Rebelde con premio Nobel: La lección de Daniel Shechtman

Evolution News & Views 10 de octubre de 2011 | Permalink

El descubrimiento del doctor Daniel Shechtman no le sentó bien a la elite científica, y encolerizó a algunas personas. En 1982, el doctor Shechtman observó un cristal que no obedecía a las leyes físicas que se supone que los cristales deben obedecer. Estos cristales se conocen actualmente como cuasicristales, y han cambiado la manera en que los químicos contemplan la química del estado sólido. Casi treinta años después, Shechtman recibió el Premio Nobel de 2011 en química por su descubrimiento.

Modelo atómico de una superficie de un cuasicristal de una aleación de aluminio-paladio-manganeso (Al-Pd-Mn). Fuente: Laboratorio Ames.

¿Qué son los cuasicristales? Antes del descubrimiento de los mismos, el paradigma dominante en cristalografía mantenía que los cristales se definen por una celda unitaria repetitiva y que están matemáticamente constreñidos a unas simetrías rotacionales de sólo 2, 3, 4 ó 6 veces. Por simetría se entiende sencillamente que se puede hacer girar la celda unitaria del cristal en un determinado número de grados (p. ej., 45 grados, 60 grados, etc.), y la celda unitaria se verá igual como se veía antes de girarla. Esto no se aplica sólo a celdas unitarias, sino también a figuras geométricas de dos dimensiones.

Por ejemplo, si se gira un cuadrado en 90°, parecerá indistinguible de cómo parecía antes de imprimirle el giro. Pero si se gira un cuadrado en 45 grados no parece igual; tiene una simetría cuádruple. Si se gira un triángulo equilátero en 120 grados, no se distinguirá respecto a como era antes del giro, de modo que tiene una triple simetría. Si se gira un hexágono en 60 grados es indistinguible respecto de su posición inicial, de modo que tiene una simetría séxtupla porque se puede girar seis veces antes de volver al punto de partida.

Pero la simetría no es la única característica importante de un cristal. Estas celdas unitarias tienen que empaquetarse de manera compacta. Matemáticamente, sólo las simetrías doble, triple, cuádruple y séxtupla puede formar cristales, en caso contrario hay vacíos u orificios en la estructura. Pensemos en un suelo embaldosado. Nunca veremos un suelo embaldosado todo con pentágonos (regulares) (simetría quíntupla), porque no se pueden empaquetar de manera compacta.

Esta teoría tan estética y elegante quedo trastornada cuando el doctor Shechtman descubrió un cristal con una simetría quíntupla. Estos cristales fueron posteriormente llamados cuasicristales. Generalmente, los cuasicristales son cristales que exhiben una simetría «prohibida». Una característica adicional de un cristal con simetría prohibida es que es aperiódico; es decir, carece de un patrón repetitivo.

El matemático Roger Penrose había teorizado un patrón de dos dimensiones compuesto de una simetría quíntupla que era aperiódica. Los cuasicristales de Shechtman parecían seguir el patrón de Penrose. Usando estudios de difracción de rayos X, Shechtman encontró que su material (una aleación de aluminio-manganeso, Al6Mn) tenía todas las características de un cristal pero presentaba una simetría prohibida.

¿Es este acaso un ejemplo de información u orden que surge de procesos químicos?

Los cuasicristales son interesantes debido a su patrón no repetitivo: tienen una estructura compleja y ordenada que se derivan de las leyes químicas de una estructura cristalina aperiódica. Uno de los argumentos que presentan muchos proponentes del diseño inteligente (como William Dembski y Stephen Meyer) es que la naturaleza o las leyes naturales pueden producir orden, pero que se trata de un orden simple y repetitivo, como en la tradicional red cristalina. Esto es diferente de la clase de estructura que observamos en el ADN, donde hay un orden específico y complejo que comunica información. En Signature in the Cell [La firma en la célula], Meyer argumenta que no vemos esta clase de complejidad especificada brotando de ningunas causas naturales conocidas. ¿Podrían ser los cuasicristales un contraejemplo — un producto de la naturaleza que exhibe complejidad especificada?

Los cuasicristales son más complejos que el cristal tradicional, pero no comunican información. Si yo procedo a pulsar mi teclado y produzco una cadena de caracteres como «iyubalor09fbjd[,,]ikgts;hyweog», tendría una secuencia compleja. Es sumamente improbable que si sigo tecleando al azar vuelta a salir una repetición de la misma secuencia. Con esto he obtenido una secuencia compleja sumamente improbable desde el azar. Pero, ¿comunica información esta secuencia? No.

Si procedo a teclear los mismos conjuntos de letras una y otra vez, como «asdfjkl;asdfjkl;asdfjkl», esta secuencia tiene orden, y tiene más complejidad que si hubiera tecleado «ababababab», pero, ¿acaso comunica esto ninguna información? No.

El cuasicristal es sumamente complejo y sumamente ordenado, pero no realiza repeticiones como en el segundo conjunto de letras. Además, es matemáticamente predecible. Pero no comunica información porque no posee propiedades que puedan traducirse a significado o función. Una secuencia de ADN contiene información porque dicha secuencia es traducible a instrucciones para elaborar una proteína. Por ello sabemos que una secuencia de ADN no es un mero encadenamiento de letras al azar, sino que es algo intencionado, que comunica propósito en forma de una instrucción. La estructura de un cuasicristal no comunica información.

Aunque los cuasicristales no representan una información especificada, tienen algunos usos muy interesantes. Estos cristales están hechos de aleaciones metálicas, por lo que son extraordinariamente fuertes, como un metal, pero son muy malos conductores de la electricidad. Su conductividad es incluso menor que la del vidrio, aunque sus propiedades son muy similares a una especie de vidrio metálico. Se han usado para aplicaciones tan corrientes como hojas de afeitadoras, y en dispositivos de rayos láser para cirugía. También se han usado para revestimientos de baterías de cocina, y tienen potencial para el revestimiento de superficies que deban soportar temperaturas extremas.

Expulsado por la comunidad científica

La historia del doctor Shechtman es verdaderamente estimulante. Llegó a ser un rebelde y acabó recibiendo el Premio Nobel. En lugar de elogios por su extraordinario descubrimiento, se encontró primero con un muro de incredulidad y un traslado laboral. Casi todos los comunicados de prensa informan que el doctor Shechtman fue expulsado de su grupo de investigación y que sus resultados fueron inicialmente rechazados por muchos miembros de la comunidad científica. El comunicado de MSNBC proporciona detalles adicionales donde se describe cómo fue recibido el descubrimiento del doctor Shechtman por las elites científicas:

Cuando regresó a Israel después de realizar estudios en la Oficina Nacional de Estándares de los EUA, colaboró en la autoría de un artículo acerca de sus descubrimientos, sólo para verse inicialmente rechazado.
Shechtman recuerda que Linus Pauling dijo públicamente que «Danny Shechtman está diciendo sandeces. No existe nada como los cuasicristales, sólo cuasicientíficos».
Sin embargo, cuando los resultados del doctor Shechtman comenzaron a gozar de aceptación, muchos científicos volvieron a algunas de las anomalías que habían registrado en sus propias investigaciones y descubrieron que habían observado cuasicristales, pero que no habían sido conscientes de ello o no habían comunicado tales observaciones.
A pesar de las burlas y del rechazo que había sufrido, Shechtman persistió en su postura de que sus resultados eran correctos. Finalmente, la definición de los cristales tuvo que cambiar debido a que la definición original era demasiado restrictiva. (Véase el artículo de Marjorie Senechal: «What are

Quasicrystals?») Ahora, la definición revisada se basa en la posesión de un diagrama específico de difracción, en contraste con la anterior de una simetría doble, triple, cuádruple o séxtupla.

Muchos de los que trabajamos con ideas que no caen demasiado bien en el sistema científico establecido podemos comprender y sentir el rechazo con que se encontró el doctor Shechtman. Además, como comunicaba la agencia Reuters, el doctor Shechtman adoptó la política de ignorar los ataques personales. Aunque ganar el Premio Nobel es un logro considerable, el hecho de que se mantuvo en su curso frente a toda oposición, de que respondió a la ridiculización con gentileza y una actitud científica, nos sirve de lección a todos nosotros.

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Fuente: Evolution News – Rebelde con premio Nobel: La lección de Daniel Shechtman 10/10/2011
Redacción: Evolution News & Views © 2011 – http://www.evolutionnews.org
Traducción y adaptación: Santiago Escuain, publicado en sedin-notas.blogspot.com.es
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