Los filósofos han debatido la naturaleza de la «nada» durante miles de años, pero ¿qué tiene que decir la ciencia moderna al respecto? En una entrevista concedida a The Conversation, Martin Rees, astrónomo real y catedrático emérito de Cosmología y Astrofísica de la Universidad de Cambridge, explica que cuando los físicos hablan de la nada, se refieren al espacio vacío. Esto puede parecer sencillo, pero los experimentos demuestran que el espacio vacío no está realmente vacío: hay una misteriosa energía latente en él que puede decirnos algo sobre el destino del universo.

Rees fue entrevistado para el podcast Anthill de The Conversation sobre la Nada. Esta P&A se basa en una transcripción editada de esa entrevista.

P: ¿El espacio vacío es realmente lo mismo que la nada?

A: El espacio vacío nos parece la nada. Por analogía, el agua puede parecerle nada a un pez: es lo que queda cuando le quitas todas las demás cosas que flotan en el mar. Del mismo modo, se conjetura que el espacio vacío es bastante complicado.

Sabemos que el universo está muy vacío. La densidad media del espacio es de aproximadamente un átomo por cada diez metros cúbicos, mucho más enrarecida que cualquier vacío que podamos alcanzar en la Tierra. Pero incluso si se quita toda la materia, el espacio tiene una especie de elasticidad que (como se ha confirmado recientemente) permite que las ondas gravitacionales – ondulaciones en el propio espacio – se propaguen a través de él. Además, hemos aprendido que existe un tipo exótico de energía en el propio espacio vacío.

Q: Aprendimos por primera vez sobre esta energía del vacío en el siglo XX con el surgimiento de la mecánica cuántica, que gobierna el diminuto mundo de los átomos y las partículas. Sugiere que el espacio vacío está formado por un campo de energía de fondo fluctuante que da lugar a ondas y partículas virtuales que aparecen y desaparecen. Incluso pueden crear una fuerza diminuta. Pero, ¿qué ocurre con el espacio vacío a gran escala?

A: El hecho de que el espacio vacío ejerce una fuerza a gran escala se descubrió hace 20 años. Los astrónomos descubrieron que la expansión del universo se estaba acelerando. Esto fue una sorpresa. La expansión se conocía desde hacía más de 50 años, pero todo el mundo esperaba que se ralentizara debido a la atracción gravitatoria que las galaxias y otras estructuras ejercen unas sobre otras. Por tanto, fue una gran sorpresa descubrir que esta desaceleración debida a la gravedad se veía superada por algo que «empujaba» la expansión. Existe, por así decirlo, una energía latente en el propio espacio vacío, que provoca una especie de repulsión que supera la atracción de la gravedad a estas grandes escalas. Este fenómeno -denominado energía oscura- es la manifestación más dramática del hecho de que el espacio vacío no carece de características ni es irrelevante. De hecho, determina el destino de nuestro universo a largo plazo.

P: ¿Pero hay un límite a lo que podemos saber? A una escala de un billón de billones de veces más pequeña que un átomo, las fluctuaciones cuánticas en el espaciotiempo pueden dar lugar no sólo a partículas virtuales, sino a agujeros negros virtuales. Se trata de un rango que no podemos observar, y en el que tenemos que combinar las teorías de la gravedad con la mecánica cuántica para sondear lo que ocurre teóricamente, algo que es notoriamente difícil de hacer.

A: Hay varias teorías que pretenden entender esto, siendo la más famosa la teoría de cuerdas. Pero ninguna de estas teorías ha entrado todavía en contacto con el mundo real, por lo que siguen siendo especulaciones no comprobadas. Pero creo que casi todo el mundo acepta que el propio espacio podría tener una estructura complicada en esta escala tan pequeña, donde se encuentran los efectos gravitacionales y cuánticos.

Sabemos que nuestro universo tiene tres dimensiones en el espacio: puedes ir a la izquierda y a la derecha, hacia atrás y hacia delante, hacia arriba y hacia abajo. El tiempo es como una cuarta dimensión. Pero existe la fuerte sospecha de que si ampliáramos un pequeño punto en el espacio de forma que sondeáramos esta minúscula, diminuta escala… encontraríamos que es un origami apretado en unas cinco dimensiones extra que no vemos. Es más bien como cuando miras una manguera desde muy lejos, piensas que es sólo una línea. Pero cuando se mira más de cerca, se ve que una dimensión era en realidad tres dimensiones. La teoría de cuerdas implica matemáticas complejas, al igual que las teorías rivales. Pero es el tipo de teoría que vamos a necesitar si queremos entender al nivel más profundo lo más cercano a la nada que podemos imaginar: a saber, el espacio vacío.

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P: Dentro de nuestra comprensión actual, ¿cómo podemos explicar que todo nuestro universo se expanda desde la nada? ¿Podría realmente comenzar a partir de un poco de energía fluctuante del vacío?

A: Alguna misteriosa transición o fluctuación podría haber desencadenado repentinamente la expansión de una parte del espacio, al menos eso es lo que piensan algunos teóricos. Las fluctuaciones intrínsecas a la teoría cuántica serían capaces de agitar todo el universo si se apretara a una escala suficientemente pequeña. Eso ocurriría en un tiempo de unos 10-44 segundos, lo que se llama el tiempo de Planck. Esa es una escala en la que el tiempo y el espacio se entrelazan de manera que la idea de un reloj que hace tictac no tiene sentido. Podemos extrapolar nuestro universo con gran confianza hasta un nanosegundo, y con cierta confianza hasta mucho más cerca del tiempo de Planck. Pero a partir de ahí, todas las apuestas están canceladas porque… la física a esta escala tiene que ser sustituida por alguna teoría más grande y complicada.

P: Si es posible que una fluctuación de alguna parte aleatoria del espacio vacío diera lugar al universo, ¿por qué no podría ocurrir exactamente lo mismo en otra parte del espacio vacío – dando lugar a universos paralelos en un multiverso infinito?

A: La idea de que nuestro Big Bang no es el único y que lo que vemos con nuestros telescopios es una pequeña fracción de la realidad física es popular entre muchos físicos. Y hay muchas versiones de un universo cíclico. Sólo hace 50 años que surgieron pruebas sólidas de un Big Bang. Pero desde entonces se ha especulado con la posibilidad de que éste sea sólo un episodio de un universo cíclico. Y ha crecido el concepto de que hay mucho más en la realidad física que el volumen de espacio y tiempo que podemos sondear -incluso con los telescopios más potentes.

Así que no tenemos ni idea de si hubo un Big Bang o muchos -hay escenarios que predicen muchos Big Bangs y otros que predicen uno. Creo que deberíamos explorarlos todos.

P: ¿Cómo terminará el universo?

A: La previsión más directa a largo plazo predice que el universo sigue expandiéndose a un ritmo acelerado, se vuelve cada vez más vacío y más frío. Las partículas que lo componen pueden decaer, haciendo que la dilución continúe indefinidamente. Acabaríamos teniendo, en cierto sentido, un enorme volumen de espacio, pero sería aún más vacío de lo que es el espacio ahora. Ese es un escenario, pero hay otros que implican que la «dirección» de la energía oscura se invierta de la repulsión a la atracción, de modo que se produzca un colapso hasta el llamado «Big Crunch», cuando la densidad se dirija de nuevo al infinito.

También existe la idea, debida al físico Roger Penrose, de que el universo sigue expandiéndose, diluyéndose cada vez más, pero de alguna manera -cuando no hay nada en él aparte de los fotones, las partículas de luz- las cosas pueden «reescalarse», de modo que después de esta enorme dilución, el espacio se convierte en cierto sentido en el generador de un nuevo Big Bang. Así que esa es una versión bastante exótica del viejo universo cíclico – pero por favor no me pida que le explique las ideas de Penrose.

P: ¿Hasta qué punto confía en que la ciencia pueda finalmente descifrar qué es la nada? Incluso si pudiéramos demostrar que nuestro universo comenzó a partir de alguna extraña fluctuación de un campo de vacío, ¿no tenemos que preguntar de dónde vino ese campo de vacío?

A: Las ciencias tratan de responder a las preguntas, pero cada vez que las respondemos, surgen otras nuevas: nunca tendremos una imagen completa. Cuando empecé a investigar a finales de los años 60, era controvertido si había habido un Big Bang. Ahora ya no es una cuestión controvertida y podemos decir con un 2% de precisión cómo era el universo desde los 13.800 millones de años actuales hasta un nanosegundo. Es un progreso enorme. Así que no es absurdamente optimista creer que en los próximos 50 años se entenderán las desafiantes cuestiones sobre lo que ocurre en las eras cuánticas o «inflacionarias».

Pero, por supuesto, esto plantea otra cuestión: ¿cuánto de la ciencia va a ser accesible al cerebro humano? Podría resultar, por ejemplo, que las matemáticas de la teoría de cuerdas sean en cierto sentido una descripción correcta de la realidad, pero que nunca seamos capaces de entenderla lo suficientemente bien como para cotejarla con cualquier observación genuina. Entonces puede que tengamos que esperar a la aparición de algún tipo de post-humanos para conseguir una comprensión más completa.

Pero todo el que reflexione sobre estos misterios debería darse cuenta de que el espacio vacío del físico -el vacío- no es lo mismo que la «nada» del filósofo.