Pensándolo bien...

La referencia a la nada es proverbial. En el libro del Génesis se incluye una descripción que sugiere un estado de vacío o de no existencia antes de que Dios iniciara el acto de la creación. Sin embargo, la interpretación de estos versículos puede variar ampliamente según diferentes tradiciones teológicas y exégesis bíblicas. Algunos ven esto como una representación poética del proceso de creación, mientras que otros lo interpretan de manera más literal. En cualquier caso, estas líneas han sido fundamentales para las discusiones teológicas y filosóficas sobre el concepto de la creación ex nihilo, que significa «creación de la nada».

Además del aspecto físico, es uno de esos eternos temas filosóficos. Al interrogante de qué es la nada se puede contestar que la total y absoluta oscuridad. Claro que de aquí deriva otro interrogante más peliagudo que el anterior, porque surge si puede la nada ser en realidad algo. Y si no fuera así, todavía asoma otro interrogante sobre cómo es que todo lo que nos rodea pudo surgir de la nada. La cuestión es que si pretendemos identificar un campo científico que pudiera intentar responder a este tipo de paradojas, ese es la física cuántica.

Según la teoría cuántica, el vacío no está realmente vacío, sino que es un campo lleno de energía y actividad. En este «vacío cuántico», se producen fluctuaciones cuánticas que pueden dar lugar a la creación espontánea de partículas y antipartículas, las cuales existen por un breve instante antes de aniquilarse mutuamente. Este fenómeno es conocido como «fluctuaciones cuánticas del vacío».

Además, el Principio de Incertidumbre de Heisenberg sugiere que es imposible tener un estado de verdadera «nada», ya que siempre hay alguna incertidumbre o actividad. Incluso en el vacío más completo, no se puede determinar con precisión un cero de energía o “cero movimiento”, lo que implica que siempre hay algún tipo de «algo» en lo que consideraríamos «nada». Este entendimiento de la «nada» en términos cuánticos ha llevado a muchas especulaciones y teorías en física, incluyendo ideas sobre cómo podría haber surgido el universo de este vacío cuántico.

De modo que la teoría cuántica sugiere que la nada es en realidad algo. Incluso el vacío más vacío estaría lleno de diminutas partículas elementares que oscilan dentro y fuera de la existencia en lapsos de tiempo demasiado cortos como para poder ser observados. O sea, partículas que aparecen y desaparecen irregularmente sin ninguna causa evidente. Al menos, en teoría. No es un entorno en el que los científicos puedan sentirse cómodos, entre otras cosas, porque se trata de fenómenos muy complicados de conjeturar como observarlos. Recientemente se ha publicado en la revista Nature la investigación de un equipo de la Universidad de Konstanz en Alemania, liderado por Leitenstorfer cuya aportación ha consistido en que ese algo que puede ser la nada, es observable.

La cuestión es paradójica, por cuanto desde el punto de vista cuántico no se puede efectuar una medida sin alterar el sistema. La observación podría destruir el sistema. El Principio de Incertidumbre, formulado por Werner Heisenberg, establece que no es posible medir simultáneamente con precisión arbitraria ciertos pares de propiedades de una partícula, las magnitudes conjugadas. como su posición y su momento (que incluye velocidad y dirección). Esto significa que el acto de medir una de estas propiedades afectará inevitablemente la otra. Además, en mecánica cuántica, las partículas son descritas por una función de onda, que contiene información sobre todas las posibles posiciones y estados de una partícula. Mientras no se observe o mida la partícula, se dice que existe en una superposición de todos estos posibles estados. Sin embargo, cuando se realiza una medición, la función de onda «colapsa» a un estado específico. Este fenómeno es conocido como el «colapso de la función de onda». Por lo tanto, en cierto sentido, la observación o medición en mecánica cuántica no destruye el sistema, pero sí cambia fundamentalmente su estado y la información que podemos obtener de él. Este concepto es una de las características más intrigantes y menos intuitivas de la mecánica
cuántica y ha sido tema de numerosos debates y experimentos en física.

Representación abstracta de alguien observando el concepto de «nada», creada con Chat GPT con DALL-E

Un área prometedora es la denominada de fenómenos ultrarrápidos, como es la observación de cómo los electrones se mueven dentro de los átomos, moléculas o sólidos. Estos movimientos pueden ser causados por reacciones químicas, cambios en los estados de energía o interacciones con la luz. Los procesos de transferencia de carga, propios de los procesos usuales en química y bioquímica, la transferencia de electrones entre moléculas o dentro de ellas puede ocurrir en escalas de tiempo extremadamente cortas, siendo fundamental para la fotosíntesis y la electrónica molecular. Los cambios estructurales en materiales, como los que ocurren durante las transiciones de fase o las reacciones químicas, pueden ser monitoreados en escalas de tiempo ultrarrápidas. Esto permite a los científicos entender mejor las propiedades mecánicas y termodinámicas de los materiales. En general, las interacciones Láser-Materia con lo que se estudia cómo la materia interactúa con pulsos láser de alta intensidad y duración ultracorta, son cruciales para el desarrollo de nuevas tecnologías en medicina, telecomunicaciones y fabricación de materiales. Los campos específicos de la fotónica y la optoelectrónica, tratan con fenómenos ultrarrápidos, que son fundamentales en el desarrollo de dispositivos fotónicos y optoelectrónicos, como los láseres ultrarrápidos y los sensores de alta velocidad. Para estudiar estos fenómenos, los investigadores utilizan técnicas como la espectroscopía de ultrarrápidos y los pulsos láser de femto y atto-segundos, lo que permite captar imágenes y mediciones detalladas de estos procesos rápidos. Estas investigaciones son fundamentales para avanzar en nuestra comprensión de la física y la química a escalas microscópicas, así como para el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en estos principios​.

La combinación de técnicas de espectroscopía láser ultrarrápida para estudiar la transferencia de carga en células solares, permite establecer objetivos de mejora de su eficiencia. La attoquímica, un campo que estudia el movimiento de electrones durante reacciones químicas con pulsos de luz de attosegundos, es una de las áreas clave. La fotónica, por su parte, se ha establecido como una ciencia central para el futuro, con aplicaciones potenciales en medicina, conservación de energía, iluminación y fabricación de alta calidad. La Comisión Europea ha reconocido la importancia de la fotónica y ha invertido significativamente financiando proyectos innovadores en este campo​. El uso de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático en la fotónica ultrarrápida está siendo explorado para controlar sistemas láser complejos y generar luz personalizada. Aunque esta aplicación aún no ha alcanzado su máximo potencial, se están desarrollando trabajos para integrar estas tecnologías y proporcionar una hoja de ruta para futuras investigaciones en esta área.​

La información que se ha proporcionado por los investigadores del campo de los fenómenos ultrarrápidos implica que creen que han descubierto un método para observar realmente las cosas en el nivel cuántico, sin destruirlas. Su procedimiento implica esencialmente un disparo de un pulso láser súper corto, que dura sólo unos pocos femtosegundos (o sea, una millonésima parte de una milmillonésima de segundo) en un espacio vacío. La novedad conceptual de estos experimentos es que, en lugar de las técnicas usuales utilizadas hasta ahora, los físicos de Konstanz miden las amplitudes de la luz directamente en diferentes puntos de su trayectoria. Se pueden analizar los cambios de polarización que sufre a luz al avanzar propagándose a través del vacío. Los distintos estados del haz de luz permiten generar un mapa cuántico del vacío. No se trata de absorber fotones para lograr realizar las mediciones, sino detectar el ruido electromagnético de fondo del vacío, con lo que se accede al estado fundamental del propio vacío.

Esta perspectiva se basa en la teoría cuántica de campos, donde el vacío no se considera un simple vacío, sino un espacio lleno de actividad cuántica. Las fluctuaciones del vacío, también conocidas como fluctuaciones cuánticas del vacío, son variaciones temporales aleatorias en la cantidad de energía en un punto en el espacio, resultantes de la incertidumbre cuántica. Estas fluctuaciones pueden generar, como hemos dicho anteriormente, partículas virtuales que aparecen y desaparecen en un tiempo muy corto, una idea central en la teoría cuántica de campos.

La detección de este «ruido» o fluctuaciones cuánticas del vacío podría, en teoría, proporcionar información sobre el estado fundamental del espacio y la naturaleza de los campos cuánticos. Sin embargo, medir directamente estas fluctuaciones es extremadamente desafiante debido a su naturaleza efímera y a los niveles de energía extremadamente bajos que están involucrados.

Uno de los fenómenos relacionados con las fluctuaciones del vacío es el efecto Casimir, donde dos placas metálicas no cargadas y conductoras colocadas muy cerca una de la otra en el vacío experimentan una fuerza de atracción. Esto se atribuye a las fluctuaciones cuánticas del vacío. Experimentos de este tipo ofrecen una ventana para estudiar estas sutiles características del vacío cuántico.

Este campo de estudio es crucial para una comprensión más profunda de la física fundamental, y tiene implicaciones potenciales para el desarrollo de tecnologías avanzadas, incluyendo las que se basan en los principios de la mecánica cuántica.