La nada en la física

En su libro Nothing, Frank Close, profesor de física de la Universidad de Oxford, se hace dos preguntas. ¿En qué consiste la verdadera nada? ¿Dónde estaba el universo un día antes del Big Bang?

Muchos pensadores han considerado el concepto de la nada en los últimos tres mil años. En la antigüedad clásica, por ejemplo, Tales, Platón y Aristóteles, se negaron a aceptar que algo surgiera la nada. Esta convicción se mantuvo en buena parte del mundo por diferentes razones, a través de la Edad Media hasta el siglo XVII, cuando fueron descubiertos los principios físicos del vacío. Torricelli inventó el barómetro basado en notas de Galileo, y von Guericke fabricó la primera bomba de vacío. ¿Pero, aunque se establecieran espacios libres de materia, constituía eso la nada?

Uno de los problemas principales para visualizar la nada surge de una característica de la mente del ser humano: observamos el mundo desde una perspectiva de tres dimensiones y con un sentido macroscópico del tiempo. Cuando armamos una visión del inicio del Universo desde este restringido enfoque, surgen multitud de paradojas. El Big Bang originó el tiempo y el espacio y antes (y aquí es necesario acentuar que la palabra “antes” sólo tiene el sentido que le dan nuestras propias limitaciones) no existían. La verdadera nada debe existir fuera, o antes, de nuestro universo.

El siglo XX trajo cambios radicales para el concepto de la nada. De acuerdo a Einstein, los objetos físicos no están “en” el espacio, sino que poseen una extensión espacial. Lo que conocemos como espacio no es sino una abstracción, que se define según la relación entre objetos locales. La teoría de la relatividad especial unifica la localización geométrica del espacio y el tiempo en el continuo espacio-temporal. El tiempo es la cuarta dimensión del espacio-tiempo y la gravedad está íntimamente relacionada a su curvatura. No hay lugar para la nada.

La mecánica cuántica complicó las cosas. El vacío cuántico tiene propiedades muy diferentes a la interpretación tradicional de vacío; está repleto de partículas transitorias que aparecen y desaparecen, parpadeos entre la existencia y la no-existencia, cuya organización puede dar lugar a propiedades imprevistas. Si le quitamos todo a un sistema, toda su energía y materia, nos queda algo que no es la nada. Más que ser un hueco, o siquiera un carencia de espacio, el vacío cuántico es similar a un medio, puede tener fases diferentes, cada una con diferentes propiedades y fenómenos. Los físicos cuánticos suponen que esto pudo haber afectado la naturaleza del espacio-tiempo en los primeros momentos de nuestro universo. Así, llegamos a la respuesta moderna del antiguo dilema: “Todo salió de la nada: la física contemporánea dice que es posible que el universo haya emergido del vacío”. El universo quizá sea una enorme fluctuación de vacío cuántico con un saldo de energía virtual tan cercano a cero que su vida se alarga de gran manera. Esto es posible dada la existencia de energías tanto positivas como negativas derivadas de la omnipresente fuerza de gravedad. Una fluctuación (o burbuja, si se quiere) de este tipo en un campo cuya energía total sea cero existiría para siempre. Además, piensan, puede haber innumerables fluctuaciones.

Según la propuesta del estado de Hawking-Hartle, el universo no tuvo un comienzo porque el tiempo no existía antes del Big Bang. El estado de Hawking-Hartle es la función de onda (que describe el estado de un sistema de partículas en la física cuántica) del universo, un vector hipotético que describiría su origen. Antes del Big Bang, y de la época cosmológica de Planck, el universo era tan sólo una singularidad en tiempo y espacio, no tenía las fronteras de espacio o tiempo, era infinitamente finito. En el modelo de Hawking y Hartle el universo es una superficie de cuatro dimensiones en una esfera de cinco dimensiones: el polo norte constituiría el instante del Big Bang, el polo sur al Big Crunch y las latitudes corresponderían al tiempo. El polo norte es el tiempo cero, donde convergen todas las longitudes, los tiempos imaginarios, y a la vez es indistinguible de otros puntos en la esfera.

Imaginar la verdadera nada es algo que resulta improbable y las más recientes teorías pintan un cuadro complejo. Hasta el punto de sugerir que nuestro universo surgió del vacío, que pueden existir multitud de universos o que nuestro universo es eterno. Coinciden en un punto: el universo tiene una naturaleza potencial, un rango de posibilidades que pueden cumplirse, en función del conjunto de condiciones iniciales. Frank Close nos hace una pregunta para ayudarnos a sentir la nada: Tú, la persona que está leyendo estas palabras, ¿dónde estabas dos años antes de nacer?

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