Todo inició en una reunión entre amigos.
De repente estuve envuelto en una interesante discusión acerca de la naturaleza de las cosas materiales, mis interlocutores y yo mismo desde mis ciencias empezamos a ponernos filosóficos y llegamos a tratar el tema del vacío y la nada.
Encuentro muy interesante el tema del vacío considerado desde la perspectiva de la ciencia. ¿Qué nos dice la ciencia acerca del vacío?
Al retirar el aire contenido en un recipiente por medio de una bomba de vacío, uno pensaría que ya tiene “vacío envasado”.
Sin embargo ni la mejor bomba de vacío puede lograr un vacío perfecto en un contenedor, sin una sola molécula de aire dentro.
Aún en los abismos del espacio interestelar existen regiones con tenue gas formado por átomos ligeros como el hidrógeno, en dichas regiones la densidad es mucho más pequeña que la generada por nuestra mejor bomba de vacío y aún así tampoco se trata de un vacío perfecto.
¿Donde podremos encontrar el vacío?
La respuesta es: ¡en todo lo que nos rodea!
El truco consiste echar una ojeada al mundo en la escala de los átomos.
Cómo se nos dijo en la escuela un átomo esta formado por un núcleo en torno al cual giran los electrones.
Pero resulta que la masa de los electrones es unas 2000 veces más pequeña que el átomo que los contiene.
Es decir 9 x 10-31 kilogramos, esta notación significa: ¡0.0000000000000000000000000000009 kilogramos!
Por ello se considera que dentro de un átomo, existe un gran espacio esencialmente vacío comprendido entre el núcleo y los electrones.
Pero de esta afirmación surgen dudas:
Si todo está casi vacío, ¿Por qué no podemos atravesar las paredes como en ciertas películas de mutantes o comprimir la materia en forma indiscriminada? ¿Por qué no caemos a través del suelo?
La respuesta nos la da una fuerza fundamental de la naturaleza, el electromagnetismo.
Los electrones que rodean los átomos con los cuales están formadas las moléculas de nuestros órganos y huesos, además de todo lo que nos rodea, tienen carga eléctrica negativa.
Lo que se manifiesta en el hecho de que la materia no puede comprimirse arbitrariamente, debido a la fuerza de repulsión entre los electrones de los átomos, al tener todos los electrones carga negativa se repelen y no es posible que se acerquen demasiado dos átomos o moléculas.
Estas fuerzas son tan intensas que le dan las propiedades de solidez al mundo que conocemos.
En forma sorpresiva, lo que se considera espacio vacío a nivel subatómico, en realidad no carece de contenido; al menos durante todo el tiempo.
Debido al principio de incertidumbre de la mecánica cuántica —desarrollado en 1927 por Werner Heisenberg— es imposible conocer con infinita precisión a un tiempo la posición y la velocidad de una partícula dada, por ejemplo un electrón.
Cuando con mayor certeza conozcamos la posición de una partícula la incertidumbre sobre su velocidad tiende a infinito, este resultado no depende del método de medición sino que es una característica fundamental de la naturaleza.
Es decir que el vacío no puede estar realmente vacío porque en ese caso estaría completamente definido, lo cual violaría el principio de incertidumbre.
De esto se deduce que existen fluctuaciones de vacío que provocan la creación de partículas virtuales, llamadas así porque sólo existen durante periodos infinitesimales de tiempo, del orden de 10-27segundos o sea 0.000000000000000000000000001 segundos.
Estas partículas virtuales aparecen en pares de partícula-antipartícula de manera que la carga total es cero, surgen y se destruyen tan rápido que el principio de conservación de la energía no es transgredido.
Estas propiedades del vacío a nivel subatómico no sólo son meras especulaciones teóricas, realmente se tiene evidencia de estos fenómenos. En 1948, el físico holandés Hendrick Casimir predijo la existencia de una fuerza atractiva generada por la acción de partículas virtuales en el vacío cuántico.
Colocando dos placas metálicas conductoras y paralelas una muy cerca de la otra, Casimir afirmó que la acción de las partículas virtuales entre las placas se reduciría porque las placas no dejarían que los pares virtuales se crearan libremente, esto ocasionaría que la densidad de energía en el espacio entre las placas resultará inferior a la del exterior, por tanto una densidad de energía negativa.
El efecto neto es una fuerza atractiva entre las placas, dicha fuerza es extremadamente pequeña, sin embargo, ha sido posible medirla en el laboratorio y los resultados coinciden con las predicciones teóricas en forma asombrosa.
Esta creación energía negativa debida al efecto Casimir, bien podría ser usada en los mecanismos de viaje interestelar que incluyen a los agujeros de gusano y al impulso warp
Una consecuencia más de las propiedades cuánticas del vacío fue propuesta por el astrofísico Stephen Hawking.
Se encuentra asociada a la creación de pares virtuales de partícula-antipartícula en la vecindad del horizonte de sucesos –región límite para no ser absorbidos en forma irremediable- de un agujero negro, el cual es una región con una fuerza de gravedad tan fuerte que ni siquiera la luz con su velocidad de 300 000 kilómetros por segundo es capaz de escapar de él.
Este efecto se conoce como radiación Hawking.
Consiste en la emisión de un miembro del par virtual hacía el espacio circundante mientras que la pareja virtual es succionada de manera inexorable por el intenso campo gravitacional del agujero negro.
En este caso dicha radiación sería tan débil que no ha podido ser detectada experimentalmente.
Sin duda el estudio de la naturaleza del vacío abrirá nuevos horizontes en la comprensión del universo en que vivimos, no imaginados por nuestras mentes inquietas en aquella fría charla de invierno.
