VACIO Y NADA

«El vacío cuántico es lo contrario a la nada; lejos de ser pasivo e inerte, contiene en potencia todas las partículas posibles» (I. Prigogine).

Uno de los conceptos más sutiles de la Física, aparte del tiempo o el espacio, es el vacío. Aparentemente, es simple: ausencia de cualquier cosa. Y en esa misma definición habita la trampa. Lo que supuestamente es un concepto que apenas ofrece discusión, puede llevarnos a largas tardes de entretenida tertulia. Acerquémonos a una breve historia del vacío.

Aristóteles fue una de las primeras personas que argumentó en relación con la existencia del vacío. Él era contrario a su presencia arguyendo sobre la imposibilidad de que algún espacio estuviera vacío. Dicha disertación aparece en el libro IV de su Física. Así, algunos fenómenos como la dificultad en despegar una ventosa, o separar las partes de un fuelle del que se ha expulsado el aire, se interpretaban como la tendencia que presentaba la naturaleza a no quedarse sin aire en ningún lugar: principio del horror vacui o natura abhorret vacuum, la naturaleza aborrece el vacío.

Pero en 1643, Evangelista Torricelli realizó un experimento que tiró por tierra el pensamiento predominante hasta la fecha. Torricelli llenó totalmente un tubo de vidrio con mercurio tapando su orificio. Posteriormente lo volcó sobre una cubeta también repleta de mercurio. Observó entonces como el mercurio del tubo descendía una cierta altura. Esto le permitió tres cosas: por un lado pudo calcular la presión atmosférica, por otro demostró la facilidad para generar el vacío y por último le consintió explicar que los efectos atribuidos al horror vacui eran debidos en realidad a la presión del aire. Poco a poco la tesis de Torricelli fue ganando adeptos y se impuso, realizándose multitud de experimentos que se diseñaron para confirmar la existencia del vacío.

Así, es famosa la exhibición fechada en 1654 de las esferas de Magdeburgo, realizada por Otto von Guerike quien, tras construir la primera bomba de vacío, extrajo el aire contenido entre dos hemisferios de cobre y mostró cómo la fuerza de 16 caballos de tiro era insuficiente para separarlas. Durante los años posteriores, se fue experimentando con el vacío para estudiar sus propiedades tales como la incapacidad para transmitir las ondas longitudinales sonoras.

Llegado el siglo XIX el concepto de vacío adquirió nuevos y sutiles matices. Para ilustrarlo hagamos un experimento imaginario. Supongamos que disponemos de un cilindro hueco en cuyo interior podemos desplazar un émbolo que se ajusta a él herméticamente. Si inicialmente éste estuviera situado adosado a la base del cilindro y estiráramos de él, dejaría tras de sí un hueco en el que evidentemente existiría el vacío. Al soltar el émbolo, de nuevo se adheriría a la base del cilindro por efecto de la presión atmosférica. Pero curiosamente, si no lo soltáramos muy rápidamente, sino que esperáramos unos instantes, comprobaríamos cómo el émbolo se retiraría hacia la base dejando un hueco entre esta y él. Por tanto, algo habría entrado en el interior del cilindro. Según los físicos del siglo XIX, dicho espacio estaría ocupado por radiación térmica procedente de las paredes del cilindro. Dicha radiación es isótropa y homogénea, y se desenvuelve frente a la compresión como lo hacen los gases, es decir, aumentando su presión y temperatura.

En el último cuarto del siglo pasado, se desarrolló la conocida ley de Stefan-Boltzman que nos decía que la intensidad de radiación térmica (o dicho en otras palabras, la energía por unidad de volumen) es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta. De este modo, si la temperatura absoluta se hacía nula, la intensidad de radiación térmica también valdría cero. Se concluía de aquí que, en el hipotético caso de alcanzar el cero absoluto, tampoco existiría radiación térmica, con lo que el vacío a esta temperatura no sólo se encontraría exento de materia, sino también de radiación térmica.

A mediados del siglo XX, un investigador de la compañía Philips, llamado Hendrik Casimir propuso un experimento para averiguar la fuerza con que se atraerían dos placas conductoras descargadas en el vacío. Su experimento se basaba en el hecho de que en ausencia de fuerzas electrostáticas, en el espacio vacío solamente habría ondas electromagnéticas, las cuales transmitirían parte de su momento a las placas. Dado que estas ondas chocarían en ambos lados de las placas, las fuerzas ejercida por ellas tenderían a anularse, quedando una fuerza residual que sería proporcional al tamaño de las placas, dependería de la distancia entre ambas y del espectro de la radiación circundante. A esto se le conoce como efecto Casimir. Es evidente que para que estos argumentos fueran coherentes con los que se dedujeron a finales del siglo XIX, a medida que descendiera la temperatura absoluta, también lo debía hacer la fuerza residual hasta desaparecer una vez se alcanzara el cero.

En 1958, el holandés Marcus Sparnaay realizó experimentos para estudiar el efecto Casimir. Su sorpresa fue que la fuerza residual no tendía a cero al disminuir la temperatura, sino que se observaba la existencia de una fuerza mínima, que no se podía disminuir más, aunque se redujera la temperatura.

Estos resultados condujeron a una nueva modificación del concepto de vacío adoptado en el siglo anterior. El efecto Casimir obligaba a concluir que no existía el vacío absoluto. Lo máximo a que se podía tender en una región del espacio era a vaciarlo de todo salvo de esa radiación residual que se denominó radiación del punto cero.

No obstante surge un aparente problema en relación con el experimento del émbolo. Si no podemos ignorar nunca esta radiación del punto cero, ¿por qué al soltar rápidamente el émbolo éste vuelve a contactar con el fondo del cilindro? La explicación radica en las características de dicha radiación: es homogénea e isótropa y además insensible a la compresión.

Los antiguos no concebían la existencia de una región del espacio en la que permaneciera un vacío absoluto (libre de ‘todo’). Posteriormente, el experimento de Torricelli demostró la posibilidad real de ‘vaciar’ de materia un determinado espacio aunque condujo a una definición de vacío absoluto errónea ya que no incluía la existencia de radiación térmica. En el siglo XIX se constató la presencia de dicha radiación y se pronosticó la posibilidad de obtener el vacío absoluto (libre incluso de radiación térmica) si se lograba alcanzar el cero absoluto. Por último, el efecto Casimir acabó de transformar el concepto de vacío: aquella región del espacio en que únicamente sobreviviría la radiación del punto cero.

Pasemos ahora a conectar el nuevo concepto de vacío con el comienzo del Universo. Todo el mundo ha oído algo sobre el célebre Big Bang, la Gran Explosión, y tiene una idea más o menos aproximada de lo que fue: una "pequeñísima" partícula en la que estaba encerrado todo el universo y que, al explotar, se expandió y ha resultado esta obra colosal que vemos. Pintado con brocha gruesa, así es. Aquí voy a introducir solamente tres variantes en ese cuadro tan sencillo:

Los momentos de la aparición y de la explosión no pudieron ser simultáneos, sino sucesivos (axioma).

Entre ambos momentos hubo movimiento de rotación (tesis).

No se trató de una explosión radial de algo que estaba inmóvil, sino de un desencadenamiento curvo de lo que ya estaba en movimiento de rotación (tesis).

Sin embargo, algunos científicos introducen otro tipo de variantes, tales como los de aplicar los principios de la mecánica cuántica al estudio cosmológico del origen, por la circunstancia de tratarse de dos mundos parecidos en la escala de las dimensiones. Pienso que es obligado hacer un breve recorrido por tales teorías. Podría haberlas ignorado a la hora de escribir este trabajo, es cierto, y con ello me habría ahorrado la necesidad de una severa crítica sobre las mismas. Pero tampoco deseo que se tome el silencio como ignorancia de su existencia, como falta de información. Lo más llamativo de ellas es lo siguiente, que voy a exponer utilizando otro tipo de letra, para que no haya confusión con mis comentarios. Algunas teorías novedosas:

Si el universo surgió de una partícula subatómica, le es aplicable esa dualidad característica de todo el mundo subatómico, la de comportarse de forma indiferenciada según partícula y según onda. Pero se tome la que se tome de las dos posibilidades, el origen del universo resulta siempre ilocalizable, según estas teorías.

La onda es, por su naturaleza, imposible de repatriar a un lugar concreto. Una onda se detecta, pero no se localiza en posición concreta ninguna, es un fenómeno disperso, indefinido.

La partícula, en principio, sí es localizable, pero tratándose de una partícula cuántica, por el principio de incertidumbre de Heisenberg tampoco resulta localizable. Cuál es el principio de incertidumbre de Heisenberg, no viene al caso. Lo sustancial es que tampoco resulta localizable.

La conclusión en que desembocan es que, en ese tiempo verdaderamente instantáneo de la creación, que se fija en 10 ^-43 segundos, resulta imposible acceder a la onda-partícula, no es localizable, y (aquí viene lo novedoso) como la onda-partícula es el origen del universo, pues desaparece el problema de saber cuándo y dónde comenzó, carece de sentido seguir preguntando cuál fue el punto cero del espacio y el tiempo.

Tengo que aclarar al lector que, efectivamente, no puede saberse cuales fueron el momento y el lugar de nacimiento del universo dentro de un tiempo y espacio absolutos y exteriores, debido a que éstos no existen. Pero no es a eso a lo que se refieren los científicos, pues de ser así, sería lo lógico escaparse del problema diciendo simplemente la verdad, "fuera del universo no hay ni espacio ni tiempo, así es que no existían reloj ni lugar donde situar su nacimiento". No es eso. Con su partícula-onda ilocalizable, no hacen otra cosa que reincidir, aunque por otro camino, en su célebre error de que el universo es una superficie esférica, y claro está, dentro de una superficie esférica, el punto cero o de arranque no puede situarse en ningún sitio concreto. Lo que ellos intentan y no consiguen es localizar ese punto cero, no dentro de un tiempo y espacio absolutos y exteriores que no existen, sino dentro del propio universo, es decir, el punto interior a partir del cual comenzó a expandirse, y no son capaces de situarlo debido a la forma errónea de superficie esférica en que conciben al universo. Así, desde luego no es localizable.

Pero es que el universo no es eso, no es una superficie esférica, el universo es una forma geométrica plana, una rueda y con un origen perfectamente localizado en su centro geométrico. La singularidad tuvo un emplazamiento perfectamente definido y localizable dentro del cosmos. No se ha podido precisar, según ellos, cuál fue el momento cero, pero se pretende saber, sin embargo, incluso qué es lo que hubo antes de existir la singularidad. Las posibilidades de las Matemáticas sobre un encerado son infinitas. Y resultan dos escenarios para ese momento anterior a su nacimiento (siempre según ellos).

Uno de esos escenarios es descrito como la "Creación desde la nada", y se basa en que, perturbando el "vacío", que es lo mismo que la "nada" (primer error), aparecen materia y antimateria (los autores están hablando en el ámbito de la mecánica cuántica). Por consiguiente, del vacío podrían aparecer espacio-tiempo y anti-espacio-tiempo. Pero resulta que el espacio-tiempo, en cosmología cuántica y siempre según ellos, coincide con su "anti", por lo que se deduce que espacio-tiempo y vacío vienen a ser manifestaciones de una misma cosa. Resumiendo: que del vacío, que es la nada, puede surgir el espacio-tiempo.

También tengo aquí que aclarar al lector que la confusión entre los conceptos de "vacío" y de "nada" es un pecado que viene de lejos, viene desde que la ciencia se empeñó en caminar de espaldas a la filosofía.. En este juego de conceptos a tres bandas, en el que se pueden colocar las bolas como se quiera y llevar a la confusión, solamente existe una realidad, una única realidad, la del espacio-tiempo. De los otros dos conceptos, uno es relativo (el vacío) y el otro es inexistente (la nada).

Vacío significa falta de contenido, y por pura definición, como estamos viendo, siempre se refiere a un contenedor (algo con límites) que debería estar lleno de contenido. Es un concepto relativo. No puede concebirse, como hacen los científicos, el vacío como algo existente por sí mismo, como algo absoluto, sin fronteras (eso sería la nada), sin situarlo dentro de unos límites, sin situarlo dentro de un contenedor. Un vacío absoluto y anterior al universo (del que perturbándolo surgió éste) es un auténtico imposible, porque los términos "vacío" y "absoluto" son contradictorios. Vacío significa ya en sí mismo la existencia de límites, y desde el momento en el que hay límites, hay forzosamente algo, pues no se puede poner límites a la nada, como pretenden los científicos de esa teoría. Por ilustrar lo dicho con un ejemplo, en el caso del mal llamado "vacío absoluto" de laboratorio, resulta evidente que se refiere a un vacío relativo a la materia exclusivamente, pero no absoluto, porque siempre habrá, cuando menos, espacio-tiempo, es decir, universo.

En cuanto a la nada, ni siquiera existe. La nada es una construcción del pensamiento por contraposición a la única realidad, la del ser. La nada significa una falta absoluta de todo contenido en sí misma, sin fronteras, sin referencia a ningún todo, a ningún contenedor, lo contrario del caso anterior. La existencia de cualquier realidad supone necesariamente un contenido, una constitución, una aseidad. La nada no, la nada parte de eliminar todo, contenedor y contenido. Si elimina toda realidad, admitir su existencia es un simple juego de palabras, algo así como admitir que existe lo que no existe. La nada es una construcción mental sin realidad fuera del pensamiento del hombre; y de ella, puesto que no existe, no puede surgir nada.

En definitiva, este primer supuesto o "escenario" carece totalmente de rigor porque, partiendo de conceptos erróneos de la nada y del vacío, pretende haber llegado a una conclusión inédita: perturbando el vacío, se obtiene espacio-tiempo. Usando los conceptos rectamente, acabamos de ver que vacío es un concepto relativo que presupone precisamente la existencia de límites, de espacio-tiempo, es decir, presupone la existencia del propio universo; y que la nada ni siquiera existe.

   © 2001 Javier de Lucas