Un premio Nobel: Luz y oscuridad

Desde 1901 se han entregado anualmente —salvo pocas excepciones— en Estocolmo, Suecia, los premios Nobel. Como es de sobra conocido, existen diversas categorías y algunas de éstas no fueron consideradas por Alfred Nobel, el fundador de ese galardón, sino que se añadieron después. Los premios Nobel tienen su historia, pero también sus mitos.

Richard Feynman en Estocolmo

Uno de estos mitos, por ejemplo, señala que no existe un premio Nobel para matemáticos porque Alfred Nobel fue engañado por su mujer con un matemático. También existen diferencias entre las categorías: el Premio Nobel de Literatura sólo lo gana una persona, mientras uno del área científica puede ser compartido por más de una persona e incluso con trabajos científicos distintos, no en colaboración.

Sobre los mitos y las diferencias se puede decir que al menos en el área literaria un Nobel no necesariamente es garantía de mucho. Tan sólo habría que recordar a algunos extraordinarios escritores del siglo XX que no recibieron el galardón: Brecht, Cortázar, Joyce, Kafka, Lorca, Pessoa, Yourcenar, etcétera, y tampoco otro escritor fundamental del siglo XIX pero que vivió hasta 1910 y estuvo en condiciones de haber sido galardonado: Tolstoi. Aunque, claro, no podemos soslayar que otros escritores de gran calibre sí fueron galardonados con el Nobel, y yo mencionaría a Asturias, Beckett, Camus, Gide, Jelinek, Mann y Neruda.

En el área científica sí ha habido justicia en términos generales, si hemos de considerar a este premio como el máximo galardón o reconocimiento que un científico puede obtener. En la lista de galardonados en ciencias se encuentran por un lado prácticamente todos los fundadores de la física moderna; por el otro, hay nombres que hablan por sí mismos: Pávlov (el de los perros), Koch (el del bacilo), Ramón y Cajal (el de las neuronas), Golgi (el del aparato), Krebs (el del ciclo) y los del ADN: Watson, Crick y Wilkins. Una figura señera entre los galardonados, que además obtuvo tanto el Nobel de Física como el de Química, es Marie Curie.

El físico Ernest Rutherford al recibir el Nobel de Química mencionó que en su vida “había visto muchas transformaciones, pero no la de un físico en químico”. Desde luego que hablando en serio Rutherford bromeaba. Sin embargo, nada es ideal, ni la ciencia ni los científicos. El Nobel no se entrega post mortem, así que en este caso morirse en el camino podría significar quedarse en ahí; pero lo contrario no es la muerte. Ha habido trabajos fundamentales en ciencia que no obtuvieron el Nobel; por ejemplo, el trabajo de Kolmogórov, Arnold y Moser, que se conoce como teorema de KAM y es de gran trascendencia en mecánica clásica, quizá su mayor construcción teórica. Científicos de primerísimo nivel, como el polifacético y prolífico George Gamow, nunca ganaron el premio, y otros quizá ya no lo ganarán por aquello de las modas, “lo que está en boga”. Hay también algunas historias injustas —las menos—, de contribuciones que fueron realizadas por más de una persona, en paralelo o no, y que sólo se ha dado el reconocimiento a una de ellas. Quizá el caso más emblemático al respecto es el Premio Nobel de Química que no recibió Lisa Meitner.

Lisa Meitner fue una austríaca de origen judío, física, que llegó a principios del siglo XX a trabajar en Alemania con Max Planck (Premio Nobel de Física 1918). Al igual que Marie Curie, por su condición de mujer, en cierta época de su vida tuvo problemas para poder trabajar en un centro de investigación. Pero finalmente salió venturosa —en más de un sentido— y sus contribuciones a la ciencia fueron fundamentales. En Alemania colaboró con el químico Otto Hann durante un buen periodo, pero se les atravesó la II Guerra Mundial.

En la década de 1930 una hija de los Curie, Irène, y su esposo Frédéric Joliot descubrieron la radiactividad artificial; por eso los Joliot-Curie fueron galardonados con el Premio Nobel de Química en 1935 (es sintomático cómo en aquellos tiempos los premios Nobel en ciencias eran otorgados poquísimos años después de realizada la contribución: era una época revolucionaria en la ciencia). En teoría, de la radiactividad artificial a la fisión nuclear, que permite romper núcleos atómicos y establecer una reacción en cadena que libera grandes cantidades de energía, hay poco trecho. En sus posteriores investigaciones los Joliot-Curie por poco descubren la fisión nuclear si hubiesen interpretado correctamente sus experimentos. Éstos fueron repetidos en Alemania por Otto Hann e interpretados finalmente por Lisa Meitner, una sagaz física teórica.

Lisa Meitner

En ese entonces Lisa ya no se encontraba en Alemania, de donde tuvo que salir durante el cenit del nazismo. Su salida en 1938 de Alemania para llegar a Estocolmo, pero no precisamente a recibir el Nobel, fue un periplo como de película de suspenso: pasó antes sin pasaporte por Holanda y Dinamarca. Fue en ese exilio donde Lisa explicó la fisión nuclear, un fenómeno desconocido hasta ese entonces. En 1944 Otto Hann recibiría, él solo, el Premio Nobel de Química por el descubrimiento de la fisión nuclear. Meitner no fue galardonada.

Pero hay otro tipo de reconocimientos, parciales, que en realidad son no reconocimientos (de cierta obra). Quizá el caso más emblemático aquí sea el de Jean Paul Sartre, quien en 1964 rechazaría el Premio Nobel de Literatura para que su obra filosófica no fuera reducida a la nada. Así, Sartre optó por no ser Nobel. Llama la atención que otro filósofo, Bertrand Russell, quien además era matemático, fue galardonado con el Nobel de Literatura en 1950, premio que sí aceptó. Y un Premio Nobel de Física merecidísimo, el otorgado en 1965 a Richard Feynman (junto con Julian Schwinger y Sin-Ichiro Tomonaga) por una de las teorías más exactas y profundas en ciencia, la electrodinámica cuántica, estuvo a punto de no ser otorgado. Es decir, el genial Feynman no quería el premio, por el protocolo y lo que ello implicaba, pero finalmente lo aceptó (como Russell) porque de otra manera hubiese llamado más la atención (como Sartre).

Aparte de historia, mitos, diferencias e injusticias, los Nobel también tienen algo de oscuridad. No me refiero en este aspecto a ciertos galardonados por razones políticas en ciertas áreas (Literatura, Paz). Tampoco al hecho de que muchos —si no es que la mayoría— de los galardonados caigan en cierto olvido a través del tiempo. No, me refiero al hecho de que damos por sentado que alguien es Nobel, y sí lo es, pero que desconocemos por qué. Me refiero por supuesto al Premio Nobel de Física 1921: Albert Einstein.

La UNESCO declaró 2005 como el Año Internacional de la Física. Esto se debió a que se cumplían cien años de que Albert Einstein publicara, en 1905, tres trabajos científicos revolucionarios: la teoría especial de la relatividad, la teoría del movimiento browniano y la teoría del efecto fotoeléctrico.

Einstein es un icono científico y mucha gente lo identifica, inclusive hablan de la teoría de la relatividad y hacen referencia —vulgar— a esa teoría. Se podría afirmar que si uno cuestiona al respecto mucha gente asegurará, por pura “intuición”, que Einstein ganó el Nobel. Esa misma “intuición” les hará confiar en que el galardón lo obtuvo gracias a su teoría de la relatividad (que por cierto no es una sino dos: la teoría especial de 1905 y la teoría generalizada de 1916). Pero no es así, Einstein obtuvo el Nobel por su explicación del efecto fotoeléctrico.

Curiosamente encontramos oscuridad en presencia de luz. Suena contradictorio. El efecto fotoeléctrico, como su nombre lo indica, involucra luz y electricidad. Este efecto fue detectado a finales del siglo XIX por Heinrich Hertz (el de las ondas hertzianas), pero también por Henry Becquerel (el de la radiactividad), quien compartió el Premio Nobel de Física con los Curie en 1903. En esencia el efecto fotoeléctrico consiste en el hecho de que al incidir luz sobre metales, bajo determinadas circunstancias, de éstos son expulsados electrones y se puede generar una corriente eléctrica. Esta circunstancia tiene un nombre cuantificable: frecuencia. La luz, como quedó establecido en el siglo XIX, es una onda electromagnética que puede vibrar con diversas frecuencias. Precisamente Hertz fue el primero que generó ondas electromagnéticas experimentalmente (en el contexto de la teoría electromagnética, claro), y se trató de ondas de radio. Dependiendo de la magnitud de la frecuencia de la luz, mas no de la intensidad, se da o no el efecto fotoeléctrico. La teoría clásica de la luz —la teoría ondulatoria— no podía interpretar este efecto… porque consideraba la luz como una onda.

Fue Einstein quien explicó, desde un punto de vista heurístico (como menciona en su artículo original de 1905, desde el mismo título), el efecto fotoeléctrico. Partió del trabajo de Planck (1900) sobre los cuantos. Los cuantos tienen una energía que es igual a su frecuencia por una constante, la constante de Planck, y los valores posibles son discretos. Einstein postuló que la luz estaba compuesta de cuantos o partículas (como originalmente pensó Newton), y con base en esto pudo explicar cómo ocurría el efecto fotoeléctrico: las partículas de luz —llamadas después fotones— al iluminar el material en cuestión colisionaban con los electrones y transmitían a éstos energía y cantidad de movimiento (de manera análoga a las colisiones de bolas de billar). Estas cantidades físicas dependen de la frecuencia de la luz, no de su intensidad, y además hay un umbral o energía mínima necesaria para desprender al electrón del material en cuestión y originar la corriente eléctrica. Suena sencillo pero no lo es, ¿suena contradictorio?

En la práctica el efecto fotoeléctrico es sencillo y las mediciones al respecto datan del siglo XIX, además después del trabajo de Einstein se realizaron otras  mediciones con mayor precisión, sobre todo por el físico estadounidense Robert Millikan, Premio Nobel de Física 1923. Teóricamente no es nada rebuscada la formulación de las ecuaciones del efecto fotoeléctrico (también se pueden formular con teorías desarrolladas décadas después, como la electrodinámica cuántica de Feynman et al. aludida en un párrafo anterior, y el procedimiento es más elegante o rebuscado). Pero las implicaciones que tuvo la teoría de Einstein fueron importantísimas porque, como es de sobra conocido, fue él, más que Planck, el primero que se tomó en serio de manera total la naturaleza cuántica y dual (onda-partícula) de la materia y de la luz; sus propios trabajos posteriores e inmediatos dan cuenta de ello.

Se dice que Einstein es uno de los padres de la mecánica cuántica. Ésta es una verdad a medias, parcial, porque es totalmente legítimo llamarlo el verdadero padre de la mecánica cuántica. Sobre sus desavenencias con ciertas nanas (¿nanos?) o nodrizas de ella, ¿qué padre no las tiene? Y para aterrizar un poco, por lo pronto, es necesario mencionar que lo que subyace en la utilización de la energía solar a través de células fotoeléctricas es el efecto fotoeléctrico. Hasta desde el punto de vista práctico es evidente la importancia y trascendencia del trabajo científico de Einstein, y fue justa la declaración del año 2005. ¿Pero qué tanto sirvió esto último para ampliar la cultura científica mundial y, en concreto, para que se supiera cabalmente que Einstein fue Nobel por un trabajo sobre la luz? ®

Einstein habla de la teoría del efecto fotoeléctrico: