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Preguntas desde la analogía del 'átomo como estadio': ¿Qué llena realmente el vacío atómico?"

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  • Preguntas desde la analogía del 'átomo como estadio': ¿Qué llena realmente el vacío atómico?"

    Documento: Una Reflexión sobre el Vacío Atómico y la Naturaleza de la Materia
    1. Título / Tema Central

    "¿Es el 'vacío' atómico realmente un vacío? Una petición de perspectivas desde la física teórica".

    2. Observación Inicial (El Punto de Partida)

    Parto de la conocida analogía didáctica del átomo como un estadio de fútbol:

    · El núcleo (protones y neutrones) es una canica en el centro del campo.
    · El electrón más cercano es un grano de arena en la primera grada.
    · Todo el resto del estadio (más del 99.99% del volumen) es espacio aparentemente vacío.

    Esta imagen genera una fascinación y una perplejidad inmediatas: La materia de la que estamos hechos es, en su mayor parte, "nada".

    3. Las Preguntas Fundamentales (El Núcleo de mi Reflexión)

    De esa analogía surgen preguntas que, como entusiasta, no puedo responder con el conocimiento formal de la física. Las planteo para entender qué dice la ciencia actual y dónde podrían existir espacios para nuevas interpretaciones:

    · Pregunta 1 (Sobre la Solidez): Si el átomo es tan "vacío", ¿por qué percibimos la materia como sólida e impenetrable? Entiendo la respuesta estándar sobre la repulsión electromagnética entre electrones, pero a nivel intuitivo, ¿no sugiere esto que la "solidez" es una ilusión emergente de interacciones de campo, y no una propiedad intrínseca de la "sustancia"?
    · Pregunta 2 (Sobre el Vacío): Ese "estadio vacío" del átomo, ¿está realmente vacío? La física cuántica habla de un vacío cuántico lleno de fluctuaciones, partículas virtuales y campos. ¿Podría ser entonces que el átomo no sea "partículas en el vacío", sino más bien una estructura o patrón de excitación estable dentro de un campo (o campos) omnipresente? ¿Es el espacio "vacío" el verdadero sustrato, y las partículas sus "modulaciones"?
    · Pregunta 3 (Sobre la Estabilidad y la Escala): ¿Por qué existe esa distancia descomunal y específica entre el núcleo y el electrón? ¿Qué fuerza o principio, más allá de la simple atracción electromagnética (que haría colapsar al átomo clásicamente), determina y mantiene esa escala? El modelo cuántico responde con orbitales y niveles de energía cuantizados, pero a nivel conceptual, ¿eso implica que el átomo es esencialmente un sistema de ondas estacionarias con dimensiones definidas?

    4. Direcciones Especulativas (Mis Intuiciones a Desarrollar)

    No tengo una teoría matemática formal, sino intuiciones o analogías conceptuales que podrían servir como metáforas para un modelo más riguroso:

    · Intuición A: El Átomo como Patrón de Interferencia. Imagino el átomo no como bolas unidas por resortes, sino como un patrón de interferencia estable en un campo de energía fundamental (como las ondas estacionarias en un tambor). El núcleo sería un "nodo" de máxima intensidad de un campo, y los electrones serían otros nodos o zonas de resonancia dentro del patrón global. El "vacío" sería el campo mismo vibrando.
    · Intuición B: La Importancia Activa del "Vacío". ¿Y si el "vacío" no es un escenario pasivo, sino un participante activo en la estructura? Tal vez la geometría y las propiedades de ese "espacio" (¿tejido espacio-temporal?, ¿un campo de Higgs?) son lo que determina las posibles distancias y configuraciones estables (los orbitales), actuando como un "molde" cuántico.
    · Intuición C: Conexión con Escalas Mayores. ¿Podría esta visión de "patrones en un campo" conectar mejor con fenómenos a otras escalas? Por ejemplo, con la coherencia en sistemas biológicos o incluso con la gravedad (como una propiedad emergente de la dinámica de estos campos a escala atómica).

    5. Lo que Busco y Mis Limitaciones

    · Busco: Comprender si estas intuiciones tienen algún paralelo en teorías físicas establecidas o de vanguardia (como Teoría Cuántica de Campos, Gravedad Cuántica de Lazos, Teoría de Cuerdas). No busco reinventar la rueda, sino encontrar el marco adecuado para mis preguntas.
    · Mis Limitaciones: No manejo el formalismo matemático avanzado (ecuaciones de Schrödinger, QED). Mi enfoque es conceptual y filosófico. Por eso agradecería enormemente:
    1. Referencias a conceptos o teorías que ya exploren estas ideas.
    2. Señalamientos de los errores conceptuales más graves en mi planteamiento.
    3. Ideas sobre cómo se podría testear o refutar estas intuiciones.
    4. Literatura o divulgadores que aborden estos temas desde un ángulo similar.

    6. Conclusión Abierta

    No afirmo tener una "teoría verdadera". Tengo una serie de preguntas motivadas por una analogía poderosa, y la sensación de que la imagen clásica de "bolitas en el vacío" es profundamente insatisfactoria a nivel filosófico y quizás, hasta cierto punto, científico.

    Agradezco de antemano cualquier comentario, crítica constructiva o dirección que me puedan ofrecer. Estoy aquí para aprender.

  • #2
    Saludos, si me permites un comentario tu pregunta surge de entender los objetos cuánticos de forma obsoleta, literalmente como cánicas, además tienes en cuenta un modelo atómico también obsoleto.

    Una partícula clásica puedes entenderla aproximadamente como un objeto puntual (una canica si quieres) con propiedades definidas,. Ocupa cierta posición en el espacio en cierto instante de tiempo, luego otro y otro, etc. Eso permite reconstruir conceptos clásicos como el de trayectoria, entre otros.

    Una partícula cuántica en cambio no tiene propiedades definidas, puede ocupar diversas configuraciones simultáneamente. En cierto instante de tiempo y con cierta probabilidad podemos encontrarla en diversas posiciones y estados simultáneamente. Aunque es incorrecta esta manera de expresarlo, digamos que "está en Madrid en 1972 y simultáneamente en Nueva york en 2020".Lo que entendíamos como trayectoria pasa a ser algo más complicado, una integral de caminos.

    La imagen de canicas y vacíos entre ellas no corresponde al concepto partícula cuántica, además, fundamental lo que se dice fundamental son los campos cuánticos, es decir, QFT.
    Última edición por javisot20; 07/01/2026, 02:20:32.

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    • #3
      ¿Podrías darme una analogía o imagen intuitiva (aunque sea imperfecta) para entender qué es una 'excitación de un campo cuántico'? ¿Es similar a la idea de una 'vibración' en un medio? Y, si es posible, ¿qué lectura o recurso divulgativo me recomendarías para profundizar en esta visión de la QFT sin el formalismo matemático?
      Mi objetivo es corregir mi modelo mental y entender dónde mis preguntas sobre el 'vacío' se responden con estos conceptos modernos."

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      • #4
        Escrito por Jorgerabago Ver mensaje
        ¿Podrías darme una analogía o imagen intuitiva (aunque sea imperfecta) para entender qué es una 'excitación de un campo cuántico'?
        Considero que no es posible entender nada del mundo cuántico con analogías o imágenes intuitivas porque en el mundo macroscópico no hay nada que siquiera se asemeje levemente a como se comporta el mundo cuántico, o sea, es totalmente contraintuitivo.

        Escrito por Jorgerabago Ver mensaje
        Y, si es posible, ¿qué lectura o recurso divulgativo me recomendarías para profundizar en esta visión de la QFT sin el formalismo matemático?
        Por lo dicho arriba, la única forma de entender el mundo cuántico es a través del formalismo matemático.

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        • #5
          Escrito por Jorgerabago Ver mensaje
          ¿Podrías darme una analogía o imagen intuitiva (aunque sea imperfecta) para entender qué es una 'excitación de un campo cuántico'? ¿Es similar a la idea de una 'vibración' en un medio? Y, si es posible, ¿qué lectura o recurso divulgativo me recomendarías para profundizar en esta visión de la QFT sin el formalismo matemático?
          Mi objetivo es corregir mi modelo mental y entender dónde mis preguntas sobre el 'vacío' se responden con estos conceptos modernos."
          Me gusta "Quantum field theory" de Mark Srednicki (2014), pero hay literatura para todos los gustos. Opino como Jaime, se requiere formalismo matemático para entender QFT.

          (En general, si a la física le quitas las matemáticas lo que te queda es filosofía natural)

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          • #6
            Escrito por Jaime Rudas Ver mensaje
            Considero que no es posible entender nada del mundo cuántico con analogías o imágenes intuitivas porque en el mundo macroscópico no hay nada que siquiera se asemeje levemente a como se comporta el mundo cuántico, o sea, es totalmente contraintuitivo.
            Tu respuesta me ha recordado a este seminario de hace un par de meses de Pedro Tarazona, quien fue de hecho profesor mío durante el Grado. A lo mejor te llama la atención: https://www.youtube.com/watch?v=AcXfBAi3HWk&t=4013s

            Recuerdo cuando un día nos dijo en clase que lo extraño no era realmente la mecánica cuántica, sino la clásica. Y, desde ese punto de vista, natural para alguien que se ha dedicado a la física estadística toda su vida, (y que también expone en la charla), no puede ser de otra manera

            i\hbar \frac{\partial \psi(\vec{r};t) }{\partial t} = H \psi(\vec{r}; t)

            \hat{\rho} = \sum_i p_i \ket{\psi_i} \bra{\psi_i}

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            • #7
              Me pareció muy interesante la analogía que hicistes sobre el átomo como estadio, resalta el vasto espacio vacio que se habla en el modelo que planteó Ernest Rutherford en el año de 1911 (Rutherford 1911), donde el núcleo ocupa menos del 0.01% del volumen atómico, confirmado con el experimento de dispersión de partículas alfa o experimento de la lamina de oro realizado por Hans Geiger y Ernest Marsden en el año de 1909 (Geiger & Marsden, 1909; Rutherford, 1911). La física cuántica matiza esto con campos y fluctuaciones que responden a tus interrogantes conceptuales. La repulsión electromagnética entre electrones domina la solidez macroscópica percibida, al acercar átomos, las cargas negativas se repelen vía interambio virtual de fotones, como describe la electrodinámica cuántica de Feynman (Feynman, 1985). A escalas subnanoatómicas, el principio de exclusión de Wolfgang Pauli (Pauli,1925) impide que electrones fermiónicos compartan estados cuánticos, generando presión degenerada que hace la materia impenetrable, análogo a electrones en tu mano versus en la mesa (Close, en BBC, 2024). El vacío atómico es el vacío cuántico, saturado de fluctuaciones donde pares partícula-antipartícula virtuales surgen por el principio de incertidumbre que no es mas que el producto entre los cambios de energia y cambios de tiempo los cuales deben ser mayores o iguales a la constante de Planck reducida (h/2), lo que demuestra que la energía y el tiempo, como la posición y el momento, no se pueden conocer con precisión de manera simultánea, un límite fundamental, no solo un problema de medición, (Werner Heisenberg, 1927). La energía de punto cero o energía mínima del estado fundamental como nivel de energía más bajo que un sistema cuántico puede poseer tomándo en cuenta este como un oscilador armónico cuántico (Eo=1/2 hw) donde Eo es la energía del estado fundamental, h (h-barra) constante de Planck reducida (h=h/2 pi) y w (omega) frecuencia angular del sistema; persiste incluso en el estado fundamental, como en esciladores armónicos cuánticos (Milonni,1994). Tomando como evidencia el efecto Csimir, fuerza atractiva entre placas por suspención de modos de vacío (Casimir,1948). Los orbitales cuánticos, soluciones de la ecuación de Schrödinger que es el producto entre el operador Hamiltoniano H (energia total o energia cinética más energia potencial) con la función de la onda (Psi) (que contiene la información del sistema) es igual al producto entre E la energia total del sistema y la función de onda (Psi) lo que nos genera la siguiente expresión (H *(Psi) = E *(Psi) (Schrördinger,1926), definen distancias estables como odas estacionarias con nodos probabilísticos. La cuantización equilibra atracción nuclear (Coulomb) con repulsión electrónica e incertidumbre, previniendo colapso clásico (Bohr,1913).Esto posiciona el átomo como excitación localizada en el campo electromagnético. En la Teoría Cuántica de Campos, partículas son modos de campos omnipresentes; el átomo emerge como patrón estable en el vacío fluctuante (Peskin & Schroeder, 1995). Tus intuiciones (interferencia, vacío activo) parelelizan cuerdas vibrantes (Green et al, 1987) o lazos espacio-temporales (Rovelli, 2004), con Higgs modulando masas como "molde". No "bolitas", sino campos; refutación vía lamb shift, desplazamiento espectral por partículas virtuales (Bethe, 1947). Enlaces de información referencial: https://www.infobae.com/espana/2025/09/03/si-los-atomos-son-sobre-todo-espacio-vacio-por-que-no-podemos-atravesar-paredes/
              https://francisthemulenews.wordpress...rtual-y-vacio/ https://www.redcientificaescolar.com...3%B1anza-media https://youtu.be/d4Zq7DiLSpI?si=vpTHqgY_8b_f6ySp https://www.redalyc.org/journal/6142/614274348005/ https://divulgacioncientificadecient...olo-luque.html https://www.bbc.com/mundo/articles/c80nl1lze78o https://youtu.be/EaPi_jH0T6Q?si=Eurk95Gotsvs_Gkx https://wp.icmm.csic.es/superconduct...de-heisenberg/ https://espanol.libretexts.org/Books..._Los_Orbitales https://arxiv.org/abs/1710.09744 https://www.quimica.es/enciclopedia/Efecto_Casimir.html

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              • Alriga
                Alriga comentado
                Editando un comentario
                La finalidad del foro no es copiar lo que responde una IA a una pregunta del tipo "comenta la analogía del átomo como un estadio", cerramos el hilo.

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