?Y si Arist¨®teles ten¨ªa raz¨®n sobre la composici¨®n del universo?

?De qu¨¦ est¨¢ hecho el Universo? Calculamos que en el inmensamente grande espacio entre galaxias hay menos de un ¨¢tomo por cada metro c¨²bico ocupando un quintillon¨¦simo (cero, coma, 30 ceros y un 1) del volumen total. ?Y el resto del espacio?, ?est¨¢ vac¨ªo? ?Qu¨¦ significa que est¨¢ vac¨ªo? Si no hay nada dir¨ªamos que esencialmente no existe. Pero el vac¨ªo tendr¨¢ que existir porque los ¨¢tomos pueden moverse por ¨¦l y la radiaci¨®n (es decir, un campo electromagn¨¦tico, o cualquier otro campo) puede llenarlo. Entonces ?el vac¨ªo no existe?, ?qu¨¦ hay en ese vac¨ªo? O, mejor dicho, ?qu¨¦ es (porque existe) el vac¨ªo c¨®smico? Llevamos milenios pregunt¨¢ndonos por la esencia del universo, y resulta que quiz¨¢s tampoco hemos avanzado tanto en algunos conceptos.

Todas las culturas han ideado modelos cosmol¨®gicos para proporcionar una visi¨®n de todo lo que nos rodea, desde las plantas y animales hasta el Sol, la Luna y el firmamento, e informarnos de cu¨¢l es nuestro lugar en el universo. Nuestro modelo cosmol¨®gico actual puede concebirse como una evoluci¨®n de todo el imaginario de la humanidad, de todas las ideas e interpretaciones que se han ido haciendo a lo largo de generaciones, y que han ido preparando y conduciendo a la mente humana por el camino del conocimiento hasta llegar al modelo cosmol¨®gico f¨ªsico-matem¨¢tico que hoy aceptamos como el m¨¢s cercano a la realidad, en el sentido de que reproduce muchas de las observaciones que hacemos del universo, si bien a¨²n cuenta con muchas y fundamentales lagunas.

Dentro de esa herencia cultural-mental, hoy hablamos de los griegos, para los que todo el cosmos era la combinaci¨®n de 4 elementos: tierra, agua, fuego y aire. El universo estar¨ªa compuesto de 2 partes, y nos quedamos con la que interesa a los astrof¨ªsicos, la de los cielos. Para esa regi¨®n Arist¨®teles puso encima de la mesa 2 conceptos que podr¨ªamos considerar como visionarios: los cielos tendr¨ªan un movimiento perfecto y estar¨ªan compuestos por algo llamado ¨¦ter, un quinto elemento que m¨¢s tarde se denomin¨®, ya en lat¨ªn, quintaesencia.

El movimiento perfecto bien podr¨ªa compararse con la expansi¨®n del universo y el Principio Cosmol¨®gico, del que ya hablamos y establece que el cosmos, incluida la expansi¨®n, es homog¨¦neo (igual en todos sitios) e is¨®tropo (no hay una direcci¨®n o un sitio privilegiado en el Universo, da igual hacia d¨®nde mires). Per-fecta, ¡°en dos palabras¡±.

Lo que podr¨ªamos pensar que alberga muy poca materia, en realidad est¨¢ ¡°lleno¡± de algo que llamamos energ¨ªa del vac¨ªo, o incluso algo un poco m¨¢s complejo que hoy llamamos quintaesencia

La segunda idea es incluso m¨¢s revolucionaria: para Arist¨®teles, y para los astrof¨ªsicos hoy, el universo no ¡°est¨¢¡± vac¨ªo, podr¨ªamos decir que ¡°es¡± vac¨ªo, y es que el espacio entre galaxias, lo que podr¨ªamos pensar que alberga muy poca materia, en realidad est¨¢ ¡°lleno¡± de algo que llamamos energ¨ªa del vac¨ªo, o incluso algo un poco m¨¢s complejo que hoy llamamos quintaesencia, como la de Arist¨®teles.

La expansi¨®n de un universo que cumple el Principio Cosmol¨®gico est¨¢ descrita por las conocidas como ecuaciones de Friedmann, que nos dicen que la velocidad de expansi¨®n puede crecer o decrecer (y hasta hacerse negativa), seg¨²n el contenido del cosmos. La materia de todo tipo, con su masa, se atrae por efectos gravitatorios y lucha contra la expansi¨®n, tiende a pararla. Toda la radiaci¨®n electromagn¨¦tica que existe en el universo, o los neutrinos que viajan por el cosmos, ponen su granito de arena para parar la expansi¨®n. Cualquier otro componente del universo, conocido o desconocido, debe tener su efecto. Las ecuaciones de Friedmann vienen con una velocidad de expansi¨®n y una aceleraci¨®n de serie, una constante, llamada cosmol¨®gica (y que a Einstein no le gustaba) que seg¨²n su valor nos dice que el universo de manera intr¨ªnseca empez¨® con tendencia a expandirse (constante cosmol¨®gica positiva), o contraerse (constante negativa) o a ser est¨¢tico (constante nula, que es lo que le gustaba a Einstein).

La constante cosmol¨®gica, como su nombre indica, no cambia, su valor fue, es y ser¨¢ siempre el mismo, de manera an¨¢loga a la constante de Gravitaci¨®n Universal o la de Planck o la de los gases perfectos. Varios experimentos hechos en los ¨²ltimos 20 a?os nos indican que su valor es positivo y que el universo est¨¢ acelerando su expansi¨®n. Todo hay que decirlo, ese resultado cuenta con un nivel de certidumbre bastante ¡°bajo¡± para lo que consideramos fiable los f¨ªsicos: estamos seguros al 99.7%, pero normalmente consideramos algo cierto si estamos seguros al 99.9999993%

La energ¨ªa del vac¨ªo, si existe y es constante en el tiempo, ser¨ªa indistinguible de la existencia de una constante cosmol¨®gica

Ahora bien, la expansi¨®n acelerada se puede explicar con una constante cosmol¨®gica o si existe algo que ba?a el universo y que tiene propiedades contrarias a la materia o la radiaci¨®n de la que habl¨¢bamos antes, algo que lucha a favor de la expansi¨®n, lo que se conoce como energ¨ªa del vac¨ªo u oscura. Ser¨ªa como la Nada de la Historia Interminable, y va ganando la partida de extenderse por un universo que cada vez se hace m¨¢s grande m¨¢s r¨¢pido. Esa energ¨ªa del vac¨ªo, si existe y es constante en el tiempo, ser¨ªa indistinguible de la existencia de una constante cosmol¨®gica. Podr¨ªa ser una especie de quinta fuerza de la naturaleza, a unirse a la gravitatoria, la electromagn¨¦tica, la fuerte y la d¨¦bil, pero en vez de ser atractiva ser¨ªa repulsiva. O una nueva forma de materia-energ¨ªa que no podr¨ªa ni calentarse ni enfriarse, ni mojarse ni secarse, como defini¨® Arist¨®teles el ¨¦ter, algo completamente diferente y que no interactuar¨ªa con las 4 formas de materia-energ¨ªa conocidas: materia ordinaria (la que forma lo que vemos), materia oscura (que no vemos y dominar¨ªa la masa del universo), neutrinos y radiaci¨®n electromagn¨¦tica (luz).

De quinta-fuerza o quinto-elemento a quinta-esencia todav¨ªa hay un paso m¨¢s que dar: permitir que esa energ¨ªa del vac¨ªo no sea constante, var¨ªe con el tiempo. Esta ser¨ªa la definici¨®n de quintaesencia: una forma de energ¨ªa desconocida que trabaja a nivel c¨®smico para acelerar el universo, o podr¨ªa incluso decelerarlo si sus propiedades cambian con el tiempo. Siendo variable quiz¨¢s no deber¨ªamos llamarla quintaesencia, sino k-esencia o kinescencia, porque para Arist¨®teles la quintaesencia ni cambia ni se degrada, es una sustancia perfecta que forma los cuerpos celestes. Para el fil¨®sofo griego la quintaesencia tambi¨¦n tiene en su naturaleza el movimiento perfecto mientras que la materia que forma la Tierra (e incluso parte de la Luna, que est¨¢ en los cielos y deber¨ªa ser pura pero presenta imperfecciones: los cr¨¢teres y mares) tiende a caer y pararse (lo que recuerda a la gravedad y a luchar contra la expansi¨®n). Y la quintaesencia ser¨ªa eterna, lo cual podr¨ªa f¨¢cilmente compararse con teor¨ªas cosmol¨®gicas que identifican la energ¨ªa oscura como la responsable de la expansi¨®n y del comienzo del espacio-tiempo como lo conocemos.

?Existe la energ¨ªa oscura, la quintaesencia, la kinescencia? Si existe algo as¨ª, desconocemos el 70% del universo. ?Qu¨¦ experimento podemos idear para estudiar algo que no sabemos qu¨¦ es, que no tiene masa, que no interact¨²a con la luz, que no es como ninguna otra fuerza que conocemos pero que es lo que m¨¢s influye en el espacio-tiempo? Tendremos que seguir investigando porque, como dec¨ªa Arist¨®teles, todo ser humano desea, de manera natural, el conocimiento, y nos queda mucho por adquirir, as¨ª que tambi¨¦n habr¨¢ que usar la imaginaci¨®n, la fantas¨ªa de Arist¨®teles.

Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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