¿Cuál es el espacio más pequeño posible en el Universo?
- Autor, Dalia Ventura
- rollo, BBC mundo de noticias
Cuando pensamos en el Universo, nuestra tendencia es llevar la mente a la inmensidad inimaginable, un espacio sin límites conocidos, donde todo existe.
Pero lo inimaginablemente pequeño es lo que constituye los pilares de esta inmensidad y nos ofrece la posibilidad de entender cómo funciona.
Al observar cómo se comportan sus componentes en la escala más pequeña posible, podemos entender cómo se unen para crear este mundo y más. Esta es una de las principales razones que nos llevaron a querer descubrir qué es lo más pequeño del mundo.
Y la respuesta a esta eterna pregunta ha evolucionado junto con la humanidad.
Hubo un tiempo en que se creía que eran los granos de arena.
Entonces se descubrió el átomo. Creíamos que era indivisible hasta que descubrimos los protones, neutrones y electrones en su interior.
¿Serían estas entonces las partículas fundamentales? No, en realidad, los protones y los neutrones están formados por tres quarks cada uno.
Parece que no tiene fin. Así que tomemos un atajo para mantener nuestra cordura: una de las longitudes más pequeñas jamás «medidas» es el límite superior del radio del electrón, que es de 10¯²² metros.
Escritor y matemático usa el ejemplo para decir que nada está vacío
Pero eso no significa que sea el más pequeño que existe.
Tenga en cuenta que la pregunta no es «¿Cuál es la cosa más pequeña del mundo?», sino «¿Qué es la cosa más pequeña?»
Eso es porque la cosa más pequeña del mundo conocida por los humanos es un espacio.
Quien lo dice es el escritor y matemático Steven Strogatz, quien también explicó en un programa de radio algo fundamental para entender este punto: que nada está vacío…
el vacío no es nada
Para ilustrar esta idea, Strogatz puso como ejemplo algo que todos hacemos: aplaudir.
Según él, “el espacio entre tus manos cuando se separan antes de aplaudir, ese mismo vacío, tiene un tejido”.
Es lo mismo que cuando estamos nadando en el agua, que nos rodea continuamente. Sabemos que está compuesto de moléculas, que son como pequeños granos unidos entre sí. Con el espacio que nos rodea sucede lo mismo.
Pero entonces, ¿cuál es el espacio más pequeño posible en el Universo? BBC News Mundo, el servicio en español de la BBC, le hizo esta pregunta a Steven Strogatz.
«Intuitivamente, podrías pensar que es algo que no existe, ya que puedes tomar cualquier espacio, dividirlo por la mitad y seguir haciendo lo mismo infinitamente», explica. “Eso es lo que se ha hecho a lo largo de la historia”.
«Pero con la teoría cuántica, ahora se cree que hay una unidad de espacio que es la más pequeña de todas».
En 1899, el científico alemán Max Planck propuso la constante como una medida del tamaño de cada ‘paquete’ o cuanto de energía en que se divide la luz.
casi al limite
Para llegar a esta unidad se tomaron las únicas tres constantes físicas fundamentales conocidas (es decir, las que se aplican a todo el Universo):
c – la velocidad de la luz en el vacío.
G: la constante de la gravedad newtoniana, que también se usa en la relatividad general.
ħ – la constante fundamental que establece la escala de los fenómenos cuánticos.
Esta última se llama constante de Planck, el número que inició el campo de la física cuántica.
En 1899, el científico alemán Max Planck propuso la constante como medida del tamaño de cada «paquete» o cuanto de energía en que se divide la luz.
Presentó esta hipótesis «cuántica» de la luz como un truco matemático para que sus ecuaciones funcionaran. Pero Albert Einstein argumentó cinco años después que el truco debe tomarse literalmente: que la luz en realidad se descompone en estos paquetes discretos de energía.
La constante de Planck es un número extremadamente pequeño:
6,626070150 × 10¯³⁵ kg⋅m2/s
o, en su versión extendida, 0,0000000000000000000000000000000006626070150 julios-segundo, tal y como estableció en 2019 el CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear.
Estos números pueden parecer un poco abstractos y sin sentido, pero no se preocupe. Están casi al borde de la física. Parafraseando al físico danés Niels Bohr (1885-1962), si la teoría cuántica no te desconcierta, es que no la entiendes.
Pero lo contrario no es necesariamente cierto: el hecho de que estemos desconcertados no significa que ya entendamos. Así que volvamos a Strogatz.
Max Planck (izquierda) entrega a Albert Einstein la Medalla Max Planck en 1929.
Sin limites
En el artículo en el que presentaba la constante que lleva su nombre, Planck destacaba:
«… es posible establecer unidades de longitud, masa, tiempo y temperatura, que son independientes de cuerpos o sustancias especiales, conservando necesariamente su significado para todos los tiempos y todas las civilizaciones, incluidas las extraterrestres y no humanas, que pueden ser llamadas ‘unidades naturales de medida'».
Y Planck hizo exactamente eso. «Se dio cuenta de que solo hay una forma posible de combinar estos tres números fundamentales (c, G y ħ) para obtener una distancia: la longitud de Planck (llamada ℓP)», explica Strogatz.
Agrega que el motivo del gran interés de los físicos es que creen que esa sería la unidad de longitud de la llamada «teoría del todo», que unificaría la gravedad, la relatividad y los efectos cuánticos.
“Todavía no tenemos esta teoría, que es uno de los grandes misterios de la física moderna”, aclara Strogatz. «Pero los físicos insisten en que debe existir. No es un punto de vista científico, es una creencia, pero la historia de la ciencia demuestra que buscar la unificación nos acerca a la verdad».
La belleza de ℓP es que no importa qué unidades se elijan para realizar las mediciones. Pueden ser métricas o marcianas, pero todas determinarán la misma longitud de Planck.
«Lo loco es que al combinar estas tres constantes conocidas, obtenemos una longitud increíblemente pequeña, mucho más pequeña incluso que el tamaño estimado de electrones y quarks», según Strogatz. Pero, ¿cuál es este tamaño?
La constante de Planck es una unidad teórica, pero tiene bases sólidas entre las constantes del universo.
Mide aproximadamente 1,6 x 10¯³⁵ metros, o 0,000000000000000000000000000000000016 metros, aproximadamente una billonésima de una billonésima de una billonésima de un metro.
Un fotón que viaja a la velocidad de la luz tardaría entre 10 y 43 segundos en recorrer esa distancia. Este es el tiempo de Planck, el «cuanto de tiempo» o la medida de tiempo más pequeña que tiene algún significado.
Eso es porque estas unidades marcan el límite de nuestro conocimiento existente hasta el momento.
Hasta ahora, hemos llegado
Esto es similar a la frase latina que aparecía en los mapas en la Edad Media para indicar territorios desconocidos o peligrosos: dracones hic sunt («aquí hay dragones»).
La longitud de Planck es la línea de demarcación después de la cual ya no se puede aplicar la física tal como la conocemos. Sus leyes se rompen, las ideas clásicas sobre la gravedad y el espacio-tiempo dejan de ser válidas y dominan los efectos cuánticos.
Al cruzar este límite, las ecuaciones producen solo resultados absurdos.
“Nuestra intuición funciona bien hasta que alcanzamos la longitud de Planck”, según trogatz. A partir de entonces, “el concepto que tenemos del espacio pierde sentido”.
«No sabemos qué sucede a esa escala», explica. «¿Es el Universo un tablero de ajedrez ordenado hecho de píxeles o algo totalmente loco, vibrante y flotante, como la superficie del océano?»
Esta es una escala en la que las cosas pueden volverse muy entrecortadas y aleatorias, una escala en la que las partículas van y vienen muy rápidamente. Una escala en la que la gravedad, que es la fuerza más débil de todas, podría volverse dominante.
O tal vez todas o ninguna de las hipótesis anteriores.
Tampoco sabemos si hay longitudes más pequeñas. Pero, hasta que llegue la próxima revolución científica, tenemos la longitud de Planck, que es un pedacito de este Universo desconocido.
«La longitud de Planck nos habla del espacio vacío, este espacio vacío lleno de materia que se convierte en planetas, personas y todo lo demás», dice Strogatz. “Es una propiedad del paisaje, el escenario donde se desarrolla la física, la vida, todo”.
«Lo más básico es el vacío».
«Aspirante a especialista en café. Solucionador de problemas. Fanático de los viajes. Creador. Apasionado aficionado a la televisión».
