Proteinas en la computadora

DIALOGO CON ADRIAN TURJANSKI, DOCTOR EN QUIMICA

Imagen: Pablo Piovano

La bioinformática se encarga de simular estructuras moleculares por computadora y, por ejemplo, testear futuros medicamentos o buscar la estructura y funcionamiento de proteínas complejas.

–Usted es químico. 

–Sí, y trabajo en el departamento de química inorgánica de la FCEN. Yo empecé mi trabajo como estudiante simulando moléculas con computadoras. En un principio, cuando poca gente hacía simulación, trabajaba con moléculas chiquitas; después me fui moviendo hacia sistemas biológicos (proteínas, moléculas más grandes) y, después del doctorado y el posdoctorado, estoy trabajando con lo que se conoce como bioinformática.

–Que es...
–No tiene una definición única, pero hoy en día se aplica a todas las técnicas que involucran el uso de computadoras para analizar cuestiones de interés biológico, sobre todo basadas en la parte molecular, en la evolución...
–¿Y cuál es la pregunta que está analizando ahora?
–Lo que a nosotros nos interesa es entender cómo funcionan las proteínas. Para eso, usamos las herramientas de la computadora. Así como uno puede hacer un experimento y tratar de entender qué cosas cambian, nosotros a través de la computadora podemos entender la estructura, los cambios en secuencia, la evolución, cómo cambia por mutaciones, cómo interactúa con drogas...
–Bueno, ¿y cómo funcionan las proteínas?
–Eso es algo extremadamente complejo. En un primer momento, la gente que se acercó a estudiar las proteínas empezó a hacerlo como si fueran cajas cerradas: son cosas que producen una actividad, catalizan una acción... Después, con la aparición de la cristalografía, se empezó a entender que las proteínas tenían estructura y que muchas de esas proteínas, para hacer su función requerían plegarse en estructuras muy complejas, tridimensionales. Son esas que empezaron a aparecer en determinado momento y que merecieron algún que otro Premio Nobel. Así como la estructura del ADN significó una revolución, la de las proteínas también. Lo que es interesante es que cuando alguien cristaliza una proteína la sube a una base de datos con sus coordenadas tridimensionales. También se cristalizan las proteínas con drogas; o se cristalizan en diferentes estados. A nosotros nos interesan, en particular, las proteínas involucradas en la señalización celular.
–Cuente qué es la señalización celular.
–La señalización celular se da cuando un receptor en una membrana recibe una señal externa. Ese receptor, por ejemplo, se fosforila, se le pega un fosfato y se produce un cambio químico. Ese receptor, se activa cuando recibe señales de afuera; y se torna capaz de activar otras proteínas.
–A ver...
–Se pega la señal que viene de otra célula y eso hace que la proteína, por ejemplo, cambie su estructura y ahora se une a otra a la que antes no podía unirse. Y así se arma una cascada de señales que terminan haciendo que la célula prolifere. Toda esa cascada es importantísima para entender muchas enfermedades, la más importante de las cuales es el cáncer. El asunto es que uno se empieza a dar cuenta de que las proteínas no tienen una única estructura, sino que tienen varias. Son plásticas, pueden cambiar su conformación. Nosotros con la computadora lo que podemos hacer es ver, de aquellas que no están resueltas o no se tiene toda la información, usar la información existente para predecir la estructura, para entender cómo es plásticamente; podemos hacer una simulación en la computadora de una proteína que no estaba fosforilada fosforilándola y ver cómo funciona; podemos al mismo tiempo diseñar drogas: si entendemos cómo interactúan, podemos tomar drogas de una base de datos y entender cuáles serían capaces de interactuar como nosotros queremos que interactúen (por ejemplo, frenando la cascada de señales y, así, frenando la proliferación celular). Eso que se puede hacer en el laboratorio, nosotros lo podemos hacer en la computadora, aunque después necesita, obviamente, una validación experimental, pero reduce los tiempos...
–¿Cuál es la relación entre el modelo computacional y la realidad? ¿Por qué algo que ocurre en el modelo se espera que ocurra en la realidad?
–Bueno, eso no es difícil. Un físico, con las leyes de Newton, puede predecir perfectamente la trayectoria de una pelota de fútbol. Si uno usa la mecánica cuántica, puede entender cómo funcionan las moléculas.
–¿Y cómo se usa?
–Uno puede aplicar esos conocimientos que provee la simulación computacional para, por ejemplo, diseñar alguna droga específica. Hoy en día, de hecho, es muy normal que las drogas pasen por una simulación computacional en la cual se testea y se analiza. Lo que se ve es que hay una buena analogía entre el modelo y la realidad. Por ejemplo: hay un grupo que está diseñando un inhibidor para una quinasa, que es...
–No importa. Cuénteme.
–Se trata de una droga inhibidora conocida, pero quería adaptarse a una quinasa en particular. Ahí entramos nosotros, hacemos un modelo computacional y determinamos que, por ejemplo, si se pone un átomo en determinado lugar va a tener peor afinidad, pero que si lo pone en otro lado va a mejorar. Esto pasó en serio: al principio, el director del grupo ese no me creyó; cuando la droga que había diseñado no le funcionaba, probó con lo que le aconsejábamos. Y funcionó. No quiere decir que no pueda lograrse el mismo resultado por vía experimental, pero modelar por computadora es indiscutiblemente mucho más económico.
–Eso es la bioinformática...
–Una parte, aquella en la que yo me especializo, que es la bioinformática estructural. Pero también trabajamos en áreas más conocidas, como en la decodificación del genoma humano: poder, a partir de un montón de letras que salen de un secuenciador, construir el mapa del genoma. Todo eso, que a mí me permite hoy en día tener en una semana un montón de información sobre la proteína, o el gen, o lo que esté estudiando, es la bioinformática más clásica, que consiste en analizar y comparar letras.
–Letras...
–Claro. El ADN está compuesto por cuatro letras (nucleótidos): un gen es un conjunto de un largo determinado de esas cuatro letras en algún orden característico. Esa secuencia nos da muchísima información, y es a partir de ella que se forman las proteínas. Eso, para los informáticos, fue muy fácil, porque por un rato se olvidaron de la complejidad de la biología, pensaron en la secuencia y el razonamiento que hicieron fue el siguiente: yo tengo la misma secuencia en dos lugares, se espera que hagan lo mismo. Lo primero que hago, entonces, es comparar secuencia contra secuencia. Pero, ¿cómo la comparo? Entonces desarrollaron algoritmos que en la computadora pueden decir qué tan similares son. Si dos cadenas son muy similares, entonces sería esperable que pueda transferir función. Si puedo transferir función, quiere decir que puedo secuenciar con herramientas bioinformáticas, ensamblar y armar un genoma; de ese genoma se calculan cuáles son los genes que se van a expresar; ahora agarro esos genes y los comparo con lo que se conoce de bases de datos, y si es parecido transfiero función.
–¿Qué quiere decir que transfiere función?
–Yo tengo una secuencia de letras que no sé qué hace, pero hay otra secuencia de letras idéntica o muy parecida que alguien ya analizó en otro organismo. Entonces digo que si uno es capaz de una cosa, el otro también lo es. Y no hago ningún experimento para comprobarlo. Eso tiene un error asociado obviamente, pero es tal la magnitud de secuencias que se producen que no alcanzan los investigadores del mundo para ponerse a investigar experimentalmente qué hace cada una de las secuencias. Entonces, al no quedar otra, lo que se hace es transferir la función a partir de comparar qué tan similares son...
–Hay un problema, que es que la pantalla no es la realidad. Yo puedo simular la trayectoria de una piedra, pero hay un nivel de complejidad que me parece que la pantalla no alcanza.
–En general lo que uno predice con la computadora no alcanza. Después uno tiene que ir y validar. Lo que pasa es que a veces después de haber validado muchas veces, uno adquiere cierta confianza en lo que da la computadora. Pero eso puede ser peligroso.
–A mí me interesa el problema epistemológico del asunto. Un objeto físico o biológico tiene muchísimos más parámetros de los que se pueden introducir en una computadora.
–Sí, estoy de acuerdo. Lo que es difícil, me parece, es decidir dónde hacer las aproximaciones para que lo que yo voy a medir sea relevante.

El universo posmoderno

Imagínate en un bote en un río con árboles de mandarina
y cielos de mermelada. Alguien te llama y respondes despacio
una chica de ojos caleidoscópicos. Flores de celofán,
verdes y amarillas se yerguen sobre tu cabeza.
Lucy en el cielo con diamantes.

Los Beatles, "Lucy in the sky with diamonds"

Un conjunto de materia y energía que se expande en un espacio que se expande... eso es el universo de hoy, cuyo origen ya casi apresamos y cuyo final todavía no podemos adivinar. Un universo en evolución, en permanente cambio, que alguna vez fue más pequeño que un protón, y donde la materia se desarrolló formando partículas, núcleos y más tarde átomos, algutinándose en estrellas, galaxias y grandes cúmulos galácticos. Un universo donde las estrellas nacen y se extinguen en medio de grandes explosiones que a veces brillan con la potencia de mil millones de soles y que desparraman por el espacio los materiales que servirán para edificar nuevas generaciones estelares y donde, a diez mil millones de años luz de distancia, pequeños objetos llamados quásares brillan con la potencia de una galaxia entera. Un cosmos donde todo se aleja de todo y seguirá alejándose, si es que la densidad de materia no es suficiente como para detener, mediante su acción gravitatoria, la expansión. Y si nuevos descubrimientos de materia o energía ocultos hasta ahora a los instrumentos elevan la densidad del universo lo suficiente, éste, probablemente, colapsará sobre sí mismo, volviendo a los pasos de su juventud y precipitándose de nuevo hacia un tamaño infinitesimal. Inquieto, intranquilo, violento e inseguro, el universo de fines del siglo veinte tiene un rasgo que lo diferencia en forma radical de los universos que lo precedieron, a veces sólo algunas décadas.

Es que, ahora, el tejido mismo del espacio y el tiempo sufren desgarraduras de difícil curación. En su momento, imponer al espacio jerarquizado y aburrido del cosmos aristotélico la transparencia euclideana fue uno de los más preciados triunfos de la razón pura. Torcer ese espacio --como lo hizo Einstein--, obligándolo a cerrarse sobre sí mismo y a obedecer a la presencia de la materia, calmó en cierta medida la ansiedad del infinito newtoniano y permitió que tuviera vigencia por un corto lapso la idea de un universo hogareño. Aceptar que ese espaciotiempo se expandía, desafiaba la intuición pero salvaba la geometría. Calcular que alguna vez todas las galaxias estuvieron comprimidas en el volumen de un protón --y que eventualmente podrían volver a estarlo-- introduce un terror más puro y legítimo que el terror cósmico y un vértigo más agudo que el que producen los miles de millones de años luz: ese minúsculo concentrado de materia inicial es apenas un temblor, una agitación en el borde de la nada, que adquiere consistencia --o por lo menos presencia física--. Porque no sólo el universo, también el espacio y el tiempo, esas intuiciones soberanas que de alguna manera definen nuestro lugar fuera de la nada, nacen en el alucinante momento del Big Bang. Pero ni siquiera aparecen como ese espacio terso y continuo en el que hasta entonces creímos vivir. Hay barreras espacio-temporales, como las que marcan el borde de los agujeros negros, regiones donde la gravitación es tan intensa que ni la luz --y por lo tanto ninguna otra cosa-- puede escapar de ellas.

Y en el interior de los agujeros negros podría haber singularidades espaciotemporales, puntos donde termina la física, por lo menos tal como la conocemos hasta ahora. Lo que atraviesa el denominado horizonte de sucesos de un agujero negro no regresa jamás, lo que alcanza una singularidad deja de ser. Las singularidades --si es que existen-- son grietas del espaciotiempo; no tiene sentido preguntar adónde llevan, ya que el espacio mismo termina donde ellas están.

Inquieto, intranquilo, violento e inseguro, el universo de fines del siglo veinte tiene un rasgo que lo diferencia en forma radical de los universos que lo precedieron, a veces sólo algunas décadas. Es que, ahora, el tejido mismo del espacio y el tiempo sufren desgarraduras de difícil curación.

Pero las singularidades no son los únicos objetos de inquietante presencia y reciente aparición teórica en los modelos cosmológicos, que hacen palidecer a las estrellas de neutrones, los quásares y hasta a los mismos agujeros negros. Ultimamente se ha especulado con la existencia de cordones cósmicos, delgadísimos tubos de vacío altamente energético que forman rulos o se extienden hasta el infinito, que son fuente de ondas gravitacionales y que jugaron --parece-- un importante papel en las irregularidades que, en el tempranísimo y caliente universo, permitieron la posterior formación de galaxias. Se ha especulado con universos de once dimensiones que colapsaron para dejar incólumes a las tres que hoy nos sostienen. Se ha considerado la posibilidad de que hayan existido universos sin fin, unos dentro de otros, o con ciclos entre un Big Bang y el siguiente, que no registrarían traza alguna de la etapa anterior. Cada paso adelante de la cosmología parece un nuevo desafío a la intuición, un nuevo territorio ganado a lo impensable. En el largo camino, y en la multitud de universos recorridos desde los tiempos precientíficos, hubo que acostumbrarse a que el hombre no era un objetivo, sino apenas un accidente, pero ahora hay que ceder a la vivencia de que el universo mismo, que para nosotros constituye el todo, es apenas una alteración, una pequeña ondulación de la nada.

La teoría de los cuatro elementos (haiku)

Primero vino el fuego, el árbol que ardía,
la floresta incendiada que aquellos hombres monos
mirarían pasmados. Luego la quemadura y el grito: de esa conjunción momentánea nació todo relato. Apenas el fuego y la piel se separaron, el grito se convirtió en historia.
Y en tanto, el fuego ardía, reseco como la vejez o la justicia.

No nos olvidemos de los algarrobos

DIALOGO CON ALICIA BURGHARDT, DOCTORA EN BIOLOGIA

Gran parte de nuestro país tiene zonas áridas o semiáridas donde crece el algarrobo, que tiene una larga tradición entre los pueblos originarios, y que ha sido objeto de una marcada deforestación.

–Usted dirige el grupo de plantas vasculares.

–Así es.
–¿Qué son? –Son aquellas plantas que tienen un sistema de conducción de los líquidos, ya sea del agua o de las sales que absorben del suelo o de las sustancias elaboradas que producen en tallos y hojas, que les permitió en el curso de la evolución adquirir tamaños grandes. Si no fuera por esa conducción, solamente podría recibir el agua del suelo y sin un buen sistema de “cañerías” sería imposible que tomara altura.
–¿Cuáles son las plantas no vasculares? –En la clasificación actual, las briófitas, que incluyen entre las más conocidas a los musgos, y hay otras plantas que se llaman hepáticas, parecidas a los musgos.
–¿Y las algas? –Las algas verdes están incluidas dentro de las plantas no vasculares. Digamos que el sistema de clasificación es dinámico, que actualmente está vivo. No es una cosa que es así o no es así. Como es nuestro sistema de referencia, está hecho un poco por nuestras mentes. Que nosotros intentemos que refleje una cosa u otra de acuerdo con las filosofías clasificatorias imperantes, es otra cosa.
–¿Las clasificaciones están en nuestras mentes o están en la realidad? –Bueno, hay toda una rama filosófica que estudia esto.
–¿Pero usted qué piensa? –Yo pienso que existen relaciones entre individuos, que hay relaciones más estrechas entre algunos que entre otros, y que las clasificaciones son sistemas de referencia que nosotros imponemos y que algo de real tienen que tener, porque a pesar de que uno vaya cambiando la filosofía, hay determinadas cosas que no cambian, determinados grupos que siguen siendo grupos. Se me hace a mí, entonces, que si yo cambio lo que yo estudio, o cambio el algoritmo matemático que uso, de todas las maneras tengo determinadas categorías que se mantienen, sospecho.
–Y es lógico que sospeche que hay algo en la realidad que impone ese sistema clasificatorio. Hay por lo menos un taxón del que no podemos dudar, que es el de la especie. –Pero también la especie tiene muchas definiciones distintas. Por ejemplo, la especie biológica, que habitualmente es la más nombrada y que a los zoólogos les cae como anillo al dedo, a los botánicos no nos viene tan bien. La definición que dice que los individuos pertenecen a una misma especie cuando pueden tener hijos entre sí, y se diferencian de otras similares por eso, no nos sirve. Porque entre las plantas lo que pasa es que hay entidades que mantienen una cohesión genética, pero que pueden reproducirse con otras especies. Entonces hay multihibridación, cosa que en los animales existe pero es mucho menos frecuente. En las plantas, un 80 por ciento son poliploides, es decir, tienen duplicado el número de cromosomas.
–¿Y entonces? –Eso produce muchas distorsiones y dificulta la aplicación de un concepto de especie determinado. Por ejemplo: el poliploide puede no reproducirse con el diploide que le dio origen. Con lo cual ya se separa como una nueva especie. O puede reproducirse, pero igualmente mantener su cohesión como poliploide. Es bastante complejo el tema en plantas. Hay también plantas que se reproducen sin necesidad de contacto sexual. En algunos casos la reproducción asexual es a través de semillas, por más raro que parezca.
–Ahora, por lo que me dijo, las plantas vasculares son el grueso de las plantas que vemos. –Sí.
–Dentro de ese terreno, ¿qué es lo que estudia? –Un género de plantas leguminosas, los algarrobos. Yo trabajo específicamente con algarrobos; he trabajado también con otras plantas de zonas áridas o semiáridas. Nuestro país tiene una gran extensión de zonas áridas y semiáridas, lamentablemente cada vez más por diversas situaciones climáticas. Los algarrobos como género ocupan en nuestro país desde el norte hasta el paralelo 42, y desde este a oeste todo el país excepto la provincia de Misiones.
–El algarrobo tiene una larga tradición; a partir de él se produce la aloja. Y además está muy presente en las mitologías de los pueblos originarios. –Sí.
–¿Y qué hace usted con los algarrobos? –Actualmente estamos trabajando para el rescate del germoplasma de individuos potencialmente útiles para el hombre, y suponemos que han sido mejorados o por lo menos seleccionados. Nosotros encontramos, en nuestros viajes, que hay ciertas zonas donde hay árboles muy añosos, con frutos extremadamente grandes, y que suponemos que han sido seleccionados por los pobladores originarios justamente para obtener los frutos. Actualmente, el algarrobo se ve diezmado por diversas cosas, una de las cuales es que se pusieron de moda los muebles de esa madera sin una buena política de reforestación. Las leyes proteccionistas existen, pero ya sabemos qué es lo que pasa. Además, mucha gente usa el algarrobo como leña, y de esta manera se van destruyendo árboles que potencialmente pueden servir, por ejemplo, para un emprendimiento agroforestal.
–¿Cuál es el fruto del algarrobo? –Es como una vaina gruesa que tiene una pulpa bastante desarrollada, y es esa pulpa que está más desarrollada en diversos árboles la que se muele y se usa, por ejemplo en el norte de Perú, para hacer una bebida que se llama algarrobina, o café de algarrobo, o harina de algarrobo. La harina de algarrobo tiene muchas propiedades, es altamente energética.
–¿Dónde se consigue? –Bueno, ahora hay varias ONG que están trabajando con pueblos del norte (Formosa y Chaco). Es algo muy común, son zonas en las que algunas comunidades viven del algarrobo. Cambiando un poco de tema, yo recuerdo que cuando estaba en tercer año de la secundaria, mi profesor de física dijo que todo científico termina siendo filósofo. Eso me marcó mucho y me llamó mucho la atención. Como estudiosa de la naturaleza (que es lo que vemos), me planteo qué es la realidad a cada rato.
–A mí me interesa mucho esto. Ahora seguimos con eso. Pero usted me habló en algún momento de germoplasma, o lo leí en algún lado del laboratorio. ¿Qué es eso? –En estas plantas, son las semillas. Cuando uno va a hacer un trabajo de investigación en variabilidad de plantas, o un estudio sistemático con el objetivo de describir los límites precisos de las especies, lo que hace es recorrer las áreas donde se encuentran estas especies, hace un ejemplar de herbario para guardar (porque es la única prueba de que lo que uno está describiendo realmente existe), y cuando queremos guardar semillas tenemos que hacerlo en bancos de germoplasma. No para todas las especies el germoplasma son las semillas, pero sí para los algarrobos.
–Usted lo que hace, entonces, es estudiar la variabilidad de los algarrobos. –Sí. Lo que hacemos es estudiar la variabilidad existente para determinar lo más certeramente posible cuáles pueden ser las especies. Como tenemos el problema de que las especies están determinadas por un efecto cohesivo y no por un aislamiento reproductivo, se hace más complicado.
–¿Qué quiere decir cohesivo? –Que existe un pool genético que se mantiene adentro de un grupo. El pool genético pasa de padres a hijos, pero a su vez puede tener cruzamientos con otro grupo cohesivo igual, sin perder la cohesión propia. Si existen un grupo A y un grupo B y se reproducen entre sí, lo esperable sería que aparezca un grupo C entre ellos dos y listo. Pero eso no pasa.
–¿Y por qué no pasa? –Eso es algo que tiene que seguirse estudiando. Los mecanismos de aislamiento pueden ser precigóticos (o sea, antes que se produzca la unión de las gametas) o poscigóticos.
–O sea que hay grupos que tienen relaciones sexuales con otros grupos pero no producen descendencia. –O la producen, pero sin eliminar los dos grupos originales. Esa es una de las maneras de especiación, que se llama “especiación híbrida”. La especie A y la especie B dan un híbrido C.
–¿Por qué es importante para nosotros esto? –En mi opinión es una de las economías regionales que es necesario mantener; es parte de las tradiciones de nuestros pueblos originarios. Y por otro lado, como en el mundo hay cada vez más zonas áridas y estos árboles son unos de los pocos árboles que pueden prosperar, tenemos que alentar su estudio. Es importante conocerlos, porque si no pueden ocurrir cosas como que se repartan semillas de algarrobo a granel y se creen grandes plagas (cosa que ha ocurrido). El algarrobo, si no se lo conoce, es Dr. Jekyll y Mr. Hyde: hay ciertas especies que conviene usar y otras que no, porque son potencialmente invasivas.

Partículas, ondas y el experimento de la doble ranura

Siguiendo con las complejidades de la mecánica cuántica, aquí va un video muy simpático que ilustra el experimento de la doble ranura del que se habla en la entrevista de este miércoles.

Las complejidades de la mecánica cuántica

DIALOGO CON ROBERTO LAURA, FISICO E INVESTIGADOR

La mecánica de lo microscópico, la mecánica cuántica, sigue siendo un desafío a la intuición basada en la lógica común. Aquí el Jinete hipotético intenta una aproximación al problema de la medición de fenómenos cuánticos, sus dificultades y paradojas

–Usted trabaja en interpretaciones de la mecánica cuántica. Me temo que vamos a tener una discusión que trataré de evitar. Una vez yo le oí decir a Penrose, que por cierto se dedica a la mecánica, que nadie que trabajara en mecánica cuántica se la podía tomar en serio. –Hay que ver qué quiere decir tomársela en serio...
–Yo le voy a decir lo que creo que quería decir. Uno en física trabaja con modelos. En esos modelos, que tienen términos teóricos (por ejemplo, la fuerza, el electrón, los planetas, los átomos), uno tiene cierta idea de lo que quieren decir. En el caso de la mecánica cuántica, uno ni siquiera tiene esa intuición. Se está trabajando con un modelo que no es nada más que modelo. –Sí, es cierto. Pero al mismo tiempo la mecánica cuántica es un modelo tremendamente explicativo y que funciona muy bien. El asunto es que son tantas las aplicaciones tecnológicas en las que se utiliza la mecánica cuántica que, tal vez, se haya pasado un poco por alto una discusión de índole más conceptual. Es algo que funciona perfectamente, pero yo tengo la sensación de que, sobre todo en los cursos que se dan en la física cuántica, el énfasis está puesto en el cálculo y se toma poco en cuenta lo que esos objetos matemáticos son o representan.
–Ahora, un sistema cuántico está representado por “la función de onda”, que es una función puramente matemática... pero resulta que cuando yo mido algo, la función de onda se transforma en una partícula, un objeto físico, se vuelve algo concreto. El electrón está descripto por una función de onda, que es una onda matemática. Pero basta con que yo lo mire, lo observe, para que ¡tac!, se transforme en una partícula. ¿Cómo puede ser? –Bueno, es lo que se llama “colapso de la función de onda” y creo que la idea de colapso viene heredada de una primera aproximación de la mecánica cuántica, que considera que los aparatos de medición son objetos externos a la teoría... A ver: en una teoría clásica, uno está acostumbrado a que los aparatos de medición funcionen con la misma teoría que las cosas que uno está queriendo medir. El reloj de péndulo que sirve para medir el tiempo en un experimento de mecánica funciona con las mismas leyes de la mecánica que las cosas que mide. Las cosas tienen “pegadas” ciertas características, por ejemplo, temperatura, y el aparato de medición sirve para determinar cuál es esa propiedad que tienen “pegada”. El termómetro mide la temperatura que el cuerpo tiene “pegada”, por ejemplo. La medición, en este caso, es algo que no perturba el sistema, que no lo toca, y que revela lo que el sistema ya era en sí mismo. Esto en mecánica cuántica desaparece, no hay manera de recuperarlo.
–¿Y entonces? –Bueno, un sistema es descripto por esa función de onda siempre y cuando no se mida, dicen los que sostienen el colapso. Cuando se mide, la ecuación de la función de onda colapsa. El acto de la medición, entonces, parece estar por fuera de la teoría.
–¿Esa es la interpretación de Copenhague? –Sí.
–¿Cómo podría sintetizarla? –Esencialmente es una interpretación donde la teoría da cuenta de resultados de experimentos y no se mete adentro de los microscopios o de los aparatos en general. Lo que se mide es sólo eso, lo que se mide. Habla de resultados de mediciones, no de lo que las cosas son...
–¿Y entonces? –Es que la mayoría de los procesos de medición pueden modelarse con la función de onda, poniendo un término de interacción entre dos sistemas: uno cuántico, el microscópico, y otro que es el aparato de medición.
–¿Y con eso qué? –Con eso se puede no apelar a la noción de colapso. Un ejemplo que se puede describir bien es el experimento de la doble ranura...
–Contemos qué es. Mando un electrón contra una pantalla que tiene dos ranuras. El electrón, representado por una onda, pasa por las dos. Pero si yo miro, instantáneamente, el electrón, que era una onda, o mejor dicho esa onda matemática, colapsa y se transforma en una partícula que pasa por una sola ranura. –Efectivamente: si uno mira pasa una cosa y si no mira pasa otra. Cuando el sistema no tiene aparato para observar, es un sistema físico; cuando sí lo tiene, es otro. Por eso los resultados son diferentes. El aparato transforma aquello con lo que interactúa.
–A ver si entiendo... Usted elimina el problema de la medición definiendo una nueva manera de medición, la “medición cuántica”... –Claro... hago un solo conjunto entre el del fotón o el electrón y el aparato, y obtengo una forma de tratarlo teóricamente que ahuyenta varios fantasmas, entre ellos el del colapso.
–Bueno, no sé... Pero hay cosas más graves. Cuando uno piensa que un electrón es a la vez onda y partícula no se entiende muy bien qué quiere decir. –Claro. En realidad es una cosa nueva, no es ni onda ni partícula. Es un objeto cuántico. Y para colmo, nos la imaginamos, por la acepción que tiene esta palabra en la vida cotidiana, como una bolita. Pero no es eso. Es un cuanto, un paquete, un ente que a veces se comporta como una onda en una pileta de agua y a veces como la bala de una pistola. Pero no es ni la una ni la otra.
–Dar con un objeto que se comporta de dos maneras tan diferentes es perturbador... –Sin duda que lo es. Sin duda. El otro día leí en un libro que se llama Fundamentos de la mecánica cuántica una distinción entre explicación y entendimiento. Pessoa, el autor, decía que explicar es poner una cosa dentro de una estructura deductiva. Entender es cuando yo, como sujeto, puedo evocar algo que tiene que ver con mi intuición, con mi estructura de pensamiento, con mi manera de entender las cosas.
–Y la mecánica cuántica no evoca esas cosas... –Y... lo que pasa es que todas las imágenes y el lenguaje de los libros son los de la cotidianidad, a la que apelamos para que no nos pise un camión cuando cruzamos la calle. Pero acá hay algo que excede esa lógica. Cuando uno arma la lógica de las propiedades de un sistema clásico, resulta ser la lógica formal, la lógica común. Pero la lógica que subyace en la mecánica cuántica es que las propiedades se representan como... mire, no voy a entrar con todo el rollo de los espacios vectoriales. Pero piense lo siguiente: si yo intersecto un plano con otro plano, tengo una recta.
–Obvio. –Pero en la mecánica cuántica no es así: si yo intersecto dos planos (dos subespacios vectoriales) no da una recta. Entonces puedo hablar de la posición o de la velocidad, pero no puedo intersectarlas, no puedo hablar de ambas al mismo tiempo. El problema es que es una patada al realismo.
–Pero además, la función de onda no indica dónde está una partícula, sino las probabilidades de que esté aquí o allá... eso también es raro..., porque convengamos en que la teoría de probabilidades no es una teoría bien fundamentada... –Mmmm.
–Si yo digo que mañana hay una probabilidad de 20 por ciento de lluvia, no está demasiado claro qué quiere decir. –Bueno, pero sale sin paraguas.
–Nadie entiende bien qué es la probabilidad. –Yo creo que es algo intrínseco, algo que no puede deducirse de otra cosa. Le hablo en términos matemáticos: si yo dijera que la probabilidad es el límite, cuando N tiende a infinito, del número de veces que salió cara dividido el número de veces que tiré la moneda, estaría reduciendo la probabilidad a un límite dentro de un capítulo de la matemática. La probabilidad, en cierto sentido, es un invento...
–Y si es un invento... ¿qué quiere decir que un electrón es un conjunto de probabilidades? –Depende de quién lo diga. Un instrumentalista dirá que es la probabilidad de que, cuando yo mida, el electrón esté ahí. Un realista dirá que es la propiedad de un electrón puntual.
–¿Y usted a cuál adhiere? –Yo quisiera que fuera lo más realista posible. Pero en lo que hago trato de ver hasta dónde puedo llegar con el formalismo común para deducir el mayor número de cosas sin tener que hacer postulados ad hoc ni cosas raras. Pero de las distintas perspectivas en la mecánica cuántica, creo que no hay escapatoria.

La gran explosion

En 1965 dos científicos de los laboratorios Bell detectaron una radiación de tres grados Kelvin (es decir, tres grados sobre el cero absoluto o 270 grados bajo cero) que llegaba uniformemente y con igual intensidad desde todas las direcciones del cielo. Esta radiación de fondo consolidó la teoría que, desde el descubrimiento de la expansión del Universo, fue imponiéndose entre los cosmólogos: el Universo había empezado con la explosión de algo muy pequeño y caliente. La radiación de fondo era el resto fósil, el eco de esa gran explosión -el Big Bang- con la que, hace quince mil millones de años, todo empezó a existir.

Pero aunque el momento preciso del Big Bang, el "tiempo cero", se escurre todavía de las manos de físicos y astrónomos, la actual teoría cosmológica ha llegado bastante cerca, hasta el momento en que el Universo tenía sólo un billonésimo de trillonésimo de trillonésimo de segundo de edad. Era entonces más pequeño que un núcleo atómico, tenía una temperatura de un trillón de trillón de grados, y la gravitación -si es que las teorías de unificación están en lo cierto- acababa de separarse de una fuerza única que habría reinado hasta ese instante. La hazaña no es pequeña, y tampoco lo es haber descrito con bastante coherencia lo que ocurrió desde entonces hasta hoy, mientras el Universo se expandía y enfriaba. La fuerza nuclear fuerte fue la segunda en separarse, y acto seguido el Universo emprende una etapa de expansión ultrarrápida -conocida como "etapa inflacionaria"-, de la cual emerge con el tamaño de una naranja, y como una sopa de quarks, leptones, fotones y sus respectivas antipartículas, nacidas durante la fase de expansión acelerada. Ahora es el turno de la fuerza electromagnética, que se separa de la interacción débil, con lo cual las cuatro fuerzas de la naturaleza han adquirido su identidad. Partículas y antipartículas se aniquilan en gran escala transformándose en luz; un minúsculo predominio de las primeras sobre las segundas garantiza el triunfo de la materia sobre la antimateria. Los quarks se unen formando protones y neutrones, el Universo alcanza el tamaño de una pelota de fútbol, y todavía no tiene un segundo de edad. Es tan denso que la luz no puede atravesarlo a través de la maraña de electrones y partículas que lo llenan y lo tornan opaco. Cuando el reloj indica que han pasado ya tres minutos desde el origen, este universo-bebé, que ya se ha enfriado hasta el millón de grados, emprende una infancia de cien mil años, durante la cual se forman los primeros núcleos de helio y se genera la radiación de fondo. Los átomos deberán esperar aún a que la temperatura baje lo suficiente como para que los núcleos puedan captar y retener electrones. La luz empieza a encontrar el paso libre, y en adelante el cosmos será transparente y oscuro. Y ahora, sólo es cuestión de esperar.

Apenas cien millones de años más tarde, todo está bañado en un gas difuso de átomos de hidrógeno y helio; aquí y allá el gas se condensa en grandes nubes bajo la acción gravitatoria: son las protagonistas, en cuyo interior, y llegado el momento, se encenderán las primeras y primitivas estrellas.

El resto es historia conocida, casi chismografía del barrio estelar. En una galaxia cualquiera, hace cinco mil millones de años, una estrella -de segunda o tercera generación- empezó a brillar. A su alrededor se aglutinaron cuerpos opacos. En el tercero de ellos, se formaron complejas moléculas, capaces de autorreplicarse y rematar, muchos millones de años más tarde, en criaturas curiosas que llamaron a la estrella, Sol, a la galaxia, Vía Láctea, y que con muy modestos recursos lograron retroceder en el tiempo y remontar la historia de un universo que ya tenía miles de millones de años luz de extensión hasta aproximarse, casi, casi, al instante mismo del origen, al que llamaron Big Bang.