Del vacío

Experientia docet

LHC

La naturaleza aborrece el vacío. François Rabelais condensó en esta frase de La vie de Gargantua et de Pantagruel (1532-1564) el convencimiento de la imposibilidad de la existencia del vacío que, siguiendo a Aristóteles, permeó todo el pensamiento hasta el siglo XVII. Aristóteles argumentó con cierta extensión en el libro IV de su Física en contra de los antiguos atomistas que insistían en que los átomos se mueven en un vacío infinito.

Aristóteles afirmaba que la falta de resistencia produciría velocidades infinitas; que la homogeneidad del vacío excluía la existencia del movimiento natural, que para Aristóteles se basaba en la distinción entre arriba y abajo; y que el vacío también impedía el movimiento violento, que necesitaba de un medio externo para la propulsión continua. Los escolásticos abrazaron esta visión, plenum, frente a la atomista, vacuum.

El plenum mantuvo su vigor hasta bien entrado el siglo XVII. Destaca, por ejemplo, especialmente el sistema de René Descartes, que identificaba la materia con el espacio. Así lo expresaba en Traité du monde et de la lumière (escrito entre 1632 y 1633; publicado póstumamente en 1664 ante el temor de Descartes de correr la misma suerte de Galileo con su Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, ya que, al igual que Galileo, defendía el heliocentrismo). Sin embargo, la existencia del vacío fue estudiada como posibilidad por algunos teólogos escolásticos, que consideraban que quizás fuese posible en el espacio más allá de la esfera de las estrellas fijas donde, quizás también, residiera Dios.

La refutación experimental del horror vacui comenzó en el siglo XVII con una observación puramente práctica: las bombas que se usaban en las minas parecían funcionar según el principio de horror vacui pero, increíblemente, sólo hasta una cierta altura: unos diez metros, a mayor diferencia de nivel ya no eran capaces de bombear agua, dato este que aparece en los Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attinenti la mecanica e i moti locali (1638) de Galileo. Los artesanos del Duque de Toscana querían aumentar esa altura a 12 metros. El estudio profundo del libro de Galileo y el contacto con los artesanos del toscano llevaron a Evangelista Torricelli a encontrar una explicación al fenómeno. La conclusión, sorprendente, la condensó en una frase en una carta a Michelangelo Ricci fechada el 11 de junio de 1644:

Vivimos sumergidos en el fondo de un océano de aire

Torricelli explicó la limitación con un equivalente mecánico entre el peso del aire atmosférico y el peso de la columna de agua. Para la demostración usó un tubo de cristal vertical, cerrado por un extremo, sumergido el lado abierto en un recipiente con mercurio. Al lado, otro montaje idéntico pero con agua en vez de mercurio. El mercurio subía por el tubo la catorceava parte de lo que subía el agua. Una unidad de presión que a veces se usa, los milímetros de mercurio, se llama por estos experimentos torr, como homenaje a Torricelli.

Blaise Pascal dudó de la explicación de Torricelli, pensando que sólo expresaba las limitaciones de la fuerza del vacío que se creaba en el extremo cerrado del tubo. Cuatro años después del experimento de Torricelli, Pascal inició una serie de experiencias usando el dispositivo de Torricelli (lo que hoy llamaríamos un barómetro) con varios líquidos, llegando a emplear tubos de cristal de hasta 14 metros de largo (tenía la suerte de tener buenos contactos en Ruan, donde estaba una de las fábricas de productos de cristal tecnológicamente más avanzadas de la época). El experimento decisivo tuvo lugar el 19 de septiembre de 1648, cuando Florin Périer, marido de la hermana mayor de Pascal, Gilberte, ascendió al Puy de Dôme, tomando mediciones de la columna de mercurio a tres altitudes diferentes. La columna de mercurio alcanzaba alturas cada vez menores conforme se ascendía. Pascal replicó el experimento en París, subiendo al campanario de 50 metros de Saint Jacques de la Boucherie, y viendo que el mercurio bajaba dos líneas.

Pascal quedó convencido de que era el peso de la atmósfera, y no el vacío dentro del barómetro, el que hacía que el mercurio ascendiese en los barómetros y el agua en las bombas mineras. Se comprende que la unidad de presión del sistema internacional sea, precisamente, el pascal.

Una demostración aún más espectacular de lo que hoy llamamos presión atmosférica la proporcionó no mucho tiempo después el alcalde de Magdeburgo, Otto von Guericke. Para ello usó su nueva bomba de aire, una bomba de succión a pistón con válvulas que podía aspirar el aire de cámaras cerradas y, por tanto, crear el vacío. En 1657, von Guericke hizo que su bomba sacase el aire de dos semiesferas de cobre pegadas formando una esfera y demostró que dos reatas de caballos no las podían separar.

Bomba de aire de Boyle

Robert Boyle desarrolló junto con su ayudante Robert Hooke la bomba de aire como un método consistente de crear el vacío para la investigación científica. Usando un globo de cristal diseñado para ello, en el que se hacía el vacío, Boyle demostró que conforme la bomba extraía el aire del globo la columna de mercurio de un barómetro colocado en el interior descendía hasta que quedaba al ras del recipiente de mercurio. También que la llama de una vela o la vida de los gatos eran incompatibles con el vacío. No así los fenómenos eléctricos y magnéticos, que parecían ser independientes de si existía el vacío o no. Los resultados de Boyle quedaron recogidos en su primera publicación científica, New experiments physico-mechanicall touching the spring of air (1660).

A finales del siglo XVII, por tanto, la existencia del vacío era incuestionable. Sin embargo, tan pronto como se confirmó su existencia los físicos se apresuraron a llenarlo de cosas, por lo que el vacío no es la nada. Los fluidos imponderables de la electricidad, la luz y el magnetismo del XVIII encontraron en él su acomodo, como también lo tendrían el éter y los campos electromagnéticos del XIX. Incluso cuando el éter parecía haber sido descartado a comienzos del siglo XX, la equivalencia entre masa y energía en una pirueta paradójica volvió a introducir la materia en el vacío. Por si fuera poco la física cuántica contribuyó a su complejidad llenándolo de campos, agujeros electrónicos y partículas fantasma.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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18 comentarios

  • Tom Wood Gonzalez

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    Experimentos cruciales?
    -Pascal quedó convencido de que era el peso de la atmósfera, y no el vacío dentro del barómetro, el que hacía que el mercurio ascendiese en los barómetros y el agua en las bombas mineras.
    -Una demostración aún más espectacular de lo que hoy llamamos presión atmosférica la proporcionó no mucho tiempo después el alcalde de Magdeburgo, Otto von Guericke. Para ello usó su nueva bomba de aire, una bomba de succión a pistón con válvulas que podía aspirar el aire de cámaras cerradas y, por tanto, crear el vacío. En 1657, von Guericke hizo que su bomba sacase el aire de dos semiesferas de cobre pegadas formando una esfera y demostró que dos reatas de caballos no las podían separar.

    https://culturacientifica.com/2013/11/26/la-tesis-de-duhem-quine-iii-el-experimento-crucial-que-nunca-existio/

  • Tom Wood Gonzalez

    Avatar de Tom Wood Gonzalez

    Experimentos cruciales?
    También que la llama de una vela o la vida de los gatos eran incompatibles con el vacío. No así los fenómenos eléctricos y magnéticos, que parecían ser independientes de si existía el vacío o no. Los resultados de Boyle quedaron recogidos en su primera publicación científica, New experiments physico-mechanicall touching the spring of air (1660).

  • Paco

    Avatar de Paco

    Tom Wood Gonzalez hazte un blog o algo…

    Yo personalmente no entiendo que haces poniendo un millón de enlaces a mil historias diferentes en comentarios diferentes.

    • Tom Wood Gonzalez

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      Eres masoquista; porque ni yo mismo me leo. La polisa del blog no dice que es obligatorio leer todo lo que esta escrito en los comentarios.

  • Tom Wood Gonzalez

    Avatar de Tom Wood Gonzalez

    OK, mas serio; mis comentarios siempre van determinados a calzar cientos puntos de las ideas del artículo, que amplíen sus alcances.
    Por ejemplo, el artículo dice: «Una unidad de presión que a veces se usa, los milímetros de mercurio,…»
    Y sin embargo todas las personas dicen, soy hipertenso, soy normaltenso,… tengo 80 con 120, o cosas asi. Sin tener en cuenta, por uso y el abuso; que eso son mm de Hg, o es ciencia. Esa fue la motivación de ese enlace. Sobra?
    Lo demás está relacionado; con algunas polémicas intelectuales para las que no tenemos respuestas concluyentes. Cosas como tomar los experimentos de tu época; como el fin de la ciencia física. Algo que se ha pensado en cada época; y esta no tiene porque ser diferente, pero sí porque sacar mejores conclusiones de esas experiencias científicas pasadas. O que te pase un neutrino, por un detector y le asignes un valor matemático de 5 sigmas, formes un escandalo mediatico, para tomarlo como confirmación de extrañas teorías, que no tiene caso desde las leyes de conservación físicas, ni escrúpulos fisicos desde las dudas razonables que usa el método científico. Una corrupción a todas luces.
    El problema esta dado, en que hay blog; que ya son como una saga, no sólo en sí mismo; sino en su relación con otros blog que abordan los mismos temas. Eso es excelente: Yo mismo antes tenía que hacer malabares para poner enlaces en espanol, mi póliza es no usar enlaces en inglés nunca, no hacer lo mismo que siempre se ha hecho en el pasado.
    Por ejemplo, si llegas y te lees el último libro del «Señor de los anillos» (nunca lo he leído, ni visto una película); supongo que le vas a encontrar menos sentido, un poco insípido, que si comienzas por el primer tomo. El desarrollo de la blogosfera hispana, hace que algo similar está ocurriendo,… que la mayoría de los temas fundamentales se hayan tocado,… que mejor o peor; no es lo que más importa por ahora.
    La idea central de tantos enlaces, era señalar; las diferencias de la escuela de Rutherford; con la de Bohr. La corriente física que domina la físicas actuales,… solo necesitan la mitad de un experimento; para desatar sus desatinos teóricos. Mi idea es que eso esta dado; por deformaciones en la enseñanza de la física y que esta siendo muy contraproducente para que entendamos la disyuntivas físicas, en las que nos ha puesto la naturaleza de las cosas actualmente. Por esotambiénn creo necesario los estudios genealistas(filosificos) sobre física; aunque la mayoría de los fisicos vomitan, cuando se los mencionas. Y la mayoría de los filósofos puedan hacer muy poco, dada la complejidad de todo lo relacionado con la física actualmente.
    Si hablas de presion, de vacio; tienes que hablar de Casimir el clavo caliente al que se agarran los metafísicos-matemático, para justificar un vacío cuántico universal (eso es física actual). Si hablas de vacío, no vacío; tienes que preguntarte que es el espaciotiempo junto; si es algo tangible,… o es sólo metafísica-matemática. Si hablas de campo de vacio; tienes que saber que no se parece para nada a un campo ordinario; aunque nos quieran meter esa idea con calzador. Es así como están las ciencias físicas básicas actualmente; a diferencia de los antiguos científicos que tenían la máxima: lo que no se puede medir; como el éter, es porque no existe. Por lo que la aparición de los neoeter; no las puedes separar de las presiones, de forma tan fácil en la actualidad. Mis comentarios son solo sugerenciaa para que los lectores mediten sobre conceptos más generales. Yo no les impongo mi cosmovisión, yo sugiero. Aunque a veces; los administradores mutilan, moderan (censuran) los comentarios que no les endulzan sus deudas de gratitud formativas, y se pierde cierta coherencias lógica en lo que expongo.
    Lo del blog, fue la idea original de hace unos 4 años; pero hay que esperar porque Dios emita ciertos experimentos; para calzar mis demás especulaciones sobre la interacción Luz-Luz fuerte y débil; como base de un protocolo exploratorio para un nuevo paradigma físico. Partir de de ideas simples, como se hizo las cinco veces anteriores. Sin que eso esté en contradicción con las necesarias complicadas matemáticas que surgirán después. Lo inadmisible para mi, es que una persona deje de leer una idea física; porque desde un inicio no encuentre una matemática que no entiende, o tenga partes del genero suspenso; eso es incultura física histórica. Lee, lee, lee,… todos esos blog detenidamente y le encontraras mas sentido a mis pataletas.

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