Por ser hijo de un m\u00e9dico, Arist\u00f3teles aprendi\u00f3 desde peque\u00f1o a exhibir seguridad en todo lo que dec\u00eda. M\u00e1s tarde, el sabio griego formul\u00f3 la tesis de que la naturaleza y el vac\u00edo no se combinan. Pero, casi 3 mil a\u00f1os despu\u00e9s, el vac\u00edo ha dejado de ser eso, un espacio vac\u00edo, y ha convertido en un reservorio inagotable de energ\u00eda, que no puede ya soslayarse. El vac\u00edo suministra energ\u00eda a los electrones, las part\u00edculas at\u00f3micas de carga el\u00e9ctrica negativa, y los mantiene en movimiento alrededor del n\u00facleo at\u00f3mico.<\/p>\n
Arist\u00f3teles se sorprender\u00eda se supiese que, sin esa energ\u00eda, los objetos nunca se habr\u00edan formado. No habr\u00eda nada m\u00e1s all\u00e1 de una sopa de electrones y protones, las part\u00edculas de carga positiva, que no lograr\u00edan organizarse en \u00e1tomos. Investigadores del Instituto de F\u00edsica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) compararon, teniendo en cuenta el vac\u00edo, las dos ecuaciones que suministran el valor de la energ\u00eda m\u00ednima del \u00e1tomo. Ambas fueron creadas al comienzo del siglo pasado por dos referentes de la ciencia moderna: el alem\u00e1n Werner Heisenberg y el austr\u00edaco Erwin Schr\u00f6dinger, cuando el vac\u00edo era todav\u00eda visto precisamente como espacio vac\u00edo.<\/p>\n
Pero los f\u00edsicos de la USP constataron que \u00fanicamente la formulaci\u00f3n de Heisenberg funciona de manera satisfactoria cuando se consideran las fuerzas del vac\u00edo. De esa manera, fijaron los l\u00edmites del uso de una de las f\u00f3rmulas m\u00e1s utilizadas en el estudio del comportamiento de los \u00e1tomos, la llamada ecuaci\u00f3n de onda de Schr\u00f6dinger, incluyendo el vac\u00edo, la ecuaci\u00f3n de Schr\u00f6dinger resulta en un valor incorrecto para la energ\u00eda m\u00ednima del \u00e1tomo. Al mismo tiempo, los f\u00edsicos paulistas deshicieron la antigua idea de que ambos abordajes ser\u00edan siempre equivalentes, y llevar\u00edan al mismo resultado al respecto de la energ\u00eda m\u00ednima del \u00e1tomo ?una informaci\u00f3n esencial para entender, por ejemplo, a qu\u00e9 temperatura se derrite un metal.<\/p>\n
Estudiantes, ingenieros y f\u00edsicos, ciertamente han de interesarse en esta noticia, pues la ecuaci\u00f3n que indica correctamente la energ\u00eda del \u00e1tomo es la de Heisenberg, que es m\u00e1s sencilla y m\u00e1s f\u00e1cil de trabajarse que la otra. La ecuaci\u00f3n de onda de Schr\u00f6dinger continua siendo \u00fatil, pero operar con ella requerir\u00e1 un poco m\u00e1s de atenci\u00f3n a partir de ahora. “De una manera no comprendida a\u00fan, los efectos de las fuerzas del vac\u00edo ya est\u00e1n incluidos en alg\u00fan elemento de la formulaci\u00f3n de Schr\u00f6dinger”, observa Coraci Pereira Malta, una de las autoras de este estudio, publicado en diciembre en\u00a0Physics Letters A<\/em> .<\/p>\n “Pero sucede que no sabemos c\u00f3mo Schr\u00f6dinger lo logr\u00f3, pues \u00e9l que no conoc\u00eda las fuerzas del vac\u00edo”. El trabajo, en coautor\u00eda con Humberto Fran\u00e7a y dos de sus alumnos, Alencar Faria y Rodrigo Sponchiado, todos de la USP? demuestra que el resultado de la ecuaci\u00f3n de Heisenberg con el vac\u00edo es equivalente a la de Schr\u00f6dinger sin el vac\u00edo. “Probamos fehacientemente que Schr\u00f6dinger estaba equivocado cuando dec\u00eda que su formulaci\u00f3n y la de Heisenberg eran equivalentes”, comenta Coraci. Para no parecer pretensiosos a punto tal de destronar a uno de los fundadores de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, la investigadora elabora una versi\u00f3n m\u00e1s modesta para explicar lo que hicieron: “Confirmamos lo que Dirac ya hab\u00eda sospechado”.<\/p>\n Part\u00edculas solitarias Dirac lleg\u00f3 a esa conclusi\u00f3n vali\u00e9ndose de c\u00e1lculos sofisticados, que describen la interacci\u00f3n de los electrones con las fuerzas electromagn\u00e9ticas del vac\u00edo. Sus conclusiones siguieron siendo desconocidas hasta ser rescatadas por el grupo de la USP el a\u00f1o pasado. Los f\u00edsicos paulistas arribaron al mismo resultado de Dirac con un modelo conceptual bastante sencillo, correspondiente a un electr\u00f3n inmerso en el vac\u00edo, vibrando en la punta de un resorte.<\/p>\n Es el llamado oscilador arm\u00f3nico simple con carga el\u00e9ctrica, el mismo que puede representar al \u00e1tomo de hidr\u00f3geno, con tan solo un electr\u00f3n en la \u00f3rbita de una part\u00edcula solitaria, un prot\u00f3n, que constituye el n\u00facleo. Este modelo representa tambi\u00e9n a los \u00e1tomos de otros seis elementos qu\u00edmicos, el litio, el sodio, el potasio, el rubidio, el cesio y el francio, en cuya capa m\u00e1s externa circula apenas un electr\u00f3n. Con base en esta plataforma de pruebas, los investigadores analizaron en primer lugar la ecuaci\u00f3n creada por Heisenberg.<\/p>\n Curiosamente, el camino matem\u00e1tico planteado por el cient\u00edfico alem\u00e1n para hallar la energ\u00eda del electr\u00f3n es similar al abordaje adoptado 300 a\u00f1os antes por el f\u00edsico brit\u00e1nico Isaac Newton para definir el movimiento de un cuerpo cualquiera. Heisenberg y Newton, cada uno a su manera, ven a la aceleraci\u00f3n como un efecto de la fuerza actuante sobre ese cuerpo, y as\u00ed prev\u00e9n el movimiento, ya sea el de un componente del n\u00facleo at\u00f3mico o el de un planeta.<\/p>\n Newton, en 1687, y Heisenberg, en 1925, consideraron la posici\u00f3n de la part\u00edcula evolucionando en el tiempo, una variable abolida en la ecuaci\u00f3n de Schr\u00f6dinger, formulada un a\u00f1o m\u00e1s tarde, en 1926. Schr\u00f6dinger trabajaba con estados de movimiento independientes del tiempo ?el electr\u00f3n no es entonces visto como part\u00edcula, sino como una onda. Su enfoque result\u00f3 en una ecuaci\u00f3n un tanto m\u00e1s complicada que la de Heisenberg. Pero Schr\u00f6dinger aseguraba que ambas llevaban a los mismos resultados. Sin embargo, no fue eso lo que se verific\u00f3 al final del a\u00f1o pasado. Los f\u00edsicos de la USP agregaron las fuerzas del vac\u00edo a la f\u00f3rmula de Heisenberg y, sin ning\u00fan tipo de problemas, llegaron al valor correcto para la energ\u00eda m\u00ednima del electr\u00f3n oscilando en la punta de un resorte.<\/p>\n Al hacer lo propio con el enfoque de Schr\u00f6dinger, notaron que la energ\u00eda del electr\u00f3n sencillamente se duplicaba y derivaba en situaciones extra\u00f1as ?ser\u00eda como decir que una persona com\u00fan de casi 2 metros de altura puede llegar a medir hasta 4 metros de altura. La ecuaci\u00f3n de Schr\u00f6dinger solamente funcionaba a la perfecci\u00f3n sin las fuerzas del vac\u00edo. As\u00ed, la altura m\u00e1xima de las personas volv\u00eda a ser de 2 metros. Por eso, va una recomendaci\u00f3n pr\u00e1ctica: no deben adicionarse las fuerzas del vac\u00edo a la ecuaci\u00f3n de onda de Schr\u00f6dinger. Excepto en esa situaci\u00f3n, el vac\u00edo no puede despreciarse. El propio electr\u00f3n parece notar la existencia de este tipo de energ\u00eda dispersa en el espacio, como una mosca mojada de humedad momentos antes de que la lluvia comience.<\/p>\n “El electr\u00f3n emite y absorbe la radiaci\u00f3n del vac\u00edo permanentemente”, dice Fran\u00e7a. “Y solamente mantiene su \u00f3rbita estable porque emite la misma cantidad de energ\u00eda que absorbe”. Aunque el vac\u00edo es casi imperceptible a temperatura ambiente, act\u00faa de una manera similar a un campo magn\u00e9tico, producido por la acci\u00f3n de un im\u00e1n com\u00fan, y logra aproximar dos placas met\u00e1licas neutras, paralelas y mantenidas a una temperatura cercana al cero absoluto (-273 grados Celsius), tal como ha sido demostrado experimentalmente. Es la fuerza de Casimir, identificada en 1954.<\/p>\n Aun cuando el vaci\u00f3 no sea tan conocido como a electricidad, es m\u00e1s intenso que la gravedad, la m\u00e1s tenue y abarcadora de las fuerzas que rigen el Universo. La fuerza de Casimir se vuelve 16 veces mayor si la distancia entre las dos placas se reduce a la mitad, mientras que la gravedad tan solo se cuadruplica. Resta todav\u00eda probarlo, pero se imagina que el vac\u00edo puede ser la misteriosa energ\u00eda oscura, correspondiente al 73% del universo. Por lo pronto, al margen de explicar la composici\u00f3n del cosmos, el vac\u00edo se ha vuelto importante debido a que implica una forma de energ\u00eda aprovechable, incluso para reemplazar a la electricidad.<\/p>\n Esta posibilidad surgi\u00f3 reci\u00e9n algunos a\u00f1os despu\u00e9s de que la teor\u00eda cu\u00e1ntica cobrase consistencia, como resultado del trabajo conjunto de un grupo de f\u00edsicos notables, entre los que estaban Dirac, Schr\u00f6dinger y Heisenberg. En 1928, cuando empezaban a aclararse los fen\u00f3menos que permitir\u00edan la construcci\u00f3n de los aparatos de audio y televisi\u00f3n, el norteamericano Harold Nyquist previ\u00f3 que el vac\u00edo podr\u00eda interferir en los circuitos el\u00e9ctricos.<\/p>\n Con base en esta idea, Fran\u00e7a, de la USP, junto con un equipo de dos empresas norteamericanas, Mission Research y ManyOne Networks, proyectaron un equipamiento que, si todo marcha bien, lograr\u00e1 extraer energ\u00eda \u00fatil del vac\u00edo. Dicho artefacto est\u00e1 compuesto por una bobina de dos cent\u00edmetros de di\u00e1metro, enfriada a -270 grados Celsius, que har\u00e1 las veces de una antena, para captar la energ\u00eda del vac\u00edo. “Dependiendo de la forma en que se la enrolle, esa bobina, en principio, puede suprimir o aumentar el poder de captaci\u00f3n de energ\u00eda del vac\u00edo”, dice Fran\u00e7a. El plan consiste en armar y probar el experimento este mismo a\u00f1o, siempre y cuando se superen los problemas presupuestarios. El prototipo no saldr\u00eda por menos de 150 mil reales.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un equipo de la USP descubre los l\u00edmites del uso de la ecuaci\u00f3n de onda de Schr\u00f6dinger, una de las f\u00f3rmulas m\u00e1s empleadas en el estudio del \u00e1tomo","protected":false},"author":17,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[5968],"class_list":["post-76617","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76617","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/17"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=76617"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76617\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=76617"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=76617"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=76617"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=76617"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
\n<\/strong>El brit\u00e1nico Paul Dirac redescubri\u00f3 el vac\u00edo en 1927. Hab\u00edan pasado por entonces casi 20 a\u00f1os desde que ese tipo de energ\u00eda hab\u00eda sido planteada por el alem\u00e1n Max Planck, el descubridor de las primeras leyes del extra\u00f1o mundo de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, en el cual las part\u00edculas at\u00f3micas adquieren comportamientos aparentemente absurdos ?pueden estar en dos lugares al mismo tiempo o desplazarse de un punto a otro sin pasar por el medio. En 1963, Dirac esgrimi\u00f3 la posibilidad de que los dos caminos para calcular la energ\u00eda m\u00ednima del \u00e1tomo, el de Heisenberg y el de Schr\u00f6dinger, no llevasen al mismo resultado.<\/p>\n