Artikulu hau jatorriz The Conversation argitalpenean aurki daiteke.

Hutsik al dago hutsa? Erantzuna erabiltzen dugun fisikaren sofistikazio mailaren araberakoa da.

Ukitu, begiratu edo usaintzearen eguneroko fisikara mugatzen bagara, gure inguruan ezer ez dagoela esan genezake. Airea ikusezina da eta, zentzu horretan, “hutsa” azaltzen da. Baina gure arnasketak gezurtatu egiten du intuizio hori: biriketako oxigeno eta karbono dioxidoaren trukea ondo ezagutzen dugun fenomeno fisiko baten mende dago: difusioaren mende. Horren bidez, molekulak kontzentrazio maila handiagoko eremuetatik horren kontzentratuta ez dauden beste eremu batzuetara mugitzen dira. Gure fisiologiak lehen begiradan ezer ikusten ez dugun toki horretan zerbait dagoen ustea aztertzen du.

Antzeko zerbait gertatu zen hutsa ulertzeko egindako bide luzean.

Naturak gorroto du hutsa

Mendetan zehar, mendebaldeko pentsamenduan Aristotelesen ideiak eragin handia izan zuen: naturak hutsa gorrotatzen du (‘horror vacui’ deritzona). Ikusmolde horren arabera, nonbait hutsa agertuko balitz, materia berehala hasiko litzateke huts hori betetzen. Ideiak arrazoizkoa ematen zuen; izan ere, eguneroko bizitzan, ez dugu erabat materiarik gabeko espaziorik aurkitzen.

Baina fisika espekulazio filosofiko hutsa alboratzen hasi zen esperimentu kuantitatiboetan oinarritzen hasi zenean.

XVII. mendean, Galileo Galileik arazo praktiko bat aztertu zuen: ura putzu sakonetatik igotzea xurgatze ponpen bidez. Arazo hori funtsezkoa zen meategiak drainatzeko eta nekazaritzako ureztaketa lanetarako. Hala ere, Galileok intriga sortu zion muga bat topatu zuen: ura ezin zen 10 metro baino gehiago igo xurgatze bidez. Zergatik zegoen muga hura?

Evangelista Torricellik, bere dizipuluak, Vincenzo Vivianiren laguntzarekin, arrasto erabakigarria eman zuen esperimentua asmatu zuen 1643an.

Atmosferaren pisua

Torricellik gutxi gorabehera metro bateko luzera zuen beirazko hodi bat merkurioz bete, estali eta metal bera zuen ontzi baten gainean jarri zuen. Tapoia kentzean, merkurioa partzialki jaitsi zen, baina ez zuen hodia hustu. Egonkortu egin zen, itsas mailan 760 milimetro inguruko altuerako zutabea osatuz.

Merkurioaren gainetik, itxuraz hutsa zegoen eremu gardena geratu zen: ‘Torricelliren hutsa’ izenekoa.

Torricellik, gainera, frogatu zuen zutabearen altuera ez zegoela hodiaren formaren edo goiko espazioaren bolumenaren mende. Horrek adierazten zuen fenomenoa ez zela barnetik egindako “xurgatze” baten ondorio, kanpotik egindako presioaren ondorio baizik.

Azalpena iraultzailea zen: inguratzen gaituen aireak pisua duelako mantentzen da merkurioa airean. Atmosferak presioa egiten du ontziaren merkurioaren gainazalean, eta hodiaren barrurantz bultzatzen du.

Halaxe sortu zen lehen barometroa.

Hutsaren bila

Emaitza urte batzuk geroago baieztatu zuen Blaise Pascalek. 1648an, bere koinatu Florin Périer Puy de Dôme mendira igo zen, Frantzia erdialdean, barometro batekin. Altitudea handitu ahala, merkurioaren zutabearen altuera jaitsi egiten zela ikusi zuen.

Argi zegoen interpretazioa: zenbat eta handiagoa izan altuera, orduan eta aire kantitate gutxiago dago gure gainean eta, horrenbestez, txikiagoa da presio atmosferikoa.

Merkurio zutabeari atmosferaren pisuak eusten zion. Presio atmosferikoaren existentzia baieztatu zuen esperimentuak, eta ideia harrigarri bat ekarri zuen: hodiaren goiko aldeko espazioa materia arruntez benetan hutsik egon zitekeen.

Huts ponpak

Baina hutsaren azterketa sistematikoak tresna sofistikatuagoak behar izan zituen: huts ponpak.

Otto von Guericke ingeniari alemanak 1650ean eraiki zuen ontzi batetik airea ateratzeko gai zen lehen ponpetako bat. Bere esperimenturik ospetsuena 1654an egin zuen Magdeburgen: bi hemisferio metaliko huts elkartu zituen, barruko airea atera zuen eta bi zaldi talderi kontrako noranzkoetan tira egiteko eskatu zien. Animaliek ez zuten lortu haiek bereiztea. Hala, modu ikusgarrian erakutsi zuen presio atmosferikoak eragiten duen indar ikaragarria.

Handik urte batzuetara, Robert Boyle eta Robert Hooke zientzialariek huts ponpen diseinua perfekzionatu zuten eta, horri esker, esperimentu kontrolatuagoak egin ahal izan zituzten.

Boylek zenbait fenomeno adierazgarri ikusi zituen. Kanpai bat jo zuen airerik gabeko barrunbe batean, eta ez zuela soinurik ateratzen ikusi zuen. Kandela bat sutan jarri eta itzali egiten zela ikusi zuen. Eta, egoskorkeriaz edo jakin-minez, hainbat animalia sartu zituen, eta intsektu hegaldun batek ezin zuela hegan egin ikusi zuen. Sagu edo txori bati arnasa hartzea ezinezkoa zitzaiola ere nabaritu zuen. Hutsak trinkotasuna hartu zuen, eta ideiak zientziaren esparrutik herri kulturara egin zuen jauzi.

Esperimentu haiekiko lilurak zientziaren esparrua gainditu zuen. Joseph Wright of Derby britainiarraren ‘Esperimentua txori batekin aire-ponpa batean’ koadroak hegazti batean hutsak izandako eraginen erakustaldi publikoa irudikatzen du, eta aurkikuntza haiek izandako inpaktu kulturalaren ikurra da.

X izpien oinarria

1895ean Wilhelm Conrad Röntgenek X izpiak aurkitu zituenean ere hutsak garrantzi berezia izan zuen. Esperimentu haietan erabilitako izpi katodikoen hodiek huts oso handia behar zuten. Barruan gas gehiegi geratuko balitz, elektroiek energia galduko lukete aireko molekulekin talka egitean beren metalezko helburura iritsi baino lehen.

Hutseko teknika hobeak garatzeari esker, aurrerapen erabakigarriak egin ziren fisika atomikoan eta elektronikan.

Baina sorpresa handiena XX. mendeko fisika kuantikoarekin iritsi zen.

Huts kuantikoa ez dago hutsik

Fisika klasikoan, hutsa materiarik eza bezala ulertzen da. Baina eremuen teoria kuantikoak unibertsoa betetzen duten oinarrizko eremuen energia txikieneko egoera gisa deskribatzen du.

Partikula errealik ez dagoenean ere, eremu horiek gorabehera saihestezinak izaten dituzte, ziurgabetasun printzipioaren eraginez. Gorabehera horiek partikula birtual izeneko partikula eta antipartikula pareen agerpen iragankor gisa interpreta daitezke.

Ezin dira zuzenean detektatu (hala egingo bagenu, birtualak izateari utziko liokete), baina eraginak neurgarriak dira.

Horren adibide esanguratsua da Casimir efektua, 1948an Hendrik Casimirrek iragarri eta 1997an Steve K. Lamoreauxen taldeak zehaztasunez neurtu zuena.

Hutsean bi plaka metaliko oso hurbil jartzen baditugu (mikrometrotan edo nanometrotan neurtutako distantziatan bananduta), haien artean onartutako gorabehera kuantikoak ez dira kanpoaldean bezain ugariak. Alde horrek presio garbi txiki bat sortzen du, plakak elkarren artean bultzatzen dituena.

Hori azaltzen duen analogia erabilgarria da biolinaren hari baten bibrazioarena: muturretako baldintzek zehazten dute zer nota diren posible. Era berean, plakek eremu kuantikoaren bibrazio moduak mugatzen dituzte.

Huts kuantikoak propietate fisiko neurgarriak ditu.

Fisikaz betetako hutsa

Gaur egun badakigu hutsa lotuta dagoela fisika modernoaren kontzeptu sakonenetako batzuekin, hala nola Higgs bosoiarekin (oinarrizko partikula askoren masaren arduraduna), konstante kosmologikoarekin (hutsaren energiarekin eta unibertsoaren hedapen azeleratuarekin lotzen da) eta elektrodinamika kuantikoarekin (esperimentuen bidez inoiz egiaztatu den teoriarik zehatzenetako bat).

Ibilbide historikoak ironia interesgarria ere jasotzen du: Aristoteles oker zegoen xehetasunetan, baina asmatu egin zuen mamian. Hutsa ez zen inoiz ezerez hutsa izan.