Hablemos del límite de Planck. Cuando contemplamos el universo, nuestra mente tiende a entrar en un espacio inimaginable, un espacio sin límites conocidos donde todo existe. Sin embargo, es lo inimaginablemente pequeño lo que hace los bloques más grandes y permite entender cómo funciona.
Cómo funciona el límite de Planck
Al observar cómo funcionan sus componentes en la escala más pequeña posible, podemos entender cómo se unen para crear este mundo y más. Esta es una de las principales razones por las que queremos saber cuál es el más pequeño del mundo. La respuesta a esta eterna pregunta ha evolucionado a medida que ha evolucionado la humanidad. Una vez considerado un grano de arena.
Después del salto en el tiempo, se descubrieron los átomos y se pensó que eran indivisibles hasta que se encontraron protones, neutrones y electrones dentro de ellos. ¿Son partículas elementales? No, los protones y los neutrones están formados por tres quarks. Parece infinito, así que vayamos al grano: una de las longitudes más pequeñas que se han medido, el límite superior del radio del electrón es de 10¯²² metros.
Pero eso no quiere decir que sea el más pequeño. ¿Alguna vez has notado que la pregunta no es cuál es el más pequeño del mundo, sino cuál es el más pequeño? Resulta que la cosa más pequeña del mundo tal como la conocemos es el espacio. Eso es lo que nos dijo el matemático y autor Steven Strogatz, y nos pusimos en contacto con él después de escucharlo explicar algunos de los conceptos básicos de cómo entender esto en RadioLab: Nada está vacío.
Ilustración de Planck
Para ilustrar el punto, cita algo que todos hacemos: aplaudir. Cuando separas tus manos antes de aplaudir, el espacio entre tus manos, hay una servilleta en ese lugar. Es como cuando estás nadando bajo el agua, todo está a tu alrededor todo el tiempo.
Sabemos que está formado por moléculas, como pequeñas partículas que se pegan entre sí. Lo mismo ocurre con el espacio que nos rodea. Entonces le preguntamos a Strogatz cuál es el espacio más pequeño posible en el universo. Intuitivamente, podrías pensar que no existe, porque puedes cortar cualquier espacio por la mitad y hacerlo infinito. Esto se asume a menudo a lo largo de la historia. Ahora, gracias a la teoría cuántica, se cree que es la unidad de espacio más pequeña.
Para obtenerlo, solo se utilizaron tres constantes físicas fundamentales conocidas, es decir, se aplican a todo el universo: • c – velocidad de la luz en el vacío. • G – Constante gravitatoria de Newton, también utilizada en relatividad general. • H – Constantes fundamentales que determinan la escala de los fenómenos cuánticos. Esta última es la constante de Planck, el número que lanzó el campo de la física cuántica.
La constante de Planck
En 1899, el científico alemán Max Planck propuso usarlo para medir el tamaño de los paquetes o cuantos de energía en los que se divide la luz. Introdujo esta suposición de cuantos de luz como un truco matemático para hacer que sus ecuaciones funcionaran. Pero Albert Einstein argumentó cinco años después que el truco debe tomarse literalmente: la luz en realidad se descompone en estos paquetes individuales de energía. La constante de Planck es un número muy pequeño:
6,626070150 × 10¯³⁵ kg·m2/s
O, en su versión extendida, 0,0000000000000000000000000000000006626070150 julios-segundo (determinado por el CERN en 2019).
Si tales valores te parecen un poco abstractos y sin sentido, no te preocupes: son casi los límites de la física y, en palabras del físico Niels Bohr, si la teoría cuántica no te confunde, entonces lo has hecho. No lo entendía todavía. Pero el hecho de que nos confunda no significa que entendamos, así que volvamos a Strogatz.
En el artículo en el que Planck presentó la constante que lleva su nombre, afirma: se pueden determinar unidades de longitud, masa, tiempo y temperatura, que son independientes de objetos o sustancias específicas y que deben conservar su significado en todo momento y en todas las civilizaciones, incluidas las civilizaciones terrestres y extraterrestres.
Unidades humanas y unidades naturales
Unidades humanas, que pueden denominarse unidades naturales de medida. Él lo hizo. Se dio cuenta de que solo había una forma posible de combinar estos 3 números fundamentales (c, G y ħ) para obtener distancias: la longitud de Planck (indicada como ℓP). La razón por la que los físicos están tan interesados en él, explicó Strogat, es que creen que será la unidad de longitud teórica más importante que combina la gravedad, la relatividad y los efectos cuánticos.
Todavía no tenemos esta teoría: es uno de los grandes misterios de la física moderna, dijo. Pero los físicos insisten en que debe serlo. No es una declaración científica, es una creencia, pero la historia de la ciencia muestra que la búsqueda de la unidad nos acerca a la verdad. La belleza de ℓP es que no importa en qué unidad elija medirlo, ya sea métrico o marciano, ambos darán la misma longitud de Planck.
Lo loco es que la combinación de estas 3 constantes conocidas da una longitud muy pequeña, mucho más pequeña incluso que los tamaños calculados de electrones y quarks. qué pequeño Mide unos 10³5 metros, que son 0,000000000000000000000000000000000000000000016 metros, o sea, una mil millonésima parte de un metro.
Efectos cuánticos dominados
Ahora, un fotón que viaja a la velocidad de la luz tarda unos 10¯⁴³ segundos en recorrer esa distancia. Este es el tiempo de Planck, el cuanto de tiempo, la medida de tiempo más pequeña que tiene sentido. Esto se debe a que estas entidades marcan temporalmente los límites de nuestro conocimiento.
Recuerda un poco a “Hic sunt dracones o Aquí hay dragones”, frase que aparecía en globos medievales en zonas desconocidas o peligrosas. La longitud de Planck es la línea límite donde la física tal como la conocemos ya no se aplica; sus leyes se rompen, las ideas clásicas de la gravedad y el espacio-tiempo ya no se aplican, dominan los efectos cuánticos. Cruza esa línea y la ecuación no produce más que resultados absurdos. «Nuestra intuición funcionó bien hasta que llegamos a la longitud de Planck”, dijo Strogat.
Más tarde, nuestro concepto de espacio perdió su significado. No sabemos qué va a pasar a esa escala… ¿Será el universo como un tablero de ajedrez ordenado de píxeles, o es completamente loco, dinámico y ondulado como la superficie del océano?
Planck y parte del universo desconocido
Una escala en la que las cosas pueden volverse muy agitadas y aleatorias; la escala en la que las partículas aparecen y desaparecen de la existencia y la inexistencia; una escala dominada por la gravedad, quizás la más débil de todas las fuerzas. Tal vez todo o nada de lo anterior. Tampoco sabemos si hay longitudes más cortas.
Pero cuando llegue la próxima revolución científica, tendremos a Planck, una pequeña parte del universo desconocido. La longitud de Planck nos habla del espacio vacío; el espacio vacío se llena de materia que se convierte en planetas, personas, etc., señala Strogatz. Es una característica del trasfondo, la física, la vida, el escenario en el que sucede todo. El vacío es lo más importante.
