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Ciencia

Adiós certezas

La variación del valor de la constante alfa — que ahora ya no es más constante — hace temblar conceptos establecidos sobre el Universo y el origen de la vida en la Tierra

esoSe ha roto la uniformidad: en tiempos remotos, los miles de millones de estrellas de galaxias como ésta, la NGC 1232, pueden haber seguido leyes físicas diferentes de las actualeseso

Quizás los físicos ya se hayan acostumbrado a tener que rever a cada tanto sus concepciones acerca del Universo. Sufrieron el shock provocado por la Mecánica Cuántica, que al comienzo del siglo XX puso a la incertidumbre como ingrediente esencial del comportamiento de las partículas atómicas, antes aparentemente previsibles. Al final de agosto, un nuevo golpe: una investigación divulgada por Physical Review Letters, una de las más conceptuadas publicaciones científicas, mostró una variación de la llamada constante alfa, uno de los valores fundamentales del Universo, que regula la intensidad con la que las partículas atómicas interactúan entre sí y con la luz.

Hace seis mil millones de años, el valor de alfa podría haber sido levemente menor, del orden de una parte en 100 mil — apenas el número final de una cifra con cinco decimales. Una variación mínima, pero suficiente para indicar que la constante no es más constante. El resultado — apuntado como uno de los mayores descubrimientos científicos de los últimos 50 años — confirma las mediciones preliminares obtenidas por investigadores de Australia, Inglaterra y Estados Unidos, que suscriben el artículo. Éstos analizaron la luz emitida por quásares — objetos estelares semejantes a núcleos de galaxias, situados a entre 8 y 10 mil millones de años luz de la Tierra — detectada por los telescopios del Keck Observatory, en Hawai.

Semanas después, ya se tiene una idea más clara de las implicaciones de la variación de alfa, también llamada constante de estructura fina. Primeramente, se rompe con uno de los pilares sobre los cuales se asienta la ciencia moderna: la uniformidad temporal del Universo, que en alguna época podría haber seguido otras leyes, aún desconocidas. Los resultados obtenidos por el equipo coordinado por John Webb, de la Universidad de New South Wales, de Austrália, sugieren un nuevo diseño de la imagen del átomo, en el cual los electrones se mueven en órbitas mayores que las de hoy.

En consecuencia, podría haber otras reglas químicas y físicas en la formación de las moléculas — por lo tanto, de los organismos vivos. En un caso extremo, distante de la realidad: si alfa fuera dos veces menor o mayor, la vida en la Tierra o la formación de galaxias se tornaría inviable, de acuerdo con los actuales modelos teóricos.

¿Más cambios?
El valor de alfa, equivalente al número 1 dividido por 137,04, está asociado a otra constante, la carga eléctrica — identificada como e —, responsable por la atracción o repulsión entre los electrones, partículas atómicas de carga negativa, y los protones, positivos. La variación de alfa preocupa porque implica alteraciones en otros valores fundamentales sobre los cuales a Física se moldeó.

Con todo, esta perturbadora idea viene a dar sustentación a las conjeturas del físico inglés Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984, Nobel de 1933). Dirac comparó dos fuerzas actuando sobre un mismo protón, la fuerza eléctrica y la gravitacional. La intensidad de la fuerza eléctrica es determinada por la carga eléctrica (e) y la de la fuerza gravitacional, por la constante gravitacional de Newton (G).

Planeta inviable
Dirac observó que la fuerza eléctrica era mucho mayor que la gravitacional: equivale al número 1 seguido de 36 ceros. En busca de una explicación para ese valor, que le pareció muy alto, pensó que en algún momento de la historia del Universo la diferencia entre las constantes e y G pudo no haber sido tan grande — o incluso que éstas pudieran haber sido iguales. Según Dirac, el valor de G podría variar inversamente con el tiempo — por lo tanto sería menor hoy. El escenario que se desprende de ese razonamiento es nebuloso.

Si la fuerza de la gravedad ya hubiera sido mayor, las órbitas de los planetas serían menores: la Tierra estaría más cerca del Sol, un astro menor y más luminoso. Y en la Tierra, hace 500 millones de años, habrían existido “océanos burbujeantes, tornando la vida difícil para los trilobitas”, los primeiros organismos más complejos del planeta — según el escenario imaginado por el físico húngaro Edward Teller, uno de los científicos involucrados en el proyecto Manhattan, que resultó en la bomba atómica.

Una alternativa menos extraña fue formulada por el físico ruso George Gamow (1904-1968), uno de los autores de la teoría del Big Bang: la carga eléctrica podría variar según la edad del universo- hoy establecida en 13,9 mil millones de años, aunque existen estrellas supernovas que podrían ser más antiguas. La propuesta de Gamow genera otras cuestiones. Según Rogério Rosenfeld, profesor del Instituto de Física Teórica de la Universidad Estadual Paulista (Unesp), la reducción del valor de la fuerza eléctrica llevaría a una diferencia aún menor entre las masas del protón y del neutrón, las partículas que forman el núcleo atómico — actualmente, el neutrón es ligeramente más pesado (de un 0,1% a un 0,2%) que el protón.

Sin embargo, eso sería bastante como para influir en la formación de los elementos químicos más sencillos en los tres primeros minutos del Universo después del Big Bang. Habría menos helio que lo previsto, por ejemplo. “Alteraciones en las Leyes Físicas son siempre posibles, pero todas las implicaciones deben ser analizadas con cuidado”, dice Rosenfeld.

Una teoría retomada
Al menos la interacción nuclear fuerte, que controla la organización del núcleo atómico, habría permanecido estable durante los últimos 2 mil millones de años. Esto es lo que indican las mediciones realizadas en los años 70 por investigadores rusos en una mina de uranio en Uklo, en Gabón. “Nuestra visión de Universo depende mucho de esos números”, comenta Élcio Abdalla, del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo.

Al margen de la constante alfa, no se sabe lo que puede haber mudado, ya que el resultado anunciado en la Physical Review surge de observaciones cosmológicas, en las cuales no es posible separar el efecto de una constante de otra, recuerda Carlos Escobar, investigador del Instituto de Física de la Universidad de Campinas (Unicamp).

Los próximos años probablemente indicarán cuáles teorías o concepciones teóricas serán debilitadas o fortalecidas. Sin embargo, y aparentemente, los resultados de la novedad reavivan las propuestas de las Teoría de las Cuerdas, una forma de concebir las interacciones atómicas por medio de entidades imaginarias, las cuerdas, que darían origen a las partículas atómicas — las cuerdas serían como un ómnibus del cual los pasajeros salen de acuerdo con el azar o con su la propia voluntad.

Formulado en los años 70 por el físico inglés John Schwartz, actualmente en California Institute of Technology (Caltech), de Estados Unidos, el modelo fue perfeccionado en la década del 80 por otro inglés, Michael Green, de la Universidad de Cambridge, y más recientemente, por el norteamericano Edward Witten, también de Caltech.

Abdalla, de la USP, estaba a un paso de dejar de lado la Teoría de las Cuerdas (o Supercuerdas). Esta herramienta teórica que le parecía útil para explicar el origen y el funcionamiento de los agujeros negros, uno de sus focos de estudio, estaba trabada por la dificultad de comprobación experimental. El artículo de Physical Review lo hizo reconsiderar, al indicar que el modelo de las cuerdas alberga armoniosamente los elementos que derivan del trabajo de los investigadores australianos. Es el caso de la posibilidad de existencia de partículas atómicas mucho menores que los electrones y aún no comprobadas experimentalmente, y de otras dimensiones espaciales, aún no muy bien explicadas por las teorías en uso.

Pliegues en el tubo
¿Otras dimensiones? “Es como se viviéramos en un tubo y las otras dimensiones fueran pliegues o ramificaciones de ese tubo que no podemos ver”, compara Abdalla. El físico cree que tanto las partículas como los pliegues en el espacio, para ser entendidos, requerían de una inmersión en el interior de la materia como la viabilizada por el estudio de los australianos. “Ahora vamos a trabajar para ver si las ideas florecen”, dice Abdalla.

Si fructifica, la Teoría de las Cuerdas podrá realizar un antiguo deseo: aproximar dos visiones de la Física aún incompatibles: la Teoría de la Relatividad General y la Mecánica Cuántica, que prevé la existencia de nuevas partículas elementales de la materia y sugiere otro modo de comprensión del tiempo. Incompatibles en la versión clásica, no dialogan entre sí y divergen incluso en sus principios. Pero en la Teoría de las Cuerdas, la Relatividad ya se amolda a los principios de la Mecánica Cuántica y existen comportamientos de las cuerdas que pueden ser explicados ora de acuerdo con una, ora de acuerdo con la otra. “Esas dos teorías no pueden continuar sin comunicarse”, observa Escobar, de la Unicamp.

La aproximación de dos concepciones del Universo, aunque explique la variación de la constante alfa, implica otros terremotos conceptuales. El impacto mayor, para Abdalla, sería sobre la forma de ver al Big Bang, que dejaría de ser apenas la explosión que originó el Universo y más allá de la cual la Relatividad no consigue avanzar, para convertirse en parte de una historia más abarcadora — una historia que, de acuerdo con las propuestas del físico inglés Martin Rees, de la Universidad de Cambridge, en el libro Just Six Numbers, publicado al final del año pasado, incluye incluso otros universos.

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