Está ocurriendo algo extraño en el mundialmente famoso experimento de la gota de brea ; la última gota se está formando mucho más rápido que las dos últimas.
Hasta ahora han caído nueve gotas y toda la atención se centra en observar la décima, que se espera en algún momento de la década de 2020.
El comienzo del experimento El experimento propiamente dicho comenzó en octubre de 1930 y Guinness World Records lo reconoce ahora como el experimento de laboratorio de más larga duración
; y, en todo ese tiempo, nadie ha presenciado jamás la caída de una sola gota de brea.
Pero lo que comenzó como una sencilla demostración docente ha despertado el interés de decenas de miles de personas en todo el mundo.
Al principio
El creador del experimento y su primer custodio fue el profesor Thomas Parnell, primer profesor de Física de The University of Queensland. En 1927 montó el experimento para demostrar la viscosidad de la brea, el fluido más espeso que se conoce.
El profesor Parnell calentó brea y la vertió en un embudo de vidrio; después la dejó enfriar durante tres años. En octubre de 1930 cortaron la parte inferior del embudo y la brea comenzó a fluir.
La primera gota tardó ocho años en caer. Cada una de las cinco siguientes tardó entre siete y nueve años en caer; la sexta cayó en abril de 1979.
La séptima gota cayó en julio de 1988, nueve años después de la sexta, y parecía que el experimento de la gota de brea ya había revelado todo lo que podía ofrecer.
Pero la ciencia rara vez sale según lo previsto. En lo que podría describirse como tiempos relativamente recientes, el experimento de la gota de brea se ha vuelto mucho menos predecible.
La problemática octava gota
La octava gota tardó más de 12 años en caer. Nadie sabía muy bien por qué tardó tanto. Quizá se debió a la disminución de la presión causada por la masa de brea, cada vez menor, que quedaba en el embudo.
Otra explicación era que el edificio que alberga el experimento de la gota de brea había sido renovado en la década de 1980, y se pensaba que el aire acondicionado recién instalado estaba enfriando el experimento y, por tanto, aumentando la viscosidad de la brea.
Un indicio que respaldaba esta hipótesis era el tamaño físico de la octava gota, notablemente mayor que el de las gotas anteriores.
Se esperaba que la novena gota pudiera arrojar luz sobre este enigma, pero, al empezar a descender, chocó con la cola de la octava gota, que descansaba en el vaso de precipitados situado debajo.
En vez de modificar el experimento, el profesor John Mainstone, segundo custodio de la gota de brea, consideró que lo mejor era dejarla tal como la había creado el profesor Parnell y ver qué ocurría.
Al cabo de una década, era evidente que la novena gota era más grande y caía más despacio que las siete primeras. Pero esto no ayudó a resolver las preguntas pendientes, porque las condiciones experimentales habían cambiado: la octava gota sostenía a la novena.
Así es la ciencia: se descubrió que habían surgido aún más obstáculos. A principios de 2012 dispuse la instalación de una cámara de vídeo para grabar el experimento de la gota de brea y hacer un vídeo en cámara rápida, de modo que fuera posible ver realmente cómo caía la brea.
A mediados de 2013 quedó claro que la novena gota no llegaría a desprenderse; en cambio, aterrizaría suavemente.
Aunque era decepcionante saber que la novena gota no caería, la gota de brea seguía aportando nuevos conocimientos. El tallo de la octava gota se doblaba y se rompía, la grabación en cámara rápida revelaba que el descenso de la novena gota se aceleraba y persistía el objetivo de ser la primera persona de la historia en presenciar cómo una gota de brea llegaba al final de su recorrido.
Todavía sin testigos
Desde que comenzó el experimento de la gota de brea en 1930, nadie ha visto caer realmente la brea. Los profesores Parnell y Mainstone sabían la fecha de cada caída simplemente porque un día la gota seguía adherida y al día siguiente ya había caído.
En 2000 se instalaron una computadora y una cámara para captar la octava gota, pero un apagón inoportuno impidió grabar su caída.
Aunque la novena gota no iba a caer realmente, despertó mucho interés en todo el mundo (31.335 personas de 158 países se registraron para ver una transmisión de vídeo en directo) por saber el momento exacto en que tocaría fondo.
Con la cámara de grabación en cámara rápida que había instalado, que también grababa vídeo continuo de los cuatro días más recientes, y otras dos cámaras de vídeo instaladas ante la inminente caída de la novena gota, se pensaba que por primera vez en la historia se conocería el momento exacto del contacto.
Pero el experimento de la gota de brea tenía otros planes.
Cuando algo, como el agua o la brea, gotea, la gota comienza con velocidad cero, cae en caída libre acelerando a 9.8 m/s2 y se detiene al chocar contra el suelo.
Determinar cuándo ocurre esto es fácil debido a los cambios perceptibles en la velocidad. Por desgracia, la novena gota no iba a caer en caída libre, así que no experimentaría un aumento repentino de velocidad.
Para complicar más las cosas, la novena gota no iba a aterrizar justo encima de la octava: la rozaría y seguiría descendiendo después del contacto.
Esto significaba que determinar el momento en que la novena gota tocaba fondo dependía de advertir que su velocidad de descenso cambiaba de extremadamente lenta a aún más lenta.
Nadie en la Tierra podía esperar ver cuándo ocurría ese cambio. Al principio, la mejor estimación de los observadores situaba el momento del contacto dentro de un periodo de cuatro días, del 11 al 14 de abril de 2014.
Se esperaba que el contacto pudiera verse en el vídeo en cámara rápida, creado a partir de una serie de imágenes fijas tomadas una vez al día, lo que aceleraba el movimiento dos millones de veces.
Por desgracia, la octava gota estaba ligeramente más cerca de la cámara que la novena, lo que ocultaba a la vista su punto de contacto. Sin embargo, analizando la grabación en cámara rápida es posible determinar la fecha del contacto.
En un análisis realizado por el Dr. Anthony Jacko y por mí, el gráfico (abajo) muestra la posición de la gota del 4 al 23 de abril. La pendiente de los datos indica la velocidad a la que desciende la brea.
¿Cuándo cayó la novena gota del experimento de la gota de brea? Imagen proporcionada por el autor
Se observa una discontinuidad alrededor del 11 o 12 de abril, cuando la brea pasa de descender a razón de 0.25 mm al día (línea azul) a 0.1 mm al día (línea verde), lo que indica que el contacto ocurrió el 11 o el 12 de abril.
Es posible precisar aún más el momento, ya que tuve la suerte de examinar de cerca la gota de brea alrededor del mediodía del 11 de abril (después de tomar la foto del día 11) y aún se veía un pequeño espacio, de apenas una fracción de milímetro, entre la novena y la octava gota.
Dada la velocidad de descenso indicada en la figura anterior, se concluye que el contacto ocurrió el 12 de abril.
Aunque esto aclara cuándo tocó fondo la novena gota, han surgido más preguntas sobre el experimento de la gota de brea.
Después de que la octava gota tocara fondo sin romperse, los profesores Mainstone y White, segundo y tercer custodios, conversaron muchas veces sobre qué hacer si la novena gota también llegaba a tocar fondo.
Una de las posibilidades que consideraron desde el principio fue elevar el embudo de vidrio para dar más espacio a las gotas y, con suerte, permitirles desprenderse. Pero, cuando finalmente identificaron esa medida como una opción, ya era demasiado tarde: la octava gota parecía estar cementada a la masa de gotas situada debajo.
La gota de brea queda al descubierto
Para evitar que con la novena gota se repitiera lo ocurrido, el 24 de abril de este año el profesor White decidió sustituir el vaso de precipitados: retiró por primera vez en décadas la campana de vidrio que cubre el experimento de la gota de brea.
Ni él ni nadie vivo sabía que había un sello entre la campana de vidrio y la plataforma de madera sobre la que se encuentra el experimento, y que ese sello se había deteriorado con el tiempo.
En vez de levantarse como se esperaba, la campana elevó brevemente todo el montaje experimental antes de separarse y volver a caer. Esto hizo que el tallo de la novena gota se separara por completo del embudo del que colgaba.
Al observar el tallo roto, se vio algo bastante curioso. Había una depresión en el centro del tallo, lo que indicaba que la novena gota no estaba sostenida desde arriba por toda la sección transversal circular del tallo cilíndrico, sino por un anillo exterior, ya que el tallo estaba hueco en el punto de rotura.
Las cosas se aceleran
Otra observación curiosa es que se puede ver que la décima gota se está formando más rápido de lo previsto. El análisis de los primeros seis meses de grabación en cámara rápida revela que el volumen de la décima gota aumenta a razón de aproximadamente 19 mm3 al día, es decir, alrededor de un centímetro cúbico cada 50 días. En 1984, el primer y único artículo publicado
sobre el experimento de la gota de brea afirmó que la viscosidad de la brea (promediada a lo largo de las seis primeras gotas) era de 2.3×108 Pa s (pascal-segundos), es decir, unas 250.000 millones de veces la del agua.
Usando las mismas dimensiones que las del artículo, he calculado que la viscosidad de la décima gota es de 2.7×107 Pa s, unas 30.000 millones de veces la del agua.
Aunque este nuevo valor es un orden de magnitud menor que el anterior —y explicaría la aparente mayor velocidad de flujo—, está dentro del intervalo de valores previsto por el artículo original, mediante un modelo que incluía las variaciones diarias y estacionales de temperatura.
Otro acontecimiento reciente relacionado con el experimento de la gota de brea, que podría explicar el aumento de la velocidad de flujo de la décima gota, es la iluminación de la vitrina del experimento.
En abril de 2010 dispuse la instalación de focos fluorescentes empotrados en la vitrina. Algunos años después se sustituyeron por halógenos mucho más calientes.
Como el experimento de la gota de brea cuenta con seguidores de todo el mundo que lo ven en directo por internet, era necesario mantener las luces encendidas continuamente. Pero esto aumentó la temperatura de la vitrina y, para empeorar las cosas, la gota de brea está encerrada en su propio invernadero: la campana de vidrio.
El 17 de octubre de este año, el profesor White y yo tomamos varias mediciones de temperatura que revelaron que el experimento de la gota de brea estaba varios grados por encima de la temperatura ambiente, y que esta variaba: la brea en la parte superior del embudo estaba casi diez grados más caliente que la de la gota.
El aumento de temperatura habrá incrementado la velocidad de flujo, lo que podría explicar la menor viscosidad y la rápida formación de la décima gota.
Es difícil decir cuánto ha influido el aumento de temperatura, ya que nunca se han llevado registros de temperatura: el experimento de la gota de brea se inició simplemente como una demostración. Pero es algo que averiguaremos.
Los focos empotrados se han sustituido por luces LED mucho más frías, que han devuelto el experimento de la gota de brea a la temperatura ambiente.
Con suerte, dentro de otros seis meses habrá suficientes datos para hacer una comparación, aunque quizá la gota de brea tenga otros planes y esto tarde más.
Al fin y al cabo, no se sabe cuántos custodios más pasarán por el experimento de la gota de brea antes de que termine de revelar todos sus secretos. Supongo que tendremos que esperar y ver. Publicado en colaboración con
The Conversation
Autor: Andrew Stephenson es comunicador científico en The University of Queensland.