Cuando nos hablan del vacío, nos imaginamos justamente eso, un espacio vacío, “lleno de nada”, por así decirlo. Pues no. No es en absoluto así. ¡El vacío está lleno de cosas! Pero cómo puede ser eso, se preguntarán ustedes. Lo veremos de inmediato.

¿Qué es el vacío?

Parece algo tan simple… ¡el vacío es donde no hay nada!, diría uno. Pero para los físicos, es distinto. En un comienzo, claro, partieron con la misma idea que nosotros: el vacío es algo donde no hay materia. Simple. Con la aparición de las leyes del electromagnetismo, en el siglo XIX, se dieron cuenta de que el vacío, por más ausente de materia que esté, es el medio donde se transmiten las ondas electromagnéticas, como la luz, por ejemplo. Por lo tanto, puede que no haya materia, pero sí hay energía. De otra manera, ¿cómo llegaría si no la luz del sol a nosotros? Obvio, mi querido Watson.

Con la llegada del siglo XX, las cosas se complican. Resulta que aparece la mecánica cuántica, esa que trata de las cosas que pasan a un nivel pequeñísimo. Con la mecánica cuántica, vino el principio de Heisenberg (no ese Heinsenberg, sino el físico alemán), también conocido como principio de incertidumbre, nos dice en muy resumidas cuentas, que es imposible saber la posición y la velocidad de una partícula, en forma simultánea. Y no hablamos únicamente de partículas materiales, sino también de las que no tienen masa. Además, resulta que este principio de Heisenberg es una cualidad intrínseca de la naturaleza.

Pero sigamos con esto, que va para alguna parte: la incertidumbre mínima que puede haber, nos da un número que se llama constante de Planck (conocida como “h”, por los amigos), y que corresponde a una medida de energía, conocida como cuanto. ¡Que es muy pequeñita! (Para mover un kilo de azúcar un centímetro, se requiere una cantidad que equivale al número 1.6, seguido de… ¡30 ceros!)

Esto no sólo se queda en el asunto de las partículas. Sino que también existe esta pequeña incertidumbre al medir el tiempo y la energía. Lo que nos lleva directamente al concepto de energía del vacío, o “energía de punto cero”.

Qué es la energía de punto cero: lo que hay en el vacío

La energía de punto cero es la energía que queda cuando sacamos toda energía posible de un sistema. “Pero cómo - dirán ustedes- si sacamos toda la energía… ¡entonces no queda nada!”. En sus mentes, claro. Porque en la porfiada realidad, existe el principio de incertidumbre. Entonces, como hay una incertidumbre mínima que es imposible eliminar, también es imposible que cuando “extraemos” la energía de una caja, por ejemplo, esta quede en cero. Siempre será al menos de un orden parecido al número “h”. Muy pequeñito. Pero no es cero.

Esto tiene algunos efectos fascinantes. Por ejemplo, debido a esta energía del punto cero, el helio, al acercarse a la temperatura del cero absoluto (-273.15° C), en vez de congelarse, se convierte en un líquido que tiene propiedades extraordinarias: trepa por las paredes, atraviesa sólidos, no tiene fricción, entre otras cosas. 

Esta energía remanente, y que como ya dijimos, es imposible de erradicar, produce varios fenómenos muy interesantes. De hecho, acá la cosa se pone extrañísima.

Debido a que existe esta energía de fondo, el vacío no es una pizarra en blanco, como se lo podrían imaginar, sino que tiene una verdadera marea energética de fondo, de muy baja intensidad, por supuesto… pero lo suficiente para producir efectos.

Por ejemplo, continuamente, surgen alteraciones “de la nada”. Porque la energía, también es capaz de producir materia. Para los más científicos: la famosa fórmula de Einstein, E=mc² se puede dar vuelta, y queda como m=E/c², o sea, que la masa de una partícula, es igual a energía, dividida por la velocidad de la luz al cuadrado. Bueno, entonces, si hay suficiente energía, pueden aparecer partículas. Como en el vacío, que hay energía, y por lo tanto, surgen perturbaciones asociadas a partículas. Incluso pueden aparecer un tiempo cortísimo, partículas que sacan “energía de la nada” para luego esfumarse, cual fantasmas. Y no sólo eso.

Los científicos han establecido que las fuerzas elementales de la naturaleza (electromagnetismo, gravedad, interacción nuclear fuerte y débil), se transmiten de tal forma, que parecen conducidas por partículas (de las cuales se han encontrado tres, falta aún el gravitón, que transmitiría la gravedad). Por lo tanto, del vacío también emanan continuamente perturbaciones electromagnéticas y de todo tipo, pero de muy corto alcance, y por tiempos pequeñísimos.

Se les llama “partículas virtuales", porque surgen de la nada, por el tiempo suficiente para no alterar el principio de indeterminación, y luego desaparecen. Pero producen efectos.

Incluso, “viajan” en el tiempo, pues el comportamiento de un positrón, es como el de un electrón que se “devuelve” en el tiempo. Esto se debe a que existe una propiedad física, que nos dice que el comportamiento de una antipartícula (el positrón), es exactamente el mismo que el de una partícula (el electrón), siempre y cuando invirtamos también su posición, y el sentido del tiempo (Simetria CPT).

Suena misterioso, pero veámoslo así: a escala cuántica, es imposible distinguir en qué sentido transcurre el tiempo. Dicho de otra manera: no hay forma de saber, a esa escala, si el electrón choca con un positrón, y eso produce dos fotones, o si dos fotones chocan, y producen dos partículas opuestas. Naturalmente, nosotros lo vemos en un sentido (dos partículas de carga opuesta hacen ¡bum!), pero también se ha observado el fenómeno inverso. Y resulta que las ecuaciones de la física que funcionan para la materia, también funcionan para la antimateria... pero invirtiendo carga, paridad, y tiempo. Es una muy intrigante característica del universo.

Pero bien, todo esto de que el vacío posee energía, debiera tener una aplicación práctica. Después de todo, ¡la energía está ahí! ¿Cómo no extraerla? ¡Es sólo asunto de sacarla, es el "viejo sueño"! ¡Obtener energía de la nada!

El efecto Casimir

Una manifestación del vacío, desde el punto de vista de la física cuántica, es el llamado “ efecto Casimir“, predicho en 1948 por el físico Hendrik Casimir y que consiste en lo siguiente.

Si uno acerca dos placas metálicas lo suficiente, estas dos placas experimentarán un empuje enorme, pues la fuerza es inversamente proporcional a la distancia… de modo que si se ponen dos placas a 10 nanómetros de distancia (los chips de última generación en nuestros celulares, tienen circuitos de 14 nanómetros), experimentará un empuje de 1 atmósfera de presión. Esto equivale a elevar una columna de agua de 1 centímetro de área, a 11 metros de altura.

Esta fuerza, de hecho, está comenzando a ser bastante perceptible en chips de computadora.

La explicación de por qué ocurre esto, es relativamente sencilla: las ondas electromagnéticas que están en el vacío, generan un empuje cada vez mayor, que llevan a que las placas se junten. Parece bastante abstracto, pero viendo el siguiente video, podrán observar lo que ocurre cuando esto pasa no en el vacío, sino en un líquido muy visible.

Intentos de aprovechar esta energía

El uso práctico de la energía del vacío, por ejemplo a través del efecto Casimir, se ha investigado principalmente en nanotecnología, como por ejemplo, investigando su uso para la propulsión de máquinas pequeñísimas, o bien, para la creación de un pequeño interruptor (el “oscilador Casimir”), impulsado por esta fuerza. En China, aparentemente también han estado desarrollando un motor que aprovecha la energía del vacío, pero no parece algo demasiado oficial. Los rusos, por otra parte, están investigando la creación intencional de partículas a partir del vacío.

Se trata de un campo fascinante, aunque complejo, pues resulta complicado fabricar las pequeñas máquinas que pueden aprovechar plenamente este efecto, y es difícil también generar condiciones parecidas a los de los laboratorios, con total aislamiento de otras fuerzas, para que se pueda utilizar esta energía. Pero sin duda, es algo bastante promisorio, y que eventualmente puede ser un gran aporte a la nanotecnología.

Y sería genial poder utilizar el efecto Casimir, y convertirlo en energía medible en forma macroscópica, como por ejemplo, para alimentar el alumbrado eléctrico. Sin embargo, aunque suena muy atractivo, todavía no se ha encontrado la manera de utilizar en forma eficiente esta energía. Pero sin duda que es un gran incentivo, después de todo, ¿quién no querría energía inagotable?

Aunque por supuesto, la sola posibilidad de que esta energía exista, ha abierto el apetito de los mismos que buscan el movimiento continuo, seguidos un poco más atrás, quienes buscan (y encuentran) conspiraciones atrás de todo, incluso de las imposibilidades en las leyes físicas. Muchas personas piensan que en forma casera, sin ninguna condición de laboratorio, pueden replicar el efecto Casimir, o fabricar “baterías de plasma”. Eso no es así. También esto ha sido blanco fácil de todo tipo de ignorantes y charlatanes que utilizan lenguaje seudocientífico para vender de todo… desde motores “antigravitatorios“, hasta “varitas cosméticas de energía punto cero”. Es importante, entonces, que sepamos distinguir entre lo que es posible, y lo que se nos presenta de forma totalmente acrítica como ciencia.

Considero que la energía del vacío, es un elemento casi poético que nos entrega la naturaleza, y que sin duda se puede prestar incluso para interpretaciones espirituales. Pero una cosa es apreciar la reflexión y las asociaciones de ideas, y otra muy distinta, es creer que eso implica un “respaldo científico” a todo lo que se nos pueda ocurrir. Detrás de los estudios, incluso los que parecen más locos, hay un método y una estructura definida, que establece una forma precisa y replicable de llegar a resultados. Así que bueno, ¡hay que tener ojo! Aún con cosas tan interesantes y maravillosas, como el hecho de que en el vacío, surja materia y energía, aparentemente “de la nada”.

Algo inexplicable, aún para los más "capos"

La energía del vacío o energía de punto cero, ha supuesto un inmenso dolor de cabeza para la física, pues desde un punto de vista cosmológico, dado que el universo es enorme, entonces la cantidad de energía que hay en todo el vacío del universo, también debe ser enorme. Esta energía, debería equivaler a una cantidad de masa gigantesca, que a su vez, debe tener una gravedad inmensa, lo que tendría que afectar, por ejemplo, el desplazamiento de los planetas, de las galaxias, y de todo en el Universo.

Algunas personas consideran que podría equivaler a la Constante Cosmológica de la que hablaba Einstein, que daría equilibro al comportamiento de nuestro Universo, según el modelo estándar de la física. Esta Constante Cosmológica, está definida como la energía total del vacío, en todo el universo.

Lamentablemente, cuando se hizo el cálculo de a cuánto equivaldría realmente, usando los datos obtenidos en laboratorio al estudiar la energía del vacío… se obtuvo una cifra brutalmente absurda. ¡Estaba entre 55 y 100 órdenes de magnitud, por encima de lo que se ha medido en el espacio! (Un orden de magnitud, es cuando pasamos, por ejemplo, de milímetro, a centímetro. O de centímetro, a metro. Ahora imaginen “pasarse” 55 veces de esa manera. ¡Es demasiado!)

¿Cómo la física se puede equivocar tanto, si las mediciones han sido muy precisas por lado y lado? ¿Qué cancela esa inmensa energía, que debería existir, pero que no se detecta al observar el universo? La discrepancia entre la energía observada en laboratorio, y la Constante Cosmológica observada, es uno de los problemas más inmensos, prominentes y casi vergonzosos, que la ciencia aún no ha resuelto.

¿Sabías de la energía del vacío? ¿Crees que su aplicación podría revolucionar la tecnología?