La ciencia es una buena herramienta para describir la naturaleza gracias a que existe el método científico. Antes de éste, existían intentos por describir el mundo a nuestro alrededor pero la carencia de una forma sistemática de abordar los problemas hacía que la tarea fuera ardua y en muchos casos, imposible.

Esto explica que, tras el desarrollo del método científico (que podemos decir que empezó con la  publicación de “Discurso del Método” por Descartes en pleno auge del racionalismo  en el siglo XVII) y tras la aparición del método inductivo (es decir, la deducción de conclusiones generales a partir de casos particulares) se produjese una “explosión” del conocimiento y las distintas áreas de la ciencia empezasen a emerger cada vez con más fuerza.

Antes de la Edad Media la parte del conocimiento científico más desarrollada eran las matemáticas. Principalmente porque las matemáticas hacen uso del método deductivo en mayor medida, que ya era practicado desde la antigüedad.

Francis Bacon subdividió el método en seis pasos más o menos intuitivos: observación, inducción, formulación de hipótesis, puesta a prueba de la hipótesis por medio de la experimentación y finalmente, demostración/refutación de la hipótesis. Aunque en el siglo XX Karl Popper introdujese la idea de falsacionismo según la cual no podemos aspirar a demostrar una hipótesis si no únicamente a refutarla,  más o menos, esta es la manera que tiene la ciencia de trabajar.

Es importante la sistematización de la metodología de trabajo, y esto es básicamente lo que persigue el método científico. Con esto se gana la posibilidad de reproducir el experimento y de analizarlo. Si cada uno trabaja por su cuenta de una forma distinta es imposible convenir si algo es cierto o no.

Tan importante como sistematizar la forma de trabajo es hacer lo propio con el lenguaje. Las ideas científicas y el conocimiento deben ser difundidos a otros científicos y por tanto, hace falta crear todo un compendio de términos que describan de forma precisa lo que se pretende transmitir.

Esto es debido a que el lenguaje que habitualmente usamos está plagado de giros, segundas lecturas, imprecisión, ambigüedades en definitiva y demás, que deben ser evitadas para poder traducir exactamente nuestro pensamiento sin que quepa duda al respecto.

Conforme ha ido avanzando la especialización y la diversificación en áreas ha crecido la terminología de cada una de ellas. Hasta el punto de que únicamente es lenguaje de unos pocos y para el resto se les antoja una especie de entelequia elitista más confusa que otra cosa.

De hecho, es una gran dificultad a la hora de aprender. Siempre se insiste en la importancia del concepto y en “no perderse en la terminología”. Porque es muy fácil dejarse llevar por la inercia y acabar perdido en un tupido bosque de términos en los que ya no sabemos extraer su verdadero significado.

Dado que la precisión es fundamental en ciencia, intentar traducirlo a lenguaje más coloquial se hace muy difícil sin perder rigurosidad. Y este es el obstáculo más grande que encuentra la divulgación científica: hacer que un texto científico no parezca una entelequia al alcance de unos pocos.

Por desgracia, no es fácil trasladar estos conocimientos al público en general. Sobre todo sin la existencia de una pequeña base al menos, en el tema que se está tratando. A veces la falta de tiempo -o de espacio- hace que no se desgrane lo suficiente como para que una persona que no tiene ni idea de un tema en particular acabe al menos, la impresión de que no le has estafado. Y esto reduce enormemente los temas de divulgación a los de siempre.

Decía Hawking en tono burlesco que cada ecuación que pusieras en un libro reduciría el número de lectores a la mitad. Las matemáticas son una buena prueba de lenguaje científico preciso pero que por contra, sólo entienden unos pocos y que muchas veces esconde detrás conceptos profundos que llevaría mucho tiempo explicar paso a paso.

A menudo la propia terminología puede ser confusa y muchas veces se abusa de ella por comodidad. Pero siempre se matiza o se avisa como si colgara un cartel enorme con letras de neón de que se usa un término fuera de lugar, o que se usa un procedimiento poco ortodoxo pero justificable en dicho contexto, etcétera. Lo malo es cuando este “abuso de notación” o “abuso de terminología” es malinterpretado y curiosamente, siempre que se traslada al público se olvidan de llevarse el gran cartel con letras de neón.

Veamos un par de casos típicos al respecto de este abuso de la terminología. Voy a intentar desgranar todo lo que lleva detrás, para que veamos la magnitud de conceptos que se alcanza en una sóla frase.

El espín del electrón es una rotación.

Aquí aparecen 3 términos: espín, electrón y rotación.

El electrón es una partícula fundamental con carga eléctrica negativa. Partícula fundamental significa que no puede ser dividida en partículas más elementales que ella.

El espín es una propiedad fundamental que tienen todas las partículas de la naturaleza. Al igual que la masa y la carga eléctrica. Esto significa que, sea lo que sea, todas tienen una “cantidad” asociada llamada espín.

Podemos encontrar múltiples formas de ver el espín: como momento angular, como momento dipolar, como rotación.

El espín, matemáticamente, se comporta como un momento angular. El momento angular, a nuestra escala cotidiana, es una magnitud que nos informa de la resistencia que opone un cuerpo a modificar su eje de rotación. Cuando se dice que el espín se comporta como un momento angular se quiere decir que su expresión matemática es análoga a un momento angular.

La diferencia radica en que esta rotación no se produce en nuestro espacio de arriba-abajo-fondo, sino en un espacio matemático. ¿Espacio matemático? Bueno, cuando se estudian las rotaciones de los cuerpos, matemáticamente se observa que tienen una estructura determinada. Esta estructura es la que es, al margen de que tenga una aplicación en el mundo real o de que se trate de un cuerpo que rota.

Matemáticamente no nos importa que 1+1 = 2, no que signifique “una manzana más una manazana igual a dos manzanas”. Podemos abstraer el concepto y prescindir de que sean manzanas o cualquier otra cosa. Con la rotación ocurre lo mismo. Podemos quedarnos con el concepto matemático y olvidarnos de qué es lo que rota o dónde lo hace, si lo importante es el concepto matemático abstracto de “rotación”.

Pues bien, el espín genera rotaciones si, pero en un espacio matemático que nada tiene que ver con el espacio real en el que vivimos.

En muchos textos, incluso textos que estudian en el colegio, se lee que el espín es el giro del electrón e incluso te ponen un dibujo de una esfera con un eje como el que encabeza este apartado.

Esto es un error, entre otras cosas, porque el electrón no es una partícula con estructura interna. Es una partícula puntual. No tiene ancho ni alto ni largo. Es un único punto, y un punto no puede rotar sobre sí mismo porque por definición, la rotación es un movimiento según el cual un punto arbitrario mantiene constante su distancia a un segmento llamado “eje” que no rota.  Si el eje no rota, y el electrón es un único punto, el propio electrón sería el eje y ya no quedaría nada a su alrededor que rotase en torno a él. Por el hecho de ser puntual.

Podría haber sustituido las 487 palabras anteriores por la frase en negrita y quedarme tan ancho dando por supuesto que el lector entiende que hablamos en sentido abstracto y no literal.

Por supuesto, cuando metidos en faena nos contentamos con la primera frase, damos por hecho que ya sabemos todo lo anterior. Pero si directamente hacemos un copia-pega al texto divulgativo, acabaremos convirtiéndolo en una entelequia sin significado.

El plasma es “cuarto estado de la materia”

Este podría ser el caso paradigmático de un abuso del lenguaje en la ciencia que finalmente acaba asentándose en la misma. Sobre este tema escribí ya hace tiempo y creo que pasé por alto hacer ciertas aclaraciones finales al respecto.

Veamos qué dice la Wikipedia al respecto (no porque deba ser fuente primaria de conocimiento, sino porque es usada como tal por mucha gente y sus imprecisiones son letales).

En el artículo http://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_(estado_de_la_materia) ya el propio título producto de la desambiguación está haciéndonos un flaco favor. En el primer párrafo hay una pequeña luz de esperanza:

Con frecuencia se habla del plasma como un estado de agregación de la materia con características propias, diferenciándolo de este modo del estado gaseoso, en el que no existen efectos colectivos importantes.

Aquí nos están queriendo decir que hablar de “estado de agregación” no es del todo adecuado para hablar de un plasma. Si nos vamos al artículo sobre “estado de agregación” para aclarar el concepto, nos encontramos con esto:

En física y química se observa que, para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, en relación con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen.

Bien, aquí nos da una definición termodinámica más o menos rigurosa. Quiere decírsenos que partiendo de un determinado estado de agregación podemos cambiar de fase a otro estado de agregación modificando sus condiciones de temperatura o presión.

Lo que ocurre es que se olvidan de decirnos que no existe tal cambio de fase para el estado del plasma. Directamente pasa a enunciar los distintos estados, incluyendo otros que aún enmarañan más la cuestión. Veamos el gráfico adjunto, el diagrama de fases del carbono, algo de lo que ya he hablado con anterioridad aquí.

Se trata de un gráfico donde hacia arriba crece la presión y hacia la derecha crece la temperatura. Las curvas negras indican los puntos en los que se produce el cambio de fase y se hace notar con la zona de la gráfica que corresponde a ese estado. En el punto “A” llegamos a un punto conocido como “punto crítico” que es la barrera a partir de la cual no podemos distinguir si se trata de un líquido o de un gas.

¿Alguno ve ahí una curva que se llame plasma? Podéis buscar y rebuscar cualquier diagrama de fases y no la vais a encontrar. Porque no se puede aplicar la definición termodinámica tan alegremente. Las razones son varias.

El plasma no es estable. Necesita un aporte de energía para no extinguirse una vez lo hemos producido. ¿Cómo se produce un plasma? Normalmente se consigue haciendo que un gas se ionice. Es decir, que sus átomos empiecen a soltar electrones y en el gas haya especies con carga positiva, carga neutra y carga negativa. Cada una tendrá un comportamiento diferente, pero todas contribuirán a un comportamiento colectivo.

¿Y cómo logramos que el gas se ionice? Normalmente haciendo que circule una corriente eléctrica a su través. En el momento en que cese dicha corriente eléctrica, se extinguirá el plasma. El ejemplo tipo es un tubo fluorescente. En su interior hay un gas de argon y mercurio y a los extremos están los encargados de producir la corriente eléctrica.

El argon se utiliza porque es un gas noble y por tanto no degrada los recubrimientos, y porque es fácil convertirlo en un plasma. Se pone dentro mercurio para que absorba la radiación emitida por el argon y la reemita en el ultravioleta. Posteriormente, esta luz ultravioleta es captada por una pantalla de fósforo que recubre toda la ampolla y el fósforo lo reemite en el visible.

Así, cuando damos a la luz, la corriente ioniza el argon y el tubo fluorescente nos ilumina. Si cortamos la corriente, los átomos se desexcitan y el plasma se extingue.

Aparte de su inestabilidad, el plasma no se encuentra en equilibrio termodinámico. El equilibrio termodinámico implica tres partes: equilibrio térmico,  equilibrio mecánico y equilibrio químico. El primero significa que todo está a la misma temperatura. El segundo que no hay fuerzas netas sobre el sistema. El tercero, que no se produce difusión de especies de un lado a otro debido a una descompensación en las cantidades de éstas.

El plasma no está en equilibrio térmico. De hecho, para cada especie se define una temperatura característica. A saber: temperatura electrónica, temperatura iónica, temperatura de neutros… Puesto que la temperatura no es más que una función estadística relacionada con la velocidad  de un colectivo de partículas.

Los electrones al tener muy poca masa, pueden moverse más rápido. Así, la temperatura electrónica típica es de 5000K o 10000K. Los neutros y los iones al ser más pesados (estamos hablando de miles de veces más que los electrones) son más lentos y su temperatura puede rondar los 300K. Por eso aunque los electrones de un tubo fluorescente estén a 10000K al tocarlo con la mano ésta no se nos funde. Porque al final, el aporte de los neutros y los iones pesa más y la temperatura que notamos es la de éstos.

Un plasma, salvo casos particulares, es cuasineutro. Esto significa que la mayoría de sus partículas no están ionizadas. Es decir, que netamente tiene aproximadamente carga neutra. Aún así, hay las suficientes en dicha situación para que exista movimiento en su seno y por tanto, comportamiento colectivo. Normalmente, en un líquido, sólido o gas las partículas interaccionan con sus vecinos más cercanos. En el caso de un plasma las interacciones de largo alcance son importantes.

En fin, como vemos hay muchas diferencias que lo alejan de ser una fase o de ser un estado termodinámico. ¿Por qué se le llama cuarto estado de la materia entonces? Principalmente, por la idea aristotélica de que el cuarto elemento es el fuego, y el fuego no es más que un plasma.

Para que lo fuera habría que reconsiderar toda la terminología termodinámica desde casi el principio. Y ya no hablamos si metemos en el cazo la condensación de Bose-Einstein o los condensados de Fermi, en los que no entraré para no convertir este artículo en un todavía más tocho infumable.

Lo que se ha hecho es reconsiderar la definición de estado de la materia en estos últimos años. O, mejor dicho, a ampliarla y hablar en general de estado de la materia según sea la interacción entre sus partículas. De esa manera, la definición histórica de estado de la materia atendiendo a las propiedades termodinámicas no incluía el plasma, ya lo puede incluir junto con cualquier otra forma peculiar de interacción.

En este caso, el artículo en inglés sobre estado de la materia en la Wikipedia  describe muy bien este problema.  Lo malo es cuando se obvia toda la explicación sobre la distinción entre unos estados y otros y las razones por las que hubo que cambiar la definición para adaptarla.

Como vemos, la necesidad de usar una terminología precisa además de permitir trasladar los conceptos de manera fidedigna ahorra mucho tiempo y espacio. Y la dificultad asociada a hacer la traducción inversa es tanto mayor cuanto más general quieres que sea.

La ciencia no es una entelequia de terminología elitista al alcance de unos pocos. Lo que ocurre es que está escrita en un idioma diferente que, para poder entenderlo, hacen falta años y años.

Y lo único que podemos hacer es intentar traducir en la medida de lo posible lo poco (como es mi caso) o lo mucho que cada uno conozca.