Los Increíbles: Energía del punto cero

En varias ocasiones he comentado una secuencia de una película o serie de animación como ejemplo de buena ciencia. Me gusta el contraste de mostrar un acierto científico en un supuesto «género menor e infantil» (como podéis suponer por las comillas, no estoy de acuerdo con esta definición). Pero esta vez no es el caso. Sí, ya sé que Los Increibles además de una peli de animación, es de superhéroes, pero ya sabéis que eso nunca ha sido un impedimento para mí. Y para evitar malentendidos, aviso que me parece una película genial.

Bueno, en la película, el villano megalómano que debe aparecer en toda historia tópica de superhéroes (o superespías, ya que también hay mucha inspiración en las películas antiguas de James Bond), es un tipo llamado Síndrome, que utiliza como arma un traje inventado por él, capaz de lanzar rayos, generar campos de fuerza, y cosas así. ¿Y de dónde saca el traje la energía necesaria? Pues en vez de llevar una enorme batería a la espalda, utiliza la energía del punto cero.

¿Qué es la energía del punto cero? Sin complicarnos demasiado, es la energía más baja que un sistema puede poseer, o dicho de otro modo, es la energía residual de un sistema, una vez se le ha extraido toda la energía posible. Fijáos que por definición, la energía del punto cero no se puede extraer ni utilizar. Si podemos extraer más energía, entonces no hemos llegado al punto cero.

Lo interesante es que la energía del punto cero, no es cero (si no, no habría mucho de lo que hablar, y sería una perogrullada decir que no se puede extraer). ¿Cómo es esto? Una forma de verlo sin necesidad de ecuaciones complicadas, es teniendo en cuenta la naturaleza dual de la materia: todas las partículas elementales son partículas y ondas. Puede que a algunos os suene eso de la dualidad onda-corpúsculo de la luz. Pues bien, eso no sólo se aplica a los fotones, sino a todas las partículas, incluidos electrones, protones y neutrones, que como imagino sabéis, forman los átomos. Es decir, toda la materia que vemos a nuestro alrededor, en realidad está formada por partículas que también son ondas. Una onda, debe «ondear», por decirlo de alguna forma: vibra, oscila, ondula, es decir, tiene una frecuencia de oscilación. Y todo oscilador tiene una energía asociada a dicha frecuencia (podemos pensar que sería como la energía cinética debida al movimiento de la oscilación). La única forma de que la energía sea nula, es que su frecuencia sea cero, es decir que no oscile. Pero una onda que no oscila, no es una onda. Y las partículas son ondas.

Si os duele la cabeza, tras leer lo anterior, otra forma de verlo es recordando el Principio de Indeterminación de Heisenberg. Como expliqué hace algún tiempo, este principio nos dice (simplificando un poco) que no podemos determinar con toda la precisión que queramos y de forma simultánea, la posición y velocidad de una partícula. Es decir, cuanto más determimada esté la posición, más indeterminada estará la velocidad, y viceversa. Esta indeterminación es muy pequeña, e inapreciable en el mundo macroscópico (no podemos utilizarla como excusa cuando rozamos el coche al aparcar), pero en el mundo subatómico es de gran importancia. Hay un detalle sutil pero fundamental sobre este principio: no nos está diciendo que no podamos conocer con precisión absoluta (es decir, indeterminación cero) la velocidad o la posición. Podemos tener indeterminación cero en una de las dos magnitudes, pero en ese caso, tendremos indeterminación infinita en la otra.

Una vez aclarado esto, pensemos en un átomo. Los electrones se mueven alrededor de él, y por tanto, poseen energía cinética. ¿Qué ocurriría si pudiéramos extraer toda la energía de un electrón? Pues que estaría quieto, lo que implicaría que conocemos con absoluta determinación su velocidad: cero. Pero eso quiere decir que su posición estaría infinitamente indeterminada, es decir, podría estar cerca del átomo, o en el otro extremo del universo. Pero eso no puede ser. Sabemos que el electrón está en un entorno cercano del átomo. Su posición no está infinitamente indeterminada, por lo que su velocidad nunca puede estar absolutamente determinada. Así que su velocidad nunca podrá ser cero. Siempre tendrá algo de movimiento, y por tanto algo de energía.

Los más avispados estaréis pensando que estas dos explicaciones que os he dado, no justifican realmente que exista una energía residual no nula, sino más bien que nunca se podrá alcanzar una energía nula (que no es lo mismo). De hecho, la explicación que recurre al principio de indeterminación, es utilizada también en algunos textos para entender el por qué de la Tercera Ley de la Termodinámica, esto es, que no se puede alcanzar el cero absoluto de temperatura. Bueno, llegados a este punto sólo puedo recurrir al «las complicadas ecuaciones de la mecánica cuántica, dicen que es así». Según estas ecuaciones, aunque consiguieramos que la temperatura de un cuerpo descendiera hasta el cero absoluto (que no se puede), las partículas seguirían moviéndose.

El hecho de que en el estado más bajo posible de energía, siga habiendo energía, ha dado nuevas alas a los buscadores de máquinas de movimiento perpetuo, o de energía gratuita. ¿Y si pudiéramos usar esa energía? Pues no, no se puede, porque como ya he mencionado varias veces, la energía del punto cero, es la energía más baja posible de un sistema. Por definición, no podemos extraerla.

No quisiera terminar sin mencionar que, teniendo en cuenta el humor y referencias frikis de la película, es probable que los guionistas fueran perfectamente conscientes de la imposibilidad de utilizar la energía del punto cero, y fuera simplemente un guiño, una broma, una sutil crítica a los que creen que pueden aprovechar esta energía.