Si los átomos son sobre todo espacio vacío, ¿por qué no podemos atravesar paredes?

En un átomo hay más espacio vacío que “átomo”. Enormes distancias - relativas a su tamaño - separan el núcleo y las partículas subatómicas, que a su vez son minúsculas comparadas con el tamaño total del átomo. Pero si esto es así, y lo es para todo material y estructura, ¿por qué los objetos no se atraviesan entre sí? Lo que tendría sentido es que, al apoyar una taza en la mesa, la taza la atravesase de lado a lado, y lo mismo con el suelo y con todo lo demás que encontrase en su camino hacia el centro de gravedad. Entonces, ¿por qué no se pueden atravesar paredes?

La repulsión electrostática y el principio de exclusión de Pauli

Consultados por Live Science, varios expertos explicaron que la respuesta está en dos conceptos clave de la física: la repulsión electrostática y el principio de exclusión de Pauli. El modelo clásico parte de un núcleo con carga positiva compuesto de protones y neutrones y electrones con carga negativa girando a su alrededor, “unidos” por atracción eléctrica.

La visión cuántica añade un matiz: el electrón no sigue una órbita definida sino que ocupa una “nube de probabilidad”, una especie de región difusa donde puede encontrarse. “Esta nube no se mueve: solo indica las zonas donde el electrón suele estar”, resume Raheem Hashmani, investigador de la Universidad de Wisconsin-Madison.

A esa nube se debe la carga negativa en el exterior del átomo. Si una persona intentara atravesar una pared, se produciría una repulsión inmediata entre los átomos del cuerpo y los de la pared. Esa fuerza, conocida como repulsión electromagnética, equivale al rechazo que se experimenta al tratar de unir dos polos iguales de imanes. En palabras de Steven Rolston, físico de la Universidad de Maryland: “Si intento atravesar una pared, los átomos de mi cuerpo se encuentran con los de la pared y se repelen”. Las ondas electromagnéticas derivadas de estos electrones impiden que los átomos lleguen a unirse, dotando a la materia sólida de su consistencia.

Si a pesar de esa barrera se forzara aún más el contacto entre átomos, entraría en juego el principio de exclusión de Pauli. Esta regla afirma que los fermiones - como los electrones - no pueden ocupar el mismo estado ni el mismo espacio al mismo tiempo. “Cuando esas nubes de electrones se acercan, llegan a superponerse, lo que significa que dos electrones podrían compartir el mismo espacio físico”, explica Hashmani. “Según el principio de exclusión de Pauli, esto no está permitido”.

Estos dos principios mantienen separados los átomos e impiden que la materia sólida pierda su forma. En líquidos y gases, los átomos cuentan con mayor libertad de movimiento, aunque la prohibición de solaparse sigue vigente: solo permite el desplazamiento, pero no la superposición.

La mecánica cuántica, sin embargo, siempre reserva una última carta: una posibilidad casi imposible, pero existente, de que una partícula logre superar una barrera sólida. Los electrones, que se comportan tanto como partículas como ondas, pueden experimentar el llamado túnel cuántico. Al incidir una de estas ondas contra una pared, parte de la onda decae al otro lado si la barrera es suficientemente fina, lo que se traduce en una pequeñísima probabilidad de que el electrón “aparezca” al otro lado.

Hashmani lo explica: la probabilidad de que una persona complete ese recorrido sería de 1 entre 10 elevado a 10 elevado a 30. “Ninguna calculadora del mundo te va a mostrar otra cosa que no sea cero. Así de infinitamente pequeña es esa probabilidad”. Steven Rolston coincide en la idea: “Es lo más cercano a cero que se puede estar, aunque no es exactamente cero. Es tan infinitamente diminuto que estoy seguro de que no ocurrirá ni en la vida del universo”.