martes, septiembre 19, 2006

El vacío

Lejos de ser mínimamente riguroso, hoy voy a escribir sobre el vacío. Un breve resumen histórico y algunas impresiones personales sobre lo que considero uno de los elementos más poéticos del universo.


¿Qué es el vacío? Es difícil de definir, aunque se trata de un concepto realmente simple. Si le preguntamos a nuestra amiga la Wikipedia, nos dice algo así como:


En Física se denomina así al espacio donde hay ausencia de materia. Surgiría como consecuencia de la disgregación de ésta, compuesta por unidades existenciales solapadas entre sí que experimentan un impulso de separación, o voluntad hacia su ser pleno; si no consiguen liberarse de ese solapamiento se debe al empuje de las unidades adyacentes (el cual, en su conjunto, es responsable de la expansión del Universo, más allá de los límites de la existencia); y no por una supuesta fuerza atractiva. Por extensión se suelen denominar vacío, también, los espacios cuya densidad de aire y partículas es muy baja, como, por ejemplo, el espacio interestelar o vacío interestelar.

A mí se me antoja una definición un poco fría, aunque bastante exacta. Sin embargo, la idea de vacío es bastante reciente, aunque cueste creerlo; ocurre algo parecido a la gravedad, que ahora nos parece un concepto muy simple, pero que hasta que en el siglo XVII a Newton no le cayera la famosa manzana en la cabeza, nadie se había dado cuenta.


Empezando por los antiguos griegos, el vacío, o "no ser", para ellos no sólo no existía, sino que su ausencia les causaba auténticos quebraderos de cabeza. El "no ser" por definición y como su propio nombre indica, no podía ser (existir). Si todo era "ser", ¿como era posible el movimiento? Llevado a la vida cotidiana viene a ser algo como un vagón de metro, que cuanto más lleno va, más nos cuesta movernos. Si suponemos que el vagón está completamente lleno, ¿cómo podríamos apenas pestañear?


Mucho más tarde Descartes y sus contemporáneos se enfrentaban a un problema parecido. Para ellos la materia era continua y tenía extensión. Lo primero significa que no pensaban que estuviera formada por átomos, sino que formaba un todo homogéneo que ocupaba el espacio. Un trozo de arcilla, por ejemplo, podría partirse en dos una y otra vez con un cuchillo infinitamente afilado. Por muy pequeño que fuera el trozo, siempre se podría cortar en dos o más trozos menores. La segunda caracterista, la extensión, significa que el espacio mismo está hecho de materia. El volumen es materia, y sin materia no tendría sentido hablar de un metro cúbico y un litro. Las propias dimensiones existen porque la materia las ocupa. Para Descartes, existía un espacio no ocupado por la materia, pero sólo en las matemáticas


Algo más tarde, Newton ya sugería una idea de vacío parecida a la que tenemos ahora, separado de la materia. El vacío ocuparía la mayor parte del espacio, mientras que la materia sólo una pequeña parte de él. Aunque no todos sus contemporáneos pensaban del mismo modo y había gran debate sobre el tema.


Ya en el sigo XIX, cuando se descubrió la naturaleza ondulatoria de la luz, el concepto de vacío se comenzó a tambalear. La luz es una onda electromagnética. Podemos ver ondas formarse en el agua o sentir las ondas sonoras que hacen vibrar el aire hasta nuestros oídos; también podemos ver ondas en la cuerda de un arco de tiro o en las cuerdas de una guitarra. Las olas son ondas que se forman en el mar y las vibraciones de los terremotos también son ondas. Todas las ondas tienen algo en común: se transmiten a través de un medio; es mas, se podría decir que las ondas son deformaciones rítmicas del propio medio. No tendría sentido pensar en las olas del mar sin agua, en un terremoto sin tierra o en una cuerda vibrante sin cuerda. Si la luz era una onda, necesitaría un medio para propagarse.


Es entonces cuando surge la idea del éter. El éter debía ser increíblemente denso para que la luz pudiera vibrar a la velocidad que lo hace. Se tendría que mover a velocidad constante y podría tenerse en cuenta como punto de referencia absoluto del movimiento, lo que supondría una ruptura con la relatividad de Galileo. El éter era una idea para salir del paso ante el problema de la luz, y planteaba más problemas de los que solucionaba. Por ejemplo, si el éter era tan denso, tendría que producir un rozamiento sobre la Tierra (y los otros planetas), haciendo que ésta llegase a detenerse, pero eso no parecía ocurrir.


La idea del éter se vino abajo con la llegada de Albert Einstein. El científico alemán asumió que si el éter era indetectable de ninguna manera y no interaccionaba con nada, podíamos prescindir de él y asumir que la luz tiene la capacidad de viajar por el vacío. Una idea muy positivista pero que fue aceptada por la mayoría. La luz se sustenta por sí misma y es su propio medio.


La idea del vacío clásico de Newton, o algo muy parecido, se mantuvo aún unas décadas más, pero en los últimos años del siglo XX, y hasta la actualidad, con la llegada de la teoría cuántica y el modelo estándar, el concepto de vacío ha cambiado considerablemente.


Actualmente se piensa que el vacío es un hervor continuo de partículas y antipartículas que se generan espontáneamente y se vuelven a aniquilar un instante después. Recordemos que por cada partícula fundamental existe una antipartícula igual, pero de signo contrario. Cuando una partícula y su antipartícula se encuentran, se aniquilan mutuamente dando lugar a energía. Entonces, en el vacío, se están generando y destruyendo continuamente pares de partícula y antipartícula. ¿De dónde surge semejante idea? No parece algo intuitivo o real, pero existen varias teorías que la respaldan; la principal razón, a mi entender, es el principio de incertidumbre de Heisenberg. Este principio nos dice que no se puede conocer a ciencia cierta la cantidad de energía que hay en un punto determinado del espacio. Si tomamos el vacío en el concepto clásico, la temperatura del vacío sería el cero absoluto, o lo que es lo mismo, la ausencia total de energía. Esto contradice el principio de Heisenberg y por lo tanto ¡incluso el vacío debe tener una temperatura superior al cero absoluto! y para que eso ocurra debe contener partículas, que se crean y se destruyen constantemente.



La idea de un vacío burbujeante de partículas me parece casi tan poética como la de un vacío completamente vacío, y en parte le da algo de razón a aquellos primeros griegos que penaban que el "no ser" no podía ser. Sin embargo, me cuesta creer que sea un modelo definitivo. Por ejemplo, ¿qué existe entre esas partículas virtuales? Quizá el espacio esté realmente cuantizado como lo están la materia y la energía, y sea una futura base para una nueva teoría del vacío.


Enlaces de interés

  • El vacío al estilo clásico: La batalla del vacío

  • El éter y la propagación de la luz: El extravío de la relatividad

  • La temperatura del vacío: La energía del punto cero


  • 1 comentario:

    dardo dijo...

    Saludos socio.

    La definición de vacío que has fusilado de la Wikipedia presenta algunas deficiencias.

    No se puede hablar de "ser pleno" de una partícula. En cualquier caso puede hablarse simplemente de ausencia de materia (ausencia de función de onda), pero no de colapso de un solapamiento de funciones de onda como origen del vacío. Incluso en algunos sistemas (oscilador armónico) podría hablarse de un estado vacío con función de onda no nula.

    De todas formas ignorando las ideas tanto de supercuerdas como de la formulación de Feynman de la mecánica cuántica yo daría una definición más simple del tipo:
    "Dicese de la porción de espacio en la que no se encuentra materia o se encuentra en cantidad despreciable".

    Bueno, de momento ésto es todo.