El vacío que lo sostiene todo: Guido Tonelli y el misterio de la nada cósmica
En un rincón de Pisa, donde el aire huele a piedra antigua y alborozo juvenil, Guido Tonelli (Italia, 1950) observa el cielo con la misma mirada que le valió un lugar en la historia de la ciencia: la de quien ayudó a revelar el bosón de Higgs, esa partícula fantasma que dio masa al Universo. En su último libro, La elegancia del vacío (Ariel), el profesor de Física de la Universidad de Pisa e investigador del CERN —el laboratorio de física de partículas más grande y prestigioso del mundo— nos invita a mirar donde parece no haber nada. Porque, según Tonelli, el vacío no es ausencia: es el actor más vibrante de la arquitectura cósmica. Somos, literalmente, hijos de una fluctuación cuántica. En esta entrevista, Tonelli navega entre la ciencia y la filosofía para advertirnos, con una sonrisa serena, que el suelo que pisamos es mucho más frágil y fascinante de lo que imaginamos.
«El vacío es el objeto más complejo del cosmos: la ‘nada’ es, en realidad, el ‘todo’»
—Solemos pensar en el vacío como la ausencia de todo, pero usted dice que es lo más complejo del Universo. ¿Cómo es que la nada es el todo?
—Debemos liberarnos de un prejuicio de 2.500 años: la asociación entre «vacío» y «nada». La «nada» nos asusta, es la vorágine que aniquila. Pero si eliminamos esa carga y miramos lo que dice la ciencia, el vacío es una superposición de estados. Pongo a menudo este ejemplo: ¿es el silencio la ausencia de sonido? No necesariamente. Sabemos que podemos producir silencio sumando dos sonidos en oposición de fase; así funcionan los auriculares con cancelación de ruido. De la misma forma, el negro no es solo ausencia de luz, puede ser la suma de todos los colores. En mecánica cuántica, donde las partículas son ondas, el vacío es un conjunto de ondas comprimidas en oposición de fase. Parece que no hay nada, pero en realidad es un recipiente lleno de infinitas cantidades de materia y antimateria potencial.
«El Universo nace de una fluctuación del vacío que se transforma y se ‘viste’ con estos dos componentes»
—Usted fue protagonista del descubrimiento del bosón de Higgs. ¿De qué manera ese hallazgo cambió nuestra comprensión del vacío?
—Radicalmente. Comprendimos el mecanismo que produce la masa. Durante milenios creímos que la masa era una propiedad intrínseca (si hay materia, pesa), pero descubrimos que es una propiedad dinámica: nace de una interacción. Existe un campo invisible en todo el Universo, el campo de Higgs. La masa surge porque las partículas interactúan con este campo, que las «frena». Los fotones no interactúan y no tienen masa; el electrón interactúa poco y es ligero; el quark top interactúa muchísimo y es muy pesado. Es como si el vacío hubiera adquirido una estructura nueva, el «vacío electrodébil», que nos regala la materia tal como la conocemos.
—Es decir, que sin el vacío no existiríamos.
—Exactamente. Los átomos son núcleos con electrones orbitando. Si el bosón de Higgs cambiara ligeramente la masa de los electrones o de los quarks, el átomo se desvanecería. El vacío electrodébil ha permitido la existencia del mundo material y la evolución de la que somos hijos.
«Vivimos en un equilibrio ‘metaestable’. Podría ocurrir una catástrofe cósmica que rompiera esta estructura»
—En su libro escribe que el Universo es una «fluctuación del vacío». ¿Significa esto que la materia es solo un estado accidental de la nada?
—Es algo más sutil. El Universo tiene dos componentes: la materia y el espacio-tiempo (el vacío). Y ambos son «materiales». La materia es energía concentrada, pero el espacio-tiempo, aunque parece transparente y evanescente, es una estructura gigantesca que contiene energía, vibra, oscila y se deforma con la gravedad. El Universo nace de una fluctuación del vacío que se transforma y se «viste» con estos dos componentes. Y nos ha engañado haciéndonos creer que la materia es diferente del vacío, pero es simplemente la forma elegante y llamativa de un vacío transformado.
—Menciona la posibilidad de que vivamos en un «falso vacío». ¿Cuánto debería preocuparnos que el Universo pueda colapsar instantáneamente?
—Es algo que hemos comprendido con estupor en los últimos 13 años. Nos preguntamos: ¿esta estructura del vacío electrodébil es perenne? Estudiamos su estabilidad basándonos en las masas del bosón de Higgs y del quark top. Imagine un semáforo: una zona verde (estable), una roja (inestable) y una fina franja amarilla en medio. Resulta que nuestro Universo cae exactamente en esa pequeñísima franja amarilla. Estamos en un equilibrio «metaestable». Podría ocurrir una catástrofe cósmica que rompiera esta estructura, aunque requeriría energías descomunales, inalcanzables para nosotros. Pero hay más. Durante siglos el ser humano se ha sentido frágil y ha construido cultura para compensar esa caducidad. Ahora la ciencia nos dice que incluso las estructuras más gigantescas del cosmos tienen una fragilidad intrínseca. Si quieres materia organizada, debes aceptar que no es eterna.
«La clave para la teoría del todo está en la estructura microscópica del espacio-tiempo»
—Una interpretación que casi roza lo religioso. El vacío asociado al abismo, al caos previo a la creación… Volvemos a las preguntas existenciales…
—Estoy totalmente de acuerdo. He dialogado con teólogos en la Academia Pontificia para la Vida y, aunque soy un científico ateo, el diálogo es fructífero. La fragilidad es un punto de encuentro. Deberíamos construir una nueva alianza humanística que una el saber científico y el humanístico, algo que la cultura europea ha perdido un poco, pero que es esencial recuperar.
—Volviendo a la física pura: la energía oscura. Si el vacío es responsable de la expansión acelerada del Universo, ¿podemos decir que al final el vacío ganará la batalla contra la materia?
—Es la hipótesis más probable: una muerte térmica del Universo. La expansión alejará tanto la materia que las estrellas, al morir, no podrán dispersar sus materiales para crear otras nuevas. El Universo se convertirá en una «necrópolis de estrellas»: agujeros negros y oscuridad fría. Una vestimenta fúnebre, pero que seguirá siendo, en el fondo, una forma de vacío.
—¿Cree que el estudio del vacío es la clave para la ansiada «teoría del todo» que unifique cuántica y gravedad?
—Es mi creencia personal. Es vergonzoso que hayamos explicado todas las fuerzas excepto la gravedad. Quizás hemos fallado porque nos hemos concentrado demasiado en la materia, en «lo lleno», ignorando la estructura microscópica del envoltorio: el espacio-tiempo. ¿Es el espacio-tiempo continuo o tiene «átomos» de espacio? Creo que la clave está ahí. Y soy optimista: hoy hay más mentes brillantes que nunca y una capacidad de computación enorme. Quizás un estudiante joven nos dé la respuesta pronto.
«Sigo sintiendo esa misma curiosidad que tenía mi abuelo»
—Para terminar, una pregunta personal. Tras una vida estudiando lo infinitesimal, ¿qué siente hoy cuando mira el cielo nocturno?
—Sigo siendo un niño. Nací en un pueblo de montaña, hijo de campesinos. Recuerdo estar de la mano de mi abuelo mirando el cielo estrellado. Él me decía: «Me gustaría tanto saber qué hay allá arriba…». Ese estupor infantil permanece en mí. Ahora, cuando miro el cielo, imagino ver lo que ve el satélite Planck, las fluctuaciones cuánticas primordiales; veo colores que otros no ven. Pero, paradójicamente, el conocimiento no ha matado la maravilla, la ha amplificado. Sigo sintiendo esa misma curiosidad que tenía mi abuelo.
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