Cayetano López

Noviembre de 2016

La utilidad de la ciencia inútil (básica)

El objeto de la investigación básica es comprender mejor el mundo Investigación básica no es sinónimo de investigación teórica. La mayoría de la investigación básica es experimental Lo que mueve a los investigadores básicos es la curiosidad (además del prestigio, la promoción, etc.). No las posibles aplicaciones, la “utilidad” de su trabajo No es fácil, a priori, saber si una determinada rama de la ciencia básica podrá tener aplicaciones prácticas en el futuro. A veces sí y a veces no. Y cuando la respuesta es positiva, suele ser algo imprevisto Y, sin embargo, la ciencia básica ha sido el motor más poderoso de la innovación y las aplicaciones en los dos últimos siglos No antes. Antes de la introducción de la máquina de vapor y las investigaciones sobre la termodinámica y la teoría del calor, ciencia e innovación “tecnológica” no tenían ninguna relación.

¿Por qué hacen investigación los científicos?

La Investigación cuesta dinero Hay que invertir si se quiere que rinda beneficio en forma de innovación (y también en: Formación especializada Educación Capacidad de adaptación Aplicación de nuevos conocimientos Participación en redes internacionales, etc.)

Investigación: Convertir dinero en conocimiento

Innovación: Convertir conocimiento en dinero No todo el conocimiento puede convertirse en innovación. Pero los resultados de la que sí puede, junto con los ·intangibles” de educación especializada, etc. compensan, en promedio, y de largo, lo invertido en investigación básica

¿Por qué hay que invertir en ciencia?

Michael Faraday (1791 – 1867).- Eminente físico inglés, conocido por sus dotes como experimentador. Descubrió las leyes que relacionan la electricidad y el magnetismo. Dichas leyes permiten transformar corrientes eléctricas en movimiento (motores) y viceversa (dinamos). William Gladstone (1809 – 1898).- Ministro de Hacienda del Gobierno británico.

Un ejemplo que hizo historia

En 1865, Maxwell unificó la electricidad y el magnetismo a través de su famoso sistema de ecuaciones del Electromagnetismo. Las ondas electromagnéticas estaban incluidas implícitamente y la luz resultaba ser una clase especial de propagación de estas ondas.

El electromagnetismo y las telecomunicaciones

El espectro electromagnético

Si Faraday, Maxwell, Roentgen (Rayos X) o Hertz (Emisión y recepción de ondas electromagnéticas) se hubieran centrado únicamente en resolver problemas de “utilidad inmediata” y no en conocer mejor la naturaleza de los fenómenos eléctricos y magnéticos, habríamos tardado mucho más en disponer de motores eléctricos, diagnósticos con rayos X o radios y televisiones

Desde la Segunda Guerra Mundial, el motor predominante en el crecimiento del PIB en los países desarrollados ha sido la investigación científica. Virtualmente, cada nuevo producto tecnológico se deriva de un descubrimiento científico, normalmente alcanzado bastante tiempo antes y sin pretender ninguna aplicación. El modelo más exitoso de mantenimiento de la investigación científica fundamental es el que está basado en la financiación pública.

La Mecánica Cuántica es una teoría desarrollada en las primeras décadas del siglo XX por Bohr, Einstein, Heisenberg, Schroedinger, Pauli, Dirac, Born y muchos otros sin ninguna pretensión de aplicación práctica. Sólo para mejor entender los fenómenos observados en el mundo microscópico. Hoy, se considera que entre un 25% y un 30% del PIB de los países desarrollados está basado en desarrollos que tienen como base de entendimiento la Mecánica Cuántica

Investigación básica y Economía

Láser (Ligth Amplification by Stimulated Emission of Radiation) El origen puede remontarse a trabajos teóricos de Einstein (1916) y experimentales de Landenburg (1928). Puras curiosidades teóricas y de laboratorio. En 1956, Townes, Gordon y Zieger, e independientemente Básov y Prójorov, construyeron los primeros dispositivos de emisión estimulada de la radiación. El primer láser funcionó por primera vez en 1960 (T. Mainman) y durante décadas fue un dispositivo utilizado principalmente en los laboratorios de Física de Materiales. A partir de los años 70 se empieza a utilizar en aplicaciones prácticas:

Un ejemplo: el Láser

Telecomunicaciones: Fibra óptica.

Medicina: Operaciones sin incisiones

(Microcirugía), Cicatrización de heridas, Piedras en el riñón, operaciones en los ojos, operaciones en la boca…

Industria: Cortado de materiales, Soldadura, Guiado de maquinaria y robots, Mediciones precisas, etc.

Aplicaciones civiles del Láser

Ingeniería civil: Guiado de tuneladoras, Topografía, Modelizaciones del terreno.

Comercio: Impresoras láser, CD, DVD, Blue-Ray, ratones ópticos, Código de

barras, Punteros láser, Termómetros, Hologramas, Iluminación, etc.

Cosmética y Cirugía Estética: Acné, Celulitis, Depilación, Estrías, etc.

Arquitectura y Arqueología

Semiconductores y Transistores: Toda la industria informática está basada en estos materiales, cuyos átomos tienen propiedades electrónicas especiales (derivadas de las propiedades ondulatorias, cuánticas, de los electrones). Así como una multitud de dispositivos usados en la vida diaría: Electrodomésticos, tablets, teléfonos inteligentes, juguetes, etc.

Relojes atómicos y GPS: Posicionamiento

Superconductividad: Imanes intensos en aceleradores de partículas de uso terapéutico o industrial.

Resonancia Magnética Nuclear: Diagnóstico médico

Antimateria: Dispositivos PET

Rayos X: Diagnóstico médico, TAC

Otras aplicaciones basadas en la Mecánica Cuántica

Otras aplicaciones de la ciencia básica

Espectro electromagnético: Comunicaciones inalámbricas

Holografía: Seguridad de las tarjetas de crédito

Fibra óptica: Transmisión rápida de datos

Magnetorresistencia gigante: Almacenamiento masivo en discos ópticos

Análisis de Fourier: Compresión de la información

Teoría de números: Encriptación y seguridad

Relatividad General: GPS con una precisión de metros

Superconductores: Imanes en dispositivos médicos

Entanglement cuántico: Computación cuántica (?)

Efecto fotovoltaico: Paneles solares fotovoltaicos

Efecto fotoeléctrico: Dispositivos de apertura y clausura a distancia

Difracción de rayos X: Estructura del DNA y de las proteínas

Carácter ondulatorio de las partículas: Microscopio electrónico

Fisión de los núcleos: Energía nuclear

Desintegración radioactiva de ciertos isótopos: Datación por carbono Grafeno: ??????

Francis Crick (1919 – 2004).- Físico

Tom Watson (1928 - ).- Biólogo

Descubrieron la estructura molecular del ADN en 1953. (Sin olvidar a Maurice Wilkins y Rosalind Franklin). Premio Nobel de Medicina en 1962

Investigación básica en otras disciplinas: Biología

El código genético

La razón de su descubrimiento fue indagar en un fenómeno bien conocido pero misterioso: ¿Por qué los descendientes se parecen a los progenitores si proceden de una célula aparentemente indiferenciada?

Las aplicaciones de “saber leer” el ADN son infinitas

Medicina personalizada Terapia Génica Diagnosis y tratamiento de enfermedades y propensiones Alimentos transgénicos

Tiempo de latencia

El lapso de tiempo que media entre un descubrimiento básico y las aplicaciones prácticas que de él se derivan varía entre unos pocos años hasta un siglo. Cada vez ese lapso de tiempo es menor debido a la clara conciencia de que dicho tránsito es posible en la mayoría de los casos Depende de: Necesidades sociales pre-existentes Nuevas necesidades Falta de tecnologías eficaces en ciertos dominios (Desafortunadamente) Aplicaciones militares: Radar, energía nuclear, Internet, etc.

De la tecnología a la ciencia básica

Un solo ejemplo de relación directa en este sentido: De la máquina de vapor a las leyes de la Termodinámica (siglo XIX)

Sadi Carnot En 1824 (a la edad de 28 años) publicó su obra maestra: "Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia", donde expuso las ideas que darían forma al Segundo Principio de la Termodinámica. Murió en 1832. Como consecuencia de un viaje a Inglaterra enviado por Luis XVIII para estudiar las máquinas de vapor y cómo mejorar su rendimiento. Ciclo de Carnot Relación entre el rendimiento y las temperaturas de los focos frío y caliente.

Multitud de ejemplos en este sentido. Pero:

Es necesario medir con gran precisión y llegar a nuevas fronteras Para ello es preciso la tecnología; a veces inventar nuevas tecnologías Pero las tecnologías, que se desarrollan gracias al conocimiento básico en un campo, sirven para obtener más conocimiento (experimental) en otros campos. Electrónica, computación, nuevos materiales, semiconductores, superconductividad, láser, fotónica, etc sirven para avanzar en Física de Partículas Elementales o en Biología Molecular. El avance en la investigación básica requiere de un continuo avance en tecnologías, llevándolas a su límite. Luego esas tecnologías, desarrolladas para ser útiles en la investigación básica, suelen tener un gran recorrido en aplicaciones en otros campos: láser, aplicaciones médicas de los aceleradores de Partículas.

De la ciencia básica a la tecnología

Technology Readiness Level (TRL)

Transferencia:

No es nada fácil transformar conocimiento en aplicaciones industriales (Valle de la Muerte) Es necesario disponer de instrumentos específicos para esta tarea, OTRI, OTT, Parques Científicos, Incubadoras, etc Los mejores centros de investigación del mundo hacen una enorme labor de transferencia. Y reciben retornos importantes.

Final

La Ciencia básica está en la base de la mayoría de los avances tecnológicos del mundo contemporáneo. En realidad impregna todo nuestro mundo. Sin embargo, la motivación de este trabajo de investigación no reside primordialmente en las aplicaciones sino en la mejor comprensión del mundo natural, de lo más grande a lo más pequeño, de los objetos inanimados a los seres vivos, desde los sistemas subatómicos al Universo en su conjunto. El conocimiento científico ilustra, por tanto, sobre la naturaleza de nuestro entorno, sus componentes, sus interacciones y su historia

Pero también Sirve de basamento a una gran parte de los dispositivos y tecnologías hoy presentes en nuestro mundo, Ilustran acerca de las relaciones causa-efecto y la lógica y existencia de leyes de la naturaleza Ayuda a educar la mente (sobre todo de los jóvenes) para que procedan de forma racional, analítica y alejada de supersticiones, mitos, creencias irracionales e injustificadas, etc.