Descubrimiento de conocimientos desde lo microscópico hasta lo astronómico

Resumen: La visión humana siempre ha sido limitada, pero a lo largo de siglos de innovación, desde las primeras lentes hasta los microscopios y telescopios más avanzados de la actualidad, hemos ampliado nuestra visión tanto al nivel atómico como a galaxias lejanas. Instrumentos como los microscopios crioelectrónicos y los telescopios espaciales han amplificado nuestra capacidad para explorar lo microscópico y lo cósmico, transformando nuestra capacidad de descubrimiento.

Las limitaciones de nuestro sentido de la visión nos han impulsado a inventar y compartir nuevos instrumentos para el descubrimiento del conocimiento. El ojo humano sin ayuda puede ver un objeto de 100 micrómetros (μm), aproximadamente la mitad del diámetro de un cabello humano. Los observadores de estrellas a simple vista pueden ver un objeto celeste suficientemente brillante a una distancia de hasta 2,5 millones de años luz. Este era el alcance de nuestra visión hasta alrededor de 1600, cuando los fabricantes de vidrio de los Países Bajos comenzaron a experimentar con la fabricación de lentes. Los resultados de sus experimentos nos han dado el asombroso poder de ver millones e incluso miles de millones de veces más.

Microscopios

Zacharias Janssen desarrolló el primer microscopio en 1595. Podía ampliar los objetos entre 3 y 10 veces su tamaño. En el siglo XIX, la magnificación había mejorado hasta 1000 veces. En 1931 se produjo un avance significativo con el uso del microscopio electrónico de transmisión (TEM), que podía ampliar hasta un millón de veces. El costo de los TEM oscila entre 100.000 y 10 millones de dólares, dependiendo de sus características. El TEM más avanzado, ubicado en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, cuesta 27 millones de dólares. Este microscopio puede alcanzar una resolución de la mitad del ancho de un átomo de hidrógeno, lo que lo convierte en el microscopio más potente que existe.

El microscopio electrónico de barrido (SEM), desarrollado en 1937, tenía un aumento menor (aproximadamente 100.000 veces), pero podía producir imágenes tridimensionales. Desde la década de 1980 hasta la actualidad, la microscopía crioelectrónica (cryo-EM) ha aumentado el aumento hasta 5 millones de veces; los microscopios de sonda de barrido, que utilizan métodos como la microscopía de fuerza atómica (AFM) y la microscopía de túnel de barrido (STM), han aumentado el aumento hasta aproximadamente 100 millones de veces.

Sin embargo, el aumento solo tiene un significado marginal si no va acompañado de resolución, ya que el aumento sin más no aporta detalles útiles. Para lograr una mejora real, la resolución es fundamental.

Los microscopios ópticos del siglo XIX podían ver 500 veces más, a 0,2 μm. En la década de 1930, los microscopios electrónicos mejoraron la resolución a 0,05 nanómetros (nm), lo que supuso un aumento de 2 millones de veces el aumento. Los microscopios criogénicos y atómicos actuales tienen una resolución de 0,001 nm, 100 millones de veces superior a la del ojo humano sin ayuda.

Telescopios

Hans Lippershey es considerado el inventor del primer telescopio, creado en 1608. Su instrumento podía ampliar tres veces. Al conocer la innovación al año siguiente, Galileo construyó su propia versión y aumentó el aumento a 30 veces, lo que supuso una mejora de 10 veces en un año. Los telescopios han seguido mejorando en cuanto a su capacidad de captación de luz y resolución. En los siglos XVIII y XIX, las innovaciones de Isaac Newton y otros mejoraron ambos factores. El telescopio reflector Herschel, fabricado en 1789, tenía una resolución 20 veces mejor y una capacidad de captación de luz más de 1000 veces superior a la del diseño de Galileo. El Gran Refractor Dorpat, construido por Joseph Fraunhofer y terminado en 1824, fue el primer telescopio refractor moderno y acromático. Mientras que el Herschel tenía una apertura mayor, el Dorpat tenía lentes de mucha mayor calidad, lo que permitía obtener imágenes más nítidas y medibles.

El telescopio Hooker se construyó en 1917 y ofrecía una resolución tres veces mayor y una capacidad de captación de luz 105 veces superior a la del Dorpat. El siguiente gran avance fue la creación del telescopio Hubble en 1990. Como telescopio espacial situado a 340 millas sobre la atmósfera terrestre, era 10 veces más nítido y estable que sus homólogos terrestres. El telescopio espacial James Webb (JWST), lanzado en 2021, tiene un espejo mucho más grande (6,5 metros frente a 2,4 metros), lo que le confiere una capacidad de captación de luz mucho mayor, y está optimizado para el espectro infrarrojo.

El Telescopio Extremadamente Grande (ELT) está previsto que entre en funcionamiento en 2030. En comparación con el JWST, el ELT es seis veces más grande, lo que le confiere una capacidad de captación de luz mucho mayor para las observaciones terrestres. El ELT alcanzará una resolución 14 veces más nítida (0,005 segundos de arco frente a los 0,07 segundos de arco del JWST), especialmente cuando se utiliza óptica adaptativa. El JWST mantiene la ventaja en precisión general gracias a su estabilidad espacial y a sus sistemas infrarrojos optimizados, pero el ELT lo superará en espectroscopia, obtención de imágenes de exoplanetas y captura de las estructuras detalladas de galaxias lejanas.

Desde el ojo humano sin ayuda hasta el ELT, la resolución angular será 12.000 veces mejor y la capacidad de captación de luz será 31 millones de veces mayor. Esto confiere al ELT una capacidad de observación combinada aproximadamente 372.500 millones de veces superior a la del ojo humano sin ayuda. Esta asombrosa diferencia refleja los avances tanto en la resolución como en la capacidad de captación de luz, lo que nos permite estudiar el universo de formas que eran inimaginables hace solo unos siglos.

Los microscopios y los telescopios son instrumentos para el descubrimiento del conocimiento. Nunca ha habido un mejor momento para estar vivo si quieres acercarte y observar un átomo individual de 0,05 nm o alejarte y contemplar el borde del universo, a unos 46.500 millones de años luz de la Tierra.

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Este artículo fue publicado originalmente en HumanProgress.org (Estados Unidos) el 14 de julio de 2025.