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31

Fuerzas y Constantes…¡El Universo!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Relativista    ~    Comentarios Comments (4)

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mundo brana

Las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundobrana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil. Seguramente ese será el motivo por el cual, encontrar  al Bosón mediador de la fuerza, el Gravitón, resulta tan difícil.

 

 

Muchos han sido los intentos de localizar al gravitón, sin éxito alguno. ¿Será el de arriba? Seguramente no. Sin embargo, aunque no será fácil, debemos seguir la búsqueda del bosón que intermedia en la fuerza gravitacional.

Las fuerzas fundamentales

Tipo de Fuerza Alcance en m Fuerza relativa Función
Nuclear fuerte <3×10-15 1041 Une Protones y Neutrones en el núcleo atómico por medio de Gluones.
Nuclear débil < 10-15 1028 Es responsable de la energía radiactiva   producida de manera natural.  Portadoras W y Z–
Electromagnetismo Infinito 1039 Une los átomos para formar moléculas; propaga la luz y las ondas de radio y otras formas de energías eléctricas y magnéticas por medio de los fotones.
Gravitación Infinito 1 Mantiene unidos los planetas del Sistema Solar, las estrellas en las galaxias y, nuestros pies

 

 

La Fuerza nuclear fuerte es la más potente de las cuatro fuerzas fundamentales. Los núcleos de los átomos están conformados por protones y neutrones que, a su vez están hechos de quarks. Los quarks están confinados dentro de los hnucleones y sujetos por las partículas mediadoras de la fuerza, los Gluones que no permiten que los quarks se separen manteniendo así, el debido equilibrio.

Las constantes fundamentales

Constante Símbolo Valor en unidades del SI
Aceleración en caída libre g 9,80665 m s-2
Carga del electrón e 1,60217733(49) × 10-19 C
Constante de Avogadro NA 6,0221367 (36) × 1023 mol-1
Constante de Boltzmann K=R/NA 1,380658 (12) × 10-23 J K-1
Constante de Faraday F 9,6485309 (29) × 104 C mol-1
Constante de los gases R 8,314510 (70) × J K-1 mol-1
Constante de Loschmidt NL 2,686763 (23) × 1025 mol-3
Constante de Planck h 6,6260755 (40) × 10-34 J s
Constante de Stefan-Boltzmann σ 5,67051 (19) × 10-8 Wm-2 K-4
Constante eléctrica ε0 8,854187817 × 10-12 F m-1
Constante gravitacional G 6,67259 (85) × 10-11 m3 Kg-1 s-2
Constante magnética μ0 4π × 10-7 Hm-1
Masa en reposo del electrón me 9,1093897 (54) × 10-31 Kg
Masa en reposo del neutrón mn 1,6749286 (10) × 10-27 Kg
Masa en reposo del protón mp 1,6726231 (10) × 10-27 Kg
Velocidad de la luz c 2,99792458× 108 m s-1
Constante de estructura fina α 2 π e2/h c

Desde el Big Bang, cuando aparecieron las fuerzas fundamentales, también lo hicieron las constantes universales que contribuyen a que, nuestro Universo sea tal como lo conocemos y posibilitan la presencia de vida aquí en la Tierra, y posiblemente, en otros muchos planetas.

Unas pueden ser más constantes naturales que otras, pero lo cierto es que, de momento, han servido como herramientas eficaces.

La última lección importante que aprendemos de la manera en que números puros como α (alfa) definen el mundo, es el verdadero significado de que los mundos sean diferentes. El número puro que llamamos constante de estructura fina, e indicamos con α, es como  decimos en el comentario siguiente, una combinación de e, c y h (el electrón, la velocidad de la luz y la constante de Planck). 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 e, h y c cambian de modo que los valores que tienen en unidades métricas (o cualesquiera otras) fueran diferentes cuando las buscamos en nuestras tablas de constantes físicas, pero el valor de 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.

Fue Einstein el que anunció lo que se llamó principio de covariancia: que las leyes de la naturaleza deberían expresarse en una forma que pareciera la misma para todos los observadores, independientemente de dónde estuvieran situados y de cómo se estuvieran moviendo. Cuando trató de desarrollar este principio, Einstein tuvo dificultades; no encontraba la manera de expresarlo con la formulación matemática adecuada. Pidió ayuda a su amigo Marcel Grossmann, matemático, quien sabiendo de las necesidades exactas de Einstein, le envió la copia de una conferencia que dio un tal Riemann, unos sesenta años antes.

Einstein fue muy afortunado, ya que durante la última parte del siglo XIX en Alemania e Italia, matemáticos puros habían estado inmersos en el estudio profundo y detallado de todas las geometrías posibles sobre superficies curvas. Habían desarrollado un lenguaje matemático que automáticamente tenía la propiedad de que toda ecuación poseía una forma que se conservaba cuando las coordenadas que la describían se cambiaban de cualquier manera. Este lenguaje se denominaba cálculo tensorial. Tales cambios de coordenadas equivalen a preguntar qué tipo de ecuación vería alguien que se moviera de una manera diferente.

Riemann , Georg Bernhard

Einstein se quedó literalmente paralizado al leer la Conferencia de Riemann. Allí, delante de sus propios ojos tenía lo que Riemann denominaba Tensor métrico. Einstein se dio cuenta de que era exactamente lo que necesitaba para expresar de manera precisa y exacta sus ideas. Así  llegó a ser  posible la teoría de la relatividad general.

Einstein pudo expresar su principio de covariancia expresando sus leyes de la naturaleza como ecuaciones tensoriales, que poseían automáticamente la misma forma para todos los observadores.

Tensor métrico de Riemann:

 

La geometría de los espacios curvos de Riemann hizo posible la relatividad general de Einstein que se pasó siete años buscando la formulación adecuada a su ideas.

Este paso de Einstein completó un movimiento espectacular en la concepción física de la naturaleza que ha sido completado en el siglo XX. Está marcado por una evolución que se aleja continuamente de cualquier visión privilegiada del mundo, sea una visión humana, basada en la Tierra, o una visión basada en patrones humanos, la naturaleza tiene sus propios patrones (el 137 es un ejemplo de ello).

El Universo es igual en todas partes

Está claro que pensar siquiera en que en nuestro universo, dependiendo de la región en la que nos encontremos, habrá distintos leyes físicas, sería pensar en un universo chapuza. Lo sensato es pensar como Einstein y creer que en cualquier parte del universo rigen las mismas leyes físicas, hasta que no se encuentre pruebas reales a favor de lo contrario,  los científicos suponen con prudencia que, sea cual fueren las causas responsables de las pautas que llamamos “Leyes de la Naturaleza”, es mucho más inteligente adoptar la creencia de la igualdad física en cualquier parte de nuestro universo por muy remota que se encuentre; los elementos primordiales que lo formaron fueron siempre los mismos:

Quarks y Leptones que formaron los hadrones llamados bariones (como protones, neutrones y otros) para conformar la materia que vemos a nuestro alrededor, en los cielos y en el Universo profundo. Todo eso, grande o pequeño, está formado por la materia que está hecha de estos infinitesimales objetos ciudadanos del mundo cuántico y que se juntan por miles y cientos de miles de millones para dejarse ver en forma de mundos, de estrellas y galaxias y, ¿por qué no? también de seres vivientes racionales o no (aunque la definición de racionales no parece muy convincente).

emilio silvera

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Esta entrada fue publicada el sábado, 31 de agosto de 2013 a las 4:30 y está clasificada bajo: Física Relativista. Puede hacer un seguimiento de los comentarios de esta entrada gracias al feed RSS 2.0. Puede dejar un comentario, o enviar un trackback desde su sitio.
 

  1. 1
    emilio silvera
    el 13 de julio del 2011 a las 10:10

    Me quedo, por su racionalidad, con el primer párrafo que dice:
    “Las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundobrana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil. Seguramente ese será el motivo por el cual, encontrar  al Bosón mediador de la fuerza, el Gravitón, resulta tan difícil.

    Nos deja claro que, la Gravedad es la fuerza más débil porque está en todas partes, nada la retiene ni la confina, y, al tener que atender a más espacios (dimensiones), es mucho más débil que las otras fuerzas que funcionan dentro de un ámbito determinado.

    Debido a que eso es así, pensé yo un día en esa hipótesis de que, la materia oscura quizá no existiera y, el exceso de Gravedad que se detecta y que hace que las galaxias se alejen las unas de las otras a mayor velocidad de la que sería si toda la materia existente fuese la que vemos (estrellas, galaxias, etc.), es debido a que, se producen, de manera constante, fluctuaciones de vacío que dan lugar a grietas en el espacio-tiempo, y, a través de esas grietas, se escapan los gravitones que llevan o transportan la Gravedad que es generada por lo que allí existe, en ese mal llamado “vacío” que está rebosante de objetos y energías.

    Creo que habría que profundizar mucho más ahí, en eso que llamamos vacío y sus fluctuaciones que pueden dar lugar (según algunos) incluso a la aparición de un nuevo universo.

    Es tan compleja la Gravedad que, mientras no aparezca el Gravitón y tengamos una teoría consistente de la Gravedad-Cuántica, seguirá guardando secretos y misterios que deseamos desvelar.

     

    Responder
  2. 2
    kike
    el 13 de julio del 2011 a las 23:41

    Amigo Emilio, con toda la osadía que me permite mi ignorancia, te vaticino que este universo nuestro podría ser completamente asimétrico y además anisotrópico, en contra de lo estimado como una cierta realidad científica en la actualidad.

     Para corroborar esta aparante barbaridad, baste leer el artículo que indico al final, de Ciencia Kanija.

     Y es que además, esa hipótesis, basada en un serio estudio hecho con bastantes galaxias investigadas en la zona norte de nuestra visión cosmogónica, (hasta 600 millones de a.l),  demuestran que un 7% de ellas tienen un giro antihorario, lo que al parecer(Si lo he entendido bien), significa que la posibilidad de error es una entre un millón, lo que confirmaría que el B.B: debió comenzar con una rotación, no como un cuerpo especular como se entendía hasta ahora.

     Y es que (Ahora viene lo de la osadía), sabrás que hace días comenté que tanto nuestro universo como otros muchos posibles pudieran haberse formado a través de la salida de la materia contenida en un agujero negro, en su parte contraria(“agujero blanco”); y es que si el a.n. de entrada de materia en un universo dado, fuera del modelo giratorio, y esa misma materia entrante giratoriamente pudiera ser que saliese en otro lejano lugar carente de espacio/tiempo, lo que podría crear un nuevo B.B., por el mismo motivo de su rotación de orígen  en la entrada de materia, a su salida debería rotar igualmente por varios principiuos físicos, si bien posiblemente en dirección contraria, tal y como los fluidos forman remolinos de diferente dirección según el hemisferio terrestre en donde se creen.

     Si así fuera, tendriamos que recomponer una vez más nuestra cada vez más pequeña importancia en el Universo (¿Digo Universo?, ¡Ni eso siquiera nos quedaría!); que lejano queda el pensamiento general de la humanidad que nos colocaba en el centro de todo; posiblemente, ni estemos en el centro, ni estemos en todo, y quizás ni siquiera estemos….

      PD: Por favor no me trateis de pesimista; creo que sería más justo el adjetivo de “realista”

    http://www.cienciakanija.com/2011/07/12/el-universo-pudo-haber-nacido-girando/#more-13217

     Mira por donde un serio estudio científico puede dar algo de pábulo a esa fantástica teoría(Que por supuesto no es mía, simplemente la ví en un documental).

    Responder
  3. 3
    Fandila
    el 2 de febrero del 2012 a las 14:24

    El propio Big Bang queda en entredicho. La anisotropía habría de estar en germen en esa supuesta base primera, porque no existirá una base primera sino un “concatenado” infinitesimalmente asimétrico hacia atrás, que con la evolución se incrementa. La anisotropía y la asimetría, en sus dos vertientes de la expansión: traslacional y rotativa (bases del espacio tiempo) va inmersa en las maneras de ser de la dimensión materia que conocemos. Los cuantos, o presentaciones estructurales mínimas, por la propia naturaleza del espacio tiempo no son exactos (Salvo en su combinación global, que constituyen un todo, 137), nada está terminado nunca, y la variedad material indica que “el grado de evolución de los distintos elementos, su estatus” no puede ser equivalente para todos, por lo que la uniformidad no es posible.
    Un elemento repetitivo, base de todo, y para que todo fuese uniforme y simétrico, derivaría al equilibrio total sin evolución posible. Es el contraste evolutivo entre las formas materiales la base de la variedad y del propio espacio tiempo como una relación. El eterno material “no procede de lo uno” sino de lo diverso, lo que ya sería entrar en una filosofía de la transcendencia: lo infinito en cualquier orden.
    He leído ese artículo en Ciencia Kanija, muy acertado, y lo que comento es, en resumen,  mi particular visión al respecto.
    Un cordial saludo

    Responder
    • 3.1
      emilio silvera
      el 3 de febrero del 2012 a las 5:52

      Hola, amigo Fandila, siempre será un placer tenerte por aquí y leer lo que tienes que decirnos que, como de costumbre, es interesante y esclarecedor. Como bien comentas continuando con lo que dice Kike, así resultan ser las cosas y, de la diversidad ha venido todo lo que conocemos y, lo desconocido también tendrá esa procedencia de variedad y anisotropía que caracteriza a nuestro Universo.
      Un saludo cordial amigo.

      Responder
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