La llum oculta

dimecres, 19/10/2011

autofluorescencia.jpg Ahir, al post de les imatges al microscopi, una bona part de la dificultat era que els colors amb que veiem les fotografies no corresponen amb els que associem als protagonistes de les imatges. Una planta que veiem verda sortia fotografiada en lila amb franges vermelles. Un insecte que veiem de color marró fosc lluïa amb pinzellades grogues, verdes i vermelles. Semblava talment que amb photoshop haguessin retocat les imatges.

Moltes vegades el que passa és que es fan servir sistemes per tenyir específicament una part o altra del que volem fotografiar. Un clàssic en la preparació de cèl·lules és afegir un colorant que tenyeix els nuclis de color blau. El citoplasma de la cèl·lula és més aviat alcalí, mentre que el nucli, que està ple d’àcids nucleics, doncs justament és àcid. Per tant, podem afegir a les cèl·lules un producte que és torni de color blau en condicions àcides i així veure on són els nuclis de totes i cada una d’elles. Si no ho tenyíssim, ens costaria molt més identificar-los.

De sistemes per anar tenyint i pintant amb diferents colors n’hi ha molts, però en el cas de les fotografies d’ahir, en molts cassos no posaven cap tinció sinó que aprofitaven una característica de molts organismes: l’autofluorescència.

Resulta que hi ha moltes molècules que si s’il·luminen amb llum ultraviolada, responen emetent part de l’energia captada en forma de llum d’una longitud d’ona diferent. Això és una manera sofisticada de dir que mostren un altre color. És aquell efecte que es veu a les discoteques que tenen llums UV i que fan que la roba, el paper o el gin tònic adoptin un color que amb llum normal no vèiem.

La gràcia és que cada molècula emet llum amb un color diferent. Si les estructures cel·lulars, o la part de l’organisme en concret són riques en aquestes molècules, doncs n’hi ha prou d’il·luminar-les amb una llum determinada per fer aparèixer un color concret. Jugant amb això podem obtenir plantes verdes que mostren franges grogues, o cèl·lules transparents a les que se’ls il·luminen els mitocondris. O, com veiem a la foto (també del NSW), el cap d’una formiga adopta un aspecte ben diferent.

De vegades aquesta autofluorescència fa nosa. Si vols tenyir un conducte biliar amb algun pigment fluorescent et costarà fer fotos netes ja que la bilis presenta moltíssima autofluorescència que emmascararà el que tu estàs buscant. Però malgrat aquests problemes tècnics, ben aprofitada és una característica molt útil. Per exemple la podem fer servir com a eina per diagnosticar càncer de pulmó.

En tot cas, serveix per recordar-nos que les coses poden presentar un aspecte molt diferent segons la llum amb la que es miren i que la bellesa pot estar amagada on menys ho esperem.

Que us suggereix això?

dimarts , 18/10/2011

Moltes vegades he comentat la separació que hi ha entre el món de les ciències i el de les humanitats. Però de vegades hi ha fets que permeten establir uns ponts inesperats. Un joc que m’agrada fer és mostrar imatges obtingudes amb microscopi a persones del món de les arts. Simplement es tracta de descobrir que els suggereixen sense donar informació de quina cosa és en realitat.  És sorprenent quanta bellesa hi ha en el món que ens envolta i que gràcies a la ciència i la tecnologia podem descobrir.

Per això us proposo el joc. Mireu les set imatges següents i, als comentaris, proposeu un títol per cada una. El que és en realitat i l’enllaç a la font el posaré demà, però ara no es tracta de descobrir el  que són sinó el que us inspiren. Si voleu podeu buscar-les per la xarxa (no és difícil) però en tot cas feu-ho després de donar la vostra visió del que us suggereixen.

Actualització: Tots les imatges són de les moltes que es van presentar al Nikon Small World d’aquest any. Un dels concursos on es poden trobar algunes de les millors mostres de fotografies fetes amb microscopi. Realment val la pena fer-hi una ullada i anar descobrint tresors amagats per sota de la resolució de l’ull humà.

Imatge 1

Lepidozia reptans. És una hepàtica. Una d’aquelles plantes que viuen a les fonts i als indrets amb molta aigua. Els colors inesperats són per l’autofluorescéncia.

NSW1.jpg

Imatge 2

Porites lobata. És un corall. Els pels verds són els pòlips. Els forats són per on entra de mar l’aigua dins la colònia.

NSW2.jpg

 Imatge 3

Trichodina pediculus. És un ciliat que viu en aigües dolces. Els cilis són aquesta mena de pèls que s’intueixen al voltant de la cèl·lula

NSW3.jpg

Imatge 4

Melosira moniliformis. Un alga microscòpica que forma part del plàncton vegetal, o  fitoplàncton

NSW4.jpg

Imatge 5

Són cèl·lules d’os fòssil de dinosaure. De vegades durant la fossilització es formen cristalls de quars o de sílice com les àgates. Aquests ossos agatizats es fan servir en joieria.

NSW5.jpg

Imatge 6

Entiminae sp. És el cap d’un coleòpter fitòfag. És a dir una mena d’escarabat que menja plantes. De la família dels corcs i els morruts (gorgojos). Un de tristament famós per aquí és el morrut de les palmeres.

NSW6.jpg

Imatge 7

Cethosia biblis. És una papallona. El que es veu són les escates de les ales.

nsw7.jpg

Otto el dinosaure i les plomes

dilluns, 17/10/2011

otto.jpg Amb el tema de com eren exteriorment els dinosaures acostuma a trobar-se una certa confusió. No només en els titulars de la premsa sinó també entre els propis especialistes. Simplement encara en sabem poques coses ja que habitualment el que trobem són els esquelets fossilitzats, però la resta d’estructures costen molt més de trobar. A sobre, moltes vegades el que trobem són restes de fa unes quantes dotzenes de milions d’anys que no coincideixen exactament amb les estructures que tenen els animals d’avui en dia i que són les que tenim al cap.

Fa uns dies es va anunciar la presentació en societat del que potser sigui l’esquelet de dinosaure millor conservat dels trobats a Europa. El rebombori mediàtic estava relacionat amb l’interès científic però probablement també amb l’interès econòmic relacionat amb les fires de fòssils i minerals.

En tot cas, feia gràcia veure com a més de l’estat de conservació d’aquest dinosaure, que han batejat amb el nom d’Otto, moltes noticies feien esment del fet que encara conserva marques dels pèls que tenia, mentre que altres titulars parlaven de les plomes del dinosaure. Segurament ara ja està clar que els dinosaures no eren tant similars als rèptils com els pintaven fa anys, però semblaria que si eren peluts o plomats és un tema que encara no tenim gaire clar.

El problema és que des de fa seixanta milions d’anys les coses han anat canviant una mica. Quan els científics parlen dels animals d’aquell temps és molt habitual que no facin referència a plomes sinó a protoplomes. És a dir, estructures que ja apuntaven a plomes, però que no són exactament com les dels nostres ocells. I cal reconèixer que algunes semblen més aviat pèls que no pas plomes, de manera que les confusions són perfectament comprensibles.

A més, tenim restes de plomes o protoplomes en diferents estats d’evolució. Des d’algunes que resulten difícilment distingibles dels pèls, fins altres que ja tenen una estructura perfectament “plumífera”. També fa relativament poc temps es van mostrar unes restes d’ambre que retenia a l’interior protoplomes en diferents estats de complexitat i ara ja tenim una idea més o menys complerta de com van anar evolucionant les plomes a partir d’unes estructures de la pell similars a les espines.

La gràcia és que les plomes ofereixen moles possibilitats de colors, taques, dibuixos i patrons per poder-nos fer una imatge ben acolorida de l’època dels dinosaures. Això no vol dir que tots tinguessin plomes o colors llampants. Probablement els més grans no en tenien ja que una mida molt gran fa menys necessària una adaptació per mantenir la temperatura. Per això els elefants, hipopòtams, rinoceronts i altres grans animals tenen la pell nua. De fet, si que tenim empremtes del rastre de la pell de grans dinosaures que no mostren rastres de pèl ni plomes.

L’exemplar de moda aquests dies, l’Otto, és molt jove, de manera que no sabem quin aspecte hauria tingut finalment si hagués sobreviscut més temps. Mostra la posició típica del rigor mortis que adopten els dinosaures i podeu veure unes imatges espectaculars il·luminades amb llum UV. Però és una pas més en el camí per refer la imatge dels dinosaures. De llangardaixos amb colors apagats, a protoocells de brillants plomalls. Segurament eren igual de terribles, però al menys feien molt més bonic!

Les dades perdudes d’en Miller

dijous, 13/10/2011

stanley_miller.jpg Un experiment que ha esdevingut tot un clàssic en l’estudi de l’origen de la vida el va fer l’Stanley Miller l’any 1953. Va agafar els gasos que es pensava en aquell moment que formaven part de l’atmosfera primitiva de la Terra (aigua, metà, amoníac i hidrogen) i els va sotmetre a descàrregues elèctriques durant tota una setmana. Era una manera de simular el que podia passar químicament desencadenat per  l’energia dels llamps. El líquid, que inicialment era transparent, va esdevenir fosc i pastós, i quan el va analitzar va trobar que s’havien format molècules més complexes, entre elles algun aminoàcid. Tot plegat, els elements amb els que la vida es construeix.

Certament no va trobar vida, però va demostrar que reaccions químiques senzilles podien donar lloc als elements amb els que es forma la vida. Semblava que el següent pas seria fàcil, però no va ser així i encara anem una mica empantanegats en el tema. A més, en aquell experiment, a més d’àcid acètic i glucosa, només es van formar uns pocs aminoàcids relativament senzills (glicina, alanina, àcid glutàmic i àcid aspàrtic). Prometedor, però insuficient.

El cas és que Miller va fer algun experiment més modificant les condicions inicials. Però molts d’ells van quedar sense analitzar o sense publicar. Sospito que ja en aquell temps, les coses urgents impedien fer les importants. Però el cas és que fa poc algú va descobrir entre el material que Miller havia deixat al laboratori unes mostres corresponents a aquells experiments. Com que ara disposem de tècniques molt més sofisticades i sensibles que aleshores, el que han fet ha sigut analitzar el contingut d’aquells vials per veure que era el que havia aconseguit.

La principal diferència va ser que miller va afegir sulfur d’hidrogen, un gas provinent dels volcans, a la mostra inicial. En els primers experiments no va trobar aminoàcids amb sofre perquè no hi havia cap compost amb sofre a la barreja inicial. Però per la vida tal com la coneixem a la Terra, aquesta mena d’aminoàcids són molt importants. I el cas és que en aquestes noves mostres si que n’han trobat. De fet, han trobat un bon grapat d’aminoàcids. No quatre com en Miller al primer intent, sinó vint-i-tres de diferents.

En realitat, ara ja no hi ha gaires dubtes sobre la possibilitat de generar molècules importants per la vida a partir de compostos simples i reaccions químiques que havien de tenir lloc a la Terra. Podem discutir molt sobre les condicions exactes, però aquesta mena de gasos, llamps i trons i erupcions volcàniques que generen altres gasos segur que hi eren. En Miller va trigar força temps a generar aquests aminoàcids amb sofre, o al menys això és el que ell pensaria, perquè ara sabem que ja ho havia aconseguit d’entrada, però no ho havia processat a temps.

Per descomptat, sempre és millor tard que mai. Però alhora això fa que et preguntis, quantes informacions importants estan perdudes en material de laboratori arraconat? Ara que amb la crisi molts laboratoris perden personal i molts experiments i línies de recerca queden a mitges, quants descobriments tenim a la punta dels dits, deixats en una estanteria o recollits en algun arxiu de dades i simplement ho ignorem?

De vegades és millor no donar-hi massa voltes a segons que.

Jobs, el càncer de pàncrees i la medicina alternativa.

dimecres, 12/10/2011

jobs.jpg La mort de l’Steve Jobs continua donant molt de que parlar, sobretot a la xarxa. Més enllà de la faceta pública de la persona, hi havia un fet que m’intrigava. Era conegut que al 2004 l’havien operat per un càncer de pàncrees i, aparentment, se n’anava sortint. Anys després li van fer un trasplantament de fetge, cosa que podia estar, o no, relacionada amb el càncer, i sovint es deia que patia “desordres hormonals”, que era una manera de no dir massa cosa.

Com que la salut de cada un és un tema privat, doncs no hi havia massa cosa a dir. Però reconec que estava sorprès de l’èxit del tractament. Un càncer de pàncrees és d’aquells que no vols tenir. Amb els altres tipus de càncer tens més o menys probabilitats de sobreviure, però si el tumor et surt al pàncrees tens mala peça al teler. El problema és que és un tipus de càncer molt agressiu i que no dona símptomes fins que ja és massa tard. Per això, l’esperança de vida en aquests casos és mesura en setmanes o mesos. Si mirem el percentatge de pacients que segueixen vius passats cinc anys i ho comparem entre diferents tipus de càncer, veiem que les dades en el cas del pàncrees són depriments.

El cas és que ara s’està omplint la xarxa de notícies sobre la malaltia de l’Steve Jobs i el fet que inicialment va preferir tractar-la amb medicina alternativa. Fins on he pogut esbrinar era amb un tipus de dieta particular però que finalment no va poder aturar el creixement del tumor. En tot cas, la decisió de seguir una medicina natural va fer que endarrerís durant nou mesos la operació per extirpar-lo. Una decisió que potser no va ser gens encertada.

Com és previsible, ara podem trobar tota mena de titulars. Des dels que afirmen que “la medicina alternativa va matar a l’Steve” (ja que si s’hagués operat immediatament, hauria sobreviscut), fins als que diuen que si va morir va ser perquè va deixar la alternativa i es va decantar finalment per la cirurgia i la quimioteràpia que el van matar (ja que sense la dieta no hauria sobreviscut tant de temps).

Per descomptat, amb un únic cas és impossible treure cap conclusió. Simplement no podem saber del cert que hauria passat si… Però abans de començar a discutir cal tenir en compte un parell de dades. Quan es parla de càncer de pàncrees, no es pot generalitzar. Habitualment tenen mal pronòstic. Molt mal pronòstic. Però, com el mateix Jobs va fer notar al famós discurs de Stanford, el seu era un cas molt poc habitual de càncer de pàncrees que si que té tractament.

El pàncrees el mirem com si fos un òrgan normal del cos, però estrictament podríem dir que en són dos de barrejats. Primer hi ha la part digestiva, la que fa el suc pancreàtic que ens permet digerir els aliments i que anomenem pàncrees exocrí.  La majoria de tumors provenen de les cèl·lules del pàncrees exocrí i són els que associem amb les males notícies del càncer de pàncrees. Però al pàncrees també hi ha unes estructures anomenades “illots pancreàtics” que estan formades per unes cèl·lules completament diferents i que s’encarreguen de fabricar hormones com la insulina. És l’anomenat pàncrees endocrí i, de fet, podrien estar situats en qualsevol altre part de l’organisme però, mira, resulta que els tenim al pàncrees.

Els tumors provinents d’aquestes cèl·lules (tumors endocrins) son menys freqüents i completament diferents dels causats pel pàncrees exocrí. Creixen molt més lentament i triguen més a fer metàstasis, de manera que hi ha temps per operar-los abans no sigui massa tard. A més també donen uns efectes i uns símptomes diferents. En el cas de l’Steve Jobs es pot dir que dins de la mala sort va ser afortunat ja que el tumor que presentava era justament d’aquest tipus. Un tumor neuroendocrí, operable.

Això també permet entendre els comunicats de premsa que feien quan es trobava malament. I és que aquests tumors, com que provenen de cèl·lules secretores d’hormones, poden causar “desequilibris hormonals” ja sigui per excés o per defecte d’alguna hormona.

Però que sigui operable no vol dir que et puguis encantar. És impossible saber si el fet de mirar de curar el càncer amb una dieta li va fer perdre un temps preciós. Segurament les estadístiques ens diran que si. El tractament del càncer és una cursa contra rellotge i potser hauria estat més assenyat fer la dieta, però operar-se! El fet que anys després apareguessin metàstasis al fetge fa sospitar que efectivament, el retràs no va ser una bona idea (tot i que insisteixo, amb un únic cas i sense conèixer els detalls exactes, fa de mal dir).

Els raigs N o el poder de l’autoengany

dimarts , 11/10/2011

rene-blondlot.jpg “Veure és creure”, però si la diem al revés, “creure és veure”, la frase segueix sent perfectament vàlida. No és perquè si que els qui acostumen a veure ovnis, bruixes o fades són justament els que hi creuen en aquestes coses. Molt probablement estan convençuts del que han vist i no admeten que el prejudici inicial els porta a engany. En realitat, les idees preconcebudes que tenim ens fan veure un penal allà on no hi era, o una decisió justa en l’acció corrupta d’un polític.

I si algú pensa que els científics, teòricament objectius i escrupolosos amb les dades, estan lliures de pecat, em sap greu desenganyar-lo. De fet, les persones que es dediquen a la ciència cometen els mateixos errors que la resta. La diferència és que bona part de la feina dels científics és indicar als altres els errors que cometen, de manera que normalment les coses s’acaben aclarint.

Un exemple de llibre de com un científic rigorós pot caure víctima de l’autoengany va tenir lloc a França a principis del segle XX. Feia poc que s’havien descobert els raigs X i tothom anava de corcoll investigant aquelles misterioses radiacions. Entre els que hi treballaven hi havia en Prosper-René Blondlot, professor de física a la Universitat de Nancy. Era un investigador amb un cert prestigi i havia fet troballes importants. Per exemple havia mesurat la velocitat de les ones de radio, amb un valor que ara sabem que té menys d’un 1% d’error.

Però l’any 1903, quan tenia prop de seixanta anys, va fer uns experiments amb els raigs X i va notar que la lluminositat d’una guspira augmentava quan hi havia raigs X enfocats cap allà. El més interessant era que si posava un prisma al davant, l’augment de la lluminositat apareixia lleugerament desviat. Semblava que el prisma desviava aquells raigs. El problema era que els raigs X no es desviaven per un prisma, de manera que alguna cosa estranya passava.

En un ambient on els físics estaven descobrint tot un nou món de radiacions, Blondot va fer un raonament arriscat i va concloure que allò que augmentava la lluminositat de la guspira no eren els raigs X, sinó un nou tipus de radiació que va batejar amb el nom de “Raigs N” (diuen que en honor a la Universitat de Nancy on treballava).

Quan va donar a conèixer els seus resultats tothom es va mostrar entusiasmat amb la nova radiació. En poc temps es van publicar centenars d’articles confirmant el seu descobriment i analitzant les propietats dels raigs N. Hi havia materials que els podien generar (incloent el cos humà) i altres materials els podien emmagatzemar, esdevenint aleshores emissors de raigs N. Era fantàstic perquè els raigs N podia travessar més materials que cap altra radiació

Però mica a mica van anar sorgint dubtes. Aquells raigs N simplement feien massa coses. Tenien unes propietats que no responien al que ja es coneixia sobre les radiacions. I un altre detall empipador. Semblava que només els detectaven els laboratoris francesos. Quan ho intentaven els físics alemanys o anglesos, no trobaven rastre de cap raig N.

La clau era que l’augment de lluminositat que servia per verificar la presència de raigs N s’havia de fer a ull. Simplement miraves i observaves com una zona il·luminada començava a estar més il·luminada. I això és un sistema realment poc precís i subjecte fàcilment a error. En realitat no hi havia cap radiació, sinó un cas exemplar d’autosuggestió. Una suggestió barrejada amb l’orgull xovinista dels francesos encantats de ser els descobridors d’una nova radiació. I és que per ells, els raigs X eren “alemanys”

Mica a mica els dubtes van anar creixent i al final van enviar un observador, en Robert W. Wood, per analitzar la fiabilitat dels resultats. L’home, amb picardia va deixar que els membres del laboratori de Blondot pensessin que només parlava alemany. De fet els entenia prou bé, però així ells parlaven amb més llibertat. I en un moment donat, durant la realització d’un experiment, va enretirar discretament el prisma que havia de desviar els raigs N. Malgrat que l’aparell ja no hi era, el tècnic va afirmar que veia l’augment de llum allà on se suposava que havia de sorgir. Allò va ser la clau que va aclarir el tema i el final del assumpte dels Raigs N. Realment creien que veien l’efecte dels raigs. Simplement s’estaven enganyant i veien el que creien que havien de veure.

Per això, per molt segurs que estem d’alguna cosa, mai està de més recordar el cas dels raigs N i tenir present que la capacitat d’enganyar-nos és immensa.

Fongs mucilaginosos i xarxes viaries.

dilluns, 10/10/2011

physarium.jpg Els humans ens considerem extraordinàriament espavilats per resoldre problemes més o menys complexos gràcies a una qualitat més o menys poc definida que anomenem intel·ligència. La nostra capacitat d’abstracció, de càlcul i de trobar solucions als reptes als que ens enfrontem no es poden negar, però no està de més recordar alguna vegada que no som tan especials. Altres organismes també resolen problemes complexos amb una eficàcia similar a la nostra. Un exemple magnífic el tenim en un organisme que ha demostrat ser capaç de resoldre problemes topogràfics aparentment complexos. I per fer-ho més espectacular, no es tracta de cap mamífer ni organisme amb un sistema nerviós important. De fet, no en té de sistema nerviós. Contra el que podríem esperar, aquest mestre de l’enginyeria de camins és un fong mucilaginós.

El fong en qüestió és el  Physarum polycephalum, un organisme de la família dels mixomicets que té una forma  com d’una ameba i que no ens miraríem dues vegades a no ser que siguem uns amants de la botànica. S’alimenten de bacteris i restes en descomposició  i segons les condicions poden començar a emetre pseudòpodes, com si enviés filaments per anar explorant el que els envolta i mirar de trobar aliment. La gràcia és que aquests filaments es contreuen si no troba aliment, però es reforcen quan en localitza. No és un comportament intel·ligent, és clar. Fins i tot dubto que en puguem dir comportament. Però el cas és que el protocol que la evolució ha anat polint al llarg del temps fa que trobi maneres molt optimitzades per connectar tots els indrets on hi ha menjar amb una xarxa amb el mínim d’extensions possibles.

Uns experiments il·lustratius consistien en situar el fong en un costat d’un laberint i una mica d’aliment en un altre. Mirant-ho a càmera ràpida podem veure com l’organisme va buscant camins, descartant els culs de sac i acaba per trobar l’aliment mantenint l’itinerari més curt.

Potser no sembla impressionant, però uns investigadors van fer-ho més complicat. Van agafar un mapa de la ciutat de Tokio i van posar una mica d’aliment a l’indret on hi hauria cada una de les estacions principals de la xarxa de ferrocarrils. Tot seguit van posar el fong i el van deixar créixer. Al final, els filaments del fong reproduïen amb una notable exactitud la xarxa de ferrocarrils  de Tokio!

I amb la xarxa d’autopistes de la península ibèrica van fer el mateix. Si mirem el resultat final de filaments podem identificar l’equivalent ameboide de les principals autopistes. O si ho preferiu, de les principals vies romanes.

En realitat només es tracta d’un problema geomètric de trobar la xarxa de camins que uneixi tots els punts amb el mínim de connexions. Nosaltres ho fem amb complicats càlculs matemàtics (o copiant als romans) i el fong ho fa d’una manera més empírica, amb unes poques regles simples d’estímul i resposta. Un exemple fascinant de com la natura resol problemes similars als nostres.

Tot plegat ens indica que potser no hauríem d’estar massa orgullosos de totes les nostres fites. Com que no podem dir que els fongs mucilaginosos siguin intel·ligents, potser haurem d’acceptar que alguns problemes deuen ser més senzills del que ens sembla. De vegades no cal massa càlcul sinó un bon algoritme, senzill, que permeti anar trobant el camí, que potser no serà del tot l’òptim, però que s’hi acosta molt.

L’adeu de l’Steve Jobs

divendres, 7/10/2011

steve jobs.jpg Comparar-lo amb Einstein és una bestiesa, però el fet que ho facin indica com de profund ha sigut l’impacte que ha tingut l’Steve Jobs en la vida de tots nosaltres. Fins i tot els que no hem comprat cap Mac, iPhone o iPad hem acabat amb aparells similars o vivint en una societat que funciona en alguns aspectes gràcies a aquests aparells. Més que amb Einstein, es podria comparar amb Edison, que també, sense inventar gairebé res, va aconseguir trobar aplicació a moltes coses que altres havien inventat, va millorar-ne el concepte i el disseny i va fer-les d’us general.

He de reconèixer que més que els aparells que va dissenyar, el que més admirava era la capacitat de comunicar que tenia. L’aparell que presentés acostumava a ser-me una mica indiferent, però la manera que tenia d’explicar-ho era tota una lliçó de com explicar conceptes complexos de manera senzilla (que no pas simple). Per això de vegades en tinc prou en comparar una imatge de Bill Gates i una de Steve Jobs presentant els seus productes per tenir clar com ha de ser la bona comunicació.

Nobel de química. Els quasicristalls i el palau de l’Alhambra.

dijous, 6/10/2011

Quasicrystal1.jpg Una tendència que tenim tots quan obtenim un resultat inesperat és pensar que hem fet alguna cosa malament. Si aquest resultat, a més d’inesperat resulta que és impossible, doncs encara més motiu per dubtar. Però si ho repeteixes i et torna a sortir, pots buscar l’error o presentar el resultat a la comunitat científica i que decideixin si és un error o es una cosa nova que cal investigar. Quasi sempre resulta que era un error, però de vegades no. I el premi Nobel de química l’ha guanyat en Daniel Shechtman per un resultat impossible que va obtenir l’any 1982 i que va resultar que NO era un error.

Un concepte que tenim fàcilment present és el de cristalls. A la natura n’hi ha de molts tipus, alguns de realment molt bonics i altres de ben espectaculars. La clau de la seva forma es troba en la manera com s’organitzen els àtoms en el material en qüestió. Es dipositen seguint unes estructures ben ordenades i que es repeteixen una vegada i una altra. Un exemple molt intuïtiu el tenim en una disposició en forma de quadrat. A cada angle del quadrat podem posar un àtom que, alhora servirà d’inici per un altre quadrat una mica més enllà. Si mirem un terra enrajolat veiem una estructura amb simetria quadrada. Això és en una superfície, mentre que en volum seria un cub, però el concepte és el mateix.

De simetries n’hi ha unes quantes de ben conegudes. Podem anar posant els àtoms ordenats en una simetria triangular o hexagonal sense problemes. Però altres estructures no poden existir. Per exemple, si ho intentem amb cinc àtoms, veurem que no aconseguim omplir tot l’espai de manera simètrica i repetitiva. Per això els llibres de cristal·lografia mostren les estructures cristal·lines que poden existir i la resta simplement no poden. És un problema matemàtic que no poden ignorar els àtoms.

Però el cas és que en Shechtman va fer un experiment dipositant una pel·lícula atòmica en una superfície i, quan va mirar al microscopi electrònic com estaven dipositats, va trobar una figura repetitiva amb deu àtoms. Una estructura prohibida.

Ho va mostrar a col·legues i tothom li va dir que allò no tenia sentit. Ho va mostrar a un congrés i pràcticament va fer el ridícul. I quan va insistir en aquell treball, el cap del departament li va suggerir que rellegís els llibres de text i li va indicar que per aquell camí potser hauria d’abandonar el grup de recerca. No es pot perdre el temps investigant una configuració que no pot existir.

L’home era tossut i va preguntar a un reputat físic, en John Cahn que li semblava tot plegat. Aquest va tenir l’encert de no treure’s del damunt aquell pesat i va decidir consultar-ho amb un francès anomenat Denis Gratias per trobar on era l’error. El cas és que van repetir l’experiment ells mateixos i, bingo! L’estructura de deu àtoms impossible va tornar a aparèixer.

Aleshores van poder publicar-ho i la comunitat científica va haver de mirar atentament aquell resultat. Curiosament van començar a sortir resultats amb estructures similars per tot arreu. Altres investigadors les havien obtingut, però immediatament pensaven que era un error (perquè allò era impossible) i ho descartaven sense pensar-hi més.

L’explicació d’aquesta estructura que recorda la d’un cristall, però que no es repeteix constantment la tenia un matemàtic anomenat Roger Penrose, que treballant en geometria havia descobert com cobrir superfícies perfectament fent servir peces de diferents formes.

Aquesta és l’explicació matemàtica. Però l’aplicació pràctica resulta que era coneguda de molt abans. N’hi ha prou de mirar alguns dels bellíssims mosaics que hi ha al palau de l’Alhambra o al palau de Darb-i-Imam a Ispahan, per trobar amb el mateix tipus d’estructures quasi cristal·lines. S’assemblen als cristalls, perquè tenen estructures ben ordenades, però són diferents en el sentit que no són repetitius.

Tot plegat va obligar a redefinir el concepte de cristall i a acceptar el de quasicristalls. Suposo que ara, totes les crítiques rebudes deuen genera un somriure al Shechtman. I tos els que havien generat quasicristalls i ho van deixar córrer (deixant escapar l’oportunitat de guanyar un premi Nobel) han d’estar ben frustrats.

Ara ja es coneixen les característiques dels quasicristalls. N’hi ha que són molt durs i aïllants, però trencadissos. Tot és qüestió d’anar trobant quines utilitats tenen i aprofitar-nos del descobriment d’en Shechtman. Un descobriment que ja apuntaven els mestres artistes que treballaven a l’Alhambra.

Nobel de física. Supernoves i l’expansió de l’Univers.

dimecres, 5/10/2011

Supernova&galaxia.jpg Doncs el premi Nobel de física d’aquest any tampoc l’ha guanyat en Sheldon Cooper, sinó els investigadors que amb l’estudi de supernoves llunyanes van descobrir que l’Univers s’està expandint cada vegada més de pressa. Semblaria que això ens agafa lluny, i realment no és una cosa amb aplicació casolana immediata, però va tenir el mèrit de fer-nos veure que la visió que teníem de l’Univers fins fa  quinze anys era errònia i molt limitada.

Un dels principals problemes que tenim en mirar les estrelles és calcular a quina distància es troben. Si dues estrelles ens semblen iguals pot ser perquè estan a la mateixa distància i brillen igual, o perquè una és més brillant però està més lluny. Això va ser un maldecap per calcular distàncies entre estrelles. No cal dir quan el que volíem mesurar era distància entre galàxies. Però el cas és que es van acabar per trobar maneres de fer-ho.

En el cas de les galàxies, el sistema es basava en un dels fenòmens més espectaculars de l’Univers. L’esclat d’una supernova. Una supernova és una estrella que augmenta sobtadament la seva lluminositat i que després d’il·luminar el cel durant un breu període de temps torna a apagar-se. Ara ja sabem que es tracta de l’explosió d’una estrella que allibera quasi tota l’energia que li queda en un gran espetec final. De fet, una supernova pot esdevenir, momentàniament, l’objecte més brillant de la galàxia.

De supernoves n’hi ha de tipus I i de tipus II. Però les més interessants eren les de tipus Ia, ja que podien servir justament per mesurar distàncies. La gràcia és que la velocitat a la que una supernova Ia es va apagant després de l’explosió és proporcional a la lluminositat que va arribar a tenir. Això vol dir que si mesurem quan triga a apagar-se podem saber com de brillant era. I si sabem com de brillant era i ho comparem amb com de brillant la veiem… podem calcular com de lluny està!

Això era particularment útil per mesurar la distància de galàxies llunyanes. D’aquestes galàxies ja sabíem que s’estan allunyant de la nostra. Fa quasi un segle, quan van mesurar el moviment de les galàxies van veure que totes s’allunyaven de nosaltres. Això indicava que l’Univers s’estava expandint i que, ho miris des d’on ho miris, veuràs que tot s’allunya de tu. De fet, això va ser el que va donar origen a la teoria del Big Bang. Si totes s’allunyen, vol dir que abans estaven més properes. I abans encara més. I al principi tot l’univers estava en un únic punt.

Per tant, sabíem que les galàxies s’allunyaven unes de les altres, però també teníem clar que la força de gravetat fa que tinguin tendència a agrupar-se. Durant molt temps es va considerar que el destí final de l’Univers depenia simplement de quanta matèria hi ha dins. La matèria és la que genera l’atracció gravitatòria, de manera que si n’hi hagués molta, la força de gravetat aniria frenant el moviment d’allunyament de les galàxies fins aturar-lo i invertir-lo. L’univers acabaria amb un gran col·lapse.

Però si no hi hagués prou matèria com per frenar l’expansió, les galàxies s’anirien allunyant cada vegada més lentament, però sense arribar a aturar-se mai del tot. L’univers acabaria escampat en un estat d’energia mínima quan s’apaguessin totes les estrelles.

La sorpresa va saltar l’any 1998 quan es va mesurar la distància de diferents galàxies fent servir el sistema de les supernoves Ia. Simplement les dades no tenien sentit ja que aparentment l’expansió no només no s’estava frenant, sinó que les galàxies s’allunyaven cada vegada més de pressa!

Igual que ha passat fa poc amb els neutrins superlumínics, el primer que van fer va ser calcular totes les possibles fonts d’error a les mesures. Però el cas és que dos equips diferents, amb mesures diferents van arribar a la mateixa conclusió. L’expansió de l’univers no es frena per la gravetat. Alguna cosa l’empeny cada vegada més fort.

Això va trencar amb tot el que imaginàvem i va fer evident que, a més de la gravetat, hi ha una altra força actuant a l’univers. Una energia que desconeixem, que ignorem d’on surt i que no hem pogut mesurar excepte pels seus efectes. Amb tant poques dades és normal que es bategés com ”energia fosca”.

Ara ja hem vist que la major part de l’Univers és fet de matèria fosca i d’energia fosca. La matèria normal (com les estrelles, els planetes i nosaltres mateixos) és una fracció molt petita del que hi ha a l’Univers. Les idees que teníem sobre el destí de l’Univers eren errònies i ara ens enfrontem a un Cosmos encara més complex, misteriós i fascinant del que pensàvem. No és estrany que això hagi merescut un premi Nobel!