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Robert Dicke

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (5)

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Me referiré ahora aquí a un físico extraño.  Se sentía igualmente cómodo como matemático, como físico experimental, como destilador de datos astronómicos complicados o como diseñador de sofisticados instrumentos de medida.

Tenía los intereses científicos más amplios y diversos que imaginarse pueda, el decía que al final del camino todos los conocimientos convergen en un solo punto, el saber.

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Así de curioso, ya podéis imaginar que fue uno de los que, de inmediato se puso manos a la obra para comprobar la idea de la constante gravitatoria variable de Dirac que podía ser sometida a una gran cantidad de pruebas observacionales, utilizando los datos de la geología, la paleontología, la astronomía, la física de laboratorio y cualquier otro que pudiera dar una pista sobre ello.  No estaba motivado por el deseo de explicar los Grandes Números.  Hacía mediados de la década de los 60 hubo una motivación adicional para desarrollar una extensión de la teoría de la gravedad de Einstein que incluye una G variable.  En efecto, durante un tiempo pareció que las predicciones de Einstein no coincidían en lo referente o sobre el cambio de órbita de Mercurio que era distinta a las observaciones cuando se tenía encuentra la forma ligeramente achatada del Sol.

Robert Dicke, que este era el nombre del extraño personaje, y su estudiante de investigación Carl Brans, en 1.961, demostraron que si se permitía una variación de G con el tiempo, entonces podía elegirse un ritmo de cambio para tener un valor que coincidiera con las observaciones de la órbita de Mercurio.  Lamentablemente, se descubrió que todo esto era una pérdida de tiempo.  El desacuerdo con la teoría de Einstein a inexactitudes de nuestros intentos de medir el diámetro del Sol que hacían que este pareciera tener una forma de órbita diferente a la real.  Con su turbulenta superficie, en aquel tiempo, no era fácil medir el tamaño del Sol.  Así que, una vez resuelto este problema en 1.977, desapareció la necesidad de una G variable para conciliar la observación con la teoría.

De todas las maneras, lo anterior no quita importancia al trabajo realizado por Dicke que preparó una revisión importante de las evidencias geofísicas, paleontológicas y astronómicas a favor de posibles variaciones  de las constantes físicas tradicionales.  Hizo la interesante observación de explicar los “Grandes Números” de Eddington y Dirac bajo el apunte de que, allí tenía que subyacer algún aspecto biológico que de momento no éramos capaces de ver.

La hipótesis de un gran número de Dirac (LNH) se refiere a una observación hecha por Paul Dirac en 1937 coeficientes relativos de las escalas de tamaño en el Universo a la de las escalas vigentes. Las proporciones constituyen muy grande, números adimensionales: en 40 órdenes de magnitud en la época cosmológica actual.Según la hipótesis de Dirac, la aparente equivalencia de estas proporciones no puede ser una mera coincidencia, sino que podría implicar una cosmología con estas características inusuales:

  • La fuerza de la gravedad, representado por la constante gravitacional , es inversamente proporcional a la edad del universo: G \ propto 1 / t \,;
  • La masa del universo es proporcional al cuadrado de la edad del universo: M \ propto t ^ 2.

“El problema del gran tamaño de estos números es ahora fácil de explicar…  Hay un único número adimensional grande que tiene su origen estático.  Este es el número de partículas del Universo.  La edad del Universo “ahora” no es aleatoria sino que está condicionada por factores biológicos… [porque cambio en los valores de grandes números] impedirían la existencia del hombre para considerar el problema”.

La evolución del Universo, sus transiciones de fases, la construcción natural de elementos pesados y más complejos en el seno de las estrellas y en las explosiones supernovas, todo ello, nos llevó a que la materia pudiera adquirir la capacidad químico biológica necesaria para la vida.

Sigamos con el personaje. Cuatro años más tarde desarrolló esta importante intuición con más detalle, con especial referencia a las coincidencias de los Grandes Números de Dirac, en una breve carta que se publicó en la revista Nature.  Dicke argumentaba que formas de vidas bioquímicas como nosotros mismos deben su propia base química a elementos tales como el carbono,  nitrógeno, el oxígeno y el fósforo que son sintetizados tras miles de millones de años de evolución estelar en la secuencia principal.  (El argumento se aplica con la misma fuerza o cualquier forma de vida basada en cualesquiera elementos atómicos más pesados que el helio.)  Cuando las estrellas mueren, las explosiones que constituyen las supernovas dispersan estos elementos biológicos “pesados” por todo el espacio,  de donde son incorporados en granos, planetesimales, planetas, moléculas “inteligentes” auto replicantes como ADN y, finalmente, en nosotros mismos que, en realidad, estamos hechos de polvo de estrellas.

El polvo de las estrellas, ahí se guarda el secreto de la vida y de la energía del Universo

Esta escala temporal está controlada por el hecho de que las constantes fundamentales de la Naturaleza sean

t(estrellas) ≈ (Gmpr 2/ћc)-1 ћ/mprc2 ≈ 1040 ×10-23 segundos≈ 10.000 millones de años

No esperaríamos estar observando el Universo en tiempos significativamente mayores que t (estrellas), puesto que todas las estrellas estables se habrían expandido, enfriado y muerto.  Tampoco seríamos capaces de ver el Universo en tiempos muchas menores que t (estrellas) porque no podríamos existir. No había estrellas ni elementos pesados como el carbono.  Parece que estamos amarrados por los hechos de la vida biológica para mirar el Universo y desarrollar teorías cosmológicas una vez que haya transcurrido un tiempo t (estrellas) desde el Big Bang.

El Universo supo crear a sus propios observadores para que, adquiriéran los conocimientos necesarios y contaran sus virtudes, sus secretos y sus inmensas maravillas.

Así pues, el valor que del Gran Número nos dio Dirac N(t) no es en absoluto aleatorio.  Debe tener un valor próximo al que toma N(t) cuando t esta cercano el valor t (estrella).

Todo lo que la coincidencia de Dirac dice es que vivimos en un tiempo de la Historia Cósmica posterior a la formación de las estrellas y anterior a su muerte. Esto no es sorprendente.  Dicke nos está diciendo que no podríamos dejar de observar la coincidencia de Dirac: es un requisito para que exista vida como la nuestra

Puede que algún día, lejano aún en el Tiempo, podamos saber qué hacemos aquí

De esta forma Dicke nos vino a decir que:

“Para que el Universo del Big Bang contenga las ladrillos básicos necesarios para la evolución posterior de la complejidad biológica-química debe tener una edad al menos tan larga, como el tiempo que se necesita para las reacciones nucleares en las estrellas produzcan esos elaborados elementos.”

Esto significa que el Universo observable debe tener al menos diez mil millones de años y por ello, puesto que se está expandiendo, debe tener un tamaño de al menos diez mil millones de años luz.  No podríamos existir en un Universo que fuera significativamente más pequeño.

Por mucho que miremos, creo que no podremos el final del Universo. No hay final y, la misma imagen de arriba, nos habla del infinito.

Un argumento hermosamente simple con respecto a la inevitabilidad del gran tamaño del Universo para nosotros aparece por primera vez en el texto de las Conferencias Bampton impartidas por el teólogo de Oxford Eric Mascall.  Fueron publicadas en 1956 y el autor atribuye la idea básica a Gerad Whitrow.

Estimulado por las sugerencias Whitrow, escribe:

“Si tenemos tendencia a sentirnos intimidados sólo por el tamaño del Universo, está bien recordar que en algunas teorías cosmológicas existe una conexión directa entre la cantidad de materia en el Universo y las condiciones en cualquier porción limitada del mismo, de modo que en efecto puede ser necesario que el Universo, tenga el enorme tamaño y la enorme complejidad que la astronomía moderna ha revelado para que la Tierra sea un posible habitad para seres vivos.”

Esta simple observación puede ampliarse para ofrecernos una comprensión profunda de los sutiles lazos que existen entre aspectos superficialmente diferentes del Universo que vemos a nuestro alrededor y las propiedades

Claro que, los procesos de la alquimia estelar necesita tiempo: miles de millones de años de tiempo.  Y debido a que nuestro Universo se está expandiendo, tiene que tener un tamaño de miles de millones de años-luz para que durante ese periodo de tiempo necesario pudiera haber fabricado los componentes y elementos complejos para la vida.  Un Universo que fuera sólo del tamaño de nuestra Vía Láctea, con sus cien mil millones de estrellas resultaría insuficiente, su tamaño sería sólo de un mes de crecimiento-expansión- y no había producido esos elementos básicos para la vida.

¡Qué importante es, este átomo para nosotros.

El Universo tiene la curiosa propiedad de hacer que los seres vivos piensen que sus inusuales propiedades son poco propicias para la vida,  para la existencia de vida,  cuando de hecho, es todo lo contrario, las propiedades del Universo son esenciales para la vida.   Lo que ocurre es que en el fondo tenemos miedo, nos sentimos muy pequeños ante la enorme extensión y tamaño del Universo que nos acoge.  Sabemos aún muy poco sobre sus misterios, nuestras capacidades son limitadas y al nivel de nuestra tecnología actual estamos soportando el peso de una gran ignorancia sobre muchas cuestiones que necesitamos conocer.  Con sus miles de millones de Galaxias y sus cientos de miles de millones de estrellas, si niveláramos todo el material del Universo para conseguir un mar uniforme de materia, nos daríamos cuenta de lo poco que existe de cualquier cosa.  La media de  materia del Universo está en aproximadamente 1 átomo por cada metro cúbico de espacio.  Ningún laboratorio de la Tierra podría producir un vacío artificial que fuera remotamente parecido al vació del espacio estelar.  El vacío más perfecto que hoy podemos alcanzar en un laboratorio terrestre contiene aproximadamente mil millones de átomos por m3.

La densidad de materia en el Universo es muy pequeña (excluyendo la “materia oscura”)

Esta nueva manera de mirar el Universo nos da nuevas ideas, no todo el espacio son agujeros negros, estrellas de neutrones, Galaxias y desconocidos planetas; la verdad es que casi todo el Universo está vacío y sólo en algunas regiones tiene agrupaciones de materia en forma de estrellas y otros objetos estelares y cosmológicos; muchas de sus propiedades y características más sorprendentes ( su inmenso tamaño y su enorme edad, la soledad y oscuridad del espacio) son condiciones necesarias para que existan observadores inteligentes como nosotros.  No debería sorprendernos la vida extraterrestre, si existe, pudiera ser tan rara y lejana para nosotros como en realidad nos ocurre aquí mismo en la Tierra, donde compartimos habitad con otros seres vivos con los que hemos sido incapaces de comunicarnos, a pesar que esas formas de vida, como la nuestra, está basada también en el carbono.  No se puede descartar formas de vida inteligente basada en otros elementos, como por ejemplo, el silicio.

La baja densidad media de materia en el Universo significa que si agregáramos material en estrellas o galaxias, deberíamos esperar que las distancias medias entre objetos fueran enormes.

emilio silvera


  1. Observar la Naturaleza… da resultados : Blog de Emilio Silvera V., el 2 de noviembre del 2012 a las 4:57

    […]                                                 La densidad de materia en el Universo es muy pequeña […]

 

  1. 1
    Adolfo
    el 6 de agosto del 2011 a las 4:08

    ¡Hola Emilio!
    CITO: “Me referiré ahora aquí a un físico extraño. Se sentía igualmente cómodo como matemático, como físico experimental, como destilador de datos astronómicos complicados ó como diseñador de complicados instrumentos de medida.”
    COMENTO: En su quehacer, el Físico, como estudioso de las leyes de la Naturaleza (palabra esta última que deriva del latín “physis) debe…
    1 – …capturar datos del fenómeno bajo estudio
    2 – …construir un modelo matemático del fenómeno bajo estudio conforme las leyes conocidas de la Física, verificando que los datos obtenidos encajen como las piezas de un rompecabezas, y los que no, determinar si son facetas del fenómeno que requieren una ampliación del modelo ó esbozos de nuevas leyes y/ó conceptos subyacentes. De esta correlación de datos, ideas, interrogantes, eventualmente, surgirán nuevos datos, nuevos enfoques, nuevas ideas tendientes a nuevas observaciones a realizarse. Caso de ser insuficientemente poderosas las técnicas matemáticas usadas, podrá inventar otras nuevas.

    3 – …reproducir en el laboratorio (en condiciones controladas que respeten las variables del modelo matemático) aquello que observa, definiendo leyes de escala, eventualmente, caso de que sea imposible reproducir el fenómeno en toda su magnitud
    4 – …diseñar instrumentos de captura de datos, cuando para el estudio del fenómeno objeto de su investigación, resulte que los dispositivos disponibles son incapaces ó insuficientes a la hora de lidiar con la captura de datos; ó que inicialmente hayan sido diseñados teniendo en cuenta otros criterios que entran en conflicto con aquellos nuevos criterios que (sugiere el fenómeno bajo estudio) deben adoptarse.
    Es cierto que semejante despliegue de actividades es rarísima en los físicos actuales y es compatible con el estereotipo del “científico loco” (solitario, obsesionado con ideas revolucionarias, incomprendido por sus pares, etc.).

    En tanto que otros físicos son secundados por brigadas de técnicos, matemáticos, talleristas, ingenieros electrónicos, físicos experimentales, físicos teóricos que examinan interpretaciones alternas de los fenómenos estudiados, alumnos con becas de formación en investigación (materia gris virgen).

    Pero, convengamos, en este esquema no existe el concepto de Físico como persona aislada, sino como persona perteneciente a una comunidad integrada de especialistas, cada uno con un área de experticia específica a la cual habrá dedicado una parte significativa de su vida, alcanzando un nivel de proficiencia ó excelencia requerida para desempeñarse en el equipo de investigación. Es como un cuerpo en el cual cada órgano cumple con una función especifica.
    Pero, me parece que este físico (Robert Dicke) es un individualista que se ve en el mismo problema que otros, que, antaño, debían desempeñarse sin el auxilio de pares con quienes contrastar ideas sobre el mismo objeto de investigación y que no disponían de los recursos humanos complementarios. Tal es el caso de investigadores como Kepler, BraheMaxwell, Faraday, Newton, etc.. Aunque para el caso del par KeplerBrahe, Kepler era el teórico y, Brahe, el experimental; según recuerdo de haber leído en el libro de Carl Sagan (Cosmos – Capítulo: “La Armonía de los Mundos”). Kepler según recuerdo requería de los datos atesorados por un Brahe, afecto a las bacanales y excesos similares; razón por la cual, Kepler, se vió decepcionado (según narra Carl Sagan).

    Puede que me equivoque en mi interpretación relativa a Robert Dicke. Mis sinceras disculpas si es el caso.

    En todo caso, estimado Emilio, convendrás conmigo en que las cosas son extrañas hasta que se construye un modelo que las explica.
    Atentamente…

    Responder
    • 1.1
      emilio silvera
      el 6 de agosto del 2011 a las 7:57

      Estimado Adolfo, no podría haberlo explicado mejor.
      En cuanto a Kepler y Brahe, es tal como lo dices, mientras que el uno era el pensador matemático el otro fue el que le proporcionó todos aquellos valiosos datos adquiridos en mucho tiempo de observación. Pero la inclinación de Kepler por el éxtasis platónico iba unido a un ácido excepticismo hacia la validez de todas las teorías, inclusive las suyas. De ningún pensador se burlaba más que de sí mismo, ni puso a prueba ninguna idea más rigurosamente que las suyas.
      Tycho tenía las mejores observaciones y sólo necesitaba un arquitecto que lo pusiera todo en su justo lugar, y, ese fue Kepler que, escribiéndole cartas ingeniosas, finalmente consiguió que Tycho le invitara a incorporarse al personal del castillo de Benastek donde ambos reñían constantemente. Tycho, temiendo con razón que Kepler, más joven y más incisivo, lo eclipsase.
      “Tycho no me daba la oportunidad de conocer su conocimiento práctico -recordaba Kepler-. Cuando Tycho murió aquel 24 de Octubre de 1601, diciendo en varias ocasiones antes de su muerte: “No dejéis que parezca que he muerto en vano”. Kepler hizo realidad su deseo en el lecho de muerte. Nombrado sucesor de Tycho como matemético imperial, puso a prueba setenta órbitas circulares con los datos de Tycho sobre Marte sin ningún resultado, y, finalmente, después de muchas páginas de cálculos, llegó a la conclusión de que la órbita del planeta era una elipse perfecta. Ahora todo encajaba bien. Kepler había llegado a un sistema copernicano totalmente logrado, centrado en el Sol y no obstruidos por epiciclos o esferas de cristal.
      Está claro que la doctrina de la armonía celeste estaba, literalmente, en el aire, en la música y la poesía nuevas de la generación de Kepler y la que le siguió inmediatamente. Milton, que estaba siempre registrando la ciencia en busca de temas prometedores para cantarlos en versos. También lo hizo Shakesperare en el Mercader de Venecia…
      “Siéntate, Jessica. Mira como el fondo del cielo
      Está abundantemente adornado con patenas de oro brillante.
      Pero bueno, volviendo a Tycho y Kepler, no cabe la menor duda de que, como Faray y Maxwell, fueron los artífices de un gran paso de la Humanidad en el conocimiento de la Naturaleza y las leyes que la rigen.
      Un cordial saludo amigo.
       

      Responder
  2. 2
    Fandila
    el 2 de septiembre del 2012 a las 0:58

    La verdad que el “principio antrópico” al que se alude en el artículo (Dyrac), el tamaño del universo para que los compuestos biógicos sean, entra en contradicion con la existencia de galaxias tempranas, salvo que éstas fueran de un tipo diferente o de actividad menor. De todas formas, el presente en que nos toca vivir “no tendría por que ser el único”. Por qué no puden existir presentes en dimensiones del universo mucho mayores. El tiempo es relativo. Lo mismo hay civilizaciones cuyo tiempo de universo es mayor que el nuestro. Claro que el Big Bang que nosotros consideramos no sería verdadero, pues vendría dado según nuestras consideraciones de presente.
    Ciertamente Dyrac se refiere a un mínimo de tamaño y tiempo. Pero si lo que refiero puede ocurrir también, la biologia pudo surgir mucho antes, o, en relatividad, una dimensión mayor no existiría. Pero ni siquiera esa salvedad sería necesaria, puede afirmarse que el tiempo es relativo, y el presente nuestro no ha de coindidir con el tiempo de otro “presente” cuyos factores han de ser distintos.
    Cuando nuestro universo, el que consideramos como preciso para nuestra existencia, llegase a las dimensiones de esos presentes mas alejados a saber por donde iría ya ese  agrandado universo o mayor. Todo un galimatías.
    Un abrazo.

    Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 2 de septiembre del 2012 a las 7:15

    Sí, amigo Fandila, un auténtico galimatias. ¡Pueden ser tántos presentes! y ¿Universos? Bueno, hasta el tiempo puede ser también otro tiempo, la relatividad lo permite en función de ciertos parámetros que aquellos podrían tener distintos a los que nosotros y otras civilizaciones tendrían. Nos podemos imaginar mil situaciones y, todas ellas, podrían ser ciertas.
    ¡El Universo! No puede llevar a situaciones que no siempre nuestras mentes alcanzar a comprender.
    Un abrazo amigo.

    Responder

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