¡Las constantes de la Naturaleza!

           Esta escena de la vida cotidiana, aunque puesta como una broma…¡es la vida misma!

Pero vamos a lo que nos trae aquí. Lo que nosotros creemos que sucedió al comienzo, no es necesariamente el principio. Antes de ese “Principio”, sucedieron algunas cosas que nosotros no hemos podido o sabido percibir. No tenemos medios de acceder a ellas. Ni utilizando las matemárticas hemos podido saber que es lo que pasó, en aquellas primeras fracciones de segundo, más allá del Tiempo de Planck. De lo que sí hemos podido saber, es que hay cosas que no cambian nunca, al igual de lo que nos cuenta la imagen de arriba -sacada de nuestro mundo cotidiano-, a nivel del Universo, tampoco las cosas son muy diferentes y todo sigue un ritmo que transcurre al compás del paso del tiempo inexorable. Sin embargo, las leyes que todo lo rigen desde que el universo “surgió”, siguen inmutables.

Hace tiempo, los sucesos que constituían historias eran las irregularidades de la experiencia, creíamos que las cosas eran de una menra y resultaban ser de otras a medida que avanzaban nuestras conocimientos. Ahora hemos podido llegar a saber que lo que no cambia son las Constantes de la Naturaleza pero, como graficamente se deja constancia arriba en las escenas que ilustran el paso del tiempo, tampoco cambia el Amor de una madre por un hijo, la salida y la puesta del Sol, nuestra curiosidad, y otras muchas cosas que conviven con nosotros en lo cotidiano.

Según parece, el Tiempo que afecta a la vida de los seres vivos y de las cosas compuestas de materia -nada permanece y todo cambia-, están situadas en un plano distinto al que ocupan esas otras “cosas” que llamamos ¡constantes universales! y que son, las responsables de que nuestro mundo, nuestro universo sea como es. Son aquellos parámetros que no cambian a lo largo del universo: La carga del electrón, la masa del protón, la velocidad de la luz en el vacío, la constante de Planck, la constante gravitacional y también la magnética, o, la constante de estructura fina. Se piensa que son todas ellas ejemplos de constantes fundamentales de la Naturaleza.

Poco a poco, los científicos llegaron a apreciar el misterio de la regularidad y lo predecible del mundo. Pese a la concatenación de movimientos caóticos e impredecibles de átomos y moléculas, nuestra experiencia cotidiana es la de un mundo que posee una profunda consistencia y continuidad. Nuestra búsqueda de la fuente de dicha consistencia atendía primero a las leyes de la Naturaleza que son las que gobiernan como cambian las cosas. Sin embargo, y al mismo tiempo, hemos llegado a identificar una colección de números misteriosos arraigados en la regularidad de la apariencia. Son las Constantes de la Naturaleza que, como las que antes hemos relacionado dan al Universo un carácter distintivo y lo singulariza de otros que podríamos imaginar. Todo esto, unifica de una vez nuestro máximo conocimiento y también, nuestra infinita ignorancia.

Aquí también están algunas de esas constantes

Los campos magnéticos están presentes por todo el Universo. Hasta un diminuto (no por ello menos importante) electrón crea, con su oscilación, su propio campo magnético, y,  aunque pequeño,  se le supone un tamaño no nulo con un radio r_o, llamado el radio clásico del electrón, dado por r₀ = e²/(mc²) = 2,82 x 10^-13 cm, donde e y m son la carga y la masa, respectivamente del electrón y c es la velocidad de la luz.

“La creciente distancia entre la imaginación del mundo físico y el mundo de los sentidos no significa otra cosa que una aproximación progresiva al mundo real.” El mundo que nosotros percibimos es “nuestro mundo”, el verdero es diferente y como nos dice Planck en la oración entrecomillada, cada vez estamos más cerca de la realidad, a la que, aunque no nos pueden llevar nuestros sentidos, si no llevarán la intuición, la imaginación y el intelecto.

Está claro que la existencia de unas constantes de la Naturaleza nos dice que sí, que existe una realidad física completamente diferente a las realidades que la Mente humana pueda imaginar. La existencia de esas constantes inmutables dejan en mal lugar a los filósofos positivistas que nos presentan la ciencia como una construcción enteramente humana: puntos precisos organizados de una forma conveniente por una teoría que con el tiempo será reemplazada por otra mejor, más precisa. Claro que, tales pensamientosm quedan fuera de lugar cuando sabemos por haberlo descubierto que, las constantes de la naturaleza han surgido sin que nosotros las hallamos invitado y, ellas se muestran como entidades naturales que no han sido escogidas por conveniencia humana.

Las distintas constantes del Universo han sido puestas a prueba para comprobar si han cambiado a lo largo del tiempo. Pruebas ralizadas acerca de los cuáres lejanos, nos dicen que las constantes, siguen invariantes.

Los cuásares están entre los objetos más distantes en el universo. La palabra cuásar o “quasar” es una contracción de las palabras “quasi” y “stellar”, por ello son llamados así por su apariencia estelar. El cuásar más lejano hasta ahora es SDSS 1030 +0524 y se halla a unos 13000 millones de años-luz de distancia apenas unos 700 millones después de nacer el universo. La medición de la distancia de estos objetos se toma de la velocidad de alejamiento que presentan, dato que nos lo da el desplazamiento al rojo (z). Se cree que un cuásar nace cuando se fusionan dos galaxias y sus agujeros negros centrales quedan convertidos en este potente y energético objeto.

Es un gran mérito por nuestra parte -sin dejar de reconocer lo poco que aún  asabemos- que, nuestras mentes, puedan haber accedido a ese mundo mágico de la Naturaleza para saber ver primero y desentrañar después, esos números puros y adimensionales que nos hablan de las constantes fundamentales que hacen que nuestro Universo sea como lo podemos observar.

De entre todas las constantes, la que más llama mi atención y despierta mi curiosidad, por los secretos en encierra, es, la constante de estructura fina (1/137). Lo más notable de éste número es su adimensionalidad.  La velocidad de la luz, c, es bien conocida y su valor es de 299.792.458 m/segundo, la constante de Planck racionalizada, ћ, es ћ/2 = 1,054589 ×10 julios/segundo, la altura de mi hijo Emilio, el peso de mi amigo Kike (hay que cuidarse), etc., todo viene con sus dimensiones.  Pero resulta que cuando uno combina las magnitudes que componen alfa ¡se borran todas las unidades! El 137 está sólo: se exhibe desnudo a donde va.

  Esto quiere decir que los científicos del undécimo planeta de una estrella lejana situada en un sistema solar de la Galaxia Andrómeda, aunque utilicen quién sabe qué unidades para la carga del electrón y la velocidad de la luz y que versión utilicen para la constante de Plancl,  también les saldrá el 137.  Es un número puro.  No lo inventaron los hombres.  Está en la naturaleza, es una de sus constantes naturales, sin dimensiones.

La física se ha devanado los sesos con el 137 durante décadas.  Werner Heisember (el que nos regaló el Principio de Incertidumbre en la Mecánica Cuántica), proclamó una vez que, todas las fuentes de perplejidad que existen en la mecánica cuántica se secarían si alguien explicara de una vez el 137.

¿Por qué alfa es igual a 1 partido por 137? El 137 es un número primo. Su inversa, 1/137, es un valor muy cercano al de la constante alfa, que (según la electrodinámica cuántica) caracteriza la interacción entre fotones y electrones. El nombre técnico de alfa es “constante de estructura fina“, y es una de las constantes físicas cuya predicción teórica mejor coincide con los datos experimentales.

Los físicos han demostrado que el valor de alfa es el que tiene que ser para que exista un Universo como el nuestro. De hecho, si alfa variara apenas un poco (menos del 5%), el carbono no se produciría en los hornos estelares y, la vida, tal como la concemos, estaría ausente.

Nosotros, los humanos del planeta Tierra, sabemos de todas esas cuestiones y la última lección que aprendemos de la manera en que números puros como α definen el mundo es el verdadero significado de que los mundos sean diferentes. El número puro que llamamos constante de estructura fina, e identificamos con α, es una combinación de la carga del electrón, e, la velocidad de la luz, c, y la constante de Planck, h. Inicialmente podríamos estar tentados a pensar que un mundo en el que la velocidad de la luz fuera más lenta sería un mundo diferente. Pero sería un error. Si c, h y c cambian de modo que sus valores que tienen unidades métricas (o cualesquiera otras) fueran diferentes cuando las buscamos en nuestras tablas de constantes físicas pero el valor de alfa (α) permaneciera igual, este nuevo mundo sería observacionalmente indistinguible de nuestro mundo. Lo único que cuenta en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la Naturaleza. Si se duplica el valor de todas las masas, no se puede llegar a saber porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.

¡Qué cosas! Tiene la Naturaleza que todo lo hace de manera que nosotros estemos aquí. Bueno, al menos así lo parece. Lo que no quiere decir, de ninguna manera, que seámos los únicos que “estamos”. Otros muchos mundos (miles de millones diría yo) que están situados en las zonas habitables de sus estrellas, también pueden, como el nuestro, tener presente la vida que, si no me equivoco, debería estar también, basada en el Carbono.

Sí, la conformación física pudiera ser diferente pero…los materiales con los que estarían hechos…¿serían diferentes a los que nos conforman a nosotros? Creo que no. En la Toerra tenemos millones de ejemplos vivos de que, la vida, toda ella está basada en el Carbono y, si el Universo es igual en todas partes, entonces…

Cadenas de ADN

La materia del Universo, de la que podemos hablar con toda seguridad de no equivocarnos, la bariónica, la que emite luz y está conformada por partículas infinitesimales llamadas Quarks y Leptones, es la que se transmuta en las estrellas, en sus hornos nucleares que a millones de grados de temperatura y convierte el Hidrógeno en Helio, el Helio en Carbono, después en Oxígeno (efecto triple Alfa) y así una larga lista hasta el hierro en esa primera fase. La segunda, la que “fabrica” materiales más complejos, son las explosiones supernovas que dejan el espacio interestelar regados de oro y platino (por ejemplo) que más tarde, podemos hallar en los mundos.

Si todo eso es así (que lo es) tendremos que convenir que, los seres de cualquier otro planeta, sólo dispondran de esa materia (la existente en el universo tangible) para a partir de ella y, como nosotros por evolución de miles de millones de años, poder surgir a la vida desde esa materia “inerte”.

 Dicke argumentaba que formas de vidas bioquímicas como nosotros mismos deben su propia base química a elementos tales como el carbono, nitrógeno, el oxígeno y el fósforo que son sintetizados tras miles de millones de años de evolución estelar en la secuencia principal. (El argumento se aplica con la misma fuerza a cualquier forma de vida basada en cualesquiera elementos atómicos más pesados que el helio). Cuando las estrellas mueren, las explosiones que constituyen las supernovas dispersan estos elementos biológicos “pesados” por todo el espacio, de donde son incorporados en granos, planetesimales, planetas, moléculas “inteligentes” auto replicantes como ADN y, finalmente, en nosotros mismos que, en realidad, estamos hechos de polvo de estrellas.

Cada día, elegimos una cuestión distinta que se relaciona, de alguna manera, con la ciencia que está repartida en niveles del saber denominados: Matemáticas, Física, Química,Astronomía, Astrofísica, Biología, Cosmología… y, de vez en cuando, nos preguntamos por el misterio de la vida, el poder de nuestras mentes evolucionadas y hasta dónde podremos llegar en nuestro camino hacia… ¿dónde?

Robert Henry Dicke (6 de mayo de 1916 – 4 de marzo de 1997) fue un físico experimental estadounidense, que hizo importantes contribuciones en astrofísica, física atómica, cosmología y gravitación. Hombre inquieto, muy activo y, sobre todo, curioso por saber todo aquello que tuviera alguna señal de misterio.

Robert Dicke, que este era el nombre del extraño personaje, y su estudiante de investigación Carl Brans, en 1.961, demostraron que si se permitía una variación de G con el tiempo, entonces podía elegirse un ritmo de cambio para tener un valor que coincidiera con las observaciones de la órbita de Mercurio. Lamentablemente, se descubrió que todo esto era una pérdida de tiempo. El desacuerdo con la teoría de Einstein a inexactitudes de nuestros intentos de medir el diámetro del Sol que hacían que este pareciera tener una forma de órbita diferente a la real. Con su turbulenta superficie, en aquel tiempo, no era fácil medir el tamaño del Sol. Así que, una vez resuelto este problema en 1.977, desapareció la necesidad de una G variable para conciliar la observación con la teoría

Cuatro años más tarde desarrolló esta importante intuición con más detalle, con especial referencia a las coincidencias de los grandes números de Dirac, en una breve carta que se publicó en la revista Nature. Dicke argumentaba que formas de vidas bioquímicas como nosotros mismos deben su propia base química a elementos tales como el carbono, nitrógeno, el oxígeno y el fósforo que son sintetizados tras miles de millones de años de evolución estelar en la secuencia principal. (El argumento se aplica con la misma fuerza a cualquier forma de vida basada en cualesquiera elementos atómicos más pesados que el helio). Cuando las estrellas mueren, las explosiones que constituyen las supernovas dispersan estos elementos biológicos “pesados” por todo el espacio, de donde son incorporados en granos, planetesimales, planetas, moléculas “inteligentes” auto replicantes como ADN y, finalmente, en nosotros mismos que, en realidad, estamos hechos de polvo de estrellas.

        La Gravedad está presente en todo el Universo

Todos los procesos de la Naturaleza, requieren su tiempo.

Esta escala temporal está controlada por el hecho de que las constantes fundamentales de la naturaleza sean:

t(estrellas) ≈ (Gm_p² / hc)^-1 h/m_pc² ≈ 10⁴⁰ ×10^-23 segundos ≈

≈ 10.000 millones de años

No esperaríamos estar observando el universo en tiempos significativamente mayores que t(estrellas), puesto que todas las estrellas estables se habrían expandido, enfriado y muerto. Tampoco seríamos capaces de ver el universo en tiempos mucho menores que t(estrellas) porque no podríamos existir; no había estrellas ni elementos pesados como el carbono. Parece que estamos amarrados por los hechos de la vida biológica para mirar el universo y desarrollar teorías cosmológicas una vez que haya transcurrido un tiempo t(estrellas) desde el Big Bang.

La escena de una estrella moribunda fue necesaria para que, los materiales biológicos que nos conformaron a los seres vivos, pudieran estar presentes en el Universo. Sin ese tiempo de t(estrellas) = a 10.000 millones de años, difícilmente podríamos estar ahora aquí tratando de estos temas.

Así pues, el valor que del gran número nos dio Dirac N(t) no es en absoluto aleatorio. Debe tener un valor próximo al que toma N(t) cuando t esta cercano el valor t(estrella).

Todo lo que la coincidencia de Dirac dice es que vivimos en un tiempo de la Historia Cósmica posterior a la formación de las estrellas y anterior a su muerte. Esto no es sorprendente. Dicke nos está diciendo que no podríamos dejar de observar la coincidencia de Dirac: es un requisito para que exista vida como la nuestra.

Ahí tenenos una Supernova que calcina a un planeta cercano. Ahí, en esa explosión se producen transiciones de fase que producen materiales pesados y complejos. En una supernova, en orden decreciente tenemos la secuencia de núcleos H, He, O, C, N, Fe, que coincide bastante bien con una ordenación en la tabla periódica que es:

H, He, (Li, Be, B) C, N, O… Fe

Esas Transiciones de fase que son el pan de cada día de nuestro Universo, posibilitan que, a partir de la muerte surja la nueva vida en toda su diversidad. Del casamiento de dos galaxias queda una sóla entidad, nueva, que suple a los dos existencias anteriores y, con los materiales, estrellas y mundos unidos ahora en una sola galaxia, los vientos solares y enormes fuerzas de marea producidos en la colisión, hacen surgir nuevos materiales, nuevos, mundos, nuevas estrellas y vida nueva.

De esta forma Dicke nos vino a decir que:

“Para que el universo del Big Bang contenga las ladrillos básicos necesarios para la evolución posterior de la complejidad biológica-química debe tener una edad al menos tan larga, como el tiempo que se necesita para las reacciones nucleares en las estrellas produzcan esos elaborados elementos.”

Pero para que todo esto sea posible, es preciso que las Constantes fundamentales del Universo sean, como de hecho son, invariantes.

emilio silvera

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