Superconductividad de alta temperatura

El erudito lector sabe que en física fundamental y astrofísica existen importantes problemas teóricos sin resolver: elaborar una teoría cuántica de la gravedad, conseguir una teoría unificada de todas las interacciones fundamentales, identificar la materia oscura o la energía oscura, y algunos más. ¿Y en el resto de la física? La comprensión teórica de la turbulencia y de la superconductividad de alta temperatura son los dos problemas más importantes que todavía no se han resuelto. 

Comentaré el segundo de ellos, que se escapa de la física clásica. Se entiende por superconductividad la capacidad, que poseen algunos materiales, para conducir la corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía; la calificación de alta temperatura se refiere a que la superconductividad se manifiesta por encima de ciento noventa y seis grados centígrados bajo cero (la temperatura de ebullición del nitrógeno). Los superconductores de alta temperatura tienen dos características propias que los distinguen de los demás: son de tipo II (lo que significa que pasan del estado superconductor al estado normal, gradualmente, no bruscamente, como los de tipo I) y son no convencionales (no cumplen la teoría BCS). ¿Cómo explica la teoría BCS la conducción eléctrica de los superconductores convencionales? Considera que los portadores de carga eléctrica no son los electrones individuales, sino parejas de ellos (pares de Cooper). Los electrones habitualmente se repelen debido a que tienen idéntica carga; sin embargo, cuando se hallan inmersos en un metal es posible que se atraigan en lugar de repelerse y, en consecuencia, se emparejen para minimizar su energía. ¿Cómo es posible que dos partículas negativas se atraigan? Aislados, imposible; pero dentro del metal los electrones móviles, negativos, atraen a los iones positivos vecinos; iones que no vuelven inmediatamente a su posición de equilibrio original, por lo cual existe un exceso de carga positiva momentánea por donde el electrón ha pasado; un segundo electrón sentirá una fuerza atractiva debido al exceso de carga positiva. La teoría explica el comportamiento de los superconductores convencionales (como el aluminio, el plomo o el mercurio a temperaturas cercanas a doscientos setenta grados bajo cero), pero falla al predecir el comportamiento de los superconductores no convencionales entre los que se encuentran los de alta temperatura; tal vez porque estos últimos son sustancias más complejas: entre ellos se hallan algunas aleaciones, los fulleros y cerámicas como el YBCO (óxido de itrio, bario y cobre); o tal vez porque todavía no comprendemos el fenómeno. 

Pseudociencia y mala ciencia en Medicina

Aproximadamente la mitad de la producción científica mundial se incluye en el campo de la biomedicina. En un ámbito que concierne a la salud humana sobra resaltar el peligro de producir conocimiento falso, no probado o de baja calidad. Porque frente a la medicina basada en evidencias científicas, no sólo se hallan las medicinas complementarias o alternativas, que no se basan en pruebas, sino también la mala ciencia biomédica que se basa en pruebas defectuosas. 

La eficacia de las terapias pseudocientíficas (como la homeopatía) no ha sido probada, eso significa, obviamente, que los tratamientos deben considerarse no comprobados. Cabe añadir que, en los casos que la homeopatía o la acupuntura han sido cometidas a ensayos controlados para el tratamiento de alguna dolencia, se ha demostrado su nula eficacia; o lo que eso lo mismo, su eficacia es similar a la de un placebo. Además, resulta evidente que si una terapia alternativa demostrara ser eficaz dejaría de ser alternativa, se convertiría en una terapia médica tradicional basada en evidencias científicas. 

Una vez que he concluido la crítica, que espero haya sido contundente, a las pseudociencias aplicadas a la biomedicina, me voy a fijar ahora en la mala ciencia biomédica, que también la hay, y mucha. Muchos curiosos lectores habrán padecido, observado o conocido por la prensa malas prácticas médicas; no es eso lo que me propongo aclarar, porque las observaciones personales constituyen ciencia de baja calidad que debemos repudiar. El escritor se quedó petrificado cuando se enteró de un estudio publicado en una revista, BMJ (British Medical Journal), de máxima credibilidad científica mundial: los investigadores eligieron al azar tres mil tratamientos utilizados en la medicina convencional; después de analizarlos hallaron que la eficacia de casi la mitad de los tratamientos era desconocida. ¿El lector se ha quedado con la boca abierta? Pues ciérrela; porque ésas son las conclusiones de los sorprendidos investigadores. Otros estudiosos (John Ioannidis) certifican que la mitad de los resultados de la investigación biomédica o bien es falsa o los resultados son interpretados incorrectamente, dicho con otras palabras, no hay falta de datos, sino obtención de resultados falsos debido a sesgos, prejuicios o mala práctica científica. No obstante, recuerde el cauto lector que, a pesar de las limitaciones de la medicina, nunca la humanidad ha tenido tan buena salud como ahora. Los científicos se equivocan: cierto; pero mucho menos que la mayoría de la población.

Turbulencia

Pasamos la vida rodeados por fluidos; el aire fluye por nuestros pulmones, la sangre recorre los vasos de nuestro organismo; los aviones se mueven en el aire, los barcos navegan en el agua y los automóviles se deslizan por el suelo, todos ellos propulsados por otros fluidos que se mezclan en las cámaras de combustión. Si nos fijamos en el movimientos de los fluidos interesantes observaremos que la turbulencia es la norma, no la excepción. A pesar de su importancia, la turbulencia tiene mala reputación. Richard Feynman alegó que es “el problema sin resolver más importante de la física clásica”, lo ratifica Horace Lamb (1932): “ahora soy un viejo y cuando muera y vaya al cielo hay dos temas que espero aclarar. Uno es la electrodinámica cuántica y el otro el movimiento turbulento de los fluidos. Sobre el primero soy bastante optimista”.

¿En qué consiste la turbulencia? Si abrimos el grifo de la cocina un poco, el agua fluirá suave, si abrimos más la corriente se transforma en turbulenta; algo similar sucede al humo de un cigarrillo, que sube mansamente al principio para hacerlo, algo más arriba, de manera turbulenta. El fenómeno se desencadena cuando se forman torbellinos, pedazos de fluido zigzagueantes y a menudo giratorios que se mueven caóticamente respecto a la dirección media del movimiento. Aunque la turbulencia aumenta la resistencia a la que se enfrenta un objeto que se mueve en el aire o el agua, y por eso es importante reducirla, no siempre es un fenómeno indeseable: en los cilindros de un motor la turbulencia mejora el mezclado del combustible y produce una combustión más eficiente; la turbulencia también permite que las pelotas de golf (con hoyuelos) alcancen más del doble de distancia que una pelota lisa.

Argüíamos que los flujos turbulentos se caracterizan por la aparición de remolinos (o vórtices) de distintos tamaños que interactúan entre sí, se forman y deshacen. Los grandes se rompen en otros menores, éstos en otros más pequeño, y así sucesivamente, hasta que se hacen lo suficientemente pequeños como para disiparse en calor. Este viaje de la energía de las escalas grandes a las pequeñas reviste una importancia extraordinaria porque se estima que el cinco por ciento del gasto energético de la humanidad se disipa en los flujos turbulentos. 

Añadiré, por último, que la extraordinaria complejidad matemática de las ecuaciones que gobiernan la turbulencia ha impedido a los físicos hacer un análisis teórico del fenómeno… hasta ahora. 

Carcinogénicos

  Hay aficiones, así me lo han dicho, inexplicables. ¿Los argumentos para que me hayan aplicado tal calificativo? Juzgue el comprensivo lector: leí la lista que ha elaborado la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer (IARC); lista que califica la carcinogenidad de los diversos agentes analizados hasta la fecha. 

Se despertó mi curiosidad cuando me enteré que este organismo, dependiente de la Organización Mundial de la Salud, publicó un informe sobre el cáncer en el mundo que revela lo siguiente: se espera que el número de nuevos casos anuales de cáncer aumente, de catorce millones en 2012, a veintidós millones en 2030. Christopher Wild, Director de la IARC durante el decenio 2009-2018, sabe que la identificación de la mayoría de los carcinogénicos humanos se debe a estudios epidemiológicos, estima que entre el ochenta y el noventa por ciento de los cánceres tiene una causa ambiental, también declara que, en los países de ingresos bajos y medianos, el aumento de esta enfermedad se debe, sobre todo, al tabaco, al alcohol, a las infecciones, a la contaminación del aire y a la mala alimentación; por todo ello, manifiesta perplejidad de que la investigación y financiación actual estén concentradas en el tratamiento, y no en la prevención. 

Recupero el hilo del discurso. Los investigadores de la IARC han clasificado los agentes analizados en cinco categorías: cancerígenos, probablemente cancerígenos, posiblemente cancerígenos, no hay pruebas de carcinogenidad, y ausencia demostrada de carcinogenidad. En el año 2019 la lista elaborada contiene mil setenta y nueve entradas; de ellas, ciento veinte agentes se han clasificado como cancerígenos; trescientos noventa y tres es probable o es posible que lo sean; quinientos pertenecen a la cuarta categoría; la quinta categoría permanece vacía. 

Voy a identificar alguno de los agentes carcinogénicos que me han llamado la atención: el tabaco, el alcohol, la carne procesada, el lindano, las aflatoxinas, el arsénico, el cromo VI, el cadmio, el asbesto (o amianto), el humo de los motores diésel, las partículas del aire contaminado, el hollín, el serrín, el alquitrán, las nieblas ácidas, el radón y la terapia de estrógenos y progesterona durante la menopausia. También los virus de la hepatitis B y C; la radiación ionizante, la radiación solar, los rayos X y los ultravioleta. El plaguicida más usado, el glifosato, entra en la categoría de probable; y los ubicuos móviles en la de posible. La lista, preocupado lector, merece la pena leerse. 

Vino para vegetarianos

Participaba en un almuerzo en el que uno de los comensales se explayaba sobre las bondades de la dieta vegetariana. Aunque sé que la cantidad de proteínas animales que ingerimos habitualmente es excesiva, olvidaba el orador que, tanto nuestros antepasados como nosotros, somos animales omnívoros que, por comer, hasta nos comimos nosotros mismos (única costumbre culinaria que deploro). Otro de los contertulios, enólogo de profesión, con poca consideración hacia el defensor de los animales, argumentó que los vegetarianos que degustaban bebidas alcohólicas no eran consecuentes con sus principios; argüía que todos los vinos contienen restos de albúminas o gelatinas animales. El vegetariano, estupefacto, se quedó callado; ignorante del asunto, lo imité. Más tarde, concluida la grata colación quise documentarme: ya puedo asegurar que no estaba descaminado el quisquilloso enólogo, porque muchos vinos, aunque no todos, tienen restos animales. 

Los vinos y cervezas se hacen mediante fermentación alcohólica; acabada ésta, la mayor parte de los componentes celulares que no han fermentado caen al fondo del depósito, unos tardan una semana, otros, son tan pequeños que se quedan en suspensión hasta seis meses, volviendo turbio al vino; estos componentes, pequeñas proteínas, taninos y azúcares que la levadura no ha transformado en alcohol, podrían alterar el gusto de la bebida. Con paciencia y esperando varios meses, todas las materias estarán en el fondo, y el vino quedará limpio, estable y transparente: habrá sucedido una clarificación espontánea. Como el fabricante no quiere esperar muchos meses con la bodega ocupada, recurre a forzar la caída de las materias en suspensión, dicho con otras palabras, se requiere una clarificación del vino. Para ello añade a la espirituosa bebida un clarificante, que engorda las partículas y acelera su caída: albúminas procedentes de la clara del huevo, de la sangre o de la leche; gelatinas procedentes del pescado o de los huesos; o sustancias de origen vegetal (alginatos), mineral o sintéticas. 

A la clarificación sigue el trasiego, que consiste en cambiar de envase, para separar el vino del sedimento depositado en el fondo de las barricas. Admiro el cuidado de los enólogos durante esta operación; tan sensible que los cambios atmosféricos de presión (sobre todo las bajas presiones) pueden enturbiar el vino; por ello, los trasiegos durante las diferentes etapas de la crianza se hacen en épocas de altas presiones, cuando el sedimento está bien asentado. Por último, el solitario lector “levante el vaso e invite a la Luna”.