Hemos podido leer por ahí, artículos diversos que nos dicen: “Estudios realizados con el Telescopio…en…, han venido a confirmar que, la constante de estructura fina fue más pequeña en el pasado, cuando el universo era más joven. Otros, sin embargo, nos han dido lo contrario y dicen que la constante de estructura fina era mayor en el pasado. Tales discrepancias, al parecer, son debidas a que, cada grupo investigador lo hicieron de una parte distinta del Universo. Sin embargo, hay otros muchos que no creen en una constante de estructura fina variable (me cuento entre ellos), ya que, como decía Einstein, si el Universo no es igual en todas partes y en todo tiempo…¡qué chapuza de universo!

Algunos grupos de científicos sugieren que las variaciones en la constante de estructura fina nos dicen que las leyes de la física no son iguales en todas partes y, cuando leo algo así, me pregunto qué clase de físicos son estos que ponen en duda cuestiones que, como la constante α, han sido más que estudiadas a lo largo de la historia de la Física y, el resultado, es bien conocido.

Los primeros quásares, descubiertos a finales de 1950, fueron identificados como fuentes de una intensa radioemisión. En 1960 los astrónomos observaron objetos cuyos espectros mostraban unas líneas de emisión que no se podían identificar. En 1963, el astrónomo estadounidense de origen holandés Maarten Schmidt descubrió que estas líneas de emisión no identificadas en el espectro del quásar 3C 273 eran líneas ya conocidas pero que mostraban un desplazamiento hacia el rojo mucho más fuerte que en cualquier otro objeto conocido.

Una de las cuestiones más controvertidas en la cosmología es porque las constantes fundamentales de la naturaleza parecen finamente ajustadas para la vida. Una de estas constantes fundamentales es la constante de estructura fina o alfa, que es la constante de acoplamiento de la fuerza electromagnética (usualmente denotada α, es un número que determina la fuerza de una interacción) y equivale a 1/137,03599911.

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No será la constante más famosa del mundo, pero sin su valor actual ni siquiera estaríamos aquí. Ahora descubrimos que podría ni siquiera ser constante.

Estas son las cosas que se comentan de la constante de estructura fina que, como se ha dicho otras veces aquí, es la que guarda los secretos de ¡tántas cosas!, es el 137, es la h de Planc, la c de Einstein y la e de Dirac, es decir, ahí están implicadas el cuanto de acción de Planck, la mecánica cuántica, la velocidad de la luz en el vacío, la relatividad especial de Einstein, y, también el electrón de Dirac. Venir a estas alturas a decirnos que dicha constante es variable en el tiempo y el espacio…da que pensar. Pero sigamos.

La constante de estructura fina o constante de estructura fina de Sommerfeld, normalmente representada por el símbolo α, es la constante física fundamental 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  es

psilon_0} = 7,297 352 568 \times 10^{-3} = \frac{1}{137,035 999 11} " />.

donde e es la carga elemental,  es la es la constante reducida de Planck,  c es la velocidad de la luz  en el vacío, y ε₀ es la permitividad del vacío.

¿Brillarían las estrellas de la misma manera si la constante de estructura fina fuese variable? Y, nosotros, ¿estaríamos aquí?

Hay cambios infinitesimales que seguramente podrían ser soportados sin notar cambios perceptibles, como por ejemplo en la vigésima cifra decimal de la constante de estructura fina. Si el cambio se produjera en la segunda cifra decimal, los cambios serían muy importantes. Las propiedades de los átomos se alteran y procesos complicados como el plegamiento de las proteínas o la replicación del ADN pueden verse afectados de manera adversa. Sin embargo, para la complejidad química pueden abrirse nuevas posibilidades. Es difícil evaluar las consecuencias de estos cambios, pero está claro que, si los cambios consiguen cierta importancia, los núcleos dejarían de existir, no se formarían células y la vida se ausentaría del planeta, siendo imposible alguna forma de vida.

Las constantes de la naturaleza ¡son intocables!

Ahora sabemos que el universo tiene que tener miles de millones de años para que haya transcurrido el tiempo necesario par que los ladrillos de la vida sean fabricados en las estrellas y la gravitación nos dice que la edad del universo esta directamente ligada con otras propiedades como la densidad, temperatura, y el brillo del cielo.

Puesto que el universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe llegar a tener una extensión visible de miles de millones de años luz. Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande, necesariamente se hace frío y disperso. Como hemos visto, la densidad del universo es hoy de poco más que 1 átomo por m³ de espacio. Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra por qué no es sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el contacto con extraterrestres. Si existen en el universo otras formas de vía avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada.

                                      ¿Qué provoca los colores de la Nebulosa del Capullo?

La expansión del universo es precisamente la que ha hecho posible que el alejamiento entre estrellas, con sus enormes fuentes de radiación, no incidieran en las células orgánicas que más tarde evolucionarían hasta llegar a nosotros. Diez mil millones de años de alejamiento continuado y el enfriamiento que acompaña a dicha expansión permitieron que, con la temperatura ideal y una radiación baja, los seres vivos continuaran su andadura en este planeta minúsculo, situado en la periferia de la galaxia que comparado al conjunto de esta, es sólo una mota de polvo donde unos insignificantes seres laboriosos, curiosos y osados, son conscientes de estar allí y están pretendiendo determinar las leyes, no ya de su mundo o de su galaxia, sino que su osadía ilimitada les lleva a pretender conocer el destino de todo el universo.

Cuando a solas pienso en todo esto, la verdad es que no me siento nada insignificante y nada humilde ante la inmensidad de los cielos. Las estrellas pueden ser enormes y juntas, formar inmensas galaxias… pero no pueden pensar ni amar; no tienen curiosidad, ni en ellas está el poder de ahondar en el porqué de las cosas. Nosotros sí podemos hacer todo eso y más.

La estructura de los átomos y las moléculas está controlada casi por completo por dos números: la razón entre las masas del electrón y el protón, β, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina, α, que es aproximadamente 1/137. Supongamos que permitimos que estas dos constantes cambien su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo sencillo) que ninguna otra constante de la Naturaleza cambie. ¿Qué le sucede al mundo si las leyes de la naturaleza siguen siendo las mismas?

Al mismo tiempo nos ha parecido reconocer que esos objetos, es decir, sus redes cristalinas “reales”, almacenan información (memoria) que se nos muestra muy diversa y que puede cobrar interés en ciertos casos, como el de los microcristales de arcilla, en los que, según Cairns-Smith, puede incluso llegar a transmitirse.

Porque, ¿qué sabemos en realidad de lo que llamamos materia inerte? Lo único que sabemos de ella son los datos referidos a sus condiciones físicas de dureza, composición, etc; en otros aspectos ni sabemos si pueden existir otras propiedades distintas a las meramente físicas. La constante de estructura fina están por todas partes.

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no hay muchos espacios para maniobrar. Incrementemos β demasiado y no puede haber estructuras moleculares ordenadas porque es el pequeño valor de beta el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor de un núcleo atómico y las cargas negativas de los electrones igualan las cargas positivas de los protones haciendo estable el núcleo y el átomo.

Si en lugar de α versión β, jugamos a cambiar la intensidad de la fuerza nuclear fuerte a_F, junto con la de α, entonces, a menos que  α_F > 0,3 α^½, los elementos como el carbono no existirían.

No podrían existir químicos orgánicos, no podrían mantenerse unidos. Si aumentamos a_F en solo un 4 por 100, aparece un desastre potencial porque ahora puede existir un nuevo núcleo de helio, el helio-2, hecho de 2 protones y ningún neutrón, que permite reacciones nucleares directas y más rápidas que de protón + protón →  helio-2.

Tampoco las Nubes moleculares en Orión, lugar cercano a nuestra casa, serían iguales si α fuese variable

Las estrellas agotarían rápidamente su combustible y se hundirían en estados degenerados o en agujeros negros. Por el contrario, si a_F decreciera en un 10 por 100, el núcleo de deuterio dejaría de estar ligado y se bloquearía el camino a los caminos astrofísicos nucleares hacia los elementos bioquímicos necesarios para la vida.

En fin, que nuestro Universo es como es porque las constantes fundamentales son las que son.

emilio silvera

Es fácil valorar la el impacto de la Astronomía del Viejo Mundo en el hemisferio occidental: no se produjo ninguno. Según dice Aveni, las culturas mesoamericanas y otras del Nuevo Mundo estuvieron “herméticamente selladas” frente al resto de observadores del cielo que pudiera haber en los océanos Pacífico y Atlántico. Mientras la mayor parte de Europa languidecía, las culturas mesoamericanas, influenciadas únicamente entre sí, crearon un bagaje astronómico sofisticado, complejo, preciso y exclusivamente suyo.

Los intereses astronómicos mesoamericanos eran inseparables de los intereses religiosos y sociopolíticos (Mesoamérica se extiende desde el noroeste de México a través del centro de Guatemala y el Salvador.) Como en las antiguas civilizaciones de Mesopotamia, China, la India, Grecia e Italia, las deidades astronómicas formaban el núcleo del panteón precolombino. Las sociedades mesoamericanas veían a los cuerpos celestes como dioses que influían en sus destinos y controlaban lo que sucedía en la Tierra. los mesoamericanos también creían que, si lo intentavan con todas sus fuerzas, podían influir sobre esas divinidades.

México fue el asentamiento de algunas de las civilizaciones más antiguas y desarrolladas del hemisferio occidental. Existe evidencia de que una población dedicada a la caza habitó el área hacia el año 21000 a.C. o incluso antes. La agricultura comenzó alrededor del año 5000 a.C.; entre los primeros cultivos estuvieron la calabaza, el maíz, el frijol y el chile. La primera civilización mesoamericana importante fue la de los olmecas, quienes tuvieron su época de florecimiento entre el 1500 y el 600 a.C. La cultura maya, de acuerdo con la investigación arqueológica, alcanzó su mayor desarrollo al acercarse el siglo VI. Otro grupo, los guerreros toltecas, emigraron desde el norte y en el siglo X establecieron un imperio en el valle de México. Fueron los fundadores de las ciudades de Tula y Tulancingo (al norte de la actual ciudad de México) y desarrollaron una gran civilización todavía evidente por las ruinas de magníficos edificios y monumentos.

Uno de los lectores nos enlaza con la Revista online de ciencia, tecnología, historia, salud y medio ambiente que arriba reseño como título y en la que se ha publicado un interesante artículo que demuestra que, cada día, los físicos modernos profundizan más y más y en los secretos de la mecánica cuántica que, como podemos ver al leer el trabajo aquí expuesto, cada día van siendo desvelados más y más y, si la técnica continúa avanzando, la observación y el experimento avanzan como lo están haciendo y, vamos ganando en la capacidad de efectuar mediciones cada vez más precisas, es posible, sólo posible, que algún día en el futuro podamos saber algo más sobre ese minsterioso “universo” cuántico que rige las leyes de lo muy pequeño. Aquí os dejo el artículo que, de seguro, será interesante para muchos.

Ciencia

Tenemos que cambiar la desigualdad de Heisenberg

By Octavio Ortega ⋅ enero 25, 2012 ⋅ Print This Post ⋅ Post a comment

Filed Under desigualdad de Heisenberg, física cuántica, Heisenberg, mecánica cuántica, Ozawa, relación de incertidumbre, spin

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En general se acepta que con ocasión del Congreso Solvay de 1927 se estableció una interpretación coherente de las ecuaciones y los principios de la mecánica cuántica. Sin embargo, un cuidadoso estudio de las comunicaciones de este congreso muestra que hubo muchos desacuerdos y diferencias entre los físicos de la época sobre el contenido físico de la teoría cuántica.

Disponemos en este momento de la interpretación probabilística de la función de onda de un sistema físico, dada por Max Born, y las famosas desigualdades de Heisenberg. Pero en retrospectiva, ahora parece que incluso para el joven Werner Heisenberg, el significado de estas desigualdades no era bien entendido. En términos más generales, se puede incluso decir que la vaguedad que aún prevalecía en la mente de la época persiste en muchas presentaciones elementales de la física cuántica que se hacen a los estudiantes universitarios de primer año. Esto se traduce en general por generar contrasentidos de dificultad suplementaria al aprendizaje de la física cuántica.

Las desigualdades de Heisenberg son un buen ejemplo. A menudo el estudiante que comienza a estudiar Física, engañado por el nombre de “relaciones de incertidumbre” que a veces se utiliza para referirse a estas desigualdades, piensa que existe de hecho una posición y una velocidad de una partícula cuántica, pero las leyes de la física nos permiten conocer, con una precisión infinita, estas dos variables al mismo tiempo.

Pero no se trata de…

Estas desigualdades reflejan dos cosas.

Presentar a estas alturas a Isaac Asimov, sería un ejercicio inútil por ser alguien al que todos conocen por su faseta de escritor científico y de ciencia-ficción. Él escribió más de trescientos libros que iban desde la bioquímica y la física hasta Schakespeare y la Biblia. Todo lo quería tocar y, se introdujo en las más diversas ramas del saber humano para explicar sus ideas con respectos a esas muchas cuestiones que abordó con más o menos éxito. En lo que más destacó y se hizo más popular, fuen en la rama de la Ciencia-Ficción en las que nos dejó novelas inolvidables que, como la Saga de La Fundación es conocida en todo el mundo. Sin embargo, al ser el tema de cosmología, se me ocurre que, podríamos utilizar una de sus obras como comienzo de este sencillo trabajo:

Una de sus mejores obras fue temprana. En 1941 publicó “Nightfall”, una historia sobre una civilización condenada a un destino funesto y ubicada en el planeta Lagash, que no giraba en torno a un único Sol, como lo hace la Tierra, sino que estaba inmerso en el campo gravitatorio de generado por seis soles independientes. Él no explicaba, en la obra, cómo era la órbita de ese planeta -sería un problema nada menos (y nada más) que de siete cuerpos-, nada fácil de explicar.

Para los habitantes de un planeta con más de un Sol, no sería fácil sobrellevar las diferencias que esto supondrían. Los planetas ahora desvelados, llamados Kepler-34b y Kepler-35b-, giran alrededor de un par de estrellas unidas gravitatoriamente que se orbitan entre sí. El primero se encuentra a 4.900 años luz de la Tierra y el segundo, aún más lejos, a 5.400 años luz. Si tuvieran habitantes, ¿qué sensación tendrían con esos dos focos luminosos sobre ellos?

Pero sigamos con la historia de los habitantes de Lagash que, en tal situación de estar iluminados por seis soles era que, recibían luz constante proveniente de los soles, cuando no eran unos eran los otros los que les enviaba sus rayos de luz y su calor.

Dado que no conocían ningún tipo de cielo nocturno, los astronómos extrapolan la idea de qué en su universo sólo existen unas pocas docenas de estrellas. Se trataba de unas luces misteriosas apenas visibles contra el resplandor de los seis soles. Así, los que consideraban importantes las estrellas estaban en minoria y eran considerado como gente “especiales” y, algo raras.

Además, en Lagash existía una silenciosa sensación incómoda. Los arqueólogos habían hallado restos de nueve culturas anteriores, cada una de las cuales había podido alcanzar una cultura muy avanazada del nivel de la cultura presente y luego, habían desaparecido. Los estratos geológicos indican que cada una de aquellas civilizaciones había permanecido durante un período de alrededor de dos mil años.

La historia de Asimov nos parece una fantasía pero, lo que hasta ahora sólo había sido cuestión de ciencia ficción, un grupo de astrónomos trabajando con elsatélite espacial Kepler  han encontrado a un planeta desde el que, si se pudiera uno parar en él, se podrían apreciar amaneceres y atardeceres con dos soles, justo cómo el que apareció en la primera entrega de Star Wars desde el planeta Tatooine.

Así es, resulta que este planeta recientemente descubierto, que por lo pronto lleva el nombre de Kepler-16b,  se encuentra orbitando a un sistema binario de estrellas. Esto es, un par de estrellas girando una al rededor de la otra, mientras que el planeta gira al rededor de ese sistema.

Nos podríamos preguntas cómo serían en ese mundo de seis soles las cosas. Lla fotosíntesis de una planta queda afectada por el color de la luz que recibe. En la Tierra, la mayoría de las plantas evolucionaron al color verde con el fin de aprovechar el color amarillento de la luz solar que recibe la superficie de nuestro planeta. Nuestro sol, clasificado como una estrella enana amarilla, puede parecer de un brillo blanco visto desde el espacio, pero nuestra atmósfera nos hace verlo amarillo.

Existen muchas otras clases de estrellas que no son como el Sol en el vasto Universo, y muchas de ella están, como el el mundo de Lagahs compartiendo órbitas múltiples con otros tipos de estrellas: enanas rojas, estrellas azules, gigantes rojas, enanas blancas…Las estrellas  poseen diferentes colores dependiendo de su composición, edad, tamaño y temperatura. Quizás estemos acostumbrados al amarillo, pero la naturaleza realmente no tiene preferencias,  y, en un sistema de seis soles…para el planeta que depende de ellos, la cosa no sería fácil.

Aquí teneis a Gliese 667, un sistema solar múltiple de dos estrellas. Lástima que no haya podido encontrar ninguna imagen que pusiera representar el sistema Solar de Lagahs, el planeta de seis soles que, tendría que ser una verdadera alucinación para sus habitantes.

Al final de la Historia del planeta Lahahs que estaba en un sistema de seis soles, se descubrió la terrible verdad de por qué, casi de dos mil en dos mil años, desaparecían las civilizaciones que estaban allí aposentadas y firmemente establecidas. Cada 2.049 años los seis soles se ponen y cae la noche, algo totalmente desconocido para los lagashianos que consecuentemente, sienten un inmenso terror hacia la oscuridad y el frío (seis soles les enviaban su luz y su calor durante todas sus vidas). El Miedo y el terror de aquel nuevo y aterrador escenario, les hace volverse locos y comienzan a provocar fuegos hasta que la cultuira muere y, como las anteriores, desaparece.

La oscuridad total del mundo parece ser un denominador común en todas esas profecías. Seguramente por eso la escogería Asimov. Un físico, Anthony Peratt, que ha trabajado en el National Laboratory de los Álamos y en el Departamento de Energía, afirma que a los lagashianos los destruyó algo más que el fuego. La apición del cielo nocturno y de incontables estrellas destruye su cosmología; socava su fe y los cimientos filosóficos de su sociedad, que entonces se derrumba.

Todos sabemos que la Cosmoogía es el estudio del Universo como un todo, de su historia y de su origen. Habitualmente, aunque no siempre, se basa en la Astronomía, así como en la religión y en las creencias sociales.

El antropólogo George P. Murdock hizo una lista de sesenta y ocho civilizaciones que han configurado sus cosmologías. Algunas de estas civilizaciones han desarrollado poco la ciencia y escasamente la astronomía. Nosotros los seres humanos, en cuanto identificamos un puñado de estrellas, pretendemos construir una imagen de todo el universo. La Directora del Programa de de religión del Hunter College de la City University de Nueva York, expresa su desacuerdo con la cifra de las 68 civilizaciones de dadas por Murdock: “Todas las civilizaciones tienen cosmologías de algún tipo que dicen como está estructurada la realidad. Al decir “realidad” se refiere a sus distintos universos, como ellos lo podían percibir”.

No pocas de aquellas Civilizaciones antiguas coincidieron en muchas cuestiones del “mundo que veían” y, destacaron de las demás: Sumerios, Babolonios, Hindúes, Chinos, Egipcios y Griegos, todos ellos, nos dejaron su impronta y, el resultado de todas aquellas culturas, fue recopilado y traducido por el mundo del Islam cuando llegó el oscurantismo en la Edad Media. Mucho despúes, en el Renacimiento, volvieron a florecer aquellos saberes del mundo para que pudieran lelgar hasta hnuestros días.

Existe un  monstruo en el centro de nuestra galaxia está a punto de alimentarse del material presente en esa nube de gas.  En efecto, recientes observaciones del VLT  indican que una nube de gas pronto se aventurará peligrosamente cerca del agujero negro supermasivo  que ocupa el centro de nuestra galaxia. La nube está siendo desgarrada, estirada y calentada. Los investigadores predicen que durante los próximos dos años parte de la nube será engullida por el agujero negro. ¿Os podeis imaginar que, nuestro mundo estuviera cerca de un monstruo estelar semejante? ¿Cuál sería nuestra reacción cuando el planeta comenzara a ser espaguetizado por esa fuerza de atracción descomunal? ¿Que reacciones y fuerzas se desatarían en el planeta?

Hoy, nuestros conocimientos del Universo son bastante aceptables y hemos podido comprobar que, nuestros modelos cosmológicos, se acercan a la realidad que podemos observar. Aqueloos tiempos lejanos en los que prevalecian las creencias y la intuición, han pasado para dar paso a la auténtica Ciencia que guía el camino que tenemos que seguir.

Claro que, si alguien me pidiera una justificación de la cosmología como ciencia, me vería en un gran apuro para poder dar una respuesta. La raíz de la palabra Cosmos nos remite a una palabra que abarca el todo. ¿Cómo se puede tener una Ciencia basada en que conozcamos todo? Cuando ni siquiera sabemos cuál puede ser el tamaño real del Universo.

Claro que, aunque eso resulta ser así, no por ello, la Cosmología deja de ser interesante y también, importante. Dado quen está estrechamente entrelazada con las creencias y aptitudes generales de nuestra sociedad, la cosmología puede ser una clave para conocer la psicología colectiva de una civilización. Generalmente, también suele haber algo de ciencia en esto.

emilio silvera

Queremos configurar el universo y hacemos mapas de las galaxias…

La cosmología, a pesar del paso del tiempo, continúa siendo una disciplina interesante, basada en la astronomía y la física. Tenemos la necesidad de saber cómo es nuestro mundo (el universo), incluso si esa visión es inexacta o incompleta. Los antiguos indúes, babilonios y mayas combinaron la ciencia con la religión y las estructuras sociales para completar la imagen. Pensar que ahora nosotros, hacemos algo diferente es, engañarnos a nosotros mismos. Si la cosmología moderna parece ajena a la religión, esto es porque las hemos convertido en una auténtica religión secular. Ahora, el sitio de los dioses, es ocupado por el Universo mismo, la Naturaleza sabia que tratamos de comprender.

A diferencia de los físicos o los químicos que aceptan gustosos los desafíos de sus paradigmas, los comólogos modernos son lagashianos, es decir, defienden el modelo que ellos han elegido frente a cualquier prueba que vaya contra él. Como dijo el físico ruso Lev Landau: “Los cosmólogos caen a menudo en errores, pero nunca dudan”.

El mundo de la cosmología ortodoxa del big bang no soporta a los disidentes y, desde luego, hay muchos y la historia nos habla de ellos. Por poner un ejemplo, me referiré al conocido protegido de Hubble, Halton Arp, educado en Harvard y Caltech que nunca renunció al rigor intelectual de su mentor y, en consecuencia, sostenía que los corrimientos hacia el rojo no demostraban necesariamente la existencia de un universo en expansión. Todos conocemos la calidad que como astrónomo tenía Arp y de sus renombrados descubrimientos que, en su día, llenaron las primeras portadas de toda la prensa.