Constante fundamental

Em Física, uma constante fundamental é, no sentido restrito do termo, uma constante física independente do sistema de unidades, sendo assim um número sem dimensão. Isso faz destas constantes físicas as únicas constantes estritamente universais (ainda que às vezes se aplica o termo constante fundamental a constantes físicas que não são estritamente universais e dependem do tipo de sistema de unidades escolhidas). No entanto, o termo também pode ser usado (por exemplo, pelo NIST) para se referir a qualquer constante física universal com dimensão, como a Constante gravitacional.

Os físicos tentam tornar suas teorias mais simples e mais elegantes reduzindo o número de constantes físicas que aparecem nas fórmulas matemáticas de suas teorias. Isso é obtido ao se definirem as unidades de medida de tal forma que várias das constantes físicas mais comuns, como a velocidade da luz, sejam normalizadas à unidade. O sistema de unidades resultante, conhecido como unidades naturais, tem um uso frequente na literatura de Física avançada porque ele simplifica muitas equações de maneira considerável.

Algumas constantes físicas, no entanto, são números adimensionais que não podem ser eliminados desta maneira. Seus valores devem ser obtidos experimentalmente. Por exemplo, de acordo com Michio Kaku (1994: 124-27), o modelo padrão da Física contém "no mínimo 19 constantes arbitrárias sem dimensão que descrevem as massas de partículas e a intensidade de várias interações". Mais recentemente, John Baez (2002) estimou que 26 constantes arbitrárias são necessárias, incluindo:

• Massas de partículas fundamentais
• Constante de estrutura fina
• Constante de acoplamento forte
• Os parâmetros da matriz CKM e da matriz Maki-Nakagawa-Sakata
• A constante cosmológica da equação de campo de Einstein da relatividade geral.

Em seu livro Just Six Numbers, Martin Rees considera os seguintes números:

• Nu: razão entre a força eletrofraca e a força gravitacional (também conhecida como constante gravitacional de acoplamento);
• Epsilon: relacionada à força forte;
• Omega: o número de elétrons e prótons do universo;
• Lambda: constante cosmológica;
• Q: razão das energias fundamentais;
• Delta: número de dimensões espaciais.

Essas constantes restringem toda teoria física fundamental plausível, que deve ser capaz ou de produzir tais valores da matemática básica, ou aceitar essas constantes como arbitrárias. Surge então a questão: quantas dessas constantes surgem da matemática pura e quantas representam graus de liberdade para as diversas possíveis teorias físicas válidas, das quais poucas podem ser válidas em nosso universo? Isso leva a um número interessante de possibilidades, incluindo a possibilidade de universos múltiplos com diferentes valores para essas constantes, e a relação dessas teorias com o modelo do princípio antrópico.

Algum estudo das constantes fundamentais beirou a numerologia. Por exemplo, o físico Arthur Eddington argumentou que, por diversas razões matemáticas, a constante de estrutura fina tinha que ser exatamente 1/137. Experimentos desde esse dia mostraram que isso não pode ser verdade; essa constante vale cerca de 1/137,036.

O matemático Simon Plouffe realizou uma busca extensiva de fórmulas matemáticas em bancos de dados de computadores, procurando por fórmulas dando as razões de massa das partículas fundamentais.

A busca de evidências comprovando ou não se as constantes fundamentais do universo variam com o tempo é atualmente uma importante área de pesquisa no mundo acadêmico. O fato é que se algumas constantes fundamentais tivessem um valor ligeiramente diferente do que hoje têm, a vida tal como a conhecemos na Terra não teria sido possível.

Ver também

• Velocidade da luz
• Constante de Planck
• Constante de estrutura fina

Referências

• John D. Barrow, 2002. The Constants of Nature. Pantheon Books.
• John D. Barrow and Frank J. Tipler, 1986. The Anthropic Cosmological Principle. Oxford Univ. Press.
• Michio Kaku, 1994. Hyperspace: A Scientific Odyssey Through Parallel Universes, Time Warps, and the Tenth Dimension. Oxford University Press.
• Martin Rees, 1999. Just Six Numbers: The Deep Forces that Shape the Universe. London: Phoenix. ISBN 0753810220

Ligações externas

Geral

• Constantes físicas fundamentais do NIST
• John Baez, 2002, "Quantas constantes fundamentais existem?".
• Simon Plouffe. "Busca de uma expressão matemática para a razão de massas utilizando um banco de dados."
• Valores das constantes fundamentais. CODATA, 2002.

Constantes fundamentais variáveis

• "Michael Murphy's Research". Institute of astronomy, University of Cambridge.
• Webb, John K., "As leis da natureza mudam com o tempo?". The University of New South Wales, Austrália.

Artigos

• Bahcall, J.N., C L Steinhardt, and D Schlegel, 2004 "A constante de estrutura fina varia com a época cosmológica?" Astrophys. J. 600: 520.
• Martins, J.A.P. et al., 2004, "Restrições WMAP na variação de α e a promessa de reionização," Phys.Lett. B585: 29-34.
• Marion, H., et al. 2003, "Uma busca na variação das constantes fundamentais usando relógios-fontes atômicos," Phys.Rev.Lett. 90: 150801.
• Olive, K.A., et al., 2002, "Restrições nas variações dos acoplamentos fundamentais," Phys.Rev. D66: 045022.
• Uzan, J-P, 2003, "As constantes fundamentais e suas variações: status da observação e motivações teóricas," Rev.Mod.Phys. 75: 403.
• Webb, J.K. et al., 2001, "Mais evidências da evolução cosmológica da constante de estrutura fina," Phys. Rev. Lett. 87: 091301.
• Revista Scientific American (Junho de 2005) Constantes inconstantes - A estrutura íntima da natureza muda com o tempo?