¿Quién está en posesión de la verdad?

Lo cierto es que muchos creen tenerla, hablan como si la tuvieran, y, pasados unos años en cuyo transcurso avanzó la tecnología y fueron descubiertos otros secretos profundamente escondidos en las entrañas de la Naturaleza, tienen que dar marcha atrás y reconocer que la verdad, por mucho que tratamos de perseguirla… ¡Es más rápida que nosotros y no se deja coger!

¿La Verdad? ¡Sin tantas! Todo depende de quién la esté contemplando. Todos llevamos nuestro propio universo en la Mente. La perspectiva con la que cada cual mira la realidad es, en realidad, su propia realidad.

Emilio Silvera V. 

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Familias de Leptones y Quarks (que en tripletes forman los Hadrones), que son Fermiones, y, por otra parte, las llamadas partículas de fuerza, los Bosones que son las emisarias de las cuatro fuerzas fundamentales, ese es, el Modelo Estándar de la Física de partículas.

El Modelo Estándar considera que las partículas elementales son entes reductibles y cuantos cuya cinemática está regida por las cuatro interacciones fundamentales conocidas, excepto la gravedad, que no encaja en los modelos matemáticos del mundo cuántico.

 

“El modelo estándar de la física de partículas es una teoría relativista de campos cuánticos desarrollada entre 1970 y 1973 basada en las ideas de la unificación y simetrías​ que describe la estructura fundamental de la materia y el vacío considerando las partículas elementales como entes irreducibles cuya cinemática está regida por las cuatro interacciones fundamentales conocidas (exceptuando la gravedad, cuya principal teoría, la relatividad general, no encaja con los modelos matemáticos del mundo cuántico). La palabra “modelo” en el nombre viene de la década de 1970 cuando no había suficiente evidencia experimental que confirmara el modelo.¹​ Hasta la fecha, casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estándar están de acuerdo con sus predicciones. Sin embargo el modelo estándar no alcanza a ser una teoría completa de las interacciones fundamentales debido a varias cuestiones sin resolver.”

El modelo estándar es una poderosa herramienta pero no cumple todas las expectativas; no es un modelo perfecto. En primer lugar, podríamos empezar por criticar que el modelo tiene casi veinte constantes que no se pueden calcular. Desde luego, se han sugerido numerosas ideas para explicar el origen de todos estos parámetros o números inexplicables y sus valores, pero el problema de todas estas teorías es que los argumentos que dan nunca han sido enteramente convincentes. ¿Por qué se iba a preocupar la naturaleza de una fórmula mágica si en ausencia de tal fórmula no hubiera contradicciones? Lo que realmente necesitamos es algún principio fundamental nuevo, tal como el principio de la relatividad, pero no queremos abandonar todos los demás principios que ya conocemos. Ésos, después de todo, han sido enormemente útiles en el descubrimiento del modelo estándar. El mejor lugar para buscar un nuevo principio es precisamente donde se encuentran los puntos débiles de la presente teoría.

Una regla universal en la física de partículas es que para partículas con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructuras cada vez más pequeñas en el espacio y en el tiempo.

El modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aún más pequeñas. Pero existen varias razones para sospechar que sus predicciones pueden, finalmente (cuando podamos emplear más energía en un nivel más alto), resultar equivocadas.

Vistas a través del microscopio, las constantes de la naturaleza parecen estar cuidadosamente ajustadas sin ninguna otra razón aparente que hacer que las partículas parezcan lo que son. Hay algo muy erróneo aquí. Desde un punto de vista matemático no hay nada que objetar, pero la credibilidad del modelo estándar se desploma cuando se mira a escalas de tiempo y longitud extremadamente pequeñas, o lo que es lo mismo, si calculamos lo que pasaría cuando las partículas colisionan con energías extremadamente altas. ¿Y por qué debería ser el modelo válido hasta aquí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables. ¿Dónde está la partícula de Higgs? ¿Cómo se esconde de nosotros el gravitón?

En física, la noción de ajuste fino, se refiere a la situación en la que un cierto número de parámetros deben tener un valor muy preciso para poder explicar tal o cual fenómeno observado.

“Se cree que la ciencia ha debilitado la creencia en Dios. Como famoso científico Steven Weinberg, ganador del Premio Nobel, comentó: “cuanto más descubrimos acerca del universo, más insignificante parece todo”. Sin embargo, los descubrimientos de la física y la cosmología modernas en los últimos 50 años han demostrado que la estructura del universo se establece de una manera extraordinariamente precisa para la existencia de la vida; si su estructura fuera ligeramente diferente, incluso en un grado extraordinariamente pequeño, la vida no sería posible. En la mente de muchas personas, la explicación más directa de este notable afinamiento es algún tipo de propósito divino detrás de nuestro universo.

Este ajuste fino se divide en tres categorías: el ajuste fino de las leyes de la Naturaleza, el ajuste fino de las constantes de la física y el ajuste fino de las condiciones iniciales del universo.”

 

Si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste de las constantes de la naturaleza, creamos un nuevo problema: ¿Cómo podemos modificar el modelo estándar de tal manera que el ajuste fino no sea necesario? Está claro que las modificaciones son necesarias, lo que implica que muy probablemente haya un límite más allá del cual el modelo tal como está deja de ser válido. El modelo estándar no será nada más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, de forma que todos los fenómenos que hemos observado hasta el presente están reflejados en él, pero cada vez que se pone en marcha un aparato más poderoso, tenemos que estar dispuestos a admitir que puedan ser necesarias algunas modificaciones del modelo para incluir nuevos datos que antes ignorábamos.

Más allá del modelo estándar habrá otras respuestas para preguntas que, en este momento, no sabemos ni plantear.

El gobierno de Estados Unidos, después de llevar gastados miles de millones de dólares, suspendió la construcción del super-colisionador superconductor de partículas asestando un duro golpe a la física de altas energías, y se esfumó la oportunidad para obtener nuevos datos de vital importancia para el avance de este modelo, que de momento es lo mejor que tenemos.

Se han estado inventando nuevas ideas, como la supersimetría y el technicolor. Los astrofísicos estarán interesados en tales ideas porque predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas, y también varios tipos de partículas que interaccionan ultra-débilmente, los technipiones. Éstas podrían ser las WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles, o Partículas Masivas Débilmente Interactivas) que pueblan los huecos entre las galaxias, y serían así las responsables de la masa perdida que los astrofísicos siguen buscando y llaman materia oscura.

Paul Dirac se sintió muy incómodo cuando en 1931 dedujo, a partir de su ecuación del electrón, que debería existir una partícula con carga eléctrica opuesta. Esa partícula no había sido descubierta y le daba reparo perturbar la paz reinante en la comunidad científica con una idea tan revolucionaria, así que disfrazó un poco la noticia: “Quizá esta partícula cargada positivamente, tan extraña, sea simplemente el protón”, sugirió. Cuando poco después se identificó la auténtica antipartícula del electrón (el positrón) se sorprendió tanto que exclamó: “¡Mi ecuación es más inteligente que su inventor!”. Este último comentario es para poner un ejemplo de cómo los físicos trabajan y buscan caminos matemáticos mediante ecuaciones de las que, en cualquier momento (si están bien planteadas), surgen nuevas ideas y descubrimientos que ni se podían pensar. Así pasó también con las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, donde Schwarzschild dedujo la existencia de los agujeros negros.

Se piensa que al principio del comienzo del tiempo, cuando surgió el Big Bang, las energías eran tan altas que allí reinaba la simetría total; sólo había una sola fuerza que todo lo englobaba. Más tarde, a medida que el Universo se fue expandiendo y enfriando, surgieron las cuatro fuerzas que ahora conocemos y que todo lo rigen.

Tenemos los medios, en los super-colisionadores de partículas, para viajar comenzando por 1.000 MeV, hasta finalizar en cerca de 10¹⁹ MeV, que corresponde a una escala de longitudes de aproximadamente 10^–30 cm. Howard Georgi, Helen Quinn y Steven Weinberg descubrieron que ésta es la región donde las tres constantes de acoplamiento gauge se hacen iguales (U(1), SU(2) y SU(3)); resultan ser lo mismo. ¿Es una coincidencia que las tres se hagan iguales simultáneamente? ¿Es también una coincidencia que esto suceda precisamente en esa escala de longitud? Faltan sólo tres ceros más para alcanzar un punto de retorno que ya comentaremos. Howard Georgi y Sheldon Glashow descubrieron un modelo genuinamente unificado en el dominio de energías de 10¹⁹ MeV tal que, cuando se regresa de allí, espontáneamente surgen las tres fuerzas gauge tal como las conocemos. De hecho, ellos encontraron el modelo; la fórmula sería SU(5), que significa que el multiplote más pequeño debe tener cinco miembros.

El bosón X predicho por Georgi-Glashow daría lugar a transiciones a través de masa que deben estar en la región de 10¹⁹ MeV. Una peculiaridad de este bosón X es que puede transformar los quarks en leptones e incluso en anti-quarks.

Y, a todo esto, ¿Dónde está esa energía oculta? ¿Y donde la materia? Podemos suponer que la primera materia que se creo en el Universo fue la que llamamos “Materia Oscura” (mejor sería llamarla invisible), ya que, de no ser así, difícil sería explicar cómo se pudieron formar las primeras estrellas y galaxias de nuestro Universo, ¿Dónde está el origen de la fuerza de Gravedad lo hizo posible, sino en esa materia escondida?

¡Lo dicho! Necesitamos saber, y, deseo que de una vez por todas, se cumpla lo que dejó dicho Hilbert en su tumba de Gotinga (Alemania).

¡Que sea pronto!

Emilio Silvera Vázquez

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Todos hemos leído alguna novela de Ciencia Ficción que durante unos momentos mágicos nos llevó a través del Tiempo hacia el Pasado, o, hacia el Futuro y, allí, hacer alguna actividad que se tradujo en cambiar la Historia. Lo mismo nos mostraron en películas del genero en las que ocurrían cosas asombrosas.

La Relatividad General en sus ecuaciones de campo nos dicen que dichos viajes son posibles, y, lo cierto es que, no existen máquinas que puedan realizar el “milagro” de llevarnos al Pasado (ese Tiempo que se fue y ya no existe), o, al Futuro (un Tiempo que está por venir, que todavía no es tangible).

Creo que el Tiempo es sólo uno para los seres que estamos viviendo este Presente (pasando brevemente por un Pasado que se fue), y, soñar con llegar a un Fitiro que nunca podremos alcanzar. Estamos confinados en un Eterno Presente, el futuro que presentimos será el Tiempo de otros, y, sin embargo, ese futuro que vivirán otros, para ellos… ¡También será presente!

Y, como decía Hawking: “Debe existir una Conciencia Cósmica que prohíban dichos viajes”.

¡Que nos gusta meternos en berenjenales de los que no sabemos salir!

Emilio Silvera Vázquez

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Constante universal que está relacionada con el desplazamiento de los niveles de energía de un átomo que presenta estructura fina. Su valor es α = 2π e² /hc, donde e es la carga del electrón, h la constante de Planck, y c la velocidad de la luz en el vacío.

 

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 dicho 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… Sino ¡qué chapuza de universo!

     No son pocas las veces que se han puesto a prueba las constantes de la física

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.

De todas las maneras, una cosa está muy clara y no deja margen para las dudas: Si las constantes universales variaran con el paso del Tiempo, el Universo también lo haría, y, que sepamos, el Universo se manteiene constante con sus leyes para que nada varíe.

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.

                                                  

                                              

                                                       

                                               

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 ¡tantas cosas!, es el 137, es la h de Planck, 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:

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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? El resultado de las dos respuestas sería que NO.

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!

         Existen algunas más pero, todas son intocables, si ellas varían las consecuencias serían funestas

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 Vázquez

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El siglo XIX fue vital para la ciencia. Aunque la ciencia ya había mostrado para entonces su capacidad única para estudiar qué sucede en la naturaleza y qué principio (o leyes) la gobiernan, y contaba por entonces con una larga lista de teorías, datos y héroes científicos, no se había convertido todavía en una gran empresa, en la “profesión” que terminaría siendo.

La “profesionalización” e “institución” de la ciencia, entendiendo por tal que la práctica de la investigación científica se convirtiese en una profesión cada vez más abierta a personas sin medios económicos propios, que se ganaban la vida a través de la ciencia y que llegasen a atraer la atención de gobiernos e industrias, tuvo su explosión a lo largo de 1.800, y muy especialmente gracias al desarrollo de dos disciplinas, la química orgánica y el electromagnetismo. Estas disciplinas, junto a las matemáticas, la biología y las ciencias naturales (sin las cuales sería una necedad pretender que se entiende la naturaleza, pero con menos repercusiones socio-económicas), experimentaron un gran desarrollo entonces, tanto en nuevas ideas como en el número de científicos importantes: Faraday, Maxwell, Lyell, Darwin y Pasteur, son un ejemplo. Sin olvidar a otros como Mendel, Helmholtz, Koch, Virchow, Lister o Kelvin, o la matemática de Cauchy, de Gauss, Galois, Fourier, Lobachevski, Riemann, Klein, Cantor, Russell, Hilbert o Poincaré. Pero vamos a pararnos un momento en Faraday y Maxwell.

Para la electricidad, magnetismo y óptica, fenómenos conocidos desde la antigüedad, no hubo mejor época que el siglo XIX. El núcleo principal de los avances que se produjeron en esa rama de la física (de los que tanto se benefició la sociedad -comunicaciones telegráficas, iluminación, tranvías y metros, etc.-) se encuentra en que, frente a lo que se suponía con anterioridad, se descubrió que la electricidad y el magnetismo no eran fenómenos separados.

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