El Universo es Misterioso. ¿Llegaremos a conocerlo?

Universo observable: R = 300.000 × 13.500.000.000

El cambio radical expuesto por Dirac en su hipótesis de Grandes Números es que nos exige que creamos que un conjunto de constantes tradicionales de la Naturaleza, como N₂, debe estar cambiando a medida que el Universo envejece en el tiempo, t:

N₁ ≈ N₂ ≈ √N ∝ t

Puesto que Dirac había incluido dos combinaciones que contenían la edad del Universo, t, en su catálogo de Grandes Números, la relación que él propone requiere que una combinación de tres de las constantes de la naturaleza tradicionales no sea constante en absoluto, sino que su valor debe aumentar continuamente a medida que el Universo se hace más viejo, de modo que

e²/Gm_p ∝ t

Dirac decidió acomodar este requisito abandonando la constancia de la constante de gravitación de Newton, G.  Sugirió que estaba decreciendo en proporción directa a la edad del Universo en escalas de tiempo cósmicas, como

G ∝ 1/t

Así pues, en el pasado G era mayor y en el futuro será menor que lo que mide hoy. Ahora veremos que N₁ ≈ N₂ ≈ √N ∝ t y la enorme magnitud de los tres grandes números es una consecuencia de la gran edad del Universo: todas aumentan con el paso del tiempo.

La propuesta de Dirac provocó un revuelo entre un grupo de científicos vociferantes que inundaron las páginas de las revistas especializadas de cartas y artículos a favor y en contra.  Dirac, mientras tanto, mantenía su calma y sus tranquilas costumbres, pero escribió sobre su creencia en los grandes números cuya importancia encerraba la comprensión del Universo con palabras que podrían haber sido de Eddington, pues reflejan muy estrechamente la filosofía de la fracasada “teoría fundamental”.

“¿No cabría la posibilidad de que todos los grandes sucesos presentes correspondan a propiedades de este Gran Número [10⁴⁰], y, generalizando aún más, que la historia entera del Universo corresponda a propiedades de la serie entera de los números naturales…? Hay así una posibilidad de que el viejo sueño de los filósofos de conectar la naturaleza con las propiedades de los números enteros se realice algún día”.

La propuesta de Dirac levantó controversias entre los físicos y, Edward Teller en1.948, demostró que si en el pasado la gravedad hubiera sido como dice Dirac, la emisión de la energía del Sol habría cambiado y la Tierra había estado mucho más caliente en el pasado de lo que se suponía normalmente, los océanos habían estado hirviendo en la era precámbrica, hace doscientos o trescientos millones de años, y la vida tal como la conocemos no habría sobrevivido, pese a que la evidencia geológica entonces disponible demostraba que la vida había existido al menos quinientos millones de años.

El eufórico George Gamow era buen amigo de Teller y respondió al problema del océano hirviente sugiriendo que podía paliarse si se suponía que las coincidencias propuestas por Dirac eran debidas a una variación temporal en e, la carga del electrón, con e² aumentando con el tiempo como requiere la ecuación e²/Gm_p ∝ t

Por desgracia, la propuesta de Gamow de una e variable tenía todo tipo de consecuencias inaceptables para la vida sobre la Tierra.  Pronto se advirtió que la sugerencia de Gamow hubiera dado como resultado que el Sol habría agotado hace tiempo todo su combustible nuclear, no estaría brillando hoy si e² crece en proporción a la edad del Universo.  Su valor en el pasado, demasiado pequeño habría impedido que se formaran estrellas como el Sol.  Las consecuencias de haber comprimido antes su combustible nuclear, el hidrógeno, hubiera sido la de convertirse primero en Gigante roja y después en Enana blanca y, por el camino, en el proceso, los mares y océanos de la Tierra se habrían evaporado y la vida habría desaparecido de la faz del planeta.

Gamow tuvo varias discusiones con Dirac sobre estas variantes de su hipótesis de G variable.  Dirac dio una interesante respuesta a Gamow con respecto a su idea de la carga del electrón, y con ello la constante de estructura fina, pudiera estar variando.

Recordando sin duda la creencia inicial de Eddington en que la constante de estructura fina era un número racional, escribe a Gamow en 1961 hablándole de las consecuencias cosmológicas de su variación con el logaritmo de la edad del Universo.

“Es difícil formular cualquier teoría firme sobre las etapas primitivas del Universo porque no sabemos si ћc/e² es constante o varía proporcionalmente a log (t). Si ћc/e² fuera un entero tendría que ser una constante, pero los experimentadores dicen ahora que no es un entero, de modo que bien podría estar variando.  Si realmente varía, la química de las etapas primitivas sería completamente diferente, y la radiactividad también estaría afectada.  Cuando empecé a trabajar sobre la Gravedad esperaba encontrar alguna conexión entre ella y los neutrinos, pero esto ha fracasado.”

Dirac no iba a suscribir una e variable fácilmente, como solución al problema de los Grandes Números.  Precisamente, su trabajo científico más importante había hecho comprensible la estructura de los átomos y el comportamiento del electrón y, dijo que existía el positrón.   Todo ello basado en la hipótesis, compartida por casi todos, de que e era una verdadera constante, la misma en todo tiempo y todo lugar en el Universo, un electrón y su carga negativa eran exactas en la Tierra y en el más  alejado planeta de la más alejada estrella de la Galaxia Andrómeda.  Así que Gamow, pronto abandonó la teoría de la e variable y concluyo que:

“El valor de w se mantiene en pie como el Peñón de Gibraltar durante los últimos 6×10⁹ años.”

Pero lo que está claro es que, como ocurre siempre en ciencia, la propuesta de Dirac levantó una gran controversia que llevó a cientos de físicos a realizar pruebas y buscar más a fondo en el problema, lo que dio lugar a nuevos detalles importantes sobre el tema.

Alain Turing, pionero de la criptografía, estaba fascinado por la idea de la gravedad variable de Dirac y, especuló sobre la posibilidad de probar la idea a partir de la evidencia fósil, preguntando si “un paleontólogo podría decir, a partir de la huella de un animal extinto, si un pero era el que se suponía”.

El gran biólogo J.B.S. Haldane se sintió también atraído por las posibles consecuencias biológicas de las teorías cosmológicas en que las “constantes” tradicionales cambian con el paso del tiempo o donde los procesos gravitatorios se despliegan de acuerdo con un reloj cósmico diferente del de los procesos atómicos (¿será precisamente por eso que la relatividad general –el cosmos-, no se lleva bien con la mecánica cuántica –el átomo-?).

Tales universos de dos tiempos habían sido propuestos por Milne y fueron las primeras sugerencias de que G podría no ser constante.  Unos procesos, como la desintegración radiactiva o los ritmos de interacción molecular, podrían ser constantes sobre una escala de tiempo pero significativamente variables con respecto a la otra.  Esto daba lugar a un escenario en el que la bioquímica que sustentaba la vida sólo se hacía posible después de una particular época cósmica, Haldane sugiere que:

“Hubo de hecho, un momento en el que se hizo posible por primera vez vida de cualquier tipo, y las formas superiores de vida sólo pueden haberse hecho posibles en una fecha posterior.  Análogamente, un cambio en las propiedades de la materia puede explicar algunas de las peculiaridades de la geología precámbrica.”

Este imaginativo escenario no es diferente del que ahora se conoce como “equilibrio interrumpido”, en el que la evolución ocurre en una sucesión discontinua de brotes acelerados entre los que se intercalan largos periodos de cambio lento.  Sin embargo, Haldane ofrece una explicación para los cambios.

Lo que tienen en común todas estas respuestas a las ideas de Eddington y Dirac es una apreciación creciente de que las constantes de la naturaleza desempeñan un papel cosmológico vital:

Existe  un lazo entre la estructura del Universo en conjunto y las condiciones locales internas que se necesitan para que la vida se desarrolle y persista. Si las constantes tradicionales varían, entonces las teorías astronómicas tienen grandes consecuencias para la biología, la geología y la propia vida.

No podemos descartar la idea ni abandonar la posibilidad de que algunas “constantes” tradicionales de la Naturaleza pudiera estar variando muy lentamente durante el transcurso de los miles de millones de años de la historia del Universo.  Es comprensible por tanto el interés por los Grandes Números que incluyen las constantes de la naturaleza.  Recordemos que Newton nos trajo su teoría de la Gravedad Universal que más tarde mejora Einstein y que, no sería extraño, en el futuro mejorará algún otro con una nueva teoría más completa y ambiciosa que explique lo grande (el cosmos) y lo pequeño (el átomo), las partículas (la materia) y la energía por interacción de los cuatro fuerzas fundamentales.

Sin embargo, hablar a la ligera de que la Constantes de la Naturaleza podrian cambiar, seria irrespondable, y, aunque la expansion del Universo puede incidir, de alguna manera en dichos cambios, una cosa es cierta: La energia de Vacio y la Curvatura del Universo, aparecen cuando hacen falta y, en realidad, son como las zapatas del freno del Universo para que las Constantes universales no se desmanden y sigan con sus numeros de establidad, ya que, si la constante de estructura fina pudiera variar de manera significativa con el paso del tiempo o la Gravedad aumentara, los atamos no podrian existir para formar estrellas y planetas y, desde luego nosotros, no podriamos estar aqui.

Hasta el momento, de las muchas observaciones efectuadas, se deduce que, en el Universo, existen los resortes necesarios para que todo sea como lo podemos ver y, las constantes de la Nasturaleza estan ahi para hacer posible la presencia de observadores, es decir, de la complejidad bioquimica de la vida.

emilio silvera

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