¿Cuáles son las fuerzas fundamentales? Explique cada una
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Respuesta:
Fuerzas fundamentales son aquellas fuerzas del Universo que no se pueden explicar en función de otras más básicas.
Las fuerzas o interacciones fundamentales conocidas hasta ahora son cuatro: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.
La gravitatoria es la fuerza de atracción que un trozo de materia ejerce sobre otro, y afecta a todos los cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un sólo sentido, pero de alcance infinito.
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, tiene dos sentidos (positivo y negativo) y su alcance es infinito.
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.
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.
Hasta ahora la ciencia tiene identificadas cuatro “fuerzas fundamentales” que rigen todas las leyes del universo conocidas: la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la nuclear débil. Cualquier fuerza que usted observe es sólo una combinación de ellas, por eso se les llama “fundamentales”. No son ejercidas por “nadie” en particular; son parte del diseño mismo de nuestro universo. Un diseño bastante extraño, como podremos ver en esta columna.
Para entender el papel de cada una de estas fuerzas, tratemos de ver dónde están actuando en este preciso momento en que usted lee este texto: la gravedad lo está empujando al suelo evitando que salga disparado hacia el espacio; la fuerza electromagnética permite que exista la luz con la que puede leer este texto, prender su computador e incluso transmitir en sus neuronas la información de estas palabras; la fuerza nuclear fuerte es la responsable de que los átomos de toda
Algo poco sabido es que estas fuerzas necesariamente tienen que actuar a través de partículas portadoras, algo así como un “canal” para que la fuerza pueda existir. Las portadoras de las distintas fuerzas son las que figuran en la tabla de abajo. Reciben el nombre de bosones. Cuando dos cuerpos interactúan entre sí mediante alguna fuerza, lo que en realidad hacen es intercambiar entre ellos bosones del tipo que corresponda a la citada fuerza:
Fuerza Partícula Portadora
Electromagnética Fotón
Nuclear Débil W, Z
Nuclear Fuerte Gluón
Gravitación Gravitón (nunca ha sido observado)
Este “modelo estándar”, que se construyó durante los últimos 100 años como resultado de muchísimos experimentos, es hasta ahora la teoría más acertada sobre los constituyentes fundamentales de la materia, las partículas, y las fuerzas que las mantienen unidas.
Suponemos que estas cuatro fuerzas se separaron de una sola fuerza fundamental o “súperfuerza”, poco después del origen del tiempo o Big-Bang, lo que no ha podido ser demostrado científicamente. La búsqueda de esta teoría unificadora que pueda explicar todo mediante una sola interacciónes la mayor interrogante de la ciencia hoy en día. De encontrarse, algunos dicen, lograríamos entender “la mente de Dios” (¡o de quien sea que esté detrás de esto!). Lo que sí está claro es que la explicación del “origen de todo” debe estar en las piezas elementales de este puzzle cósmico: las partículas y fuerzas fundamentales, cuyo campo de estudio es exclusivo de la física cuántica. Por lo mismo es que se construyó en Suiza el famoso CERN, que ha permitido corroborar el modelo actual con gran precisión. Sí, esa tremenda cosa que colisiona partículas todo el día es la búsqueda del humano para entender de dónde diablos salió todo lo que conocemos y no conocemos.
CERN
Hay que mencionar, lamentablemente, que este “modelo estándar” al que hemos llegado es bastante “feo”. A diferencia de la relatividad de Einstein, que explica fenómenos macroscópicos con increíble precisión y elegancia (fórmulas y razonamientos simples), el modelo cuántico carece de belleza y simpleza matemática: ¿por qué cuatro fuerzas? ¿por qué más de 24 partículas fundamentales como los quarks, neutrinos, leptons, etc? ¿por qué interactúan de forma tan compleja? Algunos físicos comparan este modelo como si amarraras una jirafa, un mono y un tiburón y mostraras este bicho raro diciendo “¡este es el producto cúlmine de la evolución!”. Extrañamente, nuestro feo modelo funciona tremendamente bien a nivel sub-atómico, donde la física clásica falla miserablemente. Recordad de las columnas anteriores, que dentro del átomo la realidad conocida se distorsiona y nuevas leyes deben ser introducidas para explicar los fenómenos observados.
Por último, siempre tenga presente que esto de las “fuerzas” es un invento de la mente humana para intentar explicar poco a poco cómo funcionan las cosas. Nuestro mismo cerebro es un resultado de la evolución de este “Gran Diseño”, por lo que no nos queda más que observar el espacio infinito desde la Tierra y siempre decir “es como si…”, “pareciera que…”, etc. El hombre sólo ha ido observando los hechos, intentando inventar fórmulas matemáticas elegantes (¡y no tan elegantes!) que describan el comportamiento de la materia. Pero, lo que llamamos «leyes» han estado siempre ahí desde el principio y no sabemos cuáles son ni por qué son como son. Los grandes logros científicos consisten en aproximarse paulatina y parcialmente a un modelo que se parezca a la “realidad” que observamos y medimos con nuestros limitados sentidos.
En los últimos 500 años, nuestra concepción del mundo ha evolucionado de manera impresionante. ¿Cómo será en los próximos 500 años? Siempre tenga esto en cuenta, para nunca afirmar categóricamente lo que ahora creemos saber. Espero que ahora se sienta más relajad@