energía del vacío

El universo a veces recuerda a una tela vieja: tras un rápido enfriamiento pudieron quedar pliegues: hilos finos, casi invisibles, de densidad monstruosa. Se les llama cuerdas cósmicas. Normalmente, en el centro de una de estas cuerdas se esconde una singularidad: un punto donde las leyes de la física pierden su sentido.

Una fría superficie negra: así lucía durante miles de millones de años el mar de energía oscura, una sustancia invisible que impulsa la expansión del universo. Pero el espectrógrafo DESI detectó una ondulación casi imperceptible.

El mundo cuántico a menudo se compara con un instrumento musical. Cada sistema, ya sea un átomo o una cadena de partículas, suena en sus propias frecuencias, que los físicos llaman niveles de energía. En los sistemas caóticos, como en una orquesta sin director, estas frecuencias suelen llenar todo el rango disponible sin huecos.

El vacío cuántico no es un vacío absoluto. Es más bien una membrana tensa que oscila constantemente debido a partículas invisibles que nacen y desaparecen. Incluso en la oscuridad total, esa membrana tiembla. Los físicos decidieron observar cómo se comporta alrededor de una cáscara esférica delgada, dentro de la cual hay un espacio plano ordinario, como el de nuestra habitación.

Desde que Saul Perlmutter y sus colegas descubrieron la expansión acelerada del universo, los físicos se devanan los sesos con la naturaleza de la energía oscura.

En los primeros instantes de la vida del universo no había ni rastro de energía oscura: esa fuerza que hoy separa las galaxias cada vez más rápido. Pero si miramos más profundo, a la escala de Planck (miles de millones de miles de millones de veces más pequeña que el núcleo atómico), el espacio-tiempo deja de ser liso.

La explosión de una lejana supernova nos contó algo difícil de creer: el mundo se expande cada vez más rápido. El motor de esta aceleración es la energía oscura, casi el 70% de todo lo que existe.

La historia comenzó con la escasez de masa. En los años 1930, Fritz Zwicky, midiendo velocidades en cúmulos de galaxias, fue el primero en sospechar la presencia de materia invisible. Más tarde, Vera Rubin mostró que los bordes de las galaxias espirales giran demasiado rápido para la materia visible.

El universo se expande con aceleración, como una masa que sube cada vez más rápido aunque la levadura se acabó hace tiempo. Durante veinte años, los astrónomos han buscado la causa y la llaman energía oscura. Pero qué es exactamente sigue siendo un misterio. El nuevo trabajo propone una fuente inesperada: el vacío dentro del núcleo atómico.

El vacío cósmico no es el vacío, sino un océano vivo: su energía se hincha y mengua al compás de la expansión. Como una marea lunar, la densidad del vacío responde con sensibilidad al ritmo de Hubble —la batuta del Universo—.

Durante casi un siglo, los astrónomos han observado cómo las galaxias giran como si las sujetara una masa invisible. El primero en notarlo fue Fritz Zwicky, y Vera Rubin midió con precisión la velocidad de las estrellas en las afueras.

El cosmos no es un bloque sólido, sino un lienzo de innumerables hilos cuánticos. El espacio-tiempo no fluye como el agua, sino que vibra como un tapiz al viento. Durante mucho tiempo, los físicos solo veían el dibujo general, ignorando el temblor de los hilos individuales.

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se infló a una velocidad inimaginable: eso es la inflación. Ahora, la expansión se ha ralentizado, pero las galaxias se alejan cada vez más rápido. A la culpable de la aceleración se le llamó energía oscura.

Durante mucho tiempo, la energía oscura — esa fuerza misteriosa que impulsa la expansión del Universo — se consideró eterna e inmutable, como una levadura que nunca pierde su poder. Pero no se lograba explicar esa constancia mediante las leyes del micromundo, y los científicos comenzaron a sospechar que esta «levadura» podría estar perdiendo fuerza.

El espacio-tiempo a veces se parece a una hoja de papel en la que se puede hacer un agujero y unir los bordes con un tubo corto: se obtiene un agujero de gusano. En los modelos matemáticos más simples de estos agujeros aparecen campos escalares sin masa, algo así como una niebla invisible que lo llena todo.

El misterio de la energía oscura es un abismo. La teoría cuántica de campos predice una densidad 10¹²⁰ veces mayor que la observada. En el paisaje de cuerdas, este abismo cobra forma: una miríada de vacíos con diferente energía, y nosotros anidamos en uno de ellos.

El universo no tolera la monotonía. Hace un siglo, Edwin Hubble y Georges Lemaître nos regalaron una imagen elegante: un cosmos en expansión, liso como la superficie de un globo inflado.

El universo está estructurado como una esponja: tiene regiones densas, repletas de galaxias y gas, y poros gigantes — los vacíos cósmicos. Estos vacíos ocupan la mayor parte del espacio, pero su contenido seguía siendo un misterio — la materia allí casi no se manifiesta.

Sobre un donut de goma se extiende una película invisible: el campo cuántico. Mientras el donut es pequeño, la película está tensa y no se hunde en ningún punto: el vacío permanece vacío. Pero basta con estirar el donut hasta cierto tamaño para que en la película aparezca por sí sola una abolladura: el campo comienza a sentirse en cada punto. Esa abolladura no es casual.

El vapor que se eleva sobre un metal caliente es una vista familiar en la cocina. Pero si en lugar de agua usamos rubidio, esa nube se convierte en una batería. No funciona mediante reacciones químicas, sino gracias a la coordinación cuántica de los átomos.

Tratar de suprimir el ruido de fondo de una habitación añadiendo un sonido contrario se convierte en un aullido de los altavoces si hay un error en el circuito. Un fallo similar ocurrió con una teoría que pretendía eliminar el principal zumbido del cosmos: la inexplicablemente débil energía oscura.

Un censo de población, pero en lugar de casas hay galaxias y en lugar de habitantes, estrellas. Los astrónomos decidieron contar los 'caseríos' más pequeños y tenues de nuestra vecindad cósmica: las galaxias enanas. Son miles de veces más débiles que la Vía Láctea, y encontrarlas en las imágenes es tan difícil como distinguir una luciérnaga frente a un reflector.

En el modelo cosmológico estándar ΛCDM, las galaxias se alejan bajo el empuje de la energía oscura, un resorte invisible.

Las galaxias se alejan, pero la velocidad de expansión, medida por el resplandor posterior al Big Bang y por las explosiones de supernovas, no coincide; este problema se conoce como tensión de Hubble. Como dos bailarines que pierden el ritmo porque no se sienten el uno al otro.

En los años treinta, Pauli comprendió: sin unas diminutas partículas fantasmales, la energía de las estrellas no cuadraba. Así nacieron los neutrinos, viajeros intangibles que lo atraviesan todo.

El universo es un pastel que se prepara con una sola receta, pero la cucharilla y la báscula de cocina insisten en mostrar cantidades diferentes de azúcar. Lo mismo pasa con la expansión del universo: las mediciones basadas en estrellas cercanas (la cuchara) dan un valor, y las del resplandor antiguo del Big Bang (la báscula) dan otro completamente distinto.

El universo representa una obra de teatro, y el papel principal está reservado para la energía oscura. Durante mucho tiempo pareció que el actor era inmutable: la constante cosmológica (la energía del vacío que acelera la expansión del universo) marcaba un mismo tono.

Hace cien años, la mecánica cuántica regaló al mundo una imagen ordenada: la rotación de una partícula alrededor de un punto solo es posible con ciertas porciones de momento angular, números enteros multiplicados por la constante de Planck. Esta regla parecía tan inquebrantable como la ley de la gravedad y se deducía de simples consideraciones algebraicas.