sábado, 28 de octubre de 2017

La cuchara menguante. 6) Completando la tabla... con un estallido

Cuando el grupo Olé Olé cambió de solista, allá por 1986, la presentó al público con el tema Lilí Marlén. Marta Sánchez, con su voz de mezzosoprano, arrancó el tema con la frase "Esa Luna en ruinas sabe qué pasó", y yo no puedo estar más de acuerdo con ella. El cosmos es testigo de que nuestro Sistema Solar fue inseminado por todos los elementos que tienen cabida en la tabla periódica, generados en el cataclismo de supernovas y estrellas de neutrones. Pero mucho antes de que los planetas hubieran comenzado a formarse, un buen número de esos elementos, inestables y de corta vida, habrían desaparecido. Miles de millones de años después, comenzaríamos la aventura para completar y dar sentido al tablero químico que los alberga.


Ordena el tablero atómico
con el eco espectral de sus disparos,
hasta el proyectil postrero.


En un laboratorio de la Universidad de Manchester que dirigía por Ernest Rutherford, el físico Henry Moseley se dispone a hacer su aportación a la evolución de la tabla periódica, y aquí el término "evolución" tiene un doble significado si tenemos en cuenta que el asistente de Moseley para los aspectos matemáticos fue Charles Galton Darwin, nieto del célebre naturalista. Para ello, literalmente, Moseley se lio a tiros para escuchar el lamento del átomo herido. Veamos en qué consiste. Al disparar hacia un átomo un electrón de alta energía, este es capaz de penetrar hasta las capas más profundas de aquel, arrancando uno de sus electrones (figura 1). Este estado es muy inestable por lo que un electrón de una capa superior intentará llenar el hueco cayendo a la capa inferior. Este electrón, a su vez, dejará otro hueco que ocupará otro electrón de una capa por encima. La caída de cada electrón a una capa inferior conlleva la emisión de rayos X con una longitud de onda característica para cada elemento, como representan los picos de la gráfica en la figura 2.


Figura 1
Figura 2





















La longitud de onda de estos rayos X está íntimamente relacionada con el número de cargas positivas del núcleo (protones), que ejercen atracción sobre las cargas negativas de los electrones que los rodean. Este experimento supone un antes y un después en la tabla periódica. Hasta ese momento los elementos se ordenaban según su masa atómica, de los más ligeros a los más pesados, y esto traía problemas. Algunos elementos no parecían encajar en esta ordenación. Además, no había manera de saber si, por ejemplo, entre el boro (con masa 10,8) y el carbono (con masa 12,01) existía o no algún elemento desconocido con una masa intermedia. Sin embargo, al saber que el boro tiene 5 cargas positivas y el carbono tiene 6, sabemos con seguridad que no puede haber otro elemento entre ambos. Los elementos se ordenarían empleando un número entero que coincide con el número de cargas positivas del átomo: el número atómico.

Moseley ensayó todos los elementos hasta el oro (número atómico 79) e identificó cuatro elementos desconocidos con números atómicos 43, 61, 72 y 75. Si Mendeléev fue el primer osado en predecir elementos desconocidos, la ordenación por número atómico que posibilitó Moseley se conviertió en un auténtico acicate para lanzarse a la búsqueda. Paradójicamente, el hallazgo del último de estos cuatro elementos, el 61, pasó completamente desapercibido. La prensa no le prestó mucha atención porque, al fin y al cabo, ¿para qué servía el prometio? Por si fuera poco ninguneo, el propio equipo que lo identificó en 1945, no anunció su descubrimiento hasta 1947. Ni siquiera a los científicos les pareció especial ese día en el que, finalmente, se completaron los huecos de la tabla periódica. Estaban demasiado entregados a la ciencia nuclear del uranio y el plutonio.

El núcleo atómico aún desvelaría más sorpresas. Había que explicar cómo podían existir átomos con el mismo número atómico (que ocupaban la misma casilla en la tabla periódica) pero diferente masa atómica, que hoy conocemos como isótopos, y qué cambios se sucedían para producir los distintos tipos de radiactividad. La clave vino de un compañero gemelo del protón aunque más discreto: el neutrón, descubierto por James Chadwick en 1932, que proporcionaba masa sin aportar carga. Se hacía realidad la transmutación soñada por los alquimistas pues, por ejemplo, si un átomo emite radiación beta, un neutrón pasa a convertirse en protón, con lo que su número atómico aumenta en una unidad y se transforma en el elemento siguiente de la tabla.

El neutrón se convirtió en un proyectil privilegiado para la física nuclear, pues su ausencia de carga lo hacía inmune a la interacción electromagnética del átomo. El bombardeo de átomos con partículas como el neutrón permitió al matrimonio Joliot-Curie descubrir la radiactividad artificial en 1933, que permitía obtener un isótopo radiactivo partiendo de uno estable. También se exploró la posibilidad de que algunos átomos que absorbían neutrones se escindieran en núcleos más pequeños, liberando energía y más neutrones que permitían una reacción en cadena mediante el proceso de la fisión nuclear.

Sin embargo, la aplicación de la fisión nuclear para uso militar estaba muy lejos de ser una realidad. Tan lejos que en el proyecto Manhattan tuvieron que jugársela a la ruleta en su casino particular, que desarrollaron mediante el método Montecarlo. La enorme dificultad de predecir el comportamiento de billones de neutrones para lograr una reacción en cadena autosostenible, provocó que se plantearan un método de aproximación estadística. Así, las esposas de los científicos fueron reclutadas como "calculadoras" para ensayar un elevado número de cálculos que, partiendo de cifras al azar, permitiera alcanzar unos resultados cercanos a la solución idónea.


Los hongos nucleares de Hiroshima y Nagasaki son el trágico testimonio de lo bien que funcionó este sistema tan poco convencional, que se acerca a la respuesta mediante el cálculo a fuerza bruta. No es de extrañar que un método como el Montecarlo hiciera buenas migas con el desarrollo de los primeros ordenadores, como el ENIAC, pensados para realizar un elevado número de cálculos en poco tiempo. Esta fructífera relación facilitó enormemente la simulación de experimentos y el desarrollo de modelos predictivos en innumerables disciplinas científicas.

Finalizado el resumen, os propongo mis cuestiones para el debate:
  • Henry Moseley murió en la batalla de Galípoli (1915) por el disparo de un francotirador turco. Como él, otros científicos han muerto a edades tempranas dejando aportes muy significativos en tan breve trayectoria (Carnot en termodinámica, Galois en matemáticas...). Partiendo de la hipótesis de que estos aportes pueden ser más probables en investigadores jóvenes, ¿debería ser esto un motivo añadido para estimular la regeneración en las plantillas de centros de investigación?
  • Cada época ha tenido sus "temas candentes" que han dirigido el interés de los científicos, como lo hizo la Segunda Guerra Mundial para concentrar esfuerzos en física nuclear. ¿Pensáis que esto es siempre un estímulo para el avance científico, o puede tener doble filo por el abandono de otros campos que se desatienden y que podrían ser prometedores?
Y agradeciendo vuestra paciencia por leerme, tenéis la palabra.

18 comentarios:

  1. Muy buen resumen José Antonio.
    Respondiendo a tus dos preguntas:
    Creo que es evidente que la forma de enfocar un problema es diferente para un investigador más joven. Debería ser un impulso para la investigación contar con personal más joven.
    Referente a tu segunda pregunta, creo que investigar muy a fondo un tema condiciona la ciencia posterior. Hay temas en los que se avanza mucho, campos de investigación enteros son olvidados.
    Por hacer una aportación os dejo una cita que me ha llamado la atención:
    "Computers led to bombs, and bombs led to computers" No soy un experto y os pido perdón si me equivoco, pero lo traduciría como "Los ordenadores condujeron a las bombas, y las bombas nos trajeron los ordenadores".
    Un saludo

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    1. Gracias por tu comentario, David. Para mí, siempre ha tenido su particular encanto que la ciencia tenga ese componente coyuntural que en ocasiones la condiciona, como el escenario de la guerra fría. En el fondo, por objetiva y neutral que quiera ser, la ciencia está imbuida en el pensamiento y la época en que se desarrolla.

      Por otro lado, se completa con ese otro componente ciego, como la evolución, que caracteriza la investigación básica: conocimiento por el conocimiento, sin que exista a priori un propósito o aplicación determinada.

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    2. Conocimiento por conocimiento... Cuanta falta hace en esta sociedad en que el conocimiento se ha convertido tan solo en un medio para alcanzar un puesto de trabajo.

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  2. Hola a tod@s:
    José Antonio, he leído absorta tu resumen. He podido imaginar a los neutrones chocando con los átomos y las transformaciones de los mismos.
    En cuanto a lo de la edad de los investigadores pienso que no tienen que ser jóvenes. Lo importante es que sean gente con sed de conocimientos y creo que eso no tiene que ver con la edad sino con cada persona.
    Un saludo
    María del Mar García

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    1. Gracias, María del Mar. Me alegra que te haya gustado. En cuanto a la edad de los investigadores, siento algo de nostalgia de la forma en que se investigaba en la época de Moseley. La osadía y el entusiasmo propios del científico que empieza junto a la labor de un mentor que sabe estimular y dejar margen de maniobra a su discípulo. Creo que esa combinación de madurez y juventud, de dos enfoques diferentes y complementarios, me parece idónea.

      Imagino que hoy en día habrá investigadores tendrán la fortuna de vivir esto, según el laboratorio donde trabajen, pero me temo que no es frecuente a la vista de las precarias condiciones de los investigadores en la actualidad.

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  3. Hola, José Antonio

    Me ha gustado muchísimo más tu resumen del capítulo, que el original. Como dice Maria del Mar, tu prosa nos ha permitido imaginar a los neutrones saltando y vibrando.

    Hablado de vibraciones, son las que producen la música las que me han dado un argumento para contestar a tu primera pregunta; no sabría contestar desde el ámbito de la investigación científica, ya que mi contexto está alejado de ella.

    Veréis, me gusta un montón el jazz y el jazz hay que disfrutarlo en directo, así que voy a muchos conciertos. Podéis creerme cuando os digo que tengo observado y comprobadísimo, que cuando en un escenario se mezcla la sabiduría del maestro entrado en años y el entusiasmo de la savia nueva, el resultado es brillante y excepcional. Si solo actúan los consagrados, pueden llegar a parecerte que están tocando más de lo mismo. Si lo hacen solo los jóvenes recién salidos de la academia pueden parecer rígidos, que no se han soltado o si quieren ser originales, histriónicos. En cambio, repito, la mezcla de la serena experiencia y el entusiasmo de la juventud, acostumbra a ser explosiva. Así que, es muy probable, que esto también ocurra en la investigación científica, tanto en los temas como el los métodos

    Sobre el segundo tema, estoy segura que hay ramas de la investigación que quedan congeladas u olvidadas debido a las múltiples contingencias en las que se mueven. Pero, tal como me ha abierto los ojos David, al final es posible que se llegue a ellas por otros caminos.

    Un saludo



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    1. Muchas gracias por tus palabras, Cristina. Celebro que el resumen te haya gustado hasta ese punto.

      Creo que la analogía que haces con el jazz es acertadísima. A pesar de que los compases en el pentagrama sean rígidos, o que el método de un experimento se ajuste a condiciones muy precisas, el buen hacer de unas manos expertas animan y estimulan la trayectoria de quien quiere emular al maestro.

      No sé si me equivoco, pero el boom de la genética tras el descubrimiento de la estructura del ADN es uno de estos casos. El núcleo celular, el sanctasanctórum de la herencia, copaba todos las investigaciones. Y se ignoró durante tiempo el estudio del origen de los orgánulos de la célula eucariota, hasta la propuesta de la simbiogénesis por parte de Lynn Margulis.

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  4. Me ha gustado mucho tu resumen, José Antonio. Hasta propondría relacionar cada capítulo con una canción.

    Estoy con vosotros en la necesidad de sangre joven en investigación. Supongo que la habrá pero no creo que tengan libertad para hacer muchas cosas por su cuenta ya que dependerán del más viejo del lugar.

    En la segunda cuestión, además de coincidir con vosotros, añadiría que las modas también hacen algo parecido. La investigación se deja influenciar por las nuevas necesidades, creadas a partir de un nuevo descubrimiento, y dedica más medios a ese filón. Cuando te centras en una zona de investigación dejas de aplicarte en otra. Seguramente la falta de resultados brillantes en un tiempo ayude bastante. Pero nunca se sabe qué se habría descubierto unos meses después.

    Creo que el método Montecarlo no es más que una gigantesca extrapolación del trabajo del científico que no puede dedicarse a todo lo que quiere y elige un par de temas. Excepción hecha de Leonardo.

    Buena semana

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  5. Desde luego, la analogía del método Montecarlo es muy expresiva de la ciencia. Ensayar, fracasar, interpretar, intentar de nuevo, hasta que podemos aceptar la aproximación que hemos hecho de la realidad, y con el sambenito de que será siempre mejorable.

    Muchas gracias, Santos. Lo de la canción tienta. ¡Madre mía, creo que he abierto la caja de Pandora!

    Evidentemente, siempre será necesaria la complementariedad del diamante en bruto de la investigación básica, con la talla minuciosa de la ciencia especializada. Aunque la presión por publicar, el impacto de los artículos y otras zarandajas hacen muy complicado este equilibrio.

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  6. Hola, me ha gustado el capítulo (aunque algunas explicaciones de la fusión y la fisión creo que estaban un poco liadas) y me ha gustado tu resumen (quien no haya leído el capítulo deseará leerlo si lee tu resumen). Por cierto, el vídeo que has incrustado me ha gustado también, se me ha quedado claro como funciona el método Montecarlo (pero me hubiera gustado que nombrara a las "calculadoras").

    Y ahora a tus preguntas.

    · Con respecto a la primera escribí hace tiempo en clave de profesores (interinos y funcionarios) lo siguiente:
    "Yo pienso que cuando empezamos, si somos innovadores, queremos comernos el mundo, pero el pastel es muy grande y algunos pedazos se vuelven duros. En lo que alcanzamos resultados continuamos evolucionando pero, reconozcámoslo, algunos sueños se quedan por el camino, pensamos que son inalcanzables. Pero entonces llega sangre nueva y, al no saber que algo es imposible, se ponen a trabajar y alcanza resultados. En ese momento aparecen profundos cambios que, por supuesto, hay que compensar y compaginar con la sabiduría de la experiencia. En mi trabajo hay dos cosas que afectan negativamente a mi mejora como profesor: que eliminen interinos innovadores (me aportan nuevas ideas) o que jubilen a compañeros "mayores" de los que todavía tienen mucho que enseñar (me enseñan trucos, me previenen de problemas, están atentos a los detalles, detectan “los perfiles” de los alumnos…)
    Resumiendo: En la mezcla adecuada de jóvenes (representados normalmente por interinos), de no tan jóvenes y de mayores (pero jóvenes de espíritu), está el equilibrio al que, a mi juicio, todo claustro debe de aspirar"

    · Con respecto a la segunda decir que a mí el capítulo, más que reflexionar sobre lo que tú dices (y estoy de acuerdo con todo lo que se ha dicho) me ha hecho reflexionar con lo vulnerables que somos todos los seres humanos a las pasiones (cosa que en principio no tiene que ser negativa, no me malinterpretéis). Por otro lado, también me ha recordado a Einstein y como tuvo que convivir con la contradicción de apoyar el estudio de la bomba atómica y ser pacifista. Este tipo de contradicciones que tienes que ir asumiendo me tienen fascinado desde hace tiempo (yo creo que desde que soy padre).

    Un saludo a todos

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    1. Excelente tu texto, Juan Carlos que, por supuesto, se adapta perfectamente al ámbito científico. Fomentar una suficiente carga de "juventud de espíritu" entre profesionales de distintas generaciones es una cuestión clave.

      ¡Con las pasiones hemos topado! Y claro, ¿cómo negar que también existen en el mundo de la ciencia? Por un lado, como estímulo para nuevas ideas, nuevos hallazgos. Por otro lado (y el que más fascinante me resulta), como aparente choque o contradicción que puede embargar al científico. Como tú mismo mencionas, la problemática de Einstein con la bomba atómica, y no fue la única que le quitó el sueño. Irónicamente, su trabajo contribuyó al desarrollo de una mecánica cuántica cuya naturaleza probabilística le incomodaba muchísimo. Y Darwin, "el inglés que subió una colina (encontró fósiles) y bajó perdiendo la fe". Es fácil imaginar su dilema entre lo que observó en su viaje y sus convicciones religiosas.

      Y si lo llevamos a las pasiones patrióticas, la tabla periódica también fue objeto de conflictos internacionales. Al astato se le intentó bautizar como alabamio, helvetio y anglohelvetio. El francio fue supuestamente identificado por otros países antes que por los galos, y se le pensaba denominar rusio, virginio o moldavio. Yo también voy a dejarme llevar por la pasión, porque soy de los que piensan que el wolframio pudo llamarse hispanio. Hubiese sido un bonito homenaje a sus descubridores, los riojanos hermanos Elhuyar. Sí, porque el nombre de logronio hubiera sido pasarse...

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  7. ¡Hola a todos! Jose Antonio, me ha encantado tu resumen. Y muy apropiada la alusión a la canción de “Lilí Marlén”, que en su primera versión, la de la Segunda Guerra Mundial, se convirtió en la canción favorita de los dos bandos. Y, claramente, no tienes que agradecer nuestra paciencia, sino todo lo contrario: gracias por el resumen y muy de acuerdo con las palabras de Maria del Mar.

    Sobre lo de estimular la regeneración de los investigadores, la analogía de Cristina es fantástica y estoy muy de acuerdo con lo que quiere decir. Solamente añadiría que aunque las nuevas ideas suelen venir de los jóvenes, la innovación no es el único trabajo que hay en investigación. Como dijo Thomas Edisón "El genio es uno por ciento de inspiración y un noventa y nueve por ciento de transpiración", por lo que hay mucho esfuerzo que no requiere de originalidad y que también forma parte del trabajo del científico.

    Respecto a los estímulos que existen en cada época, para el avance científico, es lógico si tenemos en cuenta que la ciencia no puede desligarse del caos humano. Veo el avance científico como un algoritmo evolutivo, donde la aleatoriedad está en la elección de las investigaciones según las preferencias de cada época y cuánta financiación recibe según intereses (y la misma investigación sería el filtro de lo que se da por bueno o no). Por lo que sí, esa aleatoriedad también está en que se abandonen otros campos que podrían ser más prometedores. El avance científico no es lineal, pero lo importante es que se vaya avanzando, aunque sea a saltos y con caminos enrevesados.

    ¡Que tengáis una feliz semana!

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    1. Muchas gracias, Conxi, y muy de acuerdo contigo respecto a la innovación. Los nuevos descubrimientos no son la coronación de un esfuerzo, sino una nueva base sobre la que construir, y aquí es donde interviene la “transpiración” de Edison: un trabajo colectivo y continuado, más numeroso pero más desapercibido.

      Actualmente, ante la sofisticación y especialización de la ciencia, nadie duda en lo necesario del enfoque multidisciplinar. Sin embargo el enfoque intergeneracional, tan importante en épocas pasadas, merece ser reconsiderado hoy en día, para que un mentor no sea un catedrático desmotivado e inmovilista, y un discípulo no sea mano de obra barata disfrazada de becario.

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  8. ¡Hola a todos!

    José Antonio, se nota que eres un buen escritor, enganchas desde el principio ;o)). Eso, unido a que el capítulo me ha parecido más interesante, ha hecho que lo disfrute más.

    Lo malo que tiene entrar tarde a comentar es que ya casi se ha dicho todo...

    Respecto a la primera pregunta estoy de acuerdo con Cristina y Juan Carlos. La diferencia respecto a lo que ocurría antes y ahora es que era "relativamente más fácil" hacer descubrimientos o tener una idea genial, ya que había muchas cosas sin hacer. Incluir sangre nueva en la investigación es necesario y muy importante, pero no sería la solución definitiva. Hay que mezclar a los jóvenes impetuosos con ideas, digamos peregrinas, con los más experimentados que son capaces de orientar y asentar esas ideas para darles forma de investigación.

    En cuanto a la segunda pregunta, cualquier estímulo es bueno ya sea bélico, económico, social, etc. Creo que hay que intentar entrar a la investigación desde un punto de vista formal, pero no olvidar que cualquier punto de entrada, es decir, algo que haga plantear la pregunta adecuada por la que empezar a investigar, es importante.

    ¡Saludos a todos y buena semana!

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    1. Muchísimas gracias, Jorge. Me alegra mucho que el resumen haya ayudado a que disfrutaras más del capítulo.

      Es verdad que con el tiempo el mapa de cosas descubiertas se va mermando y que lo que antes hacías con material que encuentras en el garaje, hoy requiere un acelerador de partículas. Precisamente esta situación, en mi opinión, es la que hace aún más importante la (verdadera) sinergia entre profesionales experimentados y noveles. Como bien dices, hace falta ímpetu para ser arriesgado, para probar nuevos enfoques, para salir de una investigación muy trillada, pero también cribar y asentar las ideas para darles forma. Me gusta la conclusión que saco de tu comentario: ideas abiertas pero con orden, trayectoria dirigida pero con amplias miras.

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  9. ¡Muy buenas a todos!
    Cuando ya me estaba haciendo un poco al autor del libro, llega José Antonio y nos planta este magnífico resumen, que deja al capítulo a la altura del zapato. Estoy seguro de que este mismo libro lo hubieras escrito infinitamente mejor. Y, por favor, si algún día lo haces, avísame que lo compro.
    Tras estas cariñosas palabras hacia mi paisano, respondo a las cuestiones que plantea:
    - Estoy de acuerdo en una regeneración constante en las plantillas de los centros de investigación. Conozco varios casos que investigadores experimentados cortan la proyección de otros más jóvenes. Sin embargo, considero que la experiencia es un factor muy importante para la buena salud de la investigación
    -En el resumen de mi capítulo se habló de algo similar a esta cuestión. Sería razonable no desatender algunas áreas científicas, pero lamentablemente los "temas candentes" obliga a ello.
    Por cierto, me habría gustado que se le hubiera dado más importancia a la figura de Marie Curie en este capítulo.
    ¡Nos seguimos leyendo, tertulianos!

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    1. ¡Estos radicales barbatilos son terribles! Como pillen en su radio de acción a un paisano, le envían un afecto covalente reforzado con puentes de hidrógeno que ríete tú del Golden Gate.

      Muchas gracias, Jesús, por tus palabras. Desde luego, tratando sobre la radiactividad, ya lo creo que echo de menos a Marie Curie, y también a Becquerel. Y si se habla de la fisión nuclear, antes que las dificultades técnicas de la reacción en cadena (creo que Enrico Fermi logró la primera controlada en un reactor) vino su descubrimiento, por el cual Lise Meitner no tuvo el reconocimiento que merecía, al contrario que su colega Otto Hahn para quien fueron todos los parabienes.

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  10. Holaaa. Después de unas semanas un tanto convulsas, llego dispuesto a ponerme al día con los últimos capítulos.

    En primer lugar felicitar a José Antonio por tan magnífico resumen. Ya sabemos de sus dotes literarias pero, aún así, seguimos sorprendiéndonos y disfrutando todo aquello que sale de su pluma.

    Yo creo que también me voy acostumbrando a Sam Kean y su forma de contar las cosas, en la que se echan de menos a algunos persanajes "de primera linea", mientras que saca a relucir otras historias menos conocidas. En general me ha gustado el capítulo con mención especial a la última parte en la que habla del método Montecarlo y el cambio que supone esto para la ciencia y su famoso método científico.

    Con respecto a la primera pregunta, la virtud suele estar en el término medio. El personal joven (quizás no tanto por lo joven sino por lo poco experimentado) suele tener una mente más virgen y menos anclada en supuestos. No estoy muy seguro de lo que voy a decir, pero me gusta pensar que la visión de alguien como Einstein sólo pudo salir de alguien que no era experimentado en la rutina científica. Su mente no tenía anclas (en forma de postulados, hipótesis aceptadas pero no comprobadas que debiera seguir y otras cortapisas en general). Si bien, la investigación es un proceso crítico de génesis del conocimiento y debe ser guiado por personas experimentadas en este proceso tan intrincado. La realidad suele ser que los experimentados tratan de guiar los trabajos de investigadores noveles según su propia concepción de "lo que debe ser". Y esto puede ser un obstáculo.

    En cuanto a la segunda pregunta coincido con Jorge en que cualquier estímulo es bueno. Y aunque, por desgracia, se quedan muchos campos sin arar para que puedan dar sus frutos. Los campos trabajados son los que la sociedad supone que van a dar los frutos que la sociedad necesita. No obstante, todo esto se refiere a la fracción aplicada. La investigación básica debería ser un frente de avance transversal, que no sólo amplia el conocimiento por el conocimiento, sino que delimita el horizonte de las potenciales aplicaciones futuras.

    Un abrazo a todos

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