Ni es cielo, ni es azul. por el Prof. Dr. D. Félix María Goñi Urcelay, académico correspondiente

El excelente artículo del Prof. García de la Torre, “El cielo es azul”  me ha traído a la memoria un curioso caso de presciencia o anticipación histórica. Me refiero al soneto, atribuido unas veces a Bartolomé Leonardo de Argensola (1562-1631), otras a su hermano Leonardo (1559-1613), titulado “A una mujer que se afeitaba [maquillaba] y estaba hermosa” que dice:

Yo os quiero confesar, don Juan, primero,
que aquel blanco y color de doña Elvira
no tiene de ella más, si bien se mira,
que el haberle costado su dinero.

Pero tras eso confesaros quiero
que es tanta la beldad de su mentira,
que en vano a competir con ella aspira
belleza igual de rostro verdadero.

Mas ¿qué mucho que yo perdido ande
por un engaño tal, pues que sabemos
que nos engaña así Naturaleza?

Porque ese cielo azul que todos vemos,
ni es cielo ni es azul. ¡Lástima grande
que no sea verdad tanta belleza!

Lo que me hace traer aquí a colación este bello e ingenioso soneto es, por supuesto, el último terceto. Newton (1642-1727), el primero que explicó la difracción de la luz y la descomposición de la luz blanca en los colores del arco iris, nació mucho más tarde de que los Argensola fallecieran. Y no digamos Rayleigh o Tyndall.  Me parece exagerado decir aquí eso de que la naturaleza imita al arte, pero no deja de ser curioso comprobar, una vez más, que la intuición del artista puede anticipar el conocimiento científico.

El cielo es azul por el Prof. Dr. D. José García de la Torre, académico numerario

Columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 14 de octubre de 2017

Cosa bonita: mirar al cielo y notar cuán azul lo vemos en días despejados. Entre las cosas de Química Física que enseño, hay una explicación, que dio Lord Rayleigh hace más de cien años. La luz, blanca, del sol, es una mezcolanza de todos los colores del arco iris, que se corresponden a las longitudes de onda a las que la retina es sensible, del rojo al azul/violeta, además de algunas otras que no vemos, infra y ultra. Recuerdo nítidamente lo que me explicaban mis profesores de bachillerato, aludiendo a como el prisma descompone los colores de la luz blanca, o cómo la atmósfera lo hace en el arco iris tras la lluvia.

Pero, con tiempo seco y cielo despejado, la atmósfera le juega a la luz del sol otra jugarreta. Aparte de los diferentes índices de refracción de las distintas longitudes de onda, que las separan, hay otro efecto, que me explicaron poco después en la universidad. Y es que la atmósfera no está tan vacía como parece, sino que contiene moléculas del aire, partículas en suspensión, que reciben la luz directa del sol y la dispersan, desviándola en todas las direcciones, hacia nuestros ojos.  Pero, ¡ojo!, no todas las longitudes de onda, no todos los colores son desviados por igual. Lo hacen muchísimo más intensamente con los colores de la zona del azul, y muchísimo menos con los próximos al rojo. Mirando al cielo, pero no directamente al sol, la luz que nos llega no viene directamente del sol, sino que es la luz dispersada por las moléculas y partículas de la atmósfera. Y, por lo antedicho éstas dispersan mucho más intensamente la componente azul de la luz, y es éste el color que percibimos.

Explicar el azul del cielo no es cosa para la que haya que recurrir a fenómenos sofisticados, de los que no estuviera informado un probo estudiante de Química hace cincuenta años. Y cuando explico el color del cielo a mis alumnos, me parece notar un espectro de impresiones: desde la sonrojante ignorancia acerca de lo que se está describiendo, a la casi ultravioleta suposición, no expresada, de que el profesor es un cuentista. No le parecería así a Lord Rayleigh. Y eso que quien primero se fijó en esa potencialidad de las minipartículas fue un tal Dr. Tyndall, un observador experimentalista. Claro, que para averiguar que esa capacidad de dispersar la luz era tan especialmente intensa para la componente azul, tuvo que aparecer un teórico, un sabio:  John W. Strutt (Lord) Rayleigh.  Y como académico que era, comunicó a la Real Academia de Ciencias del Reino Unido (Royal Society), en una famosa sesión académica, porqué el cielo es azul.  Un Lord de la Corona británica dedicado a la ciencia, y demostrando como ésta explica cosas cotidianas.

La Tabla Periódica: hacia un merecido reconocimiento por el Prof. Dr. D. Alberto Tárraga Tomás, académico numerario

Columna de la Academia, publicada en el Diario La Verdad el 7 de octubre de 2017

A instancias de la Federación Rusa, el Comité Ejecutivo de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), organización científica que a nivel mundial se encarga de establecer normas para la denominación de compuestos químicos -orgánicos e inorgánicos-, así como protocolos para la estandarización en determinaciones de ensayos analíticos y clínicos y de la publicación de datos de gran valor para los científicos, va a proponer, ante la 202 sesión de la Asamblea General de la Unesco, a celebrar en este mes de octubre en París, la proclamación por Naciones Unidas del año 2019 como Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos, haciéndolo coincidir con el 150 aniversario de la publicación, en 1869, de la primera tabla periódica realizada por el químico ruso Dimitry I. Mendeleiev – reconocido como uno de los padres de la química moderna– y basándose en el hecho de que ésta constituye uno de los logros más significativos de la química y una herramienta única para predecir la aparición y propiedades de nuevos elementos sobre la tierra o en el resto del Universo.

Según consta en la propuesta remitida por este Comité, esta iniciativa supondría el reconocimiento del importante papel que esta ordenación de los elementos químicos ha jugado en el avance de la ciencia y la tecnología, en general, así como en la comprensión y sistematización de la Química, en particular, y que han resultado de importancia crucial para el desarrollo de la humanidad.

Este evento permitiría, además, conmemorar el primer centenario de la IUPAC, fundada en 1919, y contribuir así a mejorar la valoración social de la Química.

Así mismo, esta proclamación permitiría rendir homenaje a la estrecha cooperación científica internacional orientada al descubrimiento de nuevos elementos, como es el caso de los cuatro elementos Nihonio (Nh), Moscovio (Mc), Téneso (Ts) y Oganesón (Og), de vida muy breve y una alta radiactividad, admitidos por la IUPAC en 2016, con los que ha quedado completado el séptimo periodo de esta Tabla, tras la incorporación en 2011, del Flerovio (Fl) y Livermorio (Lv).

En este contexto, resulta importante subrayar que el pasado mes de junio la Facultad de Química (Universidad de Murcia), a instancias de su decano, Prof. P. Lozano, incorporó a su fachada los 118 elementos, identificados por sus símbolos, número atómico y masa atómica, que constituye un reconocimiento permanente a esta Tabla y que ha resultado ser la mayor de todas las construidas en el mundo.

El Mar Menor: 20 afirmaciones científicas y una petición desesperada por el Prof. Dr. D. Ángel Pérez Ruzafa, académico numerario

Columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 30 de septiembre de 2017

  1. Las lagunas costeras son ambientes altamente productivos por los gradientes físico-químicos que contienen; 2. Debido a los intensos flujos de energía, deberían ser simples, dominados por especies oportunistas y similares a sistemas contaminados; 3. Sin embargo, el Mar Menor es altamente complejo, heterogéneo y con una elevada biodiversidad, lo que le confiere la capacidad de autorregularse y defenderse de las presiones antrópicas; 4. La heterogeneidad hidrológica y de sustratos contribuyen a mantener dicha biodiversidad y mecanismos homeostáticos; 5. Su funcionamiento y capacidad homeostática dependen de la conexión restringida con el Mediterráneo; 6. El dragado del canal del Estacio indujo importantes cambios hidrológicos e hidrodinámicos; 7. induciendo, a su vez, la colonización de nuevas especies como la expansión del alga Caulerpa prolifera; 8. Caulerpa aporta materia orgánica, produce enfangamiento y reduce el contenido en oxígeno del sedimento; 9. El aporte de materia orgánica y partículas finas propiciadas por Caulerpa limitan el desarrollo de Cymodocea nodosa; 10. La expansión de Caulerpa contribuyó a la caída drástica de la pesca del mújol; 11. El aumento de la turbidez en zonas someras favorece a Caulerpa; 12. Los dragados y vertidos de arena producen enfangamiento, aumento de la materia orgánica y pérdida de calidad en las playas; 13. La sustitución de Cymodocea por Caulerpa altera el poblamiento de peces y reduce la diversidad; 14. En el Mar Menor, los espigones afectan al hidrodinamismo y las corrientes litorales, no impiden la erosión de la playa, favorecen la retención de algas, enfangamiento y el aumento de materia orgánica, perjudican el desarrollo de las comunidades esciáfilas en los balnearios y reducen la calidad de aguas; 15. Los balnearios tradicionales albergaban una elevada biodiversidad, con una comunidad de especies filtradoras que mantienen la calidad de aguas; 16. El Mar Menor ha perdido su estado oligotrófico y está inmerso en un proceso intenso de eutrofización; 17. La rambla del Albujón ha sido una fuente de nutrientes, agua dulce y contaminantes, amenazando con romper la integridad y complejidad del Mar Menor de forma irreversible; 18. Las medusas no eran el problema, sino un síntoma y la respuesta homeostática del sistema para mantener su integridad; 19. La ciencia no es una varita mágica que elimina los problemas, simplemente aplica el método científico para responder a preguntas con unos márgenes de confianza; 20. Puedo escribir los versos más tristes esta noche/ Escribir, por ejemplo: “El Mar Menor agoniza,/ y pululan, inquietos, los especuladores, a lo lejos”. Petición desesperada: Solo podremos resolver la situación extrema a la que hemos llevado al Mar Menor y evitar su deterioro irreversible tomando conciencia del problema y coordinando a todas las administraciones y usuarios implicados para buscar las soluciones, utilizando el conocimiento como base para la toma de decisiones.

 

A vueltas con el ranking de Shanghai por el Prof. Dr. D. Juan Carmelo Gómez Fernández, académico numerario

Columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 23 de septiembre de 2017

Un año más, cuando recientemente se publicaron los resultados de este famoso ranking, tenemos la misma confusión en las interpretaciones. En realidad, lo que se mide aquí es la excelencia investigadora: premios Nobel que pertenecen a una universidad o han estudiado en ella y publicaciones de gran excelencia. No se valora la calidad de la enseñanza ni la adecuación a las necesidades de las empresas. Pero ¿por qué las universidades españolas tienen malos resultados? Señalaré dos factores principales.

El primero depende del Ministerio de Educación que considera a los profesores españoles casi únicamente como enseñantes y muy poco como investigadores. Por ello han de dedicar una gran parte de su tiempo a las clases y a la inmensa burocracia que la ANECA y otras plagas bíblicas han descargado sobre la Universidad española. Además, los profesores españoles carecen de personal auxiliar destinado a la investigación. El resultado es que el profesor universitario tenga muy difícil el centrarse en la investigación que es lo que se valora en el ranking en cuestión.

El segundo depende del MINECO que es quien ha de invertir en la investigación. Este Ministerio destina escasos fondos a la investigación por la poca fe del Gobierno en que la investigación tenga utilidad (sobre todo la básica). Además, el sistema posterga especialmente a las universidades, entre varias otras cosas porque hace competir a los docentes universitarios, con limitada dedicación a la investigación, con personal de organismos dedicados a la investigación en exclusiva como el CSIC o el CNIO. El resultado es que hoy en día haya una mayoría de profesores universitarios que no tienen fondos con qué investigar. Pocos investigadores aspirantes a tener grandes resultados publicables en las revistas de excelencia (que es lo valorado en el famoso ranking) van a querer estar en una universidad española en estas condiciones.

Por supuesto que hay otros responsables subsidiarios de esta situación, como son las comunidades autónomas, aunque algunas como el País Vasco o Cataluña sí que ayudan más a la investigación. Por último, tampoco todas las universidades tienen claro qué hacer a este respecto y algunas tienen más implicación que otras con la investigación, pero el resultado general está a la vista: ninguna universidad española está entre las 200 primeras. Ni lo estará, me temo, en esta generación. ¿Pero, realmente, los responsables que aquí señalamos quieren cambiar esta situación?

Bernhard Riemann por el Prof. Dr. D. Angel Ferrández Izquierdo, académico numerario

Columna de la Academia publicada en el diario La Verdad el 16 de septiembre de 2017

Georg Friedrich Bernhard Riemann nació el 17 de septiembre de 1826 en Breselenz, un pequeño pueblo en el reino de Hanover. El segundo de seis hijos, muy pronto mostró un enorme talento para el cálculo. Muy apegado a su familia y de salud delicada, siempre se mostró tímido y melancólico, con dificultad para las relaciones sociales.

Con diecinueve años ingresó en la Universidad de Göttingen donde, por influencia de su padre, pastor luterano, se matriculó en Filología y Teología. Tuvo tiempo para asistir a las clases de Stern, Goldschmidt y Gauss, con tal dedicación que consiguió el permiso paterno para dedicarse por completo a sus estudios preferidos. Su afán de aprender le llevó a Berlín, donde permaneció dos años y cuenta con enorme júbilo el excelente curso de Mecánica que recibió de Jacobi.

A finales de 1849 regresó a Göttingen para recibir clases de Filosofía y Física Experimental. De esta época surge su interés por la filosofía natural en un escrito donde afirma que “es posible desarrollar una teoría matemática completa que, partiendo de las leyes fundamentales que verifican los puntos individuales, progresa hasta los fenómenos reales del espacio continuo, sin distinguir si se trata de la Gravedad, la Electricidad, el Magnetismo, o el equilibrio del Calor”.

Su tesis Fundamentos para una Teoría de Funciones de una variable compleja no pudo someterla a la Facultad de Filosofía hasta noviembre del año 1851 debido al pánico que le producía escribir para publicar. El trabajo recibió un dictamen muy elogioso de Gauss. Para su habilitación se decantó por la teoría de las series trigonométricas, que acabó en diciembre de 1853, para entregarse de lleno a elaborar las Hipótesis de la Geometría. Muy preocupado de que fuera inteligible para todos, incluso para no matemáticos, el trabajo fue una obra maestra, pues suprimió los detalles matemáticos más delicados para transmitir con precisión su hilo argumental, de manera que puede ser reconstruido a partir de las indicaciones dadas.

Las lecciones orales fueron traumáticas. Su pensamiento brillante y su imaginación intuitiva le permitían dar grandes saltos difíciles de seguir. Quedaba perplejo si se le pedía una discusión más amplia de sus conclusiones y le costaba trabajo adecuarse al razonamiento más lento del solicitante para resolverle sus dudas.

Riemann es uno de los grandes matemáticos de la era moderna, buscando siempre nuevas formas de pensar y atacar los problemas existentes y sus aplicaciones físicas. Su influencia en el siglo XX es tal que en la obra ‘Development of Mathematics 1900-1950’ su nombre aparece tantas veces como los de Gauss, Cauchy, Weierstrass y Dedekind juntos.

Ciertos virus pueden ser nuestros aliados contra bacterias resistentes a antibióticos por el Prof. Dr. D. Juan Carmelo Gómez Fernández, académico numerario

Usando la técnica CRISPR se consigue que el sistema inmunitario primitivo de la bacteria se vuelva contra ella misma.

La resistencia a los antibióticos que desarrollan muchas bacterias es un grave problema que nos causa demasiados problemas. Para combatirlo hay una incesante investigación desarrollada a nivel básico en centros de investigación independientes y relacionados con las empresas farmacéuticas. Pero en un número reciente de la prestigiosa revista Nature se describe un nuevo procedimiento para combatir a estas bacterias, basado en el uso de virus y empleando la novedosa técnica CRISPR que está causando una verdadera revolución en la ingeniería genética y cuyos desarrolladores están recibiendo premios como el Príncipe de Asturias del pasado año o el de la Fundación BBVA de 2017.

En esta nueva estrategia se usan virus para inducir a la bacteria al suicidio. Varias empresas farmacéuticas han desarrollado virus, bacteriófagos, para usar el sistema de edición genética CRISPR, según se ha desvelado en una reciente reunión científica. Se espera que estas empresas comiencen los ensayos clínicos de forma inmediata. Según Rodolphe Barrangou jefe científico de Locus Biosciences en Research Triangle Park, en Carolina del Norte (EEUU), usando esta técnica se ha conseguido salvar a ratones infectados con bacterias resistentes a antibióticos y estos ratones estaban condenados a muerte de no haber sido por el novedoso tratamiento.

Los bacteriófagos se han usado ya anteriormente para tratar infecciones bacterianas. Tienen la ventaja de que son específicos para ciertas especies, e incluso para ciertas cepas, bacterianas, por lo que permitirían un tratamiento selectivo, cosa que no sucede con los antibióticos que atacan tanto a las bacterias patógenas como a las que viven en nuestro organismo desempeñando un papel beneficioso para nosotros. No obstante, las bacterias también pueden hacerse resistentes a los fagos, por lo que al igual que sucede con los antibióticos, habría  que estar constantemente buscando en la naturaleza nuevos fagos. Lo que por otra parte, obligaría a conseguir nuevas autorizaciones sanitarias para su uso. Además las empresas farmacéuticas encuentran un nuevo problema para su negocio, que no se puede patentar a los bacteriófagos.

En cualquier caso lo novedoso es que lo que estas empresas, tales como Locus, lo que han hecho es incluir instrucciones en el DNA de los fagos para expresar un ARN guía tras la infección que se enlaza al gen que proporciona la resistencia al antibiótico, lo que activa al enzima Cas3 producido por la bacteria con el fin de matar a los bacteriófagos, pero que ahora actuará contra el gen marcado por el ARN producido por el fago y de esta forma se destruye el cromosoma bacteriano. Otras empresas farmacéuticas, como Eligo Biosciences, han desarrollado bacteriófagosa los que han borrado de su ADN las instrucciones pata su autorreplicación, pero le han añadido la codificación de un ARN guía y el enzima Cas9 y de esta manera, tras la infección, dirigen el enzima a cortar el ADN bacteriano en un punto predesignado provocando la muerte bacteriana.

La gran ventaja de estas técnicas es que se puede seleccionar muy bien y con gran especificidad las bacterias a las que se va a dirigir el ataque y de esta forma se podría tratar de variar el microbioma humano que está muy relacionado con nuestra salud y con diversas patologías como la obesidad, el cáncer o el autismo.

Está claro que esta aproximación terapéutica está comenzando a dar sus primeros pasos y que todavía hay margen para perfeccionarla, pero hay que admirar el ingenio que hay detrás y lo prometedor de las nuevas rutas terapéuticas que podemos encontrar con su ayuda.

Para saber más: artículo por Sara Reardon en

https://www.nature.com/news/modified-viruses-deliver-death-to-antibiotic-resistant-bacteria-1.22173

 

Un teorema de Euler por el Prof. Dr. D. Pascual Lucas Saorín, académico numerario

Columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 1 de julio de 2017

Todos hemos jugado alguna vez con un dado. Si lo observamos detenidamente vemos que tiene 6 caras, 12 aristas (las líneas donde confluyen dos caras) y 8 vértices (los puntos donde confluyen varias aristas). Si llamamos C, A y V al número de caras, aristas y vértices, respectivamente, es fácil observar que C-A+V=2. Euler, uno de los mejores matemáticos de todos los tiempos, también se dio cuenta de ello a mediados del siglo XVIII. Es más, vio que esa relación también se cumplía para los otros sólidos platónicos (tetraedro, octaedro, dodecaedro e icosaedro) y para muchos otros poliedros convexos. Desde entonces conocemos dicha ecuación como fórmula (o teorema) de Euler. Sin entrar en muchos detalles, un poliedro convexo es una figura tridimensional con volumen finito y limitada por polígonos (regulares o irregulares) que no tiene entrantes ni agujeros.

Muchos resultados en Matemáticas son lo suficientemente importantes como para que se hayan demostrado de diferentes formas a lo largo del tiempo. El caso más paradigmático es el teorema de Pitágoras, del cual se han proporcionado casi 400 demostraciones distintas. La fórmula de Euler, sin llegar a la exuberancia del teorema de Pitágoras, también se enorgullece de tener más de 20 demostraciones distintas. Hoy quisiera mencionar la demostración de la carga eléctrica, ideada por el ilustre matemático W.P. Thurston.

Coloquemos el poliedro en el espacio, de forma que ninguna arista esté horizontal, y que exista exactamente un vértice superior y un vértice inferior. Pongamos una carga unitaria positiva en cada vértice, una carga unitaria positiva en el centro de cada cara y una carga unitaria negativa en el centro de cada arista. Desplacemos horizontalmente las cargas de los vértices y aristas, siguiendo un movimiento contrario a las agujas del reloj, hacia la cara más próxima. De esta forma la carga de cada vértice y arista se asigna a una única cara. Es fácil ver que la carga total de cada cara resulta ser cero (el número de cargas positivas coincide con el número de cargas negativas). Como los únicos vértices cuya carga no ha podido ser desplazada a una cara contigua son los vértices superior e inferior, resulta que la carga total del poliedro es +2.

La fórmula de Euler tiene muchas consecuencias. Una de ellas (realmente sorprendente) es que sólo existen cinco poliedros convexos regulares (es decir, sus caras son polígonos regulares y en cada vértice confluyen el mismo número de aristas). ¿Podrías decir cuáles son?

Descubridores de las ondas gravitacionales por el Prof. Dr. D. Miguel Ortuño Ortín, académico numerario

Columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 24 de junio de 2017

El Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2017 ha recaído en los descubridores de las ondas gravitacionales. Más concretamente en los físicos Rainer Weiss, Kip S. Thorne y Barry C. Barish y en el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por sus siglas en inglés).

Las ondas gravitacionales son perturbaciones del espacio-tiempo producidas por los eventos gravitatorios más violentos, en los casos detectados hasta la fecha, la fusión de dos agujeros negros que giran uno alrededor del otro, cada vez más cerca, emitiendo parte de su energía en forma de ondas. De acuerdo a la teoría de la relatividad general de Einstein, la materia curva el espacio-tiempo produciendo la atracción gravitatoria. Cuando se trata de objetos muy masivos con grandes aceleraciones, esta deformación puede viajar a la velocidad de la luz alejándose de sus fuentes en forma de ondas gravitacionales.

La detección de ondas gravitacionales ha sido uno de los experimentos recientes más significativos: por una parte, proporciona una fuerte evidencia a favor de la teoría general de la relatividad para campos gravitatorios muy intensos y, por otra, supone una herramienta de futuro en la observación del universo, no basada en ondas electromagnéticas como el resto de instrumentos.

En los años ochenta, los físicos norteamericanos Rainer Weiss, Kip S. Thorne y el escocés Ronald Drever propusieron la construcción de LIGO con el fin de poder detectar ondas gravitacionales.  Rainer Weiss es en la actualidad profesor emérito del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Kip Stephen Thorne fue profesor en el Instituto Tecnológico de California (Caltech) hasta 2009, en que se dedicó a la difusión de la física en programas de televisión, libros y escritos diversos. Ronald Drever también era profesor en esta institución y falleció en marzo de este año por lo que no ha recibido el premio. El tercer receptor del premio, Barry C. Barish, es de nuevo del Caltech y fue el principal impulsor de la construcción de LIGO, así como su primer director.