La ciencia de la pasta: por qué los científicos llevan un siglo obsesionados con los espaguetis
Al ver pasta, probablemente tu cerebro no te lleve a los secretos del universo. Pero durante casi un siglo, los físicos se han pre...
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Podrías pensar que los físicos solo se plantean grandes preguntas.
Generalmente, escuchamos sobre la física de lo cósmico y lo minúsculo, la forma de nuestro universo y la naturaleza de las partículas que lo conforman. Pero los físicos, por supuesto, tienen vidas cotidianas fuera del laboratorio, y a veces su forma de cuestionar el universo se extiende a sus hábitos diarios.
Hay un alimento cotidiano que parece obsesionarlos especialmente: los espaguetis.
Desde hace al menos un siglo, los espaguetis han sido objeto de rigurosos estudios. Gracias a esta investigación, los físicos continúan aprendiendo cosas nuevas sobre el estado sólido de la materia, la química de los alimentos e incluso establecen conexiones con el origen de la vida.
El torrente constante de la ciencia de los espaguetis ayuda a demostrar que existen preguntas profundas en nuestra rutina diaria, y que hay muchos físicos ávidos de conocimiento que no pueden dejar de planteárselas.
Por ejemplo: ¿cuán finos pueden ser los espaguetis? El típico espagueto (nombre que designa una hebra individual de espagueti) tiene entre uno y dos mm de grosor.
Sin embargo, otros fideos largos varían mucho en diámetro, desde los udon de 4 mm hasta los cabellos de ángel de 0,8 mm. Las hebras artesanales más finas se llaman su filindeu, de 0,4 mm, tan finas que solo unas pocas mujeres de Nuoro, Italia, saben cómo prepararlas.
Pero recientemente, un equipo de investigadores del University College de Londres se preguntó si los equipos de laboratorio del siglo XXI podrían mejorar su rendimiento. Utilizaron una técnica llamada "electrohilado". Primero, disolvieron harina en una solución especial con carga eléctrica dentro de una jeringa. Luego, colocaron la jeringa sobre una placa especial con carga negativa.
"Esto hace que la solución, a través de la aguja dispensadora, baje hacia la placa colectora, adquiriendo una forma fibrosa similar a la de un fideo", explica Beatrice Britton, autora principal del estudio.
Cuando la solución se secó, los investigadores obtuvieron una hebra entrecruzada de espaguetis increíblemente finos.
"A simple vista, solo se ve una especie de lámina de lasaña", afirma Britton, pero un microscopio potente revela una estera hecha de hebras de tan solo 0,1 mm. Estos fideos también son mucho más rígidos que los espaguetis comunes.
Britton y sus colegas esperan que su investigación sea un paso hacia alternativas biodegradables de las nanofibras de plástico, que ahora se utilizan para filtrar líquidos y tratar heridas.
Una ciencia desordenada
El espagueti más fino del mundo es solo un ejemplo reciente de cómo los físicos parecen no poder dejar de usar sus herramientas con el carbohidrato favorito de todos. Pero que los físicos usen los fideos no es nada nuevo.
En 1949, el físico de la Universidad de Brown, George F. Carrier, planteó el "problema del espagueti" en The American Mathematical Monthly, que lo valoró como "de considerable interés popular y académico".
En esencia, el problema se reduce a: "¿Por qué no puedo sorber un espagueti sin mancharme la cara con salsa?".
Sus ecuaciones mostraban cómo la hebra expuesta oscilaba con mayor fuerza a medida que se acortaba, garantizando un eventual golpe del fideo contra el labio del que sorbía, y la fatídica erupción de salsa que Carrier tanto deploraba.
Lamentablemente, sus fórmulas matemáticas no ofrecían ninguna solución para evitarlo. Está tan profundamente grabado en las leyes del universo como el Big Bang.
Posteriormente, dos científicos invirtieron el estudio pionero de Carrier, explorando qué sucede cuando un objeto fibroso se desliza fuera de un agujero en lugar de ser succionado.
Llamaron a su versión el " problema del espagueti inverso ", familiar para cualquier comensal impaciente que haya tenido que escupir la pasta quemada por no haber esperado a que se enfriara.
Hasta ahora, ningún físico teórico ha intentado el problema más complejo de dos perros sorbiendo de cada extremo de la misma hebra de espagueti.
El gran físico estadounidense de mediados de siglo, Richard Feynman, ayudó a descifrar los misterios de la mecánica cuántica, explicando cómo interactúan entre sí las partículas elementales que componen los átomos.
Sin embargo, la enorme contribución de Feynman a la física de los espaguetis es menos conocida.
Una noche, Feynman se preguntó por qué es casi imposible partir un espagueti en dos pedazos en lugar de tres. Él y un colega pasaron el resto de la noche rompiendo espaguetis hasta que cubrieron el suelo de la cocina.
La indagación de Feynman sobre la física contraintuitiva del espagueti seco dio lugar a un cuarto de siglo de intentos por explicarla.
Esto finalmente sucedió en 2005, cuando dos investigadores franceses demostraron que el espagueti siempre se parte en dos, en un principio. Pero tras la fractura, cuando las dos piezas dobladas se vuelven a enderezar, toda la tensión acumulada se libera en una onda expansiva, provocando una mayor fragmentación.
En 2018, un equipo de científicos del MIT descubrió cómo contener la onda expansiva: retorciendo delicadamente la hebra de espagueti antes de romperla. Su método requería equipos de laboratorio, pero producía con fiabilidad un par de fragmentos perfectos.
Su trabajo proporcionó una comprensión nueva y más profunda de las varillas frágiles que va más allá de los espaguetis; el fenómeno de la fractura en tres direcciones es bien conocido por los saltadores de pértiga, por ejemplo.
Una maravilla mecánica
Mi madre (ítaloamericana) me enseñó a partir por la mitad un manojo de espaguetis secos antes de ponerlo en agua hirviendo, para que cupieran horizontalmente en la olla.
Supongo que Feynman hizo lo mismo, pero es un escándalo para muchos de los que comen espaguetis en el mundo. Si eres de los segundos, colocas el manojo de espaguetis secos en posición vertical en la olla de agua hirviendo y observas cómo se ablanda lentamente, se doblan y se sumergen.
Este comportamiento familiar de los espaguetis puede no parecer un enigma, pero intenta sacar de la olla un espagueti recién curvado y dejarlo secar. Permanecerá curvado en lugar de volver a su longitud recta original; algo en esos primeros minutos cambia irreversiblemente la composición del espagueti.
En 2020, dos físicos finalmente explicaron esta transmutación. Se debe a una característica llamada "viscoelasticidad", un nombre para la forma única en que materiales como el espagueti responden a la tensión física. Esta propiedad especial permite que el agua fluya a través de las capas externas de la hebra.
La extraña mecánica de los espaguetis cocidos va aún más allá.
En un estudio, científicos dejaron caer hebras al suelo y midieron cómo se enrollaban para aprender sobre otros materiales elásticos, desde cuerdas hasta hebras de ADN. En otro, físicos hicieron nudos con espaguetis y estudiaron qué tipos de tensión los hacían desgarrarse.
La física de los espaguetis va más allá de la pasta en sí: la salsa está llena de misterios científicos. Cuando ocho físicos italianos se conocieron mientras investigaban en Alemania, compartieron una frustración con el clásico plato romano cacio e pepe.
La salsa requiere muy pocos ingredientes -básicamente, es una mezcla del agua de la pasta reservada y queso pecorino rallado-, pero todos habían experimentado su desconcertante volubilidad.
A menudo, el queso se apelmazaba irreversiblemente, arruinando la salsa. Esto es especialmente común al cocinarla en grandes cantidades, lo que hizo que los físicos dudaran en invitar a sus colegas alemanes a cenar.
"No podemos equivocarnos con el cacio e pepe delante de los alemanes", dice Ivan Di Terlizzi, quien estudia Física Estadística y Biológica en el Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos en Dresde, Alemania.
Afortunadamente, entre ellos se encontraban algunos de los mayores expertos mundiales en la física de la "separación de fases", precisamente el tipo de fenómeno de solidificación que plagaba sus cenas de grupo.
Al debatir sobre la separación de fases del cacio e pepe, se dieron cuenta de que también era desconcertante desde una perspectiva científica.
"Este es un problema realmente interesante", afirma Daniel Maria Busiello, coautor del estudio sobre el cacio. "Por eso, decidimos diseñar un aparato experimental para poner a prueba todos estos aspectos".
El "aparato" consistía en un baño de agua calentada a baja temperatura, un termómetro de cocina, una placa de Petri y la cámara de un iPhone conectada a una caja vacía. Invitaron a todos los amigos hambrientos que pudieron encontrar al apartamento de Di Terlizzi y se pusieron a cocinar cacio e pepe para todo un fin de semana.
Descubrieron que la salsa "simple" era enormemente compleja. Químicamente, es una solución acuosa con solo unos pocos componentes: almidón (del agua de la pasta), lípidos (del queso) y dos tipos de proteínas (también del queso). Usando su aparato, encontraron una explicación física para los grumos que arruinaban la salsa, a los que llamaron "fase mozzarella".
Las proteínas, a diferencia de la mayoría de las moléculas, se vuelven más pegajosas al calentarse. Los investigadores descubrieron que, al calentar la salsa, estas proteínas se adhieren a los lípidos y forman grumos similares a los de la mozzarella.
En un cacio e pepe bien hecho, lo que impide esto es el almidón, que forma una capa protectora alrededor de las moléculas lipídicas para que no se adhieran a las proteínas. Si la salsa se calienta demasiado, la mayor pegajosidad de las proteínas supera esta barrera.
Una vez que comprendieron la ciencia detrás de la salsa, tuvieron claro cómo solucionarlo.
"Si se añade suficiente almidón por encima de cierto umbral, no se consigue este tipo de separación", afirma Di Terlizzi. El agua de la pasta no suele contener suficiente almidón para garantizar este umbral, por lo que sugieren añadir una mezcla de almidón de maíz disuelto en agua.
El grupo decidió concluir su manuscrito con una receta infalible para este plato clásico. Pero al revisar la abundante literatura científica, se dieron cuenta de que no eran los primeros en alcanzar esta epifanía del cacio .
En nombre de la integridad académica, citaron un video de YouTube donde el chef romano con estrella Michelin Luciano Monosilio sugiere el mismo truco para una receta infalible: una pizca de almidón de maíz. "Es la única referencia no científica en nuestro artículo", afirma Di Terlizzi.
La física que emplearon conecta la aglomeración del cacio e pepe con ideas sobre el origen de la vida en la Tierra.
Los biofísicos emplean la separación de fases para comprender cómo las gotas de líquido pueden solidificarse y dividirse en una solución. "Una gota en división se parece bastante a una protocélula", afirma Giacomo Bartolucci, otro coautor del estudio.
Dentro de las pequeñas burbujas que precedieron a las células reales, algunos creen que los componentes básicos de la vida podrían haberse unido mediante un proceso similar a la "fase mozzarella" de los italianos. Estas mismas ideas están ayudando a los biólogos a comprender cómo se unen en el cerebro las placas que causan el Alzheimer .
¿Por qué los espaguetis son un tema de especulación y estudio para los físicos?
Para empezar, es simple: harina, agua y calor, dice Vishal Patil, uno de los descubridores del método de torsión y rotura, quien actualmente es profesor de Matemáticas en la Universidad de California en San Diego.
El hecho de que una combinación de tan pocos componentes plantee tantas preguntas profundas demuestra cómo la física subyace a todo lo que ven y hacen, afirma Patil.
También demuestra que, por mucho que los físicos investiguen lo grande y lo pequeño, las respuestas pueden no ser suficientes para explicar los fenómenos que observamos a diario.
En lo que respecta al cacio e pepe, todas las herramientas de la física teórica solo pueden decirnos lo que cualquier abuela italiana sabe: mantener la hornilla a fuego lento al prepararlo. El electrohilado de laboratorio solo puede lograr espaguetis ligeramente más finos que los que las mujeres de Nuoro, Italia, preparan a mano a diario.
"Los espaguetis son algo muy accesible con lo que puedes experimentar", dice Patil. El bajo costo de los fideos de harina es lo que los convirtió en un manjar popular para tantas culturas alrededor del mundo; los espaguetis se popularizaron en Nápoles como comida callejera. Por eso Feynman no dudó en lanzar kilos de ellos al suelo de su cocina.
Después de un largo día en la pizarra, estudiando las impenetrables matemáticas de la mecánica cuántica o de los agujeros negros, las maravillas mecánicas de los espaguetis son el material perfecto para las investigaciones de los científicos a la hora de comer.
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