desde caminar por la calle, hasta lanzar un cohete al espacio, hasta pegar un imán en su refrigerador, fuerzas físicas están actuando a nuestro alrededor. Pero todas las fuerzas que experimentamos todos los días (y muchas que no nos damos cuenta de que experimentamos todos los días) se pueden reducir a solo cuatro fuerzas fundamentales:
- gravedad.
- La fuerza débil.
- electromagnetismo.
- La fuerza fuerte.
estas son llamadas las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, y gobiernan todo lo que sucede en el universo.,
gravedad
La gravedad es la atracción entre dos objetos que tienen masa o energía, ya sea que esto se vea En la caída de una roca desde un puente, un planeta orbitando una estrella o la luna causando mareas oceánicas. La gravedad es probablemente la más intuitiva y familiar de las fuerzas fundamentales, pero también ha sido una de las más difíciles de explicar.
Isaac Newton fue el PRIMERO en proponer la idea de la gravedad, supuestamente inspirada por una manzana que cae de un árbol. Describió la gravedad como una atracción literal entre dos objetos., Siglos más tarde, Albert Einstein sugirió, a través de su teoría de la relatividad general, que la gravedad no es una atracción o una fuerza. En cambio, es una consecuencia de los objetos que doblan el espacio-tiempo. Un objeto grande trabaja en el espacio-tiempo un poco como una bola grande colocada en el medio de una hoja afecta ese material, deformándolo y haciendo que otros objetos más pequeños en la hoja caigan hacia el medio.
aunque la gravedad mantiene juntos planetas, estrellas, sistemas solares e incluso galaxias, resulta ser la más débil de las fuerzas fundamentales, especialmente a escala molecular y atómica., Piénsalo de esta manera: ¿qué tan difícil es levantar una pelota del suelo? O levantar el pie? O saltar? Todas esas acciones están contrarrestando la gravedad de toda la Tierra. Y a nivel molecular y atómico, la gravedad no tiene casi ningún efecto en relación con las otras fuerzas fundamentales.
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la fuerza débil
La fuerza débil, también llamada la interacción nuclear débil, es responsable de la desintegración de partículas. Este es el cambio literal de un tipo de partícula subatómica en otro., Así, por ejemplo, un neutrino que se aleja cerca de un neutrón puede convertir el neutrón en un protón mientras que el neutrino se convierte en un electrón.
Los físicos describen esta interacción a través del intercambio de partículas portadoras de fuerza llamadas bosones. Tipos específicos de bosones son responsables de la fuerza débil, la fuerza electromagnética y la fuerza fuerte. En la fuerza débil, los bosones son partículas cargadas llamadas bosones W Y Z. Cuando partículas subatómicas tales como protones, neutrones y electrones se encuentran dentro de 10^-18 metros, o 0.1% del diámetro de un protón, entre sí, pueden intercambiar estos bosones., Como resultado, las partículas subatómicas se descomponen en nuevas partículas, según el Sitio Web de Hiperfísica de la Universidad Estatal de Georgia.
la fuerza débil es crítica para las reacciones de fusión nuclear que alimentan al sol y producen la energía necesaria para la mayoría de las formas de vida aquí en la Tierra. También es por eso que los arqueólogos pueden usar carbono-14 para fechar huesos antiguos, madera y otros artefactos que antes vivían. El carbono-14 tiene seis protones y ocho neutrones; uno de esos neutrones decae en un protón para formar nitrógeno-14, que tiene siete protones y siete neutrones., Esta descomposición ocurre a un ritmo predecible, lo que permite a los científicos determinar la antigüedad de estos artefactos.
fuerza electromagnética
la fuerza electromagnética, también llamada fuerza de Lorentz, actúa entre partículas cargadas, como electrones cargados negativamente y protones cargados positivamente. Las cargas opuestas se atraen unas a otras, mientras que las cargas similares se repelen. Cuanto mayor sea la carga, mayor será la fuerza. Y al igual que la gravedad, esta fuerza se puede sentir desde una distancia infinita (aunque la fuerza sería muy, muy pequeña a esa distancia).,
como su nombre indica, la fuerza electromagnética consta de dos partes: la fuerza eléctrica y la fuerza magnética. Al principio, los físicos describieron estas fuerzas como separadas entre sí, pero los investigadores más tarde se dieron cuenta de que las dos son componentes de la misma fuerza.
el componente eléctrico actúa entre las partículas cargadas, ya sea que estén en movimiento o estacionarias, creando un campo por el cual las cargas pueden influir entre sí. Pero una vez puestas en movimiento, esas partículas cargadas comienzan a mostrar el segundo componente, la fuerza magnética., Las partículas crean un campo magnético a su alrededor a medida que se mueven. Así que cuando los electrones hacen zoom a través de un cable para cargar su computadora o teléfono o encender su televisor, por ejemplo, el cable se vuelve magnético.
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Las fuerzas electromagnéticas se transfieren entre partículas cargadas a través del intercambio de bosones sin masa, portadores de fuerza llamados fotones, que también son los componentes de partículas de la luz. Los fotones portadores de fuerza que se intercambian entre partículas cargadas, sin embargo, son una manifestación diferente de los fotones., Son virtuales e indetectables, aunque técnicamente son las mismas partículas que la versión real y detectable, según la Universidad de Tennessee, Knoxville.
la fuerza electromagnética es responsable de algunos de los fenómenos más comúnmente experimentados: fricción, elasticidad, la fuerza normal y la fuerza que mantiene los sólidos juntos en una forma dada. Incluso es responsable de la resistencia que las aves, los aviones e incluso Superman experimentan mientras vuelan. Estas acciones pueden ocurrir debido a partículas cargadas (o neutralizadas) que interactúan entre sí., La fuerza normal que mantiene un libro encima de una mesa (en lugar de la gravedad tirando del libro a través del suelo), por ejemplo, es una consecuencia de los electrones en los átomos de la mesa repeliendo electrones en los átomos del libro.
la fuerza nuclear fuerte
la fuerza nuclear fuerte, también llamada la interacción nuclear fuerte, es la más fuerte de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Es 6 mil billones de billones de billones (eso es 39 ceros después de 6!) veces más fuerte que la fuerza de gravedad, según el Sitio Web de HyperPhysics. Y eso es porque une las partículas fundamentales de la materia para formar partículas más grandes., Mantiene unidos a los quarks que forman protones y neutrones, y parte de la fuerza fuerte también mantiene unidos a los protones y neutrones del núcleo de un átomo.
Al igual que la fuerza débil, la fuerza fuerte opera solo cuando las partículas subatómicas están extremadamente cerca unas de otras. Tienen que estar en algún lugar dentro de 10^-15 metros uno del otro, o aproximadamente dentro del diámetro de un protón, según el Sitio Web de Hiperfísica.
la fuerza fuerte es extraña, sin embargo, porque a diferencia de cualquiera de las otras fuerzas fundamentales, se debilita a medida que las partículas subatómicas se acercan., En realidad alcanza la fuerza máxima cuando las partículas están más lejos unas de otras, según Fermilab. Una vez dentro del rango, los bosones cargados sin masa llamados gluones transmiten la fuerte fuerza entre los quarks y los mantienen «pegados» juntos. Una pequeña fracción de la fuerza fuerte llamada fuerza fuerte residual actúa entre protones y neutrones. Los protones en el núcleo se repelen unos a otros debido a su carga similar, pero la fuerza fuerte residual puede superar esta repulsión, por lo que las partículas permanecen unidas en el núcleo de un átomo.,
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unificar la naturaleza
la cuestión pendiente de las cuatro fuerzas fundamentales es si en realidad son manifestaciones de una sola gran fuerza del universo. Si es así, cada uno de ellos debería ser capaz de fusionarse con los demás, y ya hay evidencia de que pueden.,
Los físicos Sheldon Glashow y Steven Weinberg de la Universidad de Harvard con Abdus Salam del Imperial College de Londres ganaron el Premio Nobel de Física en 1979 por unificar la fuerza electromagnética con la fuerza débil para formar el concepto de la fuerza electrodébil. Los físicos que trabajan para encontrar la llamada Gran teoría unificada tienen como objetivo unir la fuerza electrodébil con la fuerza fuerte para definir una fuerza electronuclear, que los modelos han predicho pero los investigadores aún no han observado., La pieza final del rompecabezas requeriría unificar la gravedad con la fuerza electronuclear para desarrollar la llamada teoría del todo, un marco teórico que podría explicar el universo entero.
Los físicos, sin embargo, han encontrado bastante difícil fusionar el mundo microscópico con el macroscópico. En escalas grandes y especialmente astronómicas, la gravedad domina y es mejor descrita por la teoría de la relatividad general de Einstein. Pero a escalas moleculares, atómicas o subatómicas, la mecánica cuántica describe mejor el mundo natural., Y hasta ahora, nadie ha encontrado una buena manera de fusionar esos dos mundos.
Los físicos que estudian la gravedad cuántica tienen como objetivo describir la fuerza en términos del mundo cuántico, lo que podría ayudar con la fusión., Fundamental para ese enfoque sería el descubrimiento de gravitones, el bosón teórico portador de fuerza de la fuerza gravitacional. La gravedad es la única fuerza fundamental que los físicos pueden describir actualmente sin usar partículas portadoras de fuerza. Pero debido a que las descripciones de todas las otras fuerzas fundamentales requieren partículas portadoras de fuerza, los científicos esperan que los gravitones existan a nivel subatómico; los investigadores simplemente no han encontrado estas partículas todavía.
lo que complica aún más la historia es el reino invisible de la materia oscura y la energía oscura, que constituyen aproximadamente el 95% del universo., No está claro si la materia oscura y la energía consisten en una sola partícula o un conjunto completo de partículas que tienen sus propias fuerzas y bosones mensajeros.
la partícula mensajera principal de interés actual es el fotón oscuro teórico, que mediaría las interacciones entre el universo visible y el invisible. Si existen fotones oscuros, serían la clave para detectar el mundo invisible de la materia oscura y podrían llevar al descubrimiento de una quinta fuerza fundamental., Hasta ahora, sin embargo, no hay evidencia de que existan fotones oscuros, y algunas investigaciones han ofrecido una fuerte evidencia de que estas partículas no existen.