Te despistas con facilidad. A veces no encuentras las gafas, pero las llevas puestas. Tienes el bolígrafo en la mano y lo metes a la nevera, en tu intención de guardarlo en un cajón, porque estás ‘a otras cosas’. Y sí, los problemas de matemáticas te cuestan bastante de vez en cuando. Seguro que tus amigos han bromeado contigo: ¡tienes la cabeza hueca! Deberías responderles que sí, que tienes la cabeza hueca, como todo lo demás. ¡Igual que ellos! Y resulta que la física tiene la explicación. Te la contamos con ayuda de Beatriz Martínez Pabón, profesora del Doble Grado en Ingeniería del Software y Física Computacional de U-tad. ¡Toma nota!
Para entender esta frase hecha (¡tienes la cabeza hueca, tío!) vamos a hacer un viaje hasta nuestra unidad de composición básica: el átomo. Somos átomos, estamos compuestos por átomos. Si hiciéramos un esquema los dibujaríamos como bolitas (de hecho pueden verse así al utilizar microscopios especializados). Veríamos que una bolita está al lado de otras, y que un mismo espacio estaría lleno de ellas, por lo que lo veríamos cubierto. “Pero esas bolitas en realidad no son algo macizo, y tampoco son bolitas como tal”, explica Pabón.
Los átomos son algo parecido, en cuanto a su distribución de masa, a un sistema solar. En el centro, en vez del sol, está el núcleo del átomo. Girando alrededor de él encontramos los electrones, como si fueran pequeños planetas. “Lo que ocurre es que los electrones, en vez de hacer una órbita o elipse, forman una figura tridimensional, como una esfera, que rodea el átomo”. Además, casi toda la masa del átomo está en su centro, en su núcleo. El resto de ese átomo está hueco, formado por electrones dispersos.
Salvando las diferencias de comportamiento cuántico, esta analogía entre el sistema solar y los átomos es muy buena en cuanto a la distribución de masa (sin ánimo de ofender a las mentes más físicas).
Seguimos…
Los electrones presentan comportamiento cuántico: Esto quiere decir que no están en un punto concreto, sino que están por todas partes a la vez. Esto refuerza la teoría del hueco. De hecho, vamos a pensar en las galaxias y las estrellas, que están separadas y nunca pretenden estar juntas. “Si dos sistemas se juntaran, una estrella y sus planetas acabarían chocando con otra estrella y sus planetas. “No habría ningún impedimento para que se incrustaran el uno en el otro y se superpusieran en el espacio”.
Sin embargo, con los átomos no podría pasar lo mismo. En ellos juega un papel muy importante la carga eléctrica: los electrones, todo lo que no es el núcleo del átomo, está cargado negativamente. Cada átomo repele otro átomo, ya que la parte más externa tiene la misma carga. Por eso, en general, no puede incrustarse un átomo en otro aprovechando ‘sus huecos’, aunque en ciertas ocasiones pueda haber mayor cercanía por diferencia de carga neta. “Por eso, si te planteas lo siguiente: si hay huecos entre las partículas que forman los átomos, ¿podrían encajarse unos átomos en otros? La respuesta es no, no podría ser así debido a la repulsión eléctrica de los electrones”.
La cosa va más allá… Un electrón se descompone en toda una esfera (o, en general, en todo el orbital). Es un efecto cuántico. Es decir: un electrón, que debería estar en un solo punto, en realidad está en todos los puntos posibles alrededor del núcleo del átomo, y al mismo tiempo. “Por eso acaba teniendo forma de esfera. Si pudieras tocarlo con algo que no tiene carga, lo atravesarías sin problema. La carga hace que al poner la mano sobre la pared no la atravieses como un fantasma”.
Por supuesto, dentro de las posibilidades existentes en nuestra realidad, hay partículas que sí atraviesan la materia, como los neutrinos (porque en general no tienen carga). “Ellos atraviesan la tierra, muy poquitos se quedan por el camino”. Después está la radiación, que tampoco tiene carga. Ocurre parecido con la materia oscura y con las energías oscuras. “No conocemos muy bien su esencia, pero no interaccionan con la luz ni con la carga”.
¿Algo en el universo no está hueco?
Sí, existen ‘cosas’ en el universo que no están huecas – al menos en este nivel en el que conocemos la distribución espacial interna. “Son principalmente las estrellas de neutrones, lo que queda después de que una estrella gigante explote en una supernova”. Como los neutrones son más densos, tocan unos con otros, “chocan las esferas de verdad”. “Es algo mucho más denso que cualquier cosa que podamos imaginarnos, más que el plomo. Después, aún más densos serían los agujeros negros… pero cualquiera de estas cosas está muy lejos de lo que entendemos por materia hoy”.
A excepción de lo nombrado, casi todo lo que conocemos es hueco, la mayor parte de sólidos, líquidos y gases. Para hablar correctamente: “no es que una partícula esté vacía por dentro, sino que dentro de ella casi no hay nada, y lo que hay está en un puntito muy pequeño. Todo lo que esté hecho por átomos es así”.
Hasta el plomo está hueco
Entre los átomos de un elemento u otro lo único que varía es la diferencia de densidad, debido al cambio del peso de su núcleo (la densidad del hidrógeno varía con respecto a la del hierro, a la del carbono, a la del agua o a la del plomo). “Los átomos de elementos que tienen el núcleo más pesado serán más densos, porque incluso aunque su tamaño varíe poco, la masa sí que aumenta. Por eso esos elementos más densos están un poco menos huecos”.
¿Esto se repite en todas las estructuras del universo? Sí, porque prácticamente todo lo que conocemos hoy en día está hecho por átomos. Un bloque pesado de hormigón también está hueco. “Por eso, para parar algunas radiaciones necesitas una barrera de plomo bastante gorda. Necesitas tener algo lo más denso posible para que ciertas radiaciones choquen con el núcleo, que es pequeño comparado con todo lo demás”.
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