Reseña: “El vacío y la nada” de Enrique F. Borja

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“La idea de vacío que se ha dibujado en el último siglo lo aleja de la idea filosófica de ‘nada absoluta’, convirtiéndolo en uno de los pilares fundamentales para el estudio de la estructura última de la materia y el universo. [El] vacío es la pieza clave en el puzle de la física fundamental. Incluso las propuestas teóricas más avanzadas, como la teoría de supercuerdas y derivadas, encuentran en el vacío y su estructura uno de sus mayores retos. [Aún] queda mucho camino por recorrer, [pero] el vacío se hallará en la clave de la solución”.

Te recomiendo el libro del físico y divulgador Enrique F. Borja, “El vacío y la nada. ¿Qué había antes del Big Bang?” Un paseo por el cosmos, RBA (2015) [156 pp.]. Un libro muy completo y muy bien ilustrado sobre la física del vacío, que ni menciona las ideas filosóficas sobre la nada, que disfrutarán todos los buenos aficionados a la divulgación. Como nos aclara el autor se trata de “una historia inconclusa” sobre el vacío “que deja más preguntas que respuestas. [Solo] hemos descubierto una mínima parte de las sorpresas que nos va a deparar el estudio del vacío”.

Sin lugar a dudas, Enrique es uno de los grandes divulgadores de física en español. Te recomiendo su blog Cuentos Cuánticos, su primer libro “Un universo en 174 páginas”, LCMF, 05 Dic 2015, y su libro de texto, aún en proceso de escritura, “Relatividad general. Un siglo con las ecuaciones de Einstein,” cuyo PDF puedes descargar en Cuentos Cuánticos, 18 Nov 2015.

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Este breve libro cuenta con cinco capítulos tras la introducción [pp. 7-12]. “La física moderna define el vacío como el estado de mínima energía de los sistemas cuánticos. [Este] vacío no es algo inerte, [estando] en permanente cambio con continuas fluctuaciones. [El] vacío da una energía en préstamo que se expresa en forma de partículas y luego se reintegra al vacío. [La] propia física nos proporciona medios indirectos para poder observar fenómenos que, sin tener en cuenta el papel que juega el vacío en ellos, no tendrían explicación”.

El primer capítulo, “El vacío no es nada” [pp. 13-35], recorre en pocas páginas la historia del vacío desde Parménides de Elea en el siglo VI a.C. hasta el campo de Higgs en la actualidad. “El éter se desvanece en el vacío” [pp. 22-24], y nos lleva a “el vacío y la relatividad” [pp. 24-27]. Lo más interesante para muchos lectores será “el vacío cuántico” [pp. 27-35]. “Todo campo tiene un mínimo de energía (al menos uno). A ese estado de mínima energía se lo denomina estado vacío. [Hay] partículas asociadas al campo y se podría decir que el estado de vacío del campo [es] aquel que no contiene ninguna de sus partículas asociadas. [Pero hay campos] en los que el estado sin partículas asociadas no [es] el de mínima energía. [Se] presentan dos nociones de vacío que no coinciden: llamamos vacío real al estado de mínima energía de un sistema, y falso vacío al estado sin partículas”.

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“Las manifestaciones del vacío” [pp. 37-56], el capítulo segundo, se inicia recordando que “el vacío no está vacío, sino que contiene ondas que surgen al azar. Estas ondas tienen características de partículas, de manera que podemos entender el vacío cuántico como un mar de partículas que se crean y aniquilan rápidamente. [La] física proporciona métodos indirectos para tener constancia de la estructura del vacío. [Hay] tres fenómenos principales que se explican gracias a la existencia del vacío: el efecto Lamb [pp. 40-46], el efecto Casimir [pp. 47-51] y el efecto Schwinger [pp. 51-54]”. Los tres se explican de forma breve pero comprensiva. “En muchos textos se da por hecho que el efecto Casimir es una demostración irrefutable de la existencia de fluctuaciones del vacío, y esto no es cierto del todo. [Pero] el efecto Lamb sí que es un poderoso argumento”.

El capítulo tercero, “El vacío y la masa, una relación delicada” [pp. 57-79], nos explica “que la masa es la manifestación de las distintas formas que las partículas tienen de relacionarse… con el vacío”. Tras una breve descripción de las partículas conocidas, se recuerda que “el modelo estándar tiene también una bellísima descripción matemática que esconde una pesadilla. El armazón matemático que [lo] soporta [es] consistente única y exclusivamente en el caso de que las partículas que describe sean partículas sin masa. [Un] golpe mortal a la teoría, exitosa hasta grado sumo, [que resuelve] “el mecanismo de Higgs” [ pp. 65-73].

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“El campo de Higgs tiene cuatro partículas asociadas que se denotan por H+, H, H0 y h. La partícula que es posible detectar es la h y su existencia implica que el mecanismo funciona. Las otras tres no se detectan de forma directa pero su existencia está relacionada con la masa de las partículas”. Tras presentar “las dos formas en las que el Higgs da masa a las partículas” se recuerda que “no solo del Higgs vive la masa. El vacío de QCD” dota al protón “del 99% de su masa”. Finaliza el capítulo con “¿El vacío del fin del mundo?” [pp. 73-79], que discute la metaestabilidad del modelo estándar.

“El universo, ¿un gran préstamo del vacío?” [pp. 81-126], nos explica que “uno de los hechos más sorprendentes es que, los avances en cosmología, parecen demostrar que todo el universo pudo haberse originado de forma espontánea a partir del vacío cuántico. Posiblemente esta sea una de las sospechas más asombrosas que haya tenido la humanidad fruto de la acumulación de evidencias científicas”. Lo sabemos que “el universo se expande” [pp. 84-91] y podemos reconstruir “la historia y composición del universo” [pp. 91-98]. “Cuando se intenta definir un punto que contenga toda la energía del universo, nos encontramos con el problema de que nuestras teorías no funcionan, así que realmente no se puede describir ese punto que generó todo el universo observable”.

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“La gran herramienta de la cosmología actual es la radiación cósmica de fondo” nos cuenta Enrique en “las primeras señales” [pp. 98-104]. Tras describir cómo se generó, nos destaca la información más relevante que podemos extraer: la “geometría del universo y densidad de energía” [pp. 104-107], que “el universo es plano” [pp. 107-115], y que existe “una energía que domina el universo” [pp. 115-117] en la actualidad y que nos lleva “al conocido problema de la coincidencia cósmica, por qué vivimos en [una] época donde las densidades de energía de las distintas componentes son comparables entre sí”.

“El origen del universo y la inflación cosmológica” [pp. 117-126] nos presenta “el infláton, un campo que presentaría un perfil de energía parecido al campo de Higgs, pero con algunas diferencias. [Su] estado de falso vacío tendría un perfil de energía fundamentalmente plano antes de llegar a una suave caída hacia el verdadero vacío”. Muy bien ilustrado, Enrique nos recuerda que “la teoría de la inflación es en realidad un conjunto de modelos que difieren unos de otros en los detalles del perfil de energías; esto influye sutilmente en las predicciones de cada modelo”.

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El quinto capítulo, “¿Vacío? Depende de a quién le preguntes” [pp. 127-149] nos recuerda que “bajo determinadas circunstancias, lo que para un observador parece encontrarse en el vacío cuántico, para otro distinto estará lleno de partículas. [Por] ejemplo, en un sistema sin partículas, un observador que esté acelerando respecto a este sistema verá un continuo flujo de partículas que emergen del vacío. [Esta] generación de partículas desde el vacío involucra la presencia de un horizonte”. Bien conocidas son “la radiación de Hawking, que conduce a la evaporación de los agujeros negros, [y] la radiación de Unruh, que es la radiación térmica que detecta, en el vacío, un observador acelerado. Igualmente, en un universo en expansión acelerada, existe un horizonte y un flujo de partículas a través de dicho horizonte, la radiación de Gibbons-Hawking, así como una creación de partículas del vacío, como fue descrita en los años sesenta por el físico neoyorquino Leonard Parker (1938)”.

De “relatividad especial y observadores inerciales: un vacío para todos” [p. 130], pasamos a “observadores con una aceleración uniforme y el vacío” [pp. 131-133]. Los diagramas de espacio-tiempo nos llevan a los “horizontes” [pp. 133-136] y a la “generación de partículas y agujeros negros” [pp. 135-144]. “Hay muchas explicaciones a nivel divulgativo de [la radiación de Hawking], pero pocas ponen de manifiesto que su origen está, al igual que el efecto Unruh, en la comparación entre vacíos por parte de dos observadores distintos. [Más aún,] en los cálculos de Hawking la radiación no sale directamente del agujero, sino que se genera en sus inmediaciones, de modo que, tanto desde el punto de vista de la energía como del comportamiento del agujero negro, la imagen es plenamente consistente con las leyes físicas”.

Finaliza el estupendo libro de Enrique F. Borja con “horizontes cosmológicos” [pp. 144-146]. Los libros de RBA colecciones nos ofrecen una de cal y otra de arena. Este libro será disfrutado por todos los buenos aficionados a la divulgación quienes, con toda seguridad, se quedarán con ganas de más. Podrán recurrir tanto al listado final de lecturas recomendadas como a blogs de física tan buenos como Cuentos Cuánticos.


24 Comentarios

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Pedro MascarósPedro Mascarós

Me ha dejado papá noel “Un universo en 174 páginas” de este autor. Leyéndolo como estoy y según observo en esta reseña, me atrevo a decir que éste es un tipo de divulgación muy acorde a las necesidades de información actuales. Es claro, al grano, conciso y cuidadoso de no pillarse los dedos; no se pierde en discusiones filosóficas , especulaciones pasionales, o rellenos históricos. Es una carta de navegación de ideas actuales y consensuadas.

Este libro aquí reseñado se lo voy a pedir a los reyes magos.

EliodoroEliodoro

Me ha dejado papá noel….. Este libro aquí reseñado se lo voy a pedir a los reyes magos.

¿Quieres dos? ¿No te basta el que te trajo papa noel? … que no creo que haya sucedido ninguna de las dos cosas, a menos que me retrotraiga a mis 5 años, xq no creo en ellos … Allá tú.

MaríaMaría

Qué profundo, Eliodoro. Todos los demás creemos fervientemente en ellos y en el Ratoncito Pérez, debes de sentirte muy inteligente.

EdEd

El problema es conseguir cómo comprar el libro. Si no se suscrbe uno a una colección interminable de la que no se sabe qué autores serán, se corre el riesgo de suscribirse a algunos libros excelentes, pero también a un montón de “bodrios”. ¿Alguien sabe cómo se pueden adquirir individualmente?, porque en las librerías convencionales no saben nada del asunto.

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

Que el vacío de los físicos no es la nada de los filósofos, es algo que lo tienen claro los filósofos. Pero no sé si lo tienen igual de claro algunos físicos. En el caso del físico y divulgador Enrique F. Borja -del que me he visto algunas charlas y conferencias en youtube- me desconcierta que mencione la nada en el título -nada menos-, cuando Francis asegura que el autor en este libro “ni menciona las ideas filosóficas sobre la nada”… ¿es marketing entonces el título?

El estudio del vacío físico me parece fascinante y seguro que -por lo que nos sugieren los expertos en mecánica cuántica- nos hará entender mejor el universo. No tengo razones para desconfiar de lo que los físicos me dicen acerca de su vacío. Contraponerlo con la nada de la filosofía podría ser interesante, pero corresponde a los filósofos tratar de la nada (cada uno a lo suyo, ¿no?). “¿Por qué hay algo y no nada?” es una pregunta filosófica (y NO equivale a “¿por qué hay partículas y no solo vacío?”) El vacío es algo, luego el vacío no es la nada. Todo lo que se diga del vacío no explica nada de la nada. ¿Obvio, no?

EdEd

Claro, porque la nada no existe. Es un puro “constructo” de los filósofos, como tantos otros que permanecen en el baúl de los recuerdos.

Francisco R. Villatoro

Gabriel, los libros de RBA Colecciones son por encargo, te dan el título y tú escribes un libro con dicho título, luego le ponen un subtítulo, por ello, a veces, el título no describe bien el libro (y a veces el subtítulo tampoco).

AlejandroAlejandro

Cuando el operador destrucción actúa sobre el estado de vació cuántico el resultado es cero â|0>=0 creo que se expresa así .

Para mi esto está diciendo que el vacío cuántico no solo no es la nada , sino que es algo que existe, es real y encima con propiedades muy complejas, como muestra al interactuar con los operadores creación/destrucción.
Por otro lado está el cero, que para mi al contrario del vacío cuántico si se acerca más a la noción de nada. ¿Qué es el cero? ¿Es la nada absoluta? ¿Puede existir la nada o es una contradicción lógica en si misma?

Un saludo.

Pedro MascarósPedro Mascarós

A mi entender, Alejandro, el cero tiene entidad propia, tiene propiedades, por lo que no puede considerarse como nada. Una forma intuitiva de verlo es la diferencia en el trato con las bases de datos, o los lenguajes de programación, entre cero, cadena vacía (”) y valor nulo (Null); en estos casos, la nada equivale al valor nulo.
Nada es aquello de lo que nada puede venir, lo que se suele llamar “nada absoluta”.

VicenteVicente

La verdad es que los precios son realmente asequibles. Pues, aún así, escribes en google el título de la colección y te añade la coletilla “pdf”…

VíctorVíctor

Preguntarse qué había antes del Big Bang es como preguntarse qué habrá después de la muerte.

Francisco R. Villatoro

Víctor, en cosmología se llama Big Bang (también Big Bang caliente) a lo que le pasó al universo tras el recalentamiento que tuvo lugar tras la inflación cósmica; luego la inflación se considera pre-Big Bang y por ello la pregunta qué había antes del Big Bang se considera como científica en cosmología.

FedericoFederico

Siempre me gusto su blog Cuentos Cuanticos, de hecho, mis dos lugares favoritos para leer sobre estos temas son Naukas y Cuentos Cuanticos.
Me encantaria poder conseguirlo en Argentina en algun momento!

JoanJoan

Pues llamadme tonto, pero estoy intentando comprar el libro en la web y sólo me deja comprar la colección entera…si alguien me manda el link, lo agradeceré.

Francisco R. Villatoro

Tienes razón, Joan, no me había dado cuenta. Por lo que parece para comprar libros individuales tienes que usar el teléfono: “Si desea solicitar algún ejemplar atrasado, estaremos encantados de atenderle en el teléfono del Servicio de Atención al Cliente RBA Coleccionables, disponible de lunes a viernes de 9 a 15 h.”

ConradoConrado

El tema es el efecto Casimir:
Las placas metálicas con cierta masa se ven atraídas por lo tanto luego de un cierto tiempo adquieren velocidad ergo energía cinética.
Me perece obvio que la energía provino del espacio vacío y esto no está de acuerdo con la termodinámica ni con la descripción que hace la cuántica del vacío.
Creo que el tema merece ser estudiado.

José A. BrunoJosé A. Bruno

Estimados:

cómo puedo hacer para comprar los libros de la Colección RBC que me interesan; vivo en Argentina.
Saludos

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