Si un átomo es un 99,99999 % espacio vacío, ¿qué impide que atravesemos un muro?

Si no viviéramos obsesionados con la ciencia ficción, probablemente esta pregunta sonaría ridícula. ¿Atravesar una pared? Ni siquiera perderíamos un segundo en planteárnoslo. 

Pero resulta que llevamos décadas entrenándonos para creer que, con la magia suficiente –o la tecnología adecuada–, eso podría pasar. Harry Potter atraviesa la barrera del andén 9¾, Visión, de Los Vengadores, cruza paredes como si fueran humo y hasta ilusionistas como Criss Angel han construido espectáculos enteros alrededor de esa fantasía. La idea nos resulta tan familiar que casi parece una posibilidad esperando a ser descubierta.

Y la ciencia, curiosamente, parece echar más leña al fuego. Seguro que alguna vez has oído esa frase de que "los átomos están casi completamente vacíos". La película Oppenheimer volvió a ponerla sobre la mesa y no deja de repetirse en libros, documentales y redes sociales. 

De hecho, se suele decir que un átomo es aproximadamente un 99,99999 % espacio vacío. Así que la pregunta parece inevitable: si nosotros y las paredes estamos hechos de átomos casi vacíos, ¿por qué no podemos atravesarlas? ¿Qué hace que algo "sólido" se sienta, precisamente, tan sólido?

Átomos casi vacíos, paredes sólidas

La intuición juega en nuestra contra. Y es que la respuesta empieza a desconcertar en cuanto se miran los números. Si un átomo creciera hasta medir lo mismo que un estadio de fútbol, su núcleo –unas 100.000 veces más pequeño que el átomo entero– apenas tendría el tamaño de un grano de arena situado en el centro del estadio, mientras que los electrones estarían distribuidos muy lejos de él. Entre ambos habría, prácticamente, espacio vacío.

Con semejantes proporciones, cualquiera diría que atravesar una pared debería ser trivial. Pero no lo es. Y hay dos razones, según explicaron varios expertos a Live Science.

Los electrones y la repulsión electrostática

La primera explicación está en los electrones. Aunque durante años los dibujamos como pequeños planetas girando alrededor de un núcleo, la realidad es bastante menos ordenada. Los electrones se distribuyen en una nube de probabilidad, una región donde es más probable que aparezcan, pero sin seguir una trayectoria.

El canal de YouTube Life Noggin los compara con las aspas de un ventilador encendido. No ves cada pala por separado, sino un disco borroso que parece ocupar todo el espacio.

Algo parecido ocurre con los electrones. Esa nube de probabilidad concentra la carga negativa en la región exterior del átomo y, cuando dos objetos se acercan demasiado, los electrones de ambos átomos empiezan a repelerse, igual que los polos iguales de dos imanes. Esa repulsión electrostática es el primero de los dos mecanismos que impiden atravesar una pared.

La segunda barrera

Ahora imaginemos que esa repulsión desaparece. Problema resuelto: ya podríamos atravesar paredes, ¿no? Pues tampoco. Seguiríamos chocando con un obstáculo todavía más fundamental: el principio de exclusión de Pauli.

Formulado por el físico austriaco Wolfgang Pauli en 1925, el principio establece que dos electrones no pueden ocupar el mismo estado cuántico y, por tanto, no pueden coexistir de la misma manera en el mismo lugar. Traducido al lenguaje cotidiano: los electrones de tu cuerpo no pueden acomodarse en el mismo espacio que los electrones de la pared. No hay negociación posible.

Esa regla no solo se aplica a los electrones, sino a toda la familia de partículas conocidas como fermiones, y es, junto con la repulsión electrostática, una de las responsables de que la materia conserve su estructura y los objetos sólidos no se atraviesen unos a otros.

Hasta aquí hemos hablado de una repulsión entre los electrones. Sin embargo, esa forma de describir la interacción también simplifica lo que ocurre a escala cuántica. Un artículo publicado en 2003 en el American Journal of Physics, citado por Science Alert, advierte de que describir esa interacción como una "fuerza" puede llevar a malentendidos, aunque sigue siendo la forma más sencilla de explicarla.

En otras palabras, no existe literalmente un muro invisible que nos empuje hacia atrás. Se trata de una forma práctica de describir un fenómeno cuántico mucho más complejo.

Entonces, ¿qué ocurre realmente cuando dos objetos entran en contacto? Según el físico Philip Moriarty, de la Universidad de Nottingham, citado por Science Alert, el contacto sí existe a escala atómica, pero de una forma muy distinta a la que imaginamos. El punto en el que dos objetos "se tocan" coincide con el equilibrio entre la atracción de Van der Waals y la repulsión asociada al principio de Pauli.

Eso conduce a una pregunta todavía más desconcertante: ¿alguna vez llegamos a tocar realmente algo? La respuesta depende de qué entendamos por "tocar". En nuestra experiencia cotidiana, sí. Pero, a escala atómica, el concepto de contacto es muy distinto del que usamos en la vida diaria.

La excepción cuántica

¿Significa eso que atravesar una pared es absolutamente imposible? Aquí entra en escena uno de los fenómenos más extraños de la física cuántica: el efecto túnel.

Este efecto permite que partículas como los electrones tengan una probabilidad, extraordinariamente pequeña, de aparecer al otro lado de una barrera, según explica Live Science. 

La razón es que las partículas también se comportan como ondas. Cuando esa onda encuentra un obstáculo, no desaparece de golpe: se atenúa, pero una pequeña parte puede extenderse al otro lado. Ese pequeño resquicio matemático es lo que hace posible el efecto túnel.

Ahora bien, que un electrón pueda hacerlo no significa que tú también puedas.

Una probabilidad casi nula

Raheem Hashmani, doctorando en Física de la Universidad de Wisconsin-Madison, estimó para Live Science la probabilidad de que una persona atravesara una pared gracias al efecto túnel: aproximadamente una entre 10 elevado a 10 elevado a 30. Una cifra tan descomunal que, como él mismo resumió, "ninguna calculadora del planeta te dará un resultado que no sea cero".

Steven Rolston, físico de la Universidad de Maryland, fue todavía más claro: sí, la probabilidad existe sobre el papel, pero es tan absurdamente pequeña que no ocurriría ni una sola vez durante toda la edad del universo.

Así que la próxima vez que sueñes con cruzar una pared, ya sabes por qué no puedes. No es falta de práctica. Es que la mecánica cuántica tiene otros planes. De momento, la puerta sigue siendo la opción más fiable.