Consecuencias Biológicas si las constante fuesen variables

  ¿Seguir soñando? Sí, pero, sin dejar de avanzar

No varían con el paso del Tiempo. Existen muchas constantes físicas; algunas de las más conocidas son la constante de Planck racionalizada , la constante de gravitación , la velocidad de la luz , la permitividad en el vacío psilon, La constante de estructura fina α, la permeabilidad magnética en el vacío y la carga elemental . Todas éstas, por ser tan fundamentales, son llamadas constantes universales. La Constante de Gravedad es la más imprecisa de todas ellas y nunca la hemos sabido medir con una gran precisión a pesar de Newton y Einstein. La Gravedad, también es una constante porque se comporta siempre de la misma manera en circunstancias similares. El resultado de sus mediciones resultarán exactamente iguales en las mismas circunstancias y lugares. Aunque la precisión no sea tan grande como las que pueden ser obtenidas al medir otras constantes como la de la luz, por ejemplo.

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 la carga y la masa del electrón o la velocidad de la luz, le 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.

Esos números misteriosos (el valor de esas constantes fundamentales), son medidos con una precisión cada vez mayor y modelamos nuestros patrones fundamentales de masa y tiempo alrededor de su invariancia. Sin embargo, no podemos explicar sus valores. ¿Por qué la constante de estructura fina vale 1/137? Nadie puede contestar a esa “simple” pregunta. Sabemos que ahí, en esa constante, están involucrados los tres guarismos h, e, y c. El primero es la constante de Planck (la mecánica cuántica), el segundo el Electrón (el electromagnetismo), y, el tercero, la velocidad de la luz (la relatividad especial de Eisntein).

A pesar del cambio incesante y la dinámica del mundo visible, existen aspectos misteriosos del ritmo del Universo que son inquebrantables en su constancia, así lo podemos comprobar en la fuerza gravitatoria o en la velocidad de la luz en el vacío entre otros. Son estas misteriosas cosas invariables las que hacen de nuestro Universo el que es y lo distingue de otros muchos que pudiéramos imaginar. Existe un hilo invisble que teje incesante una continuidad a lo largo y a lo ancho de toda la Naturaleza: Algunas cosas cambian para que todo siga igual.

El problema de si las constantes físicas son constantes se las trae. Aparte del trabalenguas terminológico arrastra tras de sí unas profundas consecuencias conceptuales. Ahora unos experimentos han obtenido resultados que van encaminados hacia el hecho de que la constante de estrucutra fina, pudiera ser variante con el tiempo y el lugar, lo cual, al menos a mí no me cuadra por muchos gráficos que nos quieran presentar como el de abajo.

En verde, los datos obtenidos únicamente a través del telescopio Keck. El azul, solo los del VLT y la región roja es la combinación de ambos. La parte gris corresponde a la vía láctea. Todo está representado en coordenadas ecuatoriales (ascensión recta y declinación).

Si la constante variara de forma espacial esto tocaría la fibra sensible de la Relatividad aunque no es algo que pille de nuevas porque hay ya algunas teorías que plantean que esto pueda suceder. Si la variación es muy suave también podría significar que el universo es mucho mayor que la parte observable del mismo y entonces estaríamos hablando de un universo que incluso podría ser infinitamente grande donde las constantes variaran muy poco en el radio del universo observable, lo bastante poco para que nos parecieran constantes hasta que nos fijáramos lo suficiente.

Si las constantes fuesen variables… ¿Tendríamos un mundo del revés? O, simplemente no tendríamos ningún mundo. Bueno, el cambio de las constantes no es que pusiera el mundo del revés, sino que, simplemente, el mundo tal como lo conocemos, no sería. Igualmente, el Universo sería también distinto y, vaya usted a saber que clase de universos y mundos serían. ¿Un electrón diferente? ¿Qué pasaría con los átomos y la materia, y las estrellas y…nosotros?

Pero esto no es tan simple. Un pequeño cambio ya hace que no sean constantes y eso trae problemas a nivel teórico. También nos complicaría un poco la vida pensar en cómo sería el universo en otras regiones donde las constantes tengan valores muy distintos a los que conocemos actualmente. Es tan antinatural que, no creo que alfa, la constante de estrucutra fina, no sea invariante.

La constante de estructura fina de Sommerfeld (símbolo ) es la constante física fundamental la que caracteriza la fuerza de la interacción electromagnética. Es una cantidad sin dimensiones, por lo que su valor numérico es independiente del sistema de unidades usado.

La expresión que la define y el valor recomendado por acodata en 2002 es:

.

donde:

• es la carga elemental,
  
• es la constante racionalizada de Planck,
  
• es la velocidad de la luz en el vacío, y
• es la permitividad del vacío.

Sí, las Constantes Universales siempre dieron mucho que hablar. El Universo es como es gracias a equilibrios entre fuerzas y, por ejemplo, en un átomo la carga negativa de los electrones es similar a la carga positiva de los protones, y, tal equilibrio de fuerzas hace posible la estabilidad para que se formen y se junten para formar moléculas y materia. En las estrellas, una fuerza, la fusión tienede a expandir a la estrella, otra fuerza, la de Gravedad, tiende a comprimirla, y, de esta manera, aparece el equilibrio necesario para que las estrellas brillen durante miles de millones de años y lancen al espacio interestelar su luz y su calor, creen elementos complejos, y, en su final, hagan que sea posible sembrar de materiales diversos en inmensas nubes la materia primigenia para la vida, y, todo ello, en presencia de las fuerzas fundamentales y las constantes de la naturaleza.

Todo lo que vemos y que está presente en nuestro Universo es denbido a que las constantes son las que son y no otras diferentes, a que tienen los valores que tienen y no otros, a que funcionan de la manera que hemos podido observar y no otra. Con otras constantes diferentes, también el Universo sería otro universo y no el nuestro, el que conocemos y nos deja estar aquí para contarlo.

Así que, sería preferible que las constantes de la Naturaleza se queden tal cual. ¿Qué ganaríamos nosotros si cambiaran? ¿Desaparecer? No gracias. Aunque no como quisieramos pero, estamos bien aquí, al menos hay una oportunidad para cambiar las cosas.

Si esas constantes variaran, ¿que sería de nosotros? Sabemos que, universos con las constantes ligeramente alteradas nacerían muertos, privados del potencial para desarrollar y sostener el tipo de complejidad organizada que llamamos vida.   ¿Son las Constantes de la Naturaleza realmente constantes?   Un experimento llevado a buen fin por un grupo de investigadores, han puesto en práctica un método por ellos ideado mediante el cual, han podido examinar las Constantes de la Naturaleza durante los últimos 11.000 millones de años de la historia del Universo.   Considerando las pautas atómicas que son similares a códigos de barras en la luz que nos llega de Cuásares lejanos, podemos mirar y ver cómo eran los átomos cuando la luz inició su viaje hace miles de millones de años. Así, ¿fueron siempre iguales las constantes de la Naturaleza? La respuesta, inesperada y escandalosa, plantea nuevas posibilidades para el Universo y las leyes que lo rigen.

¿Qué secretos tan profundos se esconden detrás de esta simple ecuación? Desde el comienzo de la “buena” Física, los mejores han tratado de desvelar lo que ahí está escondido. Es la Constante de estructura Fina, otra vez el número puro y adimensional, 137 que guarda los misterios del electromagnetismo, e, la Relatividad de Einstein, c, y, la constante de Planc, h.   A pesar del cambio incesante y la dinámica del mundo visible, existen aspectos de la fábrica del Universo misteriosos en su inquebrantable constancia. Son esas misteriosas cosas invariables las que hacen de nuestro Universo el que es y lo distingue de otros que pudieran existir.   Está presente un hilo dorado que teje una continuidad a través del espacio-tiempo y que, afecta a toda la Naturaleza que, de esa manera, se conforma como un todo, como un Sistema cerrado en el que, las constantes marcan un ritmo de funcionamiento y las leyes o fuerzas naturales dicen como deben cambiar las cosas.

Esas constantes de la Naturaleza están estrechamente emparentadas con las constantes de nuestros cuerpos que, como todo en el Universo, están conectados por unos hilos invisibles, a los parámetros de constantes y fuerzas que todo lo rigen.   Descubrir si las constantes que las definen están determinadas y conformadas por alguna consistencia lógica superior o sigue habiendo un papel para el Azar.   Nuestras primeras ojeadas revelan una situación muy peculiar, Mientras parece que ciertas constantes estuvieran fijadas, otras tienen espacio para ser distintas de las que son y algunas no parecen afectadas por ninguna otra cosa en el Universo. ¿Caen sus valores al Azar? ¿Podrían ser realmente diferentes? Y, si lo fueran, ¿Podría existir vida en el Universo?

Allí lejos, en esos otros mundos que, situados en galaxias lejanas son parecidos al nuestro, seguramente también, pasarán las mismas cosas que aquí si se dan las mismas circunstancias que están presentes en nuestro mundo. Situación y distancia del centro galáctico, zona habitable de su estrella… Océanos y atmósfera… ¡La vida!

En regiones lejanas del Universo, por muy extrañas que nos pudieran parecer, también estarían regidas por las mismas constantes de la Naturaleza que en la nuestra, el Sistema solar. Esas constantes están presentes en todas partes y, al igual que las cuatro fuerzas fundamentales, disponen que todo transcurra como debe ser.

Así que, tomando como patrón universal esas constantes, podemos esperar que ciertas cosas sean iguales en otros lugares del espacio además de la Tierra, lo único que in situ, conocemos. Hasta donde nuestros conocimientos han llegado también parece razonable pensar que dichas constantes fueron y serán las mismas en otros tiempos además de hoy, ya que, para algunas cosas, ni la historia ni la geografía importan. De hecho, quizá sin un substrato semejante de realidades invariables no podrían existir corrientes superficiales de cambio ni ninguna complejidad de mente y materia. Todos sabemos, por ejemplo que, si la carga del electrón variara aunque sólo fuese una diez millonésima parte de la que es, la vida no podría existir.

Constantes que hacen posible nuestra presencia

La invariancia de las constantes hace posible que nuestro Universo contenga las maravillas que podemos en él observar. Sin embargo, a lo largo de la historia muchos se han empeñado en hacerlas cambiar…, pero no lo consiguieron. No pocas veces tenemos que leer en la prensa o revistas “especializadas” noticas como estas:

“Nueva evidencia sostiene que los seres humanos vivimos en un área del Universo que está hecha especialmente para nuestra existencia. ¿Según los cientificos? Esto es lo que más se aproxima a la realidad. El controversial hallazgo se obtuvo observando una de las constantes de la naturaleza, la cual parece ser diferente en distintas partes del cosmos.”

El problema de si las constantes físicas son constantes se las trae. Aparte del trabalenguas terminológico arrastra tras de sí unas profundas consecuencias conceptuales. Lo primero, uno de los pilares fundamentales de la relatividad especial es el postulado de que las leyes de la física son las mismas con independencia del observador. Esto fue una generalización de lo que ya se sabía cuando se comenzó a estudiar el campo electromagnético, pero todo lo que sabemos en la actualidad nos lleva a concluir que Lo que ocurra en la Naturaleza del Universo está en el destino de la propia Naturaleza del Cosmos, de las leyes que la rigen y de las fuerzas que gobiernan sus mecanismos sometidos a principios y energías que, en la mayoría de los casos, se pueden escapar a nuestro actual conocimiento.

Yo aconsejaría a los observadores que informaron y realizaron “el estudio” (que se menciona más arriba) que prestaran más atención o que cambiaran los aparatos e instrumentos de los que se valieron para llevarlo a cabo, toda vez que hacer tal afirmación, además de tratarse de una osadía, se les podría calificar de incompetentes.

De estar en lo cierto, tal informe se opondría al principio de equivalencia de Albert Einstein, el cual postula que las leyes de la física son las mismas en cualquier región del Universo. “Este descubrimiento fue una gran sorpresa para todos”, dice John Webb, de la Universidad de New South Wales, en Sidney (Australia ), líder del estudio que sigue diciendo: Aún más sorprendente es el hecho de que el cambio en la constante parece tener una orientación, creando una “dirección preferente”, o eje, a través del Universo. Esa idea fue rechazada más de 100 años atrás con la formulación de la teoría de la relatividad de Einstein que, de momento, no ha podido ser derrocada (aunque muchos lo intentaron)

Los autores de tal “estudio” se empeñaron en decir que:

 

“La Tierra se ubica en alguna parte del medio de los extremos, según la constante “alpha”. Si esto es correcto, explicaría por qué dicha constante parece tener un valor sutilmente sintonizado que permite la química, y por lo tanto la vida, como la conocemos.

Con un aumento de 4% al valor de “alpha”, por ejemplo, las estrellas no podrían producir carbón, haciendo nuestra bioquímica imposible, según información que hemos podido obtener de profundos estudios sobre el tema que nos dicen que si la constante de estructura fina α, fuese variable, no se podría producir el proceso triple Alfa que produce el Carbono.

Siendo cierto que una pequeña variación de Alfa, no ya el 4%, sino una simple diezmillonésima, la vida no podría existir en el Universo. Está claro que algunos, no se paran a la hora de adquirir una efímera notoriedad, ya que, finalmente, prevalecerá la verdad de la invariancia de las constantes que, a lo largo de la historia de la Física y la Cosmología, muchas veces han tratado de hacerlas cambiantes a lo largo del tiempo, y, sin embargo, ahí permanecen con su inamovible estabilidad.

Veamos por encima, algunas constantes:

Veamos por encima, algunas constantes:

La Constante de Gravitación Universal: G

La primera constante fundamental es G, la que ponemos delante de la fórmula de la gravedad de Newton. Es una simple constante de proporcionalidad pero tambien ajusta magnitudes: se expresa en N*m2/Kg2.

Es tal vez la constante peor medida (sólo se está seguro de las tres primeras cifras…), y como vemos la fuerza de la gravedad es muy débil (si no fuera porque siempre es atractiva ni la sentiríamos).

La Constante Electrica: K

No confundir con la constante K de Bolzman para termodinamica y gases…

La ley de Coulom es practicamente igual a la de la gravitación de Newton, si sustituimos las masas por las cargas, es inversa al cuadrado de la distancia y tiene una constante de proporcionalidad llamada K. La constante es la de de Coulomb y su valor para unidades del SI es K = 9 * 109 * N * m2 / C2

La constante K no es realmente fundamental. F/m es la Permitividad del Medio en el Vacío. Así pues, la constante importante es la Permitividad del Vacío. Hay un paralelismo casi total con el campo magnético, donde definimos la “Permeabilidad Magnética de un material” como la Permitividad Relativa por la Permitividad del Vacío, μ = μrμ0, donde la importante es de nuevo la del vacío.

La velocidad de la luz c

c= 299.792.458 m/s y se suele aproximar por 3·10^8m/s

Según la teoría de la relatividad de Einstein, ninguna información puede viajar a mayor velocidad que la luz. Científicos australianos afirman, sin embargo, haber desarrollado las fórmulas que describen viajes más allá de este límite.

Que la velocidad de la luz es una constante se comprobó hasta la saciedad en diversos experimentos, como el famoso experimento Michelson-Morley que determinó mediante un interferómetro que la velocidad de la luz no dependía de la velocidad del objeto que la emitía, esto descartó de golpe la suposición de que hubiera un “eter” o sustancia necesaria por la que se propagara la luz.

En su lugar aparecieron las famosas transformaciones de Lorentz. La contracción de Lorentz explicaba el resultado del experimento. La rapidez constante de la luz es uno de los postulados fundamentales (junto con el principio de causalidad y la equivalencia de los marcos de inercia) de la Teoría de la Relatividad Especial.

Así que, amigos míos, esas cantidades conservarán su significado natural mientras la ley de gravitación y la de la propagación de la luz en el vacío y los dos principios de la termodinámica sigan siendo válidos. A tal respecto Max Planck solía decir:

“Por lo tanto, al tratarse de números naturales que no inventaron los hombres, siempre deben encontrarse iguales cuando sean medidas por las inteligencias más diversas con los métodos más diversos” .

En sus palabras finales alude a la idea de observadores situados en otros lugares del Universo que definen y entienden esas cantidades de la misma manera que nosotros, sin importar que aparatos o matemáticas pudieran emplear para realizar sus comprobaciones.

Estaba claro que Planck apelaba a la existencia de constantes universales de la Naturaleza como prueba de una realidad física completamente diferente de las mentes humanas. Pero él quería ir mucho más lejos y utilizaba la existencia de estas constantes contra los filósofos positivistas que presentaban la ciencia como una construcción enteramente humana: puntos precisos organizados de una forma conveniente por una teoría que con el tiempo sería reemplazada por otra mejor. Claro que Planck reconocía que la inteligencia humana, al leer la naturaleza había desarrolado teorías y ecuaciones para poder denotarlas pero, sin embargo, en lo relativo a las constantes de la naturaleza, éstas habían surgido sin ser invitadas y, como mostraban claramente sus unidades naturales (unidades de Planck) no estaban escogidas exclusivamente por la conveniencia humana.

Las constantes de la Naturaleza inciden en todos nosotros y, sus efectos, están presentes en nuestras mentes que, sin ellas, no podrían funcionar de la manera creadora e imaginativa que lo hacen. Ellas le dan el ritmo al Universo y hacen posible que todo transcurra como debe transcurrir.

Es curioso comprobar que, una de las paradojas de nuestro estudio del Universo circundante es que a medida que las descripciones de su funcionamiento se hacen más precisas y acertadas, también se alejan cada vez más de toda la experiencia humana que, al estar reducidas a un ámbito muy local y macroscópico, no puede ver lo que ocurre en el Universo en su conjunto y, por supuesto, tampoco en ese otro “universo” de lo infinitesimal que nos define la mecánica cuántica en el que, cuando nos acercamos, podemos observar cosas que parecen fuera de nuestro mundo, aunque en realidad, sí que están aquí.

La revolución de la mecánica cuántica empieza a materializarse, y el qubit es el principal protagonista. Siendo la unidad mínima de información de este extraño mundo, permitirá procesar toda la información existente en segundos. La revolución de la mecánica cuántica empieza a materializarse, y el qubit es el principal protagonista. Siendo la unidad mínima de información de este extraño mundo, permitirá procesar toda la información existente en segundos.

No podemos descartar la idea de que, en realidad, puedan existir “seres también infiniotesimales” que, en sus “pequeños mundos” vean transcurrir el tiempo como lo hacemos nosotros aquí en la Tierra. En ese “universo” especial que el ojo no puede ver, podrían existir otros mundos y otros seres que, como nosotros, desarrollan allí sus vidas y su tiempo que, aunque también se rigen por las invariantes constantes univerales, para ellos, por su pequeñez, el espacio y el tiempo tendrán otros significados. Si pensamos por un momento lo que nosotros y nuestro planeta significamos en el contexto del inmenso universo… ¿No viene a suponer algo así?Claro que, por muy pequeños que podamos ser en el contexto inmenso del Universo, nadie podrá nevgar que somos parte de él, y, eso amigos míos… ¡Tiene una importancia vital! No somos tan insignificantes como a primera vista nos pueda parecer, sino que formamos parte de un complejo engranaje en el que tenemos un función: La de pensar y descubrir.

Einstein nos dejó dichas muchas cosas interesantes sobre las constantes de la Naturaleza en sus diferentes trabajos. Fue su genio e intuición sobre la teoría de la relatividad especial la que dotó a la velocidad de la luz en el vacío del status especial como máxima velocidad a la que puede transmitirse información en el Universo. El supo revelar todo el alcance de lo que Planck y Stoney simplemente habían supuesto: que la velocidad de la luz era una de las constantes sobrehumanas fundamentales de la Naturaleza.

La luz se expande por nuestro Universo de manera isotrópica, es decir, se expande por igual en todas las direcciones. Así actúan las estrellas que emiten su luz o la bombilla de una habitación. Cuando es anisotrópica, es decir que sólo se expande en una dirección, tendríamos que pensar, por ejemplo, en el foco de un teatro que sólo alumbra a cantante.

La luz de las estrellas: Podemos ver como se expande por igual en todas las direcciones del espacio (Isotrópica)

Claro que, cuando hablamos de las constantes, se podría decir que algunas son más constantes que otras. La constante de Boltzmann es una de ellas, es en realidad una constante aparente que surje de nuestro hábito de medir las cosas en unidades. Es sólo un factor de conversión de unidades de energía y temperatura. Las verdaderas constantes tienen que ser números puros y no cantidades con “dimensiones”, como una velocidad, una masa o una longitud.

Las cantidades con dimensiones siempre cambian sus valores numéricos si cambiamos las unidades en las que se expresan.

Las constantes fundamentales determinan el por qué, en nuestro Universo, las cosas son como las observamos.

Y, a todo esto, la teoría cuántica y de la Gravitación gobierna reinos muy diferentes que tienen poca ocasión para relacionarse entre sí. Mientras la una está situada en el mundo infinitesimal, la otra, reina en el macrocosmos “infinito” del inmenso Universo. Sin embargo, las fuerzas que rigen en el mundo de los átomos son mucho más potentes que las que están presentes en ese otro mundo de lo muy grande. ¡Qué paradoja!

¿Dónde están los límites de la teoría cuántica y los de la relatividad general? Somos afortunados al tener la respuesta a mano, Las unidades de Planck nos dan la respuesta a esa pregunta:

Supongamos que tomamos toda la masa del Universo visible y determinamos la longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en que momento esa longitud de onda cuántica del Universo visible superará su tamaño. La respuesta es: Cuando el Universo sea más pequeño que la longitud de Planck (10-33 centímetros), más joven que el Tiempo de Planck (10-43 segundos) y supere la Temperatura de Planck (1032 grados). Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender a qué se parece el mundo a una escala menor que la Longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la Gravedad.

El satélite Planck un observatorio que explora el universo lleva el mismo nombre del fundador de la teoría cuántica será pura coincidencia?. Credito: ESA. La Gravedad cuántica queda aún muy lejos de nuestro entendimiento.

La Relatividad General la teoría de Einstein de la gravedad, nos da una base útil para matemáticamente modelar el universo a gran escala -, mientras que la Teoría Cuántica nos da una base útil para el modelado de la física de las partículas subatómicas y la probabilidad de pequeña escala, de la física de alta densidad de energía de los inicios del universo – nanosegundos después del Big Bang – en la cuál la relatividad general sólo la modela como una singularidad y no tiene nada más que decir sobre el asunto.

Las teorías de la Gravedad Cuántica pueden tener más que decir, al extender la relatividad general dentro de una estructura cuantizada del espacio tiempo puede ser que nosotros podamos salvar la brecha existente entre la física de gran escala y de pequeña escala, al utilizar por ejemplo la Relatividad Especial Doble o Deformada.

¡Es tanto lo que nos queda por saber! Pero finalicemos volviendo de nuevo a la constante de estructura fina, α (alfa):

El día que se profundice y sepamos leer todos los mensajes subyacentes en el número puro y adimensional 137, ese día, como nos decía Heinsemberg, se habrán secado todas las fuentes de nuestra ignorancia. Ahí, en el 137, Alfa (α) Constante de estructura Fina, residen los secretos de la Relatividad Especial, la Velocidad de la Luz, c, el misterio del electromagnetismo, el elextrón, e, y, la Mecánica Cuántica, es decir el cuanto de acción de Planck, h.

¡Quién tuviera el intelecto necesario para comprender todos esos mensajes y poder desvelar sus secretos!

emilio silvera