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¿Existe realmente el vacío en el universo?

by Lisa Larsen
El primer campo profundo del Webb: miles de galaxias repartidas por el negro del espacio

Mira al cielo de noche: entre estrella y estrella parece no haber nada. Pero ¿existe de verdad un espacio completamente vacío, sin absolutamente nada dentro? La respuesta corta es que no. Ni siquiera el rincón más solitario del universo está vacío del todo, y entender por qué nos lleva desde el aire que respiras hasta uno de los mayores misterios de la física.

Por qué importa: el «vacío» no es un simple hueco. Tiene partículas, luz antigua, campos invisibles e incluso una energía propia que podría estar empujando al universo entero.

Primero, ¿cuánta «nada» hay?

Empecemos por contar partículas en un cubito de un centímetro de lado, del tamaño de un dado pequeño.

Gráfico: partículas por centímetro cúbico, desde 27 trillones en el aire hasta un átomo por metro cúbico entre galaxias
Del aire que respiras al espacio entre galaxias · Ilustración de DIGITAL WOXTER TECHNEWS.
  • El aire que respiras: unos 27 trillones de moléculas, un 27 seguido de 18 ceros, según la constante de Loschmidt del NIST.
  • El mejor vacío del CERN: los tubos del acelerador LHC tienen una presión diez billones de veces menor que el aire a nivel del mar. Según nuestros cálculos, aun así quedan unos pocos millones de partículas por centímetro cúbico.
  • Entre las estrellas, cerca del Sol: la NASA midió unas 0,13 partículas por centímetro cúbico, más o menos un átomo cada ocho dados.
  • Entre las galaxias: en torno a un átomo por metro cúbico, menos de una milmillonésima de milmillonésima de la densidad del aire, según el Centro de Astrofísica de Harvard y el Smithsonian.

Así que sí: el espacio entre galaxias es muchísimo más vacío que cualquier cosa que sepamos fabricar. Pero muy vacío no es lo mismo que vacío del todo.

Los Pilares de la Creación del Hubble: altas torres marrones de gas y polvo que brillan sobre el azul del espacio, rodeadas de estrellas
Los Pilares de la Creación, apodados «los dedos de Dios»: torres de gas y polvo en la nebulosa del Águila, a unos 6.500 años luz, donde nacen estrellas nuevas · Imagen: NASA, ESA y Hubble Heritage Team (STScI/AURA), dominio público.

Lo que queda cuando quitas los átomos

Esquema: unos 411 fotones, 340 neutrinos, menos de un átomo, materia oscura y campos en un centímetro cúbico de espacio
Lo que queda cuando no hay átomos · Ilustración de DIGITAL WOXTER TECHNEWS.

Aunque no hubiera ni un solo átomo, ese centímetro cúbico seguiría lleno de cosas:

  • Luz del Big Bang: unos 411 fotones del fondo cósmico de microondas, el resplandor que dejó el universo joven.
  • Neutrinos: unas 340 partículas fantasma, también del Big Bang, que atraviesan casi todo sin chocar.
  • Materia oscura: algo invisible que solo notamos por su atracción. La NASA calcula que es el 27 % del universo, y aún no sabemos qué es.
  • Campos: el campo electromagnético y otros llenan cada punto del espacio, aunque no haya partículas.

El vacío cuántico: un mar que nunca está quieto

Dibujo: una línea plana y quieta junto a una línea que tiembla con parejas de partículas que aparecen
Los campos cuánticos nunca dejan de temblar · Ilustración de DIGITAL WOXTER TECHNEWS.

Aquí llega lo más sorprendente. Según la física cuántica, un campo nunca puede estar completamente quieto, ni siquiera en su estado de mínima energía. Siempre tiembla un poquito. Los físicos llaman a esto el vacío cuántico.

Se suele explicar con parejas de partículas que aparecen y desaparecen en un instante. Es una imagen útil, pero simplificada, y los físicos discuten hasta qué punto debe tomarse al pie de la letra. Lo que sí se mide son sus efectos.

Una prueba: el vacío puede empujar

Dibujo: dos placas de metal con muchas ondas fuera y solo ondas cortas entre ellas, empujadas una contra otra
El efecto Casimir, medido en 1997 · Ilustración de DIGITAL WOXTER TECHNEWS.

Si colocas dos placas de metal muy, muy cerca la una de la otra, en el vacío, aparece una pequeña fuerza que las junta. Se llama efecto Casimir. Entre las placas solo «caben» ciertas ondas, así que hay menos temblor dentro que fuera, y eso las empuja.

El físico Steve Lamoreaux lo midió con precisión en 1997, y el resultado coincidió con la teoría en torno a un 5 %. Algunos físicos defienden que también puede explicarse sin hablar del vacío, así que el debate sigue abierto.

El gran misterio: la energía del espacio vacío

Gráfico circular: energía oscura 68 %, materia oscura 27 %, materia normal 5 %, y el problema de los 120 ceros
Casi todo el universo sigue siendo un misterio · Ilustración de DIGITAL WOXTER TECHNEWS.

El universo no solo se expande: cada vez lo hace más deprisa. Lo que lo impulsa se llama energía oscura, y la NASA calcula que forma el 68 % de todo lo que existe. Una explicación posible es que se trate de la energía del propio vacío.

El problema es que, cuando los físicos calculan esa energía con la teoría cuántica, les sale un número absurdo: hasta 120 ceros más grande de lo que se mide. Por eso se le llama uno de los problemas más incómodos de la física, y nadie lo ha resuelto todavía.

Entonces, ¿existe el vacío?

Existe un vacío casi perfecto, sin apenas átomos, y es enorme: ocupa casi todo el universo. Pero un vacío absoluto, sin nada de nada, no parece existir. Siempre queda luz antigua, partículas fantasma, campos que tiemblan y una energía que todavía no entendemos. La «nada», en física, está llena de cosas.

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