jueves, 30 de octubre del 2014 Fecha
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¿Que fuerzas rigen el Universo?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

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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 pegados a la superficie de la Tierra. La transporta el gravitón.

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 la 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.

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.

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.

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

Materia…

Leptones
Hadrones

Que interacciona con las cuatro fuerzas fundamentales naturales de arriba en el cuadro.

Ahora sabemos que las fuerzas de la naturaleza, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil, el electromagnetismo y la Gravedad, no son tan diferentes como parece a primera vista.  Parecen tener intensidades muy diferentes y actuar sobre partículas elementales diferentes.  Pero eso es ilusorio, es la sensación y creada por nuestra necesidad de habitar en un lugar del Universo donde la temperatura es más bien baja y, es así, como se manifiestan las fuerzas de la naturaleza que, en dicha temperatura permite la existencia de átomos y moléculas.

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 ћ

6,6260755 (40) × 10-34 J s

Constante de Stefan-Boltzmann σ

5,67051 (19) × 10-8 W m-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

× 10-7 H m-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

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 µ (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 µ, es como hemos dicho antes, una combinación de e, c y ћ (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 sus valores que tienen en unidades métricas (o cualesquiera otras) fueran diferentes cuando las buscamos en nuestras tablas de constantes físicas pero el valor de µ 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.

emilio silvera

 


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