The Spacetime Metric
Sección 4Inercia, gravedad y vacío

Pesa el vacío

Laboratorio nacional para el experimento completo; universidad para la contribución útil. · 2 min de lectura

Qué propone

La teoría cuántica llena el espacio vacío de energía. La relatividad general dice que la energía pesa. Pon una cavidad de Casimir en una balanza y pregunta si el déficit de energía de vacío dentro de ella se empuja hacia arriba, la misma contabilidad que un cuerpo que desplaza agua. Si es así, la unión entre el capítulo del sitio sobre el vacío y su capítulo sobre la gravedad deja de ser un argumento y se convierte en una lectura de laboratorio.

Para quién esIngenieros de mecánica de precisión · Ingenieros de metrología de bajo ruido · Especialistas en materiales criogénicos · Sismólogos

Por qué lo sugiere la biblioteca

Recorre la contabilidad una vez antes de leer el experimento.

Antes de mover nada, ¿qué esperas que ocurra?

Es opcional y no hay puntuación. El instrumento de abajo funciona igual respondas o no.

Dos placas se acercan hasta quedar a cien nanómetros una de otra. ¿Qué esperas que le ocurra a la energía del vacío en el hueco?

Por debajo del nivel ambiente, no por debajo de nada

Cuatro pasos, y al final de ellos la frase sale bien. Empieza con el vacío circundante. Cierra dos placas y los modos más largos ya no caben en el hueco. Lo que queda dentro es el mismo campo menos una fina lasca: sigue siendo una cantidad abrumadoramente positiva. Solo cuando subes el cero de la escala hasta el nivel ambiente la lectura se vuelve negativa, y eso es todo lo que la palabra negativo ha significado aquí.

Recorre los cuatro pasos

Paso 1 / 4 — El vacío ambiente

La separación entre placas
Una barra contable de la energía en un hueco de Casimir, frente al nivel del vacío ambienteUna sola barra vertical medida frente a una línea marcada como el vacío ambiente. En el primer paso la barra llega a la línea. Cerrar las placas quita una fina lasca de la parte superior, dibujada con aumento para que se vea siquiera, y la barra sigue llegando casi a toda su altura. El último paso sube el cero de la escala hasta la línea ambiente, y la misma barra se lee ahora como una pequeña cantidad por debajo de ella. El nivel absoluto dentro del hueco es positivo a cualquier separación.

La lasca está dibujada con un aumento de 2000 veces, para que se vea siquiera.

Fíjate bien en el último paso: el cero de la escala sube hasta la línea ambiente y no se mueve nada más. La barra tiene la misma altura que antes, la abrumadora mayoría del campo sigue dentro del hueco y solo ha cambiado el punto desde el que medimos.El eje vertical es una proporción del nivel del vacío ambiente, no una densidad de energía absoluta. La fracción excluida es un modelo didáctico acotado, fijado para que un hueco de cien nanómetros dé el orden de magnitud citado en el capítulo: una pequeña fracción del uno por ciento excluida, y el resto abrumador todavía dentro.Aquí nada se mueve solo. El diagrama avanza únicamente cuando pulsas un control de paso.

Este es el vacío circundante, y es la unidad de todo el dibujo. Todo lo de abajo se mide frente a esta línea.

Energía dentro del hueco, frente a un cero absoluto
99,990 %
La misma energía, medida desde el nivel ambiente
-0,010 %
Fracción del campo que sigue dentro del hueco
99,990 %
La lasca excluida: los modos largos que ya no caben
0,010 %

La barra nunca llega a cero. A cualquier separación de este dibujo la energía absoluta dentro del hueco es positiva, y la lectura negativa aparece solo después de haber subido el cero de la escala.

Alcance: un diagrama contable para la etiqueta, no un cálculo de la fuerza de Casimir. Fija la redacción de la que depende el capítulo y no afirma ninguna densidad de energía absoluta.

La ficha de origen: Davis y Puthoff, conceptos experimentales para generar energía negativa en el laboratorio

Lo que se le pide pesar a la balanza es una fina astilla de ondas largas que el hueco cerrado ya no puede alojar — no un volumen vaciado.

Enrico Calloni y diecisiete colegas, Carlo Rovelli entre ellos, proponen ciclar placas superconductoras de alta temperatura a través de su transición de modo que la reflectividad de la cavidad — y por tanto su energía de vacío — se encienda y se apague, y observar una balanza en busca de una fuerza de unos diez elevado a menos dieciséis newtons (The Archimedes experiment, 2015). El prototipo está construido: un brazo de aluminio de medio metro leído por un interferómetro de Michelson, corriendo en bucle cerrado en la mina sísmicamente silenciosa de Sos Enattos en Cerdeña, alcanzando un ruido de par de unos siete veces diez elevado a menos trece newton-metros por raíz de hercio — el propio límite térmico de su suspensión, que es exactamente el nivel para el que se diseñó la balanza criogénica final (Thermal noise-limited beam balance as prototype of the Archimedes vacuum weight experiment, 2024). La apuesta teórica la expone Ulf Leonhardt, quien argumenta que hacer la misma renormalización que la cosmología se salta — la única que la física de Casimir de laboratorio hace de forma rutinaria — deja una constante cosmológica del tamaño correcto, y que un universo en expansión juega el papel que un espejo móvil juega en el efecto Casimir dinámico (Casimir cosmology, 2022).

El experimento o la construcción

La balanza completa es una gran colaboración en una mina profunda. Pero los problemas habilitantes son separables y cada uno de ellos es una tesis: la pila de muestras superconductoras, el accionador de ciclado de transición, el presupuesto de ruido térmico de la suspensión, el aislamiento sísmico. La medición que zanjaría el caso es la fuerza en newtons sobre la balanza mientras la muestra se cicla a través de su transición superconductora, contra un maniquí no superconductor de masa y geometría idénticas ciclado a través del mismo rango de temperatura. Ese control es todo el experimento: el maniquí separa un cambio en la energía de vacío de un cambio en la temperatura.

Contexto de investigación

El registro describe una colaboración financiada, un prototipo que ha alcanzado su piso de ruido de diseño, y una máquina siguiente nombrada.

Tómalo

La medida que lo zanja
La medición que zanjaría el caso es la fuerza en newtons sobre la balanza mientras la muestra se cicla a través de su transición superconductora, contra un maniquí no superconductor de masa y geometría idénticas ciclado a través del mismo rango de temperatura.
Cuánto cuesta empezar
Laboratorio nacional para el experimento completo; universidad para la contribución útil.
El ingeniero que forma
También es la respuesta más directa que este campo puede dar a la pregunta que un lector escéptico tiene derecho a hacer: ¿pesa algo todo esto?

En qué se apoya

Dónde encaja en el currículo

Física de Casimir e ingeniería de la fuerza del vacío · El campo de punto cero, la inercia y la gravedad · ¿Qué es el vacío? Del espacio vacío a un medio con estructura · El vacío a escala cósmica