Los límites de la Química (y de otras Ciencias)-Parte 1

Originalmente solo existía una Ciencia Natural. Con la adquisición de nuevos conocimientos, ésta se dividió en diversas ramas, dando lugar a las cuatro ciencias naturales clásicas: Física, Química, Biología y Geología. Desarrollos posteriores de las Ciencias Naturales clásicas dieron lugar a nuevas especialidades [Bioquímica, Biofísica, Geoquímica, Geofísica, Físicoquímica (o Química Física), Paleontología] como híbridos de las anteriores. Desde hace unos años, la especialización se está acentuando llegando a lo que considero tercera y cuarta generaciones de Ciencias naturales.

En primer lugar, muchas gracias por la acogida a este “blog” y por las opiniones que consideran que un sitio web en el que se hable de Química es necesario.

También han sido muy interesantes los comentarios sobre los límites de la Química y su relación con otras Ciencias, tanto por el tema en sí, como el alto nivel científico mantenido en la discusión. En este artículo y en el siguiente (lo he dividido para no hacerlo muy largo y cansar a los lectores) abordaré el tema de la división de las Ciencias (próximamente publicaré un “post” sobre la situación actual de la Química y su relación con otras disciplinas científicas) y algunos de los fenómenos que quedan fuera del ámbito de la Química (desde la visión de un químico).

Los científicos de la naturaleza estudian la materia y la energía, así como la interacción entre las mismas. Dependiendo del objeto de su estudio y la metodología empleada, las Ciencias Naturales se dividieron en Geología, Física, Química y Biología. Por encima de estas Ciencias Naturales y proporcionando sus bases teóricas están las Matemáticas, que muchas veces se ha calificado como “La Reina de las Ciencias”. Posteriormente, con el desarrollo de estas cuatro Ciencias Naturales, se fueron estableciendo puentes entre ellas, creándose especialidades híbridas: Química Física (y Físicoquímica, que comparten mucho, aunque con diferencias sutiles), Bioquímica, Biofísica, Geoquímica y Geofísica. Recientemente ha surgido una tercera generación de disciplinas científicas derivadas de algunas de las citadas anteriormente. Entre ellas se pueden incluir Biología Molecular, Astrofísica, Ciencias Medioambientales, Toxicología, Ciencia de los Materiales, Nanociencia, etc. Actualmente la especialización de cada ciencia es muy grande y el objeto de su estudio se está convirtiendo en cada vez más restringido. Por eso, cualquier científico que investigue en una de ellas y necesite “desplazarse” un poco de su ámbito científico, ya está haciendo investigación multidisciplinar (o interdisciplinar). Pero, ¿realmente existe esta multidisciplinaridad ¿ ¿Se llegará (en una especie de “Big-Bang” científico) a una investigación (más) generalista que la actual?

Quisiera volver a retomar el “post” anterior y sus comentarios. La frase “Todo lo que nos rodea, todo lo que usamos cada día, incluso nosotros mismos, es Química” lleva implícito la cotidianeidad de nuestra vida diaria; y uno de los objetivos del “blog” es que la Sociedad sea consciente de que la química aporta muchos beneficios a nuestras vidas.

Efectivamente, hay muchas cosas que están fuera del ámbito de la Química (al menos en una primera aproximación); aunque en el próximo artículo intentaré enlazar la Química con algunos de estos fenómenos. Antes he comentado que la energía y sus interacciones son el objeto de estudio de los científicos. Para explicar la naturaleza, los científicos [principalmente los físicos, a partir de las geniales investigaciones de Faraday (también químico por sus investigaciones y uno de los más grandes científicos experimentales) y de Maxwell (sentando las bases teóricas-matemáticas)] usamos la Teoría de Campos, que proporciona la base teórica para entender la energía, las fuerzas y las interacciones. Hasta que se consiga unificar todos los campos de fuerza en una única teoría, las interacciones existentes en el Universo se clasifican dentro de uno de estos cuatro tipos: gravitatoria, electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte. Cada una de estas interacciones actúa en determinadas circunstancias y son responsables de ciertos fenómenos naturales. Por ejemplo, la interacción fuerte es la responsable de que los protones y neutrones se mantengan en el núcleo y la interacción débil es la responsable de la radiactividad beta y de iniciar las reacciones termonucleares. Estas dos interacciones son de muy corto alcance y, como bien se ha indicado en los comentarios al artículo anterior, poco tienen que ver con la Química (¡excepto que se considere que el núcleo atómico no es tema de la Química o que la violación de la paridad por parte de la interacción débil, que posiblemente es el origen de la quiralidad de los compuestos químicos no es un asunto de la Química!, aunque esto lo discutiré en el próximo “post”).
La interacción gravitatoria [la primera fuerza en describirse (Newton)] fue, durante mucho tiempo, una gran desconocida. Einstein, con la Teoría General de la Relatividad, dio una explicación del origen de esta interacción (aunque aún queda mucho por investigar en este campo). Esta interacción actúa a todas las distancias y es la responsable de que los objetos celestes estén dónde están y se muevan como se mueven, lo que nos mantiene unidos a la superficie de la Tierra y la responsable de las mareas (la atracción de la Luna sobre los océanos, ¡que son grandes disoluciones acuosas!). La interacción gravitatoria es directamente proporcional a la masa de los objetos (es decir, la cantidad de materia, dependiente del número y del peso de las moléculas) y no es importante en Química debido a que es una interacción mucho más débil que la interacción electromagnética.

La interacción electromagnética es la más estudiada y la que mejor se comprende. Se debe a la interacción de partículas cargadas o neutras con un momento magnético, es decir toda la materia “habitual”. La interacción electromagnética es la responsable de que exista materia, pues es la responsable de la formación de los enlaces entre los átomos y de las interacciones no enlazantes. Realmente es la responsable de que la materia no se deforme o rompa por la acción de la gravedad (se ha escrito, aunque no sé si es rigurosamente cierto, que “de no existir la cohesión entre las partículas del globo terráqueo, las fuerzas que originan las mareas lo romperían”). Esta interacción es la que interviene en la Química, como ya ha apuntado algún lector en el “post” anterior.

Espero continuar con este artículo en un par de días. De momento, para no alargarlo mucho, lo dejo aquí.

Algunas lecturas recomendadas:

Fuerzas en la Naturaleza. V. Grigóriev y G. Miákishev. Editorial Mir (Moscú), colección «Ciencia popular,» 1986, edición original (en ruso) del año 1977. Es muy ameno y explica bastante bien las 4 fuerzas (tipos de interacciones) de la naturaleza, sin tratamiento matemático.

The Queen of the Sciences. E. T. Bell. The Williams & Wilkins Company (Baltimore, USA), 1931. El autor (prestigioso investigador en Matemáticas e historiador de las mismas, además de novelista con el seudónimo de John Taine) hace una introducción divulgativa de las Matemáticas. Aunque el libro es antiguo sigue siendo muy válido. En próximos “post” comentaré algunos libros de divulgación (más actuales) en Matemáticas, especialmente de Ian Stewart.

Introducción a la Relatividad. M. Davidson. Editorial Seix Barral (Barcelona), 1953 y El ABC de la Relatividad. B. Russell. Editorial Ariel (Barcelona), 2ª edición, 1989. Traducción de la 3ª edición inglesa (de 1969, la primera edición es de 1925) son dos textos que explican bien la Teoría de la Relatividad.

Biografía de la Física. G. Gamow. Alianza Editorial (Madrid), colección «el libro de bolsillo», 1994. El autor fue un gran científico y divulgador. El texto es una buena introducción a la Física, con una perspectiva histórica.

Las partículas elementales. E. Klein. Editorial Debate (Madrid), 1994. Buena y didáctica introducción al tema del título, incluyendo las interacciones.

Bernardo Herradón (herradon@iqog.csic.es)