LE IDEE CHE CAMBIANO IL MONDO
Cuando nos apoyamos en una mesa de madera, presionamos los pies contra el suelo o nos golpeamos el dedo pequeño contra la esquina de la cama, nuestra percepción nos transmite una única certeza: la materia es sólida, compacta y está llena.
Sin embargo, la física moderna nos demuestra que esta certeza es una ilusión de nuestra mente. A escala atómica, todo lo que tocamos, incluido nuestro cuerpo, está compuesto casi enteramente de nada.
Si es así, ¿por qué no podemos simplemente atravesar una pared o pasar la mano a través de una mesa? La respuesta reside en las fuerzas invisibles que gobiernan el mundo cuántico. Descubramos juntos la composición de la materia.
Composición de la materia: ¿qué tamaño tiene un átomo?
Para entender lo «vacía» que está la materia, debemos cambiar de escala y examinar la estructura del átomo. En el modelo simplificado que aprendemos en la escuela, el átomo está formado por un núcleo central (protones y neutrones) rodeado de una nube de electrones que orbita a su alrededor.
Para visualizar las proporciones reales, recurramos a un experimento mental. Imaginemos que un átomo es un estadio de fútbol con 80.000 localidades. El núcleo sería una mosca posada en el centro del campo y los electrones, diminutas motas de polvo que pasan a toda velocidad por las gradas. ¿Y todo el espacio restante? Completamente vacío.
Esto significa que más del 99,9999999% del volumen de la materia que nos rodea está vacío. Si pudiéramos eliminar todo el espacio vacío de los átomos que componen a toda la humanidad, los 8.000 millones de habitantes de la Tierra cabrían cómodamente en el volumen de un terrón de azúcar.
Si todo está vacío, ¿por qué la materia nos parece sólida?
Si los átomos son envolturas vacías, ¿qué impide que los átomos de nuestra mano se deslicen entre los átomos vacíos de una pared de ladrillos?
La primera razón es de naturaleza electromagnética. Los electrones tienen carga eléctrica negativa. Cuando acercas la mano a una pared, la nube electrónica de tus átomos se aproxima a la de los átomos del muro. Como las cargas del mismo signo se repelen con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, se genera una repulsión electrostática gigantesca.
En realidad, nunca has tocado nada en tu vida. Cuando crees «tocar» un objeto, simplemente percibes la fuerza de repulsión entre tus electrones y los del objeto. Literalmente estás flotando sobre un colchón de fuerza electromagnética a una distancia infinitesimal.
El «principio de exclusión» de Pauli
Pero la repulsión eléctrica es solo la mitad de la historia. El verdadero motivo por el que no puedes atravesar paredes es un principio fundamental de la física cuántica descubierto por el físico Wolfgang Pauli: el «principio de exclusión».
Los componentes fundamentales de la materia (como los electrones) pertenecen a una familia de partículas llamadas fermiones. Una de las leyes inviolables del universo establece que dos fermiones idénticos no pueden ocupar el mismo estado cuántico simultáneamente en el mismo lugar. Cuando empujas la mano contra el muro, intentas obligar a los electrones de tu cuerpo a ocupar los mismos espacios energéticos que ya ocupan los electrones de la pared.
La mecánica cuántica opone una resistencia insuperable a este intento. La «solidez» que percibimos no es el contacto entre dos superficies rígidas, sino la consecuencia de una ley matemática del universo que prohíbe la superposición de partículas. Sin el principio de exclusión, la gravedad haría colapsar todos los átomos de tu cuerpo en un punto infinitamente denso y te hundirías hasta el centro de la Tierra.