¿Y si Aristóteles tenía razón sobre la composición del universo?

¿De qué está hecho el Universo? Calculamos que en el inmensamente grande espacio entre galaxias hay menos de un átomo por cada metro cúbico ocupando un quintillonésimo (cero, coma, 30 ceros y un 1) del volumen total. ¿Y el resto del espacio?, ¿está vacío? ¿Qué significa que está vacío? Si no hay nada diríamos que esencialmente no existe. Pero el vacío tendrá que existir porque los átomos pueden moverse por él y la radiación (es decir, un campo electromagnético, o cualquier otro campo) puede llenarlo. Entonces ¿el vacío no existe?, ¿qué hay en ese vacío? O, mejor dicho, ¿qué es (porque existe) el vacío cósmico? Llevamos milenios preguntándonos por la esencia del universo, y resulta que quizás tampoco hemos avanzado tanto en algunos conceptos.

Todas las culturas han ideado modelos cosmológicos para proporcionar una visión de todo lo que nos rodea, desde las plantas y animales hasta el Sol, la Luna y el firmamento, e informarnos de cuál es nuestro lugar en el universo. Nuestro modelo cosmológico actual puede concebirse como una evolución de todo el imaginario de la humanidad, de todas las ideas e interpretaciones que se han ido haciendo a lo largo de generaciones, y que han ido preparando y conduciendo a la mente humana por el camino del conocimiento hasta llegar al modelo cosmológico físico-matemático que hoy aceptamos como el más cercano a la realidad, en el sentido de que reproduce muchas de las observaciones que hacemos del universo, si bien aún cuenta con muchas y fundamentales lagunas.

Dentro de esa herencia cultural-mental, hoy hablamos de los griegos, para los que todo el cosmos era la combinación de 4 elementos: tierra, agua, fuego y aire. El universo estaría compuesto de 2 partes, y nos quedamos con la que interesa a los astrofísicos, la de los cielos. Para esa región Aristóteles puso encima de la mesa 2 conceptos que podríamos considerar como visionarios: los cielos tendrían un movimiento perfecto y estarían compuestos por algo llamado éter, un quinto elemento que más tarde se denominó, ya en latín, quintaesencia.

El movimiento perfecto bien podría compararse con la expansión del universo y el Principio Cosmológico, del que ya hablamos y establece que el cosmos, incluida la expansión, es homogéneo (igual en todos sitios) e isótropo (no hay una dirección o un sitio privilegiado en el Universo, da igual hacia dónde mires). Per-fecta, “en dos palabras”.

Lo que podríamos pensar que alberga muy poca materia, en realidad está “lleno” de algo que llamamos energía del vacío, o incluso algo un poco más complejo que hoy llamamos quintaesencia

La segunda idea es incluso más revolucionaria: para Aristóteles, y para los astrofísicos hoy, el universo no “está” vacío, podríamos decir que “es” vacío, y es que el espacio entre galaxias, lo que podríamos pensar que alberga muy poca materia, en realidad está “lleno” de algo que llamamos energía del vacío, o incluso algo un poco más complejo que hoy llamamos quintaesencia, como la de Aristóteles.

La expansión de un universo que cumple el Principio Cosmológico está descrita por las conocidas como ecuaciones de Friedmann, que nos dicen que la velocidad de expansión puede crecer o decrecer (y hasta hacerse negativa), según el contenido del cosmos. La materia de todo tipo, con su masa, se atrae por efectos gravitatorios y lucha contra la expansión, tiende a pararla. Toda la radiación electromagnética que existe en el universo, o los neutrinos que viajan por el cosmos, ponen su granito de arena para parar la expansión. Cualquier otro componente del universo, conocido o desconocido, debe tener su efecto. Las ecuaciones de Friedmann vienen con una velocidad de expansión y una aceleración de serie, una constante, llamada cosmológica (y que a Einstein no le gustaba) que según su valor nos dice que el universo de manera intrínseca empezó con tendencia a expandirse (constante cosmológica positiva), o contraerse (constante negativa) o a ser estático (constante nula, que es lo que le gustaba a Einstein).

La constante cosmológica, como su nombre indica, no cambia, su valor fue, es y será siempre el mismo, de manera análoga a la constante de Gravitación Universal o la de Planck o la de los gases perfectos. Varios experimentos hechos en los últimos 20 años nos indican que su valor es positivo y que el universo está acelerando su expansión. Todo hay que decirlo, ese resultado cuenta con un nivel de certidumbre bastante “bajo” para lo que consideramos fiable los físicos: estamos seguros al 99.7%, pero normalmente consideramos algo cierto si estamos seguros al 99.9999993%

La energía del vacío, si existe y es constante en el tiempo, sería indistinguible de la existencia de una constante cosmológica

Ahora bien, la expansión acelerada se puede explicar con una constante cosmológica o si existe algo que baña el universo y que tiene propiedades contrarias a la materia o la radiación de la que hablábamos antes, algo que lucha a favor de la expansión, lo que se conoce como energía del vacío u oscura. Sería como la Nada de la Historia Interminable, y va ganando la partida de extenderse por un universo que cada vez se hace más grande más rápido. Esa energía del vacío, si existe y es constante en el tiempo, sería indistinguible de la existencia de una constante cosmológica. Podría ser una especie de quinta fuerza de la naturaleza, a unirse a la gravitatoria, la electromagnética, la fuerte y la débil, pero en vez de ser atractiva sería repulsiva. O una nueva forma de materia-energía que no podría ni calentarse ni enfriarse, ni mojarse ni secarse, como definió Aristóteles el éter, algo completamente diferente y que no interactuaría con las 4 formas de materia-energía conocidas: materia ordinaria (la que forma lo que vemos), materia oscura (que no vemos y dominaría la masa del universo), neutrinos y radiación electromagnética (luz).

De quinta-fuerza o quinto-elemento a quinta-esencia todavía hay un paso más que dar: permitir que esa energía del vacío no sea constante, varíe con el tiempo. Esta sería la definición de quintaesencia: una forma de energía desconocida que trabaja a nivel cósmico para acelerar el universo, o podría incluso decelerarlo si sus propiedades cambian con el tiempo. Siendo variable quizás no deberíamos llamarla quintaesencia, sino k-esencia o kinescencia, porque para Aristóteles la quintaesencia ni cambia ni se degrada, es una sustancia perfecta que forma los cuerpos celestes. Para el filósofo griego la quintaesencia también tiene en su naturaleza el movimiento perfecto mientras que la materia que forma la Tierra (e incluso parte de la Luna, que está en los cielos y debería ser pura pero presenta imperfecciones: los cráteres y mares) tiende a caer y pararse (lo que recuerda a la gravedad y a luchar contra la expansión). Y la quintaesencia sería eterna, lo cual podría fácilmente compararse con teorías cosmológicas que identifican la energía oscura como la responsable de la expansión y del comienzo del espacio-tiempo como lo conocemos.

¿Existe la energía oscura, la quintaesencia, la kinescencia? Si existe algo así, desconocemos el 70% del universo. ¿Qué experimento podemos idear para estudiar algo que no sabemos qué es, que no tiene masa, que no interactúa con la luz, que no es como ninguna otra fuerza que conocemos pero que es lo que más influye en el espacio-tiempo? Tendremos que seguir investigando porque, como decía Aristóteles, todo ser humano desea, de manera natural, el conocimiento, y nos queda mucho por adquirir, así que también habrá que usar la imaginación, la fantasía de Aristóteles.

Pablo G. Pérez González es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Patricia Sánchez Blázquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

Puedes seguir a Materia en Facebook, Twitter, Instagram o suscribirte aquí a nuestra newsletter