¿Qué podría pasar si cada una de las cuatro fuerzas fundamentales se hiciera más fuerte o más débil? [cerrado]

Solo para comenzar (seguiré actualizando esto a medida que encuentre más):

• Si la fuerza nuclear fuerte (la fuerza que une a los quarks en protones y neutrones y une protones y neutrones en el núcleo) fuera más fuerte o más débil en un 5%, la vida sería imposible.
• Si la gravedad fuera más fuerte, las estrellas se consumirían más rápido; esto es cierto hasta el punto de que si la gravedad fuera más fuerte por un factor de 10, el sol ya habría alcanzado el tamaño de una gigante roja y la Tierra ya no existiría.
• Si la fuerza débil nuclear fuera apreciablemente más fuerte, el Big Bang habría quemado todo el hidrógeno en helio, lo que resultaría en la falta de agua y de estrellas estables. Si fuera apreciablemente más débil, ninguno de los neutrones del Big Bang podría haberse desintegrado en protones.
• Si la fuerza nuclear fuerte fuera un 1% más fuerte o más débil que su valor actual, no se podría crear carbono en cantidad dentro de las estrellas, y si fuera un 2% más fuerte, o se bloquearía la formación de protones, por lo que no habría átomos, o unirlos en diprotones, haciendo imposible la combustión estelar.
• Si la fuerza electromagnética fuera un poco más fuerte, las estrellas de la secuencia principal serían demasiado frías para fomentar la vida. Si fuera un poco más débil, las estrellas de la secuencia principal serían demasiado calientes para fomentar la vida, y también tendrían una vida muy corta. Un ligero fortalecimiento también podría transformar todos los quarks en leptones o hacer que los protones se repelan entre sí lo suficientemente fuerte como para que incluso los átomos más ligeros no puedan existir.

Un libro con más información es el libro Universes de John Leslie ; Aquí hay un enlace al libro de Google.

¡Espero que esto ayude!

la fuerza fuerte

En nuestro universo, la fuerza nuclear fuerte no es lo suficientemente fuerte como para mantener unido el núcleo de helio-2, por lo que el helio-2 no puede existir. Pero si la fuerza fuerte fuera un poquito más fuerte, entonces existiría el helio-2 y sería posible la fusión del hidrógeno en helio-2, y el mundo sería diferente.

¿Cuánto más fuerte?

• Barrow y Tipler dicen 2.4%.
• MacDonald y Mullan citan un artículo de Barrow que dice 13%.
• Wikipedia cita a RAW Bradford diciendo 2%, aunque de hecho el artículo de Bradford no da ninguna cifra.

Pero todo el argumento es en gran medida una tontería de todos modos. RAW Bradford, en The Effect of Hypothetical Diproton Stability on the Universe (J. Astrophys. Astr. (2009) 30, 119–131), calculó el cosmos primitivo para varias intensidades de la fuerza fuerte, hasta un 40 % más fuerte que nuestro propio. Sus cálculos muestran que la cantidad de helio-2 producido en el Big Bang es... ninguna en absoluto . No es cierto que, como dicen Barrow y Tipler, todo el hidrógeno del universo se convierta en helio-2. Al contrario, nada de eso lo es.

No es que la reacción de fusión no exista: existe. Pero es lento, y el Big Bang se enfría rápidamente, por lo que es demasiado frío para la fusión mucho antes de que se produzca una cantidad medible de helio-2. Además, en el primer segundo del Big Bang, cuando el universo está lo suficientemente caliente para una reacción protón-protón, hay tanto calor y luz a su alrededor que instantáneamente agota cualquier diprotón que se haya formado y lo hace añicos.

En cuanto a la rigidez de la restricción de fuerza fuerte, en el artículo de arXiv Nucleosíntesis del Big Bang: la fuerza nuclear fuerte se encuentra con el principio antrópico débil , J. MacDonald y DJ Mullan presentan cálculos detallados que muestran cómo sería la síntesis de varios núcleos en el Big Bang. afectado por una fuerza fuerte 10%, 20%, 30%,… más fuerte que la que tenemos. Su conclusión es: 'Nuestro principal resultado es que la existencia de núcleos de diprotones y dineutrones unidos no conduce necesariamente a la conversión completa de hidrógeno en helio en el Big Bang. En cambio, hay rangos de parámetros para los que quedan cantidades significativas de hidrógeno... [L]a abundancia final de hidrógeno es superior al 50 % del valor estándar de BBN [nucleosíntesis del Big Bang] para aumentos en la constante de acoplamiento de fuerza fuerte inferiores a aproximadamente el 50 %.Los límites antrópicos sobre la fuerza de la fuerza fuerte de BBN son ciertamente débiles. '

La resonancia de Hoyle

Cuando el berilio-8 choca con el helio-4 dentro del tipo correcto de estrella, se forma el carbono-12. Hay una gran cantidad de energía excedente, lo que significa que el núcleo de carbono-12 está en un estado muy excitado y se hace pedazos antes de que pueda actuar lo suficiente como para crear un par de partículas y emitir un rayo gamma, emitir el excedente. energía y asentarse en una mediana edad tranquila y respetable. Como resultado, no hay carbono-12 y nosotros tampoco existimos.

Lo que salva al mundo y nos hace existir es que hay una resonancia del núcleo de carbono-12, en$7.656$MeV, lo que significa que el núcleo excitado suena como una campana durante el tiempo suficiente para que se omita el exceso de energía. Lo que significa que el carbono-12 existe , y nosotros también.

Ahora, la gente a veces piensa que esto significa que la fuerza fuerte no debe ser otra que la que es (con alta precisión), de lo contrario, la energía generada por la fusión sería incorrecta y la resonancia de Hoyle no podría rescatarnos. Esto no tiene sentido.

1. La dependencia de la energía de fusión de la fuerza de la fuerza fuerte es calculable. La dependencia de la energía de la resonancia de Hoyle de la intensidad de la fuerza fuerte (estrictamente hablando, la fuerza fuerte s entre quarks) está más allá de nuestra capacidad de cálculo en la actualidad. Ya era bastante difícil calcular la resonancia en función de las fuerzas tal como son ahora: finalmente se hizo un cálculo, utilizando supercomputadoras, en 2011, y se perfeccionó a fines de 2012, pero incluso entonces solo se pudo hacer con algunas aproximaciones simplificadas. Evgeny Epelbaum, Hermann Krebs, Timo A. Lähde, Dean Lee y Ulf-G. Meißner, 'Estructura y rotaciones del estado de Hoyle', Phys. Rev. Lett. 109, 252501 (2012). Es totalmente concebibleque la energía de la resonancia de Hoyle depende de la fuerza fuerte exactamente de la misma manera que la energía de la reacción de fusión, de modo que cualquiera que sea la fuerza de la fuerza fuerte, la resonancia de Hoyle asegura que el carbono-12 sobreviva.

2. Si la resonancia de Hoyle está ligeramente desafinada, todo tipo de reacciones ocurren de manera diferente, no solo la del carbono . El resultado neto es que la estrella produce menos carbono pero también es menos estable, lo que significa que está más inclinada a arrojar columnas de gas al medio interestelar. Se produce menos carbono, pero podemos ver más. Así que hay mucho carbono del que estar hechos. M. Livio, D. Hollowell, A. Weiss, JW Truran, 'El significado antrópico de la existencia de un estado excitado de$^{12}$C', Nature 340 , 281 - 284 (1989).