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Imagínate que tienes a tu disposición una botella de plástico, en la cual, viertes agua hasta la mitad. De esta forma, te encuentras con la primera mitad llena de agua y la segunda… ¿vacía? Evidentemente no. Pero, ¿y si quitamos todo el aire existente? Probamos entonces a eliminar el dióxido de carbono, el nitrógeno, el oxígeno e incluso el vapor de agua que pueda irse evaporando procedente del líquido de la otra mitad de la botella. ¿Se encuentra ahora vacío? La respuesta sigue siendo no. De hecho, por mucho que lo intentes, la respuesta será siempre no.
Así, según la física, el vacío estará siempre lleno de cosas que, aunque no sean materia como tal, lo ocuparán de forma constante, siendo de suma importancia para entender la realidad tal y como se conoce. ¿Por qué se llama vacío entonces? Pues bien, se trata simplemente de una cuestión de tradición pues, realmente, científicos de épocas pasadas no sabían todo lo que se conoce a día de hoy, por lo que adoptaron el término de forma errónea. Sin embargo, actualmente se ha tratado de resolver ese problema diferenciando el vacío, como el menor estado energético de una región del espacio, de la nada, como la inexistencia total de todo ser.
En la física, es un estado muy importante pues, además de dar explicación a diferentes fenómenos, se usa como condición de entorno en gran cantidad de experimentos. Sin embargo, no siempre fue así: a medida que la ciencia y los conocimientos han evolucionado, los científicos han ido descubriendo que el vacío estaba, cada vez, más lleno y menos “vacío”. Te explicamos cuales son sus contenidos.
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Una de las primeras cosas que se comprendió que ocupaba una parte del vacío fue, ya en el siglo XIX, las ondas electromagnéticas. Es decir, las ondas responsables de la luz visible, los rayos X, los rayos gamma, las ondas de radio, las microondas… Sin embargo, durante mucho tiempo, se pensó que junto a estas ondas, se encontrada un medio ligero que cubría absolutamente todo llamado éter.
Pero, en verdad, esto se trataba de un error, probablemente originado debido a una confusión con las ondas mecánicas, las cuales sí necesitan un medio consistente para desplazarse. Por ejemplo, las ondas acústicas, responsables del transporte del sonido, precisan de un medio por el que propagarse, por ejemplo, agua o gas.
Ahora bien, en el año 1887 se puso fin a esta teoría gracias a los científicos Albert Abraham Michelson y Edward Morley. En conjunto, desarrollaron un experimento de interferometría, muy famoso dentro del campo de la física y conocido como el interferómetro de Michelson y Morley que demostró que el éter no existía en realidad y que las ondas electromagnéticas se pueden propagar sin necesidad de que exista un medio.
Esquema del experimento de Michelson y Morley
PARTÍCULAS Y ANTIPARTÍCULAS
Con la llegada de la física cuántica en el siglo XX, el físico alemán Werner Heisenberg tomó mucha relevancia en toda esta perspectiva del vacío, reafirmando la imposibilidad de una completa ausencia de materia y energía: eso no existía. Así, Heisenberg enunció su famoso principio de incertidumbre, en el que afirmaba que era imposible conocer con certeza la energía de un sistema en un determinado instante de tiempo y que, además, debería existir en todo momento: la energía nula no era posible.
En base a esto, se descubrió que era posible “tomar prestada” cierta cantidad de esa energía, siempre y cuando se devolviese en un plazo muy pequeño de tiempo. El el Universo esto se conoce como creación de pares y se traduce en la creación de dos partículas en vacío (una partícula y una antipartícula) que desaparecen de inmediato, incluso antes de poder sr detectadas.
Así, el vacío se convierte en una gran zona en la que constantemente aparecen y desaparecen partículas que roban y devuelven esa mínima energía de la que hablaba Heisenberg. Todo este procedimiento se realiza mediante una ley fundamental derivada directamente del principio de incertidumbre: cuánto más pesadas sena las partículas generadas, menos tiempo existirán.
Retrato de Werner Heisenberg
CAMPOS NO NULOS
Como si este conjunto de ondas, energía mínima y partículas apareciendo y desapareciendo de forma constante no fuera suficiente, existen también en el Universo una serie de campos que toman valor cero en algunos puntos y no nulo en otros, aportando aún más energía al vacío. Incluso, existen ciertos campos que no se hacen cero en ningún punto del espacio. Un ejemplo de este tipo de campos es el de Higgs.
El campo de Higgs es el asociado a la partícula conocida como bosón de Higgs, descubierta en 2012 en el LHC, un acelerador de partículas ubicado en el CERN, Ginebra. Fue un descubrimiento de suma importancia para la comunidad científica, pues permitió explicar el hecho de que las partículas elementales que forman la materia tengan masa.
El bosón de Higgs 10 años después de su descubrimiento
LA ENERGÍA DEL VACÍO
Pero, puedes preguntarte, ¿de dónde sale esa energía mínima que sirve como base para el “caldo” de ondas, partículas y campos? Pues bien, una parte de ella vendrá, simplemente, de la fluctuación entre todos esos elementos, mientras que la otra (casi tres cuartas partes) se identifica con la famosa energía oscura, presente en el Universo pero indetectable. El conjunto de ellas se conoce como energía de vacío o energía del punto cero.
Ahora bien, aquí se genera un dilema para los expertos, conocido como “catástrofe del vacío” y que supone uno de los grandes problemas de la física del siglo XXI que trae de cabeza a los expertos. Esto es debido a que la teoría actual de la física moderna sostiene que es esa energía la responsable de la expansión que está experimentando el Universo pero, sin embargo, los datos teóricos de densidad de energía oscura existente y los resultados de los cálculos siguiendo la teoría cuántica presentan conclusiones completamente distintas. De hecho, la diferencia entre ellas es de casi 122 órdenes de magnitud: ¡122 ceros!
Este problema es uno de los misterios sin resolver más importantes de la física actual y únicamente recuerda que, aunque se sepa que el vacío está, realmente, lleno de cosas, sigue habiendo muchas cuestiones que no se acaban por comprender. De ahí la necesidad de seguir investigando y buscando nuevas teorías que consigan explicar dilemas tan impacientes como este.
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