¿Pequeños Cambios? ¡Mejor lo dejamos así!

¿Cuántas veces habremos hablado aquí de las constantes de la naturaleza? Han sido muchas y todas ellas, han estado influidas por el profundo interés que en mí causan estos números misteriosos que hacen del Universo el que nosotros conocemos. Es porisble, que en otros universos que pudierann ser, y, en los que las constantes fuesen diferentes a las del nuestro, hubieran nacido muertos y sin vida.

Está claro que este interes que las constantes han despertado, no ha en mí, sino en mucho científicos del mundo, es que, existen muchas maneras en las que los valores reales de esas constantes ayudan a que sea posible que la vida esté presente en nuestro Universo. Más aún, a veces parece permitir su existencia por un pequeño margen. Su aumentáramos la constante de estructura fina y no podrá haber átomos y si hacemos mayor la fuerza de la Gravedad y las estrellas agotarían sus combustibles muy rápidamente, si reducimos la intensidad de las fuerzas nucleares no habría bioquímica y así sucesivamente.

Si cambiamos el valor de α (alfa) en una pequeña cantidad, digamos en laq segunda cifra decima, entonces los cambios se harán importantes. Las propiedades de los átomos se aleteran y procesos complicado…

… como el plegamiento de las proteínas o la replicación del ADN podrían verse afectados de manera muy adversa. Claro que, ¿quién sabe si, tales cambios, podrían tener otras posibilidades  para la complejidad química? De la que no podemos sino imaginarlas al faltarnos datos para poder emitir un juicio sensato de ello. Por otra parte, si los cambios son muy grandes, harían que los núcleos y los átomos dejaran de existir y sean mucho más nítidos como barrera para el desarrollo de la complejidad basada en las fuerzas de la Naturaleza. Hay muchos cambios concebibles para los que la vida, estaría ausente.

Pero, a pesar del cambio incesante y la dinámica del Universo visible, existen aspectos de la fábrica del Universo misteriosos en su inquebrantable constancia. Son esas misteriosas cosas invariables las que hace de nuestro Universo el que es y lo distinguen de otros mundos que pudiéramos imaginar. Cuando se conocen estas misteriosas constantes, podemos percibir que es como si hubiera un hilo dorado que teje una continuidad a través del espacio-tiempo que, inexorable, transcurre en la Naturaleza. Y, tales constancias, nos llevan a pensar que todas las cosas son iguales a lo largo del vasto Universo. Que fueron y serán las mismas en otros tiempos además de hoy.

Con razón nos decía Planck:

“La ciencia no puede resolver el misterio final de la Naturaleza. Y esto se debe a que, en el último análisis, nosotros mismos somos parte del misterio que estamos tratando de resolver.” 

 

La Constante de la Estructura Fina

Poco después , en 1967, Bahcall y Schmidt observaron un par de líneas de emisión de oxígeno que aparecen en el espectro de cinco galaxias que emiten radioondas, localizadas con un desplazamiento hacia el rojo promedio de 0,2 (emitiendo así su luz hace unos dos mil millones de años: Aproximadamente la época en que el reactor de Oklo estaba activo en la Tierra y obtuvieron un resultado consistente con ausencia de cambio en la constante de estructura fina que era aún diez veces más fuerte:

α (z = 0,2)/α(z = 0) = 1,001 ± 0,002

Estas observaciones excluían rápidamente la propuesto por Gamow de que la constante de estructura fina estaba aumentando linealmente con la edad del universo. Si hubiese sido así, la razón α(z = 0,2)/α(z = 0) debería haberse encontrado con un valor próximo a 0,8.

Una de las cuestiones más controvertidas en la cosmología es porque las constantes fundamentales de la naturaleza parecen finamente ajustadas para la vida. Una de estas constantes fundamentales es la constante de estructura fina o alfa, que es la constante de acoplamiento de la fuerza electromagnética (usualmente denotada g, es un número que determina la fuerza de una interacción) y equivale a 1/137,03599911.

La ilustración muestra cómo los rayos X de un cuasar distante, son filtrados al pasar por una nube de gas intergaláctico. Midiendo la cantidad de la disminución de la luz debido al oxígeno y otros elementos presentes en la nube los astrónomos pudieron estimar la temperatura, densidad y la masa de la nube de gas  (el cuasar PKS 2155-304).

Es cierto que en el Universo existen equilibrios muy delicados y que, nos puede producir la sensación de que, de un momento a otro, todo se irá al garete y aquello, se convertirá en un Caos sin reversión posible y, sin embargo, es una impresión engañosa, toda vez que, de la explosión supernova surgen nebulosas de las que surgen nuevas estrellas y nuevos mundos. Es la engañosa “Destrucción-Creadora”.

Actualmente, el más potente método utilizado en estos eperimentos dirige todo su potencial en la búsqueda de pequeños cambios  en la absorción por los átomos de luz procedentes de cuásares lejanos.  En lugar de considerar pares de lineas espectrales  en dobletes del mismo elemento, como el silicio,  considera la separación entre líneas causada por la absorción de la luz del cuásar por diferentes elementos químicos en nubes de gas situadas entre el cuásar y nosotros. Y, a todo esto, las cuatro fuerzas fundamentales siguen estando presentes.

Existen varias coincidencias aparentemente inusuales entre las constantes de la Naturaleza no relacionadas en un nivel superficial que parecen ser cruciales para nuestra propia existencia o la de cualquier otra forma de vida concebible. Los inusuales niveles resonantes del carbono y el oxígeno de Hoyle son ejemplos arquitípicos. Cambios pequeños en las intensidades de las diferentes fuerzas de la naturaleza y en las masas de las diferentes partículas elementales destruyen muchos de los equilibrios delicados que hacen posible la vida.

Todas las estructuras del Universo que se comportan como objetos estables, en realidad, se muestran así como consecuencia de que son, malabarismos que se producen entre dos fuerzas antagónicas equivalentes que consiguen esa “delicada” estabilidad que está centrada en la lucha entre la atracción y la repulsión. Por ejemplo, en un planeta, como la Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la Gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos y se llegan a degenerar por el Principio de exclusión de Pauli quen no permite que dos fermiones ocupen el mismo lugar. Todos esos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de los números puros de Stobe-Planck creados a partir de las constantes e, h, c, G y m_pr

α = 2πe^₂/hc = 1/137

α_G = Gm_pr ²/hc ≈ 10^-38

La identificación de constantes de la Naturaleza como α y α_G, junto con los números que desempeñam el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la Naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes al nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la Naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizadas por duiferentes valores de constantes adimensionales. estos cambios numéricos alteran toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los equilibrios entre los fuerzas serán diferentes de los que se dan en el nuestro. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La Gravedad podría tener un papel más pequeño en esos otros mundos. La Naturaleza cuántica de la realidad podría intervenir en lugares inimaginables.

Claro que, nosotros, nos tenemos que ceñir a éste, nuestro Universo que nos muestras unas leyes y unas constantes que son como son y no de otra manera y, de esa forma, está construido nuestro universo conocido que, en alguna ocasión he pensado sino tendrá “otro universo” escondido dentro de este mismo.

Decimos que los valores de las constantes de la Naturaleza están “escogidos” de manera bastante fortuita cuando se trata de permitir que la vida evoluciones y persista pero, echemos una irada a otros ejemplos:  La estructura de los átomos y las moléculas está controlada casi por completo por dos números  de los que he hablado aquí alguna vez: la razón entre las masas del electrón y el protón, β, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina α, que es aproximadamente igual a 1/137.

Supomngamos que permitimos que estas dos constantes cambien su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo más sencillo) que ninguna otra constante de la naturaleza cambie. ¿Qué le sucede al mundo si las leyes de la Naturaleza siguen siendo las mismas?

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos  que, en realidad, no existe mucho espacio para maniobrar. Incrementemos β demasiado y no puede haber estructuras moleculares ordenadas porque es el pequeño valor de β el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor de un núcleo atómico y no se agiten demasiado. Si lo hicieran entonces fallarían procesos muy bien ajustados como la replicación del ADN. El número β también desempeña un papel en los procesos de generación de energía que alimentan las estrellas. Aquí se une con α para hacer los centros de las estrllas lo suficientemente calientes como para iniciar reacciones nucleares.

Podríamos seguir poniendo muchos ejemplos de los posibles cambios en las constantes de la Naturaleza y, todos ellos, nos llevarían a lugares que no nos gustaría imaginar,. ya que, en la mayoría de ellos, ni estaríamos al no ser la vida permitida por aquellas condiciones.

Somos tan ilusos que, a veces, nos cremos ser dueños hasta de las estrellas, y, lo cierto es que, estamos a merced de fuerzas y constantes que el Universo nos ofrece para hacer posible nuestra presencia aquí. Si alguna de esas Leyes cambiaran…¡pobre de nosotros! Y, deberíamos ser conscientes de ello, no creernos más que nadie pero, tampoco menos. Todos llegamos a este lugar de la misma manera y de la misma manera nos tenemos que ir y, sin embargo algunos, se empeñan en ser diferentes cuando…eso, ¡es imposible! como que, las fuerzas de la naturaleza cambien.

emilio silvera

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