Post invitado: Burbujas para viajar más rápido que la luz

Esta entrada participa en la celebración del quinto aniversario del blog.

Su autor es Mario Herrero, más conocido como @Fooly_Cooly, físico teórico, dueño del blog Stringers, y colaborador de Hablando de Ciencia y de Amazings.es.

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Los seres humanos siempre hemos sido muy de grandes empresas. Nuestro periplo evolutivo comenzó caminando de un continente a otro, un viaje más que largo y seguro que no hecho por placer y, desde entonces, no hemos parado. Desde que Colón dijo aquello de “me voy por el otro lado, que no lo conozco” (texto apócrifo), muchos han sido los que se han dado a la exploración, siempre por medio de viajes sin comparación anterior y trayendo a la civilización grandes descubrimientos y riquezas.

Estos viajes exploradores han marcado, quizás sin que muchos lo tengamos en cuenta, el desarrollo de nuestra sociedad hasta el punto de transformarla de maneras impensables. Eventos como el descubrimiento de las Américas y la infinidad de viajes posteriores o la llegada del hombre a la Luna (con un “We choose the Moon” resonando en los oídos y en los sueños de todos) representan momentos de gran importancia sin los que la historia de la humanidad no se entendería. Y sin embargo, ya hace casi cincuenta años de este último gran evento, de nuestro último gran viaje de 384 400 kilómetros y ninguna nueva empresa de esta escala se perfila en el horizonte más allá de un siempre hipotético, y a treinta años de distancia, viaje a nuestro vecino rojo que eventualmente acabará por llegar. Pero... ¿qué hay más allá? ¿cuál será la próxima empresa que el ser humano llevará a cabo en su afán descubridor? ¿Se nos ha agotado el espíritu de viajeros?

Esta próxima aventura es algo con lo que la ciencia ficción lleva soñando casi un siglo. Viviendo en un rincón tan pequeño de un universo tan inmenso como el que la ciencia nos ha hecho descubrir, muchas mentes han hervido con la necesidad de imaginar nuevos mundo y viajes de la humanidad más allá de nuestro apartado Sistema Solar. Sin embargo, este tipo de empresas seguirán perteneciendo al mundo de los sueños y la ficción literaria mientras no resolvamos unos cuantos problemas, más profundos que tecnológicos, que la Teoría de la Relatividad Especial nos impone desde que fuese formulada en 1905.

Una de las consecuencias de la teoría de Albert Einstein es que ningún objeto de nuestro universo se puede mover a una velocidad mayor que la de luz. Aunque este pueda parecer un límite absurdo cuando buscamos en Wikipedia y vemos que los susodichos rayos de colores viajan a casi 300 000 kilómetros por segundo, una rápida comparación con las distancias siderales hacen caer nuestro gozo en un pozo, pues la estrella más cercana a la nuestra, Próxima Centauri, se encuentra a aproximadamente cuatro años luz de distancia, es decir, a una distancia igual a la que la luz, con toda su vertiginosa velocidad, recorre en cuatro años. Y eso sólo para llegar a la estrella más cercana. Por tanto, los viajes a otros sistemas solares, a nuevos mundos en los que nuestra civilización se extendería, se antojan imposibles y nos condenan a vivir para siempre en nuestro pequeño punto azul pálido. Esta limitación, sin embargo, no ha detenido a muchos fanáticos de la ciencia ficción, que durante años hemos soñado con que algún recodo escondido en las leyes de la física nos diese la oportunidad de sobrepasar este límite descorazonador y nos abriese las puertas de nuestro universo.

Y la verdad es que estamos de suerte, pues este recodo apareció con un suceso que a la larga ha sido de importancia capital en la historia de la ciencia del Siglo XX, protagonizado de nuevo por Albert Einstein, quien en 1915 publicó su Teoría de la Relatividad General, una nueva teoría de la gravedad que, entre otras cosas, establece que el espacio y el tiempo son como una tela que puede ser deformada en las condiciones adecuadas y con impresionantes consecuencias. Una de ellas es que el límite de que ningún cuerpo pueda moverse a mayor velocidad que la de la luz pasa a ser un límite local, es decir, la velocidad a la que un cuerpo se mueve ya no es un concepto absoluto, sino que está definida sobre el trozo de espaciotiempo que el objeto está “pisando”... pero este parche de espacio puede moverse a su vez ¡sin límite de velocidad!

Imaginemoslo así: supongamos que estamos subidos a un tren, que representará el trocito de espaciotiempo que nos rodea, mientras que el exterior, con todos sus bucólicos arbolitos, será el resto de nuestro universo. Dentro del tren, nosotros estamos limitados a movernos a una velocidad máxima (dada, entre otras cosas, por la cantidad de lorza que nuestras barrigas arrastren). Sin embargo, como el tren puede moverse a su vez, supongamos que sin límite de velocidad, un señor apoyado fuera, bajo un chopo, observaría que nuestra velocidad respecto a él es la suma de la tren más la nuestra, que definitivamente es mucho mayor que nuestra supuesta velocidad máxima. De esta misma forma, si fuésemos capaces de hacerle alguna perrería al espaciotiempo a nuestro alrededor de manera que se mueva, podríamos ser capaces de superar el límite de la velocidad de la luz.

El primero en estudiar esta posibilidad desde un punto de vista científico fue, en 1994 (practicamente ayer), un joven físico de la universidad de Gales llamado Miguel Alcubierre, cuyo artículo The warp drive: hyper-fast travel within General Relativity sienta las bases de un supuesto hipermotor cuyo funcionamiento es relativamente sencillo de entender. La nave espacial equipada con el hipermotor se rodearía de una burbuja en el interior de la cual podría deformar el tejido del espacio y el tiempo de una manera muy concreta, contrayéndolo delante de ella y estirándolo detrás. De esta manera, un pequeño movimiento con un motor convencional la haría moverse a lo largo del espacio contraído, de tal manera que, cuando este recuperase su forma y se dilatase de nuevo, la distancia recorrida sería mucho mayor que la que la nave viajó inicialmente a velocidad subluz. El hecho de que el espacio se tenga también que estirar detrás de la nave es necesario para que el sistema funcione correctamente y se cumplan ciertas leyes físicas como la conservación de la energía. Utilizando este método, Alcubierre demuestra como un motor lo suficientemente potente no tendría límite físico de velocidad, pudiendo hacer un viaje arbitrariamente corto.

Algún lector avispado habrá saltado en la silla al leer la descripción del motor de Alcubierre (y más aún al leer el título de su artículo) pues este funcionamiento es exactamente el que, en los años 70, un grupo de guionistas ingenió para la ya mítica nave Enterprise de la serie Star Trek y que denominaron motor Warp. Así, la Enterprise utilizaría el mismo principio de encoger el Universo delante y expandirlo detrás para después realizar un pequeño salto y plantarse en el punto de llegada. No se si Alcubierre diseñó su teoría con la mítica serie de Ci-Fi en mente o si todo es más bien una casualidad fruto de unos guionistas excesivamente imaginativos, pero sí es cierto que el físico fue modesto y en el título de su paper menciona la palabra warp como una clara referencia.

¿Significa todo esto que la Enterprise, los romulanos y el klingon están cerca? Si bien es verdad que hay mucho loco aprendiendo klingon, por desgracia aún estamos muy lejos de diseñar un motor warp. Mientras que el funcionamiento del motor en sí es fisicamente posible, su fuente de energía viola un principio físico fundamental, pues tiene que tener una densidad de energía negativa, algo así como si la materia prima utilizada tuviese que tener masa negativa, lo cual es, a priori imposible. No obstante, fenómenos cuánticos como el efecto Cassimir parecen cumplir esta necesidad, por lo que en el futuro, si conseguimos entender cómo manejar este tipo de procesos, quizás podríamos plantearnos seriamente la construcción de un motor warp, pero ahora mismo la posibilidad es remota.

Podría seguir durante muchas páginas extendiéndome sobre el funcionamiento del motor, sus necesidades energéticas o sobre cómo las correciones cuánticas pueden volver inestable la burbuja, pero prefiero dejar la incógnita para que investigueis por vosotros mismos (y tener una oportunidad futura de escribir más xD). Sólo quiero terminar con una reflexión abierta. Y es que, como siempre, la ciencia ficción nos ha enseñado que los límites de nuestras imaginación están más allá de lo que creíamos y que lo que hoy es ficción, mañana puede ser realidad mientras seguimos avanzando en nuestro periplo de conocimiento.

Y es que, como dicen en El juego de Ender: “Y cuando supimos que era posible, lo hicimos”.

Post invitado: El científico orejudo misterioso

Esta entrada participa en la celebración del quinto aniversaro de este blog. 

Su autor es Mr Clyde (@DrBonnieMrClyde en Twitter), como él mismo se define: la mitad de la cuenta que no tiene (aun) un doctorado.

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Hace unos días, pregunté a la Amable Dueña de esta santa casa cuál era la identidad de la científica que en tonos grises ilustra su margen derecho (el margen derecho del blog, no el de la Amable Dueña). De identidad desconocida, sí me pudo informar que  la fotografía sale de esta galería de Flickr de la Agencia de Prensa del Gobierno Israelí (de hecho se valorarán posibles informaciones que los leyentes de este blog puedan dar sobre esta cuestión). Mi pequeño subidón, ya verán ustedes qué tontería, vino revisando la galería en cuestión, cuando encontré otra foto en la que bajo el anodino (e incorrecto) epígrafe de “Ben Gurión inaugurando la Quinta Conferencia Internacional de Biológicas (sic)” veíamos como, en efecto, el padre del Estado de Israel  pronunciaba un discurso rodeado de lo que suponemos son los participantes de dicho congreso. Por lo que pude averiguar transcurrió del 13 al 20 de septiembre de 1959 en la Universidad Hebrea de Jerusalén: en inglés, hebreo, alemán y francés (toma Torre de Babel), en el 5º Congreso sobre Estandarización en Biología se abordaron cuestiones en el campo de la inmunología y virología, especialmente en lo que a puesta a punto de protocolos de detección de anticuerpos y vacunación se refieren.

Volviendo a la fotografía de marras, mientras Ben Gurión lee de pie su discurso de apertura todos científicos, perfectamente encorbatados, permanecen tras la mesa con la vista fija en el auditorio, atentos a sus palabras. Todos sentados menos uno, en la derecha de la fotografía, que la cámara pilló tras el atril tomando unas notas de última hora, adivino que tal vez para la charla que habría de dar a continuación. Debía ser un científico importante, para ser el primero en hablar tras Ben Gurión. Y algo excéntrico, por ser el único (¡junto con Ben Gurión!) en no llevar corbata (la evolución de la moda de los biólogos moleculares en el siglo XX es un tema interesante, pero la dejamos para el décimo aniversario del blog). También se aprecia que es corto en estatura y tiene unas orejas de tamaño generoso. Permítame el lector la maldad de esconderle la identidad del dueño de estos pabellones auditivos durante los minutos que tardará en llegar a la conclusión de este texto. Mientras llega ese momento, y a falta de enlaces a galerías israelíes de Flickr, les trataré de dibujar otras dos “fotos” de la carrera científica de nuestro orejudo protagonista, apenas dos anécdotas que no sólo perfilan al genio científico sino que retratan su particular carácter.

29 de Mayo de 1960. Instituto de Tecnología Californiano (CalTech para los amigos), Pasadena. Empieza a oscurecer en lo que había sido un agradable día de verano en California, y la menguante luz es ya insuficiente para iluminar los pasillos del centro de investigación, cuyas bombillas permanecen apagadas por la poca afluencia de personal. En concreto, en esa planta las luces de un solo laboratorio están encendidas. Dos figuras asimétricas aparecen de repente recortadas en la puerta, acarreando un objeto pesado con dificultad. La más pequeña canturrea feliz en inglés algo con un peculiar acento nasal que pone en peligro la integridad de su lengua cada vez que pronuncia una ese (“it waszh the magnesszhium, the magnesszhium!”): las orejas nos permiten reconocer a nuestro protagonista anónimo de la fotografía en el congreso en Jerusalén. El otro científico es bastante más alto y elegante en sus movimientos. También parece feliz, aunque está más nervioso que su compañero orejudo, que presa de su excitación tropieza, provocando un movimiento brusco del objeto que, ahora vemos, va lleno de agua que está a punto de derramarse. Una sonora maldición en francés (“Merde!”) resuena en el pasillo. Recuperados del susto, ambos retoman su marcha por el oscuro corredor con el pequeño baño repleto de agua (pues ese es el misterioso objeto, un baño de laboratorio lleno con varios litros de agua) hasta llegar al fondo donde una máquina de coca-cola les espera. Entre canturreos en inglés (“the magnesszhium”), maldiciones en francés apenas sofocadas y risas flojas, esconden el baño tras la máquina de coca-cola. Terminada la travesura, regresan al laboratorio. Las dos figuras acaban de probar experimentalmente el llamado “dogma central de la biología”, que todos estudiamos en el instituto (que establece que la información genética fluye desde el DNA, en el que está almacenada, pasando por el RNA hasta traducirse en proteínas, que son las estructuras bioquímicas que llevan a cabo de las funciones bioquímicas celulares). En una calurosa noche de California de 1960, dos humanos (uno francés, el otro con unas orejas muy grandes) vislumbraron por primera vez la columna vertebral de lo que es hoy la biología molecular, la que hoy nos permite, por poner dos sólo dos ejemplos, luchar contra el SIDA con retrovirales o fabricar insulina de forma segura. También acababan de esconcer un baño contaminado radiactivamente detrás de una máquina de coca-cola.

24 de Febrero de 1975. Centro de Conferencias de Asilomar. Asilomar, California. Más de un centenar de biólogos barbudos, casi ninguno en traje, reunidos en una sala de conferencias. Nuestro científico orejudo sube al escenario, y con una media sonrisa (de orejón a nariz) y esas eses raras suyas, anuncia que ha llevado a cabo el primer ensayo de bioseguridad de organismos genéticamente modificados. Gasps, ohhhs ahhhs y maigods generalizados en el auditorio. El anuncio es efectista pero el foro es el adecuado, pues los científicos se han reunido por primera vez para discutir las posibles implicaciones en seguridad que tiene la recién nacida técnica del DNA recombinante, en cristiano, poder meter genes de unas especies en otras. En el congreso, celebrado a puerta abierta para los medios de comunicación, es una iniciativa de los propios biólogos moleculares preocupados que el posible alcance de sus experimentos. Están aquellos que piensan que deberían limitarse los experimentos de transferencia genética hasta que la técnica se haya probado segura, y otros, entre los que se encuentra nuestro personaje orejudo, que piensan que la técnica es suficientemente segura. Pero volvamos al atril tras el que se acaba de anunciar ese primer ensayo de bioseguridad. Nuestro anónimo protagonista afirma sin perder su media sonrisa que el microorganismo modificado genéticamente es una bacteria intestinal, Escherichia coli, herramienta de investigación común, que ha sido consumida por vía oral en cantidades suficientes para demostrar su inocuidad. ¿Y qué organismo se ha empleado en la prueba: ratones, ratas, perros, macacos?, se preguntan los asistentes. “Humanszh”. La respuesta desata una nueva tormenta de comprensibles ohhhs, ahhhh y maigods. ¿Un ensayo sobre humanos sin supervisión de ninguna agencia gubernamental de una tecnología en pañales? En ese punto, la media sonrisa es ya sonrisa y media. “Well, not humanszh. Juszht one human. Me.”¹

Las dos orejas protagonistas de este textito pertenecen a Sydney Brenner, judío (de origen ruso) sudafricano que obtuvo el Premio Nobel de Medicina en el año 2002, pero que ha hecho contribuciones a la biología molecular que con facilidad podrían haberle supuesto al menos otros dos nobeles más. En el año 53 se había descrito la estructura del DNA, inagurándose una nueva rama de la biología, la molecular, en la que aún quedaba todo por hacer. Y Brenner participó en casi todos los pasos. Trabajando con bacteriófagos en Cambridge con su amigo Francis Crick (sí, el de Watson y Crick, ambos nobeles), virus con apariencia de módulo lunar que infectan bacterias, con una serie de experimentos genéticos predijo correctamente que la unidad genética de traducción, el codón, estaba compuesto por tres bases nitrogenadas. (Primer Nobel). ²

En el otoño de 1959 coincidió con otro judío, esta vez de origen francés, François Jacob³ en una conferencia sobre una molécula de naturaleza lábil que podría servir de mensajero entre el DNA y las proteínas. Aunque no tengo el dato, CREO que esa conferencia pudo ser la de la fotografía que abre este texto, la de Jerusalén de Estandarización Biológica. Brenner se quedó con el toque, y en febrero del año siguiente, Crick, él y Jacob coincidieron en Cambridge, donde Brenner les contó que pensaba que ese mensajero podía ser un RNA que ya se había descrito en la literatura, pero sin asociarlo al proceso de traducción de DNA en proteínas. Juntos diseñaron una serie de experimentos para los que necesitaban una técnica de separación basada en gradientes de densidad por cloruro de cesio que tenía puesto a punto en CalTech Matthew Meselson⁴. Y allá se fueron a probar experimentalmente el dogma de la biología molecular (para que dejara de ser “dogma”, aunque finalmente se quedó con el nombre)⁵. En mi opinión, sólo este grupo de experimentos también eran merecedores de Nobel.

Durante los 60 y los 70, Brenner siguió explorando la biología molecular (y su prima práctica, la ingeniería genética) hasta que llegamos al 75 y Asilomar⁶. En el 79 le ascienden a director de su centro en Cambridge, puesto al que renunciaría unos años después en lo que es una muestra de genio e ingenio más: en un laboratorio nuevo, inaguró el uso de un nuevo organismo modelo, el nematodo Caernohabditis elegans, un pequeño gusanillo transparente con el que trabajan 30 años después más de 400 laboratorios en todo el mundo⁷. A la postre sería este nuevo campo (biología del desarrollo) en el que, junto al que fuera su postdoc John Sulston, le proporcionaría su Nobel en 2002.

Una última anécdota. Unos años después del incidente del baño radiactivo, Brenner volvió a Caltech para dar una charla.  Y sí, lo habéis adivinado. Pidió una Coca-cola.

1. Este truco fue repetido, con un tomate e igual éxito de crítica y público por José Miguel Mulet, en el Amazings de Bilbao de 2011.

2. Luego vendría el laborioso trabajo bioquímico con RNA polimerasas para descifrar el código genético (por el que se llevaría su Nobel el español Severo Ochoa, entre otros).

3. El nombre de François Jacob, célebre ateo, es más conocido por los trabajos sobre regulación genética que llevó a cabo en los siguientes años con el también francés Monod, y que les valió, exacto, lo habeis adivinado, el Nobel.

4. Matt Meselson, junto con Franklin Stahl, había puesto a punto dicha técnica de unos años antes para probar la hipótesis semiconservativa de replicación del DNA, en el llamado “experimento más bonito de la biología”, lo que les supondría, cómo no, el Nobel.

5. La idea del experimento era comprobar que los ribosomas de bacterias crecidas en medio con isótopos pesados de carbono y nitrógeno (C13 y N15) eran capaces de asociarse al RNA de los bacteriófagos (compuestos de carbono y nitrógeno no pesados). El problema es que en la reconstitución bioquímica de estos complejos se hacía en tras purificarlo en gradiente de cloruro de cesio. El cesio competía con el magnesio, que normalmente permitía la estabilización del complejo ribosoma-RNA mensajero. Tras casi un mes de intento fallidos, Brenner se dio cuenta que tenía que aumentar la cantidad de magnesio (it was the magnessium) para que el cesio no interfiriera, y en la última oportunidad que tenían, cuenta como Jacob estaba tan nervioso que contaminó con sonda radiactiva el baño que después escondieron tras la máquina expendedora.

6. Asilomar es un perro verde para cualquiera que esté interesado en la historia de la ingeniería genética en particular y de la ciencia en general. Es como si ahora los físicos del CERN, de manera unánime y sin intervención gubernamental, se reúnen a puertas abiertas para la prensa y tras tres días de charlas y mesas redondas deciden auto-imponerse una moratoria a los experimentos de varios años, porque ellos mismos no están seguros de que el aparato vaya a petar y salga un agujero negro y tal. Pues bien, Nobeles como Paul Berg y Watson consiguieron finalmente que los experimentos de transgénesis se frenaran en todo el mundo durante unos años por si acaso creábamos un superbicho que nos eliminaba a todos de la faz de la tierra. Algunos como Berg pensaron que, aunque después la tecnología se demostraría segura, Asilomar sirvió para transmitir un mensaje de responsabilidad a la ciudadanía. Watson se cambió de bando, y acabó opinando que los años de moratoria fueron años perdidos. Brenner, cuando le preguntaron en alguna ocasión sobre si pensaba que la nueva ciencia podía crear plagas, respondió “lo que pasa con esto es que, cuando se te ocurre un manera de matar gente, resulta que la naturaleza ya lo ha hecho, y mejor que tú”.

7. Caernohabditis elegans es una pequeña maravilla transparente de un milímetro que permite hacer cosas como las que Sulston hizo en los años 80: a partir del óvulo fecundado, seguir todas y cada una de las divisiones que acontencen durante el desarrollo embrionario de la microbestia hasta que emerge del huevo un majestuoso animal de 1031 (ni una más ni una menos) células, que tiene, entre otras características fantásticas está, la de ser hermafrodita, tener una espermateca (que es exactamente lo que sugiere ser) y poder modificarse genéticamente de manera tan sencilla como dándole de comer DNA (¿sabéis cuando nos reímos de los tecnófobos que se asustan de comer genes? Bueno, pues en un universo paralelo, todos somos gusanos nematodos y ellos tienen razón).