¿Se pueden ver los átomos?

Firma invitada

Javier Fernández Panadero

Hay preguntas muy fáciles de hacer y no tan fáciles de contestar… pero vamos a intentarlo.

Repuesta simple: ¿Ves este plátano? ¿Sí? Pues está hecho de átomos. Conclusión: ves los átomos.

¿Seguro? No sé vosotros, pero mis ojos no ven “plátanos”. Mi retina es sensible a la luz, no a la fruta.

Eso significa que, cuando hablo de que veo algo, en realidad, lo que estoy haciendo es detectar luz que proviene de aquello que digo ver. Bien porque ese objeto la emita o bien porque la refleje o disperse.

En el caso del plátano, una parte de la luz incidente se absorbe y otra parte se refleja, pero no de forma igual para todos los colores. Las frecuencias próximas al “amarillo” resultan reflejadas en mayor cuantía. De esta forma, la luz reflejada llega a mi retina y así percibo la forma, “su” color, si la piel es suave o rugosa y otras características que son capaces de alterar de alguna manera la radiación incidente, para que la reflejada “transporte” información sobre ellas.

Bien, ¿es eso, entonces, VER?

Este… no.

VER es un proceso que quizá comience en el ojo, pero que sin duda termina en el cerebro.

Contestadme a esta pregunta: ¿Qué es esto?

Fuente: Wikimedia Commons

Si habéis dicho “Un cubo”, estáis hablando de algo más allá de lo que ven los ojos. Un cubo es una figura tridimensional, pero esto que ves es un dibujo PLANO. Son unas líneas sobre un plano que te “hacen pensar” en un objeto tridimensional, es lo que llamamos perspectiva. De hecho, si os concentráis podéis conseguir ver el “cubo” de dos formas distintas, según escojáis en vuestra mente si son los vértices inferiores los que están “delante” o son los superiores.

Por lo tanto, el acto de VER se completa cuando la mente modeliza el patrón de puntos e interpreta un modelo de lo que está percibiendo.

A veces “viendo” cosas que no existen, por ejemplo “completando” la imagen percibida, como en este caso, donde el triángulo blanco, que todos “vemos”, no existe.

Fuente: Wikimedia Commons

Mirad esta otra.

Fuente: Wikimedia Commons

En este caso, nuestra mente interpreta que las “vías” son paralelas, y están alejándose, por lo que esa barra amarilla que hay “a lo lejos” debe de ser más grande que la que está “delante”. Pero todo eso son interpretaciones de nuestro cerebro para adecuar la percepción en el modelo del mundo que nos hemos ido construyendo… y esto supera con creces la información que está contenida en la imagen, de hecho, nos puede llevar a conclusiones erróneas sobre ella, como en este caso.

Bien, pero volvamos a la pregunta inicial.

Asumiendo todas estas limitaciones sobre el acto de VER, ¿podemos ver los átomos, Javi?

No, son muy pequeños, tus ojos no llegan a tanto. Si pensamos en la parte óptica de tu ojo: el cristalino, la pupila, los humores, la resolución de la retina… No, no llegas a resolver algo tan pequeño.

Muy bien -protestas, pero, ¿qué me dices de esto?

Son espermatozoides, muy pequeños como para verlos al ojo desnudo, pero visibles a través de métodos ópticos, interponiendo lentes de suficiente potencia como para ampliarlos hasta que pueda percibirlos usando los ojos.

Por lo tanto, usando “lupas gordas” podemos “ver con los ojos” cosas muy pequeñas. ¿Podríamos, entonces, poner una enorme lente y ver los átomos?

No. Son demasiado pequeños. Pero, tenme paciencia, de verdad que quiero contestar a tu duda inicial. Mira la siguiente imagen y contéstame a una pregunta.

Fuente: Wikimedia Commons
Esto es lo que llamamos una imagen térmica. Nuestros ojos no pueden ver la radiación infrarroja, pero esta cámara sí es capaz de detectarla y “crear” una imagen en una pantalla.

Podéis hacer un experimento sobre esto con la cámara de vuestro teléfono móvil y un mando a distancia. Mirad la “bombillita” del mando a distancia. Cuando pulsáis un botón no se ve nada… porque la emisión es infrarroja. Ahora, miradla a través de la cámara de vuestro móvil y pulsad algún botón del mando. A través del móvil veréis que emite un parpadeo, un código con la orden que está mandando el mando. Según tu teléfono lo veréis de un color ligeramente diferente, por ejemplo violeta o blanco (funciona en casi todos los modelos de teléfono). Pero si miráis directamente al mando veréis… que no veis nada. Aquí puedes ver un vídeo con esta demostración de mi libro Experimentos para entender el mundo. La ciencia para todos.

Tengo una pregunta para ti. Ese color violeta que veo a través de la cámara, ¿es violeta? Quiero decir: ¿Es el color violeta de la luz visible que veo normalmente? No, ¿verdad? Si esa “bombillita” emitiese luz violeta, de la de “verdad”, la podría ver sin necesidad de la cámara. Ese color se lo “inventa” la cámara del móvil, ha convertido esa radiación infrarroja en luz visible con el color que le ha parecido. A eso lo llamamos falso color.

Volvamos a la foto del gato. Ese gato no tiene partes naranja, blancas o moradas. Eso son códigos de colores que elige el sistema de imagen térmica para representar distintas temperaturas. De hecho, tenéis la correspondencia entre color y temperatura a la derecha de la imagen. Como os podréis imaginar, esas escalas pueden modificarse, según lo que queramos medir.

Y ahora te pregunto yo, a la vista de esta imagen, ¿dirías que estamos VIENDO la temperatura?

Hay quien contestaría que no, que solo podemos hablar de VER si estamos usando sistemas ópticos y el ojo. Para ellos, aquí termina su viaje. No podemos ver los átomos.

Pero si eres más flexible en tu definición y te permites llamar VER a esto que hemos hecho con la temperatura, digamos a cambiar tu retina por un sistema de sensores y tu mente por un procesador que lo convierta en una imagen, te diré que sí, que podemos ver los átomos.

Para ello vamos a necesitar un sistema que sea capaz de medir a escala suficientemente pequeña, para luego componer, crear, inventarse una imagen a partir de esos datos, una representación. Lo mismo que hicimos con el gato y el mapa de falso color de temperaturas. Es importante que recuerdes que esa imagen coloreada del gato no existe, no es “real”, está construida a partir de datos.

Pero además con el átomo tenemos otro problema… un átomo no es “sólido”. Se parece más a una pequeña partícula (el núcleo) rodeada de un enjambre de electrones que, debido a su movimiento dan la impresión de formar una pequeña “bola”, pero no es algo macizo.

Así que de nuevo tenemos un problema. ¿Qué es lo que vamos a intentar “ver” del átomo? Pues vamos a intentar “percibir” ese enjambre de electrones, que, aunque sólo sea uno, se mueve por una región tan amplia y a tanta velocidad que da la impresión de una distribución de carga negativa esférica alrededor de ese núcleo, de una “nube”.

Un aparato capaz de esto es el microscopio de efecto túnel. Y este es un esquema de su funcionamiento:

Fuente: Wikimedia Commons
Las “bolitas” rojas representan los átomos finales de la punta que escanea el material y las azules, los de la muestra del material que queremos medir.

Se dispone un voltaje suficientemente pequeño para que, según la física clásica, no se establezca una corriente entre la punta y el material… pero por una curiosa propiedad cuántica, sí se producirá una corriente. Y esa corriente tiene una relación muy estrecha con la anchura de la separación entre punta y material. De esta forma, midiendo la corriente, podemos estimar esa distancia.

Como habrás notado, esto se diferencia mucho de lo que solemos llamar “ver”.

Si vamos moviendo la punta por toda la superficie del material y vamos calculando las distancias… podríamos DIBUJAR un “mapa” de ese material, ponerlo en una pantalla y… verlo.

Efectivamente, aquí tenéis:

Fuente: Wikimedia Commons
Y, efectivamente, esto es oro… y esas bolitas, los átomos de oro.

Bueno, en realidad, son las “cortezas”, las nubes electrónicas de esos átomos, interaccionando con la punta del microscopio de efecto túnel.

Bueno, en realidad, son las medidas de distancias, calculadas a partir de las medidas de corriente eléctrica que hemos obtenido al ir paseando la punta del microscopio por la muestra de oro.

Bueno, en realidad, es la representación gráfica de esas distancias, (que han PINTADO de amarillo para que te parezca más oro, qué tramposos), en una foto, hecha pixel a pixel.

Así que, por fin, hemos llegado al final del camino y voy a contestar a la pregunta con que empezamos…

Los átomos son tan pequeños que no podemos verlos con nuestros ojos desnudos.

Los átomos son tan pequeños que no podemos verlos con sistemas ópticos.

Los átomos ni siquiera tienen un “cuerpo macizo” que pudiéramos ver, así que nos conformamos con poder “sentir” su corteza electrónica.

Así que lo que hacemos es usar unos aparatos que midan con más precisión que nuestros sentidos y poner todos esos datos en forma de una imagen.

Para mí, eso es VER. Medir y organizar datos para poder hacerme un modelo del mundo.

Por lo tanto, yo veo los átomos.

¿Qué opinas tú? ¿Crees que acabas de ver átomos?

Sobre el autor: Javier Fernández Panadero es físico y profesor de secundaria además de un prolífico autor de libros de divulgación científica.

14 comentarios

  • Avatar de Fernando Crusellas

    ¡Genial! Excelente artículo. Has tocado un montón de complejos principios físicos divulgándolos de modo claro riguroso y ameno. No se puede pedir más. Y por supuesto he «visto» la luz (que stricto sensu no es luz, je, je) infrarroja del mando de la tele a través de la cámara de mi telefonillo. Y se lo he mostrado a toda mi familia, y he disfrutado como un niño.
    En realidad el tema que planteas, el de la «visualización» de la realidad, es de capital importancia, y sabes enfocarlo perfectamente. Porque en las cartas que reparte la Evolución, a los humanos nos tocó desarrollar la percepción visual para interactuar con el medio que nos rodea y ser más aptos para alimentarnos, reproducirnos, evitar depredadores etc. etc.
    Casi el 100% de nuestra percepción de la realidad es visual, o sea, podemos captar una pequeñísima gama de ondas electromagnéticas, y pretendemos que todo lo que vamos descubriendo se pueda «visualizar», y así los átomos son bolitas, el espacio es como una sábana con bolos y canicas que lo curvan y los campos son flechitas que se esparcen.
    Es imposible «visualizar» la infinita y compleja realidad que nos rodea, muchos físicos piensan que la única descripción posible de la realidad es la matemática, avalada por la experimentación.
    Y, estando de acuerdo con esa premisa, también comparto tu entusiasmo por lograr «ver» las cosas que no se pueden ver, gracias a esos prodigiosos trucos de magia de la ingeniería; de magia real y fascinante.
    Lo dicho, un artículo para disfrutarlo y aprender de verdad.
    Querido Javier, un cordial saludo

  • Avatar de Manuel López Rosas

    Que importante que incluyan la nota de Fernández Panadero, demuestra la experiencia que tiene para hacer agradables, interesantes y fluidas las explicaciones que se propone. Quizá, al igual que yo, otros lectores de la CCC, también puedan aprender (por lo menos otras expresiones que pueden resultar oportunas en ciertos casos.

  • Avatar de Javier

    Buenísimo profesor, ha sido muy instructivo y muy fácil de entender. Aplicaré los ejemplos para explicárselo a mi novia, la tengo frita con estas frikadas jaja. Un saludo

  • Avatar de Gonzalo Génova

    Una estupenda explicación. Ahora bien, como eso es ver, pero no es ver (se parece, pero no es lo mismo), podemos usar un término diferente para expresar la diferencia: «visualizar».

    ¿Podemos ver la temperatura? No. ¿Podemos visualizarla (hacerla visible)? Sí.

    ¿Podemos ver los átomos? No. ¿Podemos visualizarlos? Sí.

    • Avatar de Rawandi

      «¿Podemos ver la temperatura? No. ¿Podemos visualizarla (hacerla visible)? Sí.»

      Pero «visible» significa «que se puede ver». Por tanto, al afirmar que «podemos hacer visible la temperatura», estás diciendo en realidad que la temperatura puede verse, algo que previamente has negado.

      Lo cierto es que podemos ‘visibilizar’ los átomos, es decir, podemos «hacerlos visibles artificialmente». En consecuencia, es totalmente correcto decir que podemos ver los átomos.

  • Avatar de Rawandi

    Hola Javier. Yo también creo que sí podemos ver los átomos, por las razones que le he comentado más arriba a Gonzalo. Sin embargo, me ha chocado esta frase tuya:

    «esa imagen coloreada del gato no existe, no es “real”, está construida a partir de datos.»

    La imagen coloreada del gato obviamente sí existe, y en consecuencia es real. Quizá tratabas de decir que es una imagen artificial de algo no observable a ojo desnudo.

  • Avatar de Agustín Sardón

    Me ha encantado el artículo. «Eso es ver», interpretar o procesar datos, de forma biológica o computacional, para construir una imagen a partir de esos datos. Salvo la trampilla de pintarlos del «color del oro». Esto me ha recordado a los murciélagos que, según nos explicaban en la escuela en mi época tienen una especie de rádar (emiten sonidos y se orientan por el eco de esos sonidos). Me pregunto si esto también es ver. De alguna forma lo que hacen es una composición del espacio y de los obstáculos (objetos) que tienen delante para poder volar y hacerlo rápido.

    Otra pregunta interesante sería si se puede ver el interior de los átomos, si además de las cortezas o nubes electrónicas como pequeñas bolitas se podría ver el interior de esas bolitas, tal vez orbitales, construir imágenes que representen orbitales a partir de datos, algo así como la representación gráfica de atractores en la matemática del caos.

    • Avatar de Javier Fernández

      Los núcleos los “vimos” ya en el experimento de Rutherford. Y de los orbitales hay representaciones gráficas de los cálculos q arrojan los modelos actuales.. uf, cada vez más lejos de “ver”. La propia indeterminación cuántica hace difícil el detalle. Saludos

  • Avatar de Claudi Mans Teixido

    Ver NO es medir y organizar datos para tener un modelo del mundo. Una persona ciega hace eso y no ve, de acuerdo con el uso cotidiano y también científico del término «ver». De acuerdo con la mayor parte de comentarios, lo que vemos (con nuestros ojos, que eso es ver) son, o los fotones directos o reflejados de un objeto, o los resultados hechos visibles de las modelizaciones de objetos que no vemos.
    Quizá puede ser útil algún párrafo de un artículo que escribí hace unos cuantos años sobre el mismo tema, en catalán, pero comprensible, creo, … http://www.angel.qui.ub.es/mans/Documents/Textos/Podem%20veure%20els%20atoms.pdf

    • Avatar de Rawandi

      Una lengua minoritaria como el catalán no parece la mejor elección para hacer divulgación científica. Si tradujeras tu artículo al español ganarías muchos lectores potenciales, pues casi todos los hablantes de catalán comprenden el español pero no a la inversa.

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