La esfera: Figura clave para el desarrollo de la ciencia

Pensar en esferas ha sido clave para el desarrollo de la ciencia. Esferas son los planetas, las gotas de la lluvia, las burbujas, las pelotas, los balines de un valero, las canicas... Pero también imaginamos y pensamos como esferas a los átomos, los electrones y demás partículas.

“Una burbuja es una esfera porque las fuerzas que la forman se distribuyen equitativamente por todos lados hasta que encuentran su estado estable. Por cierto, la esfera es el estado más estable”, dice Víctor Manuel Romero Rochín, investigador del Departamento de Física Cuántica y Fotónica del Instituto de Física de la UNAM.

Un fenómeno similar ocurre con los planetas: al ser atraídos por la fuerza de gravedad a su centro, no les queda más que ser una esfera.

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La esfera es una figura geométrica que balancea todo y en la que no hay ninguna dirección preferencial; o sea, es perfectamente simétrica. No importa su posición, siempre se ve igual. Un eje de polo a polo, de ida y regreso, es igual en una esfera; en otra figura geométrica se deforma.

Aunque diferentes, la esfera (en el espacio) y el círculo (en un plano) están relacionados íntimamente. Las primeras ideas astronómicas se empezaron a desarrollar a partir de estas figuras geométricas.

“Así, el matemático y astrónomo alemán Johannes Kepler postuló que las órbitas de los planetas formaban círculos perfectos; sin embargo, las mediciones de los movimientos de estos cuerpos celestes hechas por el astrónomo danés Tycho Brahe durante muchos años demostraron que en realidad eran elípticas.”

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Propiedades matemáticas

Para Romero Rochín es más fácil pensar que los átomos y las moléculas son como pelotitas o bolas de billar que chocan entre sí, aunque, según la mecánica cuántica, los átomos y las moléculas que forman un gas, un líquido o un fluido no son esféricas.

“Los elementos del agua, por ejemplo, tienen forma de V, pero al pensarlos como esferas aprendemos, por ejemplo, cómo hierve un gas”, agrega.

La esfera tiene propiedades matemáticas que les simplifican las cosas a los científicos. En 1916, el físico, matemático y astrónomo alemán Karl Schwarzschild proporcionó la primera solución exacta de las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Albert Eisntein para el campo gravitacional de una masa esférica no rotatoria.

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Arte de la aproximación

El físico universitario sostiene que, si bien el mundo real no está constituido sólo por esferas, el avance de la ciencia se debe al hecho de que podemos aproximar cosas como si fuesen esféricas.

La molécula del agua no está formada por esferas. Es complicado describirla cómo es, pero se puede hacer una aproximación e imaginar que algo que es como una V se transforme en una esfera.

“Resolver de manera prácticamente perfecta y exacta cualquier problema es imposible. Por eso es una ironía que a la física, la química, las matemáticas, la biología... se les llame ciencias exactas. La ciencia es el arte de la aproximación. Se hacen aproximaciones o modelos que se comparan con experimentos”, señala el físico.

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En la vida cotidiana

De acuerdo con Víctor Manuel Romero Rochín, pensar en esferas sigue siendo un aspecto clave de nuestra vida diaria.

De modo natural, la esfera y el círculo esconden al misterioso p (pi: 3.14159 26535 89793 23846 26433...), un número con infinitas aplicaciones en física, matemáticas e ingeniería.

“Sin la esfera no habría avanzado la ciencia y la tecnología. Toda maquinaria tiene, en algún punto, esferas y, también, círculos. Los valeros de los coches son ruedas con balines. Las esferas pueden rotar para cualquiera lado y no oponen resistencia. Los automóviles no funcionarían sin el círculo. Incluso sería más fácil girar con ruedas esféricas que circulares. El problema serían los ejes.”

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La esfera y el círculo son parte de nuestra vida. En la arquitectura, la figura más estable es el domo esférico. En la alfarería es más sencillo hacer algo circular. Muchos deportes (futbol, beisbol, basquetbol, voleibol, waterpolo, tenis, ping pong, golf…), se juegan con un objeto esférico.

Las esferas de vidrio para los árboles de Navidad se forman como las burbujas. Asimismo, en las rifas de la Lotería Nacional o del Melate se utilizan pelotas porque al darles vuelta en un contenedor se mezclan y no se atoran.

“Y la manera más sencilla de empujar algo para subirlo a algún sitio es valerse de un mecanismo esférico. Por ejemplo, ¿cómo subieron los antiguos egipcios los bloques de piedra a la parte superior de las pirámides de Guiza? Antes se calculaba que habrían sido necesarias miles de personas para cargarlos; sin embargo, en los últimos 30 años se descubrió que aquéllos utilizaron un sistema de rampas sobre las que arrastraban los bloques de piedra colocados sobre troncos de madera, como si fueran ruedas”, refiere el físico.

Sagrada en la antigüedad, había una relación mística con la esfera, figura suprema en algunas religiones y una creación perfecta de los dioses.