Vacío: ¿Es posible crear algo de la nada?
En primer lugar, una bomba: cuando la maestra de secundaria dijo que nada existe en el vacío, estaba simplificando esta información por razones pedagógicas. Para el contenido del aula, esta afirmación suele ser más que suficiente. Pero la verdad es que, como muchas otras materias universitarias, esta también esconde secretos estudiados en temas avanzados de la disciplina. Prueba de ello son los experimentos reportados en el artículo “Empaquetado al vacío”, un artículo publicado en la revista New Scientist del 18 de febrero de 2012.
Aunque no hay materia en el vacío, la física cuántica tiene en cuenta el hecho de que estas regiones contienen una cantidad mínima de energía, así como campos electromagnéticos y gravitacionales. Por lo tanto, el vacío no puede considerarse como totalmente vacío.
Además, en estos espacios también existe la presencia de partículas y antipartículas que se forman y destruyen todo el tiempo. Estas extrañas "pequeñas criaturas" del zoológico cuántico, conocidas como partículas virtuales (o antipartículas), no se pueden detectar individualmente. Sin embargo, son capaces de producir reacciones que se pueden medir, como el efecto Casimir. Este intermitente de partículas se conoce como fluctuación cuántica de vacío.
Comprender el efecto Casimir
En 1948, el físico holandés Hendrik Casimir intentó comprender cómo existían los coloides, es decir, cómo mantener una mezcla en la que un tipo de sustancia se dispersa en otro, como los glóbulos de grasa en la solución acuosa de leche, por ejemplo. Las fuerzas entre las moléculas en tal medio caen más rápido con la distancia que los cálculos tradicionales, basados en la fuerza de Van der Walls.
Para llegar a una solución adecuada al problema, Casimir siguió el consejo de un físico cuyos trabajos fueron fundamentales para la creación de la física cuántica, Niels Bohr: considere la acción del vacío entre las moléculas de la mezcla. Obviamente, sería imposible calcular la fluctuación de energía en la compleja estructura molecular de un coloide. Entonces, Casimir propuso un modelo más simple: dos placas de metal perfectamente alineadas, flotando en el vacío.
Dado que el vacío está lleno de campos de ondas que contienen energía, el cumplimiento de estas ondas está más restringido entre las dos placas, lo que hace que emerjan menos partículas en este espacio. Como resultado, la densidad de energía entre las dos placas es menor que en el espacio abierto, esto crea una diferencia de presión que empuja una placa contra otra.
Sin embargo, esta fuerza es muy pequeña: dos placas separadas de 10 nanómetros sienten una fuerza comparable al peso de la atmósfera sobre nuestras cabezas. Por lo tanto, es muy complicado demostrar la existencia de esta fuerza, ya que puede ser alterada por fuerzas mucho más grandes que actúan sobre la misma mezcla.
No fue sino hasta 1996 que Steven Lamoreaux, físico de la Universidad de Washington en los Estados Unidos, pudo aislar cuidadosamente todos los demás efectos que podrían estar actuando en el experimento, y por lo tanto encontró una pequeña fuerza residual que actúa sobre un placa de metal y una lente esférica, empujando uno contra el otro. Por lo tanto, parecía probado que la acción del vacío era real.
A partir de esto, otros experimentos muy interesantes comenzaron a cambiar nuestro concepto de la nada. Lamoreaux y su equipo también confirmaron, por ejemplo, que las fluctuaciones cuánticas de vacío aumentaron a medida que aumentaba la temperatura. Pero aún vendrían hechos más intrigantes.
¡Y que se haga la luz!
En noviembre de 2011, los científicos de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia decidieron utilizar las ideas del efecto Casimir a la inversa, como lo propuso el físico estadounidense General Moore en 1970: si pudiéramos mover dos espejos rápidamente, uno al otro, la fluctuación El cuántico presente en el espacio entre ellos podría ser aplastado tan violentamente que su energía se liberaría en forma de fotones. La teoría se hizo conocida como el dinámico efecto Casimir.
En la práctica, incluso un espejo muy pequeño no se podía mover tan rápido, por lo que el físico Chris Wilson y su equipo propusieron algunos cambios en las ideas de Moore para ponerlas en práctica: utilizaron corrientes eléctricas que variaban rápidamente para simular el efecto. espejos que podrían acelerarse a aproximadamente ¼ de la velocidad de la luz. El resultado fue el esperado: producción de pares de fotones que emergieron del vacío y podrían medirse como radiación de microondas.
Pero además de la existencia del efecto Casimir, el experimento en ese momento también fue refutado por otros físicos, que no creen que el experimento realmente simule las ideas de Moore. Wilson se defiende diciendo que el experimento se llevó a cabo con todas las precauciones y pruebas necesarias, incluida la prueba de que incluso estaban comenzando desde el vacío. Y en una entrevista con la revista New, aprovechó la situación y fijó a sus rivales: "Para algunas personas, el dinámico efecto Casimir siempre estará en un espejo real que se mueve rápidamente".
Al igual que el efecto Casimir, pero a diferencia
Steven Johnson y sus colegas del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) realizaron otro experimento curioso. Calcularon que el efecto Casimir podría invertirse, es decir, en lugar de actuar como una especie de pegamento para dos objetos a nanoescala, podría usarse para ejercer una contrapresión, es decir, para alejar un objeto del otro.
Para hacer esto, los físicos alteraron la forma de las placas de metal, agregando estructuras que se asemejan a los dientes de una cremallera. Esto, en teoría, haría que la fuerza entre ellos fuera repulsiva. En un estudio más reciente realizado en la Universidad de Coimbra, Portugal, los investigadores Stanislav Maslovski y Mário Silveirinha teorizaron un efecto similar al usar "nanocuerpos" metálicos que crearon una fuerza repulsiva capaz de levitar nanobarras metálicas.
En la práctica, este efecto podría, por ejemplo, conducir a la creación de engranajes y motores a nanoescala capaces de funcionar sin fricción entre las partes. Pero poner esto en práctica implicaría el desarrollo de nuevas herramientas capaces de alinear estas nanopartes para que el vacío entre sus átomos no cause fluctuaciones cuánticas que funcionen en diferentes direcciones.
Vacío y escepticismo científico
Por lo tanto, se puede deducir que los experimentos realizados en los últimos años han dado más crédito a las teorías de hace décadas, lo que demuestra que tanto las fluctuaciones cuánticas como el efecto Casimir son reales. Sin embargo, no todos los físicos compraron esta idea.
Muchos investigadores contra el efecto Casimir o la fluctuación del vacío cuántico afirman que estos temas se han vuelto populares porque la matemática detrás de ellos es muy simple. Para Julian Schwinger, ganador del Premio Nobel de Física de 1965, estos efectos se producen debido a la interacción cuántica entre las cargas de la materia, no el vacío en sí.
También puede ser que la prueba de estos fenómenos sea una especie de paradoja: solo podemos probar la existencia de energía de vacío al agregarle materia, y corremos el riesgo de tergiversar los experimentos. Mientras tanto, Chris Wilson, que ha creado luz de la nada, espera que otros grupos de investigación puedan corroborar los datos que encuentra su equipo y brindar un poco más de apoyo a la posibilidad de que ciertos fenómenos sean realmente reales.
Por molesto que sea el proceso de prueba, es este escepticismo latente lo que hace que la ciencia sea tan confiable. Al final, esto es incluso bueno, ya que puede producir experimentos más interesantes como estos para informar en el futuro.
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