El vacío no está vacío (y la nada no se parece en nada a la nada)

Cuando pensamos en 'vacío', lo primero que nos viene a la mente es algo cotidiano: el envasado al vacío de alimentos, donde se extrae el aire pero obviamente queda el jamón o lo que haya dentro. O pensamos en una habitación estéril, como un quirófano donde se ha eliminado toda bacteria y microorganismo. A un nivel más profundo, imaginamos el vacío cósmico: esa vastedad negra y silenciosa del espacio interestelar. Pero incluso esa imagen es engañosa: el espacio exterior está lleno de radiación, neutrinos fantasmales, rayos cósmicos, polvo interestelar, campos magnéticos y, sobre todo, una misteriosa energía oscura que empuja la expansión del universo.

En lo infinitamente pequeño también tenemos grandes extensiones de vacío. Si piensas en un átomo, te viene a la cabeza la imagen escolar: un núcleo central rodeado de electrones que orbitan a su alrededor. Esa imagen, aunque útil para entender el esquema básico, es tremendamente engañosa en cuanto a las proporciones. En realidad, un átomo es un espacio desértico, desolado. Como describió Ernest Rutherford, el núcleo (formado por protones y neutrones) tendría el tamaño de una mosca en el centro de una catedral; los electrones (que son 1836 veces más pequeños que un protón) serían como motas de polvo en las paredes del edificio. Todo lo demás es espacio vacío.

Pero Dirac intuyó que en ese páramo yermo brotaban fluctuaciones cuánticas, una especie de chisporroteo. No pueden verse, pero ejercen una fuerza a su alrededor. Recibirán el nombre de 'oscilaciones del punto cero' porque persisten incluso en el cero absoluto (–273 ºC), donde según la física clásica todo movimiento debería cesar completamente. Pero la mecánica cuántica dice que, incluso a esa temperatura brutalmente fría, los campos cuánticos mantienen una actividad mínima, como cuerdas congeladas de una guitarra enterrada bajo una gruesa capa de hielo que, sin embargo, vibran.

Para encontrar el verdadero vacío, los físicos tuvieron que ir más allá de la realidad material hacia un concepto puramente teórico: el estado de menor energía posible. Podríamos pensar que 'menor energía posible' significa energía cero. Pero cuando desarrollaron las ecuaciones matemáticas de este vacío perfecto se dieron cuenta de algo alucinante: incluso a cero quedaba un poquito de energía remanente. Como esas baterías muertas que aún conservan voltaje suficiente para hacer funcionar un reloj. La nada, en fin, no se parecía en nada a la nada. Y no solo pudieron describirla teóricamente, sino que décadas más tarde pudieron medirla en el laboratorio.

El genio que se asomó por primera vez a este vacío, como hemos mencionado, fue Paul Dirac, un hombre de un mutismo patológico. Sus colegas de Cambridge definieron jocosamente una unidad de habla llamada 'dirac': una palabra por hora. Cuando Werner Heisenberg –el fundador de la mecánica cuántica– bailó con unas jovencitas durante un viaje en barco a Japón en 1929, el desconcertado Dirac observó desde un rincón antes de preguntar: «Werner, ¿por qué bailas?». Tras escuchar la respuesta sobre que las chicas eran agradables, Dirac reflexionó quince minutos y preguntó: «Pero, Werner, ¿cómo sabes de antemano que las chicas son agradables?».

La confirmación llegó a través de Willis Lamb, un físico experimental de Columbia. La mecánica cuántica aún se estaba construyendo, los físicos añadían nuevas piezas al rompecabezas teórico. En 1947, Lamb encontró la siguiente pieza faltante: una minúscula diferencia energética en el hidrógeno que las ecuaciones cuánticas de la época no podían explicar. Apenas era un megahercio. Aquello era como detectar que en una gran orquesta sinfónica uno de los violines ha desafinado una nota por medio tono, una discrepancia tan sutil que hay que tener el oído de Barenboim para captarla.

El descubrimiento se anunció en la histórica Conferencia de Shelter Island (Estados Unidos) en el verano de ese mismo año, la primera reunión importante de físicos después de la Segunda Guerra Mundial. Como recordaría después Julian Schwinger: «Era la primera vez que gente con todo este conocimiento reprimido durante cinco años podía hablarse sin que alguien los espiara diciendo '¿esto está autorizado?'».

Los 24 físicos más brillantes de América viajaron juntos a una posada en la costa. Durante las tres horas de viaje, Robert Oppenheimer, Richard Feynman, Edward Teller y compañía –muchos de ellos, veteranos del Proyecto Manhattan que había creado la bomba atómica– discutían acaloradamente en el pasillo del autobús. Durante el fin de semana convivieron como una fraternidad de 'empollones': desayunaban juntos, debatían en las sesiones matutinas y por las noches elucubraban sobre sus más locas teorías en el bar del hotel espoleados por los martinis.

Hans Bethe, uno de los asistentes, reconoció inmediatamente la importancia del hallazgo de Lamb. En el viaje en tren de vuelta a casa, el físico nacido en Alemania, de la que huyó cuando Hitler llegó al poder, trabajó febrilmente con lápiz y papel. Para cuando llegó a su destino había calculado que la minúscula medición experimental de Lamb solo se explicaba si los átomos interactúan con fluctuaciones del vacío cuántico. Era la primera evidencia matemática de que el vacío tiene efectos físicos medibles. Solo faltaba una cosa: medirlos… Pero por entonces no había tecnología para hacerlo.

Mientras tanto, en los Países Bajos, el físico Hendrik Casimir trabajaba en el Laboratorio de Investigación de la multinacional Philips estudiando aplicaciones industriales: suspensiones de pintura y consistencia de la mayonesa. Pero una conversación con el legendario físico cuántico danés Niels Bohr sobre la energía del punto cero le dio una idea revolucionaria, aunque no consideró que tuviese demasiada importancia. En 1948, Casimir predijo que dos placas metálicas en el vacío deberían atraerse como por arte de magia. El truco estaba en que el vacío cuántico entre las placas tiene menos 'espacio' para fluctuar que el vacío libre exterior. Esta diferencia microscópica crea una presión que empuja las placas una hacia la otra. Su estudio concluyó modestamente que el efecto «podría ser de cierto interés».

El 'efecto Casimir' permaneció sin confirmar durante casi 50 años cuando en 1997 Steve Lamoreaux, trabajando en el sótano de la Universidad de Washington, investigando en condiciones de ultra-alto vacío, finalmente midió la fuerza Casimir con un margen de error de solo el 5 por ciento.

Hoy en día, las tecnologías modernas explotan la física del vacío diariamente. La computación cuántica, los láseres de precisión y hasta los chips de nuestros móviles dependen de fenómenos que brotan (nada por aquí, nada por allá) como conejos de una chistera.