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Ciencia y genios

Las mentes más claras de la historia han ido tejiendo poco a poco la intrincada tela de araña del conocimiento científico. En cada programa del podcast Ciencia y Genios les ofreceremos la biografía de un gran sabio escrita por varios autores.

Heinke Kammerlingh Onnes, el explorador del frío.

Onnes

Es muy fácil conseguir cubitos de hielo, incluso en verano, basta con abrir el frigorífico. Enfriar una sustancia es tan habitual para nosotros que carece de importancia, es más, viendo la facilidad con la que el termómetro registra temperaturas bajo cero en nuestra cocina podríamos llegar a la idea, errónea por cierto, de que podemos enfriar una sustancia hasta el infinito. No, no es cierto. En cuestión de temperaturas, la naturaleza nos sorprende con un número mágico: 273,15 ºC bajo cero. El cero absoluto. Nada puede estar más frío.

Fue el físico francés Charles quien por primera vez llegó a esa extraña cifra y lo hizo llevando al límite el razonamiento sobre un fenómeno curioso. El físico francés había comprobado que los gases, al ser enfriados, se contraen. Es fácil de comprobar: inflen ustedes un globo y pónganlo en el frigorífico, verán como, al enfriarse, disminuye de tamaño; luego déjenlo en el exterior, a temperatura ambiente, y observarán cómo vuelve a inflarse hasta recuperar el tamaño original.

Charles midió la contracción de los gases con la temperatura y descubrió que cualquier gas a 0ºC se contrae 1/273 de su volumen por cada grado que desciende su temperatura. Experimentó con varios gases y con todos obtuvo el mismo resultado. Intrigado, razonó de la siguiente manera: “Si tomamos 273 litros de un gas a 0ºC y comenzamos a enfriarlo, por cada grado que descienda la temperatura su volumen será un litro menor, a -2ºC ocupará dos litros menos y, continuando así, a los 273 ºC bajo cero, el gas perderá su último litro. Desaparecerá por completo”.

Que las cosas desaparezcan, como por arte de magia, es algo muy desagradable en ciencia, así que todo el mundo sospechaba que, al bajar mucho la temperatura, la ley de Charles dejaría de cumplirse. Sólo era una suposición porque nadie, hasta entonces, había logrado acercarse a esa cifra para comprobarlo. Era necesaria una explicación coherente del fenómeno y ésa vino de la mano de una vieja teoría, establecida 2.400 años antes por el griego Demócrito, y olvidada desde entonces: la teoría atómica.

Según la teoría atómica los gases están compuestos por pequeñas moléculas que se mueven a considerable velocidad, como un enorme enjambre de abejas alrededor de un panal. Cuanto más elevada es la temperatura del gas, mayor es la velocidad de sus moléculas y “más espacio necesitan para moverse”, es decir, ocupan un volumen más grande. Al disminuir la temperatura, las moléculas se mueven más despacio y el volumen disminuye.

En la década de 1860, el británico lord Kelvin sugirió que es la energía de las moléculas la que disminuye en una proporción 1/273 por cada grado de enfriamiento. Aplicando este razonamiento, llegó a la conclusión de que a 273 grados bajo cero, las moléculas del gas no desaparecen sino que, simplemente, quedan inmóviles. Esta temperatura está establecida hoy en 273,15 grados bajo cero y, en honor a Kelvin, se creó una nueva escala de temperaturas que comienza a contar a partir de ese punto: el cero absoluto.

A partir de ese momento comenzó una carrera por alcanzar el cero absoluto. La idea general era que los gases primero se licuan y después se congelan hasta que sus moléculas quedan absolutamente inmóviles. Jugando con la presión y la evaporación de unas sustancias y otras, uno a uno, los gases se fueron licuando a medida que se alcanzaban temperaturas más bajas. El cloro, el dióxido de carbono, el aire, el oxígeno, etc. En el proceso, se fueron desarrollando métodos industriales para producir temperaturas cada vez más bajas. En el año 1900 se licuó el hidrógeno a 240 ºC bajo cero, tan sólo 33 grados por encima del cero absoluto. La meta estaba cada vez más cerca.

La victoria sobre el hidrógeno fue un gran logro importante, pero aún quedaba camino por recorrer. Los gases nobles, especialmente el más liviano de todos, el helio, se negaba a dejarse licuar. Lo consiguió el físico holandés Heinke Kammerlingh Onnes y para ello tuvo que alcanzar temperaturas de 272,3 ºC bajo cero, menos de un grado sobre el cero absoluto. Fue entonces cuando la materia mostró su lado más caprichoso. Algunas sustancias pierden su resistencia al paso de la corriente eléctrica y se hacen superconductoras, otras fluyen sin impedimentos por los más mínimos orificios y se convierten en superfluidas. Una vez más, la ciencia abría las puertas a un mundo sorprendente, casi mágico.

Actualmente, los científicos han logrado acercarse hasta unas pocas trillonésimas de grado del cero absoluto pero la meta sigue siendo inalcanzable. Como el cuento de Aquiles y la tortuga, cuando los científicos recorren un trecho, el objetivo siempre se encuentra más lejos, haciendo burla.

Por sus logros, Heinke Kammerlingh Onnes, recibió el premio Nobel de Física en el año 1913. Hoy les ofrecemos la historia de su vida.

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