necesita períodos de mil millones a tres mil millones de años, y eso ya es harina de otro costal. ¡No!, tales dificultades no muestran que seamos incapaces de sintetizar diamantes artificiales: revelan que, para fabricarlos, hemos suplido la carencia de tiempo con ingenio. 

El estudio del interior de los cuatro planetas gigantes, como suele suceder, ha sorprendido a los físicos. Urano y Neptuno no son planetas helados o gaseosos, sino mundos acuáticos: bajo una atmósfera de hidrógeno y helio, existe un manto constituido por una disolución acuosa de metano y amoniaco que rodea a un núcleo de roca y quizá metal. A partir del metano, y en las condiciones que prevalecen en el interior de ambos planetas, se forman no sólo hidrocarburos, sino también diamantes que se hunden en el fluido. Los físicos creían que Júpiter y Saturno no tenían las condiciones necesarias para la síntesis de diamantes; sin embargo, un nuevo estudio sugiere que las piedras preciosas podrían flotar en el fluido de hidrógeno del interior de ambos planetas, y que incluso algunas podrían haber crecido hasta alcanzar el tamaño de un iceberg. ¿Alguien podría imaginar mundos con diamantes gigantescos?

¿Es inevitable el progreso de la cultura?

No es fácil superar el adoctrinamiento. El ciudadano occidental cree que el progreso material nunca concluirá; y muchas teorías antropológicas –elaboradas en el siglo XIX- alimentan esa creencia; según ellas la evolución de las culturas constituye una senda ascendente de progreso. La gente de la edad de piedra pasaba los días buscando alimentos y las noches alrededor del fuego en incómodas cuevas acosada por animales salvajes; sólo cuando descubrieron el secreto de la siembra pudieron establecerse en aldeas, construir viviendas, acumular excedentes alimentarios y disponer de tiempo para pensar; eso les condujo a la invención de la escritura, de las ciudades y al desarrollo del arte y de la ciencia; luego llegó la revolución industrial, y con ella las máquinas que facilitan la vida. No, no ocurrió así. Las poblaciones del paleolítico llevaban vidas más sanas que los pueblos que les sucedieron; durante el imperio romano había más enfermedades que en cualquier época precedente; la esperanza de vida para los niños ingleses de principios del siglo XIX no era muy diferente a la de veinte mil años atrás; los cazadores paleolíticos trabajaban menos horas que los campesinos chinos o los obreros industriales contemporáneos; más de dos tercios de la población mundial contemporánea es casi vegetariana involuntaria, cuando durante el paleolítico todos mantenían una dieta rica en proteínas animales.

En las sociedades del pasado las presiones reproductoras -debidas a la falta de medios eficaces de control de la natalidad- condujeron a una intensificación de la producción de alimentos y bienes, que acabó agotando los recursos y destruyendo el ambiente. Eso sucede en las sociedades contemporáneas; sólo que nosotros apenas hemos empezado a pagar el castigo, son nuestros descendientes quienes tendrán que trabajar más para conservar los lujos que gozamos. Lo que hoy sucede ya ha ocurrido en el pasado; nuestra cultura no es la primera que alcanza su límite de crecimiento, fracasa y es reemplazada por otra.

Nadie puede negar que vivimos mejor que nuestros tatarabuelos del siglo XIX, nadie puede negar que hemos mejorado la dieta, la salud, la longevidad y las comodidades de miles de millones de personas. La cuestión no consiste en determinar si los beneficios contemporáneos son reales, sino si son permanentes. ¿La cultura actual puede considerarse el extremo de una línea siempre ascendente, o es la última protuberancia de una curva que desciende con tanta frecuencia como asciende? La segunda perspectiva está más de acuerdo con los datos de la moderna antropología, sostiene Marvin Harris (el escritor duda).

¿Es el universo un accidente?

Una vez Albert Einstein manifestó ¿tuvo Dios otras opciones al crear el universo? Metafóricamente el sabio alemán se preguntaba si las leyes que rigen el cosmos y los números que lo cuantifican pueden ser diferentes de lo que son. Y esta breve disquisición se relaciona con una duda que me formuló un colega. ¿Por qué el Sol quema suavemente su combustible durante miles de millones de años en vez de estallar como una bomba? La diferencia estriba en la naturaleza del combustible: el Sol emplea hidrógeno ordinario, mientras que una bomba H está compuesta principalmente de hidrógeno pesado (deuterio y tritio); y ambos se comportan de manera diferente; éste reacciona de forma explosiva, aquél de manera suave. En la reacción del hidrógeno pesado intervienen las fuerzas nucleares fuertes, en la del hidrógeno ordinario sólo las fuerzas nucleares débiles, un trillón de veces más lentas que las anteriores. Nada más; quizá deba añadir que la reacción que se produce dentro del Sol consiste en la fusión de dos núcleos de hidrógeno ligero para forman deuterio más un positrón –que se aniquila con un electrón produciendo radiación que emite el Sol- y un invisible y casi indetectable neutrino.

La lentitud de la reacción de fusión del hidrógeno resulta esencial para nuestra existencia, al menos por tres razones, argumenta el físico Freeman Dyson. Primero, sin la lentitud del consumo del combustible solar no tendríamos una estrella estable, con vida suficientemente larga como para permitir la génesis y evolución de la vida. Segundo, sin el retardo, el océano constituiría un excelente explosivo termonuclear (pues cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno) y sería una perenne tentación para cualquier fanático diseñador de apocalipsis. Tercero, sin el retardo, es improbable que una cantidad de hidrógeno considerable hubiese sobrevivido de los primeros minutos del universo; toda la materia del cosmos se habría convertido en helio antes de que las galaxias y estrellas empezaran a condensarse, y no hubiesen podido nacer estrellas de larga duración.

Nuestra salvación resulta más providencial cuando se observan con detalle las razones de la preferencia de una reacción en vez de la otra. Si la fuerza de atracción nuclear entre los dos protones del hidrógeno ordinario  fuese sólo un tres por ciento mayor de lo que es, la reacción de fusión entre ellos sucedería vía interacción fuerte y no vía interacción débil: no habría retardo. Parece inconcebible que la propia existencia de la vida dependa de la intensidad de las fuerzas nucleares. ¡Quién lo iba a decir!

Estrategias de supervivencia

Las mujeres de las regiones pobres tienen muchos hijos a los que apenas pueden atender, las que viven en las regiones ricas se contentan con un par de ellos a los que proporcionan todos los cuidados del mundo. ¿Cuál de las dos estrategias resulta óptima para asegurar la descendencia? ¿Se ha hecho alguna vez esa pregunta el afortunado lector? Los biólogos saben que el número de individuos de una población depende de su capacidad reproductora y de las características del ambiente; ateniéndose a estos factores las diferentes especies de seres vivos pueden seguir dos estrategias extremas para aumentar su probabilidad de supervivencia: unas, producen numerosos descendientes, cada uno de los cuales posee una probabilidad de supervivencia baja (estrategia r); otras, invierten gran cantidad de recursos en pocos descendientes, cada uno de los cuales tiene una alta probabilidad de sobrevivir (estrategia K).

Los leones, e hipopótamos, vacas u ovejas, seres humanos y la mayor parte de las aves y mamíferos, así como la palma de coco, el aguacate o el caqui siguen la estrategia K: tiene pocos descendientes -crías o semillas- en las que invierten gran cantidad de cuidados paternos (o recursos), lo que reduce su mortalidad al mínimo, por eso cada uno tiene una alta probabilidad de supervivencia; sin embargo el riesgo es evidente: la especie que sigue esta estrategia depende de la suerte de un pequeño número de individuos. ¿Qué características poseen? Su cuerpo es grande, su edad prolongada, presentan defensas y viven en ambientes estables compitiendo únicamente con otras especies; debido a su bajo número rara vez sirven de alimento para otros. Por su dependencia del hábitat y por su poca facilidad para adaptarse a los cambios ambientales, las especies en peligro de extinción son, habitualmente, estrategas K.

Los animales invertebrados, peces, tortugas y roedores así como las hierbas, pinos y robles presentan la estrategia r; lo que significa que tienen muchos descendientes a los que no proporcionan cuidados paternos, por lo que su mortalidad es muy elevada; por su gran número sirven de alimento para otros. Suelen tener pequeño tamaño, corta edad, no desarrollan mecanismos defensivos, viven en hábitats inestables cuya migración es alta y no compiten con otras especies; los individuos de la misma especie compiten entre sí.

En este tiempo, que se va acabando cada vez con más prisa, con el calentamiento global a la puerta y la sexta gran extinción de la biosfera comenzada ¿Cuántos estrategas K desaparecerán de la faz de la Tierra en este milenio?