- Fuerza de la gravedad
Se trata de una fuerza bien conocida por todos nosotros y los animales. Por ejemplo, las gaviotas emplean esta fuerza (seguramente de manera insconsciente) para romper las conchas contra las rocas mientras vuelan y así poder comer.
Gracias a Newton sabemos que esta fuerza es la responsable del movimiento de la Luna y de los planetas del Sistema Solar. También sabemos que gracias a esta fuerza los planetas, sus satélites y las estrellas son prácticamente esféricas. Esta fuerza está presente en toda la estructura del Universo conocido: la gravedad es la responsable del movimiento de miles de millones de estrellas alrededor del centro galáctico y está íntimamente ligada a la dinámica del conjunto global de todo el Cosmos.
En la escuela aprendimos que la intensidad de esta fuerza depende exclusivamente de la masa de los cuerpos y de la distancia entre ellos.
- Fuerza electromagnética
Démonos cuenta de un detalle: la fuerza de la gravedad adquiere importancia en escalas grandes; con densidades elevadas, masas grandes y movimientos astronómicos significativos. Pero, ¿qué fuerza gobierna sobre los sistemas más pequeños? Empecemos por el principio.
Magnesia es una región de Grecia en la que se descubrió una piedra que se juntaba o se separaba (atraía o repelía, para ser más rigurosos) entre sí. En la Antigua Grecia, se empezó a conocer a este fenómeno como fuerza magnética. Además, en otras regiones se comenzó a observar la atracción de pequeños objetos cuando se frotaba ámbar amarillo. Como esta atracción era distinta a la fuerza magnética, se le empezó a llamar fuerza eléctrica (de la palabra griega elektron). En efecto, en aquella época se consideraba que ambos fenómenos eran distintos.
En el siglo XIX, investigadores tales como Oerstedt, Ampére o Maxwell llegaron a la conclusión que los dos fenómenos eran uno solo. Habían unificado la fuerza electromagnética. En resumidas cuentas, el movimiento de las cargas eléctricas genera el magnetismo (en concreto, el campo magnético) y la variación en el campo magnético genera campos eléctricos. Con más investigación se descubrió que en la naturaleza existen cargas eléctricas aisladas: los electrones. A día de hoy no se conoce cargas magnéticas aisladas.
Si antes hemos dicho que la esfericidad de los astros como planetas o lunas se debe a la fuerza de la gravedad, la forma irregular de los pequeños cuerpos celestes tales como asteroides o cometas se debe a la fuerza electromagnética (Reeves, 2022).
Pero, ¿por qué podemos usar una brújula para ayudarnos a orientarnos? Por el movimiento del material ferroso en el interior de la Tierra, creando un campo magnético enorme. En concreto, estos materiales ferrosos contiene átomos cargados eléctricamente cuyo desplazamiento causa la aparición de los polos magnéticos cerca de los polos geográficos.
En resumidas cuentas, esta fuerza es la responsable de los fenómenos que se producen a escala atómica y molecular. En la escuela aprendimos que esta fuerza es la que mantiene a los electrones en órbita alrededor del núcleo atómico. Además, esta es la fuerza que gobierna las reacciones químicas y biológicas de nuestro cuerpo.
- Fuerza nuclear fuerte (fuerza nuclear)
Conocemos los fenómenos radiactivos gracias a las investigaciones del Becquerelle o los Curie por el siglo XX. En aquella época, se descubrió que hay atmósfera inestables (como el uranio o el torio) y que cuando se desintegran en otras partículas se produce calor. Por supuesto, este fenómeno tiene asociado una fuerza que ni es la gravitatoria, ni la electromagnética.
Esta fuerza es la responsable de la unión de los quarks en los nucleones y la que permite que los nucleones estén unidos en el núcleo atómico. Su potencial se manifiesta través de las acciones de la que es responsable. Cuando su energía está en situación de liberarse rápidamente se produce una explosión (como podemos apreciar en una bomba nuclear o en la explosión de una estrella).
Esta fuerza está presente en la nucleosíntesis o formación de los átomos. En efecto, esta fuerza se materializa en el corazón de las estrellas donde la fusión de partículas forman nuevos compuestos. De ahí que no nos deba sorprender que elementos como el silicio o el hierro se hayan formado en el interior de una estrella. En definitiva, somos polvo de estrellas porque el carbono, el nitrógeno y el oxígeno (componentes esenciales para la vida) también se formaron en estos grandes astros.
- Fuerza nuclear débil (fuerza débil)
Con Enrico Fermi, por el año 1930, entendimos que existía una fuerza nuclear distinta a la nuclear fuerte. Esto fue posible por la observación de la transformación de los neutrones en protones y viceversa. En resumen, esta fuerza es la que gobierna la transmutación de un gran número de núcleos radiactivos en núcleos estables.
Una de las principales diferencias entre la fuerza nuclear fuerte y la nuclear débil es que la primera realiza sus reacciones en ínfimamente menos tiempo que la segunda (desde milmillonésimas de millonésimas de segundo hasta miles de millones de años). Por ejemplo, la desitengración de un neutrón en un protón tarda aproximadamente 20 minutos y es fruto de la fuerza nuclear débil. Gracias a este fenómeno podemos usar el átomo del carbono 14 para fechar los fósiles.
No es de extrañar, por tanto, que esta fuerza esté implicada en la duración de la vida de las estrellas. Piensa que si esta fuerza fuese más fuerte, las reacciones nucleares de los corazones de las estrellas (el combustible) se agotaría antes y moriría mucho antes la estrella. En otro orden de cosas, el comportamiento de los neutonios está dominado por esta fuerza nuclear débil.
En definitiva, hasta donde se sabe, el Universo se erige por cuatro fuerzas diferentes. Así, cualquier comportamiento de la materia puede definirse dentro de cada una de estas fuerzas. En el año 1972 se demostró que la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagéntica están íntimamente relacionadas. A día de hoy, por tanto, los esfuerzos se orientan en ver las relaciones que pueden existir en estas cuatro fuerzas.
Fuente bibliográfica
- Reeves, H., (2022). Crónicas de los átomos y de las galaxias. Alianza editorial.
No hay comentarios:
Publicar un comentario