Alégrense los amantes de los carámbanos. El Dr. Freeze ha entregado su obra magna.
Para que conste, Stephen Morris, profesor de física en la Universidad de Toronto, no se llama a sí mismo Dr. Freeze. Pero, según admite, está obsesionado con los carámbanos. Los ha observado en el entorno y los ha cultivado en su laboratorio. Ha acumulado miles de fotos y cientos de vídeos de carámbanos formándose en diferentes condiciones.
Y ha intentado -y sigue intentando- descifrar la teoría subyacente que rige su fría y puntiaguda esencia.
Y ahora lo está regalando todo.
Lo llama el Atlas de Carámbanos. Es una base de datos en línea que incluye casi toda su investigación sobre carámbanos hasta la fecha, y es gratuita para que cualquiera pueda utilizarla sin restricciones, ya sean científicos, artistas o diseñadores de tarjetas de Navidad.
Es una cantidad inusualmente grande de datos científicos para hacerla pública -el equivalente a más de 200 DVDs- todo dedicado a los carámbanos. Nunca ha habido nada parecido. Y en una época en la que los físicos suelen ganar premios Nobel por estudiar partículas y fenómenos invisibles que están más allá del alcance de los sentidos humanos, es un poco rebelde.
«Me interesan los patrones de la naturaleza en general», dice el prof. Morris, cuya área de especialización se denomina oficialmente física experimental no lineal, pero que podría describirse con la misma facilidad como la ciencia de la experiencia cotidiana.
«Me motiva mucho entender las cosas que veo delante de mí… cosas que son aparentes para todo el mundo pero que son relativamente inexplicables.»
Y cuando el profesor Morris pasea por el campus y por las calles del barrio de Toronto donde vive, lo que ve delante son carámbanos.
Mira el hipnotizante proceso de construcción de un Atlas de Carámbanos
Planeta de Carámbanos
Lo primero que hay que apreciar de los carámbanos es que, aunque son un fenómeno natural, no se encuentran fácilmente en la naturaleza.
Da un paseo invernal por el bosque y encontrarás hielo y nieve por todas partes, pero pocos carámbanos. Viaje por el sistema solar y detectará agua congelada en prácticamente todos los rincones, desde la fracturada superficie de la pista de patinaje de la luna Europa de Júpiter hasta las profundidades de los cráteres permanentemente ensombrecidos de Mercurio bañado por el sol. Pero no hay carámbanos.
Sólo aquí en la Tierra -y, en su mayor parte, sólo en las ciudades del norte- los carámbanos son una característica relativamente común. Esto se debe a que los carámbanos requieren dos cosas: una atmósfera que permita la existencia de agua y unas condiciones adecuadas en las que el agua gotee y pueda ser inducida a transferir suficiente calor al aire para congelarse.
En entornos puramente naturales, estas circunstancias sólo se dan cuando el agua está cerca del punto de congelación y en movimiento vertical, como alrededor de las cascadas, o filtrándose a lo largo de las paredes de los acantilados que pueden formar cascadas congeladas.
Pero estos lugares son raros. Fue la llegada del paisaje urbano lo que hizo que nuestro mundo fuera favorable a los carámbanos. Una típica ciudad canadiense del siglo XIX es esencialmente una gigantesca máquina de generar carámbanos. Si lo que se necesita es agua que gotee, no hay nada mejor que esos aleros que sobresalen y esos tejados mal aislados.
Esto explica por qué hay tantos carámbanos en las partes más antiguas de Ottawa, Montreal y Toronto, entre otros lugares. Y como vive en una parte del mundo que está optimizada para la producción de carámbanos, parece inevitable que los carámbanos acaben llamando la atención del profesor Morris.
LA VERDAD HUELVA
Los carámbanos son intrínsecamente interesantes para los físicos, porque a diferencia de la órbita de la luna o la estructura de un átomo, no existe ninguna teoría física que prediga de forma fiable sus formas y características precisas dado un conjunto concreto de condiciones iniciales. Y el problema no es sólo académico. Los carámbanos pertenecen a un conjunto más amplio de fenómenos que son igualmente difíciles de predecir y mitigar, desde el crecimiento del granizo hasta la acumulación de hielo en las alas de los aviones, las líneas eléctricas y los puentes.
En resumen, los carámbanos ofrecen «un problema científico bien definido y compacto, con aplicaciones prácticas», dice Lasse Makkonen, científico principal del Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia, en Espoo.
El Dr. Makkonen es uno de los pocos científicos que han profundizado en los detalles de la estructura y el comportamiento de los carámbanos. A partir de la década de 1980, desarrolló una descripción matemática del crecimiento de los carámbanos que ayuda a explicar por qué los carámbanos son largos y puntiagudos.
Aunque el sentido común dicta que el agua debería congelarse a la misma velocidad en todas las partes de un carámbano, está claro que la punta crece más rápido que los lados, hasta 20 veces más rápido, dice el Dr. Makkonen. Esto se debe a que la punta de un carámbano forma un tubo hueco que crece en la gota de agua colgante donde se estrecha. Cuando la gota cae periódicamente, se lleva el calor y expone la punta al aire. El aire roba entonces más calor y favorece el crecimiento del hielo.
El Dr. Makkonen recuerda que llegó a la conclusión sobre el papel de que los carámbanos debían tener la punta hueca y que un día salió a comprobarlo en el mundo real.
«Cogí una aguja de pino y la introduje en la punta de un carámbano. Entró hasta el fondo, unos cinco centímetros. Fue una sensación extraña: Simplemente lo noté, no me sorprendió. Tenía que ser así».
Más tarde, Raymond Goldstein y sus colegas de la Universidad de Cambridge, en Gran Bretaña, propusieron una teoría para la forma de un carámbano que gotea, o mejor dicho, el ideal platónico de un carámbano. Aunque la teoría reproducía la forma alargada y puntiaguda, había características que no podía reproducir, como las ondulaciones.
Todos los carámbanos encontrados en «la naturaleza» tienen superficies onduladas, con una distancia media de un centímetro entre cada ondulación. Esta cifra es notablemente consistente, independientemente de la temperatura y la velocidad de flujo.
Las ondulaciones de los carámbanos han sido estudiadas por investigadores japoneses del Instituto de Ciencias de Baja Temperatura de Hokkaido. En una publicación de 2002, plantearon que las ondulaciones se forman debido a una «inestabilidad superficial» en el agua que fluye por un carámbano, una ligera desviación que tiende a crecer con el tiempo. Pero en cuanto a la razón de esta inestabilidad, los investigadores japoneses no pudieron decirlo.
Fue en ese momento, a partir de 2008, cuando el profesor Morris se apoderó del misterio de los carámbanos – o quizás al revés.
LA MÁQUINA DE CARBOS
La clave de la física de los carámbanos sólo puede descubrirse con datos, decidió el profesor Morris, y en abundancia.
Pero esperar a que los carámbanos se formen al aire libre no es un enfoque conveniente ni adecuado para un estudio controlado. En colaboración con un estudiante de posgrado, Antony Szu-Han Chen, el profesor Morris se puso a construir una máquina de carámbanos en su laboratorio.
Por fuera, la máquina parece una caja revestida de espuma de poliestireno con una estrecha ventana para que una cámara capte imágenes de lo que hay dentro. Allí, las paredes refrigeradas encierran un espacio refrigerado de aproximadamente un metro de altura con una espiga de madera giratoria en la parte superior sobre la que gotea lentamente agua fría y donde pueden crecer carámbanos. La rotación iguala los efectos de las corrientes de aire en la caja y permite a la cámara captar todos los lados de un carámbano a medida que se desarrolla. Muchas otras modificaciones han evolucionado para asegurar que la máquina pueda hacer crecer carámbanos de forma fiable.
«Todo el mundo dice que parece un proyecto de feria de ciencias, pero es engañosamente complicado», dice.
La máquina permitió al profesor Morris y al Sr. Chen hacer lo que nadie había hecho antes de forma sistemática: hacer crecer carámbanos, una y otra vez, bajo una amplia gama de condiciones. Tomaron montones y montones de fotos.
Finalmente, descubrieron algo que nadie se había dado cuenta antes: Las ondulaciones de los carámbanos son causadas por impurezas, como las sales, en el agua. Cuando se utiliza agua destilada en la máquina de carámbanos, las ondulaciones desaparecen y los carámbanos acaban pareciéndose mucho más al ideal platónico del Dr. Goldstein.
Sólo hay que añadir una cantidad minúscula de sal, unas dos partes por cada 100.000 -que es menos que la impureza total del agua corriente- y las ondulaciones vuelven a aparecer.
El trabajo es «impresionante», dice el Dr. Goldstein, «porque las respuestas son tan inesperadas».
El Prof. Morris también ha utilizado la máquina para hacer crecer carámbanos que son decididamente poco platónicos, con formas cuadradas, extensas ondulaciones y múltiples ramas o «patas». Todos estos ejemplos pueden encontrarse en el Atlas de Carámbanos, formando un repositorio de formas de hielo bien medido.
Pero el objetivo mayor aún no se ha alcanzado: un conjunto de ecuaciones matemáticas que anticipe correctamente toda la gama de formas de carámbanos y las circunstancias en las que aparecerán.
«Voy a conseguirlo», dice el profesor Morris sobre la esquiva teoría de los carámbanos. «Se trata de un proyecto a largo plazo»
THE ATLAS
Los hallazgos del profesor Morris han atraído la atención más allá de la comunidad investigadora. Personas de todo el mundo le han enviado fotos de carámbanos en diferentes estados de crecimiento. Un empresario le preguntó cómo hacer carámbanos aromatizados que pudieran cultivarse en una tienda. (Es más difícil de lo que parece y no es muy sabroso.) Esta primavera, el conjunto musical Continuum de Toronto interpretará una pieza inspirada en parte en los carámbanos del profesor Morris.
Este atractivo estético de los carámbanos es lo que le ha impulsado a hacer públicos sus datos sin restricciones. «Espero que me sorprenda lo que la gente haga con ellos», dice.
Para algunos, la respuesta consistirá simplemente en navegar por las páginas digitales del Atlas y ver los vídeos de los carámbanos creciendo en la máquina del profesor Morris. Son hipnotizantes.
También nos recuerdan que los carámbanos tienen otro sentido, aparte del obvio. Como subproductos de nuestro calor malgastado, son la prueba de nuestra persistencia e incluso de nuestra prosperidad frente a una estación fría e implacable. Es una forma de belleza espontánea que ocurre porque estamos aquí para presenciarla.
Considera el carámbano, dice Stephen Morris, y alégrate.