viernes, 05 de junio del 2020 Fecha
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Un poco de Física

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

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Es una auténtica maravilla el ver como la Física nos lleva a los temas más profundos de la Naturaleza del Universo y, de la libertad asintótica del mundo microscópico del núcleo donde residen los Quarks que forman los protones y los neutrones y donde la fuerza de Yang-Mills nos describe esa materia pegajosa acaramelada que son los Gluones que mantienen confinados a los quarks, en ese mundo de lo muy pequeño, podemos contemplar que, las Fuerzas Fundamentales que rigen el Universo, las nucleares fuerte y débil, el electromagnetismo y la fuerza de gravedad, junto con las Constantes Universales, hacen que el mundo en el que vivimos, sea como es, cualquier desviación mínima en cualquiera de éstas constantes, tendría la consecuencia de que en nuestro planeta no pudiera existir la vida tal como la conocemos. Es impensable un mundo como el nuestro si la Constante de Estructura Fina, α =1/137, fuera diferente a la que es.

León Lederman, premio Nobel de Física, decía que, todos los físicos del mundo deberian tener un letrero en el lugar más visible de sus hogares para cuando lo vieran, les recordara lo que no sabemos. En el letrero solo pondría 137.

Resulta que el 137 es un número puro, adimensional, éste sólo número encierra los misterios del electromagnetismo (el electrón, e), de la relatividad (la velocidad de la luz, c) y, de la Mecánica Cuantica (la constante de Planck, h).

Lo más curioso de este notable número es su adimensionalidad. La velocidad de la luz, c, es bien conocida y su valor es de 299.792.458 m/s, la constante de Planck racionalizada es de ħ/2=1,054589×10 J/s, la altura de mi hijo Isat es de 1,77 m., todo tiene 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  científicos del undécimo planeta de una estrella lejana situada en un sistema solar de la Galaxia Andrómeda, aunque utilicen Dios sabe que unidades para la carga del electrón y la velocidad de la luz y que versión puedan tener para la constante de Planck, también les saldrá 137. Es un número puro. No lo inventaron los hombres. Está en la Naturaleza, es una de sus constantes naturales sin dimensiones.

¿Por qué Alfa es igual a 1 partido por 137?  Esperemos que algún día aparezca un genio como Einstein y nos pueda dar la respuesta a éste número y a los misterios que encierra. Ya dijo Heisenberg (el padre del Principio de Incertidumbre e impulsor de la Mecánica Cuántica) que, el día que podamos abrir la puerta cerrada del 137, sabremos la respuesta a muchas preguntas sin contestar.

Arnold Sommerfeld, percibió que la velocidad de los electrones en el átomo de hidrógeno era una fracción considerable de la velocidad de la luz, así que había que tratarlos conforme a la teoría de la relatividad especial, vio que donde la teoría de Bohr predecía una órbita, la nueva teoría predecía dos muy juntas.

Esto explica el desdoblamiento de las líneas. Al efectuar sus cálculos, Sommerfeld introdujo una “nueva abreviatura” de algunas constantes. Se trataba de 2π e²/hc, que abrevió en la letra griega alfa. No prestad atención a los números, lo interesante es esto: cuando se meten los números conocidos de la carga del electrón, e, la constanste de Planck, h, y la velocidad de la luz, c, sale 1/137. Otra vez 137 el número puro.

Existen unidades sobrehumanas, están más alla del hombre, son unidades de la Naturaleza, adimensionales y puras. Tenemos que pensar en Stoney que centró sus estudios en esas unidades naturales que trascienden a los patrones humanos. El trabajo de Stoney fue perfeccionado por Eddington y finalmente, fue Max Planck el que adoptó ésta unidades microscópicas conocidas como unidades de Planck referidas a la masa, longitud y tiempo.

Cuando se profundiza en todo esto, se llega a la conclusión de que no debemos descartar la posibilidad de que, algún día, seamos capaces de utilizar las unidades de Stoney-Planck para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el Universo, desde el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas ( todo lo grande está hecho de cosas pequeñas). Todas las estructuras del Universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras, la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termo nuclear la expande y la fuerza de la Gravedad la contrae y tiende a comprimirla bajo su propia masa, solo es frenada por la fuerza de expansión. Así, cuando el combustible nuclear se agota, la Fuerza Gravitatoria queda libre y comprime la estrella hasta los límites que su propia masa determina, si es como nuestro Sol, se comprimirá a estrella enana blanca, si es algo mayor se convertirá en una estrella de neutrones y, si es una estrella supermasiva, su destino será el de un Agujero Negro.

Las constantes fundamentales (constantes universales) están referidas a los parámetros que no cambian a lo largo del Universo. La carga del electrón, la velocidad de la luz en el espacio vacío, la constante de Planck, la constante gravitacional, la constante eléctrica y magnética se piensa que son ejemplos de constantes fundamentales.

Está claro que, si estas constantes fueran distintas de las que son, nuestro mundo no sería como es, y, muy probablemente no reuniría los requisitos necesarios para albergar la vida inteligente tal como la conocemos.

Es fascinante comprobar como a lo largo del tiempo, surgen mentes elegidas que hacen posible abrir nuevos caminos al resto de los mortales que así, pueden continuar avanzando en el conocimiento de las cosas.

Desde Tales de Mileto que fue el primero en ignorar la mitologia para emplear la lógica y deducir la importancia del agua para la vida; Empédocles que fue el primero que habló de los elementos necesarios para formar las cosas, y, fijó el agua, el aire, el fuego y la tierra como los esenciales para combinarlos en la debida proporción y hacer posible la existencia de todo lo que se podía ver; Demócrito de Abdera, que habló del átomo, esa fracción invisible e indivisible que formaba la materia, todos ellos con una intuición e ingenio dignos de admiración.

Ya más tarde, vinieron otros para nosotros más familiares como Galileo, Newton, Planck y Einstein, hasta llegar hoy a Edward Witten y su teoría M de supercuerdas.

Claro que, sin aquellos no hubieran sido posible estos. Me explico.

Einstein, que duda nos puede caber de ello, era un genio como lo demuestran sus trabajos de 1.905 que dejaron al descubierto la capacidad de reunir estudios y trabajos dispersos de varios científicos eminentes como Mach, Maxwell o Lorentz para su relatividad especial, o como Max Planck para su trabajo del Efecto fotoeléctrico.

Su ampliación de la teoría relativista fue mucho más complicada y difícil, toda vez que, le llevó varios años la búsqueda de las matemáticas necesarias para poder formularla. Desesperado, le pidió ayuda a su amigo Marcel Grossman que, entre la documentación que le envió, había incluido una conferencia que, 60 años antes, había dado un tal Riemann. Einstein quedó literalmente petrificado, allí, delante de sus ojos, tenía la respuesta a sus desvelos. Algo que el conferenciante llamaba Tensor Métrico, la geometría que podía describir el espacio curvo, la solución a todos sus problemas.

Poco después el mundo pudo asombrarse con su Teoría de la Relatividad General que describía la Gravedad como la curvatura del espacio y la distorsión del tiempo en presencia de grandes masas.

Einstein que paso los últimos 30 años de su vida en busca de una teoría del todo, sin conseguirlo, habría disfrutado hoy con la nueva teoría de Supercuerdas que, según parece, es la candidata más fiable para conseguir dicha teoría unificada.

En ésta teoría, parece posible lo que hasta el momento no lo ha sido, unificar la Gravedad con la Mecánica Cuántica, con cual, tendríamos una teoría cuántica de la gravedad.

Pero esa, es otra historia.

emilio silvera

 


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