CONCEPCIONES DE LOS ESTUDIANTES E HISTORIA DE LA CIENCIA: EL CASO DEL CONCEPTO DE VACÍO

CONCEPCIONES DE LOS ESTUDIANTES E HISTORIA DE LA CIENCIA: EL CASO DEL CONCEPTO DE VACÍO

Joan Josep Solaz-Portolés

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1.5.8. El siglo XX.

En 1905 Albert Einstein (1879-1955) dio a conocer uno de los pilares básicos en que se sustenta la teoría de la relatividad: la velocidad de la luz es constante e independiente de las velocidades de la fuente y del observador. Esta hipótesis, que se vería confirmada experimentalmente, junto con una acumulación de experiencias anteriores donde se pretendía medir la velocidad relativa del éter o respecto de él, acabarían por hacer superfluo al éter como medio de propagación de la luz y reemplazarlo por espacio vacío.

En este siglo, en la comunidad científica se rechazan las acciones directas a distancia, como implícitamente admitía la mecánica newtoniana, y se niega la existencia de un medio intermediario que transmite las interacciones. Se acepta, por el contrario, que todas las interacciones están aseguradas por los campos de fuerza (gravitatatorio, electromagnético, etc.). Se les considera como una realidad objetiva que puede existir independientemente de los cuerpos que los han generado, y como una de las formas de existencia de la materia. En suma, ya no hay espacio absolutamente vacío, pues todo está lleno de campos.

Joseph John Thompson (1856-1940) ante la confirmación experimental de la existencia de unas partículas cargadas negativamente, los electrones, que son un constituyente de toda la materia, propuso un modelo atómico en que el átomo es una esfera homogénea cargada positivamente y los electrones están incrustados en ella.

En la segunda década de este siglo, se disponía de átomos radiactivos con una gran energía cinética de los que se podía hacer uso como proyectiles en el estudio de la estructura de la materia: las partículas alfa. Los experimentos llevados a cabo por Enrst Rutherford (1871-1937) en 1911 haciendo incidir un haz de partículas alfa sobre una fina lámina metálica, le llevaron a la formulación de un nuevo modelo atómico. En él se concentra casi toda la masa del átomo en un pequeño núcleo central, cargado positivamente, y a su alrededor se mueven los electrones. Con lo cual, este modelo ofrece una imagen del átomo prácticamente vacío, que es tal y como se acepta hoy en la actualidad a pesar de que el modelo haya sido abandonado y sustituido por el mecano-cuántico.

Hasta el primer cuarto de este siglo se acumularon ciertas evidencias experimentales de que la interacción de la radiación electromagnética con la materia no se ajustaba de manera adecuada a la la teoría de Maxwell para el campo electromagnético. Por otro lado, varios experimentos pusieron de manifiesto que el movimiento de las partículas subatómicas no seguía las leyes de la dinámica newtoniana. Con el correr del tiempo, y gracias a los esfuerzos de científicos brillantes, entre ellos Werner Karl Heisenberg (1901-1976) y Erwin Schrödinger (1887-1961), se llegó a una nueva teoría que constituye la esencia de la física contemporánea: la teoría cuántica.

Precisamente un principio formulado por Heisenberg, el principio de incertidumbre, proporciona un nuevo argumento a la ciencia contemporánea para poner en duda la existencia de espacio vacío. Así, si consideramos una zona del espacio vacía, esto implicaría que cualquier campo de fuerzas tendría allí valor exactamente cero. Si aplicamos entonces el principio de incertidumbre, que indica en este caso que cuanto mayor es la precisión con la que se conoce el campo menor es la precisión con la que podemos saber su variación con el tiempo, en el espacio vacío el campo no puede tener valor cero porque su variación con el tiempo también tendría valor preciso cero. En consecuencia, la teoría cuántica nos conduce inevitablemente a llenar el espacio vacío con pares de partículas que aparecen juntas en un instante determinado, se separan, y luego se vuelven a juntar aniquililándose entre sí. Es decir, que lo suponemos espacio vacío es en realidad un maremágnum de materia no permanente: electrones, protones, neutrones, fotones, mesones, neutrinos o cualquier tipo posible de partícula y antipartícula subatómica.

En definitiva, se puede concluir que la ciencia actual admite la existencia de espacio vacío de materia real, a saber, de materia permanente, pero este mismo espacio lo llena de materia virtual o no permanente.