1.3: Alguna historia de la teoría atómica

Las teorías atómicas modernas tienen sus raíces en el pensamiento de los pueblos antiguos, en particular los filósofos griegos antiguos que vivieron hace más de 2500 años. En ese momento el clima cultural, económico e intelectual en la Antigua Grecia permitió una enorme oleada de desarrollo filosófico y científico, el llamado milagro griego. Si bien la mayoría de la gente de esa época creía que el mundo estaba gobernado por una cohorte de dioses semi-racionales, una serie de filósofos, comenzando con Tales de Mileto (muerto 546 a. C.), ^[2] tenían la intención de desarrollar explicaciones racionales y no sobrenaturales para fenómenos observables como lo que nosotros están hechos de y de dónde venimos. Como sabemos ahora, no podrían haber comprendido la naturaleza subyacente de la materia porque carecían de las herramientas para observar y experimentar a escala atómica. Sin embargo, esto no quiere decir que sus ideas fueran simples especulaciones ociosas. Las ideas que produjeron, aunque no científicas como entendemos el término hoy, contenían percepciones notables, algunas de las cuales parecen ser ciertas.

Esta era dio origen a una nueva forma de abordar y explorar los fenómenos naturales con el fin de comprender su complejidad y diversidad en términos de explicaciones naturales. Vale la pena considerar que un enfoque tan racional no necesariamente tenía que ser productivo; podría ser que el mundo es realmente un lugar totalmente irracional, errático y no mecanicista, constantemente manipulado por fuerzas sobrenaturales; pero dado que la ciencia no puede abordar este tipo de ideas, simplemente dejarlos en manos de autores de fantasía. El supuesto de que el mundo está gobernado únicamente por fuerzas naturales ha sido notablemente productivo; es decir, consistente con la forma en que el mundo parece comportarse cuando lo miramos desapasionadamente.

Los antiguos griegos desarrollaron ideas complejas sobre la naturaleza del universo y la materia a partir de la cual fue compuesto, algunas de las cuales fueron aceptadas durante mucho tiempo. Sin embargo, en respuesta a una observación más cuidadosa y análisis experimental, estas ideas fueron eventualmente reemplazadas por teorías más basadas en evidencia. En gran parte esto implicó un proceso por el cual la gente se tomaba en serio las viejas ideas, e intentaba explicar y manipular el mundo a partir de ellas. Cuando sus observaciones y manipulaciones no lograron producir los resultados esperados o deseados, como convertir los metales básicos en oro, curar enfermedades o evadir la muerte por completo, se vieron más o menos obligados a revisar sus ideas, a menudo abandonando ideas antiguas por ideas más nuevas que parecían funcionar.

El desarrollo de las teorías atómicas se entrelaza con ideas sobre la naturaleza fundamental de la materia, sin mencionar el origen del universo y su evolución. La mayoría de los filósofos griegos pensaban que la materia estaba compuesta por algún conjunto de elementos básicos, por ejemplo, la tierra, el aire, el fuego y el agua familiares. Algunos filósofos propusieron la presencia de un quinto elemento, conocido como quintaesencia o etéreo. ^[3] Estas ideas claramente inadecuadas persisten hoy como parte de la astrología y los signos del zodiaco, un pobre tributo a algunos pensadores muy serios.

Se pensaba que los elementos originales, es decir, tierra, aire, fuego y agua, estaban compuestos por diminutas partículas indestructibles, llamadas átomos por Leucipo y Demócrito (que vivían alrededor de 460 a. C.). ^[4] Se asumió que los átomos de diferentes elementos eran de diferentes tamaños y formas, y sus formas dieron lugar directamente a las propiedades del elemento particular. Por ejemplo, se pensaba que los átomos de la tierra eran cúbicos; su empaquetamiento cercano hacía que la tierra fuera sólida y difícil de mover. La idea de que la estructura de los átomos determina las propiedades observables del material es aquella a la que volveremos, en una forma algo diferente, una y otra vez. Si bien los detalles no eran correctos, la idea básica resulta ser sólida.

Además de sus formas, también se pensaba que los átomos estaban en constante movimiento, basado en observar el movimiento de las motas de polvo a la luz del sol, sin nada, o un vacío, entre ellos. ^[5] Muchos siglos después, el análisis de Einstein de este tipo de movimiento, conocido como movimiento browniano, proporcionó un fuerte apoyo experimental para la realidad física de las moléculas, estructuras más grandes compuestas de átomos y la relación entre el movimiento molecular, la temperatura y la energía, que consideraremos más adelante en este capítulo.

Con todo, las nociones combinadas de los filósofos griegos proporcionaban una base autoconsistente y satisfactoria para una explicación del comportamiento de la materia, por lo que podían decir. La trampa aquí es aquella en la que es muy fácil caer, es decir, que una explicación satisfactoria para un fenómeno no es necesariamente cierta. Aunque parezca autoconsistente, útil o reconfortante, una explicación no es científica a menos que haga predicciones comprobables y cuantitativas. Por ejemplo, se pensó que diferentes materiales estaban conformados por diferentes proporciones de los cuatro elementos antiguos. Los huesos estaban hechos de agua, tierra y fuego en las proporciones 1:1:2, mientras que la carne estaba compuesta por estos elementos en una proporción de 2:1:1. ^[6] Si bien estas ideas ahora se consideran extrañas, contienen un presagio de la “ley de múltiples proporciones”, que llegaría unos 2300 años después y de la que trataremos más adelante en este capítulo. Algunos filósofos pensaron incluso que el alma estaba compuesta por átomos o que los propios átomos tenían una forma de conciencia, dos ideas que nos parecen bastante ajenas a (la mayoría de) hoy en día.

Tales ideas sobre átomos y elementos proporcionaron explicaciones lógicas y racionales, es decir, explicaciones no sobrenaturales para muchas de las propiedades de la materia. Pero los griegos no fueron los únicos pueblos antiguos en dar explicaciones sobre la naturaleza de la materia y su comportamiento. De hecho, se piensa que la raíz de las palabras alquimia y química es la antigua palabra griega Khem, el nombre griego para Egipto, donde se cree que la alquimia y la química se originaron. ^[7] Teorías similares se estaban desarrollando en la India aproximadamente al mismo tiempo, aunque son las ideas griegas sobre los átomos las que fueron preservadas y utilizadas por las personas que finalmente desarrollaron nuestras teorías atómicas modernas. Con el paso del tiempo, las ideas antiguas sobre los átomos y la materia fueron mantenidas vivas por historiadores y cronistas, en particular estudiosos del mundo árabe. Durante la Edad Oscura europea y en la época medieval, hubo algunos avivamientos dispersos de ideas sobre los átomos, pero no fue hasta el Renacimiento que el clima cultural e intelectual permitió una vez más el florecimiento relativamente libre de las ideas. Esto incluyó la especulación sobre la naturaleza de la materia, los átomos y la vida. Estudios experimentales basados en estas ideas condujeron a su revisión y a la eventual aparición de la ciencia, tal como la conocemos ahora. También vale la pena recordar que esta explosión relativa de nuevas ideas fue de vez en cuando y a veces enérgicamente enfrentada por instituciones religiosas, lo que llevó a la tortura, el encierro y las ejecuciones. ^[8]

Preguntas:

Preguntas a Responder:

• ¿Qué propiedades atribuyen los griegos a los átomos todavía consideramos válidas?

Preguntas para reflexionar:

• Si la tierra tuviera átomos que fueran cúbicos, ¿qué forma le atribuirías a los elementos aire, agua y fuego?

Preguntas para más tarde

• Si los átomos están en constante movimiento, ¿qué crees que los mantiene en movimiento?