El horror al vacío

En el siglo XVII el científico e intendente de Magdeburgo, Otto von Guericke, hizo la siguiente demostración pública. Tomó dos grandes hemisferios de cobre, con sus bordes bien lisitos, engrasados y en contacto, y evacuó con una bomba de su invención el aire del interior de la esfera así formada. Ató a cada hemisferio un equipo de 15 caballos, que tirando en direcciones opuestas no pudieron separarlos. Fue el nacimiento de la ciencia del vacío, que hasta entonces había sido un concepto filosófico y que como tantos, a partir de la Revolución Científica, se sometió a la investigación empírica. 

El interior de los hemisferios de Magdeburgo no estaba vacío vacío, por supuesto. La bomba de von Guericke había logrado evacuar una parte del aire interior, y eso fue suficiente para que la diferencia de presión entre el exterior y el interior los mantuviese apretadísimos como por arte de magia. Las bombas modernas pueden evacuar muchísimo más aire de un recipiente cerrado. Muchos experimentos requieren un ambiente vacío, tan vacío como se pueda, y todos los estudiantes de física aprendemos a usar esas bombas en los cursos de Laboratorio. Existe el vacío, el alto vacío, el ultra alto vacío... cada vez más difíciles de lograr y mantener. 

Pero incluso en el ultra alto vacío de los aceleradores de partículas o los detectores de ondas gravitacionales quedan algunas moléculas rezagadas, decenas de miles en cada centímetro cúbico. ¡El espacio exterior está mucho más vacío! En el espacio interestelar hay (en promedio, porque es muy heterogéneo) apenas un átomo por centímetro cúbico. Ni siquiera los vastos abismos intergalácticos están vacíos: ahí podés encontrar un átomo ¡por metro cúbico! La nada misma, uno podría decir, pero son regiones tan inmensas que, de todos modos, deben pesar bastante. ¿Cuánto? Se me ocurrió hacer el cálculo. La distancia característica entre dos galaxias es de algunos millones de años luz. Tomemos por ejemplo un cubo de 2.5 millones de años luz de lado, como el que podemos dibujar entre nuestra galaxia y la de Andrómeda. 

¿Qué volumen tiene este cubo? Un año luz son 10¹⁶ metros, o sea 10000000000000000 metros (cuenten 16 ceros). Así que el volumen del cubo es:

V = (2.5×10⁶×10¹⁶ m)³ = 1.5×10⁶⁷ m³.

Es un número inmenso, ¡una potencia 67! Así que aunque en cada uno de esos metros cúbicos encontremos un solo átomo, algo debe pesar, ¿no? Supongamos que en cada metro cúbico hay un átomo de hidrógeno (¿de qué otra cosa, si no?; casi toda la materia del universo es hidrógeno). La masa de cada átomo es:

M_H = 1.67×10^-27 kg.

Así que la masa del inmeso cubo es el producto de ambos números:

M = 1.5×10⁶⁷×1.67×10^-27 kg = 2.6×10⁴⁰ kg.

Otro número inmenso, difícil de asimilar. ¿Cuánto son 10 a la 40 kilos? Qué sé yo. Pongámoslo en masas solares, usando los 2×10³⁰ kg que pesa el Sol. Nos da:

M = 1.3×10¹⁰ masas solares.

Esto es más entendible. ¡Son 13 mil millones de masas solares! A la pucha, estamos hablando de algo tan masivo como una pequeña galaxia. Es la masa de la Nube Mayor de Magallanes, por ejemplo. 

La Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda están bastante juntitas, y son las únicas galaxias grandes de nuestro grupo local de galaxias. Los dos grupos más cercanos, el de Sculptor y el de IC342, están a unos 10 millones de años luz del Grupo Local. Un cubo de 10 millones de años luz de lado de "vacío" intergaláctico pesa... 8×10¹¹ masas solares, ¡tanto como toda la Vía Láctea!

O sea: el híper tenue gas entre las galaxias pesa tanto como las galaxias. 

¿Qué pasará con el espacio interestelar? En nuestra región de la galaxia, la distancia típica entre estrellas es de 10 años luz. Si construímos un cubo de 10 años luz de lado, y ponemos un átomo de hidrógeno en cada centímetro cúbico, la masa nos da 1.7×10³⁰ kg, comparable con la masa del Sol. Así que el resultado es, coincidentemente, que el medio interestelar (un millón de veces más denso que el intergaláctico) también pesa tanto como los objetos que separa, las estrellas. 

 

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La ilustración de los hemisferios de Magdeburgo es de un grabado de Gaspar Schott, quien describió el experimento en su libro Mechanica Hydraulico-Pneumatica (1657). Yo lo leí hace tanto tiempo que ya ni me acuerdo, tal vez en un libro de Monteiro Lobato.

Las ilustraciones de las galaxias están basadas en una de Andrew Z. Colvin, en Wikipedia (CC BY-SA). La segunda dice incorrectamente IC 341 (que es una nebulosa tenue junto a las Pléyades), debería decir IC 342.