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The Void and Emptiness Site. Albert Ribas. Papers
| "En los límites
de la realidad: el vacío"
Mundo Científico - La Recherche, núm. 202 (junio 1999), p.41-45 |
| Summary
La aceptación moderna del vacío El universo se hace cada vez más vacío La realidad, ¿es una emanación del vacío?
El número cero es el vacío matemático |
Abstract
Until Seventeenth Century scientists thought that Nature abhors the void, and that void did not enter in Nature’s constitution. At the end, modern science accepted void, and it discovered that Universe was empty in its utmost part. The acceptance of this limit constitutes a real conceptual Revolution. This paper reviews the main highlights of this history: from the horror vacui concept to Torricelli and Newton. It also reviews other scopes related to void: the Taoist concept, the zero as mathematician void, the pneumatic techniques, the persons awarded with Nobel Prize for their works related to void.
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| Introducción
A lo largo de la historia de la ciencia hay una serie de cuestiones que han suscitado discusiones muy vivas. El vacío es una de ellas. Quizás porque ciertos conceptos –como el tiempo o como el vacío– afectan al cuadro general con que se aborda el estudio de la realidad. En cierto modo, son conceptos que aluden a los límites de la realidad: el tiempo, por ejemplo, no es directamente perceptible sino como parámetro del cambio. El vacío, por su parte, es el límite máximo en la rarificación de la materia, su ausencia. Cierto que nuestra familiaridad con la cosmología de los inmensos espacios vacíos parece no plantearnos el vacío como problema. Aceptar que el espacio pueda estar vacío es lo más natural. Sin embargo, cuando en la física más reciente se teoriza con el fenómeno de la emisión de partículas por parte del vacío, o se postula que la emisión de partículas de un agujero negro la realiza el espacio vacío circundante, entramos sin duda en el reino de la paradoja, en ese límite de la realidad. Que el vacío, que es por definición ausencia de materia, emita materia es por lo menos sorprendente. Estos dos ejemplos serían muestras de las dificultades que el concepto plantea. Y en la historia de la ciencia tales dificultades no son nuevas. De hecho, la moderna aceptación del vacío –que arranca básicamente del siglo XVII– tuvo que enfrentarse a una larga y muy sólida tradición contraria al vacío. El pensamiento tradicional no podía aceptarlo, entendiendo que sería un contrasentido dejar que lo que no es (el vacío) entrara en la consideración de las cosas existentes. O sea, que si la física es el estudio de lo existente, no cabe considerar aquello que propiamente no es, porque es la ausencia de las cosas. Pero dejemos ahora esta derivación filosófica del problema y veamos sus hitos más importantes desde el punto de vista de la historia de la ciencia. Horror vacui La ciencia premoderna afirmaba que la naturaleza
aborrece el vacío, haciendo de este horror vacui un principio
absoluto
No sólo Aristóteles alimentó
el antivacuismo. También Platón, los estoicos y la mayoría
de las escuelas antiguas contribuyeron a esa práctica unanimidad
que alcanza hasta la Edad Media y la incipiente Edad Moderna. Bajo ese
punto de vista unánime fueron interpretados ciertos fenómenos:
por ejemplo, la succión que ejerce una ventosa, la dificultad en
separar un fuelle si no se permite la entrada del aire, etc. Todas estas
observaciones, acompañadas de rudimentarios experimentos, parecían
demostrar que la naturaleza se resiste a tolerar la ausencia de aire; o
sea, que la naturaleza aborrece el vacío. Hoy sabemos que tales
fenómenos son efecto de la presión del aire circundante,
de la tendencia natural del aire a expandirse y rellenar los recipientes
a su alcance. Pero en la Edad Media estas pequeñas pruebas sirvieron
para reforzar desde un punto de vista empírico algo que ya venía
afirmado desde un punto de vista filosófico. Así fue acuñado
el principio del horror vacui.
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Evangelista
Torricelli (1608-1647) es el padre de los experimentos modernos del vacío.
Este esquema corresponde
a los realizados en 1644: en él se muestra la elevación del
mercurio en unos tubos previamente vaciados de aire. La altura de la columna
de mercurio -hasta A o B en la figura– (76 cm en condiciones normales)
indica la presión del aire circundante. La zona del tubo por encima
de B está vacía. Torricelli explica que si se quita E, o
sea si se deja entrar el aire, el mercurio del segundo tubo descenderá
hasta el nivel del recipiente inferior, mientras en el primer tubo –por
estar vacío en su parte superior– sigue el mercurio suspendido.
Figura 1 |
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La aceptación moderna del vacío Se debe especialmente a Torricelli y a Newton. El principio del horror vacui se convirtió en dogma prácticamente irrebatible hasta el siglo XVII. Es cierto que contra tal opinión dominante se contaba con el contrapunto de las opiniones atomistas y con el redescubrimiento de los tratados de pneumática de los ingenieros alejandrinos. En estos tratados, con una vocación claramente empírica, se abordaban los fenómenos de succión de líquidos, de la expansión del aire caliente, del funcionamiento del sifón, etc. En ellos se admitía al menos que el vacío era una excepción tolerable para la naturaleza. Y justamente la ciencia moderna nace con esta voluntad empírica y con la curiosidad por las excepciones. Es una investigación que al principio casi tiene el carácter de una “magia natural” –el estudio de las maravillas de la naturaleza–. Estas dos fuentes, la doctrina atomista y el estudio de las curiosidades naturales, están en la base de los experimentos que en el siglo XVII conducen a la demostración empírica del vacío. El primero y más decisivo fue Torricelli (1608-1647): demostró que los efectos atribuidos al horror vacui eran debidos en realidad a la presión del aire. Estableció la equivalencia de esta presión con la altura que alcanza el mercurio en un tubo vaciado (ver figura 1). De 1644 datan estos experimentos barométricos. La difusión en toda Europa de las experiencias de Torricelli animó a muchos otros científicos en la misma línea. Los más destacados fueron Pascal (1623-1662) en Francia, Boyle (1627-1691) en Inglaterra, y Guericke (1602-1686) en Alemania. A Pascal se debe la medida de las variaciones de la presión atmosférica según las condiciones climáticas y la altura; a Boyle se deben diversos estudios sobre la elasticidad del aire; y a Guericke se debe la construcción de la primera bomba de vacío y unas demostraciones que por su espectacularidad se hicieron famosas (ver figura 2). Pero esos apuntes empíricos fueron muy discutidos por la gran mayoría de los grandes científicos y filósofos de la época. Descartes, por ejemplo, insistía en la necesaria presencia de una materia sutil en las zonas supuestamente vacías. El rechazo al vacío seguía pesando como opinión muy enraizada. Faltaba la culminación teórica de la aceptación del vacío. Ésta se produjo con Newton (1642-1727), gracias a su revolución en las concepciones de la física y muy particularmente a su cosmología de la gravitación universal. Esta cosmología establecía que a través de los inmensos espacios vacíos cósmicos la atracción gravitatoria regulaba de modo preciso los movimientos planetarios. Antes de Newton el vacío era a lo sumo una excepción tolerable; con Newton el vacío se hizo componente imprescindible en la configuración del cosmos. Entre 1644 (fecha de los experimentos de
Torricelli) y 1687 (fecha de la publicación por Newton de sus Philosophiae
naturalis Principia mathematica) habría que situar el período
crucial de la aceptación moderna del vacío.
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Figura 2 |
Otto von Guericke (1602-1686)
realizó el experimento representado en este grabado, conocido como
“experimento de Magdeburgo”.
En éste aparecen 16 caballos, en dos grupos de 8, tirando en direcciones opuestas de un recipiente compuesto por dos hemisferios adosados. Guericke mostró mediante ese experimento que, cuando el recipiente estaba vaciado de aire –o sea, cuando estaba vacío–, la fuerza de los 16 caballos era incapaz de separar los hemisferios. Ello se debe a la presión del aire circundante, que supera la fuerza de esos caballos de tiro. En cambio, cuando el recipiente contiene aire, una fuerza insignificante consigue despegar los hemisferios. Estas curiosas demostraciones de los efectos del vacío se hallan convenientemente explicadas e ilustradas en la obra de Guericke, Experimenta nova (ut vocantur) Magdeburgica de vacuo spatio (Amsterdam, 1672). |
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El universo se hace cada vez más vacío La física newtoniana, con su afirmación de los inmensos espacios vacíos, encontró al principio arduas resistencias –y uno de los puntos más sensibles en las polémicas fue éste del vacío–. De hecho la física newtoniana no se impondría hasta mediados del siglo XVIII. Su victoria simboliza la aceptación de la imagen del cosmos que hoy nos es más popular. Pero conviene recordar que esa imagen es absolutamente contraria a las anteriores: antes el mundo era pleno y compacto; después de Newton el mundo era en su mayor parte vacía. En cierto modo, la historia de la física
a partir de Newton puede verse como una conquista progresiva del vacío.
Ya Bentley en 1693, siguiendo las indicaciones de Newton, había
calculado que en el sistema solar los espacios vacíos ocupan un
espacio 8,575 . 1017 veces superior al
ocupado por la materia. La proporción de materia es, pues, insignificante
frente a la enormidad de vacío. Pero ese cálculo todavía
tenía en cuenta una materia considerada como algo compacto.
De este modo, el mundo circundante –el de las materias aparentemente compactas– y la totalidad del universo –con unos cuerpos celestes situados en un inmenso vacío– pueden verse como un gran queso de gruyere con unos agujeros enormes, tanto a nivel micro como macroscópico. Y si a ello añadimos la dinámica del alejamiento progresivo de las galaxias, resulta que la proporción de vacío crece contínuamente. La realidad, ¿es una emanación del vacío? En esa larga búsqueda de los componentes últimos de la naturaleza, el vacío ha ido ganando protagonismo. Pero ese vacío no es sólo un componente de la realidad, yuxtapuesto a otra cosa –la materia– que sería el no-vacío. La revolución teórica y práctica sufrida por las ciencias físicas en este siglo ha mostrado que la separación entre materia y no-materia (vacío) no es un límite insalvable, que la relación entre ambos términos es profunda. Por una parte, Einstein nos enseñó que la masa podía transformarse en energía (según la famosa ecuación E=mc2); por otra parte, la mecánica cuántica condujo al modelo del comportamiento dual onda / partícula. Los dos lados de la realidad dejaron, pues, de ser compartimentos estancos. La definición hoy aceptada del vacío recoge esta ambigüedad: entiende que el vacío es una fluctuación de campo de pares de partículas-antipartículas, fluctuación de media nula. Eso explicaría que una alteración de esa fluctuación diera como resultado la “paradoja” de la emisión de partículas por parte del vacío. Son fenómenos que han sido detectados en el laboratorio y que se confirman en la paradoja de la emisión de partículas por parte de un agujero negro, emisión en principio inesperada por cuanto un agujero negro es una concentración gravitatoria de tal intensidad que no deja escapar de sí ni a la propia luz. Esta paradoja del vacío como emisor de partículas señala un paso más en la comprensión de los límites de la realidad. Esta ya no se compone de dos ámbitos, vacío y materia, perfectamente independientes. La visión premoderna negó uno de esos componentes, el vacío; el siguiente paso fue admitirlo como componente posible, pero como simple contrapunto inerte de lo existente. El último paso ha sido poner en relación los dos ámbitos aparentemente contradictorios. Es así que el vacío viene
a confundirse con el substrato subyacente a la manifestación de
la realidad. Del inicial horror al vacío, visto éste como
el reverso imposible de lo existente, hemos pasado a integrarlo como fondo
último. El límite ha sido traspasado; el espejo ha sido traspasado
en busca de su reverso.
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Los premios Nobel del vacío Una muestra del impacto de las técnicas del vacío en las transformaciones de la ciencia de este siglo es el hecho de que 5 de los 12 primeros premios Nobel de Física y Química fueran concedidos por trabajos y descubrimientos relacionados con estas técnicas:
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