¿Por qué les llaman partículas cuando quieren decir éter? Al llegar aquí espero que haya quedado claro, como mínimo, el sentido de la primera parte de la pregunta. ¿Por qué les llaman partículas? Los físicos llaman partículas a unas cosas muy raras y muy diferentes de lo que en el lenguaje común, o en el mundo de nuestra experiencia cotidiana, consideramos partículas. Los átomos son las partículas más pequeñas que componen el mundo físico: eso se entendía muy bien. Luego resulta que los átomos están formados por protones, neutrones y electrones. Bueno, vale, los protones, neutrones y electrones son las partículas elementales, y los átomos ya no son propiamente partículas. Al menos no son partículas elementales, y si los electrones están permanentemente girando alrededor del núcleo, entonces más bien podría decirse que los átomos son en realidad máquinas elementales (¿particulares?). Pero la cosa no queda aquí, como hemos visto. Los protones y neutrones tampoco son partículas elementales, sino que están formados por quarks, que se mantienen fuertemente unidos gracias a una fuerza que les llega a través de otras partículas elementales de otra familia, los bosones, algunos de los cuales ni siquiera tienen masa, y uno de ellos, el de Higgs, tiene tanta que la transmite a todas las partículas que pueden aceptarla. Los electrones siguen siendo partículas elementales, pero, al igual que el resto de las partículas, son a la vez ondas, y solo pueden identificarse como elementos puntuales cuando la onda colapsa. En fin, creo que se habrá entendido no solo el sentido, sino también la pertinencia de mi pregunta, aunque tal vez la formulación sea un poco impertinente. Ya veremos cómo acaba todo, pero de momento no se puede negar que teníamos un caso y que merecía ser investigado.
¿…cuando quieren decir éter? Bueno, alguien podría preguntarme qué quiero decir yo cuando digo “éter”, porque el término tiene dos acepciones principales: puede referirse a un compuesto químico o a un hipotético fluido que se supone que llena el espacio. A mí la palabra siempre me evoca una tercera cosa, un chiste que leí de niño y que me hizo mucha gracia. Se basa en esta dualidad de significados y en un juego de palabras que solo puede hacer reír a un niño. Ahí va, por si hay algún niño leyéndome. El profesor pregunta al alumno: «¿Qué clases de éter hay?» Y el alumno responde: «Tres. Éter atmosférico, éter sulfúrico y eter… minado.» La verdad es que aún me hace gracia, y no sé si es porque sigo siendo aquel niño o porque lo recuerdo con cariño y me río con él.
El éter al que hace referencia la pregunta es el fluido hipotético. Etimológicamente, la palabra viene del griego antiguo y quería decir algo así como “aire puro”. La mitología griega añade un matiz, que es el que provoca que el término llegue a ser utilizado por los filósofos antiguos y, de estos, pase a los físicos modernos: no es un aire puro cualquiera, como el que uno espera respirar cuando va a la montaña para desintoxicarse de la atmósfera urbanita contaminada, sino el aire puro y celestial que respiran los mismísimos dioses. Por tanto, el éter no está a nuestro alcance. Solo se encuentra allá arriba, donde sea que tengan su morada los dioses. ¿En el Olimpo? Pues ahí. El éter sería el aire olímpico.
Cuando Aristóteles intentó explicar el movimiento, vio que hay una gran diferencia entre dos tipos de movimientos: los que ocurren en la tierra y los que ocurren en el cielo. Los que ocurren en la tierra son, en principio, rectilíneos: cuando se aplica una fuera a un objeto, se mueve en línea recta. Pero no todos los objetos se mueven igual: la misma fuerza no provoca el mismo movimiento en una bola de hierro que en un balón. Por otra parte, hay movimientos espontáneos: una piedra va hacia abajo, el fuego va hacia arriba. En el cielo, en cambio, todos los movimientos parecen ser circulares y regulares: el sol, la luna y las estrellas se mueven de forma circular y siempre a la misma velocidad. Aristóteles creyó que estas diferencias podían explicarse basándose en la composición de las cosas de la tierra y del cielo. Postuló que nuestro mundo, el mundo sublunar, el situado debajo de la luna, estaba formado por cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego. La combinación en diversas proporciones de estos cuatro elementos formaba todas las cosas que vemos a nuestro alrededor, y el tipo de movimiento que estas tienen debía estar determinado por la naturaleza de sus cuatro elementos componentes. Eso le llevó a creer que en el mundo supralunar, de la luna hacia arriba, debía haber un elemento diferente, uno cuyo movimiento natural fuera circular y regular. Es comprensible que pensara en aquel éter purísimo que respiraban los dioses para dar un nombre a este elemento: el aire del cielo, que no está a nuestro alcance. El éter sería el quinto elemento, como también se le llamaba a veces, o también quintaesencia.
Mucho tiempo después, Kepler y Newton demostraron que no hay diferencia entre física terrestre y física celeste: las mismas leyes que explican los movimientos que podemos observar aquí, debajo de la luna, explican también los que vemos allá arriba, los del sol, la luna, los planetas y las estrellas. La idea de éter como elemento celestial fue abandonada definitivamente, pero una idea no muy diferente volvió a aparecer ya desde los primeros días de la ciencia moderna. Aristóteles, el padre intelectual del quinto elemento, había dejado escrito que la naturaleza tiene horror al vacío: todo tiene que estar lleno. Esta idea estuvo muy presente en la mentalidad de los filósofos medievales y, creo yo, siguió presente en la de los físicos modernos. Hablando muy en general, puede decirse que la noción de éter entendido como hipotético fluido que lo llena todo, surge para cerrar el paso al vacío: donde parece no haber nada, hay algo: éter.
La naturaleza puede tener sus manías, entre ellas el odio al vacío, pero los científicos son gente seria e imparcial y no resulta creíble que se dejen arrastrar por prejuicios como ese. Si no veían claro lo del vacío, debe haber algo más. Y sí, lo hay, o lo hubo. O lo hubo y lo vuelve a haber, como luego veremos. Lo que hubo fue, en primer lugar, el paradigma mecanicista de los primeros tiempos de la física moderna. El conocimiento cada vez mayor de las leyes de la mecánica, llevó a pensar que todos los fenómenos físicos pueden llegar a ser explicados por leyes puramente mecánicas, es decir, por empujes o choques entre elementos materiales, por acciones que requieren un contacto entre los elementos involucrados. La acción a distancia se considera imposible: si un cuerpo actúa sobre otro, esta acción debe vehicularse a través de algún tipo de contacto; si los cuerpos están separados entre sí y no hay contacto aparente, como sucede cuando actúa la gravedad o el magnetismo, debe haber entre uno y otro algún elemento que no percibimos y a través del cual se transmite ese contacto: el éter.
En segundo lugar, se producía un debate en torno a la naturaleza de la luz. Ya he hablado de un aspecto de ese debate, el problema de si la luz está formada por ondas o por partículas. Si está formada por ondas, ¿cuál es el medio por el que se transmiten esas ondas? No es el aire, como sucede en el caso del sonido, porque la luz también se transmite en el vacío. Hay que decir que en aquella época se trataban todas las ondas como si fueran ondas elásticas, como el sonido o las olas, que se transmiten provocando alteraciones en un medio. Si no hay agua, no puede haber olas; si no hay aire, no puede haber sonido. Si hay luz en el vacío… en el vacío debe haber algo: éter. Éter luminífero, se le llamó. (Ese no lo conocía el estudiante del chiste). Por lo que respecta a la opción alternativa, que la luz esté formada por partículas, hace más fácil prescindir del éter: en principio no parece que haya inconveniente en pensar que las partículas puedan viajar por el vacío. Pero tampoco resultó tan fácil deshacerse de él, porque el propio Newton, que era el máximo defensor de las partículas de luz, tuvo que volverlo a introducir para explicar fenómenos como la refracción o la difracción, que se entienden bien si se piensa en ondas pero no si se piensa en partículas. Y, en cualquier caso, la teoría que triunfó finalmente fue la ondulatoria, que requería la existencia del éter.
Durante el siglo XIX y hasta principios del XX, la hipótesis del éter se consideraba generalmente acertada. El estudio del electromagnetismo añadió argumentos: los campos electromagnéticos también parecían necesitar algún tipo de soporte material para propagarse en el vacío. Y además se creía necesaria la existencia de un marco de referencia fijo, inmóvil, con respecto al cual pudieran referenciarse todos los movimientos. Así, la radiación electromagnética se desplaza a una velocidad de 300.000 km/s con respeto al éter. Pero, por otra parte, el éter no podía observarse (la luz lo atraviesa limpiamente) y sus características, deducidas a partir de los requerimientos de los diferentes fenómenos que parecían exigir su existencia, llegaban a ser contradictorias. Se efectuaron numerosos experimentos para demostrar que era un elemento real. Naturalmente, siempre arrojaban un resultado negativo, pero siempre se encontraban escapatorias para demostrar que no eran concluyentes. Y así estaban las cosas hasta que llegó, una vez más, Albert Einstein. Al analizar el efecto fotoeléctrico y llegar a la conclusión de que la luz está cuantizada y que un cuanto de luz se puede considerar una partícula a la que se llamó fotón, hizo que desapareciera la necesidad del éter como soporte de la radiación electromagnética. Y al desarrollar la teoría especial de la relatividad, hizo que desapareciera también la necesidad de un sistema universal de referencia para el movimiento. El éter desapareció del escenario donde tiene lugar el progreso de la física.
Estando las cosas así, ¿por qué sugiero, o afirmo, que los físicos están hablando del éter cuando hablan de partículas? En realidad no lo afirmo, o no lo afirmo en sentido literal. Hay una cierta ironía en mi pregunta. Pero me atrevería a presentar una demostración rigurosa de que las partículas son éter, una demostración formalmente irreprochable. Porque, ¿qué es, o era, o fue, el éter? Bien, espero que se haya captado la idea: algo que no se sabe lo que es. Algo que está ahí, o debería estar ahí, algo que necesitamos pero que no sabemos cómo es y ni siquiera sabemos si existe. ¿Y qué son las partículas en la física actual, según mi discutible opinión? Algo que no se sabe muy bien lo que es: materia, ondas, campos… Si dos cosas son iguales a una tercera, son iguales entre sí. El éter es un elemento físico que no se sabe lo que es, las partículas son elementos físicos que no se sabe lo que son, luego las partículas son éter. Quod erat demonstrandum. Bueno, en realidad lo único que he demostrado es que un argumento formalmente irreprochable puede ser materialmente falaz, pero ha resultado divertido.
¿Por qué les llaman partículas si no saben lo que son? Esa sería una formulación más precisa de mi pregunta, pero menos sugestiva. Y mi referencia al éter no está totalmente fuera de lugar. Porque no se sabía qué era el éter, pero sí para qué servía: servía como soporte último. Para las ondas, para el movimiento. Y creo que, en cierta manera, también es esa la función de las partículas: servir de soporte, de soporte para la materialidad. Decimos que el mundo físico está hecho de materia, pero al profundizar en su estructura más íntima, parece que lo que se encuentra es cada vez menos parecido a la materia. Y la materia no puede desaparecer. Todo está hecho de materia. Si no hay materia, ¿dónde ha ido a parar todo? Seguir diciendo que la materia está hecha de partículas nos mantiene aún ligados a este mundo material sin el que no podemos pasar. Si todo está hecho de partículas, seguimos con los pies en el suelo, porque sigue habiendo un suelo.
En su papel de soporte, el éter soportaba también otra cosa: la acción a distancia. La naturaleza odia el vacío, ya lo hemos visto. Pensar que un cuerpo pueda ejercer una acción sobre otro cuando entre ellos solo hay vacío, horroriza a la concepción tradicional de la naturaleza. El ejemplo típico es la gravedad: ¿cómo puede una masa ejercer una fuerza de atracción sobre otra si entre ellas no hay absolutamente nada? Tanto parece repugnarnos esta idea que el mismísimo Einstein, que fue quien planteó la explicación de la gravedad que hoy en día consideramos válida mediante su teoría general de la relatividad, seguía añorando el éter. Su teoría explica la atracción de los cuerpos a partir de la curvatura espacio-temporal que provocan las masas a su alrededor, con lo cual el espacio pasa de ser un elemento pasivo, un mero marco de referencia, como era en la física clásica, a ser un elemento generador de una cierta actividad. Antes se pensaba que es posible, al menos teóricamente, que pueda existir un espacio absolutamente vacío, porque donde no hay nada y solo queda el espacio, no queda nada, porque el espacio no es nada. Ahora pensamos que un espacio absolutamente vacío en las inmediaciones de una gran masa, pongamos una estrella, no es absolutamente igual al espacio absolutamente vacío que está alejado de cualquier masa: el primero está más “curvado” que el segundo. Un objeto que se mueva a través de uno de los dos se moverá de manera diferente que si se desplaza a través del otro. Por tanto, y en cierto sentido, cuando no hay nada parece que siga habiendo algo. Por esa razón, el propio Einstein dijo alguna vez que el espacio podría llamarse también éter.
Recordemos ahora las dos secciones principales del zoológico de partículas estructurado según el Modelo Estándar: fermiones y bosones. ¿Por qué les llaman partículas? Podríamos responder: a los fermiones, porque aportan la materia; a los bosones, porque evitan la acción a distancia en el vacío. Los fermiones mantienen la ilusión de aquella imagen tan confortable de que la realidad está formada por pequeñas bolitas de materia. Los bosones evitan la perplejidad de que las partículas materiales intercambien fuerzas en el vacío. Los fermiones han suplantado a los antiguos átomos. Los bosones se han comido todo el éter.
Pero la paz no puede durar mucho en el hogar de la física cuántica. Las partículas que soportan la materia son materiales en algunos momentos puntuales; en otros, son ondas. Y la acción a distancia se ha colado otra vez para sembrar discordia y confusión: el entrelazamiento cuántico, que ya he mencionado alguna vez, parece conectar misteriosamente dos partículas distantes de manera instantánea y sin ningún tipo de mediación aparente. En fin…