Si hay una disciplina que realmente intenta explicar el todo, ésa es la Física, cada día más avanzada y etérea, y al mismo tiempo más apegada a la realidad de un universo donde no parece haber fin de viaje para los físicos.

Empecemos por ese punto en el que ciencia-ficción y ciencia real se dan la mano. A finales de 2015 las universidades de Bristol y Sussex, más la empresa Ultrahaptics, crearon un rayo tractor sónico capaz de desplazar objetos gracias a ondas sonoras. Algo muy parecido a lo que aparece en la ciencia-ficción de Star Trek o Star Wars, pero desde otro punto de vista. En estas películas ese rayo que atrapa naves tiene más que ver con el magnetismo que con las ondas sonoras, pero algo es algo. Este equipo construyó un prototipo (desvelado en Nature Communications) que usaba esas ondas para generar un “holograma acústico” capaz de envolver objetos y desplazarlos. Eso sí, de pequeño tamaño. Las posibles salidas de este invento son múltiples, especialmente en construcción, ensamblaje y manejo de materiales peligrosos. Incluso en medicina, para operar a distancia sin necesidad de cirugía.

Hay que entender que el prototipo (representado gráficamente en la foto de portada) está todavía en una fase muy primitiva y que se puede tardar mucho tiempo (o nunca) en desarrollar una segunda fase más sofisticada y con más utilidades. Lo verdaderamente importante es que es un ejemplo de cómo las ondas sonoras tienen un efecto físico demostrable y palpable sobre la materia, y que al igual que se puede manipular la luz en laboratorio para que transmita información o altere procesos, también el sonido es manipulable. El proceso se basa en 64 altavoces mínimos dirigidos que crean, en coordinación, un holograma o estado físico sobre un objeto que puede, a su vez, atrapar y desplazar ese mismo objeto contra lo que determina la propia gravedad. Ese holograma se consigue gracias a ondas de tono alto y alta intensidad que envuelve al objeto, creando un campo de fuerza que lo atrapa. Al dirigir los altavoces se puede mover el objeto. El experimento incluyó tres variantes de ese “rayo tractor”: un campo de fuerza que actúa como unas pinzas, otro que genera un vórtice acústico en el que los objetos quedan pegados a un núcleo y finalmente una “jaula” acústica que rodea a los objetos y los fija desde cualquier posición. A partir de aquí que cada cual sueñe con los ojos abiertos las múltiples posibilidades.

Otro descubrimiento quizás les suene porque lo han escuchado en una serie de televisión bastante famosa: los electrones se comportan como un fluido sobre el grafeno. Un grupo de investigadores de Harvard que estudia el grafeno, llamado el material milagroso del futuro, descubrió que los electrones de este material se comportan como un fluido. Todo publicado en Science. Hay que recordar que en los metales comunes, tridimensionales (como una barra de hierro, por ejemplo) los electrones son lentos y apenas interactúan entre sí. Pero en el grafeno, que tiene una estructura de dos dimensiones (como un folio) y en forma de panal, los electrones se comportan de una manera muy diferente. Esta precisa estructura en forma de panal parece una autopista por la que se mueven los electrones en un mismo carril. Y lo hacen a una velocidad muy alta, 1/300 de la velocidad de la luz, y a temperatura ambiente se calcula que, al moverse tanto, generan más de diez billones (con b) de choques entre sí por segundo. Este tipo de comportamiento sólo se ha visto en el grafeno, en ningún otro metal.

Simulación de la estructura en panal del grafeno

Una breve explicación: el universo físico en el que estamos insertos puede dividirse en dos niveles, el superior (de las cosas grandes) y el inferior subatómico (de las cosas muy pequeñas). El primer nivel se explica a través de la física relativista (herencia de Einstein, Newton y otros teóricos) y el segundo gracias en parte a la mecánica cuántica. Por eso parecen mundos aparte sin aparente conexión entre sí. La combinación de ambos lados de la misma ciencia es complicada, pero en este tipo de casos parecen abrazarse. Cuanto más se conoce sobre el grafeno más aplicaciones hay para la gran física relativista: los electrones se comportaban como si fueran sacudidos por una onda más propia del agua que de un metal. No eran partículas individuales sino como un fluido colectivo que puede ser estudiado con la hidrodinámica, es decir, la gran física. El grafeno une ambos lados en un mismo punto, lo que es todo un gran avance.

El oro es un metal único, con múltiples propiedades que lo hacen imprescindible para industria, ciencia e investigación. Vale tanto por lo que se puede hacer con él que por su antiguo uso en joyería y como distinción social. Pero tal y como han demostrado en la Universidad de Heidelberg, muchas de sus propiedades más exclusivas pueden explicarse gracias a la Teoría de la Relatividad de Einstein, que se ocupa de la física de las grandes cosas más que del nivel subatómico que define los compuestos materiales. Esta universidad creó varios campos de investigación sobre oro, plata y cobre, y al hacerlo se dieron cuenta de que muchas de las incógnitas sobre el oro se pueden resolver aplicando la teoría.

Las propiedades químicas de un elemento son recurrentes, esto es, se repiten una y otra vez en diferentes compuestos que poseen el mismo número de electrones en las capas exteriores, y sólo se diferencia cuando se le añaden otras capas. Como en el caso del oro, la plata y el cobre. Los científicos de Heidelberg comenzaron sus investigaciones con carbenos de oro, un doble enlace inestable y reactivo entre el carbono y el oro. Pero en Heidelberg encontraron la manera de aislar un carbeno de oro estable con el que poder experimentar. Luego repitieron proceso con carbenos de plata y cobre, y al comparar resultados a nivel molecular.

Concluyeron que las propiedades del oro pueden explicarse desde los “efectos relativistas” a partir de la teoría de Einstein, en parte porque la física clásica ya no puede explicar el comportamiento del oro a ese nivel. Por ejemplo: debido a la atracción del núcleo de oro con carga positiva (79 veces), los electrones velocidades altísimas, cercanas a la de la luz, de tal forma que si añadimos energía apenas hay variación. Es más, aumentan su masa. Y se da, sobre todo, en las capas externas del oro. Y para explicar este comportamiento hay que acudir a Einstein y su teoría. De esta forma se establece un puente entre ambos lados de la física.