El juego con estructuras, formas y modos de la materia

El premio Nobel de Química 2025, constituye un significado singular en la historia de los materiales constitutivos del universo. La ciencia está produciendo nuevos materiales; literalmente, curan, respiran, purifican cosas, y varias otras propiedades. El aspecto más importante, sin embargo, no son los elementos constitutivos, sino el vacío o la porosidad que permiten. Se llaman estructuras metalorgánicas.

Cada año, en la primera semana de octubre se anuncian los premios Nobel. La ceremonia de entrega de los galardonados siempre tiene lugar en el mes de diciembre. Estos premios son una de las expresiones más populares de grandes logros en la investigación; ciertamente son los más populares, pero no son necesariamente los más destacados. Aunque claro, siempre hay excepciones. El premio Nobel de Química 2025 fue asignado a tres investigadores: Susumo Kitagawa, japonés, profesor de la Universidad de Kyoto, Richard Robson, inglés, profesor de la Universidad de Melbourne, en Australia, y Omar Yaghi, palestino, profesor de la Universidad de Berkeley, en California.

El mundo de la química

La ciencia moderna nace fundada en la física, y despliega una concepción ampliamente mecanicista, reduccionista y determinista, prevalente ampliamente hasta la fecha. Todas las ciencias que nacen en la modernidad lo hacen a la luz o a la sombra de la mecánica clásica. Todas, menos dos: la biología y la química. Incluso las ciencias sociales y humanas nacen a la luz de la mecánica clásica.

El nacimiento de la química tiene un dúplice camino: de un lado, se trata de la alquimia, sus saberes, cosmovisiones y concepciones sobre la vida, el universo y la materia; y de otra parte, el trabajo técnico de los propios alquimistas, que apuntaba a la unificación o integración de las distintas formas o estados de la materia. No sin varios antecedentes, la química nace como ciencia gracias a los trabajos de Mendeleiev en torno a la organización de la tabla de elementos periódicos. Esta tabla constituye el alfabeto del universo conocido y por conocer, constituido por ciento dieciocho elementos, la mayoría naturales y varios otros artificiales y sintéticos. Los cinco campos principales de la química están constituidos por la química orgánica, la química inorgánica, la química física, la química analítica y la bioquímica.

Pensar en términos químicos comporta una estructura mental esencialmente relacional, de teoría de conjuntos, y pensar en procesos, mucho antes y mucho mejor que simplemente en “estados” (notablemente, estados de la materia). La historia de la humanidad hasta hoy hubiera sido perfectamente distinta si en su génesis hubiera estado la química y no la física (1).

Dicho de manera puntual, la química nace contra el discurso de la alquimia, pero con la pericia y las técnicas de la misma.

La tabla de elementos periódicos contiene el alfabeto de la totalidad del universo conocido y por conocer, y funciona esencialmente, al igual que los idiomas y las lenguas naturales, por combinatoria. Ahora bien, la materia constitutiva de la totalidad del universo incluyendo los seres humanos que nos rodean, los paisajes que disfrutamos, las fotografías y videos del espacio profundo, designada técnicamente como materia bariónica, constituye aproximadamente tan sólo el 5 por ciento del universo, la realidad o la naturaleza. El porcentaje restante, simple y llanamente no se sabe qué es a ciencia cierta. Se lo denomina como energía oscura tanto como materia oscura. Se han ganado luces acerca de qué hacen, pero a la fecha nadie sabe con seguridad qué es o cómo se comporta.

En una palabra, la realidad, la vida y el universo son materiales, pero: a) no se reducen a la materia, porque adicionalmente, b) nadie sabe con precisión qué sea la materia.

El conocimiento de los estados de la materia es un asunto que permanece abierto; algunos de sus estados son: sólido, líquido, gaseoso, plasma, el condensado de Bose-Einstein, el concentrado fermiónico, el plasma quark-gluón, el superfluido, los cristales de tiempo, el supersólido, la materia fotónica, los cuasi-cristales, los materiales fermiónicos, el spin-líquido cuántico, o la materia degenerada, y muchos otros. En algunos espacios se ha señalado que, a la fecha, los estados de la materia son cuarenta y ocho; y sin embargo, la última palabra no está dicha, aún.

Significativamente, la infinita mayoría del universo no es sólido, a la manera, por ejemplo, de la Luna, Marte, o las cosas alrededor nuestro. Por el contrario, la infinita mayoría del universo está vacío. En el lenguaje de los químicos, el 99 por ciento del universo se compone de hidrógeno, el 1 por ciento de helio, y el resto, por los otros 116 elementos de la Tabla Periódica.

El premio de Química de 2025

Los trabajos pioneros que conducen al premio de Química del 2025 se remontan en el mejor de los casos a 1989, pero nacen en realidad muy avanzados los años 1990. Los ritmos de la investigación científica son vertiginosos, pero la mayoría de la sociedad no termina de enterarse completamente de ello sino tardíamente. La ciencia y la tecnología siempre van por delante, y la sociedad y sus mecanismos –por ejemplo, la educación, la comunicación social, el derecho o la ética–, siempre van a la zaga.

Kitagawa (2) merece un lugar destacado: en numerosas ocasiones ha manifestado que hace investigación sólo por placer y jugando (3); no como una tarea, ciertamente no como una actividad orientada a objetivos. Y fue de esta manera como logró descubrir los procesos que lo hicieron merecedor del premio Nobel. Como si hiciera falta subrayarlo, la clave de la verdadera y buena investigación es el ocio y el gusto por el conocimiento (algo que todos aquellos que hablan de “metodología de la investigación” ignoran).

Por su parte, Yaghi concibe a la ciencia como una actividad igualadora, por tanto, no jerárquica o superior. Lo que aparece aquí inmediatamente ante la mirada sensible es la conjunción entre lo que en filosofía e historia de la ciencia se denomina el internalismo y el externalismo; es en esta conjunción donde radica la verdadera complejidad del conocimiento y de los descubrimientos e invenciones. Como se aprecia sin dificultad, la historia personal y social –como palestino nacido en Jordania– y su formación académica y científica confluyen en un descubrimiento singular (4).

Finalmente, Robson, formado en Oxford, pero trabajando en Australia, se caracteriza por una actitud que propios y ajenas califican como alguien humilde o sencillo (5), lo cual pone de manifiesto que no puede haber mejor satisfacción y reconocimiento que el trabajo mismo y la investigación. Todo lo demás, importante como es, es accesorio. En la historia de la ciencia la mejor ilustración al respecto es la del matemático ruso Grigori Perelman, quien obtuvo el equivalente del premio Nobel en matemáticas, llamado la Medalla Fields, pero que la rechazó, en el año 2003.

Puntualmente dicho, los tres investigadores galardonados crearon una estructura totalmente nueva en la química de materiales, tanto como en la física e ingeniería de materiales: una estructura metalorgánica.

Las estructuras metalorgánicas

Las estructuras metalorgánicas no existen en la naturaleza. Son creadas enteramente por lo seres humanos, naturalmente, a partir de elementos y fenómenos naturales. Se trata de armazones cristalinos y porosos formados por iones –esto es, por partículas cargadas eléctricamente– conectados por nodos orgánicos –siendo el más idóneo el carbono–. La vida tal y como la conocemos se funda en el carbono, por la simpe razón de tratarse de un material abundante en la naturaleza que permite cuatro enlaces posibles –simples, uno doble y dos simples, dos dobles, o uno triple y uno simple–. No existe hasta la fecha ningún otro material con semejante ductilidad orgánica.

Las estructuras metalorgánicas –conocidas como MOF –por sus siglas en inglés–, son, literalmente, componentes que respiran y curan o limpian a la naturaleza. Algo perfectamente inopinado en toda la historia de la ciencia, la cultura y la filosofía. Puntualmente dicho, se trata de un nuevo tipo de arquitectura molecular. Son numerosos los usos posibles de estas estructuras; desde el desarrollo de fármacos, hasta la práctica clínica, la producción de agua en el desierto, la limpieza de gases atmosféricos (6).

Las estructuras metalorgánicas, como su nombre lo indica, consisten en la confluencia entre metales y materiales orgánicos lo cual, por un camino perfectamente distinto, apunta en la misma dirección a lo que en numerosos ámbitos –biología y computación– se conoce como la próxima singularidad consistente en la unión entre célula y chip. Manifiestamente se trata de un nuevo material anteriormente inexistente en la economía del universo conocido. Sin la menor duda, la ciencia de materiales, lato sensu, que abarca a la química y a la física, a la ingeniería y las matemáticas, a las ciencias de la salud y a las ciencias sociales, constituyen una de las aristas más destacadas y fundamentales de la investigación de punta.

Los ligantes entre los conglomerados metálicos son orgánicos. El resultado es un material poroso, altamente resistente y con numerosos usos. Técnicamente, el trabajo se funda en micrografía electrónica de barrido que es el resultado de trabajo con microscopios electrónicos de barrido que permiten observar –y por tanto actuar sobre– las interacciones entre electrones y materia, cuyo costo no es nunca inferior a 200.000 USD.

El elemento clave en las estructuras metalorgánicas es, con todo, el vacío que permiten o construyen, y que da justamente la apariencia de porosidad. Sin ambages, las cosas más interesantes en el mundo en general se encuentran en el vacío. Pues bien, el tema del vacío como tal forma parte de los capítulos más importantes de la mecánica cuántica. De hecho, con todo y el premio Nobel de Química del 2025, desde ya se está trabajando en la dirección conducente al desarrollo de estructuras metalorgánicas cuánticas.

El mundo microscópico y los tiempos microscópicos

El universo entero, el mundo y la vida encuentran sus raíces en el universo microscópico; en la escala macroscópica se plasma como la realidad convencional; esto es, todos los fenómenos macroscópicos que se fundan en la fuerza de los sentidos y la percepción natural. Sin embargo, en rigor, el universo microscópico, mucho más que en volúmenes o tamaños, se caracteriza por tiempos microscópicos. La tabla adjunta ilustra cuáles son los tiempos microscópicos:

Tabla: Tiempos microscópicos

Prefijo	Escala o factor
Mili	10^-3
Micro	10^-6
Nano	10^-9
Pico	10^-12
Femto	10^-15
Atto	10^-18
Zepto	10^-21
Yocto	10^-24

Es en estos tiempos en los que suceden fenómenos como: el funcionamiento de las enzimas, los plegamientos de proteínas, los saltos de los electrones desde su órbita, y muchos más.

La realidad clásica es simple y llanamente el efecto del mundo microscópico; aquella que la gente, la cultura y las ciencias sociales y humanas creen que es “la realidad”. Con toda certeza, “la realidad” es inmensamente más compleja, profunda y vasta de lo que jamás se creyó hasta la fecha. Las ciencias de materiales, la computación en general, todas las tecnologías convergentes -NBIC+S-, toda la ingeniería de materiales, la física cuántica y la química cuántica, notablemente definen como tema de trabajo el mundo llamado microscópico.

Más ampliamente, temas como la racionalidad, la percepción, la salud o la enfermedad, la atención, la memoria o el olvido, por ejemplo, encuentran sus raíces en tiempos y escalas microscópicas. En contraste, la realidad convencional trabaja con tiempo muy lentos y parsimoniosos: segundos, minutos, horas, días, semanas, meses, años, siglos.

Retos sociales y culturales

Estamos entrando en un mundo alta y crecientemente contraintuuitivo. Se trata de un mundo que no se funda ni encuentra sus mejores explicaciones en la fuerza del sentido común y la percepción y ni siquiera en los sentidos. Hay aquí una tensión social y cultural importante que la sociedad en general debe poder resolver; esto es, los mecanismos de comunicación social, la política, los sistemas educativos, en fin, las creencias y prácticas culturales. Las revoluciones –científicas, tecnológicas, sociales, políticas o culturales– jamás suceden gracias a la cultura. Esta es siempre esencialmente conservadora. Las revoluciones tienen lugar –cuando suceden–, a pesar de la cultura o también, en numerosas ocasiones, en contra de la cultura.

Como quiera que sea, el premio Nobel de Química del año 2025 pone, sin más ni más, de manifiesto que las distancias entre sistemas bióticos y sistemas abióticos son cada vez menos sostenibles. En efecto, Occidente cree que existe de un lado la vida y los sistemas vivos y, de otra parte, los sistemas y fenómenos inanes. Esta creencia es espuria. γ