Oppenheimer: más allá de la bomba atómica

J. Robert Oppenheimer, más conocido como ‘Oppie’, es uno de los personajes más importantes en la historia de la humanidad, lo que se refleja claramente en la obra maestra dirigida por Christopher Nolan, que acaba de ser estrenada. Pero ¿acaso lo es solamente por la bomba atómica? Es comprensible que aquellos que no son académicos no conozcan los grandes aportes de ‘Oppie’ a la ciencia en general previos al clímax de su carrera, cuando dirigió el famoso Proyecto Manhattan. En esta oportunidad, intentaré llevar al lector o lectora por un breve paseo a través de los primeros años de la vida académica del gran J. Robert Oppenheimer con miras a dejar en evidencia su compromiso con la ciencia y el progreso de la humanidad.

Oppenheimer se graduó de químico en la Universidad de Harvard en 1925, donde se interesó por la termodinámica y la física experimental, lo que era casi imposible estudiar en los Estados Unidos. Ello le llevó a postular a un posgrado en el laboratorio del famoso Ernest Rutherford en la Universidad de Cambridge, Reino Unido. Estando ahí, asistió a diversas conferencias, y en una de ellas escuchó nada menos que a Niels Bohr, quien habló sobre la “nueva ciencia” que estaba haciéndose cada vez más conocida en Europa. Fue entonces cuando se dio cuenta de que lo suyo era la física teórica y no propiamente la física experimental.

En aquellos años la mecánica cuántica era el ‘boom’; aún estaba en desarrollo y si uno quería aprender de los mejores el destino era Alemania. Así fue como llegó a la Universidad de Gotinga para estudiar con el laureado premio Nobel Max Born. Allí, ‘Oppie’ no solo haría sus pininos en la física teórica, sino que se consagraría en pocos años como un referente en la mecánica cuántica con el artículo “Zur Quantentheorie der Molekein” (“Sobre la teoría cuántica de las moléculas”), publicado junto a Max Born en la revista “Annalen der Physik”, en 1927. Este artículo contendría el famoso método de la “Aproximación Born-Oppenheimer” (ABO), que asume que el movimiento de los electrones y el movimiento de los núcleos pueden ser separados, pudiendo expresar la función de onda en términos de la posición de los electrones y las posiciones nucleares.

El lector no científico se preguntará: “Pero bueno, ¿y esto en qué beneficia o ha beneficiado al progreso de la humanidad?”. Pues ha sido determinante. Los núcleos de los átomos y los electrones, que se encuentran en una nube que rodea al núcleo, difieren en cuanto a la cantidad de movimiento. Bajo esta premisa, lo que permite la ABO es simplificar el cálculo de las funciones de onda moleculares para describir y entender la estructura de las moléculas complejas. Estos cálculos son fundamentales para las simulaciones de dinámica molecular, técnica que utiliza métodos numéricos para visualizar y hacer mediciones en base al movimiento y la interacción entre átomos y moléculas.

Todo esto suena muy abstracto, pero tiene aplicaciones palpables, sobre todo en estos tiempos en los cuales las enfermedades infecciosas están a la orden del día. Coloco un ejemplo: el caso del COVID-19. Como sabemos, a fines de 2019, en Wuhan, China, comenzaron a aparecer múltiples pacientes con problemas respiratorios severos en diversos hospitales de la ciudad. Se sospechó de un virus respiratorio que potencialmente podía causar una epidemia y, para esto, ya habían ocurrido dos previas: los así llamados MERS y SARS-CoV. Es así que se procedió a secuenciar el virus y obtener la estructura molecular de las proteínas de la superficie del virus. La principal proteína de superficie que ya es conocida por todos como “spike”, que sirve como una llave para ingresar a las células de nuestro cuerpo, necesitaba de un receptor para interactuar y de esta manera infectar. Cuando esta estructura se obtuvo, lo que se requería para poder entender las propiedades moleculares era estudiar a ambas proteínas en movimiento, ya que no se puede obtener mucho de un sistema estático.

Aquí es donde entra la ABO y las simulaciones de dinámica molecular. Sin este método, no hubiese sido posible obtener datos sobre la proteína viral en acción y, por tanto, no se habría sabido cómo contrarrestarla. Gracias al desarrollo de esta técnica, patentada en 1927 con la genialidad de ‘Oppie’, podemos estudiar las patologías a nivel molecular y, con ello, generar nuevos tratamientos, fármacos y vacunas. Esta es solo una de las tantas aplicaciones de las simulaciones de dinámica molecular, las que también puede ser empleadas para estudiar el comportamiento de sistemas físicos y químicos.

Si bien la cima de la carrera de Oppenheimer fue la creación de la bomba atómica, lo que trajo consigo una infinidad de métodos para aprovechar la energía atómica, sus aportes a la mecánica cuántica (principalmente la aproximación Born-Oppenheimer) forman parte importante del legado que dejó para que la humanidad prosperase en los diferentes campos de la ciencia. Agradecidos estamos y estaremos por siempre.