sábado, 26 de septiembre del 2020 Fecha
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La Naturaleza y sus secretos que tratamos de desvelar

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (1)

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                                      No, el Universo no es infinito pero… ¡Nos lo parece!

Hay que prestar atención a las coincidencias. Uno de los aspectos más sorprendentes en el estudio del Universo astronómico durante el siglo xx ha sido el papel desempeñado por la coincidencia: que existiera, que fuera despreciada y que fuera reconocida. Cuando los físicos empezaron a apreciar el papel de los constantes en el dominio cuántico y a explorar y explotar la nueva teoría de la Gravedad de Einstein para describir el Universo en conjunto, las circunstancias eran las adecuadas para que alguien tratara de unirlas.

En este “océano” de materia en el que están fraguándose el nacimiento de miles de estrellas y de mundos… ¿Qué moléculas y materiales estarán presentes? No es coincidencia de que en todas las Nebulosas ocurran los mismos procesos y esté presente una fuerte radiación que ioniza el material que circunda a las estrellas jóvenes masivas.

Entró en escena Arthur Eddington: un extraordinario científico que había sido el primero en descubrir cómo se alimentaban las estrellas a partir de reacciones nucleares. También hizo importantes contribuciones a nuestra comprensión de la galaxia, escribió la primera exposición sistemática de la teoría de la relatividad general de Einstein y fue el responsable de revificar, en una prueba decisiva, durante un eclipse de Sol, la veracidad de la teoría de Einstein en cuanto a que el campo gravitatorio del Sol debería desviar la luz estelar que venía hacia la Tierra en aproximadamente 1,75 segundos de arco cuando pasaba cerca de la superficie solar, y así resulto.

La Naturaleza y sus secretos que tratamos de desvelar : Blog de Emilio  Silvera V.

      Einstein y Eddintong en el jardin de la casa de éste último

Albert Einstein y Arthur Stanley Eddington, se conocieron y se hicieron amigos. Se conservan fotos de los dos juntos conversando sentados en un banco del jardín de Eddington en el año 1.939, don se fueron fotografiados por la hermana del dueño de la casa.

Aunque Eddington era un hombre tímido con pocas dotes para hablar en público, sabía escribir de forma muy bella, y sus metáforas y analogías aún las utilizan los astrónomos que buscan explicaciones gráficas a ideas complicadas.

En este mar de materiales relucientes por la radiación se forman increíbles imágenes y figuras arabescas impulsadas por los pinceles de los vientos estelares que empujan con fuerza esas “montañas” de gas y polvo hasta llevarlas hacia otras regiones donde, ayudadas por la Gravedad, se conforman en grumos que van creciendo para, finalmente, convertirse en proto-estrellas que, mucho tiempo más tarde, comienzan a brillar ¡ha nacido una estrella!

Relatividad de Einstein: 100 años desde el eclipse que confirmó la polémica  teoría | Einstein, Eclipse, La odisea

Eddington creía que a partir del pensamiento puro sería posible deducir leyes y constantes de la Naturaleza y predecir la existencia en el Universo de cosas como estrellas y Galaxias. ¡Se está saliendo con la suya! Entre los números de Eddington que él consideraba importante y que se denomino “numero de Eddington” (1079), que es igual al número de protones del Universo visible. Eddington calculó (a mano) este número enorme y de enorme precisión en un crucero trasatlántico (ya lo he contado otras veces), concluyendo con esta memorable afirmación:

“Creo que en el Universo hay

15.747.724.136.275.002.577.605.653.968.181.555.468.044.717.914.527.116.709.366.231.425.076.185.631.031.296

de protones y el mismo número de electrones.”

 

Este número enorme, normalmente escrito NEdd, es aproximadamente igual a 1080. Lo que atrajo la atención de Eddington hacia él era el hecho de que debe ser un número entero, y por eso en principio puede ser calculado exactamente. En el Universo existen grandes números que lo definen y la Ciencia ha sabido dar con ellos para poder comprender mejor.

Durante la década de 1.920, cuándo Eddington empezó su búsqueda para explicar las constantes de la Naturaleza, no se conocían bien las fuerzas débil y fuerte de la Naturaleza, y las únicas constantes dimensionales de la física que sí se conocían e interpretaban con confianza eran las que definían la Gravedad y las fuerzas electromagnéticas.

Física con Excel: Michael Atiyah y la constante de estructura fina |  TutoríasCiencias Planetarias y Astrobiología : La constante de estructura fina en  nuestro Universo

“El Número adimensional es un número que no tiene unidades físicas que lo definan y por lo tanto es un número puro. Los números adimensionales se definen como productos o cocientes de cantidades que sí tienen unidades de tal forma que todas éstas se simplifican. Dependiendo de su valor estos números tiene un significado físico que caracteriza unas determinadas propiedades para algunos sistemas.”

Eddington las dispuso en tres grupos o tres puros números adimensionales. Utilizando los valores experimentales de la época, tomó la razón entre las masas del protón y electrón:

mpr/me 1840

la inversa de la constante de estructura fina:

2phc/e2≈ 137

Y la razón entre la fuerza gravitatoria y la fuerza electromagnética entre un electrón y un protón;

22/Gmpr me 1040

A estas añadió su número cosmológico:

 N Edd ≈ 1080

 

A estos cuatro números los llamó “las constantes últimas”, y la explicación de sus valores era el mayor desafió de la ciencia teórica: ¿Son estas cuatro constantes irreducibles, o una unificación posterior de la Física demostrará que alguna o todas ellas pueden ser prescindibles ? ¿Podrían haber sido diferentes de lo que realmente son?

De momento con certeza, nadie ha podido contestar a estas dos preguntas que, como tantas otras, están a la espera de esa Gran teoría Unificada del Todo que, por fín, nos brinde las respuestas tan esperadas y buscadas por todos los grandes físicos del mundo.

Según parece, el Tiempo que afecta a la vida de los seres vivos y de las cosas compuestas de materia -nada permanece y todo cambia-, están situadas en un plano distinto al que ocupan esas otras “cosas” que llamamos ¡constantes universales! y que son, las responsables de que nuestro mundo, nuestro universo,  sea como es. Son aquellos parámetros que no cambian a lo largo del universo: La carga del electrón, la masa del protón, la velocidad de la luz en el vacío, la constante de Planck, la constante gravitacional y también la magnética, o, la constante de estructura fina. Se piensa que son todas ellas ejemplos de constantes fundamentales de la Naturaleza.

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 las que antes hemos relacionado 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.

                  La fuerza de la Gravedad es una constante que se deja notar

¡Es todo tan complejo!

 ¿Acaso es sencillo y no sabemos verlo? Seguramente, un poco de ambas cosas. Pudiera ser que, ni todo sea tan complejo y que, nuestras mentes, aún no están preparadas para ver la simple belleza que subyace en todas las cosas del Universo, de la Naturaleza que, cuando al fin las podemos comprender, a veces, incluso nos sorprendemos de la sencillez con la que el “mundo” se expresa. Una cosa es segura, la verdad está ahí, esperándonos.

Por ejemplo: Los campos magnéticos están presentes por todo el Universo. Hasta un diminuto (no por ello menos importante) electrón crea, con su oscilación, su propio campo magnético, y,  aunque pequeño,  se le supone un tamaño no nulo con un radio ro, llamado el radio clásico del electrón, dado por r0 = e2/(mc2) = 2,82 x 10-13 cm, donde e y m son la carga y la masa, respectivamente del electrón y c es la velocidad de la luz. Pudimos llegar a discernir eso y mucho más haciendo que la comprensión se abriera paso en nuestras mentes que, no por ello, dejaron de teorizar y de imaginar como sería el Universo y las reglas que lo rigen.

“La creciente distancia entre la imaginación del mundo físico y el mundo de los sentidos no significa otra cosa que una aproximación progresiva al mundo real.”

 

El mundo que nosotros percibimos es “nuestro mundo”, el verdero es diferente, y,  como nos dice Planck en la oración entrecomillada arriba, cada vez estamos más cerca de la realidad, a la que, aunque no nos pueden llevar nuestros sentidos, si no llevarán la intuición, la imaginación y el intelecto.

Está claro que la existencia de unas constantes de la Naturaleza nos dice que sí, que existe una realidad física completamente diferente a las realidades que la Mente Humana pueda imaginar. La existencia de esas constantes inmutables dejan en mal lugar a los filósofos positivistas que nos presentan la ciencia como una construcción enteramente humana: puntos precisos organizados de una forma conveniente por una teoría que con el tiempo será reemplazada por otra mejor, más precisa. Claro que, tales pensamientosm quedan fuera de lugar cuando sabemos por haberlo descubierto que las constantes de la naturaleza han surgido sin que nosotros las hallamos invitado y ellas se muestran como entidades naturales que no han sido escogidas por conveniencia humana.

 unsw_white_dwarf

Físicos de la University of New Wales (UNSW) tienen una teoría cuando menos controvertida, y es la de que la constante de estructura fina, α (alpha), en realidad no es constante. Y estudian los alrededores de una enana blanca lejana, con una gravedad más de 30.000 veces mayor que la de la tierra, para comprobar su hipótesis.

En 1999 un equipo de físicos anunció la detección de variaciones en el valor de α. Ahora, otro grupo de la misma universidad están usando el Telescopio Espacial Hubble para observar una enana blanca con el objeto de medir α con gran precisión. El argumento es que se cree que los exóticos campos de energía escalar podrían alterar el valor de α en lugares donde existe un intenso campo gravitatorio. Estos campos de energía escalar son campos que aparecen en teorías que combinan el Modelo Estándar de la Fisica de Partículas, con la Teoría de la Relatividad General de Einstein.

Todos los procesos de la Naturaleza, requieren su tiempo. Todo pasa cuando tiene que pasar. Esta escala temporal está controlada por el hecho de que las constantes fundamentales de la naturaleza sean:

t(estrellas) ≈ (Gmp2 / hc)-1 h/mpc2 ≈ 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 mucho 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.

civilizacion avanzada

Porque eso es así es por lo que tenemos que pensar que posibles civilizaciones extraterrestres presentes en otros mundos, habrán llegado aquí (al universo), casi al mismo tiempo que nosotros y, seguramente, sus recorridos serán los mismos o muy parecidos a los nuestros desde que pudieron surgir a partir de la “materia inerte” y evolucionar para generar pensamientos adquiriendo la consciencia de Ser.

En la imagen de arriba de una Nebulosa planetaria, contemplamos la escena de una estrella moribunda que fue necesaria para que, los materiales biológicos que nos conformaron a los seres vivos, pudieran estar presentes en el Universo. Sin ese tiempo de t(estrellas) = a 10.000 millones de años, difícilmente podríamos estar ahora aquí tratando de estos temas.

emilio silvera

Seran menos constantes?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Constantes universales    ~    Comentarios Comments (1)

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 ¿In-constante universal? Extraños hallazgos en una constante física fundamental
Representación de un cuasar / NASA
Luego de observar un cuásar a 13 mil millones de años, un equipo de científicos acaba de reportar una ligera variación en el valor de una constante física fundamental que caracteriza la fuerza de la interacción electromagnética. Los detalles fueron publicados en Sciences Advances.

Constante Estructura FinaCiencias Planetarias y Astrobiología : La constante de estructura fina en  nuestro Universo

                                                         Constante de estructura fina
El electromagnetismo es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. La intensidad de la fuerza electromagnética se calcula con ayuda de lo que se conoce como constante de estructura fina, un número adimensional que involucra la velocidad de la luz, la constante de Planck, la carga de los electrones y la permitividad del vacío.

 El átomo de Bohr o teoría atómica

La fuerza electromagnética mantiene a los electrones alrededor de un núcleo en cada átomo del universo; sin esta, toda la materia se separaría. Hasta hace poco, se creía que era una fuerza inmutable a lo largo del tiempo y espacio.

 Sin embargo, en las dos últimas décadas, el astrofísico John Webb de la UNSW Sydney ha notado ciertas anomalías en esta constante. Esto ocasionaría que la fuerza electromagnética medida en una dirección particular del universo, sea ligeramente diferente.

 “Encontramos una pista de que ese número de constante de estructura fina era diferente en ciertas regiones del universo. No solo en función del tiempo, sino también en dirección al universo, lo cual es bastante extraño si es correcto … pero eso es lo que encontramos”, expresó Webb.

Cuásares y galaxias | Actualidad | Investigación y Ciencia

Cuásares
Los cuásares son especialmente importantes para estudiar cómo era el universo en sus inicios. Los más potentes están a unos 12 o 13 mil millones de años de luz de nosotros. Estos nos otorgan información sobre cómo eran las propiedades del universo en su infancia, con solo mil millones de años.
En este escenario, el equipo realizó cuatro mediciones de la constante fina a lo largo de la línea de visión de este cuásar. Estas cuatro mediciones no proporcionaban información concluyente sobre si había o no alguna variación en la fuerza electromagnética; sin embargo, cuando se comparaban con otras mediciones realizadas por otros científicos ajenos al estudio, las diferencias en la constante de estructura fina se hicieron evidentes.

Universo isotrópico o no? | Astrobites en español

¿Universo isotrópico?
Según Webb, estas mediciones parecen apoyar la idea de que podría haber alguna dirección en el universo donde cambian las leyes de la física. “El universo puede no ser isotrópico en sus leyes físicas, una que sea la misma, estadísticamente, en todas las direcciones.
Al reunir todos los datos, el universo parecería tener una estructura dipolar. El electromagnetismo parece aumentar gradualmente cuanto más lejos miremos, mientras que disminuye de forma gradual en la dirección opuesta. “En otras direcciones en el cosmos, la constante de estructura fina sigue siendo solo eso: constante”, explica Webb.

 Cuantifican la isotropía de la expansión cósmica - La Ciencia de la Mula  Francis

En otras palabras: el universo parece tener el equivalente a un norte y un sur.
Adicionalmente, otro estudio que realizó observaciones de rayos X a galaxias y cúmulos de galaxias también descubrió que las propiedades del universo en este sentido no son isotrópicas y que hay una dirección preferida. Esta dirección coincide con la misma calculada por Webb.
¿Qué está sucediendo?
A pesar de tomar los resultados con mucho escepticismo, el profesor Webb dice que, si estos hallazgos continúan siendo confirmados, pueden ayudar a explicar por qué el universo es como es y por qué hay vida en él.

 Principio Cosmológico: Universo Isotrópico y Homogéneo

“Plantea una pregunta tentadora: ¿esta ‘situación de ricitos de oro’, donde las cantidades físicas fundamentales como la constante de estructura fina son ‘correctas’ para favorecer nuestra existencia, se aplica en todo el universo?”, plantea Webb.

 Astrofísica y Física: ¿Y si la zona Ricitos de Oro no nos lo dice todo  sobre la habitabilidad?Astrofísica y Física: ¿Y si la zona Ricitos de Oro no nos lo dice todo  sobre la habitabilidad?

Si se demuestra que existe una dirección preferida en el universo, en el cual las leyes de la física son diferentes, los conceptos más fundamentales de la física moderna necesitarían ser revisados.

1 - Curso de Relatividad General - YouTube

¿Peligra Einstein?
La teoría de la Relatividad de Einstein se basa en un universo isotrópico, uno que es el mismo, estadísticamente, en todas las direcciones. Esta asume explícitamente la constancia de las leyes de la naturaleza: son las mismas en todas las direcciones.
“Si estos principios fundamentales resultan ser solo buenas aproximaciones, las puertas están abiertas a algunas ideas nuevas y muy interesantes en la física.
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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