¿Se puede crear energía?
Larry M. Silverberg no trabaja, asesora, posee acciones ni recibe financiación de ninguna empresa u organización que pueda beneficiarse de este artículo, y no ha revelado ninguna afiliación relevante más allá de su nombramiento académico.
La materia es lo que constituye el universo, pero ¿qué es lo que constituye la materia? Esta pregunta ha sido durante mucho tiempo complicada para los que piensan en ella, especialmente para los físicos. Reflejando las recientes tendencias de la física, mi colega Jeffrey Eischen y yo hemos descrito una forma actualizada de pensar en la materia. Proponemos que la materia no está hecha de partículas u ondas, como se pensó durante mucho tiempo, sino -más fundamentalmente- que la materia está hecha de fragmentos de energía.
Los antiguos griegos concebían cinco componentes básicos de la materia, de abajo a arriba: tierra, agua, aire, fuego y éter. El éter era la materia que llenaba los cielos y explicaba la rotación de las estrellas, tal y como se observaba desde la Tierra. Estos eran los primeros elementos más básicos a partir de los cuales se podía construir un mundo. Sus concepciones de los elementos físicos no cambiaron drásticamente durante casi 2.000 años.
El tamaño del universo
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En los libros y artículos de divulgación científica, siempre me encuentro con la afirmación de que la energía total del Universo es cero, “porque la energía positiva de la materia es anulada por la energía negativa del campo gravitatorio”.
Esto es lo que significa “anulado por la energía negativa del campo gravitatorio”, pero es una noción algo vacía. Yo no perdería el tiempo pensando demasiado en las afirmaciones que la gente hace basándose en esta idea. No es una noción de energía físicamente útil en una teoría gravitacional.
En el escenario aceptado de big-bang e inflación, y antes de que tuviéramos pruebas de la existencia de la energía oscura, era posible hablar del posible destino del universo (abierto o cerrado) en términos de la expansión inicial equilibrada por la masa total solamente.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que las cuestiones cambian bastante por la presencia de la energía oscura en el universo. No hay posibilidad de una geometría cerrada, y estamos condenados a un final frío y solitario en un futuro lejano, ya que la expansión acelerada desgarra cada vez más las regiones de baja entropía.
Materia oscura
La hipótesis del universo de energía cero propone que la cantidad total de energía en el universo es exactamente cero: su cantidad de energía positiva en forma de materia se cancela exactamente con su energía negativa en forma de gravedad[1] Algunos físicos, como Lawrence Krauss, Stephen Hawking o Alexander Vilenkin, llaman o denominan a este estado “un universo de la nada”, aunque el modelo de universo de energía cero requiere que exista tanto un campo de materia con energía positiva como un campo gravitatorio con energía negativa. [La hipótesis se discute ampliamente en fuentes populares [3] [4] [5] Otros ejemplos de cancelación incluyen la prevalencia simétrica esperada de los momentos angulares de los objetos a derecha e izquierda (“spin” en el sentido común), la planitud observada del universo, la prevalencia igual de cargas positivas y negativas, el spin opuesto de las partículas en la mecánica cuántica, así como las crestas y valles de las ondas electromagnéticas, entre otros posibles ejemplos en la naturaleza.
Las pruebas experimentales de que el universo observable es un “universo de energía cero” no son actualmente concluyentes. La energía gravitacional de la materia visible representa entre el 26 y el 37% de la densidad de masa-energía total observada[14]. Por tanto, para que el concepto de “universo de energía cero” se ajuste al universo observado, son necesarios otros depósitos de energía negativa además de la gravedad de la materia bariónica. Con frecuencia se supone que estos depósitos son materia oscura[15].
Energía negativa
Aunque parece obvio que hay una enorme cantidad de energía en las partículas y la radiación que impregnan el universo, esta energía puede estar equilibrada por la energía negativa causada por la atracción gravitatoria entre las partículas. Como explicó Stephen Hawking, cuando se separan dos objetos, es necesario gastar energía para superar la gravedad que los une. Como se necesita energía positiva para separarlos, la gravedad debe ser energía negativa.
Si esa teoría es correcta, entonces nunca hubo necesidad de crear energía o materia: se anulan mutuamente. Eso implica que el big bang podría haber comenzado como una simple fluctuación estadística.
La energía puede ser transferida entre diferentes almacenes. La energía y la materia son equivalentes, por lo que la energía nuclear, por ejemplo, comienza como materia. Cuando se hace un inventario de toda la materia y la energía del universo, la suma es cero, lo que parece, como mínimo, contraintuitivo.
Según Albert Einstein, la masa y la energía son equivalentes y, según Tryon, la energía positiva asociada a la masa se contrarresta con la energía potencial gravitatoria, que es negativa. Además, según la teoría cuántica de campos, las partículas aparecen y desaparecen de forma rutinaria. Tryon sugirió que lo mismo podría ocurrir con un universo.