Edición Electrónica del
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10 de junio de 2002
Año 13 - Nº 454
Segunda parte
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***ÍNDICE
HISTORIA
NOTICIAS BREVES
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//////////////////////////////// HISTORIA \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\
>>> DEL ÁTOMO A LA BOMBA
Notas históricas sobre "Copenhague"
Por Juan Pablo Paz (1)
En este momento, el Teatro Gral. San Martín tiene en escena
"Copenhague", una obra de Michael Frayn donde se aborda la relación
entre los célebres físicos Niels Bohr y Werner Heisenberg durante
los trágicos tiempos de la Segunda Guerra Mundial, hecho que
significó para la ciencia la "perdida de la inocencia". A
continuación presentamos una nota de Juan Pablo Paz, director del
Departamento de Física, escrita y publicada originalmente en la
revista Teatro del Complejo Teatral San Martín de Buenos Aires.
El átomo y su núcleo
El siglo XIX culminó con la confirmación de que la materia está
compuesta por átomos, la comprensión de las leyes del electromagnetismo y
la demostración de que las corrientes eléctricas se producen por el
movimiento de pequeñas partículas cargadas negativamente: los electrones.
Como los átomos son neutros, la carga de los electrones debe compensarse
con otra. La forma en que las cargas eléctricas, positivas y negativas, se
distribuyen dentro del átomo era un verdadero misterio cuya resolución
condujo al descubrimiento del núcleo atómico. Ernest Rutherford decidió
investigar las propiedades del átomo bombardeando láminas metálicas con
partículas cargadas. El experimento demostró que una fracción
sorprendentemente grande de los proyectiles rebotaba lo cual sólo podía
explicarse suponiendo que los mismos encontraban a su paso un objeto muy
masivo y cargado positivamente. En 1910, Rutherford explico sus resultados
con una idea revolucionaria: el átomo está formado por un núcleo que
concentra casi toda la masa atómica y tiene carga eléctrica positiva. A su
alrededor se encuentra una nube de electrones.
Bohr entra en escena
La idea del átomo como un sistema planetario con el núcleo en el
centro y los electrones a su alrededor era atractiva pero imposible de
aceptar: Debido a su movimiento los electrones irradiarían rápidamente
toda su energía y caerían inevitablemente sobre el núcleo. La estabilidad
del átomo fue un misterio hasta que en 1913 Niels Bohr revolucionó la
física proponiendo una solución. Para eso postuló que, contrariamente a lo
establecido por la física Newtoniana, los electrones no podían ocupar
cualquier órbita: su energía no podía variar continuamente sino que estaba
"cuantizada". Este fue el primer modelo cuántico del átomo, inspirado en
los principios que unos años antes Max Planck había sugerido para la luz.
Según Bohr, la emisión o absorción de luz se produce en paquetes (fotones)
cuando el electrón salta entre dos órbitas con energía permitida. El átomo
de Bohr conmovió la física de la época e indujo preguntas para las cuales
aún no había respuesta. Vinieron años de crisis profunda, que dieron lugar
al nacimiento de una nueva física: la mecánica cuántica.
Heisenberg y la mecánica cuántica
En 1900 el edificio de la física clásica había comenzado a
tambalear cuando Max Planck, mostró que las propiedades de la luz emitida
por cuerpos calientes podían explicarse suponiendo que la energía estaba
almacenada en paquetes (cuantos). Albert Einstein aplicó esta idea para
explicar el efecto fotoeléctrico en trabajos que mostraron que la luz, a la
que hasta ese entonces se concebía como una onda, tenía un carácter
granular o discreto. La energía de las ondas de luz estaba cuantizada y,
tal como estableció Bohr, lo mismo sucedía con la los electrones en el
átomo. Al poco tiempo, Louis de Broglie se atrevió a proponer que si bajo
ciertas condiciones la luz manifestaba un carácter corpuscular era
esperable que las partículas, en ciertas circunstancias, manifestaran un
carácter ondulatorio.
Nació así la idea de las ondas de materia, cuya existencia fue
confirmada experimentalmente en 1927 por experimentos en los que se observó
la difracción de electrones.
La construcción de una teoría coherente que explicara un
comportamiento tan extraño de la naturaleza que, según el experimento
realizado, se manifestaba como corpúsculo u onda. fue una tarea
turbulenta. Werner Heisenberg en 1925 dio un paso radical: formuló una
teoría, la mecánica cuántica, basada exclusivamente en magnitudes
observables. La trayectoria del electrón en el átomo pasó a ser un
concepto obsoleto e inútil. La nueva mecánica cuántica tenía una cualidad
fundamental: sus predicciones eran probabilistas. La física aceptaba, por
primera vez, al indeterminismo como una propiedad esencial de la
naturaleza.
En 1927 Heisenberg demostró que su teoría (o la equivalente
propuesta por Schrödinger en 1926) obedecía el principio de incertidumbre:
cuanto mayor es la precisión con que se conoce la posición de una
partícula, menor será la precisión con que se puede conocer su velocidad (y
viceversa). Los trabajos de Heisenberg y Bohr mostraron también que el
acto de medir requiere una interacción que siempre altera el estado del
sistema medido.
Estas ideas, que cambiaron la concepción del mundo microscópico son
la base de la mecánica cuántica, teoría que fue puesta a prueba en los años
siguientes prediciendo con asombrosa precisión fenómenos de la física de
las moléculas, los átomos y los núcleos.
Los neutrones y la física nuclear
Con el tiempo, la evidencia fue mostrando que el núcleo atómico
estaba compuesto por partículas de carga positiva, los protones, pero que
en su interior había otras partículas sin carga. En 1932 Chadwick las
detectó, estableció que su masa es casi igual a la de los protones y las
denominó neutrones. Se encontraron numerosos elementos con el mismo número
de protones en su núcleo pero con distinto número de neutrones. Estos
átomos, químicamente idénticos pero con distinta masa, se denominaron
isótopos y su presencia fue detectada en distintos materiales. Por ejemplo
el uranio natural contiene 99% de U-238 (con 92 protones y 146 neutrones) y
menos del 1% de U-235 (con 143 neutrones en su núcleo).
Por ese entonces los físicos estudiaban la estructura del núcleo
bombardeándolo con diversos proyectiles e iniciaban una nueva alquimia
transmutando unos elementos en otros. Los neutrones resultaron proyectiles
ideales para examinar al núcleo ya que, al no ser repelidos eléctricamente,
penetran profundamente en su interior. Heisenberg y otros teóricos
propusieron modelos sobre la composición del núcleo.
Bohr dio un paso importante en 1937 cuando presentó su teoría sobre
el núcleo compuesto en la que se lo concibe como una gota líquida con una
mezcla de protones y neutrones en su interior.
La fisión nuclear
En 1934 Enrico Fermi, en Roma, realizó tediosos experimentos
bombardeando distintas substancias con neutrones. Cuando le llegó el turno
al uranio detectó la aparición de una sustancia radioactiva que no fue
capaz de identificar. En 1938 Otto Hahn, en Berlín, determinó la
composición de esta extraña sustancia: era bario, un elemento cuyo peso
atómico es casi la mitad del uranio. Hahn, que no comprendía como había
sido posible producir bario a partir de uranio, envió sus resultados a Lise
Meitner, su antigua colaboradora, emigrada a Suecia escapando del nazismo,
quién logró desentrañar el misterio junto a Otto Frisch: utilizando el
modelo de Bohr comprendieron que los neutrones penetraban en el núcleo de
uranio y lo partían en dos fragmentos de tamaño similar. Utilizaron el
nombre "fisión" para designar a este proceso en el que se libera una
energía cien millones de veces mayor que la producida en una reacción
química.
La fisión atrapó el interés de los físicos. Bohr llevó la noticia
a EE.UU. donde Fermi, quién había escapado del fascismo, demostró que en
la fisión de cada núcleo de uranio se producían también dos o tres
neutrones. De inmediato Szilard comprendió que esos neutrones podían
utilizarse para producir una reacción en cadena, lo que daba a estos
descubrimientos un enorme potencial bélico. La descripción detallada de la
fisión del uranio llegó de la mano de Bohr y Wheeler quienes demostraron
que sólo los núcleos de U-235 eran fisionables por neutrones lentos
mientras que los de U-238 los absorbían sin fisionarse. La escasa
abundancia del U-235 parecía un obstáculo insalvable para la construcción
de una bomba atómica.
La carrera por la bomba
En 1939, alertado por resultados publicados por Joliot Curie, el
físico alemán Harteck presentó una propuesta al ejército de su país para
desarrollar investigaciones nucleares. Se crea el "club del uranio", del
cual participa Heisenberg. En EE.UU., Einstein, a propuesta de Szilard,
escribe una carta al presidente Roosevelt instándolo a apoyar estas
investigaciones. La carta tuvo pocos efectos prácticos: una comisión para
estudiar el asunto y un modesto apoyo a la investigación nuclear en
universidades.
En 1940, Otto Frisch y Rudolf Peirels se encuentran en Inglaterra,
donde habían emigrado escapando del nazismo. Con tiempo suficiente a su
disposición, Peirels decide calcular en forma detallada la masa de U-235
necesaria para producir una reacción nuclear auto sostenida. Llega a un
resultado sorprendente: la masa crítica sería de tan sólo dos kilogramos,
un valor que poco después demostró ser incorrecto. El método utilizado por
Peirels y Frisch fue convincente y su resultado mostró que una explosión
nuclear no requería cantidades exorbitantes de material fisionable.
Este trabajo, rápidamente comunicado a los gobiernos inglés y
norteamericano, tuvo un impacto importante en la decisión aliada de iniciar
un esfuerzo en gran escala: el proyecto Manhattan. Como parte del mismo,
en 1941 Enrico Fermi construye un reactor con uranio natural logrando la
primera reacción nuclear auto sostenida. Los aliados concentran su
esfuerzo en Los Álamos bajo la dirección de Oppenheimer, construyen cientos
de miles de instrumentos para separar isótopos y reactores para producir
plutonio. En este proyecto secreto, al que Bohr se suma en 1943, trabajan
decenas de miles de personas. En julio de 1945 se terminan tres bombas:
dos de plutonio y una de U-235. Semanas mas tarde, dos de ellas destruyen
Hiroshima y Nagasaki.
El fracaso del proyecto alemán
Pese a comenzar antes que los aliados, los alemanes fracasaron en
sus intentos de obtener aplicaciones de la fisión. Las razones son motivo
de debate pero es evidente que errores técnicos y dificultades materiales
afectaron al esfuerzo alemán. Ninguno de sus científicos, incluido
Heisenberg quién a partir de 1941 lideró el grupo mas importante, fue capaz
de comprender que la masa crítica de U-235 podía obtenerse en el mediano
plazo. Por el contrario, parecían convencidos de que su valor era cercano
a las dos toneladas. Una clara evidencia de esto surge de las grabaciones
realizadas en Farm Hall, donde los aliados mantuvieron detenidos a un grupo
de físicos alemanes luego de la caída de Hitler. Allí, tras la bomba de
Hiroshima y sin percibir que sus palabras estaban siendo registradas,
Heisenberg ensayó explicaciones erróneas en donde mostró su desconocimiento
sobre la física de la bomba. Los ingredientes básicos para ella, el uso de
U-235 fisionado por neutrones rápidos, parecen haber escapado a la
brillantez de Heisenberg y sus colegas que concentraron su atención en la
construcción de un reactor, que tampoco llegó a funcionar debido nuevamente
a errores y dificultades materiales.
La ética de los científicos
Uno de los aspectos mas interesantes de esta historia es el
vinculado a la responsabilidad de los científicos ante investigaciones con
aplicaciones bélicas o cuestionamientos éticos (entre las que hoy se
destacan las investigaciones en bioingeniería). La humanidad podría
requerir de sus científicos que, ante cuestionamientos éticos se
autolimiten en sus investigaciones. Suele suceder, sin embargo, que la
ciencia sólo es capaz de plantearse esos cuestionamientos cuando ya es
demasiado tarde. La historia que aquí se cuenta muestra que el uso de la
fisión nuclear fue consecuencia de la sistemática apertura de varias "cajas
de Pandora". Nadie hubiera osado proponer la interrupción de la
investigación básica sino hasta el momento en que ya era demasiado tarde.
La conclusión es doble: Por un lado la lucha por la utilización humanista
del conocimiento científico y tecnológico es deber de todos los seres
humanos, científicos o no. Por otra parte los científicos no pueden diluir
su responsabilidad individual ante la disyuntiva de aceptar trabajar o no
en investigaciones cuestionables. En ese sentido su actitud debe ser la
misma que la de cualquier otro habitante de este planeta que aspire a poder
sostener la mirada de sus hijos.
Un misterioso encuentro en Copenhague
En 1941, mientras las principales potencias del planeta estaban
embarcadas en la guerra, dos figuras centrales de la física se encuentran
en Copenhague. Son Niels Bohr y Werner Heisenberg.
Heisenberg cargaba con el dudoso privilegio ser el único de los
"grandes de la nueva física" que permanecía en la Alemania Nazi cuando ya
el resto de sus colegas había optado por escapar a zonas más seguras de
Europa o América. Bohr deploraba a los Nazis y mantenía contactos con los
aliados. Haisenberg conducía el programa nuclear alemán.
Pero a pesar de estas diferencias, Heisenberg llegó a Dinamarca
para ver a su venerado maestro y le pidió que fueran a un parque cercano
para mantener una charla. La pregunta que sigue sin una respuesta
definitiva es ¿Cuál fue la razón de esta entrevista? ¿Heisenberg quiso que
Bohr lo ayudara en la construcción de la bomba alemana o estaba decidido a
que los aliados conocieran el estado de la situación alemana?
De hecho, ni Heisenberg ni Bohr revelaron jamás lo charlado aquella
noche y fue la propia esposa de Bohr quien alimentó la leyenda contando en
una carta personal sus inquietudes ante el misterioso encuentro.
Estas cuestiones son abordadas en la pieza teatral "Copenhague",
del inglés Michael Frayn, cuyo aspecto más fascinante es su
'incertidumbre'. Incertidumbre que es traducida en la pieza como varias
posibles versiones de lo que pudo haber sucedido, y en cada una de estas
opciones se entrelazan profundas decisiones éticas. Si Heisenberg pone por
delante de cualquier convicción su indiscutido patriotismo le entregaría a
un asesino como Hitler un instrumento de destrucción global. El precio de
la victoria para Alemania tendría un altísimo costo humano.
Por otra parte, boicoteando a su país (como algunos piensan que lo
hizo al pasarle información reservada a Bohr) él ayudaría a los enemigos de
su país a construir la misma arma y podría volver a poner de rodillas a
Alemania como ya lo había estado al terminar la Primera Guerra.
Como en la física, es imposible para Heisenberg encontrar el camino
cierto con precisión absoluta.
///////////////////////////// NOTICIAS BREVES \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\
>>> X JORNADAS FITOSANITARIAS ARGENTINAS
Durante los días 26, 27 y 28 de junio, la Facultad de Agronomía y
Veterinaria de la Universidad Nacional de Río Cuarto organiza estas
jornadas sobre "Malezas y su manejo, Enfermedades y su manejo, Plagas y su
manejo, y Terapéutica vegetal".
Informes: Página web: http://www.ayv.unrc.edu.ar/
E-mail: jfitosanitarias@ayv.unrc.edu.ar
>>> GESTIÓN AMBIENTAL
Del 11 al 14 de septiembre de 2002, el Colegio de Ingenieros
Especialistas de Córdoba, organiza este congreso que se llevará a cabo en
Córdoba, Argentina.
E-mail: comisionambiente@ciec.com.ar sfedeli@ciec.com.ar o ciec@ciec.com.ar
Web: http://www.congresoambiente.com.ar/
>>> SISTEMAS DE AGROALIMENTOS
El 1º de julio la Facultad de Agronomía, UBA, dictará este curso de
especialización en Gestión Ambiental en Sistemas de Agroalimentos.
Informes: sratto@mail.agro.uba.ar o giuffre@mail.agro.uba.ar
>>> SUSTANCIAS Y RESIDUOS PELIGROSOS
Durante los días 18, 19, 25 y 26 de julio, y 1ro., 2, 8 y 9 de
agosto de 2002, se dictará este curso extracurricular de grado y posgrado
sobre Gestión de sustancias y residuos peligrosos. Aspectos técnicos y
legales en la Universidad de Morón.
Informes: E-mail: graduados@unimoron.edu.ar
Website: exactas@unimoron.edu.ar
>>> CONTAMINACIÓN AMBIENTAL
Del 17 al 20 de junio de 2002 se dictará este curso de posgrado
sobre Evaluación del riesgo ecológico de la contaminación ambiental que
tendrá lugar en la Universidad Nacional de Luján, Departamento de Ciencias
Básicas.
Informes: http://www.estrucplan.com.ar/Secciones/Eventos/argentina.asp
>>> AUDITOR DE GESTIÓN AMBIENTAL
Del 6 al 10 de agosto de 2002 se realizará en Buenos Aires este
curso organizado por AIDIS.
Informes: E-mail: aidisar@aidisar.org
Web: http://www.aidisar.org/
>>> JORNADAS INTERNACIONALES DE INVESTIGACIÓN SOBRE LA UNIVERSIDAD
Del 13 al 15 de junio, la Universidad Nacional de Río Cuarto
organiza estas jornadas sobre las "Dimensiones sociales, políticas,
económicas y culturales: conocimientos para la construcción de la sociedad
futura".
Informes: E-mail: uninvest@hum.unrc.edu.ar
Página Web: http://www.unrc.edu.ar/eventos/
>>> AGUAS SUBTERRÁNEAS Y DESARROLLO HUMANO
Del 21 al 25 de octubre de 2002 se realizará este congreso.
La presentación de resúmenes vence el 14 de noviembre de 2001.
E-mail: scaesar@argenet.com.ar
Web: http://www.mdp.edu.ar/exactas/geologia/iah2002/iah2002/
>>> XIX CONGRESO NACIONAL DEL AGUA
Del 12 al 16 de agosto de 2002, en Córdoba, Argentina.
Informes: E-mail: cba2002@gtwing.efn.uncor.edu
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Edicion Electronica del Cable Semanal
Producido por la Oficina de Prensa
Secretaria de Extension, Cultura Cientifica y Bienestar
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - UBA
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Redacción: Patricia Olivella
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