Las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza
Las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza son la fuerza gravitacional, la fuerza nuclear débil, la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear fuerte. Las fuerzas débiles y fuertes son efectivas solo en un rango muy corto y dominan solo a nivel de partículas subatómicas. La gravedad y la fuerza electromagnética tienen un rango infinito. Veamos cada uno de ellos en detalle.
Las cuatro fuerzas fundamentales y sus fortalezas
- ¿Cuál es la fuerza gravitacional medible más pequeña entre dos objetos?
- ¿Qué pasaría con las ondas de radio (o de hecho, cualquier onda) si intentara transmitir más allá del horizonte de eventos? ¿Cómo se vería el patrón de onda?
- ¿Es correcto decir que la gravedad es repulsiva a largas distancias y que la expansión del Universo puede explicarse de esa manera?
- ¿Cuál es la distancia que alguien puede comenzar a sentir la fuerza del campo gravitacional del Sol que lo empuja a la órbita? ¿Qué hay de la tierra? ¿Cómo se calcula eso?
- ¿Cómo se compara el efecto gravitacional de Júpiter en la Tierra con el efecto de la Luna en la Tierra?
- Fuerza gravitacional – Fuerza más débil; pero rango infinito. (No forma parte del modelo estándar)
- Fuerza nuclear débil: siguiente más débil; pero de corto alcance.
- Fuerza electromagnética – Más fuerte, con rango infinito.
- Fuerza nuclear fuerte: la más fuerte; pero de corto alcance.
Fuerza gravitacional
La fuerza gravitacional es débil, pero de largo alcance. Además, siempre es atractivo. Actúa entre dos piezas de materia en el Universo ya que la masa es su fuente.
Fuerza nuclear débil
La fuerza débil es responsable de la desintegración radiactiva y las interacciones de neutrinos. Tiene un alcance muy corto y. Como su nombre lo indica, es muy débil. La fuerza débil provoca la desintegración Beta, es decir. La conversión de un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino.
Fuerza electromagnetica
La fuerza electromagnética provoca efectos eléctricos y magnéticos, como la repulsión entre cargas eléctricas similares o la interacción de imanes de barra. Es de largo alcance, pero mucho más débil que la fuerza fuerte. Puede ser atractivo o repulsivo, y actúa solo entre piezas de materia que llevan carga eléctrica. La electricidad, el magnetismo y la luz son todos producidos por esta fuerza.
Fuerza nuclear fuerte
La interacción fuerte es muy fuerte, pero de muy corto alcance. Es responsable de mantener unidos los núcleos de los átomos. Es básicamente atractivo, pero puede ser efectivamente repulsivo en algunas circunstancias. La fuerza fuerte es “transportada” por partículas llamadas gluones; es decir, cuando dos partículas interactúan a través de la fuerza fuerte, lo hacen intercambiando gluones. Por lo tanto, los quarks dentro de los protones y los neutrones están unidos por el intercambio de la fuerza nuclear fuerte.
Nota: Mientras están juntos, los quarks experimentan poca fuerza, pero a medida que se separan, la fuerza entre ellos crece rápidamente y los vuelve a unir. Separar dos quarks completamente requeriría mucha más energía de la que podría proporcionar cualquier posible acelerador de partículas.
Teoría de Electroweak y Grandes Teorías de Unificación (GUT)
Se especula que en el Universo muy temprano, cuando las temperaturas eran muy altas (la Escala de Planck), las cuatro fuerzas se unificaron en una sola fuerza. Luego, cuando la temperatura bajó, la gravitación se separó primero y luego las otras 3 fuerzas se separaron. Incluso entonces, las fuerzas débiles, electromagnéticas y fuertes se unificaron en una sola fuerza. Cuando la temperatura bajó, estas fuerzas se separaron unas de otras, separándose primero la fuerza fuerte y luego a una temperatura aún más baja, las fuerzas electromagnéticas y débiles se separaron para dejarnos con las 4 fuerzas distintas que vemos en nuestro Universo actual. El proceso de las fuerzas que se separan entre sí se llama ruptura espontánea de simetría.
- Las interacciones débiles y electromagnéticas se han unificado bajo la teoría estándar de electroválvulas, o a veces solo el modelo estándar. (Glashow, Weinberg y Salaam recibieron el Premio Nobel por esto en 1979). [Unificación de fuerzas débiles excepto la gravedad]
- Las teorías de la gran unificación intentan tratar las interacciones fuertes y de electrodébil bajo la misma estructura matemática. [Unificación de fuerzas débiles y fuerzas fuertes] PD: Los intentos de incluir la gravitación en esta imagen aún no han tenido éxito.
- Las teorías que agregan gravedad a la mezcla y tratan de unificar las cuatro fuerzas fundamentales en una sola fuerza se llaman Teorías Superunificadas.
- PD: Las grandes teorías unificadas y superunificadas siguen siendo especulaciones teóricas que aún no se han probado, pero existe una fuerte evidencia experimental de la unificación de las interacciones electromagnéticas y débiles en la Teoría estándar de electroválvulas. Además, aunque los GUT no se prueban experimentalmente, existe una fuerte evidencia circunstancial que sugiere que se requiere una teoría al menos como una Gran Teoría Unificada para darle sentido al Universo.
