Materiales y tecnología

La investigación y el desarrollo de la química en el siglo XX han generado nuevos materiales con efecto de mejoramiento profundo de la calidad de vida y han ayudado a mejorar la tecnología de diversas maneras. Unos cuantos ejemplos son los polímeros (incluidos el caucho y el nailon), la cerámica (como la que se usa en utensilios de cocina), los cristales líquidos (como los de las pantallas electrónicas), los adhesivos (como los usados en notas adherentes) y los materiales de recubrimiento (por ejemplo, las pinturas de látex).
¿Qué nos reserva el futuro cercano? Algo muy probable es el uso de materiales superconductores a temperatura ambiente. La electricidad se conduce por cables de cobre, que no son conductores perfectos. Por consiguiente, casi 20% de la energía eléctrica se pierde en forma de calor entre la planta generadora de electricidad y los hogares u oficinas, lo que constituye un desperdicio enorme. Los superconductores son materiales desprovistos de resistencia eléctrica, y por lo tanto conducen la electricidad sin pérdida de energía. Aunque el fenómeno de la superconductividad a temperaturas muy bajas (más de 400 grados Fahrenheit por debajo del punto de congelación del agua) se ha conocido durante más de 80 años, un adelanto importante a mediados del decenio de 1980 reveló que es posible fabricar materiales que actúen como superconductores a la temperatura ambiente o cercana de ella. Los químicos han ayudado en el diseño y síntesis de nuevos materiales promisorios en dicha búsqueda. En los 30 años siguientes, veremos la aplicación en gran escala de superconductores a altas temperaturas en la resonancia magnética de imágenes (RMI), trenes de levitación magnética y fusión nuclear.
Si fuera necesario mencionar un adelanto tecnológico que ha conformado nuestras vidas más que ningún otro, habría que señalar a las computadoras. El "motor" que impulsa la revolución de las computadoras es el microprocesador -el diminuto chip de silicio que ha servido de base para numerosas invenciones, como las computadoras portátiles y aparatos de fax-. La eficiencia de los microprocesadores se juzga según la velocidad con la que realizan operaciones matemáticas, como la suma. El ritmo del progreso es tal que desde su advenimiento se ha duplicado la velocidad de los microprocesadores cada 18 meses. La calidad de un microprocesador depende de la pureza del chip de silicio y de la capacidad para agregar la cantidad necesaria de otras sustancias, situación en que los químicos desempeñan una función importante en la investigación y desarrollo de chips de silicio. En el futuro, los científicos empezarán a explorar las perspectivas de la "computación molecular", es decir, la sustitución del silicio con moléculas. La ventaja radica en que puede lograrse que ciertas moléculas respondan a la luz, no a los electrones, con lo que se tendrían computadoras ópticas, no electrónicas. Con base en la ingeniería genética apropiada, los científicos pueden sintetizar esas moléculas con microorganismos, que sustituirían a grandes fábricas. Las computadoras ópticas también tendrían una capacidad mucho mayor de almacenamiento que las electrónicas.

Análisis dimensional

En física la palabra dimensión indica la naturaleza física de una cantidad; por ejemplo, la distancia entre dos puntos puede ser medida en pies, metros o estadios, que son formas diferentes de expresar la dimensión de longitud.
Los símbolos aplicados en esta sección para especificar las dimensiones de longitud, masa y tiempo son L, M y T, respectivamente. El paréntesis [  ] con frecuencia se aplicará para indicar las dimensiones de una cantidad física. Por ejemplo, en esta notación las dimensiones de velocidad v son rescritas [v] = L/T y las dimensiones de área A son [A] =L2  . Las dimensiones de otras cantidades, como la fuerza y la energía, serán descritas más adelante conforme son introducidas.
En física con frecuencia es necesario ya sea deducir una expresión matemática o una ecuación o bien verificar su validez. Al procedimiento para realizar esto, se le conoce como análisis dimensional, que hace uso del hecho de que las dimensiones pueden ser tratadas como cantidades algebraicas. Tales cantidades pueden ser sumadas o restadas únicamente si tienen las mismas dimensiones. Si no es así, la ecuación es incorrecta. Si es así, probablemente la ecuación es correcta, si no fuera por un posible factor constante.
Para ilustrar este procedimiento, se considere que se quiera deducir una fórmula para la distancia que recorre un automóvil en un tiempo t si el automóvil inicia desde el reposo y se traslada con aceleración constante a. La cantidad x tien las dimensiones de longitud: [x] = L. El tiempo t, naturalmente, tiene dimensiones [t] = T. Aceleración es el cambio de la velocidad v con el tiempo. Por que v tiene dimensiones de longitud por unidad de tiempo, o [v] = L/T, la aceleración debe tener [a] = L/T2 . Se ordena esta información en la formula de una ecuación: 

                          [a]= [v]/[t] = (L/T)/T = L/T2 = [x]/[t]2

Observando a la izquierda y a la derecha de esta ecuación, ahora se podría suponer que 

a=x/t2 entonces x=at2

De cualquier modo, esta expresión no es totalmente correcta, por que existe una constante de proporcionalidad -un simple factor numérico- que no se puede determinar únicamente a través del análisis dimensional. En su momento se verá que la expresión correcta es x=at2 / 2 

Cuando se trabaja algebraicamente con cantidades físicas, el análisis dimensional permite verificar errores en los cálculos, que con frecuencia revela discrepancias en las unidades. Si, por ejemplo, el lado izquierdo de una ecuación está en metros y el lado derecho en metros por segundo, inmediatamente sabemos que cometemos un error. 

Energía y ambiente

La energía es un producto secundario de muchos procesos químicos, y al continuar el aumento en su demanda, tanto en países industrializados, entre ellos Estados Unidos, como en naciones en vías de desarrollo, como China, los químicos intentan activamente encontrar nuevas fuentes de energía. En la actualidad, las principales fuentes de energía, son los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). Las reservas estimadas de estos combustibles durarán otros 50 a 100 años con el ritmo actual de consumo, por lo que es urgente encontrar fuentes alternas.
La energía solar al parecer es una fuente viable de energía para el futuro. Cada año, la superficie terrestre recibe de la luz solar alrededor de 10 veces la energía contenida en rodas las reservas conocidas de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinadas. Sin embargo, gran parte de esa energía se "desperdicia" el reflejarse hacia el espacio exterior. En los últimos 30 años, las intensas actividades de investigación han demostrado que la energía solar puede aprovecharse con efectividad de dos maneras. Una de ellas es su conversión directa en electricidad mediante el uso de dispositivos llamados celdas fotovoltaicas. La otra consiste en usar la luz solar para obtener hidrógeno a partir del agua. Luego, el hidrógeno alimenta a una celda combustible para generar electricidad. Aunque se han logrado adelantos en los conocimientos del proceso científico de conversión de la energía solar en electricidad, la tecnología todavía no ha mejorado al punto de que sea factible producir electricidad en gran escala y con un costo económicamente aceptable. Sin embargo, se han predicho que para el año 2050 la energía solar satisfará de 50% de las necesidades energéticas.
Otra posible fuente de energía es la fisión nuclear, si bien el futuro de la industria nuclear en Estados Unidos y otros países es incierto a causa de preocupaciones ambientalistas sobre los desechos radiactivos de los procesos de fisión. La fusión nuclear, el proceso que ocurre en el sol y otras estrellas, genera enormes cantidades de energía sin producir muchos desechos radiactivos peligrosos. Al cabo de otro medio siglo, es probable que la fusión nuclear se convierta en una fuente significativa de energía.
La producción y utilización de la energía se relaciona estrechamente con la calidad del ambiente. Una desventaja importante de quemar combustibles fósiles es que se produce dióxido de carbono, que es uno de los gases de invernadero (es decir, los que promueven el calentamiento de la atmósfera terrestre), además de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, que producen la lluvia ácida y el esmog. (El aprovechamiento de la energía solar no tiene esos efectos nocivos en el ambiente.) El uso de automóviles eficientes en el consumo de combustibles y convertidores catalíticos más efectivos debe permitir una reducción considerable de las emisiones automotrices nocivas y el mejoramiento de la calidad de la atmósfera en las áreas con tránsito vehicular intenso. Además, debe aumentar el uso de automóviles eléctricos equipados con baterías duraderas y de automóviles híbridos, alimentados por baterías y gasolina, lo que ayudará a minimizar la contaminación atmosférica.

Elementos constitutivos de la materia

Un cubo de oro sólido de 1 kg (≈ 2 lb) tiene una longitud de arista de casi 3.73 cm (≈ 1.5 pulg). Si el cubo se corta a la mitad, las dos piezas resultantes retienen su identidad química como oro sólido. Pero ¿qué sucede si las piezas del cubo se cortan una vez más, de manera indefinida? Leucipo y Demócrito, filósofos griegos, no aceptaron la idea de que tales cortes pudieran continuar siempre. Reflexionaron por último que el proceso finaliza cuando se produce una partícula que no se pueda dividirse más. En griego, átomo significa "no divisible". De este término surge el término en ingles atom, alguna vez se creyó que era la partícula más pequeña de la materia, pero se encontró que está compuesta de partículas más elementales.
Naturalmente se puede representar el átomo como un diminuto Sistema Solar, con un núcleo con carga densa positiva, ocupando la posición del Sol y los electrones con carga negativa orbitando de manera parecida que los planetas. Este modelo del átomo, desarrollado por el gran físico danés Niels Bohr hace casi un siglo, condujo a comprender ciertas propiedades de los átomos más simples tal como el hidrógeno, pero deja de funcionar al explicar detalles más significativos de la estructura atómica.
Observe el tamaño de un átomo de hidrógeno, mencionado en "Valores aproximados de algunas longitudes observadas" (en este blog) y el tamaño de un potrón - los núcleos de un átomo de hidrógeno - unas 100 000 veces más pequeño. Si el protón fuera del tamaño de una bola de ping-pong, ¡el electrón sería una partícula dimituta casi del tamaño de una bacteria, orbitando el protón a un kilómetro de distancia! De la misma manera otros atómos están construidos. De este modo existe una cantidad extraordinaria de espacio vacío en la materia.
Después del descubrimiento del núcleo a principios de 1900, surgieron preguntas relacionadas con su estructura. Hoy en día la composición exacta de los núcleos no ha sido definida por completo, pero en 1930 los científicos determinaron que dos entidades básicas --protones y neutrones-- ocupan el núcleo. El protón es fundamental en la naturaleza, portador de carga positiva, igual en magnitud pero de signo opuesto a la carga del electrón. El número de protones en un núcleo determina de qué elemento se trata. Por ejemplo, un núcleo que contiene sólo un protón es el núcleo de un átomo de hidrógeno, independientemente de cuántos neutrones estén presentes. Neutrones extras correspondientes a diferentes isotopos de hidrógeno --deuterio y tritio-- que reaccionan químicamente de la misma forma que el hidrógeno, pero son más pesados. De la misma manera, un átomo que tiene dos protones en su núcleo, siempre es helio, aunque una vez más, son posibles diferentes números de neutrones.
Finalmente en 1932 se comprobó la existencia de neutrones. No tienen carga y tienen una masa casi igual a la del protón; una de sus finalidades básicas es de actuar como "pegamento" para mantener al núcleo unido. Si no estuvieran presentes los neutrones la fuerza eléctrica de repulsión entre los protones son carga negativa ocasionaría que el núcleo volara separado.
La división no se detiene en este caso; ahora se piensa que en su momento protones, neutrones y una variedad de otras partículas exóticas están compuestos de seis partículas denominadas quarks (en consonancia con "horcón", aunque en inglés rima algo con "tiburón"). A estas partículas se les ha dado los nombres de arriba, abajo, extraño, encanto, fondo y superior. Los quarks arriba, encanto y superior cada uno tiene una carga igual a +2/3 del próton, mientras que los quarks abajo, extraño y fondo cada uno tiene una carga igual a -1/3 la carga del protón. El protón está compuesto de dos quarks arriba y abajo, que produce la carga correcta para el protón, +1. El neutrón está compuesto de dos quarks abajo y un quark arriba y tiene una carga neta cero.
Los quarks arriba y abajo son suficientes para describir toda la materia común, de tal modo que la existencia de los otros cuatro quarks, observados indirectamente en experimentos de alta energía, son un poco de misterio. Además es posible que los mismos quarks tengan una estructura. Muchos físicos creen que la mayoría de las particulas fundamentales pueden ser espiras diminutas de resortes vibrantes.

Salud y medicina

En este principio del siglo XXI conviene preguntarse qué función tendrá la ciencia central en esta centuria. Es casi indudable que la química mantendrá una función fundamental en todas las áreas de la ciencia y la tecnología. Antes de profundizar en el estudio de la materia y su transformación, consideramos algunas fronteras que los químicos exploran actualmente. Sin importar las razones por las que el estudiante tome un curso de introducción a la química, el conocimiento adecuado de esta disciplina le permitirá apreciar sus efectos en la sociedad y en su persona.

Tres logros importantes en el siglo XX han permitido la prevención y tratamiento de enfermedades. Se trata de medidas de salud pública que establecieron sistemas sanitarios para proteger a numerosas personas contra enfermedades infecciosas; la cirugía con anestesia, que ha posibilitado a los médicos para curar enfermedades posiblemente mortales, como la apendicitis, y el advenimiento de vacunas y antibióticos, que hicieron factible la prevención de enfermedades causadas por microorganismos. La terapia génica al parecer será la cuarta revolución en la medicina. (Los genes son la unidad básica de la herencia.) Se cuenta por miles las enfermedades conocidas, entre ellas la fibrosis quística y la hemofilia, ocasionadas por un daño heredado de un solo gen. Muchos otros padecimientos, como el cáncer, enfermedades cardíacas, SIDA y artitris, resultan hasta cierto punto de alteraciones de uno o más genes relacionados con los sistemas de defensa del organismo. En la terapia génica se inserta un gen sano específico en las células del paciente para curar o aminorar esos trastornos. A fin de ejecutar esos procedimientos, el médico debe tener conocimientos sólidos de las propiedades químicas de los componentes moleculares implicados. La descodificación del genoma humano, que comprende todo el material genético de nuestro organismo y desempeña una función esencial en la terapia génica, se basa principalmente en técnicas químicas.

Los químicos de la industria farmacéutica investigan fármacos potentes con pocos o nulos efectos adversos para el tratamiento del cáncer, SIDA y muchas otras enfermedades, además de fármacos para aumentar el número de trasplantes exitosos de órganos. En una escala más amplia, mejorar nuestra comprensión sobre el mecanismo del envejecimiento permitirá lograr esperanza de vida más prolongada y saludable para los habitantes del planeta.

Máximas e Intermedios

El que ha nacido maestro no toma las cosas en serio más que en relación con sus discípulos, ni siquiera a sí mismo.

Friedrich Nietzsche 

Algunos prefijos para potencias de 10 aplicadas con unidades "métricas" (SI y cgs)

Potencia	Prefijo	Abreviatura
10-18	atto-	a
10-15	femto-	f
10-12	pico-	p
10-9	nano-	n
10-6	micro-	μ
10-3	mili-	m
10-2	centi-	c
10-1	deci-	d
101	deca-	da
103	kilo-	k
106	mega-	M
109	giga-	G
1012	tera-	T
1015	peta-	P
1018	exa-	E

En la tabla se mencionan algunos de los prefijos "métricos" (SI y cgs) que se utilizan con más frecuencia representados en potencias de 10 y sus abreviaciones. Por Ejemplo 10^-3m es equivalente a 1 milímetro (mm) y 10³m es 1 kilómetro (km). De la misma manera, 1kg es igual a 10³g y 1 megavolt (MV) es 10⁶ volts (V).

Valores aproximados de longitud, masa e intervalos de tiempo

Los valores aproximados de algunas longitudes, masas e intervalos de tiempo se mencionan en las tablas de este mismo Blog (Valores aproximados de algunas longitudes, masas e intervalos de tiempo), respectivamente. Estudie estas tablas para lograr la sensación en cuanto a kilogramo de masa, un intervalo de tiempo de 10¹⁰ segundos (un siglo es casi 10⁹ segundos) o dos metros de longitud (la altura aproximada de un delantero en el equipo de basquetbol).

Los sistemas de unidades usualmente utilizados en física son el Systéme International, en el cual las unidades de longitud, masa y tiempo son el metro (m), kilogramo (Kg) y segundo (s); el sistema cgs o gaussiano, en el que las unidades de longitud, masa y tiempo son centímetros (cm), gramos (g) y segundo (s); y el sistema acostumbrado en Estados Unidos en el que las unidades de longitud, masa y tiempo son el pie (pie), slug y segundo. Las unidades SI son casi universalmente aceptadas en la ciencia y en la industria y serán aplicadas en todas partes del Blog. Se harán aplicaciones limitadas de las unidades gaussianas y de las que se acostumbran en Estados Unidos.

  

Valores aproximados de algunos intervalos de tiempo

                                  Intervalos de tiempo (s)

Edad del Universo          5 x 10¹⁷

Edad de la Tierra            1 x 10¹⁷

Un año                            3 x 10⁷

Un día                             9 x 10⁴

Tiempo entre pulsos
normales del corazón      8 x 10^-1

Periodo^a de ondas 

sonoras audibles              1 x 10^-3

Periodo^a de ondas 

de radio representativas   1 x 10^-6

Periodo^a de vibración 

del átomo en un sólido     1x 10^-13

Periodo^a ondas 

de luz visible                    2 x 10^-15

Duración de una 

colisión nuclear                1 x 10^-22

Tiempo necesario 

para que la luz viaje 

a través de un protón.       3 x 10^-24

^aUn periodo se define como el tiempo necesario para una vibración completa. 

Ninguna coma en números con muchos dígitos

TIP

En la ciencia, los números con más de tres dígitos son escritos en grupos de tres, separados por un espacio en lugar de comas; de tal modo que 10 000 es la misma que la notación común americana 10,000. De la misma manera, π = 3.14159265 se escribe como 3.141 592 65.

Valores aproximados de algunas masas

                                     Masa (kg)

Universo observable     1 x 10⁵²

Galaxia Vía Láctea       7 x 10⁴¹

Sol                                 2 x 10³⁰

Tierra                            6 x 10²⁴

Luna                              7 x 10²²

Tiburón                         1 x 10²

Humano                        7 x 10¹

Rana                              1 x 10^-1

Mosquito                       1 x 10^-5

Bacteria                         1 x 10^-15

Átomo de hidrógeno     2 x 10^-27

Electrón                         9 x 10^-31

Valores aproximados de algunas longitudes observadas

                                                                                                                     Longitud (m)
Distancia desde la Tierra al cuásar conocido más lejano                              1 x 10²⁶

Distancia desde la Tierra a las galaxias normales conocidas más lejanas     4 x 10²⁵

Distancia desde la Tierra a la galaxia cercana más grande (M31, la galaxia  2 x 10²²
de Andrómeda)

Distancia desde la Tierra a la estrella más cercana (Próxima Centauri)         4 x 10¹⁶

Un año luz                                                                                                       9 x 10¹⁵

Radio orbital medio de la Tierra alrededor del Sol                                          2 x 10¹¹

Distancia media desde la Tierra hacia la Luna                                                4 x 10⁸

Media del radio de la Tierra                                                                            6 x 10⁶

Altitud representativa de satélites orbitando la Tierra                                     2 x 10⁵

Longitud de un campo de fútbol                                                                       9 x 10¹

Longitud de una mosca doméstica                                                                    5 x 10^-3

Tamaño de las partículas de polvo más pequeñas                                             1 x 10^-4

Tamaño de las células de la mayoría de los seres vivos                                    1 x 10^-5

Diámetro del átomo de hidrógeno                                                                      1 x 10^-10

Diámetro del núcleo atómico                                                                             1 x 10^-14

Diámetro del protón                                                                                           1 x 10^-15

Estándares de longitud, masa y tiempo

Para reportar una medida de cierta cantidad física, se debe definir una unidad para la cantidad. Si, por ejemplo, se define la unidad esencial de longitud que sea 1.0 metro y alguna persona está familiarizado con el sistema de medida reporta que una pared es de 2.0 metros de alto, se sabe que la altura de la pared es dos veces la unidad esencial de longitud. De la misma manera, si la unidad esencial de la masa se define como 1.0 kilogramo y se dice que una persona tiene una masa de 75 kilogramo en tal caso la persona tiene una masa 75 veces más grande que la unidad esencial de masa.
En 1960 una comisión internacional coincidió en un sistema patrón de unidades para las cantidades esenciales de la ciencia, denominado SI (Systéme International). Sus unidades de longitud, masa y tiempo son el metro, kilogramo y segundo, respectivamente.

Longitud

En 1799 el metro se convirtió en el patrón legal de longitud en Francia, definido como una diezmillonésima de la distancia a partir del ecuador hasta el Polo Norte.
Hasta 1960, la longitud autorizada del metro fue la distancia entre dos lineas en una barra especifica de una aleación de platino-iridio almacenado bajo condiciones controladas. Este modelo fue abandonado por varios motivos, el principal que la medida de la separación entre lineas no son lo suficientemente precisas. En 1960 el metro fue definido como 1650763.73 veces la longitud de onda de la luz rojo anaranjada emitida por una lámpara de kriptón-86. En octubre de 1983 esta definición también fue abandonada y el metro, una vez más se definió como la distancia recorrida por la luz en el vacío durante el intervalo de tiempo de 1/299 792 458 segundos. Esta última definición establece la rapidez de la luz en 299 792 458 metros por cada segundo.

Masa

La unidad en el SI de la masa, el kilogramo, se define como la masa de un cilindro específico de aleación de platino-iridio que se guarda en la International Bureau of Weights and Measures en Sévres, Francia. La masa es una cantidad que se utiliza para medir la resistencia a un cambio en el movimiento de un objeto. Es más difícil provocar una cambio en el movimiento de un objeto de masa considerable, que un objeto con masa más pequeña.

Tiempo

Antes de 1960, el estándar de tiempo se definió en términos de la extensión promedio de un día solar en el año 1900. (Un día solar es el tiempo entre las apariciones consecutivas del Sol en el punto más alto que logra en el cielo cada día.) La unidad básica de tiempo, el segundo, se define como (1/60)(1/60)(1/24)= 1/86 400 del promedio del día solar. En 1967 el segundo fue definido una vez más al tomar ventaja de la alta precisión lograda con un reloj atómico, que aplica la frecuencia característica de la luz emitida a causa del átomo de cesio-133 como su "reloj de referencia". Ahora el segundo se define como 9 192 631 700 veces el periodo de oscilación de radiación a causa del átomo de cesio. 

El método científico

Todas las ciencias, incluidas las sociales, recurren a variantes de lo que se denomina método científico, que es un enfoque sistemático para la investigación. Por ejemplo, un psicólogo que pretende indagar el efecto del ruido en la capacidad de las personas para aprender química y un químico interesado en medir el calor liberado por la combustión del hidrógeno gaseoso en presencia de aire utilizarían aproximadamente el mismo procedimiento en sus investigaciones. El primer paso consiste en definir minuciosamente el problema. El siguiente es realizar experimentos, elaborar observaciones detalladas y registrar la información , o datos, concernientes al sistema, es decir, a la parte del universo que se investiga.
Los datos obtenidos en una investigación pueden ser cualitativos, o sea, consistentes en observaciones generales acerca del sistema, y cuantitativos, es decir, comprende los números obtenidos de diversas mediciones del sistema. En general, los químicos usan símbolos y ecuaciones estandarizados en el registro de sus mediciones y observaciones. Esta forma de representación no sólo simplifica el proceso de registro, sino que también constituye una base común para la comunicación con otros químicos.
Una vez terminados los experimentos y registrado los datos, el paso siguiente del método científico es la interpretación, en la que el científico intenta explicar el fenómeno observado. Con base en los datos recopilados, el investigador formula una hipótesis, que es una explicación tentativa de un conjunto de observaciones. Luego, se diseñan experimentos adicionales para verificar la validez de la hipótesis en tantas formas como sea posible y el proceso se inicia de nuevo.
Después de recopilar un volumen de datos, es frecuente que sea aconsejable resumir la información de manera concisa, como una ley. En la ciencia, una ley es un enunciado conciso, verbal o matemático, de una relación entre fenómenos que es siempre la misma bajo las mismas condiciones. Por ejemplo la segunda ley de Isaac Newton, que el lector tal vez recuerde de sus cursos de física, afirma que la fuerza es igual a la masa por la aceleración (F=ma). El significado de esta ley es que el aumento en la masa o en la aceleración de un objeto siempre incrementa proporcionalmente su fuerza, en tanto que una disminución en la masa o en la aceleración invariablemente reduce su fuerza.
La hipótesis que resisten muchas pruebas experimentales de su validez pueden convertirse en teorías. Una teoría es un principio unificador que explica un conjunto de hechos o las leyes basadas en esos hechos. Las teorías también son sometidas a valoración constantemente. Si una teoría es refutada en un experimento, se debe desechar o modificar para hacerla compatible con las observaciones experimentales. Aprobar o descartar una teoría puede tardarse años o inclusive siglos, en una parte por la carencia de la tecnología necesaria. La teoría atómica, es un ejemplo al respecto. Se precisaron más de 2000 años para confirmar este principio fundamental de la química que propuso Demócrito, un filósofo de la antigua Grecia. Un ejemplo más contemporáneo es la teoría del Big Bang sobre el origen del universo.
Los adelantos científicos pocas veces, si acaso, se logran de manera rígida, paso a paso. En ocasiones, una ley precede a la teoría correspondiente, o viceversa. Es posible que dos científicos empiecen a trabajar en un proyecto exactamente con el mismo objetivo y terminen con enfoques distintos. Después de todo, los científicos son seres humanos y su forma de pensar y trabajar está sujeta a influencia considerable de sus antecedentes, capacitación y personalidad.
El desarrollo de la ciencia ha sido irregular y a veces ilógico. Los grandes descubrimientos son resultados de las contribuciones y experiencias acumuladas de muchos investigadores, pese a que el crédito por la formulación de una teoría o ley por lo regular se otorga  una sola persona. Por su puesto, la suerte es un factor en los descubrimientos científicos, si bien se ha afirmado que las "oportunidades favorecen a las mentes preparadas". Se requiere atención y capacidad para reconocer la importancia de un descubrimiento accidental y sacar máximo provecho de él. Es muy frecuente que el público general se entere sólo de los adelantos científicos espectaculares. Sin embargo, por cada una de estas historias muy conocidas existen cientos de científicos que han dedicado años a trabajar en proyectos que finalmente terminaron siendo infructuosos, y en los que se lograron resultados positivos sólo después de muchos errores y a un ritmo tan lento que pasan inadvertidos. Sin embargo, inclusive esas investigaciones infructuosas contribuyen de alguna manera al avance continuo del conocimiento del universo físico. Es el amor por la investigación lo qué mantiene en el laboratorio a muchos científicos.

La ciencia matematica

Cuando consideramos las cantidades, es decir, los estados particulares de las magnitudes, podemos apreciar no sólo que pueden ser objeto de comparación y determinar igualdad o desigualdad entre esos estados, sino las variaciones que pueden sufrir un mismo estado para tomar otros, en virtud de los fenómenos naturales (distancia entre dos móviles que aumenta o disminuye; volumen de un sólido que se hace mayor por la acción del calor; presión de un gas encerrado que varía al variar su volumen.....)
La ciencia matemática tiene por objeto el estudio tanto de las magnitudes como de las cantidades que son las variaciones de aquélla en el tiempo y en espacio (estados particulares).

Química

La química es el estudio de la materia y los cambios que ocurren en ella. Es frecuente que se le considere como la ciencia central, ya que los conocimiento básicos de química son indispensables para los estudiantes de biología, física, geología, ecología y muchas otras disciplinas. De hecho la química es parte central de nuestro estilo de vida; a falta de ella nuestra vida sería más breve en lo que llamaríamos condiciones primitivas, sin automóviles, electricidad, computadoras, discos compactos ni muchas otras comodidades modernas.
Aunque la química es una ciencia antigua, sus fundamentos modernos se remontan al siglo XIX, cuando los adelantos intelectuales y tecnológicos permitieron que los científicos separaran sustancias en sus componentes y, por lo tanto, explicaran muchas de sus características físicas y químicas. El desarrollo acelerado de tecnología cada vez más refinada durante el siglo XX nos ha brindado medios cada vez mayores para estudiar lo que es inapreciable a simple vista. El uso de las computadoras y microscopios especiales, por citar un ejemplo, permite que los químicos analicen la estructura de los átomos y las moléculas -las unidades fundamentales en las que se basa el estudio de la química- y diseñen nuevas sustancias con propiedades específicas, como fármacos y productos de consumo no contaminantes.

Física

El propósito de la física es proporcionar un entendimiento del mundo material mediante el desarrollo de teorías que surgen de observaciones experimentales. Una teoría física esencialmente es una conjetura, por lo general expresada de manera matemática, acerca de cómo funcionan un sistema físico. La teoría establece ciertas predicciones con respecto al sistema físico que puede ser verificadas después. Si las predicciones que se producen corresponden fielmente a lo que en realidad se observa en tal caso se establece la teoría, aunque permanezca provisional. Actualmente ninguna teoría ha proporcionado una descripción completa de todo fenómeno físico, incluso dentro de una determinada subdisciplina de la física. Cada teoría es una obra de mejoramiento.
Las leyes fundamentales de la física incluyen cantidades físicas tales como fuerza, velocidad, volumen y aceleración, las cuales se describen en términos de cantidades más esenciales. En mecánica, son tres cantidades longitud (L), masa (M) y tiempo (T), otras cantidades físicas pueden ser estructuradas a partir de estas tres.    

José Ortega y Gasset: ¿Qué es filosofía?

 

 
                                                                        Lección I

En materia de arte, de amor o de ideas creo poco eficaces anuncios y programas. Por lo que hace a las ideas, la razón de tal incredulidad es la siguiente: la meditación sobre un tema cualquiera, cuando es ella positiva y auténtica, aleja inevitablemente al meditador de la opinión recibida o ambiente, de lo que con más graves razones que cuando ahora supongan ustedes merece llamarse <<opinión pública>> o <<vulgaridad>>. Todo esfuerzo intelectual que lo sea en rigor nos aleja solitarios de la costa común , y por rutas recónditas que precisamente descubre nuestro esfuerzo nos conduce a lugares repuestos, nos sitúa sobre pensamientos insólitos. Son éstos el resultado de nuestra meditación. Pues bien: el anuncio o programa se reduce a anticipar estos resultados, extirpándoles previamente la vía al cabo de la cual fueron descubiertos. Pero, como veremos, un pensamiento separado de la ruta mental que a él lleva, isleño y abrupto, es una abstracción en el peór sentido de la palabra, y es, por lo mismo ininteligible. ¿Qué se gana cuando se comienza una investigación colocando al público frente a este acantilado inasequible que sería nuestro programa, es decir, comenzando por el fin?
Renuncio, pues a mayusculizar con letras de programa lo que este ciclo de conferencias va a ser, y me propongo comenzar por el principio, por lo que para ustedes puede ser hoy, como fue para mi ayer, termino inicial.
Este hecho que primero encontramos es externo y público: la distinta situación en que la filosofía se halla hoy dentro del espíritu colectivo si se la compara con la que poseía hace treinta años y paralelamente la diferente actitud en que hoy se coloca ante su propio oficio y labor el filósofo. Lo primero se puede demostrar, como todo hecho externo y público, por medios también externos- por ejemplo, comparando estadísticamente el número de libros filosóficos que hoy consume el público con el que absorbía hace treinta años. Es notorio que hoy en casi todos los países se venden proporcionalmente más libros de temas filosóficos y que dondequiera existe una creciente curiosidad hacia la ideología. Esta curiosidad, este afán que es sentido en las más diversas gradaciones de consiente claridad, se compone de dos ingredientes: el público empieza a sentir de nuevo necesidad de ideas y a la par siente en ellas voluptuosidad. No es un azar la combinación de estos dos caracteres: ya veremos cómo en el ser viviente toda necesidad esencial, que brota del ser mismo y no le sobreviene accidentalmente de fuera, va acompañada de voluptuosidad. La voluptuosidad es la cara, la facies , de la felicidad. Y todo ser es feliz cuando cumple su destino, es decir, cuando sigue la pendiente de su inclinación, de su esencial necesidad, cuando se realiza, cuando está siendo lo que en verdad es. Por esta razón decía Schlegel invirtiendo la relación entre voluptuosidad y destino: <<Para lo que nos gusta tenemos genio>>. El genio es decir, el don superlativo de un ser para hacer algo tiene siempre a la par una fisonomía de supremo placer. En día próximo y por vía de rebosante evidencia nos vamos a ver sorprendidos, como obligados a descubrir lo que ahora sólo nos parecerá una frase: que el destino de cada cual es, a la vez, su mayor delicia.

Friedrich Nietzsche: El crepúsculo de los ídolos; El problema de Sócrates.

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Sobre la vida los más sabios han juzgado igual en todas las épocas: no sirve para nada... Siempre y en todas partes se ha oído de su boca el mismo tono, un tono lleno de duda, lleno de melancolía, lleno de cansancio vital, lleno de resistencia contra la vida. Hasta Sócrates dijo cuando murió: <<Vivir significa estar enfermo largo tiempo: le debo un gallo a Esculapio el salvador>>. Hasta Sócrates estaba harto. ¿Qué demuestra esto? ¿Qué muestra esto? Antes se habría dicho (¡oh, se ha dicho, y bastante alto, y nuestros pesimistas los primeros!):<<¡Ahí tiene que haber en todo caso algo de verdad! El consensus sapientium¹ demuestra la verdad>>. ¿Seguiremos hablando así hoy en día?, ¿nos es lícito? <<Ahí tiene que haber en todo caso algo de enfermedad>>, damos nosotros por respuestas: a esos que son los más sabios de todas las épocas, ¡se debería empezar mirándolos de cerca! ¿Podría suceder que a todos ellos ya no les sostuviesen bien las piernas?, ¿que fuesen tardíos?, ¿tambaleantes?, ¿décadents? ¿Podría ser que la sabiduría apareciese en este mundo como un cuervo al que entusiasma un pequeño olor a carroña?..
1<<El consenso de los que saben>>
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Yo mismo me di cuenta por primera vez de esta irreverencia de que los grandes sabios son tipos de la decadencia precisamente en un caso en el que es donde con más fuerza se le opone el prejuicio docto e indocto: reconocí a Sócrates y a Platón como síntomas de ruina, como instrumentos de la disolución griega, como seudogriegos, como antigriegos (El nacimiento de la tragedia, 1872). Aquelconsensus sapientium -lo fui comprendiendo cada vez mejor- lo que menos demuestra es que tuviesen razón en lo que concordaban: demuestra, antes bien, que ellos mismos, esos que eran los más sabios, concordaban en algofisiológicamente, a fin de adoptar, a fin de tener que adoptar del mismo modo una actitud negativa ante la vida. En último término, los juicios de valor sobre la vida, a favor o en contra, nunca pueden ser verdaderos: tienen valor solamente como síntomas, se los debe tener en cuenta solamente como síntomas, y en sí mismos tales juicios son tonterías. Es absolutamente necesario alargar la mano y hacer el intento de captar esta asombrosa finesse de que el valor de la vida no puede ser estimado. Por un vivo no, ya que sería parte, incluso objeto litigioso, y no juez; por un muerto no, por una razón distinta. Así pues, que un filósofo vea en el valor de la vida un problema no deja de ser por tanto una objeción contra él, un signo de interrogación puesto junto a su sabiduría, una falta de sabiduría. ¿Cómo?, ¿es que todos esos grandes sabios no sólo eran décadents, sino que ni siquiera eran sabios? Vuelvo, empero, al problema de Sócrates.
                                                                               

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Sócrates pertenecía, por su procedencia, al pueblo más bajo: Sócrates era plebe. Se sabe, se ve incluso todavía, qué feo era. Pero la fealdad, en sí misma una objeción, entre los griegos es casi una refutación. ¿Era Sócrates siquiera un griego? La fealdad es no pocas veces expresión de una evolución cruzada, inhibida por cruzamiento. En otro caso aparece como evolución decadente. Los antropólogos entre los criminalistas nos dicen que el criminal típico es feo: monstrum in fronte, monstrum in animo.¹ Pero el criminal es un décadent. ¿Era Sócrates un criminal típico? Al menos no lo contradice aquel famosos juicio de un fisonomista que tan escandaloso sonó a los amigos de Sócrates. Un extranjero, que entendía de caras, cuando pasó por Atenas dijo a Sócrates en su cara que era un monstrum, que albergaba en sí todos los vicios y apetitos malos. Y Sócrates se limitó a responder: <<¡Me conoce, señor mío!>>.

1<<Semblante monstruosos, alma monstruosa.>>
                                                                             

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A décadence en Sócrates remite no sólo el confesado desorden y anarquía en los instintos: a ella remite también precisamente la superfetación de lo lógico y aquella maldad de raquítico que lo distingue. No olvidemos tampoco aquellas alucinaciones auditivas que, como <<genio de Sócrates>>, han sido interpretadas a lo religioso. Todo es en él exagerado, buffo, caricatura, todo es al mismo tiempo escondido, con segundas, subterráneo. Trato de comprender de qué idiosincrasia procede aquella equiparación socrática de razón= virtud= felicidad, que es la más extraña de las equiparaciones y tiene en su contra especialmente todos los instintos del heleno antiguo.
                                                                              

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Con Sócrates el gusto griego da un vuelco a favor de la dialéctica: ¿qué sucede ahí en realidad? Con ello, sobre todo, es vencido un gusto noble; con la dialéctica sale ganando la plebe. Antes de Sócrates en la buena sociedad se rechazaban las maneras dialécticas: se les consideraba malas maneras, ponían en ridículo. Se advertía a la juventud en contra de ellas. También se desconfiaba de tal forma de presentar las propias razones. Las cosas honorables, al igual que las personas honorables, no llevan sus razones en la mano, así sin más. Es poco decoroso enseñar los cinco dedos. Lo que tiene que empezar dejándose demostrar es poco valioso. Dondequiera que la autoridad siga formando parte de la buena educación, donde no se <<fundamenta>>, sino que se manda, el dialectico es una especie de bufón: mueve a risa, no se le toma en serio. Sócrates era el bufón que hizo que se le tomase en serio: ¿qué sucedió ahí en realidad?
                                                                            

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Solamente se elige la dialéctica cuando no se tiene ningún otro recurso. Se sabe que con ella se despierta desconfianza, que persuade poco. Nada es más fácil de borrar que el efecto que hizo un dialéctico: así lo muestra la experiencia de toda asamblea en el que se hable. Sólo puede ser legítima defensa, en las manos de quienes ya no tienen otras armas. Hay que verse obligado a pugnar por el propio derecho: antes no se hace uso de ella. Por eso eran dialécticos los judíos; el zorro Reinecke lo era: ¿cómo?, ¿y también Sócrates lo era?
                                                                            

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¿Es la ironía de Sócrates una expresión de revuelta?, ¿de resentimiento plebeyo?, ¿disfruta, como oprimido, de su propia ferocidad en las cuchilladas del silogismo?, ¿se venga en los nobles a los que fascina? Cuando se es dialéctico se tiene en la mano un instrumento inmisericorde; con él se puede hacer de tirano; se deja en ridículo al otro cuando se le vence. El dialéctico pone a su adversario en la necesidad de demostrar que no es un idiota: hace que se enfurezca, y al mismo tiempo le deja inerme. El dialéctico depontencia el intelecto de su adversario. ¿Como?, ¿es que en Sócrates la dialéctica es solamente una forma de venganza?
                                                                           

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He dado a entender con qué podía repeler Sócrates: pero, con razón de más, queda por explicar que fascinó. Que descubrió un nuevo tipo de certamen, que fue el primer maestro de esgrima de él para los círculos nobles de Atenas: esto es lo primero que hay que decir al respecto. Fascinaba tocando la fibra sensible de la pulsión agonal de los helenos, trajo una variante a la lucha libre entre hombres jóvenes y muchachos. Sócrates era también un gran erótico.
                                                                           

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Pero Sócrates adivinó todavía más. Vio detrás de sus nobles atenienses; comprendió que su propio caso, su idiosincrasia de caso, ya no era un caso excepcional. El mismo tipo de degeneración se preparaba por doquier calladamente: la vieja Atenas tocaba a su fin. Y Sócrates entendió que todo el mundo lo necesitaba, que se necesitaban sus remedios, su cura, su artimaña personal de la autoconservación.... Por todas partes estaban los instintos en anarquía; por todas partes se estaba a cinco pasos de caer en grandes excesos: elmonstrum in animo era el peligro general. <<Las pulsiones quieren hacer de tiranas; hay que inventar un contratirano que sea más fuerte>>... Cuando aquel fisonomista desveló a Sócrates quién era él, una cueva de todos los apetitos malos, el gran irónico pronunció una frase más que nos da la clave sobre él: <<Es verdad --dijo--, pero me enseñoreé de todos>>. ¿Cómo se enseñoréo Sócrates de sí mismo? Su caso no era en el fondo más que el caso extremo, el que más saltaba a la vista, de lo que entonces empezó a convertirse en la necesidad general: que ya nadie era señor de sí, que los instintos de volvían unos contra otros. Él fascinaba en calidad de caso extremo, su tremebunda fealdad la expresa a ojos de todos: fascinaba, según resulta fácil comprender, todavía más como respuesta, como solución, como apariencia de la curación de ese caso.
                                                                            

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Cuando se necesita convertir la razón en un tirano, como hizo Sócrates, tiene que ser no pequeño el peligro de que otra cosa distinta haga de tirana. La racionalidad fue adivinada entonces como salvadora, ni Sócrates ni sus <<enfermos>> eran libres de ser o no racionales: era de rigueur, era su último recurso. El fanatismo con el que toda la reflexión griega se lanza a la racionalidad deja traslucir un estado de necesidad: se estaba en peligro, se tenía una y sólo una elección: o bien sucumbir; o bien ser absurdamente racional. El moralismo de los filósofos griegos desde Platón tiene causas patológicas; lo mismo sucede con una estimación de la dialéctica. Razón = virtud = felicidad significa meramente: hay que hacer como Sócrates y establecer contra los apetitos oscuros una luz diurna permanente, la luz diurna de la razón. Hay que ser prudente, claro, lúcido a cualquier precio: toda concesión a los instintos, a lo inconsciente, lleva hacia abajo....
                                                                            

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He dado a entender con qué fascinaba Sócrates: parecía ser un médico, un salvador. ¿Es necesario mostrar además el error que había en su fe en la <<racionalidad a cualquier precio>>? Es un autoengaño por parte de los filósofos y los moralistas salir de la décadence con el sencillo expediente de hacerle la guerra. Salir de ella excede a sus fuerzas: lo que eligen como recurso, como salvación, no es a su vez sino expresión de la décadence; modifican su expresión, pero no la eliminan. Sócrates fue un mal entendido; toda la moral de la mejora, también la cristiana, fue un mal entendido....La más cegadora luz diurna, la racionalidad a cualquier precio, la vida lúcida, fría, precavida, consciente, sin instinto, en resistencia contra los instintos, no era ella misma más que una enfermedad, una enfermedad distinta, y de ningún modo un regreso a la <<virtud>>, a la <<salud>>, a la felicidad... Tener que combatir los instintos, ésta es la fórmula de la décadence: mientras la vida sube, felicidad es lo mismo que instinto.
                                                                            

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¿Comprendió esto él mismo, el más inteligente de todos los autoembaucadores? ¿Se lo dijo a sí mismo en el ultimo momento, en la sabiduría de su valentía para la muerte?... Sócrates quería morir: no Atenas, él se dio a sí mismo el vaso de veneno, él forzó a Atenas al vaso de veneno....<<Sócrates no es un médico-- dijo en voz baja para sí-- sólo la muerte es aquí el médico... Lo único que sucede es que el propio Sócrates llevaba largo tiempo enfermo...>>