La Edad de la Tierra

Hacía mucho tiempo que no escribía en el blog, más por falta de tiempo que por falta de motivación, pero por fin he conseguido sacar un rato y traeros una nueva historia que contar.

Y precisamente de tiempo va hoy el asunto. Siguiendo la serie comenzada en el artículo anterior, que consiste en que conozcamos un poco más acerca del planeta en que vivimos, y más concretamente cómo hemos llegado a conocerlo, hoy vamos a hablar de uno de los retos más difíciles de conseguir en la historia de la ciencia: la Edad de la Tierra.

La Biblia

Los primeros intentos serios de calcular la edad de la Tierra fueron realizados estudiando los textos bíblicos, y tasaron la edad de la Tierra en unos 6.000 años, teniendo en cuenta que en dichos textos se citan todas las generaciones (unas 20) desde Adán a Abraham, y se calculan unas 55 desde Abraham a Jesús. De esta forma habrían pasado unos 4.000 años desde la creación hasta el nacimiento de Jesús.

Sabemos a día de hoy que este dato es completamente incorrecto, y que la Edad de la Tierra es muchísimo mayor, por no hablar de la edad del Universo. El error en este caso no estaba en el análisis de los textos, que pudo ser más o menos riguroso y cuidado, sino en tomar los textos bíblicos de una forma completamente literal. Aun así, esta creencia fue mantenida durante mucho tiempo, hasta aproximadamente del siglo XVIII, cuando el nacimiento de la geología comenzó a dar las primeras pistas de la edad que hoy en día tomamos como acertada.

Comienzos de la Geología

El interés comenzó intentando buscar una explicación a los numerosos fósiles de moluscos y otros animales marinos que aparecían en las cumbres montañosas. ¿Cómo habían llegado hasta allí? Para explicarlo surgieron dos teorías. Por un lado estaba la teoría neptunista que defendía que había ciclos de inundaciones que llegaban a cubrir la Tierra por completo, sumergiendo las montañas completamente. El problema de esta teoría es que no podía explicar de dónde venía el agua y dónde iba a parar cuando se retiraba. La otra teoría era la plutonista, cuyos argumentos eran que la Tierra estaba sujeta a potentes fuerzas interiores que producían los volcanes y los terremotos, pero no daban a explicar como habrían llegado los fósiles hasta ahí arriba.

Fue a la llegada del escocés James Hutton cuando se empezaron a dar pasos en la dirección correcta. Para empezar Hutton advirtió algo en lo que nadie se había percatado nunca, o que no le habían dado mayor importancia: la erosión. Se dio cuenta de que la tierra en las faldas de las montañas era mucho más suelta debido a que estaba formada por partículas que los ríos arrastraban desde las cimas y que si el proceso continuaba en el tiempo, la Tierra se volvería muy lisa, así que tenía que haber un proceso generador de nuevos accidentes geográficos.

Tras la muerte de Hutton en 1797, el interés en la geología comenzó a crecer de manera descontrolada llegando a ser la rama científica con más adeptos en el siglo XIX, en incluso un fenómeno social en las áreas intelectuales en general. Entre las múltiples teorías para describir el fenómeno generador del relieve, destacó principalmente Charles Lyell, considerado el padre de la geología moderna. Lyell planteaba un desarrollo uniforme de la geografía, tan lineal que observando los acontecimientos actuales se podría explicar el pasado geológico. Su obra tuvo tal éxito que prácticamente desbancó el resto de teorías. Darwin, por poner un ejemplo, fue un gran seguidor de Lyell.

Tras Lyell hubo una avalancha de clasificaciones de la historia terrestre en épocas o periodos, tales como el Jurásico o Pleistoceno. Hubo tal disparidad y cantidad de clasificaciones que incluso hoy no hay una única clasificación concertada. Pero a pesar de tanta clasificación y subdivisión, nadie podía decir con certeza la duración de cada periodo, y mucho menos la edad de la Tierra. Para eso tuvieron que pasar aún muchos años.

¿Cómo calcular la edad real?

En este momento te pediría que dejases de leer un momento, dejases correr tu imaginación e intentases pensar algún medio para calcular la edad de la Tierra pues, aunque no hayan conseguido su objetivo, en la historia no han faltado propuestas ocurrentes.

Una de ellas, a manos de Edmond Halley, consistiría en dividir la cantidad de sal total que hay en el mar entre lo que se añade cada año, y de esta forma calcular cuanto tiempo llevan existiendo los mares; pero por desgracia no se sabía cuanta sal hay en el mar ni cuanta se añade anualmente, por lo que no había forma de realizar el cálculo.

Otro intento vino del francés Georges-Louis Leclerc que, sabiendo que la Tierra disipaba calor, realizó un experimento calentando unas esferas al rojo y calculando la tasa de pérdida de calor. De esta forma estimó una edad de entre 75.000 y 168.000 años, lo cual era aún muy bajo pero revolucionario para la época.

En pleno siglo XIX, Charles Darwin en su libro "El origen de las especies" estimó la edad de la Tierra en unos 306 millones de años en base a sus cálculos, pero no tenía forma de demostrarlo.

En 1897, Willian Thomson, que fue una gran físico del siglo XIX y padre de la escala de temperaturas absolutas que lleva su nombre (barón de Kelvin), afirmó que la Tierra no podría tener más de 24 millones de años, debido a que una estrella como el Sol agotaría su combustible en un tiempo menor a ese; pero la mayoría de los fósiles parecían contradecirle.

La confusión y el desatino en dar con una edad creíble duró al menos hasta 1904, año en el que el neozelandés Ernest Rutherford presentó su trabajo. Rutherford no dio con una edad muy aproximada, pero sí con el medio a través el cual se ha seguido investigando desde entonces. Rutherford se encontraba estudiando la radioactividad recién descubierta por Pierre y Marie Curie y en concreto la desintegración del uranio. Observó que todas las muestras de material radioactivo tardaban siempre el mismo tiempo en descomponerse hasta la mitad. De esta forma, calculando la radiación que tenía actualmente un material y la rapidez con la que se estaba desintegrando, se podía determinar su edad. Así que calculó la edad del mineral del que procedían sus muestras de uranio, y pudo estimar que tenía una edad de 700 millones de años.

La actualidad

Aún han tenido que pasar muchos años, y a partir del estudio de la radiación se han ido encontrando minerales cada vez más antiguos. De una forma un tanto irónica, la edad actual, 4.550 millones de años, calculada con un error menor del 1%, no ha resultado del estudio de la Tierra, sino de meteoritos cercanos que, lejos de la superficie terrestre, se han mantenido a salvo de la erosión.

El vacío

Lejos de ser mínimamente riguroso, hoy voy a escribir sobre el vacío. Un breve resumen histórico y algunas impresiones personales sobre lo que considero uno de los elementos más poéticos del universo.

¿Qué es el vacío? Es difícil de definir, aunque se trata de un concepto realmente simple. Si le preguntamos a nuestra amiga la Wikipedia, nos dice algo así como:

En Física se denomina así al espacio donde hay ausencia de materia. Surgiría como consecuencia de la disgregación de ésta, compuesta por unidades existenciales solapadas entre sí que experimentan un impulso de separación, o voluntad hacia su ser pleno; si no consiguen liberarse de ese solapamiento se debe al empuje de las unidades adyacentes (el cual, en su conjunto, es responsable de la expansión del Universo, más allá de los límites de la existencia); y no por una supuesta fuerza atractiva. Por extensión se suelen denominar vacío, también, los espacios cuya densidad de aire y partículas es muy baja, como, por ejemplo, el espacio interestelar o vacío interestelar.

A mí se me antoja una definición un poco fría, aunque bastante exacta. Sin embargo, la idea de vacío es bastante reciente, aunque cueste creerlo; ocurre algo parecido a la gravedad, que ahora nos parece un concepto muy simple, pero que hasta que en el siglo XVII a Newton no le cayera la famosa manzana en la cabeza, nadie se había dado cuenta.

Empezando por los antiguos griegos, el vacío, o "no ser", para ellos no sólo no existía, sino que su ausencia les causaba auténticos quebraderos de cabeza. El "no ser" por definición y como su propio nombre indica, no podía ser (existir). Si todo era "ser", ¿como era posible el movimiento? Llevado a la vida cotidiana viene a ser algo como un vagón de metro, que cuanto más lleno va, más nos cuesta movernos. Si suponemos que el vagón está completamente lleno, ¿cómo podríamos apenas pestañear?

Mucho más tarde Descartes y sus contemporáneos se enfrentaban a un problema parecido. Para ellos la materia era continua y tenía extensión. Lo primero significa que no pensaban que estuviera formada por átomos, sino que formaba un todo homogéneo que ocupaba el espacio. Un trozo de arcilla, por ejemplo, podría partirse en dos una y otra vez con un cuchillo infinitamente afilado. Por muy pequeño que fuera el trozo, siempre se podría cortar en dos o más trozos menores. La segunda caracterista, la extensión, significa que el espacio mismo está hecho de materia. El volumen es materia, y sin materia no tendría sentido hablar de un metro cúbico y un litro. Las propias dimensiones existen porque la materia las ocupa. Para Descartes, existía un espacio no ocupado por la materia, pero sólo en las matemáticas

Algo más tarde, Newton ya sugería una idea de vacío parecida a la que tenemos ahora, separado de la materia. El vacío ocuparía la mayor parte del espacio, mientras que la materia sólo una pequeña parte de él. Aunque no todos sus contemporáneos pensaban del mismo modo y había gran debate sobre el tema.

Ya en el sigo XIX, cuando se descubrió la naturaleza ondulatoria de la luz, el concepto de vacío se comenzó a tambalear. La luz es una onda electromagnética. Podemos ver ondas formarse en el agua o sentir las ondas sonoras que hacen vibrar el aire hasta nuestros oídos; también podemos ver ondas en la cuerda de un arco de tiro o en las cuerdas de una guitarra. Las olas son ondas que se forman en el mar y las vibraciones de los terremotos también son ondas. Todas las ondas tienen algo en común: se transmiten a través de un medio; es mas, se podría decir que las ondas son deformaciones rítmicas del propio medio. No tendría sentido pensar en las olas del mar sin agua, en un terremoto sin tierra o en una cuerda vibrante sin cuerda. Si la luz era una onda, necesitaría un medio para propagarse.

Es entonces cuando surge la idea del éter. El éter debía ser increíblemente denso para que la luz pudiera vibrar a la velocidad que lo hace. Se tendría que mover a velocidad constante y podría tenerse en cuenta como punto de referencia absoluto del movimiento, lo que supondría una ruptura con la relatividad de Galileo. El éter era una idea para salir del paso ante el problema de la luz, y planteaba más problemas de los que solucionaba. Por ejemplo, si el éter era tan denso, tendría que producir un rozamiento sobre la Tierra (y los otros planetas), haciendo que ésta llegase a detenerse, pero eso no parecía ocurrir.

La idea del éter se vino abajo con la llegada de Albert Einstein. El científico alemán asumió que si el éter era indetectable de ninguna manera y no interaccionaba con nada, podíamos prescindir de él y asumir que la luz tiene la capacidad de viajar por el vacío. Una idea muy positivista pero que fue aceptada por la mayoría. La luz se sustenta por sí misma y es su propio medio.

La idea del vacío clásico de Newton, o algo muy parecido, se mantuvo aún unas décadas más, pero en los últimos años del siglo XX, y hasta la actualidad, con la llegada de la teoría cuántica y el modelo estándar, el concepto de vacío ha cambiado considerablemente.

Actualmente se piensa que el vacío es un hervor continuo de partículas y antipartículas que se generan espontáneamente y se vuelven a aniquilar un instante después. Recordemos que por cada partícula fundamental existe una antipartícula igual, pero de signo contrario. Cuando una partícula y su antipartícula se encuentran, se aniquilan mutuamente dando lugar a energía. Entonces, en el vacío, se están generando y destruyendo continuamente pares de partícula y antipartícula. ¿De dónde surge semejante idea? No parece algo intuitivo o real, pero existen varias teorías que la respaldan; la principal razón, a mi entender, es el principio de incertidumbre de Heisenberg. Este principio nos dice que no se puede conocer a ciencia cierta la cantidad de energía que hay en un punto determinado del espacio. Si tomamos el vacío en el concepto clásico, la temperatura del vacío sería el cero absoluto, o lo que es lo mismo, la ausencia total de energía. Esto contradice el principio de Heisenberg y por lo tanto ¡incluso el vacío debe tener una temperatura superior al cero absoluto! y para que eso ocurra debe contener partículas, que se crean y se destruyen constantemente.

La idea de un vacío burbujeante de partículas me parece casi tan poética como la de un vacío completamente vacío, y en parte le da algo de razón a aquellos primeros griegos que penaban que el "no ser" no podía ser. Sin embargo, me cuesta creer que sea un modelo definitivo. Por ejemplo, ¿qué existe entre esas partículas virtuales? Quizá el espacio esté realmente cuantizado como lo están la materia y la energía, y sea una futura base para una nueva teoría del vacío.

Enlaces de interés

El vacío al estilo clásico: La batalla del vacío

El éter y la propagación de la luz: El extravío de la relatividad

La temperatura del vacío: La energía del punto cero