Por mucho que lo intenten, los científicos no pueden eliminar por completo la energía de un espacio o de un objeto. Pero qué significa realmente la “energía de punto cero” está abierto a interpretación.
Un artículo de George Musser. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.
No importa lo que te esfuerces en vaciar una caja. Queda la energía de punto cero. Vídeo: DVDP / Quanta Magazine
Supongamos que quieres vaciar una caja. Vaciarla de verdad, por completo. Retiras todo su contenido visible, extraes cualquier gas y —aplicando alguna tecnología propia de la ciencia ficción— evacúas cualquier material invisible, como la materia oscura. Según la mecánica cuántica, ¿qué queda entonces dentro?
Suena a pregunta trampa. Y en mecánica cuántica, uno ya espera una respuesta engañosa. No solo la caja sigue llena de energía, sino que todos tus esfuerzos por vaciarla apenas han hecho mella en la cantidad existente.
Este residuo inevitable se conoce como «energía del estado fundamental», o «energía de punto cero». Se presenta en dos formas básicas: una está asociada a los campos, como el campo electromagnético, y la otra a objetos discretos, como átomos y moléculas. Puedes amortiguar las vibraciones de un campo, pero no eliminar por completo toda huella de su presencia. Y los átomos y las moléculas conservan energía incluso cuando se enfrían arbitrariamente cerca del cero absoluto. En ambos casos, la física subyacente es la misma.
La energía de punto cero es característica de cualquier estructura material u objeto que esté al menos parcialmente confinado, como un átomo retenido por campos eléctricos dentro de una molécula. La situación es similar a la de una bola que se ha asentado en el fondo de un valle. La energía total de la bola consta de su energía potencial (relacionada con la posición) y de su energía cinética (relacionada con el movimiento). Para anular ambas componentes habría que fijar con precisión tanto la posición como la velocidad del objeto, algo prohibido por el **principio de incertidumbre de Heisenberg**.
Lo que la existencia de la energía de punto cero nos dice a un nivel más profundo depende, en última instancia, de la interpretación de la mecánica cuántica que se adopte. Lo único indiscutible es que, si se sitúa un conjunto de partículas en su estado de mínima energía y se miden sus posiciones o velocidades, se observará una dispersión de valores. A pesar de haber sido desprovistas de energía, las partículas parecerán como si estuvieran vibrando. En algunas interpretaciones de la mecánica cuántica, efectivamente lo están. En otras, en cambio, la apariencia de movimiento es un vestigio engañoso de la física clásica, y no existe una forma intuitiva de imaginar qué está ocurriendo realmente.
La energía de punto cero fue introducida por primera vez por Max Planck en 1911. Después de eso, «fue Einstein, creo, quien se la tomó en serio por primera vez», afirma Peter Milonni, de la Universidad de Rochester, un teórico que estudia el vacío cuántico. Einstein y otros recurrieron a la energía de punto cero para explicar numerosos fenómenos, entre ellos las sutiles vibraciones de moléculas y redes cristalinas incluso en sus estados de mínima energía, así como el hecho de que el helio líquido no se solidifique a presión ordinaria, incluso a temperaturas tan bajas que cabría esperar que los átomos quedaran inmovilizados.
Un ejemplo reciente se ha publicado en 2025 por investigadores del European X-Ray Free-Electron Laser Facility, cerca de Hamburgo, entre otras instituciones. Enfriaron iodopiridina, una molécula orgánica compuesta por 11 átomos, casi hasta el cero absoluto y la bombardearon con un pulso láser para romper sus enlaces atómicos. El equipo descubrió que los movimientos de los átomos liberados estaban correlacionados, lo que indicaba que, pese a su estado extremadamente frío, la molécula de iodopiridina había estado vibrando. «Ese no era inicialmente el objetivo principal del experimento», explica Rebecca Boll, física experimental de la instalación. «Básicamente, fue algo que encontramos».
Quizá el efecto más conocido de la energía de punto cero en un campo fue predicho por Hendrik Casimir en 1948, observado de manera indirecta en 1958 y medido de forma concluyente en 1997. Dos placas de material eléctricamente neutro —que Casimir imaginó como láminas metálicas paralelas, aunque otras formas y sustancias también funcionan— ejercen una fuerza entre sí. Casimir sostuvo que las placas actuarían como una especie de guillotina para el campo electromagnético, suprimiendo las oscilaciones de gran longitud de onda de un modo que alteraría la energía de punto cero. Según la explicación más aceptada, en cierto sentido la energía fuera de las placas es mayor que la energía entre ellas, y esa diferencia es la que hace que las placas se atraigan.
Los teóricos de campos cuánticos suelen describir los campos como un conjunto de osciladores, cada uno con su propia energía de punto cero. En un campo existe un número infinito de osciladores y, por tanto, debería contener una cantidad infinita de energía de punto cero. Cuando los físicos se dieron cuenta de esto en las décadas de 1930 y 1940, al principio dudaron de la teoría, pero pronto aprendieron a convivir con los infinitos. En física —o al menos en la mayor parte de la física— lo que realmente importa son las diferencias de energía, y con el debido cuidado los físicos pueden restar un infinito de otro para ver qué queda.
Sin embargo, eso no funciona en el caso de la gravedad. Ya en 1946, Wolfgang Pauli se dio cuenta de que una cantidad infinita, o al menos gigantesca, de energía de punto cero debería generar un campo gravitatorio lo suficientemente intenso como para hacer estallar el universo. «Todas las formas de energía gravitan», señala Sean Carroll, físico de la Universidad Johns Hopkins. «Eso incluye la energía del vacío, así que no se puede ignorar». Por qué esta energía permanece gravitatoriamente amortiguada sigue siendo un misterio para los físicos.
En física cuántica, la energía de punto cero del vacío es algo más que un problema persistente, y es algo más que la razón por la que nunca se puede vaciar una caja del todo. En lugar de ser algo donde no debería haber nada, es la nada impregnada del potencial de ser cualquier cosa.
«Lo interesante del vacío es que cada campo, y por tanto cada partícula, está representado de algún modo», comenta Milonni. Incluso si no hay ni un solo electrón presente, el vacío contiene “electronicidad”. La energía de punto cero del vacío es el efecto combinado de todas las formas posibles de materia, incluidas aquellas que aún no hemos descubierto.
El artículo original, In Quantum Mechanics, Nothingness Is the Potential To Be Anything, se publicó el 5 de enero de 2025 en Quanta Magazine.
Traducido por César Tomé López
