Alguien podría preguntarse: ¿qué caminos llevaron al descubrimiento de la radiactividad?, y la respuesta más certera estaría en que hubo varias coincidencias importantes, todas asociadas al avance en el conocimiento que los químicos iban adquiriendo de la estructura y la naturaleza de los átomos. Pero las cosas no son sencillas y evidentes de modo fácil e inmediato: el estudio atómico desvelaba continuos secretos inesperados y generaba polémicas y controversias entre los científicos. La interpretación de los hechos nuevos no siempre es evidente.
Así, el desacuerdo y la discusión entre geólogos y físicos bien se podría tomar como un hito inaugural e importante asociado al profundo interés que el estudio de la radiactividad despertó, aunque no fue el único.
El ambiente científico de la época
Los físicos basaban sus opiniones en la observación de que las temperaturas de los cuerpos que están en contacto tienden a igualarse y, como resultado, todos de modo uniforme alcanzan equilibrio térmico, que es lo que significa adquirir la misma temperatura de todos los materiales en contacto; o lo que es lo mismo, alcanzando un valor único en todos los objetos (obsérvese que el flujo de calor se produce siempre desde los cuerpos calientes a los fríos).
El conocimiento de este fenómeno se consolidó mediante el análisis de Carnot de la máquina de vapor, y se comprobó que es común y habitual en toda la naturaleza. Esta igualación térmica impide que la diferencia energética que presenta cada cuerpo se transforme en trabajo mecánico. Y, en ese sentido, se suele usar la expresión «la energía se ha disipado». ¿Cómo se podría entender esto en el universo en su conjunto? Pues del modo siguiente: la cantidad total de energía de un sistema cerrado —como el universo— es siempre la misma, pero tiende a transformarse en formas poco utilizables.
Entre 1860 y 1870, Thomson, siguiendo el hilo de los estudios en curso, concluyó que la Tierra necesitó entre 100 y 200 millones de años para llegar al estado en que la conocemos (suponiendo que inicialmente tuviera una temperatura de entre 4000 ºC y 6000 ºC, ya que se creía que en una etapa anterior todas las rocas estarían fundidas). Esta hipótesis se completaba con la idea de que el Sol había iluminado nuestro planeta solo alrededor de unos cuantos cientos de millones de años.
Pero los geólogos iban por otro camino. La tendencia mayoritaria entre estos especialistas en el estudio del planeta era que la Tierra sigue una historia cíclica, sin cambios a largo plazo, y que la erosión es continua. Tenemos así las dos visiones contrapuestas, ya que los físicos, encabezados por Thomson, sostenían que esta uniformidad es contraria a las leyes de la física, que rigen el comportamiento tanto del planeta como del resto del universo.
Estas dos tendencias, que no podían ignorarse, se retaban entre sí. La ventaja era, sin embargo —como en los torneos deportivos—, para el equipo de más prestigio y credibilidad, y en este asunto los físicos llevaban todas las de ganar. Así, los geólogos fueron, en consecuencia, los que se vieron obligados a revisar el sentido de sus conclusiones, atendiendo a las razones y evidencias científicas que ponían sobre la mesa los físicos.
El descubrimiento de la radiactividad
En 1896, Henri Becquerel descubrió la radiactividad, y este hallazgo desencadenó una serie de estudios y de bastantes nuevos logros, además de servir para comprobar la existencia de hechos sorprendentes hasta ese momento desconocidos. Por ejemplo, se encontró que los átomos de los elementos más pesados, como el uranio, el torio y el radio, se desintegran espontáneamente emitiendo dos tipos de partículas: a) una partícula cargada positivamente —carga igual a la de dos electrones, pero de signo contrario—, la llamada partícula alfa rápida, cuya estructura parecía similar a un núcleo de helio, y b) un rayo beta rápido, partícula de igual masa en reposo a un electrón común y con su misma carga negativa. Además, comprobó que en algunos elementos la emisión de cualquiera de estas partículas está acompañada de la emisión de un rayo gamma (una radiación electromagnética de longitud de onda corta; esto es, muy penetrante).
Posteriormente, entre 1902 y 1903, Rutherford —que fue quien inicialmente distinguió la diferencia entre rayos alfa y rayos beta— descubrió junto con otro físico, llamado Soddy, que cada uno de los elementos radiactivos tiene su propio ritmo de emisión de radiación (alfa o beta).
El descubrimiento de la radiactividad en 1896, por Becquerel, ayudó a descubrir y comprender hechos sorprendentes
Maria Salomea Sklodowska
Maria nació en Varsovia en 1867, en el seno de una familia numerosa e instruida —sus padres fueron profesores—; entre sus cuatro hermanos mayores —ella fue la quinta y última—, mantuvo con la tercera una relación muy especial y favorecedora para sus intereses científicos. Maria proporcionó a su hermana mayor soporte económico para estudiar medicina junto con su marido en París, y esto permitió unos años más tarde que se trasladara a vivir con su hermana a la capital francesa para efectuar sus estudios científicos. Su infancia y primera juventud en Polonia, en la que hubo también pasajes de vida campestre, transcurrió sin muchos problemas. Fue una joven estudiosa, espabilada y alegre, que poco a poco iba teniendo propósitos claros. Una vez que se trasladó e instaló en París, con el soporte fraterno, simultaneó su trabajo como institutriz con la consolidación de su idea de dedicación a la ciencia, comenzando su formación exhaustiva. En poco tiempo, logró independizarse y salir del domicilio de su hermana y su cuñado.
Muchos grandes nombres científicos de la época contribuyeron a la formación de este icono del conocimiento y el estudio. Por ejemplo, Paul Apell fue profesor de matemáticas de Marie en la Sorbona y Gabriel Lippmann también le dio clase, entre otros importantes maestros de física; también tuvo como profesor a Paul Painlevé, otro gran nombre de la ciencia. En 1893 obtuvo su diploma en Ciencias Físicas y posteriormente en Matemáticas.
De estos años se guardan sus cuadernos manuscritos, que contienen series de problemas resueltos y otros trabajos que los importantes profesores de la Sorbona supervisaron, materiales que han pasado a la historia y que son preludios del talento y los importantes logros que Marie alcanzaría a lo largo de su vida. Entre 1896 y 1897, escribió un cuaderno de notas sobre experiencias con los imanes que sirvió de preparación del trabajo titulado Recherches sur les propriétés magnétiques des aciers trempés, que posteriormente apareció en uno de los boletines más prestigiosos de la industria francesa. En este trabajo no trató el tema de la radiactividad, pero en cierto modo es el puente de enlace entre ella y el profesor que posteriormente sería su compañero de vida y padre de sus hijas.
Pierre Curie
Pierre nació en París en 1859, en el seno de una familia cultivada. Su padre era médico. Estudió física y desarrolló su trabajó principalmente en las propiedades físicas de cristales; asimismo era buen conocedor de la cristalografía geológica, disciplina en la que se ocupaba en general sobre el estudio de cuestiones de simetría en las que estaba interesado, lo que le llevó a descubrir la piezoelectricidad. Este fenómeno se produce al someter ciertos cristales a presiones elevadas o tensiones mecánicas, lo que da como resultado que se origine una diferencia de potencial y su superficie exterior se cargue eléctricamente. Estos trabajos de laboratorio asociados a sus estudios le llevaron a publicar resultados importantes en este campo; en concreto, sobre la adquisición de propiedades eléctricas en los cristales, que tienen gran interés por sus implicaciones. En ese sentido, durante esos años desarrolló una actividad muy intensa y mantuvo intercambios con la mayor parte de los científicos relevantes del círculo parisino.
El resultado fue que, en este ambiente científico, Pierre Curie elaboró numerosos trabajos de gran valor, que constituyeron una referencia cristalográfica importante; por ejemplo, un material muy utilizado es el cuarzo piezoeléctrico, que tiene importancia por la gran cantidad de aplicaciones industriales en las que puede desempeñar un papel valioso.
Cristalografía y radiactividad
Pierre Curie fue adentrándose en la simetría que se produce en ciertos fenómenos físicos, por ejemplo aquellos aspectos físicos que mejor conocía: campos eléctricos y campos magnéticos. Estas ideas y logros los plasmó en trabajos como el estudio de la posibilidad de existencia de conductibilidad magnética y de magnetismo libre. En ese tiempo encontró una ley fundamental que conocemos como «la ley de Curie». Así, su prestigio profesional fue creciendo y consiguió con gran éxito el título de doctor.
El encuentro crucial
En los años en que Marie trabajó en las propiedades de los imanes fue necesitando ampliar y mejorar sus experiencias; en realidad, el laboratorio en el que trabajaba no resultaba idóneo para sus experimentos, y un compatriota suyo —el profesor Kowalsky, que trabajaba en la Universidad de Friburgo— la puso en contacto con el profesor Pierre Curie, que desarrollaba su actividad en la Escuela Municipal de Física y Química Industrial en París. Como experto en cristalografía, el profesor Curie hizo importantes aportaciones en conceptos relacionados: encontró simetría entre fenómenos físicos eléctricos y magnéticos, asimismo halló simetría entre los campos eléctricos y magnéticos, y publicó trabajos sobre la existencia de la conductividad magnética y del magnetismo libre. Este paso de la cristalografía a la «Teoría de campos», que se estaba consolidando con éxito, fue el lazo de unión entre los intereses científicos de ambos, y les acercó en lo intelectual y en lo personal. En cuanto al lado emotivo, Pierre recogió estas impresiones de Marie tras su encuentro: «Había entre su concepción de las cosas y la mía, a pesar de la diferencia de nuestros países de origen, un parentesco sorprendente, atribuible, sin duda, en parte, a una cierta analogía en la atmósfera moral en medio de la cual cada uno de nosotros se ha criado».
Por circunstancias, Marie viajó a su tierra natal y ambos mantuvieron una correspondencia viva e interesante en la que se muestra su afinidad y su simpatía mutua, intercambiando tanto palabras amables, afectuosas y siempre comedidas, que iban afianzado su relación personal, como intereses, estudios y avances científicos. Si ella tenía gran interés en viajar de regreso a París por cuestiones relacionadas con sus trabajos científicos, también lo tenía por su creciente amistad con Pierre y esa corriente de simpatía afectuosa —compartida por ambos— que fue aumentando en paralelo a la curiosidad e interés científicos. Una atracción mutua que contribuyó también sin duda a que Pierre facilitara mucho el camino a Marie en su regreso a París.
Una colaboración total que potenció a ambos
En julio de 1895 se casaron. Ella trabajó como agregada en enseñanza secundaria en 1896, y decidió preparar una tesis doctoral sobre el tema que estaba de moda gracias a Becquerel, los rayos X, descubiertos por Röntgen. Un problema que había interesado también a Poincaré —el gran referente científico de la época— era el asunto de los cuerpos fluorescentes y, en concreto, la propiedad que tenían estas sustancias de emitir rayos similares a los analizados por Becquerel. Este había estudiado sales de uranio (metal raro) y se había dado cuenta de que las sales, guardadas en un ambiente oscuro, emiten espontánea y constantemente radiaciones y de que el gas sometido a estos rayos descarga los cuerpos electrizados.
Estas singularidades resultaban enigmáticas y Marie Curie intentó resolver estos problemas, comprenderlos y desentrañar el misterio que conllevaban. A este fenómeno en general le dio el nombre de radiactividad. En sus largas investigaciones y minuciosos análisis, desarrollados durante 10 años, hay que destacar el importante papel desempeñado por los trabajos previos de Pierre Curie. Pierre comenzó a colaborar con su mujer a tiempo total, lo que potenció un enfoque amplio y algo distinto a la dirección inicial de sus propios intereses de investigación; en ese sentido, comenzó a ser el mejor colaborador de Marie, imbricándose perfectamente las investigaciones de ambos, sus hallazgos y sus notas de trabajo.
Entre los avatares en la vida del matrimonio hubo viajes por separado, sobre todo al país natal de Marie, Polonia, de los que quedan testimonios de cartas cariñosas y recuerdos enternecedores entre ellos, y el nacimiento de dos hijas, Irène y Ève. Pero la colaboración profesional entre ambos no dejo de crecer. Simultáneamente a su vida de pareja, la compenetración y complicidad fue incrementándose en su trabajo. Entre 1897 y 1899, el matrimonio completó cuatro cuadernos de laboratorio, que escritos a cuatro manos culminan con el descubrimiento del radio.
Una Memoria en la que aparecen los trabajos de Marie desvela que en su tesis doctoral estudiaba específicamente los llamados «rayos de Becquerel», radiaciones de naturaleza desconocida, emitidas espontáneamente por algunos metales como el uranio y el torio (este fenómeno ya empezó a llamarse «radiactividad»). Estos experimentos les llevaron al descubrimiento de la existencia de dos nuevos elementos: el polonio y el radio. Ambos «radiactivos» y mucho más poderosos que el uranio y el torio. En las notas se observa que trabajaron con minerales como la pecblenda; fueron separando los elementos que la constituían y encontraron dos sustancias nuevas, la primera de las cuales se llamó polonio, en honor al país de origen de Marie. La segunda fue el radio, descubierto en 1898. En ese tiempo comenzaron los éxitos públicos, premios y correspondencia mucho más intensa con los colegas más destacados, y se disparó su carrera científica.
Los Curie, el radio y la geología
Los Curie alcanzaron protagonismo en el ambiente estudioso más dinámico de su tiempo. El mundo científico se hallaba entretenido en la naturaleza de la radiactividad y la importancia en la dirección que debía tomar esa disciplina. Las discusiones y pruebas en uno y otro sentido eran constantes. Sin embargo, la situación adquirió otro aspecto, que sorprendió a todos, al salir a la luz los nuevos descubrimientos —y también los planteamientos algo diferentes— de los Curie a partir de sus investigaciones con muestras rocosas y el hallazgo de fenómenos de radiactividad en rocas. Un descubrimiento científico que trajo como consecuencia más inmediata la confirmación de lo que venían sosteniendo los físicos: que hay que tener en cuenta el calor generado en el interior terrestre para hacer un estudio serio y completo sobre la velocidad de enfriamiento de la corteza planetaria. Algo que, como ya hemos mencionado, era el punto de partida de la controversia de moda entre científicos de distintas ramas.
Este calor generado por radiactividad podría ser suficiente para compensar casi en su totalidad el enfriamiento que se produce por conducción. De este modo quedaba probado que existen fuentes de calor en el interior de nuestro planeta.
Para analizar minuciosamente el proceso de desintegración radiactiva, el matrimonio comenzó a realizar estudios de las proporciones de plomo, radio y uranio en las rocas, que resultaron útiles para el conocimiento de la edad de estas (se entiende por edad de una roca el tiempo de solidificación).
La radiactividad utilizada para datar fechas de rocas, y en definitiva para conocer la evolución de la estructura planetaria, se vislumbraba como una herramienta muy útil, y proporcionaba mucha información. Por ejemplo, mediante la radiactividad se calculó que la corteza terrestre sólida podía tener una edad de 3000 millones de años, lo que desbarataba las ideas previas de Thomson a quien —dicho sea de paso— le parecían demasiado tiempo los 300 millones que había propuesto Darwin. Así, con la introducción de la radiactividad en el estudio del desarrollo de la Tierra y en su enfriamiento, se comprobó que los fenómenos radiactivos no son un proceso típico de la física clásica de Newton.
Con la obra del matrimonio Curie empezó, hace 120 años, lo que ahora llamamos física atómica y nuclear, y con las aplicaciones de esta, una de las más trascendentales transformaciones, no solo científicas, sino también políticas y económicas, que el mundo ha experimentado en el siglo XX.
