El Universo está regido por fuerzas fundamentales que son aquellas que ejercen su influencia desde las estructuras atómicas
LAS 4 FUERZAS FÍSICAS
El Universo está regido por fuerzas fundamentales que son aquellas que ejercen su influencia desde las estructuras atómicas, a las que la materia debe todas sus propiedades y transformaciones.
Equilibrio de fuerzas
Si éstas no tuvieran la intensidad “justa”, no podrían existir elementos vitales como el carbono, el oxígeno y el hidrógeno, que constituyen aproximadamente el 98% de los átomos de nuestro organismo.
Hasta ahora se conocen 4 de estas fuerzas: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.
Fuerza gravitatoria
La gravitatoria es la fuerza de atracción que un trozo de materia ejerce sobre otro, y afecta a todos los cuerpos. Es una fuerza muy débil pero de alcance infinito.
A veces se utiliza como sinónimo el término gravedad, aunque estrictamente este último sólo se refiere a la fuerza gravitacional entre la Tierra y los objetos situados en su superficie o cerca de ella.
La ley de la gravitación, formulada por Isaac Newton en 1684, afirma que la atracción gravitatoria entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de las masas de ambos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.
La fuerza de la gravedad que se mide es en realidad una combinación de la fuerza gravitatoria debida a la atracción terrestre y una fuerza centrífuga opuesta debida a la rotación de la Tierra.
En el ecuador, la fuerza centrífuga es relativamente elevada, lo que hace que la gravedad que se mide sea relativamente baja; en los polos, la fuerza centrífuga es nula, con lo que la gravedad que se mide es relativamente elevada. En el uso corriente, el término fuerza de la gravedad significa en realidad una combinación de las fuerzas gravitatoria y centrífuga.
Fuerza electromagnética
La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria.
Las cargas eléctricas de las partículas elementales, que originan las fuerzas electrostáticas y electromagnéticas, pueden ser positivas o negativas.
Las cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen. Los cuerpos formados por muchas partículas tienden a ser eléctricamente neutros, y las fuerzas eléctricas ejercidas por las partículas, aunque tienen un alcance infinito al igual que la fuerza de gravedad, se cancelan mutuamente.
FUERZA NUCLEAR FUERTE
La fuerza o interacción nuclear fuerte es la que mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética. Es la fuerza que obliga a los núcleos atómicos a permanecer unidos. Los núcleos están formados por protones y neutrones, y éstos, a su vez por quarks. Pues bien, tanto los quarks entre sí como los neutrones y protones se mantienen pegados porque la interacción nuclear fuerte los obliga a ello.
FUERZA NUCLEAR DÉBIL
La fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de interacción. Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.
– Interacción nuclear débil
Unos diez mil millones de veces más débil que la electromagnética y con un alcance aún menor que la interacción fuerte, encontramos a esta fuerza en los llamados fenómenos radiactivos de tipo beta, que no son otra cosa que desintegraciones de partículas y núcleos atómicos.
Para describir el fenómeno, hay que volver a referirse a nuestros ya íntimos amigos los quarks. Recordemos que un protón consta de dos quarks arriba y uno abajo; pues bien, la interacción nuclear débil provoca que uno de los quarks arriba se convierta en un quark abajo, de forma que el protón se transformará en un neutrón.
Este acontecimiento, aparentemente tan extraño, se está dando continuamente en el interior de estrellas como el Sol, y es de esperar que se pueda reproducir algún día cercano para obtener energía barata y limpia mediante fusión nuclear. También podemos observarlo en otro conocido fenómeno, la degradación del Carbono 14, famoso por su utilización en la datación de fósiles.
La interacción nuclear débil restringe la materia estable a los consabidos protones y neutrones. Otras partículas más complejas se degradan inmediatamente por la actuación de esta fuerza.
CARACTERÍSTICAS
Todo lo que sucede en el Universo es debido a la actuación de una o varias de estas fuerzas que se diferencian unas de otras porque cada una implica el intercambio de un tipo diferente de partícula, denominada partícula de intercambio o intermediaria. Todas las partículas de intercambio son bosones, mientras que las partículas origen de la interacción son fermiones.
En la actualidad, los científicos intentan demostrar que todas estas interacciones, aparentemente diferentes, son manifestaciones, en circunstancias distintas, de un modo único de interacción. El término “teoría del campo unificado” engloba a las nuevas teorías en las que dos o más de las cuatro fuerzas fundamentales aparecen como si fueran básicamente idénticas.
La teoría de la gran unificación intenta unir en un único marco teórico las interacciones nuclear fuerte y nuclear débil, y la fuerza electromagnética. Esta teoría de campo unificado se halla todavía en proceso de ser comprobada. Lateoría del todo es otra teoría de campo unificado que pretende proporcionar una descripción unificada de las cuatro fuerzas fundamentales. Hoy, la mejor candidata a convertirse en una teoría del todo es la teoría de supercuerdas.
