Universo entre líneas: Nada es lo que no hay en el vacío

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FOTO: Reidar Hahn, Fermilab

"Según la física, el vacío no es la ausencia de energía y materia en una dada región del espacio, no es un no-haber allí, sino algo muy diferente: las leyes de la mecánica cuántica nos enseñan que el vacío es, más bien, un constante fluctuar de partículas y antipartículas que se crean y se aniquilan espontánea e incesantemente."



A poco de negar su existencia, Aristóteles concluía que si el vacío existiese se seguiría de ello justamente lo contrario a lo que ha llevado a algunos a afirmar que éste existe. En el libro IV de su Física, escribió: "El vacío, se piensa, es el lugar en el cual no hay nada". Hoy entendemos la naturaleza del vacío de un modo muy distinto. El vacío no es la nada.

Según la física, el vacío no es la ausencia de energía y materia en una dada región del espacio, no es un no-haber allí, sino algo muy diferente: las leyes de la mecánica cuántica nos enseñan que el vacío es, más bien, un constante fluctuar de partículas y antipartículas que se crean y se aniquilan espontánea e incesantemente. Esta orgiástica danza subatómica dota al vacío de una estructura efervescente que no sólo es observable, sino que se encuentra detrás de los fenómenos físicos más interesantes, desde la radiación de los agujeros negros a la expansión acelerada del cosmos.

En las cercanías de un agujero negro, esa constante creación y aniquilación de partículas y antipartículas puede verse entorpecida por la presencia gravitante del astro y, así, la estructura fluctuante del vacío se manifiesta: Las partículas y las antipartículas se crean de a pares, garantizando de este modo el cumplimiento de lo que se conoce como 'las leyes de conservación de las cargas'. Cuando, debido a efectos cuánticos, un par partícula-antipartícula es espontáneamente creado en las inmediaciones de un agujero negro, ocurre que la antipartícula cae dentro del astro, y dado que todo aquello que entra en el interior de un agujero negro está condenado a no salir de allí jamás, la partícula que queda en el exterior está ya imposibilitada de aniquilarse debido a la ausencia de su compañera y es entonces propulsada hacia el infinito. Un observador distante vería ese flujo de partículas huérfanas provenientes del agujero negro, e interpretaría, así, que aquel astro lejano luce, en realidad, como una estrella fría que emite una tenue pero persistente radiación. Fue Stephen Hawking quien, en 1974, advirtió ese fenómeno. Pero, como vemos, no es sino la estructura efervescente del vacío lo que en definitiva se encuentra detrás de la radiación de los agujeros negros, así también como de todas las conclusiones paradojales a las que pensar en ello puede llevarnos.

La estructura efervescente del vacío está también relacionada con la expansión acelerada del cosmos; o, al menos, así lo pensamos: Según la teoría de la relatividad general, formulada por Albert Einstein en 1915, la forma del espacio-tiempo está determinada por la materia y energía que hay en él. Se sigue de esto que el ritmo de expansión del universo queda determinado por la distribución de materia y energía que éste contiene; las galaxias, el hidrógeno disperso en el medio intergaláctico, la materia oscura, y todo cuanto hay en él. La densidad de materia ordinaria en el universo no es mucha; de hecho, es extremadamente baja: tan sólo un puñado de átomos por metro cúbico en promedio. Pero eso no es todo lo que hay: También hay el vacío.

El vacío, que es mucho, inunda el espacio, y su incesante chisporrotear de partículas y antipartículas dota al universo de una energía enorme que lo compele a acelerar su expansión. El efecto considerable que la energía del vacío tendría sobre la taza de expansión cósmica fue advertido originalmente por Yákov Zeldóvich en 1967, y hoy, cinco décadas después, sigue desconcertándonos: Sabemos desde los años 20 que nuestro universo se expande, y sabemos desde los años 90 que esa expansión es, asimismo, acelerada. Ahora bien, la aceleración cósmica observada por los astrónomos es muchísimo menor que la que, según los cálculos teóricos, la energía del vacío debería propinarle al universo: Los cálculos arrojan como resultado que la energía del vacío debería ser un quintillón de quintillón de veces más grande que la observada con nuestros telescopios. Se trata de la discrepancia entre teoría y experimento más grande que haya surgido jamás en disciplina científica alguna, un verdadero problema abierto en el seno de la física teórica.

La propuesta más ingenua para resolver este problema es suponer que hay en el cosmos una energía negativa adicional, de origen desconocido, que viene a compensar la enorme energía del vacío, dejándonos con una pequeña porción que explicaría la sutil aceleración del cosmos. Pero, en ese caso, ¿por qué compensaría esa energía misteriosa "casi" toda la energía del vacío y no toda ella? ¿Cuál sería una razón natural para ese pequeño remanente, para un ajuste tan fino? Este es el acuciante "misterio de la energía oscura", un misterio que nace de la forma en la que, hoy, entendemos el vacío.

La física se pregunta por la naturaleza del vacío, pero su respuesta no es la nada, dándole, no sin condescendencia, la razón a Martin Heidegger, quien en los años treinta afirmaba que la nada es, por principio, inaccesible a toda ciencia.

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