«Hace vein­ticinco siglos quizás, a orillas del mar di­vino, donde apenas se dejaba oír el canto de los aedas, algunos filósofos enseñaban ya que la materia cambiante está formada por corpúsculos indestructibles en incesante mo­vimiento: átomos que el Azar o el Destino habrían agrupado en el curso de las edades según la forma de los cuerpos que nos son familiares».

De este modo comienza el libro -Los átomos, en el que Jean Perrin (1870- 1942) escribió, en 1912, la historia de las teorías atómicas. Los primeros filósofos que tuvieron la intuición de la estructura ató­mica de la materia parece ser que fueron Leucipo de Mileto y su discípulo Demócrito (hacia 470-400 a. de C.). Su doctrina no se fundaba ni sobre el conocimiento, ni sobre la observación. Partiendo de la idea de que el Universo era algo esencialmente simple, ^habían enunciado la constitución de la ma­teria que les parecía la más simple posible. El hecho es que supieron ver con notable justeza. Pero, por otra parte, su doctrina presentaba un carácter materialista y deter­minista y fue vigorosamente combatida por Platón (429-347 a. de C.) y por Aristóteles (384-322 a. de C.). Estos últimos, por lo de­más, desde un punto de vista general, tuvie­ron una influencia desastrosa sobre el des­arrollo de las doctrinas científicas, puesto que se puede confirmar que durante los dos mil años que prevaleció su influencia, las ciencias permanecieron estancadas, mientras que su progreso fue rápido desde que sus formas de razonamiento fueron abandona­das.

Las teorías atómicas, que con Demó­crito habían tenido un buen punto de par­tida, cayeron así en el olvido, a pesar del apoyo que más tarde recibieron de Epicuro y₄ Lucrecio. Hasta el siglo XVII no se vio dé nuevo aparecer la idea de que la materia está compuesta de átomos. Se debe al filó­sofo Gassendi (1592-1655) y al químico Robert Boyle (1627-1691) éste renacimiento. Ambos pusieron de nuevo en vigencia las ideas griegas. Boyle figura como uno de los precursores de la química. En una época en que se creía que las sustancias eran com­binaciones de los cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego; o de los tres principios árabes: sal, azufre y mercurio, tuvo él la intuición de que existía una serie completa de cuerpos simples — hoy los llamamos elementos químicos — y que éstos se combinan entre sí en la escala de elementos extraor­dinariamente pequeños, los átomos. Sospe­chó, pues, la existencia de combinaciones elementales de los átomos, es decir, las mo­léculas. Estudió igualmente las propiedades físicas de los gases y estableció la primera ley de compresibilidad, conocida, de hecho, bajo el nombre de ley de Boyle-Mariotte.

En el siglo siguiente, la noción de átomo condujo a un resultado científico verdadera­mente positivo, bajo la forma de la teoría cinética de los gases de Daniel Bernouilli (1730): tomando las ideas de Gassendi y de Hooke, se representó un gas bajo la forma de partículas duras en movimiento rápido, proviniendo la presión del choque de las partículas sobre las paredes del recipiente que lo contiene. Calculó esta presión y de­mostró que ella satisfacía la ley de Boyle- Mariotte para partículas extremadamente pequeñas. De este modo el atomismo había conquistado un dominio, el de los gases, y explicaba sus propiedades elásticas. La físi­ca del siglo XVIII, por otra parte, estuvo dominada por el descubrimiento de la atrac­ción universal, llevado a cabo por Newton (1642-1727). Es la época en que se tuvo que combatir la tentación de explicarlo todo por las masas y la fuerza de atracción exis­tente entre ellas. La idea de que las masas pudieran existir bajo dimensiones extraor­dinariamente pequeñas, parece haber gozado de gran aceptación durante ese período.

En su libro acerca de La evolución de las cien­cias físicas, sir James Jeans cita el siguiente extracto de La óptica (v.) de Newton: «Con­siderándolo bien, me parece probable que en los orígenes Dios compusiera la materia de partículas sólidas, macizas, duras, impe­netrables, móviles, y les diera las dimensio­nes y la estructura, del mismo modo que las demás propiedades y la proporción de­seadas en el espacio, para responder al pro­pósito que Él se había hecho. Siendo sólidas estas partículas primitivas, son, sin duda, mucho más duras que todos los cuerpos porosos que ellas forman; son inclusive de una dureza tal que no se gastan, ni se des­componen en fragmentos, no existiendo una potencia ordinaria capaz de dividir aquello que Dios mismo hizo unidad en la Creación original». Newton explicaba la existencia de cuerpos sólidos por la acumulación de las más pequeñas partículas de materia, gracias a la atracción que estas partículas mante­nían entre sí. Se llegaba así a la idea de las fuerzas que se ejercen a .muy corta distan­cia, y se pensaba que estas fuerzas expli­caban no sólo la cohesión de los sólidos, sino también las propiedades químicas de los cuerpos.

Los principios del siglo XIX cono­cieron el éxito de la química. Después de los célebres trabajos de Lavoisier (1743- 1794), el esfuerzo de los sabios llevó al descubrimiento de las «leyes generales», y la interpretación de estas leyes situó en primer plano la hipótesis atómica, pues ésta permitía explicar las reacciones, químicas por la estructura de la materia a pequeña escala. He aquí las etapas principales. El químico Joseph-Louis Proust (1755-1826) examinó la proporción de oxígeno e hidró­geno contenida en diversas muestras de agua, y comprobó que es siempre la misma: 1 gramo de hidrógeno por cada 8 gramos de oxígeno. Examinó asimismo otros com­puestos y comprobó también que su compo­sición es siempre característica. Enunció en­tonces su ley de las proporciones definidas: «La proporción según la cual se combinan dos elementos no puede variar de modo continuo». La segunda etapa fue cubierta por el cuáquero inglés John Dalton (1766- 1844). Consideró las masas de oxígeno uni­das a una misma masa de carbono en dos compuestos: el óxido de carbono y el gas carbónico, y comprobó que para 12 gramos de carbono se encuentran en el primer caso 16 gramos de oxígeno y en el segundo 32, o sea exactamente el doble.

Pudo genera­lizar esta observación, y enunció la ley de las «proporciones múltiples»: «Si se toman al azar dos compuestos determinados de la multitud de aquellos que contienen los cuer­pos A y B y se comparan las masas del elemento B que se hallan unidas a una misma masa del elemento A, se encuentra que estas masas están generalmente en una proporción muy simple». Este descubri­miento le llevó a formular, en 1808, lo que se ha llamado la «hipótesis atómica». Su­puso que cada uno de los cuerpos está for­mado por sustancias elementales o elemen­tos tales como el oxígeno, el hidrógeno, etc., y que cada elemento está formado por una clase determinada de partículas, todas ellas rigurosamente idénticas, partículas que atra­viesan, sin dejarse jamás dividir, las diver­sas transformaciones químicas o físicas y que, indivisibles por estos medios de acción, pueden ser llamadas átomos, en el sentido que Leucipo y Demócrito habían dado a esta palabra. Las reacciones en química se realizan en la escala de los átomos, y los átomos de diversas sustancias elementales se reúnen para formar lo que se ha llamado moléculas.

Una molécula cualquiera en­cierra, pues, necesariamente, por cada ele­mento presente, un número entero de átomos, y, por consiguiente, su composición no puede variar de modo continuo (ley de Proust), sino solamente por saltos disconti­nuos correspondiendo a la entrada o salida de un átomo (ley de Dalton). De este modo es como Dalton sugirió que la molécula de óxido de carbono contiene un átomo de carbono y uno de oxígeno, mientras que la de gas carbónico contiene un átomo de car­bono y dos de oxígeno. Por otra parte, se pueden unir dos átomos idénticos: se tiene entonces un cuerpo simple; por ejemplo, las moléculas de oxígeno contenidas en el aire están formadas por la unión de dos átomos de oxígeno. Así las ideas de los filó­sofos griegos y las intuiciones del químico Boyle encontraron su consagración en la obra de Dalton. El camino estaba, a partir de este instante, abierto para la medida del número y del peso de los átomos. Los pro­gresos fueron rápidos: en 1810, Gay-Lussac (1778-1850) demostró que los volúmenes de los diversos gases que aparecen o desapare­cen en una reacción química guardan entre sí una relación simple.

Por ejemplo, un litro de oxígeno se une a dos litros de hidró­geno para formar el agua. Guiado por la ley de Gay-Lussac, el italiano Avogadro (1776-1856) formuló, en 1811, la célebre hi­pótesis: «volúmenes iguales de gases dife­rentes, en las mismas condiciones de tem­peratura y de presión, contienen un número igual de moléculas». Esta hipótesis da, como lo anunció el mismo Avogadro, «un modo de determinar las masas relativas de los átomos y las proporciones según las cuales entran en las combinaciones». La deter­minación de estas masas llegó a ser rápi­damente muy precisa. Se comprobó que la masa de los diversos elementos era aproxi­madamente un múltiplo entero del hidró­geno. Este resultado condujo al médico in­glés Prout a la hipótesis de los protoátomos, considerando los átomos de los diversos ele­mentos constituidos por la reunión de par­tículas idénticas al átomo de hidrógeno. Resultando así que el átomo de hidrógeno era el constitutivo universal de la materia; la física nuclear del siglo XX ha demos­trado el carácter fecundo de esta idea. Por otra parte la hipótesis de Avogadro había conducido a la noción de moléculas-gramos.

El oxígeno ha servido de base al establecimiento del sistema de los números propor­cionales. Se ha fijado arbitrariamente la masa del átomo-gramo de oxígeno en dieci­séis gramos. Siendo este gas diatómico, su molécula-gramo pesa treinta y dos gramos. Esta masa ocupa, a la presión y a la tempe­ratura ordinaria, un volumen de 22.400 cm.^:} Se podrá, pues, decir: «las moléculas-gramo de los diversos cuerpos son las masas de estos cuerpos que en estado gaseoso ocupan, en las condiciones normales, un volumen de 22.400 cm.». Todas las moléculas-gramo de­ben estar formadas por el mismo número de moléculas. Este número N ha sido denominado la constante de Avogadro o número de Avogadro. Hacia finales del siglo XIX, los físicos emprendieron numerosos trabajos para determinar el número N. Los primeros estudios tuvieron por objeto medir directamente un límite inferior de N. Se observó, por ejemplo, el espesor de las láminas más delgadas obtenidas con agua jabonosa: se midieron sesenta angstroms (un angstrom Á — 10-⁸ cms.).

Del mismo modo se observó el espesor de una gota de aceite depositada sobre el agua, lo que condujo a un espesor límite de 20 Á. Estas experiencias y otras parecidas permitieron apreciar que, si los átomos existen, sus dimensiones son inferiores a les 20 Á y que el número N es superior a 10²¹. Una cuestión se planteó entonces: ¿son las dimensiones de los átomos aproximadas a éstos valores o son inconce­biblemente más pequeñas? La teoría ciné­tica de los gases proporcionó una primera respuesta. Conociendo la densidad de un gas y su viscosidad, y también la densidad del gas solidificado a baja temperatura, ello per­mite calcular simultáneamente la velocidad media de moléculas U, su libre espacio L, su diámetro D y el número N. Se encuentra así para el oxígeno en las condiciones nor­males: U = 425 metros/segundo, L =: 10-⁵ centímetros, D = a algunos Á (de 3 a 5). En cuanto a N, el método ha proporcionado valores que, para les diferentes gases, va­rían entre 4.10²³ y 12.10²⁸. No era, pues, la determinación muy precisa, pero el orden del tamaño de las dimensiones y de las masas de las moléculas había sido alcan­zado.

Estos elementos ocultos no se hallan muy lejos del umbral de nuestra percep­ción. Dicho brevemente, las dimensiones moleculares son a los objetos microscópicos poco más o menos lo que los objetos micros­cópicos son a los objetos escasamente per­ceptibles por el ojo humano. Otros métodos, puestos en práctica por sabios tan ilustres como Jean Perrin, Einstein, lord Rayleigh, Smoluchowski y muchos otros físicos, per­mitieron la determinación bastante precisa del número N. Estos métodos son extrema­damente variados. Uno utilizaba el movi­miento browniano, otro el equilibrio está­tico de las emulsiones, otros la difusión de esférulas, otros, finalmente, las fluctuaciones de densidad de un fluido bajo diversos as­pectos: difusión de una columna gaseosa, coloración azul del cielo, opalescencia crí­tica. Estos métodos tan diversos condujeron todos a resultados muy próximos. Siempre se obtuvo: 6.10-⁵.< N < 7.10²³, lo-cual es im­portante.

El valor admitido actualmente es: N = 6,02.10^2:í. Se había así llegado a enu­merar los átomos y por consiguiente a pe­sarlos. Se encontró que el átomo de hidró­geno, el más ligero, pesaba 1,6.10–¹ gramos, y que los átomos más pesados pesaban alre­dedor de 3.10-²² gramos. Esto ocasionó la ad­hesión general a las teorías atómicas. Ya no se trata, por otra parte, de teorías en el momento actual; puesto que se han logrado, desde 1930, percibir directamente las formas de ciertas moléculas grandes gracias al mi­croscopio electrónico. De este modo ha sido establecido el carácter discontinuo de la Materia, y éste ha sido el preludio del des­cubrimiento de la estructura, igualmente corpuscular, de la electricidad y de la luz. Se ha apreciado, además, que se debía aso­ciar a este carácter corpuscular de la Mate­ria y de la Radiación aspecto ondula­torio, y esta dualidad «iría de las síntesis más fecundas de la física moderna.