Probablemente habrás visto un diagrama didáctico de un átomo que tiene un núcleo, donde hay partículas positivas y neutras, llamadas protones y neutrones, orbitando (así como el Sol orbita la Tierra y otros planetas del sistema solar) por partículas negativas que llamamos electrones. Sin embargo, es solo una representación, que no es completamente capaz de describir cómo es realmente el átomo.
Representación didáctica de un átomoFuente: Shutterstock
El gran problema aquí es que es imposible para el ojo humano «ver» un átomo. Nuestro ojo solo puede “ver” una cosa: fotones. Los fotones son las partículas subatómicas presentes en la luz y nuestro ojo es capaz de captar fotones que vibran en un rango de frecuencia específico. Después de capturar estas partículas, nuestro cerebro interpreta estas vibraciones como colores y formas presentes en las imágenes que vemos. En otras palabras, cada imagen que vemos es el resultado de la interpretación de nuestro cerebro del impacto de los fotones en nuestra retina.
Por lo tanto, si nuestro ojo solo es capaz de percibir una sola partícula, en realidad «ver» un átomo, compuesto de partículas que no sean fotones, ¡es física y biológicamente imposible! Está claro que cuando miramos cualquier otro objeto, como una mesa, una pared u otra persona (no formada por fotones), por ejemplo, lo que realmente vemos son los fotones que se han reflejado en la superficie de estos objetos y llegó a nuestros ojos. Los átomos, por otro lado, que son demasiado pequeños no pueden reflejar la luz visible incluso usando el mejor microscopio imaginable y, por lo tanto, no se pueden ver.
La pregunta que queda es esta: si no podemos, de hecho, ver un átomo, ¿cómo podemos saber que nuestras representaciones son mínimamente correctas? Primero, podemos entender que nuestros sentidos, como la vista, son extremadamente limitados y, a menudo, nos engañan cuando se trata de comprender la mayoría de los fenómenos naturales. Y, sin embargo, hay muchas otras características que definen a los átomos y sus partículas, como la masa y la carga eléctrica, por ejemplo, para las que nuestros ojos ya no estarían bien preparados.
Además, los átomos pueden ser demasiado pequeños para reflejar los fotones necesarios para nuestra visión, pero no son demasiado pequeños para reflejar los electrones. Es decir, si nos enfocamos en átomos y moléculas, en lugar de un haz de luz, un haz de electrones, y de alguna manera logramos capturar los electrones reflejados, podemos hacernos una buena idea del tamaño y forma de los átomos. .
Así funcionan los microscopios electrónicos, que hasta ahora han sido una de las mejores formas que tenemos para “ver” las estructuras atómicas. Este tipo de microscopio produce imágenes al capturar electrones reflejados. Conociendo la dirección en la que golpean los electrones y hacia dónde fueron después de interactuar con los átomos, podemos tener una buena idea de la forma y disposición de los átomos y moléculas.
Imagen de átomos y moléculas hecha con un microscopio electrónico.Fuente: Universidad de Cornell
Por supuesto, el cuestionamiento siempre puede continuar y extenderse a los electrones ya las propias estructuras subatómicas. Cómo podemos crear una imagen que logre captar algo tan pequeño y en constante movimiento. Nuevamente, los electrones son partículas bien establecidas en física. Es posible medir su masa y carga eléctrica con buena precisión. Sin embargo, para tener una imagen es necesario definir su posición y su velocidad, lo cual es contrario al principio de incertidumbre de Heisenberg.
Este principio establece que no es posible medir, con gran precisión, la posición y la velocidad de las partículas al mismo tiempo. Esto no significa que las mediciones de laboratorio no sean precisas. La idea aquí es que cuanto más intentemos centrar las mediciones en la posición de un electrón, menos sabremos sobre su velocidad y viceversa. Es como si el universo no quisiera dejarnos “ver” sus partículas más fundamentales. A pesar de esto, los humanos somos insistentes, capaces de analizar características y controlar partículas que incluso son imposibles de ver. Es interesante ver que hay belleza en eso.