El polen juega al ping-pong

Polen. Martin Oeggerli/ZUMA Press

Aunque los microscopios convencionales no permitan ver átomos individuales, sí que posibilitaron a los científicos del siglo XIX el ver el efecto que estos átomos producían en su entorno. Este efecto se llama movimiento browniano en honor a Robert Brown, que en 1827 observó el comportamiento errático de las pequeñas partículas de polen que flotan en la superficie del agua. Dado que el polen es orgánico, Brown pensó al principio que lo que hacían era mostrar signos de vida al saltar sobre el agua. El científico Jan Ingenhousz había advertido en 1785 un comportamiento errático parecido de las partículas de polvo de carbón cuando flotan sobre el alcohol. Cuando Brown vio que había materia inorgánica que imitaba el comportamiento del polen, se quedó desconcertado al no poder explicar de dónde procedía ese movimiento espasmódico.
   Resulta llamativo que la idea de que la causa podrían ser átomos invisibles que chocan entre sí y cuyos movimientos trascienden a la materia visible había sido ya sugerida por el poeta romano Lucrecio en su poema didáctico De la naturaleza: 

Muchos de los que vagan por el vacío infinito no fueron admitidos en la combinaciones de las cosas o, aun siéndolo, no pudieron conjugar sus movimientos. De este hecho tenemos un modelo e imagen constantemente ante nuestros ojos: observa, en efecto, lo que sucede cada vez que los rayos del sol, introduciéndose en la penumbra de una estancia, esparcen en ella la luz: en el mismo haz de rayos luminosos verás mezclarse de mil modos una multitud de corpúsculos [...] sus torbellinos nos revelan que también en el fondo de la materia hay movimientos secretos e invisibles [...] los elementos de las cosas se mueven por sí mismos; después, los cuerpos formados por pequeñas combinaciones y aquellos cuya energía más se aproxima a la de los átomos, impulsados por los invisibles choques de éstos, se ponen en movimiento y a su vez hostigan a los que son mayores. Así, partiendo de los átomos, el movimiento va ascendiendo y emerge poco a poco hacia nuestros sentidos, hasta hacer mover también estos cuerpos que nos son perceptibles en el rayo de sol, a pesar de no ser manifiesto el golpe que produce la moción.

   La obra fue escrita en el año 60 a.C., pero hubo que esperar a que llegara el análisis matemático del movimiento que realizó Einstein para confirmar la explicación atomista del movimiento aleatorio de los rayos solares de Lucrecio y del polen de Brown.
   La cuestión es proporcionar un modelo que produzca el extraño movimiento que exhiben los corpúsculos de polen sobre la superficie del agua. Las trayectorias seguidas son parecidas al movimiento de un borracho.
   A principios del siglo XX surgió la propuesta de que lo que los científicos estaban observando era cómo el polen resultaba zarandeado por el movimiento de las moléculas del agua, mucho más pequeñas.

Trayectorias seguidas por partículas de polen tal y como las registró el físico francés Jean Perrin

   La brillantez matemática de Einstein le abrió el camino para analizar este modelo, en el que un objeto grande está sujeto al impacto de objetos muchos más pequeños que se mueven al azar [...]
   El éxito de Einstein al construir este modelo matemático que reproducía el movimiento del polen fue un golpe demoledor para todos aquellos que creían que un líquido como el agua era una sustancia continua. Para alguien que siguiera creyendo en la visión de la materia de Aristóteles, resultaba sumamente difícil proponer una explicación igualmente convincente.
   Los cálculos permitían estimar el tamaño de las moléculas de agua en relación al tamaño de las partículas de polen a las que estaban vapuleando. Así tenía una prueba convincente de que la materia venía dada en piezas discretas, aunque no se resolvía la cuestión de si se podía o no fraccionar estas piezas en otras todavía más pequeñas.
   En realidad, resultó que los átomos indivisibles no eran nada indivisibles cuando se descubrieron constituyentes más pequeños en los átomos de carbono y oxígeno.El siguiente escalón hacia lo pequeño reveló que un átomo está formado por discos todavía más diminutos que se llaman electrones, protones y neutrones. Los electrones habían salido ya a la luz unos ocho años antes del descubrimiento teórico de Einstein.

Lo que no podemos saber
Exploraciones en la frontera del conocimiento
Marcus du Sautoy