Reflexionando sobre el concepto de vacío, muchas de las cosas que creemos que sabemos se esfuman de nuestras propias manos. Estoy pensando que en realidad apenas hemos arañado la superficie de la realidad, con nuestras fórmulas y elucubraciones.

Nota: Las imágenes están tomadas de Wikimedia Commons en apartados o búsquedas sobre «Acelerador», «Agujero negro», «Átomo» y «Quarks».

Lo pequeño

Nos quedamos tan tranquilos cuando nos explican en la clase de Química que los átomos de los que está hecha la materia, son cuerpos en los que hay unas agrupaciones formadas de los llamados nucleones, protones y neutrones (casi iguales en masa) concentradas en su centro o núcleo y alrededor de éstas revolotean los electrones en un espacio vacío, formando una corteza atómica más bien casi inmaterial. Se suele poner el simil de que, si un simple átomo tuviera el tamaño de una catedral, su núcleo sería solo del tamaño de una naranja y en su espacio vacío, que sería el símil de la corteza, estarían pululando los minúsculos electrones, cada uno dos mil veces más pequeños que un protón, a una velocidad que impediría verlos (próxima a la de la luz), atados al núcleo de alguna manera por fuerzas electrostáticas. A pesar de su vaciedad, ese conjunto, que llamamos átomo es suficientemente estable para formar parte de una roca de mármol, o de una molécula gaseosa en el espacio intergaláctico, que se mantienen en su estado durante milenios, sin que los electrones se extravíen de su destino ni los núcleos se desintegren.

Por otro lado no hay texto que deje de explicar que el número y la distribución tanto de los núcleos como de los electrones sigue unas reglas bastante rígidas y universales, tendentes a la neutralidad de carga eléctrica entre el núcleo y la corteza de electrones y a la no repetición de unas propiedades que se definen como números cuánticos de las partículas que forman el átomo, que han de tener asignadas específicamente sin que puedan repetirse en el mismo átomo, como si fuera su carnet de identidad. En el transcurso de los años y mediante experimentos de choque de partículas en los aceleradores se ha podido desarrollar también el conocimiento de que los nucleones, protones y neutrones, están formados cada uno de ellos por tres nuevas partículas llamadas quarks. No lo veamos como que dentro de cada nucleón hay tres quarks contenidos en una cáscara. Más bien se trata de tres partículas que no saben estar sólas y van juntas en el mismo paquete, formando ese trío un nucleón. Se trata de un conjunto unido entre si por fuerzas enormes, que no permiten que se separen los quarks y vuelen solos. Estos quarks siguen a su vez unas reglas que han dado origen a una rama de la Física Cuántica que se conoce como Electrodinámica Cuántica.

Algo tiene que haber en el vacío que soporte todas esas normas de funcionamiento y proporcione esas fuerzas atómicas que mantienen la materia estable y simplemente que permitan la existencia de la materia.

Lo grande

Ahora veamos a gran escala cuál es el panorama. Ya queda claro que a escala pequeña hay fuerzas muy eficaces, digamos sin contacto directo o a distancia, para mantener la materia estable. Lo que ocurre en las grandes distancias interestelares el asombroso, porque también hay fuerzas, como la gravedad, que actúan a distancias de millones de años luz, manteniendo estables las formaciones que llamamos estrellas y galaxias, con la única limitación de la velocidad de transmisión de su efecto, que es la velocidad de la luz. No solo eso, sino que la fuerza de la gravedad es la que está detrás de que las agrupaciones de materia del espacio interestelar, acaben formando las propias estrellas, con su hermoso proceso de encendido del horno, que básicamente transmuta elementos ligeros (hidrógeno) para formar otros más pesados (helio), además de otras reacciones increibles, emitiendo en el proceso luz de todas las longitudes de onda.

Cuando una estrella de ciertas dimensiones colapsa al final de su proceso vital, puede formar un agujero negro, uno de los objetos más terroríficos del Universo, del que no puede salir ni la luz, debido a las enormes fuerzas gravitatorias. Cuando dos cuerpos estelares suficientemente masivos chocan y se unen en uno solo, ese choque es capaz de deformar el espacio, produciendo ondas gravitacionales, que apenas hace unos años hemos empezado a medir y entender. Pero la Física nos asegura que la simple presencia de la materia ya produce una deformación del espacio, que sería en realidad la causa de lo que llamamos fuerzas gravitatorias. Se diría que una partícula no termina en el espacio que la dejamos como parte de un átomo o en medio del vacío, sino que cada partícula se extiende de hecho por toda la extensión del Universo. Esto más o menos es lo que los físicos llaman campos, como por ejemplo el campo gravitatorio. Se han desarrollado hermosas teorías al respecto.

¿Qué tiene el espacio vacío para soportar todos los fenómenos que involucran a los distintos cuerpos celestes y las fuerzas o campos que los relacionan? ¿Porqué todo lo que ocurre en el espacio lo hace con el límite de la velocidad de la luz? Es como si hubiera una clase de viscosidad insuperable, que impide que se pueda mover nada más rápido que la definida para cada medio.

La naturaleza del vacío

El vacío es una sustancia que permite el paso de materia y de energía, de la misma forma que el aire permite el paso de materia y energía o incluso de la misma forma que un vidrio permite el paso de energía luminosa. En todos esos casos hay una clase de viscosidad que limita la velocidad a la que puede la materia y la energía moverse a su través.

Yo creo que el vacío es mucho más. En realidad es el origen de la materia y de la energía y tiene reglas muy estrictas para cómo es esa materia y esa energía. Ya expliqué en otro post anterior cómo la materia es una acumulación positiva respecto del vacío y las fuerzas asociadas a la materia son una acumulación negativa. Ver El Big Bang y la expansión del Universo. Sospecho que ambas, materia y energía surgieron a la vez a partir del vacío y son dos manifestaciones de lo mismo. Si tomamos el valor cero para el vacío, la suma de materia positiva y energía negativa, si fuera igual a cero podría haber surgido del vacío a la vez sin costo. Yo creo que eso fue el resultado de un proceso que se ha ido extendiendo más allá de nuestro Universo visible y no el resultado de un Big Bang. Recomiendo ver el mencionado post para explicar este punto de difícil encaje con lo que creemos que sabemos.

Conclusión

En cualquier caso yo creo, y me lo confirma la simple visión de los libros de Física, que los miles de fórmulas que exhibimos como parte de nuestro conocimento actual son solo la punta del iceberg. Son demasiado fenomenológicos, pero no ahondan en la verdadera naturaleza de la materia, de las fuerzas o del vacío. Algo me dice que en los próximos tiempos surgirá una nueva Física que se dedique a explicar estos temas y no tanto a determinar las enrevesadas fórmulas solo para expertos, con las que se enmascara la verdadera neturaleza de las cosas. El vacío no es la nada. Es más bien el todo.