¿Podría el sistema solar ser un átomo gigante?

Mucha gente se hace esta pregunta, cuya versión extendida sería algo así como: ¿Y si el sistema solar es en realidad un átomo gigante y el universo es algún trozo de materia de un universo aún más grande?

El último en planteármela por e-mail ha sido asfasd fasdfasdf, así que voy a responderla antes de que alguien con un nombre aún más absurdo me la repita. Aprovecho para demostrar que esta historia es verídica y de paso recordar el e-mail al que podéis mandarme vuestras preguntas:

A parte de  la escena final de la primera película de Men In Black, supongo que este planteamiento tiene su origen en la vieja imagen que tenemos todos de un átomo, potenciada por libros de instituto, documentales e incluso este mismo blog muchas veces: un átomo aparece siempre representado como un núcleo formado por unas bolas grandes y está rodeado por otras bolas que dan vueltas a su alrededor a cierta distancia.

Pero resulta que esta imagen no es correcta. Por la cuenta que nos trae, podemos usar gatos en vez de bolas para representar las partículas subatómicas (como ya hice en esta entrada sobre el agua pesada) porque es simplemente eso, una representación de un fenómeno que no somos capaces de observar.

¡Pero serás…! ¡¿Cuánto tiempo llevas mintiéndonos, sucio blogger?! ¡¿DEBO OLVIDARME DE TODO LO QUE HE LEÍDO ALGUNA VEZ EN ESTE BLOG?! ¡TE ADVIERTO DE QUE ES POCO, NO ME VA A COSTAR MUCHO!

Que nooo, voy cursiva, calma.

Nadie representa los átomos de esta manera para tomarte el pelo. Lo que pasa es que si dibujas un átomo a escala real no vas a poder ver nada.

El tamaño del núcleo de un átomo (donde están los protones y los neutrones) es minúsculo respecto a su diámetro total. Varía según cada elemento pero, en los dos extremos, el núcleo atómico más pequeño, el del hidrógeno, ocupa una 145.000-ésima parte del diámetro total del átomo. El núcleo del uranio, por otro lado, ocupa una 23.000-ésima parte.

O sea que, a escala, esta es la pinta que tendría un átomo de uranio:

Podéis hacer click en la imagen para ampliarla.

Para poner estos números en perspectiva, si el núcleo de un átomo de uranio fuera una pelota de playa de un metro de diámetro, lo electrones que dan vueltas a su alrededor se encontrarían a 11,5 kilómetros de distancia.

Ah, ¡pero eso no es más que una prueba a favor del argumento! ¡La Tierra se encuentra a 150 millones de kilómetros del sol, que a su vez mide algo más de un millón de kilómetros de diámetro! ¡La proporción es la misma! ¡El sistema solar es un átomo gigantesco!

No, la verdad es que no. Y estos redondeos tuyos no me gustan un pelo, voz cursiva.

La Tierra puede encontrarse a una distancia de un orden de magnitud similar a la de un átomo de hidrógeno respecto a su núcleo, pero eso no significa nada. Si convirtiéramos los planetas que están más alejados del sol en electrones y los distanciáramos a una distancia proporcional alrededor de un núcleo atómico, no podrían dar vueltas alrededor del núcleo porque estarían demasiado lejos. Júpiter, por ejemplo, se encuentra 5 veces más lejos del sol que la Tierra y Neptuno se encuentra 30 veces más lejos.

Bueno, pero ya me entiendes. Los protones, neutrones y electrones son bolas, igual que los planetas que dan vueltas alrededor del sol.

Tampoco, voz cursiva.

En primer lugar, al contrario que los planetas todos los electrones tienen la misma masa. En nuestro propio sistema solar todos los planetas tienen masas distintas y algunos muy dispares: Júpiter es casi 320 veces más masivo que la Tierra, por poner un ejemplo.

Pero hay una razón aún más importante por la que no podemos comparar un átomo con el sistema solar: la representación de un átomo a la que estamos acostumbrados es sólo un modelo que no concuerda perfectamente con la realidad.

¿Qué? ¿Cómo es realmente un átomo, entonces?

No podemos ver un átomo, en el sentido de que no podemos tomar una foto de él para ver las partes que lo componen, así que no podemos saberlo directamente por pura observación. Hasta el momento, la imagen más detallada de un átomo que tenemos es esta fotografía de una superficie de oro:

(Fuente)

O sea, que durante la historia hemos tenido que hacernos una idea de la estructura de los átomos según la información que conocíamos sobre ellos.

Sabemos que los átomos contienen cargas positivas, negativas y neutras. Para representarlas, inventamos los protones, electrones y neutrones. Como explicaba en esta otra entrada sobre la teoría de cuerdas, antes de que se descubriera radiación neutra proveniente de los átomos en 1897, se creía que los átomos eran masas de carga positiva con cargas negativas incrustadas.

Pero, con el descubrimiento de que los átomos emitían también radiación neutra, Henry Ruthenford y Niels Bohr establecieron “bolas” en 1913: un núcleo donde residen los protones y los neutrones, rodeado de varias capas de electrones que orbitan a su alrededor. Se le suele llamar el modelo de Bohr pero la gente a veces también se refiere a él como el modelo planetario, precisamente porque las partículas aparecen representadas de manera parecida a la que los planetas dan vueltas alrededor del sol.

Por supuesto, la finalidad de este modelo no es puramente estética, aunque cualquiera podría creerlo a juzgar por la mejora que representa respecto al dibujo anterior. El modelo va acompañado de una serie de reglas que rigen el comportamiento de los átomos como, por ejemplo, que un átomo se encuentra en equilibrio cuando tiene el mismo número de protones que de electrones o, lo que es lo mismo, que las cargas positivas y negativas están igualadas. El modelo también postula la existencia de varias “capas” en las que diferentes números de electrones pueden encontrarse, algo que determina el comportamiento de los átomos.

Gracias a estos planteamientos se podían hacer predicciones muy precisas como, por ejemplo, qué ocurrirá cuando un compuesto químico se mezcle con otro y qué productos producirá la reacción química. Y por eso se empezó a utilizar este modelo, porque las predicciones hechas con él se ajustan a la realidad, independientemente de si los átomos tienen o no el aspecto con el que los representemos en papel.

Ya, ya, la imagen está repetida pero era para recordaros de qué estábamos hablando. Bueno, y para que no os encontréis un tochazo de texto de golpe.

Pero el modelo atómico planetario está obsoleto. Aún había más cosas que descubrir sobre los átomos que cambiarían nuestra concepción del mundo a esas escalas.

Resulta que más adelante se descubrió que el modelo de Bohr tampoco era correcto. Un físico francés llamado Louis De Broglie notó que cuando un rayo de electrones incidía contra un objetivo los electrones se comportaban como una partícula pero, cuando se les permitía campar a sus anchas por el espacio, los electrones se comportaban como una onda.

Era un fenómeno muy extraño: ¿cómo puede algo comportarse a ratos como una onda y a otros como una partícula? Un buen ejemplo es el famoso experimento de la doble rendija, que aparece muy bien explicado en este vídeo con una estética un tanto curiosa. En resumidas cuentas: los electrones se comportan como ondas hasta que el momento en el que los observas (no me refiero a mirarlos, sino a intentar medir su posición con algún instrumento). En ese momento, se convierten en partículas.

La cuestión es que, si se comportan como una onda cuando no interaccionan con la materia, entonces los electrones deberían comportarse también como ondas mientras dan vueltas alrededor del núcleo atómico y no será hasta el momento en el que se haga una medición para conocer su posición que descubriremos en qué punto alrededor del átomo se encuentran.

Esto significa que los electrones no son partículas individuales que dan vueltas alrededor del núcleo del átomo a una velocidad constante. Si existen en forma de una onda hasta el momento en el que son observados, instante en el cual se convierten en una partícula en algún punto alrededor del átomo, el problema de qué aspecto tiene un átomo se había convertido en un fenómeno estadístico.

Erwin Schrödinger se propuso descubrir qué forma tendrían esas ondas que determinan los posibles lugares donde se puede encontrar un electrón. Tomando los parámetros que describen las propiedades de los electrones (como su masa y su energía) pudo encontrar una ecuación que predice las posibles posiciones en las que se puede encontrar un electrón alrededor de un átomo. Esta es la famosa ecuación de Schrödinger, postulada en 1925, el pilar sobre el que se fundamenta la mecánica cuántica.

En el nuevo modelo planteado por Schrödinger existían varias zonas en las que el electrón tiene una probabilidad concreta de encontrarse en un momento determinado, según su energía. Si nadie observa el átomo, el electrón adoptará la forma de una onda que ocupa al mismo tiempo todos los lugares posibles donde pueda encontrarse.

O sea, que un átomo (de hidrógeno, en este caso) tendría más bien el aspecto de la siguiente imagen: un núcleo rodeado por una “nube estadística” habitada por los electrones, resultado de unir todos los puntos en los que tienen una probabilidad concreta de encontrarse en un momento dado.

(Fuente)

Las zonas más brillantes representan las zonas en las que existe una mayor probabilidad de que se encuentre el electrón. Pero en esa imagen parece que estas formas sean bidimensionales, lo que no se ajusta a la realidad porque los átomos son objetos tridimensionales. Estas ondas, por tanto, también tienen una forma tridimensional y el aspecto real de estas “nubes estadísticas” sería más bien así:

(Fuente)

Y, por fin, viendo la naturaleza real de los átomos, podéis ver por qué la estructura de un átomo no se parece absolutamente en nada a la del sistema solar: a parte de que el comportamiento de los planetas no es estadístico, están limitados a dar vueltas todos más o menos en el mismo plano alrededor del sol, mientras que los electrones pueden encontrarse en una posición cualquiera del volumen que rodea el núcleo atómico.

Oye pero, si el modelo atómico de Bohr es incorrecto… ¿Por qué se sigue enseñando?

Porque el modelo de Schrödinger es muchísimo más complicado y más difícil de entender. En términos de química básica, como la que se da en los institutos, es mucho más fácil e intuitivo utilizar el modelo planetario porque sus predicciones son suficientemente precisas como para familiarizarse con el funcionamiento de las reacciones químicas. Lo que falla es que nadie nos suele decir en el instituto que no es el modelo que mejor se ajusta a la realidad, claro.

 

POR CIERTO, TENGO UN MENSAJE MUY IMPORTANTE PARA VOSOTROS.

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“, donde hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂

37 pensamientos en “¿Podría el sistema solar ser un átomo gigante?”

  1. El artículo genial, solo voy a destacar el hecho de que cuando apreto un enlace se me abre en la misma pestaña que estoy leyendo, estaría bueno que se abra en otra para no interrumpir mi concentración jeje.

    Saludos desde Argentina. Gracias por tus notas.

  2. lohas explicado muy bien, jordi, aunque con el comentario de las masas ya tienes bastante para desmontar la idea del sistema solar como átomo. una corrección, rutherford se llamaba ernest

  3. Me alegro de leer entradas como esta (yo siempre he pensado esto en mis fantasias espaciales jeje). Lo de Meneame no tiene palabras, o te rechazan las publicaciones, o los sectarios se te echan encima. Patético, tienes mi apoyo.

    1. Haces predicciones basadas en tus teorias; si los resultados concuerdan con tus predicciones, tienes una prueba para la teoria. La gravedad no se ve, pero los calculos de caídas en la tierra, basados en la teoria, llevan siglos dando respuestas correctas.

    2. Básicamente, estudias un fenómeno que no puedes ver a través del efecto que produce. Actualmente, nadie sabe exactamente qué es una carga, pero vaya que si se aprovechan los campos eléctricos y magnéticos que generan. Un saludo.

  4. Estoy tratando con todas mis fuerzas de comprender cómo es que los electrones son ondas y partículas al mismo tiempo… ya había pasado por este proceso cuando me enteré de que la luz así se comporta pero… no sé, jamás había pensado en esa posibilidad (¡gracias, Jordi!), y ahora mi mente es un revoltijo.
    Qué excelente entrada.

    1. También se teoriza que hay un solo electrón en el universo, siendo como una membrana que lo permea todo (partícula) y sus deformaciones y/o excitaciones (ondas) en toda su superficie son las que percibimos como “electrones independientes”, eso explicaría muchos fenómenos, como el experimento de doble rendija y la transmisión de información instantánea entre dos electrones separados en los extremos del universo.

    1. Mas bien es el hecho de observar lo que materializa uno de los dos estados. Es el principio que Schrödinger argumentaba con su gato y la posibilidad de que estuviera vivo y muerto al mismo tiempo.

      Hasta que no se observa no se sabe que posibilidad se ha materializado por lo que hasta ese momento las dos suceden al mismo tiempo.

  5. Lo había visto en documentales hace años y pero mi melón había olvidado como era el verdadero modelo atómico.. y no me extraña.

    Una pasada leerte macho, como siempre.

    Pregunta: se sabe por que los átomos se comportan así? (onda a partícula)

    -(mi propia voz cursiva) ¡¡Es el modelo de física cuántica patán!!
    -Pos” me quedo igual espabilao!

  6. no pensaba que lo leerías y menos que dieses una clase magistral de una idea absurda que llevaba rondando mucho tiempo
    ver rebatida una tonta idea con argumentos científicos me haces sentir bastante ignorante, aunque por eso suelo entrar a leer artículos que me parecen interesantes gracias por los articulos

  7. Pensé en no comentar porque ya hay muchos comentarios, pero me encanta tanto el blog que se merece mi tiempo. Excelente articulo, lastima que no todos lo disfruten. Tambien tienes mi Like

  8. Jose v Falconi estoy de acuerdo contigo. no se porque la tendencia de los estudiosos a creer que los demás no son capaces de comprender las cosas complejas, si a cualquier cerebro apto se le entrega una información por tridimensional que sea es capaz de procesarla y asimilarla desde el comienzo…así no nos tienen que llenar de conocimientos basura que a la larga y con el tiempo tenemos que estar escuchando que lo que hemos aprendido NO ES… pero así es el sistema manipulador de la información y la enseñanza… ellos saben que si nos dan la información desde los par-bulos de como funcionan las cosa en la realidad, el desarrollo cognitivo de la humanidad se dispararía potencialmente, que no habría cabida de engañar a nadie. EL CEREBRO HUMANO es tan pero tan maravilloso que si nos dan la oportunidad, cono-seriamos también nuestro potencial espiritual. El articulo es muy bueno me abrió a la oportunidad de expresar mi sentir con respecto al sol y los átomos. todo se mueve en el universo pero cuando yo lo observo se particulariza para mi… eso me hace maravilloso. gracias un abrazo.

  9. Es la primera vez que entro por aquí y no me queda mas remedio que felicitar al autor, excelente, muchas gracias por compartir este tipo de información.
    De todas maneras , y sin el mas mínimo interés en demostrar similitudes entre el átomo y un sistema Solar, si diré que no me parece que el artículo demuestre lo
    contrario, obviamente da muchos datos, pero dependiendo su interpretación no los veo definitivos, no todo es lo que parece.
    Imagino que el origen de este pensamiento está ligado Hermes, “como es arriba es abajo”, pues bien, al igual que la física cuántica hace hincapié en el importante papel del observador, deberíamos hacer lo mismo para un sistema Solar, para lograr similitudes no podemos comparar una experiencia de abajo hacia arriba con una de arriba hacia abajo o entre iguales, tendríamos que situar la realidad de la conciencia del observador a la par, si a lo que usted es al átomo, usted debería ser a un Sistema Solar , qué pasaría?

    Gracias, un abrazo.

  10. hmmmmm… pero también se dice que todo cuerpo se comporta a la vez como partícula y onda, el problema es que la longitud de onda de cuerpos masivos es muy grande. Pero estamos imaginando que somos “la escala atómica” de nuestro universo imaginario así que a escala “normal” en ese universo imaginario nuestra longitud de onda podría ser lo suficientemente pequeña como para tener la misma dualidad que tienen los electrones para nosotros en el modelo atómico. Evidentemente aquí hay cosas que fallan y que habría que desarrollar un poquito más pero puede salir algo curioso.

  11. Perdón, pero no es posible fotografiar un átomo, en todo caso crear un mapa en base a ciertas mediciones de los sensores empleados. Igual el lobby “Ciencia” me da arcadas, lo falso que es y como omiten datos.

  12. Solo como ejercicio mental, sin ánimo de contradecir (no tengo el conocimiento para hacerlo), se me ocurre lo siguiente:
    Aceptemos la propuesta de que el observador crea la partícula. Al estar inmersos en este pequeño átomo sistema solar estaríamos constantemente actuando como observadores, y por lo tanto, haciendo que las partes del sistema solar constantemente se comporten como partículas.
    Si no observamos, o medimos para el caso, otros sistemas solares sus partes se comportarían como las nubes estadísticas que menciona el artículo… Por supuesto, hasta que intentemos observarlas o medirlas.
    Ergo, muy bien podría ser nuestro sistema solar un átomo, solo que, como lo estamos midiendo y observando constantemente lo vemos sólo como partícula y jamás podríamos intuir o medir resultados de un sistema solar con nubes estadísticas.
    Suena a locura pero la mecánica cuántica parece que sale del mismo manicomio.
    Saludos cordiales.

  13. Hola! Muy buen artículo, me ha aclarado muchas dudas. Pero hay una cosa que no me queda clara: ¿cómo exactamente se mueve el electrón? Has dicho que puede hacerlo tanto en órbita como en forma de onda, pero no acabo de entender cuando hace una cosa y cuando otra. ¿Són entonces las desviaciones de la onda sobre la órbita lo que produce estas formas estadísticas tan voluminosas?
    Igual estoy completamente perdido, no lo tengo nada claro!
    Es el primer artículo que leo aquí, me voy a visitar el sitio. Buen trabajo!

  14. Gracias por tus interesantísimos e instructivos artículos.
    No pretendo haceer ningún reproche en absoluto, pero sí una pequeña observación: en dos ocasiones has escrito “a parte”, cuando en realidad querías decir “aparte”
    Saludos.

    1. Creo que todos estos embrollos se solucionarían con aplicar la tecnología que se ocupa para ver el Universo (Las Galaxias , Exoplanetas , Nebulosas , Astros ,atc) en tratar de ver un Átomo con muchos de miles de Píxeles de resolución así como ven las Estellas y Galaxias y se saldría de la duda, ahora ¿cómo lograron dividir un átomo y estallarlo ?(La Bomba Atómica) Deben a ver lo visto para hacer eso, pero bueno Si encuentran un Átomo con Espacios y parecido al sistema solar sería revolucionario para la ciencia.

  15. Me gustó mucho la explicación. Todos los que nos interesamos en la ciencia, en algún momento tuvimos esa idea que, intuitivamente, casa bien…y, además nos sentimos muy originales y geniales, cuando no lo somos en absoluto porque eso se le ocurre a cualquiera. BAJANDO DEL PEDESTAL!

  16. Veo que muchos pensamos que un sistema planetario se parece a un Átomo , ahora ¿qué sucede con los impulsos eléctricos que parten dentro del cerebro y se extienden por todo el cuerpo ya sea para mover un dedo ó cerrar una mano o un Ojo? ¿ Será igual o parecido a una estrella de Neutrón ? Como se dice en la respuesta que nos mandaron fue comparada la célula con una estrella de Neutrón , si ese ejercicio se llevara a una orden del Cerebro al pensar que emite electricidad cómo lo hacen los Rallos Gamas al explotar una Super Nova , ¿habrá alguna similitud en ese detalle?.

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