Javier Cercas escribe que la clave para que una mentira tenga éxito, es mezclarla con verdades [1]. Las verdades, para que la mezcla funcione, han de ser buenas, verdades muy verdaderas, cuanto más verdaderas mejor. Cercas acaso no se imagina que en ciencia también ocurre algo muy parecido. Los científicos están muy acostumbrados a las verdades casi verdaderas, se podría decir a las mentiras, mentirijillas, y gran parte de su trabajo consiste en buscarlas y después comprobar si esas semi-verdades son útiles. Es decir, si están rodeadas de verdades suficientemente verdaderas para que sean exitosas, o no.

Las mentirijillas en ciencia se llaman aproximaciones. No son solamente muy útiles, son imprescindibles. Encontrar aproximaciones permite reducir la complejidad de los problemas, haciéndolos manejables. Los secretos de la naturaleza a menudo se resisten a ser desentrañados, y las verdades absolutas raramente son accesibles y pueden ser observadas en todo su esplandor. La creatividad en gran medida consiste en arreglárselas para encontrar la manera de, como un batiscopio, permite acercarse lo máximo posible a la verdad inaccesible de la naturaleza.

La química cuántica es una disciplina en la sombra que, en esencia, utiliza la física cuántica para describir, exclusivamente, unas partículas fundamentales con identidad propia: los electrones. La física que estudia los electrones y la química son en realidad dos caras de la misma moneda; dos puntos de vista distintos sobre una misma cosa; y se expresan en idiomas diferentes, por lo que se entienden con dificultad. Un químico cuántico o químico-físico no intenta otra cosa que servir de intérprete entre ambos mundos.

Una aproximación antológica en cuántica, que está en su misma raíz y sobre la que se construyen sus más sofisticadas y exitosas teorías, tremendamente útil, celebérrima, es la aproximación de Born-Oppenheimer [2].

Para explicar en qué consiste, imaginemos un parque infantil donde hay varios adultos que llevan a sus hijos a jugar. Los niños corretean, chillan, se acercan, se alejan, suben escaleras, bajan toboganes. Los adultos, charlan tranquilos mientras observan desde la distancia, moviéndose apenas cada cierto tiempo para socorrer una caída o poner una chaqueta para el frío.

Una cámara de seguridad vigila el parque infantil y toma fotografías cada, digamos, 20 segundos. Más tarde, el vigilante inspecciona las imágenes. ¿Qué ve? Adultos quietos, niños moviéndose… ¡y nada más! El movimiento de los adultos es tan escaso y lento en comparación con el de los niños, que es apenas perceptible en la serie fotográfica: se puede despreciar. En alguna fotografía se detectará alguna variación en la posición de alguno de los mayores. Pero ese movimiento será insignificante comparado con todos los cambios de posición de los niños, que se mueven a mucha mayor velocidad, ocupando lugares diferentes en cada fotografía.

Conque si alguien pregunta, el vigilante podrá condensar la información diciendo que los niños se han movido frenéticamente, mientras los padres han estado quietos. Claramente es mentira, los adultos también se han movido. Pero ese movimiento es comparativamente tan pequeño que se puede decir que han estado aproximadamente quietos sin cometer un gran error. Es decir, los niños son los creadores de todo el movimiento perceptible en las fotos. El vigilante, dejaría fuera una parte muy pequeña de la realidad, casi irrelevante para su objetivo, asumiendo que todo el movimiento existente se explica prestando atención solamente a los niños.

Grosso modo, podemos decir que un átomo se compone del núcleo y los electrones. Debido a que el núcleo es mucho más pesado que los electrones –representa más del 99.9% del peso atómico-, se moverá órdenes de magnitud más lento que ellos. Así que, de manera análoga a como ocurría con los adultos y los niños en un parque infantil, se puede asumir que los núcleos están fijos, y decir que los electrones son los responsables de todo el movimiento que ocurre en un átomo. Los movimientos de los núcleos y de los electrones son tan diferentes, que ocurren en dimensiones separadas. En cuántica se dice que ambos movimientos están desacoplados. Esta es la aproximación de Born-Oppenheimer.

La química puede definirse como la ciencia que se ocupa del estudio de las propiedades de las sustancias y sus transformaciones [3]. Y para estudiar las sustancias, debemos estudiar los átomos. La aproximación de Born-Oppenheimer nos viene a decir que, si asimilamos el estudio de los átomos al estudio de los electrones –y tratamos los núcleos como entidades quietas que solamente influyen de manera electrostática-, no se comete un error demasiado grave. El resultado no será la verdad, pero se aproxima tanto a ella que permite, hoy en día, hacer descripciones teóricas de sistemas químicos muy complejos con un nivel de precisión altísimo, que sin esta aproximación serían imposibles en la práctica. Es una observación brillante.

De manera que toda la química cuántica se construye sobre una aproximación: la aproximación de Born-Oppenheimer. Una semi-verdad fundada en observaciones sesudas, en verdades muy verdaderas. Es una mentira mezclada con grandes verdades.

Se podría decir aún más. La pareidolia es esa característica del cerebro para ver una forma reconocible donde solo hay un estímulo vago, captando que dos puntos encima de una línea recta son aproximadamente una cara [4]. Este engaño del cerebro, que nos hace creernos una irrealidad –una mentira- haciéndola pasar por una realidad –una verdad-, se entiende hoy en día como una ventaja evolutiva, al servir para protegerse anticipadamente frente a un depredador que apenas se adivinaba entre la espesura del bosque. ¿Acaso no es entonces la aproximación, una herramienta para entender la naturaleza que nos da la naturaleza misma? ¿No es aproximar la quintaesencia de entender?

 

Este artículo nos lo envía Alfonso Gallo, Licenciado en Ciencias del Mar y graduado en Química. Terminado el máster en química teórica y modelización computacional, obtuvo su doctorado en 2016 sobre el enlace químico en moléculas y sólidos, en cooperación con el Instituto Max Planck de Física Química del estado Sólido (MPI-CPfS) en Alemania. Postdoc en el IOCB de la Academia Checa de las Ciencias en Praga, en el instituto tecnológico ITENE en Valencia y actualmente en el grupo de modelizado y simulación computacional en CIC EnergiGUNE en el País Vasco, donde aplica machine learning y química computacional al diseño de materiales para baterías.

Referencias y más información:

[1] https://elpais.com/elpais/2018/03/05/eps/1520252664_562458.html

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Born%E2%80%93Oppenheimer_approximation

[3] Bader, R. F. (1985). Atoms in molecules. Accounts of Chemical Research, 18(1), 9-15.

[4] https://es.wikipedia.org/wiki/Pareidolia