Reseña: “Las constantes universales” de Jesús Navarro

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“Las constantes de la naturaleza reflejan nuestro conocimiento del universo, pero también nuestra ignorancia. ¿De dónde salen esas constantes?, ¿de leyes de la naturaleza aún por descubrir?, ¿adquirieron valores aleatorios en el Big Bang?, ¿son realmente constantes?… Las reflexiones sobre las constantes universales nos [llevan] a dar un paseo por la historia y la epistemología de la física, por las teorías básicas y por sus aspectos más prácticos y técnicos”.

No está mal el libro de Jesús Navarro, “Las constantes universales. Magnitudes inamovibles en un universo cambiante”, Un Paseo por el Cosmos, RBA Coleccionables (2015) [150 pp.], aunque yo hubiera preferido una discusión centrada en el modelo estándar y en el modelo cosmológico estándar, con énfasis en que estas teorías son efectivas y destacando la importancia del grupo de renormalización. Aún así, el libro no está mal.

Por cierto, Jesús Navarro Faus es profesor de investigación del IFIC, Instituto de Física Corpuscular (CSIC-Universidad de Valencia) y ha escrito varios libros de divulgación: “Los caminos cuánticos. Feynman”, Nivola (2010), “Schrödinger: Una ecuación y un gato”, Nivola (2009), “Las Radiaciones: beneficiosas, letales, misteriosas…”, Nivola (2009), “Sueños de ciencia”, Universitat de València (2005), y “Heisenberg. El principio de incertidumbre. ¿Existe el mundo cuando no lo miras?” Grandes Ideas de la Ciencia, RBA Coleccionables (2012), entre otros.

La “introducción” [pp. 7-14], nos cuenta que “en este libro hablaremos de constantes fundamentales de la física, y daremos a tres de ellas el carácter de universales, por el papel que juegan en las teoría actuales de la física. [Según] el físico estadounidense Steven Weinberg las constantes fundamentales ‘son aquellas que no podemos calcular a partir de otras, no porque el cálculo sea complicado, sino porque no tenemos una representación más profunda de los fenómenos que representan’. [Nadie] ha sido capaz de explicar el valor de una sola constante universal. ¿Son consecuencia de leyes de la naturaleza ocultas, aún por descubrir? ¿Son solo un resultado aleatorio del Big Bang? No hay respuesta a estas preguntas”.

El capítulo 1, “Unidades por consenso” [pp. 15-42], se inicia con el famoso “viaje que duró casi nueve meses y medio [de] la sonda espacial MCO (Mars Climate Orbiter)”, presenta “el largo y tortuoso camino hacia el sistema métrico decimal” y finaliza con “un sistema internacional con siete unidades básicas”. Al hilo de la historia, la última página del capítulo presenta una tabla con “algunas de las 22 unidades del SI derivadas coherentes con nombres y símbolos propios”.

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“Las constantes fundamentales” [pp. 43-80], el capítulo 2, también sigue el hilo de la historia “poniendo orden entre tanta constante” gracias a “una comisión con un cometido constante”. “Desde 1966 existe una organización independiente integrada por grupos, laboratorios y sociedades científicas de varios países llamada Comisión de Datos para la Ciencia y la Tecnología (CODATA en sus siglas en inglés). [La] recopilación de 2010 contiene una tabla resumen que ocupa más de cuatro páginas, y que tiene nada menos que 230 constantes fundamentales. [Como] el lector puede imaginar fácilmente, no todas ellas tienen la misma importancia conceptual”.

Este capítulo destaca tres constantes universales. “La increíble velocidad a la que se propaga la luz” nos habla de su medida que acabó “con el valor ‘exacto’ de 299 792 458 m/s. Esto no significa que [la] luz tenga que viajar a dicha velocidad, [sino] que los patrones de medida son arbitrarios y [que] se ha fijado un valor de referencia que todo el mundo deberá utilizar”. Completan el trío “la constante G”, de la que “hasta 1873 no se hizo una medida directa”, y “la constante de Planck”.

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El tercer capítulo, “Las unidades de la naturaleza” [pp. 81-104], introduce el análisis dimensional antes de ponerse “en busca de un conjunto de unidades prácticas”. Las unidades de Planck se introducen en “una propuesta curiosa convertida en unidad natural”. Como no podía ser de otra forma se discute “el cubo de las teorías” introducido por Bronstein, Gamow, Ivanenko y Landau, quienes “destacaron el papel especial que juegan las constantes c, G y h en la física”. Por supuesto, aún no sabemos si son “constantes reales o parámetros fundamentales”, como le gustaba llamarlas a Einstein.

“Pero… ¿y si no fueran constantes?” [pp. 105-128], el capítulo 4, discute “los juegos numéricos de Mr. Eddington” e invita al lector “a participar en este adictivo juego, encontrar su propia expresión, e incluso mejorar las que se dan” en el libro para la constante de estructura fina α ≈ 1/137,036. La numerología de Eddington nos lleva a “Dirac y los grandes números coincidentes”. No podía faltar “el principio antrópico: estamos aquí por pura casualidad”. Tampoco “la búsqueda de constantes inconstantes” que nos propone algunos indicios de posibles variaciones de las constantes fundamentales a escalas cosmológicas.

El quinto y último capítulo, “El sueño de Einstein” [pp. 129-144], la búsqueda de una teoría unificada para toda la física, nos lleva a “una pregunta reiterada: ¿cuántos parámetros fundamentales hay?” El autor afirma que “en total, teniendo en cuenta las masas de los constituyentes y de los cuantos intermedios, más las constantes de acoplamiento, el modelo estándar contiene 25 parámetros indeterminados, cuyos valores se conocen solo a través de experimentos y observaciones”. Por supuesto, el modelo cosmológico de consenso introduce parámetros adicionales.

Finaliza el libro con “una ardua misión: la unificación de las teorías físicas” nos deja la puerta abierta hacia el futuro. En general el libro está bastante bien escrito. Muchos de los temas tratados serán de interés a los aficionados a la historia de la física, a los estudiantes y a quienes no hayan leído mucho sobre constantes fundamentales. El resto preferirá libros más técnicos y fructíferos.

11 comentarios

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Rawandi Rawandi

“El autor afirma que “en total, teniendo en cuenta las masas de los constituyentes y de los cuantos intermedios…” …”

¿Se refiere a las partículas de materia (fermiones) y a las partículas de fuerza (bosones)?

Leonard Giovannini Leonard Giovannini

La primera vez que leí acerca de la posibilidad de que las constantes de la naturaleza no fuesen constantes fue en “Teorías del Todo” de John D. Barrow. Me pareció un libro excelente, muy accesible para un profano; y, desde mi ignorancia, no me daba la sensación de que faltase al rigor.

Tengo una pregunta: ¿hay alguna investigación orientada específicamente a descubrir posibles variaciones en la velocidad de la luz a lo largo de la historia del universo? ¿O simplemente es algo tan difícil que se opta por hacer como si estuviera demostrado que esa constante es constante? Creo recordar que Barrow decía que no habría forma de saberlo nunca.

Francisco R. Villatoro Francisco R. Villatoro

Leonard, hay miles de artículos científicos que estudian las posibles variaciones de la velocidad de la luz a lo largo de la historia del universo. Los más famosos son los trabajos del físico italiano Giovanni Amelino-Camelia (p.ej. http://dx.doi.org/10.1038/31647). No se ha encontrado ninguna pero muchos físicos las buscan (tanto como buscan un Premio Nobel).

wachovsky wachovsky

ese cubo c, G, h parece un sólido platónico duro de roer, no solo nadie ha sido capaz de explicar el substrato de todo esto, sino que nadie lo hará hasta que no sea revelado por el constructor cosmológico o el universo anterior que dejó los parámetros edificados y listos para este subsiguiente.
En una fluctuación cuántica de tipo vacío bien la corriente fotónica podría acelerar y aumentar aún más su velocidad al doble o al triple y recorrer una UA en 170, 6 periódico segundos, no lo hace…
Porque gravita tan suave a unos 6.673 x 10 a la menos 11 en newtons vectoriales (unas 1,21027 × 10 a la 44 unidades fuerza de Planck para llegar a 1 Newton) por metros cuadráticos sobre kilogramos cuadráticos acelerados, gravita suave en todo el universo hasta que se concentra densamente en un núcleo de hierro-níquel, centro solar fusionando hidrógeno, estrella de neutrones pulsando, enana blanca condensa, agujero negro hiperdenso curvando el circundante o interior mismo espaciotiempo… quizá las cónicas mismas del gravitón, sus attométricas excentricidades orbitales que apretando entre Júpiter y Europa a Ío le encienden volcanes….
Porque la energía está empaquetada en discretos de hilfen (ayuda) a 6.63 x 10-34 julios x segundo (newtons x metro x segundo) de trabajo escalar o calor termodinámico y entre un paquete y el otro la nada del vacío cuántico, paquetes vibrando y oscilando a un inverso de tiempo para acelerar el movimiento en proporcionalidad inversa al intervalo temporal y que en tiempo cero se enfría a cero kelvin, se inmoviliza y detiene toda vida, actividad y entropía (punto infinitamente denso y frío a -273° C el de la singularidad anterior al Big Bang según el 3er Principio de la termodinámica año 1905 de Nernst)…
Quien ve aleatoriedad en todo esto por lo menos tendría que ver la estocástica y sin decoherencia a la vista en ya 13.875 millones de años de una gran Turin Machine cuántica cosmológica y universal, algo a lo que los primitivos bípedos que pueblan la Tierra (ese planeta tan único como para producir estructuras vivas disipativas llamadas brontosaurios en base al oxígeno y nitrógeno y agua en exceso que posee) le denominaban Dios, pero nosotros preferimos llamarle Misterio, que va mucho más allá de toda nuestra ignorancia respecto de las constantes y que no da signos de aleatoriedad pos Big Bang… el asunto es que la energía oscura también debe esconder una de esas constantes si produjo la gran inflación primigenia a una velocidad mayor a cleritas (la de la luz en el vacío fluctuante cosmológico). Muy, súper muy Interesante, fascinante el asunto de lo ajustado que todo esto está a pesar de terremotos, huracánes, caídas de asteroides y supernovas colosales.

wachovsky wachovsky

una velocidad mayor a celeritas (la de la luz en el vacío fluctuante cosmológico) que es la de la constante cosmológica con su falor fijo y que como energía antigravitatoria creadora de espacio y tiempo puede expandirse a velocidad pseudoinfinita, tal cual creía Newton de la acción a distancia gravitatoria, cuando estudiaba el fenómeno en su campiña inglesa entre 1660 y 1687 y luego quedó demostrado que no puede acelerar con mayor ventaja a c en el vacío que nunca termina del universo en su totalidad pero que fue creado a una mayor velocidad que 9,46 · 10 a la12 km/año

Hector04 Hector04

Me parece que la velocidad de la luz clásicamente es una consecuencia de la relación que hay entre la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética, que son una propiedad del espacio. valores distintos de estos producirían velocidades de la luz distintos asi como mayor o menor preponderancia del campo respectivo, por ende, parecen ser mas fundamentales que la velocidad que surge de la multiplicación de ambos.

Francisco R. Villatoro Francisco R. Villatoro

Hector04, así la explicaba Maxwell en 1861. Hoy en día la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética del vacío se calculan a partir de la constante de estructura fina, la velocidad de la luz y la constante de Planck. La electrodinámica cuántica nos permite entender perfectamente su origen físico. La permitividad y la permeabilidad del vacío ya no son constantes fundamentales, sino que se derivan a partir de principios físicos.

Suzudo Suzudo

Pues yo pienso que simplemente es si el espacio y el tiempo mantienen la misma proporción. Si el tiempo se mide en metros de tiempo siendo esa unidad de tiempo, el tiempo que la luz tarda en el vacío en recorrer un metro de espacio, entonces C vale uno y ya no hace falta meterla en las leyes físicas. Claro que todas las velocidades se darán en fracciones de 1. Y velocidades mayores de 1 implicará saltar de un lugar a otro sin pasar por los lugares intermedios

Por una parte que se mantenga en 1 o se tenga que variar y/o el metro no valiera lo mismo en todo momento implicaría que la proporción entre espacio y tiempo variaría

Así que pienso que el valor en sí depende más de si varia esa proporción o no y del sistema de medida.

Sobre eso de no pasar por los puntos de enmedio, en mecanica cuántica la cosa cambia un poco y…

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