2008/08/02

Un cafe, unas dimensiones extras, las fuerzas fundamentales y la vida

Un café:
Esta mañana, aunque es sábado y estoy de vacaciones, o precisamente por eso, me he levantado pronto y mientras saboreaba un delicioso café en el bar de mi amigo Juanito, en el Centro Comercial las Américas de Torrent, me ha dado tiempo de "picotear" en dos textos que me han parecido muy interesantes. Curiosamente, versaban los dos sobre las cuatro fuerzas fundamentales, el uno hacía una reflexión sobre la precisión necesaria de sus intensidades para que se haya podido desarrollar la vida en este Universo y el otro sobre la necesidad, presumible, de la existencia de dimensiones extra para explicar lo que les sucede a estas fuerzas capaces de moverlo todo.

Unas dimensiones extras:
Los humanos vivimos en un mundo cuadrimensional, formado por tres dimensiones espaciales, más la temporal que añadió Einstein con su Teoría de la Relatividad. Todo lo que nos sucede se puede explicar en estas cuatro dimensiones, pero parece ser que no ocurre lo mismo cuando se intenta explicar lo que les sucede a las cuatro fuerzas fundamentales que mueven el Universo.

La existencia de dimensiones extra, que no vemos, permitirían la unificación de las fuerzas de la naturaleza, es decir, entender las cuatro fuerzas como una manifestación a diferentes escalas de una única fuerza.

La gravedad, la interacción más débil y paradójicamente la primera en ser formulada, juega un papel muy importante en la búsqueda de esas dimensiones extras. Parece ser que es precisamente esta fuerza la que podría propagarse por estas dimensiones y explicaría por qué es tan bébil: se dispersa en las dimensiones que no vemos en lugar de estar confinada, como sucede con las otras tres fuerzas, a nuestro mundo tridimensional.

Si formulamos la gravedad en un lenguaje cuántico, se habla del gravitón como la partícula portadora de la fuerza gravitatoria, al igual que el fotón lo es de la fuerza electromagnética. Este gravitón nunca se ha podido observar, tal vez porque precisamente se propaga por las dimensiones extras. En los experimentos del LHC, el gran colisionador de hadrones que se pondrá en marcha proximamente en el CERN, se producirán colisiones entre protones a energías muy elevadas. Si en estos choques se produce algún gravitón podremos verlo, no directamente, porque desaparecerá en las dimensiones extras, pero sí por el rastro que dejará en el detector: un chorro de partículas que no tendrían un balance de energía y momento en la dirección opuesta.

Este hallazco significaría el descubrimiento de la nueva física que, a diferencia de descubrimientos anteriores, no desmentiría el modelo actual, el modelo estándar de la física de partículas, sino que lo extendería simplificado a los principios fundamentales. El modelo estándar actual, a pesar de que ha sido capaz de describir la mayoría de los procesos conocidos y predecir otros nuevos, deja demasiados parámetros libres y preguntas por responder. El descubrimiento de nuevas dimensiones y la cuantización de la gravedad serían el primer paso hacia la unificación de todas las fuerzas.

Las fuerzas fundamentales y la vida:
En muchos casos, bastaría un pequeño cambio porcentual en el valor de una constante física, manteniéndose inalteradas las demás, para desarrollarse un Universo inhóspito para la vida.

Fuerza electromagnética.- Si la fuerza electromagnética hubiera sido ligeramente más intensa con respecto a las demás fuerzas fundamentales, todas las estrellas serían enanas rojas y no se habrían formado los planetas. Si la fuerza electromagnética hubiera sido ligeramente menos intensa, todas las estrellas serían muy calientes y, por tanto, de corta vida.

Fuerza nuclear fuerte.- Si la interacción nuclear fuerte hubiera sido ligeramente más intensa, todo el hidrógeno que hubiere en el Universo primitivo se habría convertido en helio; si hubiera sido ligeramente menos intensa, no se habría formado el helio, dejándonos un Universo de sólo hidrógeno.

Fuerza nuclear débil.- Si la fuerza nuclear débil hubiera sido ligeramente más débil, no se habrían desarrollado las supernovas y, por consiguiente, los elementos más pesados no se habrían creado.


Gravedad.- Si la intensidad de la gravedad fuera ligeramente mayor o ligeramente menor que su valor real la vida basada en la química del carbono no podría haber evolucionado. Para un valor ligeramente mayor, sólo podrían existir estrellas enanas rojas, que son demasiado frías para permitir que, en su zona aledaña, hubiera planetas aptos para sustentar la vida. Para un valor ligeramente menor, todas las estrellas serían gigantes azules y persistirían durante un intervalo temporal demasiado corto para que pudiera desarrollarse la vida.

Barry Collins y Stephen Hawking en 1973 llegaron a la conclusión de que debió darse una densidad de energía exactamente equilibrada entre valores que condujeran a un Universo en expansión indefinida (universo abierto) o a un Universo en colapso (universo cerrado), la así llamada densidad crítica. Ni Collins ni Hawking creían que una restricción tan específica fuera mera coincidencia. Pero, ¿cómo explicar ese ajuste fino?. Brandon Carter en 1974 publicó su idea del principio antrópico, que en su forma fuerte sugiere que la existencia del observador impone restricciones sobre las propias constantes físicas; la realidad material no puede existir, a menos que haya observadores para conocerla; el universo tiene que tener aquellas propiedades que permitan que la vida se desarrolle en él dentro de alguna etapa de su historia.

La tesis antrópica, en particular su versión fuerte, fue recibida con desdén por muchos físicos, que no le reconocían estatuto científico. Los cosmólogas se han percatado de que existen muchos contextos en que nuestro Universo podría ser sólo uno (de un conjunto de infinitos posibles) de los universos "paralelos" en los que las constantes físicas varían. Ese conjunto se denomina a veces multiverso.

Nota: Gracias a Mike por su mención en su blog. Siempre vienen muy bien estas ayudas para seguir. Muchas veces lo más fácil es tirar la toalla.Un saludo.

15 comentarios:

Delirium dijo...

Por si se te pasa por la cabeza tirar lo toalla, aquí mi comentario para evitarlo...

Estoy suscrito a tu blog desde hace tiempo (y te tengo enlazado) y se agradecen posts como éste. Me gusta leer divulgación acerca de la física pero no soy en absoluto entendido. Por eso de vez en cuando las entradas 'simples' como la de hoy ayudan a recordar los conceptos básicos.

Un saludo y ánimo con este maravilloso blog.

Bosco dijo...

Como siempre nos aclaras las cosas a aquellos como yo que siempre termino entreverando los conceptos.
Quería hacerte una pregunta loca (y puedes reírte a gusto ya que no te voy a estar viendo) A veces se me ocurre si no será que la expansión acelerada del universo se deba al progresivo desarrollo de esas dimensiones enrolladas... ¿Es muy estúpida idea?

Anónimo dijo...

Buscando referencias, o una crítica, sobre el libro "El quark y el jaguar" me he encontrado con tu blog, y veo que tiene mucha chicha, (jajajaj....). También he descubierto Hispaciencia, que no conocía, donde por cierto he visto algún blogero a quien ya leía.
Compraré el citado libro y tomo buena nota de tu blog y de hispaciencia.

Un saludo y gracias por todo!

Salvador dijo...

No hay evidencias sobre las dimensiones enrolladas, pero si existen creo que deben continuar tal como están. La expansión acelerada del universo es debida a la energía oscura, pero tampoco se sabe exáctamente a que debe ésta su existencia.

Moderando los comentarios creo que se me ha borrado uno de ellos, si es así ruego que el que lo ha escrito me perdone. Un saludo.

Salvador dijo...

Gracias Delirium. Un saludo y mucha cerveza.

Jordi dijo...

Por favor, ni se le ocurra tirar la toalla!!
Este blog es buenísimo.
Quizá los lectores deberiamos hacer más comentarios de los que hacemos habitualmente. Lo que pasa es que muchas veces uno no sabe que comentar y piensa que para poner frases del tipo "muy buen post", "adelante con el blog",etc. no vale la pena poner nada.
Pero se lo ruego: quitese esa idea de la cabeza. :-)

Salvador dijo...

Gracias Jordi, un abrazo y feliz verano.

José María dijo...

Siempre que leo el tema este de que 'justo' la gravedad fue la que permite la vida y demás... pues bien, recuerdo algo que decíamos de niños: "si la abuela no hubiera muerto ¡estaría viva!". No creo en 'finos ajustes'(están a un paso de proponer otra vez al Relojero). Y en cuanto leo Antrópico, ya se me retuerce el estómago... Bienvenidas todas las preguntas, pero mucho cuidado con las respuestas y el ansia de que estas se ajusten a nuestro entender... Felicitaciones por tu esfuerzo, es muy agradable de leer. Gracias, muchas gracias.

Anónimo dijo...

Te leo desde hace muchísimo tiempo, y aunque no comente, aquí tienes un lector por todo el tiempo que lo sigas haciendo!

Bosco dijo...

Fijate que además de tener tendencia a los delirios soy terco y al encontrarme con este artículo:
http://images.google.com.uy/imgres?imgurl=http://www.tendencias21.net/photo/685658-837683.jpg&imgrefurl=http://www.tendencias21.net/La-expansion-del-universo-podria-originarse-en-otras-dimensiones_a1689.html&h=269&w=601&sz=115&hl=es&start=4&sig2=gl9y_oAwSjpdyc_csqfh6Q&um=1&usg=__5JPxvDUCYrtBjQl-82agJBKZUQc=&tbnid=hmSRyTjk1KP66M:&tbnh=60&tbnw=135&ei=xJq4SOvUEJuI8gSblKAN&prev=/images%3Fq%3DTeor%25C3%25ADa%2Bf%25C3%25ADsica%2B%2Bdel%2Bcolor%26um%3D1%26hl%3Des%26client%3Dfirefox-a%26channel%3Ds%26rls%3Dorg.mozilla:es-AR:official%26sa%3DN
Me viene otra vez la idea de que la energía oscura pudiera salir de esas dimensiones ocultas. Ya no como yo me lo habia imaginado, por un despliegue progresivo de las mismas, sino... bueno como una epecie de subproducto. Je je.

Bosco dijo...

Perdón el verdadero link era:
http://209.85.165.104/search?sourceid=navclient-ff&ie=UTF-8&q=cache%3Ahttp%3A%2F%2Fwww.tendencias21.net%2FLa-expansion-del-universo-podria-originarse-en-otras-dimensiones_a1689.html
(Me gustaría conocer tu opinión)

Salvador dijo...

Admitiendo el supuesto de la estructura fractal de las fluctuaciones cuánticas tendremos que admitir que, como cualquier fractal, parte de su estructura permanece oculta (las costas como fractales que son miden muchísimo más de lo que consideramos, debido a que tomamos unidades de medida grandes). Esto podría obedecer a lo que llamamos energía oscura. En el mecanismo también podrían entrar las dimensiones ocultas, pero como he indicado en alguno de mis post podrían haber contribuido (la particular distribución de dimensiones ocultas-ordinarias)a la propia naturaleza del cuanto de acción (otra distribución habría cambiado toda la física del cuanto y las propias leyes del Universo). Un saludo amigo.

darkinside dijo...

Yo solo soy un mero aficionado a la ciencia, asi que mi criterio no tiene mucho valor. Solo decir que me esta gustando tu blog según lo voy descubriendo.
Felicidades y gracias.

Salvador dijo...

Gracias darkinside para vosotros lo escribo. Un saludo.

Anónimo dijo...

me ha gustado mucho este blog... pero me gustaria saber si me puedes ayudar con un trabajo de fisica presisamente de este tema enviandome mas informacion acerca de las fuerzas fundamentales del universo,, mi correo es dark_nicoferali@hotmail.com

gracias, por adelantado......