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Los quebraderos de cabeza del nuevo sistema de filosofía química

Recuerdo perfectamente mi primer contacto con las poderosas ideas del gran Demócrito. Fue en un libro caracterizado muy bien por la, a sabiendas, ambivalente expresión del filósofo francés Clément Rosset: “uno de los textos más perfectamente indigestos de la literatura filosófica.” Un largo poema titulado De Rerum Natura y escrito por uno de los fundadores occidentales de la antirreligión, Lucrecio. Lucrecio (99 a. C. - 55 a. C.) lo escribió, dirigiéndose a su amigo Memmio, en respuesta a la recuperación del antiguo culto por parte del emperador Augusto. Hay quien lo considera el primer divulgador científico –sin desmerecer en absoluto el Noticiero sideral de Galileo–, pues procuró hacer fáciles y asequibles las explicaciones racionales a los fenómenos naturales que observamos.


Lucrecio elaboró una obra deliciosa que te recomiendo encarecidamente que leas porque muchas de sus reflexiones siguen perfectamente vigentes, no tanto las explicaciones en sí, es cierto, sino la importancia de su filosofía. Lucrecio dedicó su poema a ensalzar a su héroe Epicuro –no escribo la palabra ídolo deliberadamente, porque dudo mucho que a Lucrecio le gustase ese término–, quien asumió la teoría atomista de Demócrito. Pero antes vamos a lo invisible.

Empédocles de Agrigento (c. 495 a. C. - c. 435 a. C.) fue un tipo muy peculiar, un elemento de cuidado. De hecho, le debemos la palabra “elemento” en química. Empédocles, aparte de ser algo excéntrico y creerse literalmente un dios, fue un hombre bastante brillante y con gusto por la observación. Perteneció a la escuela pluralista, y, según Aristóteles, llevó a cabo un pequeño experimento con un aparato que servía para recoger agua y que la gente de la época utilizaba mucho. Se llamaba clepsidra o ladrón de agua. Normalmente era una esfera de cobre con un cuello abierto y pequeños agujeros en el fondo que se llena sumergiéndola en el agua. Si la sacas con el cuello sin tapar el agua sale por los agujeros, de forma similar a cuando brota el agua por los agujeros de una ducha. Si se saca tapando con el pulgar el cuello, el agua queda retenida dentro de la esfera. Solo tienes que quitar el dedo para que empiece a caer. Empédocles se quedó fascinado por algo que todo el mundo veía a diario en sus casas. Fijarse en algo cotidiano como algo revolucionario es uno de los criterios que suelo emplear para distinguir una mente brillante.

Empédocles pensó que tenía que haber alguna sustancia material que impida el paso del agua, pero de la que no vemos nada, ni siquiera un leve rastro; como tantas veces en ciencia solo podemos ver su influencia y de ahí tratar de sacar algo en limpio. Los detalles sobran para nuestro humilde propósito, pero Empédocles afirmó que sólo podía ser aire. Lo invisible tenía efectos de presión sobre el agua, por ejemplo si lo sumerjo con el cuello tapado, el agua no entra por los agujeros. No fue la primera, pero si una de las más curiosas veces que nos topamos con lo "invisible". El aire, pensó Empédocles, debe ser materia dividida tan finamente que era imposible verla, aunque sí sentir sus efectos.

Fue un leve acercamiento, pero que abrió el camino al poderoso Demócrito (c. 460 a. C. - c. 370 a. C.). Demócrito –quien a su vez fue discípulo de Leucipo, el verdadero fundador del atomismo– nació en la colonia jónica de Abdera y se convirtió en uno de mis héroes intelectuales por sus muchos avances; se adelantó milenios a la neurociencia moderna al enseñar que la percepción del mundo exterior, por ejemplo, la razón por la que estás ahora mismo leyendo este párrafo, era un proceso puramente físico y mecanicista y que lo que llamamos pensamiento o razón y lo conocido como sensación o experiencia eran simplemente particularidades de la materia reunida de un modo complejo en nuestros cuerpos, y no de alguna clase de alma infundida por algún dios. El sistema materialista de Demócrito es impresionante. Pero por lo que se recuerda fundamentalmente a Demócrito es por ser el desarrollador principal de una de las escuelas materialistas de la Grecia clásica, la escuela atomista, y es precisamente eso lo que nos lleva a él en este artículo.

Demócrito de Abdera
La palabra átomo en griego significa que no puede cortarse o dividirse. “Nada existe –dijo Demócrito–, aparte de átomos y el vacío.” Todo lo que ves, e incluso lo que no ves como el aire de Empédocles, está compuesto de átomos, que se convirtieron en las partículas últimas, las cuales no podían ser reducidas a piezas más pequeñas. Nosotros o los dioses, si existieran, también serían átomos. ¡Fíjate qué afirmación! Demócrito supuso que los átomos de cada elemento eran diferentes en tamaño y forma, y que eran estas diferencias las que conferían a los elementos sus distintas propiedades.

No debe olvidarse que Demócrito, como la mayoría de sus coetáneos, quizás a excepción de Eratóstenes y pocos más, no apeló a la experimentación para corroborar sus afirmaciones; aunque sí se basó en algo observable: él trabajaba con secciones de conos y cuchillos. Sus demostraciones no eran las que esgrimimos en la actualidad, pero eran sutiles y elegantes. Y sus conclusiones fueron esencialmente correctas.

Antes de dejar atrás Grecia, voy a hacer un breve alto en nuestro recorrido histórico a lo largo de la teoría atómica para recordar unas palabras del gran divulgador científico Carl Sagan en su magna obra Cosmos e invitarte de este modo, querido lector, a la reflexión:
En los libros de historia de la filosofía se suele calificar “presocráticos” a los grandes científicos, desde Tales hasta Demócrito y Anaxágoras, como si su misión principal hubiese consistido en ocupar la fortaleza filosófica hasta la llegada de Sócrates, Platón y Aristóteles, y quizás influir algo sobre ellos. De hecho los antiguos jonios representan una tradición diferente y muy  contrapuesta, una tradición que está más de acuerdo con la ciencia moderna. Su influencia se ejerció de modo intenso solamente durante dos o tres siglos, y esto fue una pérdida irreparable para todos los hombres que vivieron entre el Despertar jónico y el Renacimiento italiano.
Vamos, gracias a un poderoso ejercicio mental, a adelantarnos varios siglos después de la vida de estos pensadores. En concreto vamos a pararnos en la exultante y candente Francia de 1787 y nos fijamos en un hombre. Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) fue un químico notable que murió bajo las terribles palabras “la república no precisa ni científicos ni químicos”. Además de ser científico había trabajado para el gobierno anterior cobrando impuestos, y eso no se lo perdonaron. Lavoisier llevó a la química de la mano hasta convertirla en una ciencia; confirió a la química un lenguaje y una metodología. Le encantaba medir y experimentar, y usó todos los “metros” que te imagines: hidrómetro, barómetro, gasómetro, calorímetro… Él observaba, pesaba, medía y experimentaba. También se preocupó de los elementos químicos, los cuales definió como cuerpos simples e indivisibles –aunque solo fuese por la incapacidad técnica de dividirlos más-. Pero esta aparente tranquilidad en el mundo de la química duró poco tiempo. Algo se avecinaba.

El problema comenzó con la publicación de un libro. Si alguien te dice en el seno de un debate que un libro no es importante y que no puede cambiar nada, recuerda, no esta, sino todas las veces en las que ha ocurrido algo similar en la ciencia o en la filosofía. Fue un libro revolucionario, y eso que sus conceptos básicos se basaban en algo ya conocido en la cultura humana: el átomo. Pero había caído en la oscuridad del olvido desde los tiempos en que estaba en boca de los filósofos griegos. El libro al que me refiero y que da nombre a este artículo, se titula El nuevo sistema de filosofía química, del profesor británico de ciencias John Dalton (1766-1844). John Dalton era hijo de un tejedor bastante modesto y ya desde su infancia destacó bastante en ciencias, sobre todo en matemáticas; y con poco más que una decena de años daba clases particulares a sus compañeros. Fue un hombre versátil y conocedor de muchos campos del saber humano. Sirva como ejemplo de ello el hecho de que su nombre forme parte del patrimonio lingüístico de la humanidad: en medicina se conoce como daltonismo a un tipo de ceguera para los colores. Dalton padecía una ceguera –aunque ahora no sería estrictamente clasificada como daltonismo- sobre la que investigó largo y tendido. Pero volvamos a lo que nos ha traído hasta Dalton. Volvemos a algo que empezó en nuestra pequeña historia con Empédocles: lo invisible.

John Dalton
Aunque los detalles en concreto no eran iguales a los átomos de los filósofos griegos, Dalton recuperó la vieja idea de que la materia está compuesta de átomos indivisibles e idénticos para un mismo elemento, con un peso fijo y que se combinan entre sí para formar otros compuestos más complejos. El sólido edificio que había ayudado a construir Lavoisier parecía venirse abajo. ¿Por qué? Pues porque Dalton introdujo una hipótesis para la cual, según muchos químicos posteriores a Lavoisier, carecía de pruebas empíricas y era solamente un producto de la imaginación de algunas cabezas descocadas. Sería desastroso introducir una explicación imaginada e incluso onírica a lo que observaba Dalton en la ciencia química experimental y observacional.

Sorprendentemente el libro de Dalton fue originalmente acogido con poca expectación y pocas críticas. Al principio su importancia radicó, no en la palabra átomo –que a fin de cuentas era similar a la palabra elemento de Lavoisier– si no a la teoría de los pesos atómicos de Dalton. Según Dalton, el agua consta de un átomo de oxígeno y un átomo de hidrógeno. Hasta aquí parece fácil. Dalton sabía que en nueve gramos de agua hay un gramo de hidrógeno y ocho gramos de oxígeno. Si damos al hidrógeno el valor de uno y generalizamos, con algunos cálculos podremos saber el peso de cada átomo. Esta teoría de los pesos atómicos permite resaltar la presencia de numerosos cuerpos simples. Además en la época se habían conseguido desgranar algunas sustancias consideradas elementales en sus constituyentes más básicos. En esto se basó fundamentalmente Dalton para hablar y reintroducir la hipótesis del atomismo. Cuando Dalton presentó en 1803 su nueva versión de la hipótesis atómica basada en las leyes de las proporciones, reconoció su deuda con Demócrito conservando la palabra “átomo” para las partículas constituyentes de la materia.

Después de la publicación de esta obra se sucedieron numerosos experimentos y se agitó el mundo de la química. La teoría de Dalton fue criticada por el francés Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) que no llegaba a las mismas conclusiones empleando volúmenes en vez de los pesos de Dalton. Los detalles nos sobran aquí, pero diremos que para eliminar esta aparente contradicción entre estos dos notables científicos, el famoso químico y abogado italiano Amedeo Avogadro (1776-1856) y el físico francés André Marie Ampère (1775 – 1836) tuvieron que llegar, por separado, a una sorprendente conclusión: los átomos de Dalton todavía se pueden dividir. En otras palabras, el elemento constitutivo del gas de hidrógeno (lo que Dalton llama átomo de hidrógeno) está constituido en realidad por dos cuerpos aún más sencillos.

Esto supuso en la época un batiburrillo de nomenclaturas y terminologías, que no acababan de cuadrar. ¿Qué pasó aquí realmente? Al dividir los átomos de Dalton, Avogadro y Ampère introdujeron la distinción entre átomo y molécula: el hidrógeno gaseoso es una molécula constituida por dos átomos. Estás aconteciendo a un hecho histórico en el entendimiento humano. De todo esto surge una famosa ley, conocida por todos los estudiantes de ciencias, la ley de Avogadro que afirma que volúmenes iguales de distintos gases, sometidos a las mismas condiciones de temperatura y presión, contienen siempre el mismo número de moléculas. Aplicada a las teorías de Dalton y de Gay-Lussac, esta ley estipula que una molécula de un gas simple consta siempre de dos átomos. Para muchos químicos, constituye la primera prueba de la existencia de los átomos.

Pero los problemas metodológicos acababan de comenzar. Esta ley se cumple para la mayoría de los gases, pero también hay algunos díscolos, que se empeñan en no encajar. El fósforo, el azufre, el mercurio y el arsénico, por ejemplo, no encajaban en la solución. Durante un breve periodo de tiempo, la discusión aquí se vuelve más epistemológica que puramente científica.

En este precioso instante de nuestra pequeña historia interviene Jean-Baptiste Dumas (1800 – 1884), químico y político francés de renombre y muy conocido por toda Francia. Él se propone examinar esta incoherencia trabajando arduamente desde su despacho en la facultad de medicina; pero desgraciadamente no logra explicar la excepción. Reflexiona y llega a la conclusión de que la teoría atómica, de la que anteriormente había sido un ferviente defensor, estaba equivocada. Pero no porque las experiencias de Dalton estén erradas, sino porque la explicación que Dalton les da queda fuera de la ciencia. Está seguro de que este error científico se debe a un extravío epistemológico. El átomo no tiene cabida en la ciencia. Y aunque la teoría atómica de Dalton no estaba tan carente de evidencias como la de Demócrito y sus compañeros, y se podía entrever la existencia del átomo a raíz de sus experimentos, la cuestión era clara: no podemos seguir elaborando hipótesis y construyendo el edificio de la química alrededor de algo que es poco menos que una hipótesis –la nueva notación química se intentaba emplear siguiendo la teoría atomista, aunque solo fuese porque parecía más sencilla de ese modo, no tanto por lo real que fuese el átomo– y distaba a todas luces de estar lo suficientemente demostrada su existencia.

Para Dumas la química se está acercando a un peligroso precipicio porque no deja de hacer investigación especulativa sobre la formación última de la materia. Para seguir siendo una ciencia no tendría que haberse alejado nunca de los hechos observables. Lavoisier había calado hondo. Debería haberse contentado con traducirlos mediante leyes claras y sencillas, que no necesitan buscar lo invisible para justificarse. Desde entonces y durante unos años la palabra “átomo” es desterrada de los libros escolares. Decía Dumas:
“Si de mí dependiera, borraría de la ciencia la palabra átomo, convencido de que va más allá de la experiencia; y en química, nunca debemos ir más allá de la experiencia.”
La pelea entre los químicos fue dura y, a veces, cansina. En Francia sobre todo se produjo un gran debate durante años alrededor de dos químicos: Charles Adolphe Wurtz (1817 – 1884), discípulo de Dumas, pero defensor del atomismo y Marcellin Berthelot (1827 – 1907) quien como Dumas pensaba que una hipótesis semejante, de la que apenas había datos empíricos, no tenía cabida en la empresa química.

Wurtz estudió medicina y fue discípulo de Dumas en el pequeño laboratorio de química de la facultad de medicina donde trabajaban. A diferencia de su maestro, él apoyaba el atomismo. La oportunidad le surgió a Wurtz cuando Dumas dimitió, e inmediatamente ocupó la cátedra de química en la facultad de medicina e incluso llegó a ser decano. Wurtz fue un defensor tanto de la nomenclatura atómica como del propio concepto de átomo y se da cuenta de que, para lograr la aceptación de ambas lo más importante es enseñarla y divulgarla. Siendo profesor en la Facultad de Medicina convence a la futura élite de químicos de sus ideas con un sencillo truco, dándoles clase.

Con Wurtz surge uno de esos momentos preciosos de la cultura humana, que a mí personalmente me reconfortan. Es el momento en el que ambos bandos te acusan de sacrilegios opuestos. Ha ocurrido un puñado de veces en la historia. El caso de Wurtz es muy ilustrativo, la Iglesia y sus compañeros médicos de la facultad lo tildaron de materialista por enseñar que todo, incluidos los seres humanos, son átomos. En cambio, los químicos, especialmente Berthelot, lo calificaron de espiritualista por creer en ese átomo invisible que nadie ha visto.

Charles Adolphe Wurtz
La separación entre ciencia y filosofía a menudo se tambalea, y los objetos de estudio de la ciencia van cambiando a medida que la propia ciencia avanza. Unos pocos sabios griegos, entre los que destacaría a Demócrito, sostenían que la materia era inherentemente divisible hasta un nivel determinado y que todas las cosas estaban constituidas por un gran número de diversos tipos de átomos. Pasaron siglos y siglos, y medio olvidada, la hipótesis seguía sin tener ninguna evidencia real a su favor. Hasta John Dalton, cuando en 1803 señaló que el hecho de que los conocidos compuestos químicos se combinaran siempre en ciertas proporciones podía ser explicado mediante el agrupamiento de átomos. Sin embargo, pese a estos indicios experimentales, la hipótesis atómica siguió siendo considerada mero ejercicio intelectual fútil por basarse en algo, en aquel momento, inmaterial sobre el que la empresa científica no podía –o no debía para algunos- si quiera reflexionar. La discusión entre los defensores y detractores del atomismo no se zanjó de modo definitivo ¡hasta los primeros años del siglo XX! Incluso Einstein participó en enterrar la discusión al establecer que el movimiento browniano –el movimiento irregular y aleatorio de pequeñas partículas de polvo suspendidas en líquido- era descifrable si lo pensábamos a nivel atómico.

Para terminar este breve relato científico-filosófico sobre la historia de la hipótesis atómica me gustaría terminar con una pequeña digresión de Richard Feynman; y una invitación a reflexionar. Feynman en su libro Seis piezas fáciles imaginó un cataclismo terrible por el que los humanos desapareciesen y todo nuestro conocimiento quedase destruido por completo. Toda nuestra cultura evaporada en un instante. Feynman se pregunta si por algún casual fuésemos capaces de salvar una sola sentencia para pasársela a las generaciones posteriores de criaturas inteligentes cuál debería ser. Feynman concluye:
Yo creo que es la hipótesis atómica (o el hecho atómico, o como quiera que ustedes deseen llamarlo) según la cual todas las cosas están hechas de átomos: pequeñas partículas que se mueven en movimiento perpetuo, atrayéndose mutuamente cuando están a poca distancia, pero repeliéndose al ser apretadas unas contra otras. Verán ustedes que en esa simple sentencia hay una enorme cantidad de información acerca del mundo, con tal de que se aplique un poco de imaginación y reflexión.
Borja Merino.

BIBLIOGRAFÍA:
  • Asimov, Isaac (2010). Breve historia de la química. Alianza.
  • Bunge, Mario (2013). La ciencia. Su método y su filosofía. Editorial Laetoli.
  • Chalmers, Alan (1997). Qué es esa cosa llamada Ciencia. Siglo Veintiuno de España Editores.
  • Feynman, Richard (2006). Seis piezas fáciles: La física explicada por un genio. Drakontos, Crítica.
  • García Font, Juan (1968). Historia de la ciencia. Ediciones Danae. 3ª ed.
  • Greenaway, Frank (1966). John Dalton and the atom. Cornell University Press.
  • Hawking, Stephen (2011). Historia del tiempo. Drakontos, Crítica.
  • Laercio, Diógenes (2003). Vidas de los filósofos más ilustres. Omega.
  • Lucrecio (2010). De la naturaleza de las cosas. Editorial Cátedra. 7ª ed. 
  • Ordóñez, Javier; Navarro, Victor; Sánchez Ron, José Manuel (2013). Historia de la ciencia. Espasa Libros.
  • Pigeard-Micault, N. (2014). Wurtz y la hipótesis atómica. Investigación y Ciencia. Marzo 2014.
  • Roscoe, Henry E.; Arthur Harden (1896). A New View of the Origin of Dalton's Atomic Theory. Macmillan.
  • Rosset, Clément (1976). Lucrecio y la naturaleza de las cosas. Lógica de lo peor. Ed. Barrai.
  • Russell, Bertrand. (2009). History of Western Philosophy. Routlege Classics.
  • Sagan, Carl (1980). Cosmos. Editorial Planeta. 
  • Serres, Michel (1994). El nacimiento de la física en el texto de Lucrecio. Editorial Pre-Textos.

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