El Rol de las Constantes Fundamentales, el Ajuste Fino y el Principio Antrópico en la Evolución de Nuestro Universo

^{Crédito: NASA / CXC / M.Weiss}

^{Por: Amal Pushp, Físico Afiliado de Resonance Science Foundation}

Desde el acontecimiento epocal del big bang, varios parámetros físicos han sido responsables de la evolución del universo y de mantenerlo sostenible para las diversas formas de vida que conocemos. En este artículo hablaremos de tres de estos parámetros o principios, empezando por las constantes fundamentales o de acoplamiento. Una constante fundamental es una parte importante de cualquier ley física. Algunas de las constantes fundamentales famosas que interesan a los físicos son, entre otras, la velocidad de la luz, la constante gravitatoria, la constante de Planck, la constante de estructura fina, y muchas más. Para más información, consulte la tabla siguiente, que ofrece una lista no exhaustiva de las constantes fundamentales.

Otro tema de relevancia y nuestro segundo principio del título es el concepto del ajuste fino según el cual, incluso una ligera desviación entre los valores de los observables físicos correspondientes a un fenómeno concreto podría haber dado lugar a un gran desequilibrio, tal vez el universo no podría haber existido en absoluto. Los físicos llevan mucho tiempo investigando la naturaleza finamente ajustada del universo, y las constantes fundamentales están íntimamente relacionadas con el ajuste fino; por ejemplo, los cosmólogos Bernard Carr y Martin Rees han descrito explícitamente en un artículo temprano cómo diversas interacciones están determinadas por la combinación de sólo unas pocas constantes fundamentales [1]. Hasta ahora, se han considerado esencialmente todas las escalas diferentes (desde partículas elementales, átomos, agujeros negros, sistemas planetarios y estelares, galaxias, supercúmulos, etc.) y los correspondientes fenómenos que tienen lugar a esas escalas. Comprender la correlación entre las distintas escalas es importante, ya que resulta crucial para hacerse una idea coherente de los diversos fenómenos que tienen lugar en la naturaleza y entender por qué las cosas son como son.

Según Martin Rees, el ajuste fino del universo puede explicarse utilizando sólo seis parámetros que son esencialmente constantes físicas adimensionales [2]. Se trata de N (relación entre la fuerza electromagnética y la fuerza gravitatoria entre un par de protones), Epsilon (eficiencia nuclear de la fusión de hidrógeno en helio ~ 0,007), Omega Ω (parámetro de densidad ~ 1), Lambda (constante cosmológica ), Q (medida del grado de unión de los grandes cúmulos y supercúmulos de galaxias) y, por último, D (número de dimensiones espaciales de nuestro universo, que es 3).

^{Crédito: CODATA}

Nuestro último parámetro y otro de los dominantes es el principio_antrópico. Propuesto por primera vez por el astrofísico Robert H. Dicke, el principio afirma que existe un límite inferior en cuanto a la probabilidad estadística de nuestros observables en el universo, porque lo que observamos sólo puede ser posible en un universo capaz de albergar vida inteligente. Existen principalmente dos versiones de este principio, una se denomina Principio Antrópico Débil (PAD) y la otra Principio Antrópico Fuerte (PAF).

En la comunidad de físicos se cree que la interpretación de Everett de la mecánica cuántica basada en la multiplicidad de mundos podría ser coherente con el principio antrópico y, por tanto, un indicio de la existencia de múltiples universos. Según el famoso físico John Wheeler, podría existir un conjunto infinito de universos, todos ellos con diferentes constantes de acoplamiento, y puesto que en la imagen Everettiana no hay lugar para un colapso de la función de onda, todos los universos con diferentes constantes de acoplamiento podrían existir simultáneamente. Sin embargo, la teoría carece de un respaldo experimental serio, por lo que ha llevado a algunos físicos a creer que no es cierta. Sin embargo, hay físicos de primera fila que están bastante a favor del paradigma de los muchos mundos o multiversos. Por ejemplo, Martin Rees comparte una experiencia como experto de un panel en Stanford que, en sus propias palabras, reproducimos a continuación del artículo original y que tiene esencialmente un toque humorístico:

"Hace unos 15 años, participé en una mesa redonda en Stanford en la que se nos preguntó hasta qué punto nos tomábamos en serio el concepto del multiverso, en la escala "¿apostarías tu pez de colores, tu perro o tu vida? Yo dije que estaba casi en el nivel del perro. Linde dijo que casi apostaría su vida. Más tarde, al enterarse de esto, el físico Steven Weinberg dijo que "apostaría gustosamente el perro de Martin Rees y la vida de Andrei Linde".

RSF en Perspectiva:

Observando todos estos aspectos, una cosa es explícita y es que el universo está en perfecta armonía. Esta armonía se debe a la fuente de la creación, independientemente del nombre que se le dé. Las correlaciones entre todas las interacciones fundamentales conocidas han dado lugar a un universo capaz de albergar vida en diversas formas. Así pues, un buscador siente curiosidad por descubrir cómo las fuerzas fundamentales y sus constantes de acoplamiento asociadas se unen de forma unificada para darnos la experiencia de la vida y el universo tal y como lo conocemos, y aquí es exactamente donde nuestro trabajo en RSF entra en escena salvando la aparente brecha.

Los investigadores teóricos actuales han descifrado los factores de escala correspondientes a todas las escalas que van de lo microscópico a lo macroscópico, pero no son capaces de relacionarlos con las constantes fundamentales. Además, los físicos están perplejos sobre el origen de los valores finamente ajustados de las constantes fundamentales. Como explica el científico de RSF William Brown en su artículo "el llamado problema del "ajuste fino" se evapora en cuanto tenemos una teoría que explica desde los primeros principios las constantes y sus valores precisos". Por cierto, el modelo holográfico generalizado Nassim Haramein, que de hecho es un enfoque de primeros principios, hace exactamente eso [3]. Haramein et al, en el nuevo artículo titulado Scale-invariant Unification of Forces, Fields, and Particles in a Quantum Vacuum Plasma (Invarianza bajo escalas en la unificacion de fuerzas, campos y partículas en el plasma del vacío cuántico) han ideado una ley de escala que ayuda a formular una interpretación geométrica de la constante de estructura fina. Además, se presentaría también una solución exacta para la constante de estructura fina. Esto, en combinación con otras características, da cuenta de los primeros principios del origen de las constantes y ayuda a unificarlas en un único marco.

El trabajo demostrará además la unificación de las escalas, estableciendo un fuerte vínculo entre los factores de escala y las constantes fundamentales de acoplamiento, que actuaría así como referencia para abordar y añadir más claridad a las cuestiones actuales que rodean los fundamentos de la física, así como de la cosmología.

Referencias

[1] B. J. Carr and M. J. Rees, “The anthropic principle and the structure of the physical world”, Nature vol. 278, 605–612 (1979). https://doi.org/10.1038/278605a0

[2] Martin Rees, Just Six Numbers: The Deep Forces That Shape the Universe (1st American ed.) New York: Basic Books. p. 4. (May 3, 2001)

[3] N. Haramein, Quantum Gravity and the Holographic Mass, Physical Review & Research International, ISSN: 2231-1815, Page 270-292 (2012).