La cat¨¢strofe del vac¨ªo (c¨®smico)

Aviso a navegantes: este va a ser un art¨ªculo complicado. Nuestro t¨ªtulo parece indicar que cerramos el chiringo de nuestra secci¨®n, pero no, no es eso.

Es m¨¢s bien porque, primero, el tema de hoy roza ¨¢reas fundamentales de la filosof¨ªa, con preguntas acerca de algo tan b¨¢sico como la existencia, una pregunta ontol¨®gica, palabra que solo de escribirla ya te entra el p¨¢nico. Segundo, porque el asunto es un gran reto para la f¨ªsica cu¨¢ntica y la cosmolog¨ªa m¨¢s avanzadas. Y tercero, sobre todo, porque realmente ni yo, que quiero explicarlo y me he metido en un l¨ªo solito, ni nadie sabemos exactamente qu¨¦ es el vac¨ªo, ni su relaci¨®n con el espacio y el tiempo, que en s¨ª es decir que no sabemos qu¨¦ es la mayor parte del universo.

Al problema que nos ocupa se le conoce como la cat¨¢strofe del vac¨ªo. Vamos a ello.

La densidad media de materia en el universo hoy es equivalente a tener 5 protones por cada metro c¨²bico, lo que es lo mismo que decir que cada prot¨®n dista de otro del orden de una fracci¨®n no muy peque?a de metro. Eso a nuestra escala humana es mucho, pero a escala at¨®mica es inmenso. Basta decir que la distancia entre ¨¢tomos de hidr¨®geno en una mol¨¦cula de agua es del orden de 0.1 nan¨®metros, o una diezmilmillon¨¦sima parte de un metro. Globalmente, entonces, el universo es muy, muy diferente a lo que nos rodea.

Dejemos a un lado el hecho de que estoy hablando de ¨¢tomos o protones como si fueran part¨ªculas, bolitas entre las que puedo calcular una distancia, y eso no es totalmente correcto, pero aun as¨ª nos podemos preguntar: ?qu¨¦ hay entre ¨¢tomo y ¨¢tomo en el universo? O ?qu¨¦ podemos encontrar entre los ¨¢tomos de una mol¨¦cula de agua? Porque algo habr¨¢, ?no?

Se dice que la luz se mueve a 300.000 kil¨®metros por segundo en el vac¨ªo, as¨ª que el medio ser¨ªa el vac¨ªo (el de nuestra secci¨®n, el c¨®smico). ?Qu¨¦ es el vac¨ªo entonces?

Veamos qu¨¦ puede haber entre esos protones del universo. Ya contamos que hay 100.000 millones de veces m¨¢s fotones que part¨ªculas de las que tienen masa (bariones, las llamamos) en el universo. As¨ª que el cosmos est¨¢ lleno de fotones, que nos encajan m¨¢s como ondas que los protones (la cu¨¢ntica va haci¨¦ndose un hueco en nuestras mentes poco a poco). Aun as¨ª, podemos decir que esa densidad de fotones es muy baja comparada con la que nos ba?a en la playa (tres meses sin probarla ya me pesan), que es 10 ¨®rdenes de magnitud m¨¢s grande.

Alternativamente podemos considerar que la luz es una onda desplaz¨¢ndose por un medio, como el sonido en el aire o las olas en el mar. ?En qu¨¦ consiste ese medio? Se dice que la luz se mueve a 300.000 kil¨®metros por segundo en el vac¨ªo, as¨ª que el medio ser¨ªa el vac¨ªo (el de nuestra secci¨®n, el c¨®smico). ?Qu¨¦ es el vac¨ªo entonces?

?Qu¨¦ m¨¢s puede haber en el vac¨ªo? Habremos o¨ªdo hablar, nosotros algo hemos escrito de ello, de la materia oscura, nombre que puede resultar un poco cr¨ªptico para el ne¨®fito pero f¨ªsicamente proviene de que no es ¡°visible¡± simplemente porque no se comporta con los fotones como la materia normal. Ni emite luz, ni la refleja, algo que nos permite ¡°ver¡± las cosas, y que, debemos tenerlo claro, sesga nuestra concepci¨®n del universo.

Entre esa materia oscura est¨¢n los neutrinos, que sabemos que existen pero no los podemos ¡°ver¡±, no interaccionan con los fotones y casi nada con la materia. El n¨²mero de neutrinos en el universo es parecido al de fotones, y tambi¨¦n se desplazan por un medio, el vac¨ªo.

Avanzamos. Parece que deben existir otras formas de materia oscura m¨¢s ex¨®ticas. Los astrof¨ªsicos, al menos, estamos convencidos de ello por nuestros datos sobre galaxias, por ejemplo, pero los f¨ªsicos de part¨ªculas no nos las dan en bandeja, no sabemos qu¨¦ pueden ser. En principio no habr¨ªa tantas part¨ªculas de esa materia oscura como de neutrinos o fotones, aunque dominar¨ªan en masa (ser¨ªan ¡°pocas¡± pero pesaditas).

Entonces, ?existe algo entre los bariones, fotones, neutrinos u otras part¨ªculas de materia oscura? Porque no llenan el universo. ?Qu¨¦ es ese vac¨ªo? Filos¨®ficamente y en el universo de Michael Ende podr¨ªamos decir ?qu¨¦ es la Nada?

Los griegos dec¨ªan que es imposible que la nada exista. Para Arist¨®teles, que ya hemos incluido en alg¨²n art¨ªculo, existe la materia y existe el espacio. La Nada, el vac¨ªo c¨®smico, ser¨ªa entonces el espacio, el espacio-tiempo podr¨ªamos completar habiendo o¨ªdo algo de un tal Einstein. Pero ?qu¨¦ es el espacio-tiempo?

Muchas preguntas y en realidad no estamos contestando a nada, nunca mejor dicho, simplemente estamos poniendo m¨¢s palabras una detr¨¢s de otra que rozan el concepto de existencia por ambos lados: cosas que se quedar¨ªan dentro (y ser¨ªan universo) y cosas que no (y no existir¨ªan).

Los griegos dec¨ªan que es imposible que la nada exista, para Arist¨®teles existe la materia y el espacio. La Nada, el vac¨ªo c¨®smico, ser¨ªa entonces el espacio. Pero ?qu¨¦ es el espacio-tiempo?

Otro fil¨®sofo, Hegel, nos propuso un proceso para descubrir qu¨¦ es la realidad. El m¨¦todo consiste en formular primero una tesis que persigue llegar al conocimiento de algo, para nosotros ser¨ªa que el vac¨ªo existe y queremos saber qu¨¦ es. Hegel luego nos propuso contradecirse con una ant¨ªtesis, que ser¨ªa que el vac¨ªo es la nada, no existe. Y para superar ambas cosas, Hegel nos invit¨® a buscar la s¨ªntesis, una tierra intermedia, que podr¨ªa ser que el vac¨ªo aparece, pasa de la nada a la realidad (?se crea!).

Pues bien, no muy lejos de la idea de Hegel podemos encontrar lo que hoy se usa para definir el vac¨ªo, y lo que actualmente debe ser el mayor error de concepto de la ciencia. El vac¨ªo cu¨¢ntico hoy se concibe como un ente igual que cualquier part¨ªcula, podr¨ªamos decir que ser¨ªa un medio de part¨ªculas virtuales (y campos, esa es otra historia), con sus propiedades cu¨¢nticas.

Pero todas las propiedades de esas part¨ªculas virtuales se cancelan en media (unas tendr¨¢n una carga el¨¦ctrica, otras la contraria, unas un estado de polarizaci¨®n, otras el contrario), y el resultado ser¨ªa que no parece existir nada.

Podemos nombrar dos implicaciones de esta concepci¨®n del vac¨ªo, una comprobada (aunque no por ello exenta de controversia), otra (todav¨ªa) solo predicha. Las dos implicaciones son el llamado efecto Casimir y la radiaci¨®n de Hawking. Nos centramos en la primera prueba, que nos dice que entre dos placas met¨¢licas en las que no existe nada, ¡°solo vac¨ªo¡± (ya estamos implicando la existencia de algo en esta frase), no esperar¨ªamos ning¨²n tipo de fuerza, pero sin embargo se miden fuerzas de origen el¨¦ctrico. La explicaci¨®n ser¨ªa la interacci¨®n entre las placas con las part¨ªculas virtuales del vac¨ªo, con carga inversa cada par de ellas, lo que implica que existir¨ªa una energ¨ªa asociada a la ausencia de materia, al espacio vac¨ªo.

Dejamos la radiaci¨®n de Hawking para otro d¨ªa y acabamos con el mayor fracaso de la f¨ªsica moderna, la conocida como cat¨¢strofe del vac¨ªo. Podr¨ªamos pensar que esa energ¨ªa del vac¨ªo medida en un laboratorio en la Tierra entre las placas del experimento de Casimir llena todo el Universo, es lo que hay entre los protones con los que comenzamos el art¨ªculo. Pues bien, lo que medimos los astrof¨ªsicos sobre la energ¨ªa del vac¨ªo c¨®smico y lo que ha medido en laboratorio gente como Casimir son diferentes en un factor¡­ 1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 (un 1 y 120 ceros, si los he contado bien).

Algo no cuadra, ??verdad?! El concepto de qu¨¦ es el espacio (y el tiempo) y la existencia del vac¨ªo, del universo en s¨ª, nos es esquiva. El problema no es nuevo, pero tiene pinta de necesitar todav¨ªa mucho tiempo para solucionarse, todo el que existir¨¢ quiz¨¢.

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 un ¨¢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. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa.

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