Angel "Java" Lopez en Blog

Publicado el 8 de Mayo, 2009, 11:24

En otros post he descripto los elementos de electrodinámica cuántica y los diagramas de Feynman, en gran parte basado en la lectura del libro "El paisaje cósmico" de Leonard Susskind.
Uno de los conceptos que menciona Susskind al explicar estos temas, es la constante de estructura fina.
La primera vez que me encontré con la constante de estructura fina, fue en un libro de Isaac Asimov, tal vez el mejor que haya escrito, "Los propios dioses". En esa novela, el buen doctor imaginaba un universo paralelo, con otras leyes físicas, que lograba comunicarse con el nuestro, y al intercambiar materia, sus leyes se iban filtrando en el nuestro. A los que les gusta la ciencia ficción, les recomiendo esa lectura.

Desde hace años pienso que las constantes de la naturaleza no son constantes, pero sólo es una suposición. Hasta imagino que el corrimiento al rojo se debe a que alguna constante ha cambiado en el tiempo. Pero parece que esta última postura no es sostenible: si las constantes varían con el tiempo, podrían variar en conjunto, con lo cual cambiarían muchos fenómenos, no sólo el corrimiento al rojo.

Pero volvamos a la constante de estructura fina. Qué es?

Primero, notemos que en matemáticas tenemos constantes, como el número pi o el número e, que nacen de relaciones que resultan fructíferas, interesantes de estudiar. En cambio, muchas constantes de la naturaleza, nacen de la medida: ninguna teoría las explica, simplemente tienen un valor, y nadie sabe por qué tienen ese valor y no otro. Ese es un gran punto a explorar: cómo explicar el valor de esas constantes.

Leo a Susskind:
La constante de estructura fina es un ejemplo de una cantidad que los físicos llaman constantes de acoplamiento. Cada constante de acoplamiento está asociada con uno de los sucesos básicos - los diagramas de vértice - de la teoría cuántica de campos. La constante de acoplamiento es una medida de la intensidad, o potencia, del suceso representado por el vértice. En QED el único diagrama de vértice es la emisión de un fotón por un electrón. Consideremos más en detallelo que sucede cuando se emite un fotón.
Podríamos empezar preguntando qué determina el momento exacto en el que un electrón, cuando se mueve a través del espacio-tiempo, emite un fotón. La respuesta es que nada lo hace: la física en el nivel microscópico es caprichosa. La Naturaleza tiene un elemento aleatorio que sacó de quicio a Einstein en sus últimos años de vida. El protestaba: "Dios no juega a los dados"
La respuesta de Bohr a esta frase de Einstein fue: "No le digas a Dios lo que tiene que hacer".
Pero le gustase a Einsn o no, la Naturaleza no es determinista. La Naturaleza tiene un elemento de aleatoriedad que está incorporado en las leyes de la física en el nivel más profundo. Ni siquiera Einstein podía cambiar eso. Pero si la Naturaleza no es determinista, tampoco es completamente caótica. Aquí es donde entran los principios de la mecánica cuántica. A diferencia de la física newtoniana, la mecánica cuántica nunca predice el futuro en función del pasado. En su lugar, ofrece reglas muy precisas para computar la probabilidad de varios resultados alternativos de un experimento. De la misma forma que no hay manera de predecir la localización final de un fotón que ha atravesado una rendija, tampoco hay ninguna manera de precedir exactmaente en qué lugar de su trayectoria un electrón lanzará un fotón o dónde otro electrón puede absorverlo. Pero hay una probabilidad definida estos sucesos.
Ahora Susskind va al grano:
El funcionamiento de una pantalla de televisión ofrece una buena ilustración de tales probabilidades. La luz que procede de una pantalla de televisor está compuesta de fotones que se crean cuando los electrones golpean la pantalla. Los electrones son expulsados de un electrodo situado en la parte trasera del aparato y son guiados a la pantalla por campos eléctricos y magnéticos. Pero no todos los electrones que inciden en la pantalla emiten un fotón. Sólo algunos lo hacen. La mayoría, no. En términos aproximados, la probabilidad de que cualquier electrón particular irradie un cuanto de luz viene dada por la constante de estructura fina alfa.
El valor de esa constante, es aproximadamente 1/137.
En otras palabras, sólo un afortunado electrón de cada 137 emite un fotón. Este es el significado de alfa: es a probabilidad de que un electrón, cuando se mueve a lo largo de su trayectoria, emita caprichosamente un fotón.
Ese es el significado profundo de esta constante. Notemos que es un valor bastante menor que 1, algo que tendrá consecuencias que la diferencian de otras interacciones que veremos más adelante.
Nos leemos!
Angel "Java" Lopez
Por ajlopez, en: Ciencia