El naixement de la indústria de precisió

—La cultura material de la ciència es va transformar substancialment al segle XIX i va aparèixer la nova indústria de producció d’instruments per a la investigació i la docència.—

La cultura material de la ciència, en particular els instruments científics, va experimentar una important transformació durant el segle XIX. En el terreny de la química, l’arribada massiva d’objectes de vidre va permetre dissenys més concordes a necessitats particulars. Amb l’aprenentatge d’una sèrie de tècniques de treball de vidre, les persones formades en química o farmàcia, sovint amb l’ajuda d’artesans especialitzats, van poder dissenyar aparells que podien tenir usos múltiples, per exemple, dins de l’anàlisi química. L’anàlisi mitjançant assaig químic es va desenvolupar per atendre les peticions de tribunals, municipis o governs en matèries relacionades amb el crim d’enverinament, l’adulteració d’aliments, l’accés a aigua potable i, en termes més general, el control de qualitat d’un gran nombre de productes. Un exemple dels nous instruments de vidre que van revolucionar els procediments d’anàlisi química va ser l’assaig per a l’arsènic introduït el 1836 per James Marsh (1794-1846), un col·laborador de Michel Faraday en la Royal Institution de Londres. Permetia detectar quantitats minúscules d’arsènic, el principal verí emprat amb finalitats criminals durant el XIX. L’assaig de Marsh va ser adaptat per a nombrosos usos fora d’aquest àmbit. Es van dissenyar una gran quantitat de models, cadascun destinat a resoldre diversos problemes. La seua extrema sensibilitat va permetre investigar casos d’enverinament que haurien passat desapercebuts amb els mètodes anteriors. També va introduir la necessitat d’una nova cultura de la puresa per evitar falsos positius, més possibles a mesura que la tècnica es feia més sensible i permetia detectar quantitats més petites de verí. Tot això va conduir a nombroses paradoxes, fal·làcies i controvèrsies que van modelar la imatge del saber expert en els tribunals del segle XIX.

Kaliapparat de Justus Liebig segons una versió moderna realitzada per al Liebig-Museum, de Giessen. Permet recollir el diòxid de carboni format per combustió del producte orgànic analizat i, d’aquesta manera, calcular la seva composició. Wikimedia.

Un altre instrument de vidre, que també va ser decisiu per revolucionar l’anàlisi química va ser el Kaliapparat, introduït per Justus Liebig (1803-1873) en els seus estudis pioners sobre la química orgànica a la dècada de 1830. Va permetre disposar duna forma estandarditzada de mesurar les quantitats d’elements orgànics més importants: carboni, oxigen i hidrogen. A partir d’aquestes dades quantitatives, més o menys reproduïbles i contrastables, i amb cert grau d’imaginació creativa, es van poder establir les noves fórmules químiques per a molts compostos orgànics, sense que per això s’evitara incerteses i controvèrsies. Com l’aparell de Marsh, era un mètode aparentment senzill que no implicava una gran inversió econòmica en materials i productes, encara que sí que requeria un fort entrenament en les tècniques del laboratori. A través del contacte personal, o mitjançant la guia elaborada per Liebig, el Kaliapparat va circular amb sorprenent rapidesa a través de laboratoris de tot el món. Va demostrar ser prou flexible per adaptar-se a situacions variades sense perdre la seua identitat com a instrument de química.  Malgrat tot, la seua circulació també va estar envoltada de controvèrsies i es van produir nombrosos problemes de replicació. Un equip investigador nord-americà, dirigit pels historiadors Mel Usselman i Alan Rocke, va replicar a principi del segle XXI els experiments de Liebig amb el Kaliapparat i van trobar importants dificultats per reproduir-ne els resultats, tant pels productes químics com pels materials utilitzats i les tècniques corporals implicades. També és cert que els resultats de la replicació van ser satisfactoris en molts casos, cosa que sembla provar la potencial capacitat de circulació d’aquest instrument, com es desprèn de les fonts del segle XIX. Quan al segle XX va ser reemplaçat al laboratori acadèmic i industrial per uns altres instruments d’anàlisis,  el Kaliapparat va continuar el seu recorregut a les aules de química, en forma de pràctiques de laboratori, exercicis de paper i proves d’examen, tot això mentre que la seua imatge estereotipada es transformava en símbol d’algunes poderoses societats acadèmiques.

Els problemes de reproduïbilitat han sigut encara majors quan s’ha tractat de replicar altres experiments d’aquells anys com la balança de torsió de Coulomb, destinada a calcular la força d’atracció entre càrregues elèctriques, o la màquina de Joule, dissenyada per demostrar la identitat de calor i treball mecànic de James Joule. En aquests dos últims casos, i en molts altres, les investigacions històriques han arribat a la conclusió que, a més de la dificultat de trobar materials i productes de l’època, per poder manejar adequadament aquests aparells (o, almenys, usar-los com ho van fer els protagonistes històrics) es requereix disposar de sabers tàcits i implícits, així com de destreses manuals i habilitats corporals. Malgrat aquests problemes, alguns instruments de física, com la màquina de Joule, van servir de base per a algunes de les investigacions més importants del segle XIX, per exemple, les relacionades amb la conversió dels diferents tipus d’energia, o per establir els principis de conservació, que serien la base de la nova termodinàmica.

Màquina d’Atwood de finals del segle XIX procedent de la col·lecció de l’Instituto de Enseñanza Secundaria F. Ribalta de Castellón. COMIC. Comisión de Instrumentos. Científicos.

Uns altres instruments es van fer servir en un context més didàctic amb la finalitat de «provar» lleis de la física, com ara les que es relacionen amb la caiguda de cossos i que poden visualitzar-se amb la famosa màquina de George Atwood (1745-1807). Va ser introduïda a la fi del segle XVIII com un instrument de demostració pública, per defensar la filosofia newtoniana enfront de plantejaments inspirats en l’obra de Gottfried Leibniz i la seua noció de «vis viva». Aquestes interpretacions contraposades van donar lloc a experiments com els de Willem Jacob‘s Gravesande (1688-1742) que va usar argila i cera per estudiar els impactes de cossos en caiguda lliure, de manera que els seus resultats semblaven reforçar els plantejaments de Leibniz. La màquina d’Atwood, per contra, arreplegava els plantejaments newtonians i permetia reproduir l’experiment en demostracions públiques per transformar-lo en una font de diversió i de conversa erudita al servei de la filosofia newtoniana. En mans dels fabricants d’instruments de la primera meitat del segle XIX, la màquina d’Atwood es va transformar en un instrument didàctic per a l’ensenyament reglat en els nous centres d’ensenyament secundari. Una vegada oblidada la controvèrsia en la qual va nàixer, la màquina d’Atwood va quedar convertida en un «teorema de llautó», una expressió atribuïda al filòsof francès Gaston Bachelard, qui en degué manejar molts altres en el seu pas per l’ensenyament secundari durant la primera meitat del segle XX. Igual que va ocórrer amb el Kaliapparat, l’eudiòmetre de Volta o la màquina d’Atwood, molts d’aquests objectes tridimensionals van desaparèixer de les aules a la segona meitat del segle XX per convertir-se en problemes pautats, amb resolució matemàtica i sense experimentació, que han sigut la base de l’avaluació de l’ensenyament de les ciències fins a l’actualitat, com va apuntar ja Thomas S. Kuhn en les seues obres.

Un altre canvi important al segle XIX va ser el naixement d’una autèntica indústria de producció d’instruments, tant de demostració com de precisió. Amb les arrels al segle XVIII, durant la segona meitat del XIX va aparèixer una gran indústria europea de producció d’instruments que perdurarà durant bona part del segle XX. Alguns d’aquests fabricants van començar durant la primera meitat del segle a França a partir de tallers artesanals com els de Pixii, Dumotiez, Lerebours i Secretan, més o menys connectats amb el món acadèmic. Alguns d’aquests tallers es van transformar posteriorment en indústries que proveïen de material científic a tot Europa, tant a escoles com a centres d’investigació. Moltes d’aquestes indústries van adquirir un gran renom en allò que sovint es denomina l’«edat d’or» dels instruments científics: Henri Soleil, León Laurent, Emile Deyrolle (especialitzat en col·leccions d’anatomia i història natural) a França; Max Kohl, Ernest Leybold, Fritz Köhler, o Florenz Sartorius (especialitzat en balances de precisió) o la firma irlandesa Grubb, que es va fer famosa pels seus instruments astronòmics de precisió.

Alguns dels anteriors fabricants d’instruments, per exemple Pixii, Lerebours o Kohl, van inundar els centres d’ensenyament amb aparells que produïen fenòmens sorprenents i espectaculars, semblants als que portaven demostradors del segle XVIII, com ara George Atwood o François Bienvenu, esmentats anteriorment i  en un altre apartat. Recordem que els demostradors feien les delícies del públic amb nous instruments de la química pneumàtica i els aparells elèctrics mitjançant fricció que van precedir a l’arribada de la pila de Volta. Les demostracions públiques i espectaculars no van desaparèixer al segle XIX, sinó que van conviure amb molts altres tipus d’experiments, a l’entorn de museus, ateneus i sessions públiques. En aquests espais es va desenvolupar una cultura material pròpia, més o menys connectada amb la que hi havia als laboratoris d’investigació, aules de ciències o grans indústries, com es veurà amb l’exemple següent.

William Crookes representat el 1902 a la revista Vanity Fair amb un dels seus tubs de descàrrega. Wikimedia.

A la fi del segle XIX, un dels fenòmens més sorprenents era produït en els tubs de descàrrega de William Crookes (1832-1919). En aquests tubs es col·locaven petites quantitats de gasos diversos i es feia passar un corrent elèctric d’alt voltatge. S’observaven lluentors i colors sorprenents que es van relacionar amb un potencial quart estat de la matèria que es va denominar durant algun temps «matèria radiant». Algunes persones de dins i fora del món acadèmic van arribar fins i tot a associar-ho amb fenòmens relacionats amb l’espiritisme, un assumpte que atreia l’atenció del públic a la fi del segle XIX. Crookes mateix es va embarcar a tractar d’investigar els fenòmens de l’espiritisme a partir dels fenòmens observats en els seus instruments. No va ser l’única persona del món acadèmic que ho va fer. A la darreria del segle XIX, i seguint una tendència de dècades anteriors, es van produir intercanvis entre la ciència acadèmica i el que ara es diria «ciències ocultes». Tot això va produir una gran quantitat de situacions més o menys sorprenents i controvertides que, en no poques ocasions, van posar de manifest la inestabilitat de les fronteres de la ciència legítima. Els tubs de Crookes van circular per aquests territoris relliscosos que connectaven diverses cultures de l’experimentació, marcades per diversos objectius, tècniques, practicants i públics destinataris. D’aquesta manera, mentre servia per encoratjar els debats sobre el quart estat de la matèria i les seues connexions amb el més enllà, un aparell com el tub de Crookes va poder també servir de partida per a les investigacions experimentals que conduiran als treballs de Joseph J. Thomson (1856-1940) sobre les càrregues elèctriques, que acabaran sent considerades crucials per al descobriment de la primera partícula subatòmica: l’electró. Per descomptat, aquestes investigacions també van estar envoltades d’incerteses, dins d’un ampli marge de flexibilitat interpretativa, per la qual cosa el procés va ser bastant més complex del que habitualment recullen les narracions lineals i les mirades retrospectives, tan freqüents en els manuals de ciències quan es tracta de la història de la teoria atòmica.

Cartell de la pel·lícula de Roger Corman El hombre con visión de rayos X estrenada el 1963. Filmaffinity.

Molts altres raigs misteriosos de final del segle XIX i principi del XX també van atraure l’atenció dels investigadors. N’hi va haver alguns, com els raigs N, descoberts a principis del segle XX per un investigador de Nancy (França), Prosper-René Blondlot (1849-1930), que van despertar un enorme interès dins i fora del món acadèmic, però van ser posteriorment descartats com a errors experimentals o biaixos en la interpretació. D’altres, com els sorprenents raigs X, descoberts per Wilhem Röntgen, permetien visualitzar l’interior d’objectes opacs. Aviat van ser utilitzats en el diagnòstic mèdic i van renovar la cultura visual de la medicina, així com els mètodes diagnòstics de lesions òssies que, al seu torn, van servir també per posar en qüestió determinades pràctiques quirúrgiques, tant en acadèmies com en tribunals. Mentre que els raigs N van ser ràpidament oblidats, els raigs X seguirien el seu camí per diverses disciplines acadèmiques, des de la medicina fins a la física nuclear i la química, i es van desenvolupar noves aplicacions en el terreny de la indústria i l’agricultura. Per exemple, la possibilitat d’irradiar llavors per provocar mutacions va obrir noves fronteres en la producció de noves varietats, amb impredictibles conseqüències a curt i llarg termini. A més, raigs de Röntgen, en un altre temps misteriosos, van passar a formar part de la cultura popular a través de relats i pel·lícules com El hombre con visión de rayos X de Roger Corman.

Marie Curie al volant d’una «petite Curie» de principis del segle XX. Era una ambulància que incloïa per primera vegada diagnòstic mitjançant rajos X. Wikimedia.

En el terreny de la ciència, els raigs X van ser el punt de partida de noves investigacions sobre l’estructura atòmica que portaran als estudis sobre la radioactivitat de les sals d’urani (per autors com Henri Becquerel) i al descobriment del radi per Pierre i Marie Curie. La radioactivitat presentava moltes incerteses i reptes perquè, entre altres qüestions, qüestionava el principi de conservació de l’energia sobre el qual s’havia fonamentat la física del segle XIX. També va obrir la porta a la producció d’una sèrie de fenòmens nous que van servir per transformar la física de principi del segle XX. Maria Skłodowska Curie (1867-1934) desenvoluparà aquestes investigacions després de la mort del seu marit i esdevindrà l’única dona amb dos premis Nobel: de física i de química. En el primer terç del segle XX, els seus treballs van permetre el desenvolupament de tota una indústria d’aplicacions de la radioactivitat en la medicina i en l’agricultura.

L’ús del radi i de la radioactivitat es va estendre en moltes àrees de la medicina i també en agricultura. La seua fama va fer que s’anunciara la seua presència fins i tot en pomades de bellesa o en aigües minerals amb sals radioactives. Avui resulten molt sorprenents els anuncis de productes cosmètics o terapèutics que utilitzen els poders del radi com a reclam. Cal tenir en compte que es van publicar abans que començaren a conèixer-se els perillosos efectes de la radioactivitat sobre la salut humana. La troballa d’aquests riscos va ser un procés complicat que va estar marcat per moltes dificultats per provar aquests efectes perniciosos o i seua negació per part dels responsables de les indústries que feien servir sals radioactives. La confirmació dels riscos per a la salut, juntament amb l’ús bèl·lic de l’energia nuclear que es va obrir el 1945, va canviar completament la percepció pública d’aquestes investigacions.

José Ramón Bertomeu Sánchez
IILP-UV

Com citar aquest article:
Bertomeu Sánchez, José Ramón. El naixement de la indústria de precisió. Sabers en acció, 11-01-2021. https://sabersenaccio.iec.cat/el-naixement-de-la-industria-de-precisio/.

Per a saber-ne més

Pots ampliar la informació amb la bibliografia i recursos disponibles.