El misterio de la ratonera: de reacciones en cadena y sistemas complejos (Parte I)

La «reacción en cadena de la ratonera» de la película de Disney de 1957 «Nuestro amigo, el átomo». Un experimento fascinante que trae una pregunta curiosa: ¿Por qué la ratonera es lo único que puedes comprar en una ferretería que puede crear una reacción en cadena? Otro misterio relacionado con la ratonera es por qué, con tantos experimentos realizados, hasta ahora nadie había intentado hacer mediciones para cuantificar los resultados. Eventualmente, dos investigadores italianos, Ilaria Perissi y Ugo Bardi reexaminaron este viejo experimento ^[1], mostrando cómo puede verse como mucho más que una representación de una reacción nuclear, sino un paradigma del comportamiento de sistemas complejos.

La película de Walt Disney de 1957, «Nuestro amigo el átomo», fue una obra maestra absoluta en términos de difusión del conocimiento científico. Por supuesto, fue patrocinado por el gobierno de los Estados Unidos. Se suponía que debía promover su política energética que, en ese momento, se basaba en el concepto de «átomos para la paz». Entonces, la película era propaganda, pero al mismo tiempo, es sorprendente pensar que, en la década de 1950, el gobierno de los EE. UU. estaba haciendo un esfuerzo para obtener un consentimiento informado de sus ciudadanos, ¡en lugar de simplemente asustarlos para que se sometieran! Las cosas cambian, de hecho. Pero aún podemos aprender mucho de esta vieja película.

Entonces, «Nuestro amigo, el átomo» es un jugueteo a través de lo que se sabía sobre la física atómica en ese momento. Las imágenes son impresionantes, las explicaciones claras y la historia es fascinante con una mezcla de ciencia pura y fantasía, como la historia del genio y el pescador. Realicé mis estudios de química teniendo en cuenta las imágenes de la película. Todavía hoy, tiendo a ver en mi mente los protones como rojos, los neutrones como blancos y los electrones como verdes, como se muestran en el libro.

Uno de los elementos fascinantes de la historia fue la reacción en cadena hecha con trampas para ratones. Me impresionó tanto ese experimento que siempre tuve en mente rehacerlo y, finalmente, el año pasado, mi colega Ilaria Perissi accedió a echarme una mano. ¡Juntos, construimos nuestra maravillosa, nueva y mejorada máquina trampa para ratones! Nos enfrentamos a los riesgos de las bolas voladoras y logramos hacer nuestros experimentos con solo daños menores en los nudillos. Y fuimos los primeros, al parecer, en hacer mediciones cuantitativas de este viejo experimento.

Les contaré sobre nuestros resultados a continuación, pero, primero, un poco de historia. La idea de la reacción en cadena de la ratonera fue propuesta por primera vez en 1947 por Richard M. Sutton (1900-1966). Era un físico que trabajaba en Haverford College, en Pensilvania: un profesor de física inconformista al que le encantaba crear demostraciones de fenómenos científicos. Y, sin duda, la idea de usar trampas para ratones para simular una reacción nuclear en cadena fue nada menos que un golpe de genialidad. Lástima que Sutton no se menciona en absoluto en la película de Disney. Así es como Sutton propuso el experimento:

Sutton parece haber realizado realmente su demostración frente a sus alumnos, aunque no tenemos fotografías ni registros de ella. Intentamos usar la misma configuración, pero descubrimos que los corchos son demasiado livianos para activar las trampas y la reacción desaparece de inmediato. Funciona solo si las trampas no están fijadas a la mesa y se dejan libres para volar. De hecho, Sutton no menciona que fijó las trampas a la mesa. El «problema de la trampa voladora» ^[3] afecta a la mayoría de las configuraciones experimentales de este experimento. Pero si la reacción en cadena es generada por trampas voladoras, ya no es una simulación de una reacción atómica en cadena.

Después de que Sutton publicara su idea, realizar el experimento de la ratonera en público parece haberse puesto de moda. Puede encontrar otra ilustración de la configuración en el libro de 1955 de Margaret Hyde: «Átomos hoy y mañana» (ver la figura de cabecera). Observe cómo ha cambiado el experimento, probablemente debido a los problemas para hacerlo funcionar con corchos. Ahora no hay corchos, pero se usa una canica para activar una trampa, que está unida a otras trampas para ratones por un «hilo pesado». Tal vez funcione, pero no es lo que había propuesto Sutton, y es difícil presentarlo como una simulación de algo.

Entonces, en 1956, los cineastas de Disney probablemente se estaban rascando la cabeza y pensando en cómo podrían hacer que el experimento de la trampa para ratones funcionara. Eventualmente, decidieron usar pelotas de ping-pong y una gran cantidad de trampas para ratones. Puedes ver los resultados en la película: las trampas vuelan por todas partes. El mismo problema: esto no es lo que se suponía que debía hacer el experimento. Y hay una razón: también, en este caso, intentamos usar la misma configuración y descubrimos que las pelotas de ping-pong son demasiado livianas para hacer que las trampas se rompan. Si las trampas están fijadas a la mesa, el experimento simplemente se esfuma después de activar una o dos trampas como máximo.

Extrañamente, muy pocas personas notaron el problema: una excepción fue el físico nuclear Ivan Oelrich, ¡pero eso fue en 2010! La mayoría de los experimentos con trampas para ratones que puedes encontrar en la Web (y hay muchos) son del tipo «trampas voladoras». Es un problema de la ciencia para el público: a menudo es llamativa y espectacular, y no significa nada.

Solo encontramos dos experimentos en la Web donde las trampas se fijaron a la placa de soporte, como debería haber sido. Pero, incluso en estos dos casos, no se realizaron mediciones cuantitativas. Extraño, pero existe esta maldición con la ciencia popular que a menudo se desprecia y, a veces, lleva una marca negativa en la carrera de un físico.

Pero no importa eso. El equipo de tus sueños, Ilaria y Ugo, se comprometió a realizar el experimento de la manera correcta, con trampas fijas y, al mismo tiempo, midiendo los parámetros del experimento. Nuestro truco consistía en usar bolas de madera relativamente pesadas que pudieran activar las trampas. También ampliamos el área de los gatillos metálicos utilizando discos de cartón. Luego, usamos cámaras comerciales de teléfonos celulares para registrar los resultados.

Comprometió mucha paciencia: no es fácil cargar 50 trampas con 100 bolas de madera, evitando que empiecen a sonar cuando no quieres que lo hagan. Por no hablar de que la puerta se chasqueó directamente sobre los dedos del experimentador. Doloroso, pero no una causa de daño permanente. Lo hicimos en nombre de la ciencia, ¡y funcionó! Por supuesto, algunos revisores estaban horrorizados por un artículo que no usaba equipo costoso y cálculos complicados y misteriosos. Pero, con paciencia, logramos verlo publicado en una revista científica seria.

Discúlpenme por estar orgulloso de nuestra creación, pero realmente encontré elegante cómo podríamos ajustar nuestros datos con un modelo matemático simple. Y cómo la configuración de la trampa refleja no solo la reacción en cadena en una explosión nuclear, sino también varios otros fenómenos que estallan y luego desaparecen. Por ejemplo, la matriz de trampas puede verse como un simulador mecánico de la curva de Hubbert, con las trampas como pozos de petróleo y las bolas como petróleo extraído. También puede simular la caza de ballenas, varios casos de sobreexplotación de recursos naturales, la difusión de memes en el ciberespacio y más. No está mal para un objeto, la ratonera, que había sido desarrollado con un solo propósito: matar ratones.

Concluimos nuestro trabajo sobre «Sistemas» [4] con el siguiente párrafo:

Las trampas para ratones parecen ser el único dispositivo mecánico simple que se puede comprar en una ferretería y que se puede usar para crear una reacción en cadena. No sabemos por qué este fenómeno es tan raro en las ferreterías, pero seguramente las reacciones en cadena son comunes en los sistemas adaptativos complejos. Creemos que los resultados que informamos en este documento pueden ser útiles para comprender tales sistemas y, al menos, para ilustrar cómo las reacciones en cadena pueden salirse fácilmente de control, no solo en una masa crítica de uranio fisionable sino también en dinámicas similares que ocurren. en el ecosistema que se denominan “overshoot” y “overexploitation”.

Sí, en serio, ¿por qué las trampas para ratones son tan excepcionales? ¿Quién lo hubiera pensado?

(La Parte II de este artículo se publicará en la edición del 24.07.2022)

Fuente: [*] 11.07.2022, del blog de Ugo Bardi «The Seneca Effect», autorizado por el autor.

Referencias

[1] https://www.mdpi.com/2079-8954/10/4/91

[2] https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1990988?journalCode=ajp

[3]https://fas.org/blogs/security/2010/01/you-dont-have-to-be-a-mouse-to-be-wary-of-mousetraps/

[4] https://www.mdpi.com/2079-8954/10/4/91