Hay un lugar en la escala de temperaturas al que podemos acercarnos tanto como queramos y, aun así, nunca llegar. Está exactamente a -273,15 ºC, o 0 kelvin. Es el cero absoluto: el límite inferior de la temperatura. Podemos construir máquinas mejores, eliminar cada vez más energía de un sistema y añadir ceros después de la coma durante generaciones. La meta seguirá escapándose.
La razón está en la tercera ley de la termodinámica. Su formulación de “inalcanzabilidad” establece que ningún proceso físico realizado en un número finito de pasos y durante un tiempo finito puede llevar un sistema exactamente hasta 0 K. Estudios modernos han demostrado que el límite continúa apareciendo incluso cuando introducimos métodos de refrigeración cuánticos. Y hay otra rareza importante: decir que a 0 K “los átomos dejan de moverse” es una simplificación clásica. La mecánica cuántica no permite que todo quede absolutamente inmóvil.
La naturaleza consiguió algo todavía más extraño: enfriar una nebulosa por debajo del propio fondo del universo
El espacio interestelar ya es extraordinariamente frío, pero no está aislado de todo. El universo entero está bañado por la radiación cósmica de microondas, el resplandor fósil del Big Bang, que proporciona un fondo térmico de aproximadamente 2,7 K. Sin embargo, a unos 5.000 años luz de nosotros existe algo aún más frío.
La Nebulosa Boomerang alcanza aproximadamente 1 K, apenas un grado por encima del cero absoluto. ALMA y NASA la consideran el objeto natural más frío conocido y, sorprendentemente, está incluso por debajo de la temperatura del fondo cósmico.
¿Cómo lo consiguió?
Su estrella central está expulsando gas a enorme velocidad. Al expandirse violentamente, ese material pierde energía y se enfría, de una manera comparable (aunque físicamente más compleja) al enfriamiento que sentimos cuando un gas comprimido se expande. El resultado es un gigantesco refrigerador cósmico creado alrededor de una estrella moribunda. Pero 1 K sigue siendo gigantesco comparado con lo que hemos conseguido fabricar en la Tierra.
En 2021 llegamos a 0,000000000038 K. Todavía no fue suficiente
Para acercarse realmente a cero hay que abandonar estrellas y nebulosas y meterse en un laboratorio. Un equipo internacional consiguió en 2021 enfriar aproximadamente 100.000 átomos de rubidio hasta una energía cinética equivalente a 38 picokelvin, es decir: 0,000000000038 K.
El trabajo apareció en Physical Review Letters. Los investigadores crearon un condensado de Bose-Einstein, un estado en el que los átomos ultrafríos comienzan a comportarse colectivamente como una única entidad cuántica, y redujeron enormemente su expansión mediante una especie de “lente” para ondas de materia.
Parte del experimento aprovechó la torre de caída libre de Bremen, donde el gas podía evolucionar temporalmente en microgravedad. El sistema QUANTUS-2 alcanzó velocidades de expansión inferiores a 77 micrómetros por segundo, correspondientes a esos 38 pK.
La diferencia entre aquello y cero parece ridícula. Físicamente, es inmensa.
Incluso a 0 K, el universo cuántico se negaría a quedarse completamente quieto
Cuanto más frío está un sistema, menos energía térmica queda disponible para extraer. Cada reducción adicional se vuelve progresivamente más difícil hasta que alcanzar exactamente el estado de temperatura cero exigiría recursos, tiempo o pasos ilimitados. Y aun imaginando 0 K, los átomos no se transformarían en pequeñas estatuas congeladas. El principio de incertidumbre de Heisenberg implica que un sistema cuántico en su estado fundamental conserva el llamado movimiento de punto cero. NIST recalca que esta agitación no es movimiento térmico y, por tanto, es perfectamente compatible con una temperatura de 0 K.
Ahí está la paradoja: hemos conseguido quedarnos a 38 billonésimas de grado del límite más frío permitido por la naturaleza y, sin embargo, nunca podremos eliminar esa última distancia por completo.
El cero absoluto no es simplemente el lugar más frío del universo. Es una línea de meta escrita en las leyes de la física para que podamos acercarnos eternamente sin cruzarla jamás.
