El tiempo atómico y el orbital parecían estar funcionando a diferentes velocidades.

La gráfica en la pantalla en este momento se ha trazado a partir de los datos proporcionados por Yuri Kolesnik. Muestra la progresión del tiempo orbital en años en el eje horizontal, y los datos correspondientes en tiempo atómico para el planeta Mercurio en el eje vertical. Estos dos conjuntos de medidas se toman de manera muy simple: uno se realiza cronometrando los eventos astronómicos de Mercurio utilizando nuestro calendario orbital y relojes o relojes mecánicos. La otra forma mide los eventos usando el tiempo atómico y los relojes atómicos. Estas dos medidas no se han mantenido juntas, sino que se han estado separando.

Esta gráfica confirma que el reloj atómico ha bajado su velocidad en comparación con el estándar orbital. Si recuerdas, Birge se había opuesto a la idea de que la velocidad de la luz estaba cambiando porque eso también indicaría un cambio en otros procesos atómicos. Consideró que esa opción estaba en algún lugar entre lo imposible y lo altamente improbable. Sin embargo, podemos ver ahora que otros procesos atómicos han mostrado cambios, por lo que esta objeción de Birge es anulada por los datos más recientes.

Estas mediciones, por cierto muy precisas, han demostrado que no todo lo que la ciencia solía considerar como una constante ha sido en realidad una constante. Por otro lado, algunas combinaciones de constantes han demostrado ser invariables. Por ejemplo, se ha demostrado que la constante de Planck, h, y la velocidad de la luz, c, cuando se multiplican juntas siempre dan el mismo número. Estos datos provienen de observaciones astronómicas en todo el universo, incluso en las partes más distantes.

Pero ten en cuenta. Esto no significa necesariamente que cada una por sí misma haya sido invariable. Lo que sí significa es que SI una cambia, la otra también ha cambiado, pero en la dirección opuesta.

Es como el número 12. Puede obtener 12 de varias maneras: 1 x 12, 2 x 6 y 4 x 3. Tenga en cuenta que, si un número se duplica, el correspondiente se divide.

Por lo tanto, siempre existe la posibilidad de que todo se haya mantenido igual. Pero, cuando las mediciones mismas muestran un cambio, pero el resultado final es invariable, tenemos que aceptar que estos cambios están en sintonía entre sí, o son sincrónicos. Entonces, en términos de hc, h debe ser proporcional a 1/c exactamente.

Hay otros ejemplos en los que se puede ver este tipo de relación sincrónica. La relación entre la masa de electrones, m, y la constante de Planck, h, se expresa como m/h² en algunas cantidades. Esta relación siempre da como resultado el mismo número: es invariable. Pero, de nuevo, esto no significa que m o h² tengan que permanecer constantes, solo que, si uno cambia, el otro está cambiando en una proporción directa.

Ahora mira. Este comportamiento de m indica que todas las masas atómicas, como m, son proporcionales a h². PERO, h es proporcional a 1/c, ¿verdad?

Esto significa que, si ambos son cuadrados, h² es proporcional a 1/c².

Cuando juntamos esto, eso significa que las masas atómicas, m, son proporcionales a 1/c². Entonces, a medida que m cambia, entonces c² está cambiando en proporción inversa. Esto significa que mc² es fijo.

Observa esta famosa ecuación: E = mc². Como la masa y el término c² están en proporción inversa entre sí, eso significa que E, energía, siempre se conserva. No ganas ni pierdes energía a medida que la masa y la velocidad de la luz cambian. De hecho, todas estas relaciones muestran que la energía se conserva a medida que varían las constantes físicas. Los experimentos de laboratorio que involucran energías de reacción de partículas atómicas han confirmado que esto es cierto.

En este punto, podemos ver que los datos reales muestran que algunas de las constantes que se consideran constantes están cambiando de valor. Esto no se menciona a menudo en los cursos universitarios, pero los datos están ahí. De hecho, si se excluye la velocidad de la luz, aparecen tendencias confirmatorias en 475 mediciones de otras 11 cantidades atómicas.

¿Por qué está pasando esto? También podríamos preguntarnos si hay un único factor común involucrado en todos estos cambios. Veamos algunas pistas.

La primera pista fue de un físico llamado Max Planck. Escribió dos documentos muy importantes en los primeros años del siglo XX. En el primer artículo, en 1901, introdujo un término matemático para responder a un problema que tenían los físicos. Pero en ese momento era solo un término matemático. Planck no estaba satisfecho con solo insertar un término para corregir las matemáticas, por lo que siguió trabajando. Luego, en su segundo artículo, en 1911, identificó ese término como teniendo un significado físico real. Ese término ahora se llama "Constante de Planck" y generalmente se designa como la letra h.

Allí, en ese artículo de 1911, señaló que la constante de Planck, h, era una medida de la fuerza del vacío de la Energía de Punto Cero (EPC). Las mediciones de la Constante de Planck comenzaron en la década de los 1920 y posteriormente mostraron que h no era constante, sino que aumentaba. Como la constante de Planck aumentaba, esto implicaba que la fuerza de la EPC también aumentaba.

La energía de punto cero se discutió en el segundo video de esta serie. En esa sesión, se demostró que era el resultado de un universo en expansión. La energía se coloca en la tela del espacio a medida que se expande de la misma manera que la energía se pone en la tela de un globo que se infla. En el espacio, esta energía aparece como la Energía del Punto Cero, la EPC.

A medida que el universo continuó expandiéndose, la fuerza de la EPC continuó acumulándose. Para refrescar aún más tu memoria, la energía de punto cero consiste en una cantidad masiva de ondas electromagnéticas que impregnan todo el espacio. Estas ondas consisten de todas las longitudes de onda, pero la gran mayoría están en el extremo más corto del espectro. Entonces, la primera pista, el valor creciente de la constante de Planck, h, nos lleva a sospechar que la fuerza creciente de la EPC puede ser responsable de los cambios observados, ya que h es una medida directa de la fuerza de la EPC.

La segunda pista requiere que comprendamos el efecto de la Energía de Punto Cero en las masas subatómicas. Aquí, debemos mencionar cómo se miden las masas subatómicas: no podemos ponerlas en una balanza para ver cuánto pesan, por lo que tenemos que hacer otra cosa.

Casi todas las partículas subatómicas tienen una carga, positiva o negativa. Eso significa que responderán a un campo magnético. Y así es como podemos medir su masa, por la cantidad que son desviadas por los campos magnéticos. Cuanto mayor es la desviación, menor es la masa. Durante los años que trabajamos con partículas cargadas, la medición de las masas de electrones fue la más completa. Cuando hicimos estas mediciones, descubrimos que se desviaban un poco menos, luego un poco menos nuevamente. Estaban acumulando masa. ¿Qué estaba pasando?

Recuerda que las ondas de la EPC son mucho más numerosas en el extremo corto del espectro electromagnético. Son lo suficientemente pequeñas como para mover las partículas subatómicas, incluyendo a los electrones. Cuanto más fuerte es la EPC, más ondas se impactan en las partículas subatómicas, lo que produce una mayor sacudida. Cuanto más se agita el electrón, más masa aparente tiene. Las ecuaciones del proceso muestran que esta masa es proporcional a la fuerza de la EPC al cuadrado, es decir a h².

En este punto, tenemos tanto a la constante de Planck como a las masas de partículas subatómicas unidas a la energía del punto cero. Como resultado, la velocidad de la luz también está vinculada a la Energía del Punto Cero. La EPC es la causante de varios de estos efectos "secundarios", incluyendo a la constante de Planck, a las masas subatómicas y a la velocidad de la luz. Ninguno de los "niños" causa "otro niño". Todos dependen de la causa principal, la energía del punto cero.

Entonces, ¿cómo afecta la EPC a la velocidad de la luz? Como se mencionó, la energía de punto cero se compone de ondas de todas las longitudes en el espectro electromagnético. Pero hay una gran preponderancia de ondas en el extremo corto del espectro. Estas ondas van en todas las direcciones a la vez, por lo que constantemente chocan entre sí.

Piense en las olas en el océano, si las ondas cruzadas golpean, se forman capas blancas y se apagan rápidamente. Cuando las ondas de la EPC golpean, también tienen un efecto. Por el instante más breve de tiempo, el impacto causa una pequeña concentración de energía, lo que permite que se forme algo llamado par de partículas virtuales, mas conocidas como ‘pares partícula-antipartícula’. Una de las dos es negativa y la otra es positiva, y por esa razón vuelven a juntarse casi de inmediato, siguiendo su camino mientras la energía se agita hasta el próximo golpe.

Pero mientras existen, por ese breve momento en el tiempo, actúan como partículas físicas y pueden absorber un fotón de luz. Cuando se vuelven a juntar, ese fotón se libera para seguir su camino a su velocidad original. Si solo hubiera un par de partículas virtuales para navegar, eso realmente no afectaría la velocidad de la luz, pero a medida que la EPC se acumulaba con el tiempo, los fotones de luz tenían que navegar por más y más de estas partículas virtuales y el efecto acumulativo fue el retraso de la llegada del fotón de luz a su destino final. Piensa en un corredor que supera obstáculos. Un obstáculo no causaría mucho retraso en llegar a la línea de meta. Sin embargo, cien obstáculos causarían un gran retraso, independientemente de la velocidad del corredor entre los obstáculos.

De manera similar, podría ser útil tener en cuenta que no era la velocidad de la luz lo que estaba disminuyendo. Más bien fue el hecho de que el número de obstáculos con los que tuvo que lidiar en su camino estaba aumentando.

A medida que aumentaba la fuerza de la EPC, el espacio se volvió "más grueso", o más cargado con partículas virtuales. Actualmente, se puede calcular que en cualquier instante hay al menos 1058 pares de partículas virtuales por pulgada cúbica. Esa es la figura seguida de 58 ceros.

10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000

Por lo tanto, el incremento de la fuerza de la EPC es la razón por la que la velocidad medida de la luz ha estado perdiendo velocidad, o sea, ha desacelerado. Entonces, la velocidad de la luz también está relacionada directamente con la Energía de Punto Cero.

Ahora tenemos datos históricos y la causa probable de los cambios en las constantes atómicas a lo largo del tiempo. Pero entonces surge un problema. Los datos de la velocidad de la luz, los datos de las masas de las partículas atómicas y la constante de Planck muestran un aplanamiento de la tendencia y luego una pequeña inversión de tendencia en el período 1960 a 1990. Y también hay datos asociados de procesos atómicos.

Una razón para este aplanamiento se puede encontrar en la introducción de relojes atómicos en los laboratorios de todo el mundo a partir de 1955. Los relojes atómicos miden el tiempo a un ritmo de acuerdo con el comportamiento de la velocidad de la luz. Esto significa que medir uno usando el otro no producirá ninguna evidencia de variación en cualquiera de las cantidades.

Un ejemplo de esto puede verse al usarse dos ligas sin estirar en donde ambas tengan una marca de longitud idéntica. Luego, ambas se estiran sincrónicamente. No puedes medir el cambio de la longitud de una liga usando la otra liga que también fue estirada. Ambas longitudes han cambiado simultánea y proporcionalmente. De manera similar, medir la velocidad de la luz mediante relojes atómicos siempre dará un resultado fijo. Hay otros factores involucrados que no tenemos tiempo para explorar aquí. Sin embargo, fue con base a datos de relojes atómicos que, en octubre de 1983, la velocidad de la luz se declaró oficialmente invariante en el vacío y se fijó absolutamente a 299,792.458 km / s.

Esta fijación de la velocidad de la luz como una cantidad invariable introduce una última gran objeción. Esto tiene que ver con Einstein y sus famosas teorías de la relatividad. Para que sus teorías funcionaran física y matemáticamente, Einstein requirió dos cosas: primero, que la velocidad de la luz fuera una constante fija y, segundo, que no era posible realizar mediciones absolutas de ningún movimiento. Eso fue porque sus teorías requirieron que no hubiera un marco de referencia universal contra el cual ese movimiento se pudiera medir.

Por ejemplo, se puede medir la velocidad de un automóvil contra un marco, como el de una carretera, la cual esta inmóvil. Pero, si trataras de medir esa velocidad desde un punto de vista universal, su teoría diría que eso es imposible hacerlo. La razón era que sus teorías requerían que no hubiera un marco de referencia universal para hacer mediciones. Entonces, todas las medidas de movimiento son solo relativas, que es de donde la teoría de la relatividad obtuvo su nombre.

En otras palabras, ya fuera que 1. hubiera un marco de referencia absoluto en el universo contra el cual se pudiera medir todo el movimiento, o 2. si la velocidad de la luz en el vacío no fuera constante a lo largo del tiempo, o ambas cosas (1 y 2), entonces la Teoría de la Relatividad tendría que ser formulada otra vez.

Tomemos primero la idea de un marco de referencia absoluto. En 1964, los científicos encontraron que la radiación de temperatura, representada en esta imagen, provenía de manera uniforme de todas partes del cielo. Se llama la radiación de fondo de microondas o radiación cósmica de microondas (en inglés, cosmic microwave background radiation, o CMBR). Esta es el "eco" del estado original súper caliente del universo, o la temperatura que quedó después de que el universo se expandiera y se enfriara. Esta temperatura de fondo es uniforme a 1 parte en 10,000. En este mapa de todo el cielo (en la imagen provista), las áreas rojas son ligeramente más cálidas que el promedio, y las áreas azules son ligeramente más frías que el promedio, en esta cantidad extremadamente pequeña: una décima parte de un grado.

Ahora aquí está lo importante. Esta radiación cósmica de microondas (CMBR) proporciona un marco de referencia absoluto. La CMBR rodea todo el universo. Cuando algo, un planeta, nuestro sistema solar, nuestra galaxia, otra galaxia, cualquier cosa, se mueve, el movimiento tiene que ser hacia alguna sección del CMBR. Ese movimiento aparecerá como un cambio de temperatura tanto delante como detrás. Delante se mostrará como un poco más cálido y detrás como un poco más fresco. Para aquellos familiarizados con el término, este es un efecto Doppler. Los cambios de temperatura se pueden convertir matemáticamente en velocidad de movimiento.

Hemos medido el movimiento de nuestro sol en nuestra galaxia, y el movimiento de nuestro Grupo Local de galaxias hacia otros grupos de galaxias en este contexto. Aquí se muestra el resultado final generalizado al sumar todas esas velocidades. La dirección y la velocidad del movimiento de cualquier objeto en el espacio pueden ser diferentes, pero esas velocidades pueden definirse individualmente por el CMBR.

El astrofísico de la Universidad de Cornell, Martin Harwit, en su libro ‘Conceptos Astrofísicos,’ p. 178 (publicado por Springer-Verlag) comenta sobre este importante resultado de la CMBR:
"Es interesante que la presencia de dicho campo de radiación nos permita determinar un marco de referencia absoluto para que sea la base de una medición local."

Pero luego trata de salvar lo que pueda de la teoría de la relatividad diciendo, "El establecimiento de un marco de referencia absoluto enfatizaría el hecho de que ... la relatividad en realidad solo tiene que ver con fenómenos a pequeña escala y que los fenómenos en escalas más grandes nos permiten determinar un marco de referencia preferido en el que los procesos cósmicos se ven isotrópicos."

En otras palabras, el CMBR proporciona un marco de referencia absoluto para el movimiento en cualquier parte del universo.

Entonces, la teoría de la relatividad de Einstein es incorrecta, excepto, posiblemente, para fenómenos a pequeña escala.

Esto también significa que también es sospechoso el derivar cualquier resultado utilizando esos dos postulados (una velocidad constante de la luz y ningún marco de referencia absoluto).

Uno de los partidarios que apoyaron más a Einstein fue el famoso físico y astrónomo británico, Sir Arthur Eddington.  Él sugirió que había un mecanismo diferente disponible que producía los mismos resultados que la relatividad sin la necesidad de esos dos postulados restrictivos. Llegó a la siguiente conclusión y lo ilustró con un ejemplo:

"La luz se mueve más lentamente en un medio material que en el vacío ... De este modo, podemos imitar el efecto gravitacional de la relatividad sobre la luz con precisión, si imaginamos que el espacio alrededor del sol está lleno de un medio que proporcione la velocidad apropiada "

La física ahora ya demuestra que la energía de punto cero hace precisamente eso. De hecho, todos los resultados principales de la relatividad ahora se pueden realizar simplemente usando la realidad de la Energía de Punto Cero y sus efectos. Esto se puede hacer de manera simple y sin la necesidad de matemáticas extrañas y complicadas, como lo han demostrado varios investigadores modernos en los últimos 20 años, quienes tienen sus escritos en revistas científicas, las cuales son revisadas por compañeros también científicos.

Como puedes ver, lo que comenzó con mi curiosidad por las cambiantes medidas de la velocidad de la luz, fue el principio de un curso de investigación que ha tenido algunas consecuencias interesantes.

Ha llevado a una comprensión de la realidad de la Energía de Punto Cero, que se ha ido acumulando con el tiempo. Esto parece responder a los problemas planteados por la velocidad de la luz y los datos atómicos, ya que nos ha llevado a la comprensión de que los procesos atómicos y la velocidad de la luz están relacionadas íntimamente con la EPC.

La conclusión es que, en el universo primitivo, cuando la fuerza de la EPC era baja, la velocidad de la luz era más rápida y algunos procesos atómicos eran más rápidos. En nuestra próxima sesión, veremos cómo estos desarrollos, junto con la astronomía de plasma, abren una nueva ventana para comprender la cuestión del tiempo y algunos problemas astronómicos persistentes.

 

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