preludio, prólogo, preliminar, preámbulo...
REPORTAJE
El vacío y la nada
Físicos en el LHC y cosmólogos de todo el mundo se enfrentan a estos conceptos
ALVARO DE RÚJULA 24/09/2008
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Saquemos los muebles de la habitación, apaguemos las luces y vayámonos. Sellemos el recinto, enfriemos las paredes al cero absoluto y extraigamos hasta la última molécula de aire, de modo que dentro no quede nada. ¿Nada? No, estrictamente hablando lo que hemos preparado es un volumen lleno de vacío. Y digo lleno con propiedad. Quizás el segundo más sorprendente descubrimiento de la física es que el vacío, aparentemente, no es la nada, sino una substancia. Aunque no como las otras...
El acelerador de Ginebra no arrancará hasta abril
Simulación de cómo el detector CMS del LHC vería una colisión protón-protón vista en el plano transversal a los haces de protons, extendida a las partes más externas del detector. Las trazas rojas son reconstrucciones de las trayectorias de los muones y las columnas de color rosa reflejan la energía de los electrones, medida por una sección específica del CMS.- CERN-CMS
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Si investigamos es porque no sabemos la respuesta y la naturaleza sí
A inicios del pasado siglo, Einstein creía que el Universo era estático. Preocupado por el hecho de que tendría que colapsarse -debido a la atracción gravitatoria de cada galaxia sobre las demás- se le ocurrió una peregrina idea: añadir a sus ecuaciones la Constante Cosmólogica. La interpretación moderna de esta extraña intrusa es que se trata de la densidad de energía del vacío, también llamada energía oscura, quizás para acercar ciencia y ficción, o quintaesencia, para darle un toque alquimista a la cosa. Todo lo que tiene energía ejerce una acción gravitatoria, pero la energía del vacío, a diferencia de cualquier otra, puede ser repelente. Lo que Einstein proponía es que dos volúmenes de vacío cósmico se repelerían exactamente tanto como se atraen las galaxias que contienen, resultando en un equilibrio difícil de creer e inestable.
Un buen día Einstein se enteró de que el universo estaba en expansión. Así lo demostraba la fuga de las galaxias, observada por Edwin Hubble y otros. O más bien por otros y Hubble: a menudo en la ciencia lo importante no es ser el primero, sino el último, que es quien se lleva la fama (como en otros campos; véanse Colón y los vikingos, o los indios que ya estaban allí). Inmediatamente, el tío Albert calificó su idea como el mayor patinazo de su vida.
Recientes observaciones cosmológicas indican que el universo está en expansión acelerada. Las galaxias no se comportan como flechas, sino como cohetes a los que algo empujara. La analogía no es buena, porque el concepto es difícil. Las galaxias no se fugan, están ya estabilizadas por su propia gravedad y tienen un tamaño fijo. Pero el espacio (o el vacío) entre ellas, se estira. Es como si alguien tomase la Tierra por un globo y la inflara: mañana estaría Barcelona aún más lejos de Huelva. Quién infla el universo sería la densidad de energía del vacío. El vacío sería pues una substancia activa, capaz de ejercer una repulsión gravitacional, incluso sobre sí mismo. No fue un error, sino un golazo de Einstein.
La Constante Cosmológica presenta un aspecto tranquilizante. Si domina la dinámica del universo ahora, lo hará en el futuro durante muchísimo más tiempo que los meros 14.000 millones de años transcurridos desde que este cosmos nuestro nació. Un bebé bien pertrechado, con sus propios espacio y tiempo y hasta su propio vacío, que -según la muy bien confirmada relatividad de Einstein- nacieron con él. La actual inflación del universo implica, perdóneseme el galicismo, que no se nos va a caer el cielo encima. Mala noticia para futuros cosmólogos. Las galaxias distantes estarán tan lejos que no podrán ni verlas. Tendrán que estudiar cosmología en libros de historia.
Si el vacío contiene algo de lo que no lo podemos vaciar (su densidad de energía), quizás ese algo pueda hacer algo más. Al menos eso supusieron, hace décadas ya, Peter Higgs y otros. U otros y Higgs, podría de nuevo argüirse; lo que no haré. La substancia del vacío, llamada en el variopinto lenguaje de los físicos un campo que lo permea, podría interaccionar con las partículas que allí estén. E interaccionar de modo distinto con cada tipo de partícula, generando así sus masas, que hacen que sean como son. Ése es el origen de las masas en el Modelo Estándar de las partículas elementales, que explica con éxito insoportable sus otras propiedades e interacciones no gravitatorias. Dije insoportable porque a los científicos nos soliviantan más las preguntas que las respuestas.
La substancia del vacío daría así contestación a dos muy candentes cuestiones de la física, una en el extremo de lo más grande -el cosmos- y otra en el de lo más diminuto, las partículas elementales que -por definición- son tan pequeñas que, si tienen partes, no lo sabemos.
He empleado algunos condicionales porque no todo lo que he escrito está ya probado observacionalmente de manera irrefutable. ¿Por dónde van hoy los tiros? Los cosmólogos tienen proyectadas muchas observaciones para averiguar si la expansión acelerada del universo se debe a la energía del vacío, tal como la intuyó Einstein, o a algo que sólo se le parece. Los particuleros están poniendo en marcha el Large Hadron Collider (LHC) del CERN para, entre otras razones, estudiar el vacío a lo bestia: sacudiéndolo.
Al sacudir una substancia cualquiera, vibra. Las vibraciones de campos eléctricos y magnéticos, por ejemplo, son la luz. A un nivel elemental, las vibraciones son cuantos, entes que pueden comportarse como ondas (u olas) o como partículas (o canicas): fotones, en el caso de la luz. Si el vacío es una substancia, la podemos también hacer vibrar. Basta sacudirla, como hará el LHC, con energía suficiente como para transformar la energía de sus colisiones en partículas de Higgs que, si existen, tienen una masa elevada... y E=mc2, alguien dijo.
La partícula de Higgs -el vacilón, podría decirse en castellano- es una vibración del vacío, no en el vacío, como las demás. Sería, pues, lo nunca visto. Aún así, Higgs preferiría que no bautizasen a su partícula goddamned particle [partícula maldita] o God particle [partícula divina], adjetivos poco científicos.
El vacío siempre fascinó a los físicos. Hace un siglo se trataba del éter, la interpretación del vacío como la trama del espacio absoluto, que la teoría de la relatividad envió al garete. El éter no estaba apoyado por ninguna teoría decente. Un siglo después, las nuevas teorías del vacío son lo más razonable y mejor comprobado que tenemos. Pero hay un pequeño gazapo en lo que he dicho. Creemos entender el Modelo Estándar suficientemente bien como para estimar cuánto el campo de Higgs debería de contribuir a la densidad de energía del vacío observada por los cosmólogos. El resultado es unos 54 (¡cincuenta y cuatro!) órdenes de magnitud superior a las observaciones. Tiene su mérito incurrir en tamaña contradicción.
Si investigamos es porque no sabemos la respuesta y la naturaleza, sí: las cosas son como son. El vacío es lo que mejor no entendemos. Ni siquiera comprendemos aún a fondo la diferencia -haberla hayla- entre el vacío y la nada.
Álvaro de Rújula es físico teórico del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN).
El rincón de la Ciencia
I.S.S.N.: 1579-1149
nº 36 (junio-2006)
Aristóteles, el vacío, o de cuando amarga un dulce ... (RC-90)
Francisco Ortego (IES Victoria Kent, Torrejón de Ardoz)
Con cierta frecuencia, encontramos en manuales científicos ciertos halagos envenenados dirigidos a los filósofos de la Antigüedad. Por un lado, se les alaba por su esfuerzo y dedicación; pero, por otro, se les reprochan implícitamente sus errores. Con cierto desdén, se les presenta como unos ingenuos desarrollando una ciencia infantil en los albores de la civilización. Quizá Aristóteles pueda ilustrar como ningún otro estos agridulces elogios. La magnitud de sus investigaciones (astronomía, física, biología...) y el prestigio de su autoridad a lo largo de los siglos, habrían hecho de él un hombre de inquietudes fabulosas, pero al parecer también uno de los máximos responsables del atraso de la Humanidad por los errores contenidos en sus doctrinas. Tomemos una de sus enseñanzas, la negación del vacío, como ejemplo de ese aparente lastre en el desarrollo científico...
El movimiento según Aristóteles
Para Aristóteles existían cuatro tipos de elementos (agua, aire, tierra y fuego) que sufrían un “movimiento natural”. De este modo, cada uno de ellos se dirigía hacia su "esencia": la tierra hacia la tierra, el agua hacia el agua, el fuego.... La comprobación de la teoría era sencilla de realizar: la tierra cae hacia abajo, se hunde incluso en el agua hasta alcanzar al resto de la tierra; el fuego se escapa hacia arriba; el aire se esparce sobre la superficie terrestre, etc. De esto dedujo que cada uno de los elementos tiende a volver a su “lugar natural”.
Aristóteles también contemplaba otro tipo de movimiento: el "violento". Éste era producido por algo, no se daba naturalmente. Una piedra que cae, lo hace porque tiende a volver a su naturaleza. Una piedra que sube (o es arrojada) tiene que ser necesariamente empujada, “violentada”, contra su naturaleza. Dicho de otro modo: los cuerpos no pueden salir espontáneamente de su reposo, todo movimiento implica un motor (“todo lo que se mueve es movido por otro”, principio central de la física aristotélica) y la acción del motor debe prolongarse tanto como el movimiento mismo. Si se detiene la causa (el motor), se detiene el efecto (el movimiento).
La imposibilidad del vacío
Sin embargo, eso no era todo. Para poder explicar el movimiento también había de tenerse en cuenta la resistencia que ejerce el medio a través del cual se desplaza el móvil. A mayor resistencia del medio, menor velocidad, y viceversa. Obviamente, en el caso de que la resistencia llegase a igualar a la fuerza del motor, el cuerpo se detendría. Con este planteamiento, Aristóteles deduce que el vacío es imposible. De existir el vacío, la resistencia que se ejercería sobre un móvil sería nula y, como consecuencia, el movimiento del objeto habría de ser instantáneo: pasaría inmediatamente a su lugar natural (soltaríamos una piedra y acto seguido estaría en el suelo, pues no habría nada que la frenase); lo cual juzgaba absurdo.
No era éste el único argumento del Estagirita en contra del vacío. Para empezar, Aristóteles no concibe cómo alguien puede hacer del vacío un lugar. “¿Cómo puede una cosa estar en un vacío?”1[1]. No comprende cómo pueden separarse materia y espacio, conceptos intrínsecamente relacionados, pues toda materia se da en un espacio2[2]. No le parece admisible que se pueda aceptar un espacio que sea exclusivamente espacio, esto es, en el que no haya “nada”. Algo, por otra parte, muy similar a lo que nos dicen los físicos teóricos de nuestros días cuando afirman que no tiene sentido preguntar qué hay fuera del Universo: simplemente no hay un “fuera”. El Universo, con su espacio y su materia, es lo que hay. Por último, sostenía también que no podría determinarse hacia dónde se dirigiría un móvil que se desplazase en el vacío, pues dentro de él no existiría la distinción entre arriba y abajo, o izquierda y derecha, salvo que hagamos de él un lugar, algo que ya hemos dicho resultaba inadmisible para el filósofo peripatético.
Tampoco ha sido nuestro pensador el único que se ha opuesto a la existencia del vacío a lo largo de la Historia. A este respecto, conviene recordar que hasta el siglo XX, físicos como Michelson y Morley trataron de demostrar la existencia del éter para poder explicar la propagación de la luz a través del Universo. Sin el éter no se podía entender cómo podría viajar la luz por el espacio, pues ¿cómo viajaría a través de la nada?
Las dificultades de la teoría
Una de las grandes dificultades de la física aristotélica era explicar el movimiento de los proyectiles. ¿Por qué sigue en movimiento una flecha, si no tiene un motor que la impulse? Una primera explicación podría ser que, dado que no existe el vacío, el aire desplazado por la punta de la flecha pasase detrás, moviéndola por reacción. Si esto fuera así, una flecha que desplazase más aire, debería ir más rápido, y sin embargo los hechos muestran que sucede justo lo contrario.
Con el transcurrir de los siglos fueron llegando nuevas explicaciones. Una de ellas, la “teoría del ímpetus”, fue defendida por Juan Buridán en el siglo XIV. La flecha se ponía en movimiento por un traspaso de fuerza del motor al proyectil. Esta fuerza obraba como un ímpetu que iba gastándose a medida que avanzaba el móvil. La explicación era eficaz para explicar el movimiento de los proyectiles, pero no para la caída de los graves, pues éstos en lugar de frenarse, aceleran cada vez más. Fue un pequeño paso, pero la solución todavía se hizo esperar un tiempo. Hizo falta que llegara Galileo y enunciara claramente el principio de inercia para resolver la primera cuestión. En cuanto a la caída de los cuerpos, habrá que esperar a finales del siglo XVII con Newton y su teoría de la gravedad.
¿El fracaso de Aristóteles y, con él, de la Humanidad?
Paradojas de la Historia, el propio Aristóteles había formulado ya el principio de inercia a cuenta de su negación del vacío. Si éste existiera, un móvil se podría desplazar indefinidamente, pues no existiría nada que se lo impidiera, razonaba el Estagirita3[3]. Había enunciado el principio correctamente, pero no podía aceptarlo y no prosperó.
¿Una lástima? Visto desde hoy, es posible. Sin embargo, si los argumentos del Filósofo no hubieran triunfado por la fuerza de sus razonamientos, ¿habría podido avanzar la ciencia como lo ha hecho hasta nuestros días? Aunque indudablemente la autoridad de Aristóteles desempeñara un importante papel, fueron unas argumentaciones las que triunfaron sobre otras, según las observaciones y conocimientos de los que se disponía en la época. Hoy podemos lamentarnos de que en este caso, como en el de Aristarco de Samos y la teoría heliocéntrica, o en otros similares, estando la Humanidad tan cerca de la respuesta correcta se encaminara por la equivocada. Sin embargo, más que de acertar respuestas se trataba de desarrollar un método y, afortunadamente, ha sido el método el que nos ha traído hasta aquí.
Y es que, a veces, para poder dar un gran salto es necesario caminar un paso hacia atrás... Quizá por ello, y a pesar de sus errores, Aristóteles hizo progresar la ciencia mucho más de lo que algunos, instalados en sus cómodas cátedras, están dispuestos a reconocer. Eso sí, no escatimarán dulces halagos para esos, a su juicio, cándidos pensadores del pasado.
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En el plano más profundo del mundo natural, encontramos el campo cuántico. Se considera hasta ahora que el cuanto es la unidad más pequeña de luz, electricidad u otra energía que pueda existir. En ese nivel no hay materia sólida sino que son meras vibraciones de energía que han tomado cierto aspecto de solidez.
La física cuántica demostró que todo lo que vemos está conectado por infinitos, eternos, ilimitados campos cuánticos, una especie de red invisible en la cual está entrelazada toda la creación, y los límites de cada objeto son ilusiones que nos impone nuestra limitada percepción.
Einstein trabajó en la teoría del campo unificado, sosteniendo la idea de un universo totalmente relacionado, pero todavía no se ha logrado demostrar con una única fórmula matemática toda la realidad del cosmos.
David Bohm, eminente hombre de ciencia en el campo de la física, mantiene su postura sobre la existencia de un orden implicado presente en todos los seres vivos y las cosas.
Rupert Shaldrake, biólogo inglés, partiendo de los conceptos de campos morfogenéticos y resonancia mórfica, trata de explicar el proceso en que los organismos se forman por influencia de campos mórficos similares del pasado y cómo el conocimiento se transmite en forma instantánea entre miembros de una misma especie.
Estos descubrimientos e investigaciones produjeron un inevitable cambio en la visión del mundo y en la conciencia, porque permite a la mente captar la verdadera dimensión de si mismo, no sólo como un cuerpo en el espacio y el tiempo sino como alguien que forma parte de algo mayor, inteligente y con poder organizador.
Existen distintas formas de conectarse con este campo unificado; una de ellas es por medio del sonido. El sonido de nuestra voz, que representa una vibración, es capaz de ordenar los desequilibrios energéticos de nuestro cuerpo. El canto por ejemplo, es una vibración, así como la oración o la repetición de un mantra, todas ellas, expresiones que tienden a restablecer el equilibrio.
No es correcto que nos consideremos organismos aislados en el tiempo y en el espacio, más bien cada uno es como una célula de todo el Universo, con derecho a participar del perfecto equilibrio cósmico, incluida la salud perfecta, porque dentro de cada uno de nosotros se encuentra la sabiduría cósmica.
Para la conciencia del hombre actual, la enfermedad no es una necesidad, sino una elección. La gran mayoría de las dolencias son creaciones del hombre; por lo tanto, todo lo que el hombre ha creado puede él mismo destruirlo.
Recién cuando la huma
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nidad pueda darse cuenta de que somos únicos e irrepetibles y de la importancia que tiene cada uno de nosotros para continuar con la creación, el mundo podrá dejar de ser lo que es para convertirse en en lugar digno de compartir.
