La próxima vez que mires tu smartphone y luego al cielo estrellado, piensa en esto: ambos, el chip de silicio que da vida a tu teléfono y la luz de las estrellas distantes, hablan el lenguaje de la mecánica cuántica. Por ello, no es casualidad que la UNESCO haya declarado al 2025 como el Año Internacional de la Ciencia y Tecnologías Cuánticas.
Detrás de esta proclama estuvo el impulso de México, en particular de la física Luz María Cetto, quien abogó por resaltar el enorme impacto de la física cuántica en campos tan diversos como la tecnología, la medicina y la seguridad entre muchas otras. ¿Por qué dedicar un año a algo tan abstracto como la cuántica? Sencillamente porque, aunque a veces parezca ciencia de otro mundo, lo cuántico está en todas partes: en cada píxel iluminado de nuestras pantallas y en cada átomo que hace brillar a una estrella.
La mecánica cuántica es famosa por sus ideas alocadas (desde el gato de Schrödinger hasta las partículas que pueden estar en dos lugares a la vez), pero más allá de las curiosidades teóricas, sus efectos muy reales han revolucionado nuestra vida cotidiana y nuestra comprensión del universo.
Primero debemos explorar cómo la física cuántica hizo posible la revolución de los semiconductores y los transistores –los componentes básicos de toda la electrónica moderna–, y luego saltaremos al cosmos para descubrir cómo esta misma física nos permitió descifrar la composición química de las estrellas y nebulosas.
En el camino conoceremos las aportaciones de científicas y científicos destacados como Susana Lizano, Luz María Cetto, Rosario Paredes y Luis Felipe Rodríguez Jorge (por citar sólo algunos), quienes han contribuido a conectar estos mundos aparentemente lejanos. Prepárate para ver cómo lo que ocurre en el extraño reino subatómico nos cuenta la historia de nuestro universo.
Semiconductores: de la chispa del telégrafo al chip cuántico
Imaginemos a principios del siglo XX, cuando hacer una simple llamada telefónica de costa a costa en Norteamérica era el equivalente tecnológico de una misión imposible. En 1900, la compañía AT&T en Estados Unidos lanzó un desafío a sus ingenieros: necesitaban un dispositivo eléctrico que amplificara la señal lo suficiente para lograr comunicaciones de larga distancia. ¿La solución? Primero llegó la válvula de vacío (el tubo electrónico inventado por Lee De Forest en 1906), y unas décadas más tarde nacería su reemplazo: el transistor, ese diminuto componente que hoy está en todos nuestros aparatos electrónicos. El transistor fue posible gracias a entender un tipo especial de materiales: los semiconductores.
¿Y qué es un semiconductor? En términos sencillos, podemos imaginar tres tipos de materiales en cuanto a la electricidad: unos la conducen muy bien (los metales como el cobre o el oro, por eso se usan en cables), otros la bloquean casi por completo (por ejemplo, la madera o el caucho, que actúan como aislantes), y en medio están los semiconductores como el silicio o el germanio. Un material semiconductor es curioso porque a veces se comporta como conductor y a veces como aislante, dependiendo de condiciones como la temperatura o las impurezas añadidas. Esta propiedad “híbrida” es oro puro para la electrónica: permite crear interruptores diminutos que controlan el flujo de electricidad.
Aquí es donde la mecánica cuántica entra en acción en la historia. Resulta que la mayoría de semiconductores son cristales ordenados de átomos, y entender cómo esos átomos permiten (o impiden) el paso de electrones requirió de la física cuántica. Un hito crucial fue el descubrimiento de los rayos X por Wilhelm Röntgen a fines del siglo XIX, un fenómeno profundamente cuántico que permitió a los científicos “ver” la estructura interna de los cristales. Usando rayos X, pronto se descubrió que los átomos en un sólido cristalino sólo pueden ordenarse de 14 maneras diferentes, conocidas hoy como las redes de Bravais. Este conocimiento de la estructura atómica de los materiales fue la base para diseñar semiconductores eficientes. En pocas palabras, gracias a la mecánica cuántica pudimos entender cómo están hechos los sólidos y crear los dispositivos electrónicos modernos.
Ahora volvamos al transistor, ese invento que cambió el mundo. Un transistor es básicamente un interruptor microscópico hecho de material semiconductor. Tiene la capacidad de tomar una señal eléctrica débil en su entrada y producir una señal más fuerte en su salida, funcionando como amplificador; o bien puede abrir o cerrar el paso de la corriente, funcionando como un interruptor ultrarrápido. Esto último significa que podemos usar transistores para representar los “0” y “1” de la computación digital: corriente apagada = 0, corriente encendida = 1. Los físicos suelen explicar su funcionamiento con una analogía muy humana: imagina un grifo de agua. Si el grifo está totalmente abierto, deja fluir toda el agua; si está cerrado, no pasa ni una gota. Y en posiciones intermedias, deja pasar un caudal menor o mayor. Así mismo, un transistor controla el “flujo” de electrones en un circuito. Abierto, cerrado, o a medio gas, esas son las posiciones (llamadas saturación, corte y activa) en las que un transistor permite o bloquea la corriente eléctrica.
Gracias a esta simple pero poderosa idea, los ingenieros en los años 1950 comenzaron a miniaturizar circuitos enteros dentro de pequeños chips de silicio. Lo que antes eran tableros llenos de cables, bulbos y resistencias del tamaño de un libro, pasaron a ser circuitos integrados microscópicos. La revolución de los semiconductores había comenzado. Con el tiempo, la industria tecnológica siguió una curiosa tendencia observada por Gordon Moore en 1965: la cantidad de transistores en un chip se ha venido duplicando aproximadamente cada dos años, lo que se conoce como la Ley de Moore. Para visualizarlo, hoy en día caben decenas de miles de millones de transistores en un chip del tamaño de una uña, y se espera llegar a trillones en la próxima década. ¡Literalmente un ejército de diminutos interruptores cuánticos trabajando al unísono! Por supuesto, esta miniaturización enfrenta límites físicos y cuánticos (llega un punto en que los componentes son tan pequeños que los electrones se comportan de forma escurridiza y cuántica, atravesando barreras que no deberían, un fenómeno llamado efecto túnel cuántico). Pero hasta ahora, el ingenio humana ha logrado exprimir la física cuántica para seguir avanzando en poder de cómputo. No es exagerado decir que sin la mecánica cuántica no tendríamos ni computadoras, ni internet, ni smartphones tal como los conocemos.
En este punto, puede que todo suene muy tecnológico, pero la historia no estaría completa sin mencionar a quienes divulgan y enseñan estos conceptos. En la primera sesión del ciclo de conferencias cuánticas de El Colegio Nacional, la física Rosario Paredes –una gran comunicadora de la ciencia– explicó de forma amena esta evolución de los semiconductores. Paredes recordó cómo esos inventos de hace más de un siglo nos llevan hasta la era actual de la computación cuántica incipiente. Y es que la computación cuántica, como destacó Susana Lizano en la inauguración del evento, promete resolver problemas complejísimos que exceden las capacidades de las supercomputadoras actuales. ¿Suena ambicioso? Lo es, pero así de transformadora ha sido siempre la física cuántica, desde los primeros radios de galena hasta los últimos chips de Intel.
La huella cuántica en las estrellas: entendiendo la composición del universo
Dejemos ahora los laboratorios de electrónica y miremos al cielo nocturno. Por milenios, la humanidad contempló las estrellas preguntándose “¿de qué están hechas exactamente?”. No podemos viajar hasta ellas para tomar muestras, y sin embargo, hoy sabemos con certeza que la mayor parte del universo está formada por hidrógeno y helio, los dos elementos más ligeros de la tabla periódica. ¿Cómo lo supimos? La respuesta, nuevamente, la dio la mecánica cuántica.
A principios del siglo XX, los científicos comenzaron a usar espectroscopios, unos dispositivos que descomponen la luz en sus colores (como un prisma que crea un arcoíris). Al observar la luz del Sol y de otras estrellas con estos instrumentos, vieron algo muy curioso: aparecían líneas oscuras sobre el arcoíris continuo de colores. Era como si faltaran pedacitos de colores específicos. La clave estuvo en recrear ese efecto en el laboratorio: cuando se calientan gases de distintos elementos (hidrógeno, helio, carbono, etc.), cada uno emite o absorbe luz en frecuencias muy precisas, produciendo líneas brillantes u oscuras características. Ahí la física clásica se quedaba corta para explicar por qué cada elemento tenía su “firma” de colores única, pero la física cuántica lo esclareció: los átomos tienen niveles de energía cuantizados. Los electrones solo pueden ocupar ciertas órbitas alrededor del núcleo, y al saltar de una órbita a otra emiten o absorben un fotón (partícula de luz) de energía definida –es decir, de un color específico. Cada elemento químico tiene una estructura atómica distinta, así que sus “saltos” electrónicos producen un código de barras distinto en el espectro. De esta manera, la luz de una estrella nos revela qué átomos la componen, sin necesidad de viajar hasta ella.
En 1925, una joven astrónoma anglo-estadounidense llamada Cecilia Payne aplicó estos conocimientos cuánticos para analizar espectros estelares y se llevó una sorpresa mayúscula. En aquella época se creía que las estrellas tendrían una composición similar a la Tierra (principalmente hierro, oxígeno, silicio, etc.), pero Payne descubrió que en realidad estaban dominadas por hidrógeno, con un poco de helio. Su conclusión revolucionaria –que las estrellas, y por ende el universo, son abrumadoramente de hidrógeno y helio– fue recibida con escepticismo al principio, pero luego se confirmó y se convirtió en uno de los pilares de la astrofísica. Hoy sabemos que aproximadamente el 74% de la masa del universo es hidrógeno y 24% helio, quedando sólo un 2% para todos los demás elementos (carbono, oxígeno, etc., incluyendo los átomos que forman nuestro planeta y nuestros cuerpos). Gracias a la mecánica cuántica conocemos con precisión la composición química del universo, pues esas líneas espectrales nos revelan no sólo qué elementos hay, sino también en qué proporciones. Incluso podemos deducir parámetros como la temperatura, la densidad y el movimiento de estrellas y nebulosas analizando sus espectros cuánticos. De hecho, se suele decir que conocemos mejor la composición de la superficie de las estrellas que la del interior de la Tierra, ya que podemos “leer” la luz estelar con mayor detalle que lo que podemos excavar hacia el centro de nuestro planeta. Impresionante, ¿no?
El astrónomo mexicano Luis Felipe Rodríguez Jorge, miembro de El Colegio Nacional, destaca cómo la física cuántica ha sido fundamental para comprender numerosos fenómenos celestes. Por ejemplo, entender el brillo del Sol requirió más física cuántica de la que uno imaginaría. Sabemos que el Sol (y todas las estrellas) brillan porque en su núcleo ocurren reacciones de fusión nuclear: átomos de hidrógeno se combinan para formar helio, liberando enormes cantidades de energía en el proceso. Pero hubo un gran acertijo: para fusionar dos núcleos de hidrógeno (que esencialmente son protones) hay que juntarlos muchísimo, y por repulsión eléctrica deberían rechazarse como dos imanes del mismo polo. ¿Cómo es posible entonces que en el corazón de las estrellas se unan? La solución vino del efecto túnel cuántico. En el mundo cuántico, las partículas subatómicas pueden hacer cosas prohibidas para objetos clásicos, como atravesar barreras aparentemente infranqueables. Es como si una pelota lanzada contra una pared de vez en cuando apareciera mágicamente al otro lado. En las estrellas, los protones logran acercarse lo suficiente gracias a estas “triquiñuelas” cuánticas y terminan fusionándose. Sin el efecto túnel, las temperaturas estelares necesarias para vencer la repulsión serían muchísimo más altas y la fusión prácticamente no ocurriría. En resumen, las estrellas brillan y forjan elementos gracias a la mecánica cuántica, y de hecho elementos pesados como el carbono y el oxígeno (esenciales para la vida) jamás se habrían producido en el interior de las estrellas sin este fenómeno cuántico. Literalmente debemos nuestra existencia a la física cuántica, ya que todos los átomos de nuestro cuerpo (salvo el hidrógeno primigenio) fueron fabricados en algún horno estelar mediante procesos regidos por las reglas cuánticas.
Y aún hay más: la física cuántica incluso nos ayuda a explicar por qué existen galaxias, planetas… ¡y personas! Los cosmólogos piensan que en el universo recién nacido, poco después del Big Bang, todo era muy homogéneo, una sopa uniforme de energía. Si todo hubiera permanecido perfectamente uniforme, la gravedad nunca habría juntado materia para formar galaxias, estrellas o nosotros mismos. Afortunadamente, la mecánica cuántica introduce siempre un poquito de azar a nivel microscópico en forma de diminutas fluctuaciones. Durante la inflación cósmica (una fase de expansión ultra-rápida del universo temprano), esas fluctuaciones cuánticas iniciales se estiraron y amplificaron enormemente. Áreas con apenas un pelo más de densidad de materia que otras terminaron creciendo con el tiempo, atrayendo más masa, hasta formar nubes, galaxias y cúmulos de galaxias. En otras palabras, las irregularidades cuánticas sembraron las estructuras del universo. Incluso en el vacío aparente, la física cuántica permite la aparición fugaz de partículas virtuales que aparecen y desaparecen en un pestañeo. Esas pequeñas diferencias fueron la semilla de todo lo que vemos a gran escala. Si hoy podemos admirar la Vía Láctea en el cielo, es en parte gracias a aquellas traviesas fluctuaciones cuánticas en el universo infantil. Como bromeó Luis Felipe Rodríguez, hay que agradecer a esas fluctuaciones que nosotros mismos estemos aquí.
Un universo cuántico, un futuro brillante
Hemos viajado desde el mundo de los transistores microscópicos hasta el origen de las estrellas y las galaxias, todo guiados por el hilo invisible de la mecánica cuántica. Esta dualidad entre lo muy pequeño y lo muy grande es parte de la belleza de la ciencia: los mismos principios que gobiernan el comportamiento de un electrón en un chip de computadora nos permiten entender el brillo de una lejana nebulosa. 2025, el Año Internacional de la Ciencia Cuántica, es una invitación a todos –científicos y público en general– a maravillarse con este logro humano. Como vimos, figuras como Susana Lizano y Luz María (Ana María) Cetto en México han sido clave para impulsar la difusión de la ciencia cuántica, mientras que divulgadoras como Rosario Paredes acercan estos temas al gran público, y astrónomos como Luis Felipe Rodríguez nos recuerdan su relevancia cósmica.
Lejos de ser un tema esotérico reservado a laboratorios secretos, la cuántica está presente cada vez que encendemos una computadora o miramos el cielo. Y lo mejor de todo: ¡aún queda mucho por descubrir! Nuevas tecnologías cuánticas (desde computación hasta sensores y comunicación ultrasegura) están en el horizonte, y nuevos misterios del universo esperan ser resueltos con estas mismas herramientas conceptuales. Entender la mecánica cuántica nos ha dado no solo gadgets más avanzados, sino una nueva perspectiva sobre nuestro lugar en el cosmos. Al final del día, saber que los átomos que brillan en las estrellas son los mismos que componen nuestro cuerpo –y que obedecen las mismas extrañas reglas cuánticas– nos hace sentir más conectados con el universo. En este año de celebración cuántica, vale la pena mirar un circuito electrónico y un cielo estrellado con renovada admiración, sabiendo que en ambos late el mismo corazón cuántico.
* Periodista universitario, Premio Nacional de Periodismo 2024 y miembro de la Red Mexicana de Periodistas de Ciencia.
Referencias:
El Colegio Nacional. (2025). Del gato de Schrödinger al teorema de Bell: 100 años de ciencia y tecnología cuántica. Conferencias impartidas del 3 al 5 de marzo. Recuperado de https://colnal.mx/agenda/del-gato-de-schrodinger-al-teorema-de-bell-100-anos-de-ciencia-y-tecnologia-cuantica/
El Colegio Nacional. (2025). Gracias a la mecánica cuántica conocemos la composición química del universo: Luis Felipe Rodríguez Jorge. Recuperado de: https://colnal.mx/noticias/gracias-a-la-mecanica-cuantica-conocemos-la-composicion-quimica-del-universo-luis-felipe-rodriguez-jorge/
Loeb, A. (2022, 30 de junio). El fenómeno de la física que permite que objetos atraviesen intactos otros objetos. El Confidencial – Teknautas. Recuperado de https://www.elconfidencial.com/tecnologia/novaceno/2022-06-30/fisica-cuantica-coche-atraviesa-muro-intacto_3452117/
Kruesi, L. (2025, 2 de enero). Hace un siglo, esta mujer descubrió de qué están hechas las estrellas y cambió la física para siempre. National Geographic (Español). Recuperado de https://www.nationalgeographic.es/espacio/2025/01/cecilia-payne-que-estan-hechas-estrellas-cambio-fisica
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Oficina de UNESCO en París. (2023, 7 de junio). UNGA proclama 2025 como Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas. [Comunicado de prensa]. UNESCO News. (Consulta hipotética para contexto del Año Internacional).
Raúl Contreras Zubieta Franco
Premio Nacional de Periodismo 2024 y doctorante en Ambientes y Sistemas Educativos Multimodales; Egresado de la Facultad de Ciencias y Técnicas de la Comunicación (1990-1994).
