Los ojos de Dalton y el color de los átomos

Desde la Antigua Grecia al CERN, el conocimiento sobre la existencia, la estructura y el comportamiento de los átomos ha pasado de la pura especulación a los hallazgos empíricos más sorprendentes. Eso no quita que podamos dar rienda suelta a la imaginación y plantearnos preguntas quizás menos importantes pero cargadas de curiosidad por lo desconocido. Por ejemplo, ¿qué color tienen los átomos? o ¿cómo veía el mundo el creador del primer modelo científico de las partículas indivisibles de la materia?

Con grandes dosis de conocimiento y quizás también de inspiración, el británico John Dalton (1766-1844) retomó las ideas de Demócrito sobre la materia para enmarcarlas en un modelo que pudiera ponerse a prueba con datos extraídos de la realidad. Imaginó las formas más básicas de los elementos como bolas macizas e indivisibles con carga neutra y en 1803 propuso el primer modelo científico del átomo. 

Dalton estudió y desarrolló los límites de la física y la química, pero también de la botánica, la meteorología, la medicina y la gramática. Tenía una amplia visión del mundo pero un sentido de la vista más limitado que la mayoría de personas. Dalton era, como su nombre indica, daltónico.

John y su hermano mayor Jonathan confundían el color rojo con el verde y el rosa con el azul. En una ocasión, el químico cometió un grave error de etiqueta debido a su ceguera para el color. Pensando que vestía una túnica gris, acudió a una audiencia con el rey Guillermo IV ataviado de rojo brillante. Quizás el monarca protestante pensó que el químico cuáquero acudía a la cita disfrazado de cardenal católico. Y es que para Dalton el lacre rojo tenía el mismo color que una hoja de laurel y, para mayor confusión, algunos colores cambiaban radicalmente en función de la luz ambiente. A la luz del día, la flor de la wildemalva le parecía “azul cielo” pero, a la luz de las velas, los pétalos parecían “casi amarillos, con un tinte de rojo”.

A mediados del siglo XVIII, se creía que la ceguera del color se debía a un defecto cerebral. Por el contrario, la suposición de Dalton era que el humor vítreo de sus ojos, el líquido que rellena el globo ocular entre la retina y el cristalino, tenía un tinte azul y absorbía ciertas longitudes de onda. Algo parecido a llevar gafas de sol tintadas intraoculares. Y es que Dalton, que sabía de todo, conocía una de las propiedades más importantes de la luz: que contiene todas las longitudes de onda del color, las cortas (azul), medias (verde) y las largas (rojo). Y también tenía bastante claro que la luz entra en el ojo a través de la córnea, pasa por el cristalino y el humor vítreo. Y que después se “traduce”, de alguna manera, en una imagen. Una imagen que él sabía que veía distorsionada. 

Para intentar confirmar su teoría – o mejor dicho, facilitar que otros lo hicieran-, pidió a su médico Joseph Ransome que analizara sus ojos después de su muerte. Dalton falleció a los 78 años, el 27 de julio de 1844, y al día siguiente Ransom comenzó diligente la autopsia. Extrajo de uno de los ojos el humor vítreo que calificó como “perfectamente pelúcido”, es decir, transparente; y encontró el cristalino amarilleado, pero en una manera normal para una persona de su edad. A falta de conocer más detalles sobre la fisiología del ojo, al doctor Ransom no se le ocurrió más que coger el otro ojo, sajar su parte posterior y mirar a través de él como si de un macabro caleidoscopio se tratase, para confirmar que tanto el verde como el rojo se veían con normalidad a través del globo ocular del difunto Dalton.

Y así quedó la cosa. La teoría de Dalton no se pudo confirmar pero unos años más tarde se publicó en Alemania el trabajo de un tal Giros von Gentilly -aparentemente, el alias del científico George Palmer, otra figura muy misteriosa-. La publicación enumeraba tres tipos de “moléculas” o “membranas” de la retina que se corresponderían con los tres tipos de luz. Afirmaba que la ceguera del color aparecía cuando uno o dos de estos tipos de moléculas se encontraba paralizada o hiperactiva. Esta teoría, apoyada más tarde por Thomas Young, quien demostró la naturaleza ondulatoria de la luz, era de hecho bastante acertada.

En realidad, el daltonismo ocurre cuando hay un problema con los fotopigmentos en las células nerviosas del ojo que perciben el color, los conos, que se encuentran en la capa de tejido sensible a la luz que recubre la parte posterior del ojo, la retina. Dependiendo de cuántos fotopigmentos falten en el cono, se tendrá dificultad para diferenciar distintos colores. Por ejemplo: si falta un pigmento que es sensible al rojo, no se puede distinguir entre rojo y verde (que es el tipo más común de daltonismo y se denomina protanopia). Si falta otro pigmento que es sensible al verde, se confundirán el azul y el amarillo (deuteranopia). Si falta el pigmento sensible al azul, el mundo se ve en tonos de rojo y verde (tritanopia). La forma más grave de daltonismo es la acromatopsia, una rara afección que solo permite la visión en sombras de gris. 

Simulación de la protanopia.

Simulación de la tritanopia.

1 de cada 10 hombres en el mundo sufren alguna forma de daltonismo, que es mucho menos prevalente en mujeres. Ellas sólo tendrían un 50% de probabilidades de desarrollar la alteración visual si sus dos progenitores son daltónicos o portadores del gen, ya que con frecuencia se trata de una herencia recesiva ligada al cromosoma X. Aunque en la mayoría de los casos el daltonismo es genético, algunas sustancias pueden provocarlo. Por ejemplo la hidroxicloroquina, discutida recientemente como controvertido tratamiento para el coronavirus y utilizada para tratar la atritis reumatoide y otras afecciones, puede causar daltonismo. 

Imágenes del test de Ishihara para evaluar la percepción del color. Las personas con visión normal de los colores verán números en cada círculo. Los números son: 74, 6, 42, 12.

Dalton pensaba que era protanópico, que su falta de sensibilidad se limitaba al color rojo. Sin embargo, en la década de 1990, investigadores de la universidad de Londres (Reino Unido) pidieron permiso para realizar un análisis genético de los ojos del químico, conservados en la colección histórica de su casa familiar. El ADN de Dalton reveló que, en realidad, era deuteranópico. El fallo estaba en su percepción del color verde.

Simulación de la deuteranopia.

En cualquier caso, John Dalton pasaría a la historia como creador de la teoría atómica. En 1803, anunció al mundo los pesos relativos de los átomos.

También, se le ocurrió cómo representar su idea de las partículas indivisibles de forma simbólica, de manera que se pudieran “ver” y  estudiar con lápiz y papel. Los elementos químicos estarían representados por círculos y cada elemento podría distinguirse por el contenido de la circunferencia. Con esta representación simbólica, resultaba fácil manipular los átomos para experimentar antes de pisar el laboratorio. Es un método que se sigue utilizando en investigación, aunque de forma virtual. En esta web, se propone un modelo simbólico para construir átomos que no es profesional pero sí muy divertido:

Hoy en día tenemos una idea mucho más precisa de cómo son los átomos denominada modelo mecánico cuántico. Respecto a su visionado, también se han hecho grandes avances. En 2018, se hizo pública la primera imagen de un átomo, tomada en la Universidad de Oxford (Reino Unido). Se trata de una fotografía de larga exposición de un átomo de estroncio iluminado por un láser de alta potencia.

En la Universidad de California (EE.UU.) se estudian las irregularidades estructurales a escala atómica en nanopartículas de platino. Haciendo muchas fotografías de microscopía electrónica a pequeños intervalos de profundidad y desde distintos ángulos, los investigadores consiguieron una imagen en 3D en la que se pueden apreciar los átomos individuales del elemento.

Estos avances resultan impresionantes pero, a priori, no responden a la pregunta ¿Los átomos tienen color? La respuesta corta es no. Pero depende de cómo se defina “tener color”. En el sentido establecido de reflexión, refracción, absorción y radiación térmica, los átomos individuales serían invisibles. Pero si se tiene en cuenta la dispersión de Rayleigh (el efecto que hace que el cielo se vea azul) o la descarga de gas (como la que se da en los tubos de neón), los átomos sí tienen color. 

Por ejemplo, se puede argumentar que los átomos de algunos elementos sí podrían emitir color bajo ciertas circunstancias. Se propone el experimento hipotético de una jarra de cristal con átomos flotando en su interior. Si se ilumina la jarra con una linterna, la mayor parte de la luz atravesará sin más el cristal, pero el interior de la jarra también brillaría con un color concreto. Este es el color que los átomos absorben y, en respuesta, emiten en todas direcciones. Esto ocurriría con el sodio (Na) que emitiría una luz amarilla. 

¿Cómo vería John Dalton los átomos de sodio en una jarra? Puede que el legado de este estudioso de las leyes del Universo sea el mejor testimonio de cómo ver el mundo desde muchos puntos de vista distintos es lo que hace avanzar el conocimiento. En definitiva, el desarrollo de la ciencia depende de que aprendamos a ir más allá de lo que perciben nuestros sentidos, de que los cuestionemos y seamos capaces de llegar a imaginar lo invisible.

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En este enlace se puede consultar el tratado de Dalton sobre la ceguera del color traducido al castellano.