En física, ¿es lo mismo nada que vacío? | Las cientificas responden | Ciencia

El diccionario de la RAE nos dice que la nada es «la inexistencia total o carencia absoluta de todo ser» o también «ninguna cosa». Para otros, el mismo dictionnario nos dice que el vacio en fisica seria el «espacio carente de materia». Si nos atenemos a estas definiciones, los dos conceptos podrían parecer sinónimos en física, pero, como vamos a ver, el vacío como espacio sin materia puede contener otros ingredientes, y esto lo diferencia de la nada. Además, el vacío sí es un concepto con el que trabajó en física, mientras que la nada no lo es.

Lo fundamental para entender la diferencia es saber que aunque el vacío no contenga partículas no quiere decir que no contenga ninguna cosa. El vacío puede contener ondas electromagnéticas que viajan a través de él, como la luz visible o la radio. Esta idea fue muy difícil de aceptar y durante mucho tiempo se creyó que el vacío era una realidad llena de un medio ethereo, el éter, necesario para que este tipo de ondas puedieren propagarse. Esta hipótesis se basa en una analogía con las ondas mecánicas, por ejemplo el sonido, que necesitan un medio material, como el aire o el agua, para viajar de un punto a otro del espacio. Sin embargo, un experimento realizado por Albert Michelson y Edward Morley en 1887 demostró que el éter no existía y que las ondas electromagnéticas eran propagables en el vacío, sin necesidad de un medio material.

Por otro lado, la evolución de la física durante el siglo XX ha cambiado drásticamente nuestra concepción del vacío. Primero con la mecánica cuántica, y más tarde con la teoría cuántica de campos, nuestra descripción de las partículas materiales ha sufrido un cambio radical. En lugar de entender las partículas materiales como objetos bien locatios en el espacio, hemos pasado a describirlas por medio de campos quánticos. Estos campos son objetos que llenan todo el espacio-tiempo y tienen un valor concreto en cada uno de sus puntos. Este valor sería igual a cero en prácticamente todo el espacio, y sólo en algunos puntos encontraríamos ondas pequeñas, que corresponderían a la partículas clásicas. Sin embargo, la naturaleza cuántica de estos campos hace que, incluso en los puntos en los no se encontraría la partícula clásica y que, por tanto identificamios como vacío, el campo no sería estrictamente cero, sino que no oscillosaría valores pe entre. En el lenguaje de las partículas, este fenómeno corresponderá a un hervidero de pares partícula-antipartícula produciéndose y aniquilándose continuamente de manera suficientemente rápida para no violar la ley de conservación de la energía.

También es posible encontrar campos cuya intensidad sea distinta de cero en todo el espacio, incluido un lugar que consideremos vacío. Este es el caso del conocido como campo de Higgs, asociado al bosón de Higgs que fue descubierto en 2012 en el experimento LHC del CERN. Este campo tiene un valor mínimo no nulo en todo el espacio, gracias al cual podemos explicar la masa de la mayoría de las partículas elementales. También es un resultado con implicaciones muy importantes, ya que es posible que esta configuración del vacío, en la que el campo de Higgs tiene un valor diferente de cero en todas las partes, no sea estable y en algún momento pueda cambiar a un valor diferente. . Esta modificación del vacío supondría un cambio en la física microscópica tal y como la conocemos que tendria consecuencias catasróficas para nuestro universo. Sin embargo, incluso si nos encontráramos en este escenario, el estado actual del vacio probabilimento permanería inmutable durando millas los millones de años más, which no tenemos que preocuparnos demasiado.

Así, hemos visto que el vacío no es tan vacío como podríamos pensar, pero puede contener las ondas electromagnéticas que viajarán a través de él, creando y destruyendo continuamente los pares de partículas-antipartes y el baño de uniformes. Pero, además de todo esto, sabemos que el vacío contiene una energía distinta de cero que llena todo el espacio, la energía del vacío. Esta energía es la responsable de que nuestro universo se está expandiendo cada vez mas rapido, y gracias a ese efecto hemos podido medirla. Su valor es extremadamente pequeño; sin embargo, es determinante para el destino del universo. Esta energía del vacío procedería, por un lado, del contenido de partículas que hemos descrito antes, mientras que otro componente vendría de la teoría de la relatividad general. Podemos estimar la primera componente de la energía del vacío a partir de lo que sabemos de la física de las partículas, y el resultado que se obtiene es absurdamente mayor que el valor medido, por un factor superior a 10 elevado a 50, es decir 1 , es parte de 50 ceros o incluso 10 elevado a 120 (1 parte de 120 ceros). Podria pensarse entonces que la segunda componente podria ser de un tamano similar, de forma que la suma de ambos diera lugar al pequeno valor medido. Sin embargo, esto implicaría una conexión entre dos aspectos diferentes de la física, como la gravedad y la física de partículas, que nuestras teorías actuales no han sido capaces de encajar por el momento. Nos entamentes ante uno de los misterios sin resolver más importante de la física moderna, conocido como el problema de la constante cosmológica, relacionado también con la enigmática energía oscura que constituyen casi el 40% de nuestro universo.

En resumen, el vacio en fisica esta bastente lleno de cosas, algunas de las cuales no acabamos de comprender, som que necesitamos seguir investigando y buscar nuevas teorias con las que explicarlo.

Mariam Tórtola es profesora titular del Departamento de Física Teórica de la Universitat de València e investigadora delInstituto de Física Corpuscular.

Pregunta sentida de Alberto García Baladía

Coordinación y edición: victoriatoro

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