El famoso gato del “aquí hay gato encerrado”.

Bien, en realidad no se trata del gato de la locución mencionada, pero sin duda se trata de un gato famoso.

Con él se pretende ilustrar uno de los muchos fenómenos de la mecánica cuántica que parecen ir en contra del sentido común: los estados intermedios.

Así es, en el mundo subatómico es un hecho bastante común hablar de un estado intermedio entre dos o más estados hasta el momento de efectuar una medida. Para ilustrar las diferencias entre interacción y medida en el campo de la mecánica cuántica, a Erwin Schrödinger se le ocurrió el siguiente experimento imaginario:

Supongamos un sistema formado por una caja cerrada y opaca que contiene un gato, una botella de gas venenoso, una partícula radiactiva con un 50% de probabilidades de desintegrarse y un dispositivo tal que, si la partícula se desintegra, se rompe la botella y el gato muere. Al depender todo el sistema del estado final de un único átomo que actúa según la mecánica cuántica, tanto la partícula como el gato forman parte de un sistema sometido a las leyes de la mecánica cuántica.

Al cabo de un tiempo no sabemos si el gato está vivo o muerto. Lo más que podemos hacer es aventurar probabilidades (cuanto más tiempo pase más posibilidades de estar muerto), pero mientras no abramos la caja, el gato está en un estado tal que está vivo y muerto a la vez.

En el momento en que abramos la caja, la sola acción de observar al gato modifica su estado, haciendo que pase a estar solamente vivo, o solamente muerto. Esto se debe a una propiedad física llamada superposición cuántica.

Viene a decirnos Schrödinger que la realidad en el mundo cuántico, es en último término producto de la observación.

¿Cómo hace para saber qué es suciedad y qué no lo es? Y siendo una sustancia grasa… ¿por qué limpia en lugar de ensuciar?

Si la suciedad se ha quedado atrapada en una fisura del tejido o se ha fijado por medio de la humedad, será suficiente con sumergirla en agua para que se disuelva. Pero si esa partícula de suciedad presenta un recubrimiento de grasa o bien se adhiere a la grasa presente en la superficie ensuciada, el agua no será suficiente, porque ya sabemos qué mal se llevan el agua y el aceite: simplemente se deslizará sobre el aceite dejando la mancha tal como estaba.

Haría falta entonces un disolvente para la grasa como el alcohol o la gasolina, pero esa sería una mala manera de tratar la ropa o nuestra piel, si es eso lo que queremos limpiar.

El jabón viene en nuestro auxilio. No es que disuelva el aceite, lo que hace en realidad es atraer la sustancia oleaginosa hacia el agua, de tal manera que luego pueda todo enjuagarse en agua. Hace, digamos, de intermediario.

Y eso es debido a la particular composición química del jabón. Las moléculas de jabón son largas y fibrosas y en casi toda su extensión (cola) son idénticas a las moléculas del aceite, por lo que presentan afinidad con las moléculas oleaginosas. Pero en uno de sus extremos (cabeza) presentan una pareja de átomos con carga eléctrica, siempre dispuestos a asociarse con las moléculas del agua. Así, es este extremo de la molécula la que arrastra a toda la molécula de jabón hacia el agua, en donde se disuelve. Entonces, las colas se engancharán a la grasa mientras la cabeza se mantendrá firmemente sujeta al agua.

Finalmente, el aceite y la partícula de suciedad cautiva serán arrastrados al agua, donde se separarán y la suciedad podrá enjuagarse, dejando el material al que estaba adherido completamente limpio.

Nota sabionda: La limpieza en seco (llamada así porque no interviene el agua) consiste en introducir la prenda en un disolvente líquido como el percloruro de etileno, muy eficaz para disolver aceite.

Pues… como diría una actriz frente a una escena de destape: porque lo exige el guión.

Así es, Jerry Siegel y Joe Shuster, sus creadores, establecieron que podía ver a través de cualquier cosa, excepto del plomo. Quizás les era útil para ocultar a un enemigo a los ojos del héroe o para establecer cortapisas a un ser prácticamente omnipotente. O quizás creyeron que, efectivamente los rayos X no podían atravesar el plomo.

Quizás se lo preguntaron ellos, y si no nos lo preguntamos nosotros, los curiosos recalcitrantes: ¿por qué se protegen los operadores de rayos X tras una pared de plomo cuando hacen una radiografía? ¿por qué abandona la habitación el dentista cuando hace una radiografía de un diente? ¿por qué usan delantales de plomo los operarios de rayos X? Y al paciente ¿por qué lo dejan desprotegido? ¿traspasa o no traspasa? ¿se puede atravesar el plomo?

Los rayos X son sólo una clase de radiación electromagnética, con una frecuencia de vibración más elevada que la luz visible, pero menor que los rayos gamma emitidos por sustancias radioactivas. Dado su alto nivel energético atraviesan la carne como si nada, pero los huesos bloquean su paso lo suficiente como para aparecer como una sombra tenue en la placa fotográfica. Y eso porque se utiliza un haz reducido a un nivel relativamente inofensivo. Si el haz fuese más amplio atravesaría el plomo. De hecho ningún material de ningún grosor podría detener completamente los rayos X. Superman podría ver a través de cualquier material. Claro que, para eso, debería ser un personaje real.

Lo dañino de los rayos X y los gamma es que son radiaciones ionizantes, es decir, que al pasar a través de los átomos de carne y hueso arrancan electrones y, por ello dejan iones a su paso. Esto podría alterar la química de nuestro cuerpo de forma desfavorable e impredecible. Por ello hay que protegerse de las radiaciones. En el caso de los rayos X no importa mucho si nos hacemos una radiografía parcial cada nosecuantos años, pero sí es importante si trabajamos con ellos y realizamos multitud de radiografías a diario. Por ello se protegen los operarios y no los pacientes.

Y para protegerse usan el plomo como podrían usar cualquier material que tuviera un elevado número de electrones por átomo, pues cada vez que un haz de rayos desplaza un electrón pierde energía en el proceso. Entonces cuanto más electrones situemos frente al haz antes se detendrá.

El oro (79 electrones por átomo) y el platino (78 electrones por átomo) irían bien, pero son muy caros. En cambio el plomo (82 electones por átomo) es mucho más asequible. De ahí su utilización .

Nota sabionda: Estos rayos fueron descubiertos en 1895 por Wilhelm Conrad Roetgen y los llamó X al no poder explicar la naturaleza de su radiación. Y el planeta de Superman se llama Kryptón del griego cripto, ‘enigmático, desconocido’.

Se pone en la axila, se calienta y marca la temperatura. Fácil.

Pero ¿y si profundizamos un poco más?

Todos los átomos y moléculas de cualquier pedazo de materia están en movimiento, oscilando en todas las direcciones posibles y neutralizándose en el proceso. Así, ese cuerpo no se moverá en virtud de ese movimiento interno, pero toda esa energía llamada cinética —por el griego kinema que significa ‘movimiento’— se manifestará en forma de calor.

Cuando se añade energía térmica a un determinado cuerpo, sus partículas se moverán a una velocidad promedio más rápida, es decir, aumentará su energía cinética. Si por el contrario, sustraemos calor, la velocidad promedio disminuirá y su energía cinética será menor.

Cuando ponemos el termómetro en contacto con nuestra piel, nuestros átomos colisionan con él, lo que hace que los átomos del vidrio choquen contra los átomos del mercurio alojado en su interior. Éstos se moverán ahora más rápido que antes y por ello necesitarán de más espacio, lo que provoca la expansión del mercurio dentro del tubo, en un proceso llamado dilatación.

Cuanta más energía térmica reciba, tanto más lejos llegará en su dilatación.

Aunque ahora surge una duda que a buen seguro habrá intrigado a los curiosos: cuando nos quitamos el termómetro y éste recupera la temperatura inicial ¿cómo es que queda fijada la última temperatura tomada?

Si se observa con atención se puede distinguir un diminuto estrechamiento en el tubo capilar por el que se mueve el mercurio. Cuando se está expandiendo, la presión que ejerce es suficiente para superar el estrechamiento y ascender por el tubo, pero al contraerse lo hará en el receptáculo, porque el tirón hacia abajo no es lo suficientemente fuerte y la columna de mercurio acabará por romerse en el estrechamiento. Esto es así porque las fuerzas de atracción que actúan entre los átomos del mercurio son demasiado débiles para resistir la contracción.

Si estas fuerzas de cohesión fuesen más fuertes, el mercurio sería sólido y no líquido, y no se dilataría con tanta rapidez. Razonamiento que nos sirve para explicar la elección del mercurio frente a otros materiales.

Si queremos volver a utilizarlo no queda más opción que agitarlo para que la fuerza centrífuga nos ayude a devolverlo a su posición inicial.

Nota sabionda: El termómetro fue inventado por Gabriel Fahrenheit.

Sabido es que el agua y el aceite no son muy buenos amigos y no se mezclan. En la imagen se puede ver como un chorro de aceite entra en contacto con el agua sin disolverse, manteniendo bien claras sus fronteras.

Ahora bien, ¿por qué son inmiscibles el agua y el aceite?

El agua disuelve más sustancias que cualquier otro líquido, por lo que se le suele llamar solvente universal, pero existe una familia de sustancias que el agua aborrece y rehuye invariablemente: los aceites. Ni tan siquiera se arrima lo suficiente a una gota de aceite como para mojarla.

La razón de ello se encuentra en lo más íntimo de su ser, en su propia naturaleza. Cada molécula de agua está compuesta por tres átomos: dos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). La atracción que experimentan entre sí, la fuerza de cohesión que las mantiene unidas, es muy especial: deriva de la polaridad que caracteriza a las moléculas, como si de un montón de minúsculos imanes se tratase, con sus polos negativos y sus polos positivos.

Por su parte el aceite está formado por grandes moléculas integradas por muchos átomos de carbono e hidrógeno, careciendo de átomos de oxígeno. No son en absoluto sustancias polares, no poseen ningún atractivo para tentar a una molécula de agua. Igual sería acercar un imán a un trozo de madera. No ocurriría nada.

Sólo cuando una sustancia esté formada por átomos y moléculas con carga eléctrica (similares a las del agua) podrá llamar su atención. Primero la mojará, la engullirá después y, finalmente, acabará por disolverla.

Nota sabionda: En términos generales se puede esperar que una sustancia dada, si puede disolverse en algo, se disolverá en aceite o en agua, pero no en ambas sustancias. Así la sal y el azúcar se disuelven en agua y la gasolina y las ceras en aceite.

Nota sabionda: Además de la atracción mútua de las moléculas polares, existe otra clase de atracción muy importante entre las moléculas del agua: los puentes o enlaces de hidrógeno (OH) en los extremos. Las sustancias que presenten una disposición favorable a establecer esos puentes son propensas a disolverse en agua.