LAS FUERZAS FUNDAMENTALES DEL UNIVERSO

LAS FUERZAS FUNDAMENTALES DEL UNIVERSO

Fuerza de gravedad, fuerza electromagnética, fuerza fuerte, fuerza débil

Como resultado de muchos experimentos, se ha construido lo que se llama el "modelo estándar", una teoría notablemente acertada sobre los constituyentes fundamentales de la materia, las partículas, y las fuerzas que las mantienen unidas. Y esa teoría, que fue elaborada durante largos años, ha sido corroborada con muchos de los resultados obtenidos en los aceleradores de partículas. Por ahora, este modelo estándar funciona bastante bien.

La física mejora cuando se observa la naturaleza a escalas cada vez más pequeñas, lo que se realiza con lo que llamamos "aceleradores de partículas".

Estas inmensas máquinas necesitan una enorme cantidad de energía. Esta es la razón por la que se llama "física de altas energías" a la física de partículas.

Estos aceleradores permiten sondear con mayor profundidad la estructura de la materia. Con ellos se ha aprendido mucho acerca de lo que constituye el Universo y acerca de las fuerzas que actúan entre los constituyentes de la materia

Tenemos muchas indicaciones de que el Universo inicialmente tenía un estado muy compacto, denso y caliente, en el que las energías eran enormemente grandes. La física que gobernaba el comportamiento del Universo en su nacimiento, o justo después de éste, era la física de altas energías que todavía no comprendemos muy bien.

Isaac Newton fue tal vez el primero en investigar la fuerza que hacía que los cuerpos cayeran a tierra, la famosa anécdota de la manzana. Desde entonces, se ha avanzado mucho en el conocimiento de las fuerzas que actúan en el mundo material.

Esto de las fuerzas es un invento de la mente humana para intentar explicar poco a poco cómo funcionan las cosas. En realidad, no sabemos lo que es la materia ni cómo actúa. El hombre ha ido observando los hechos, intentando inventar fórmulas matemáticas que describan el comportamiento de la materia. Pero, lo que llamamos "leyes" han estado siempre ahí desde el comienzo 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.

Suponiendo, como por ahora creemos saber, que nuestro Universo empezó con el Big Bang, en los primeros instantes la temperatura tuvo que ser inmensamente elevada, millones de millones de grados, lo cual hacía que en el magma inicial solamente podía haber electrones, neutrinos y otras partículas elementales; pero no había ni protones, ni neutrones, ni átomos, ni moléculas.

Ese mundo primordial, caótico e informe, estuvo sometido desde el comienzo a ciertas fuerzas físicas, regidas por leyes precisas. Bajo la acción de estas fuerzas, el universo fue evolucionando y estructurándose de forma aleatoria, al azar.

Nunca será demasiado repetir que todo lo que los científicos hacen, es observar el espacio infinito desde la Tierra, que es una partícula microscópica en el Universo. Por lo tanto, siempre habrá que decir: "parece que... ", "es como si...".

En los últimos 500 años, nuestra concepción del mundo ha evolucionado de manera impresionante. ¿Cómo lo hará en los próximos 500 años? Hay que tener esto en cuenta, para no afirmar categóricamente lo que ahora creemos saber.

La evolución de algunas de esas partículas elementales llegó a producir el cerebro humano, dotado de una complejísima red de neuronas que ha realizado el milagro de generar pensamientos y sentimientos.

Gracias al trabajo conjunto de físicos, astrónomos y matemáticos, se ha ido descubriendo la estructura y funcionamiento de la materia. Los matemáticos encontraron modelos matemáticos que servían para describir la realidad física observada por físicos y astrónomos.

Una vez adoptada una estructura matemática que sirva para describir determinados fenómenos físicos, los físicos pueden predecir otras consecuencias de los distintos valores que se puedan dar a estas fórmulas. Si las predicciones se cumplen, eso reafirma el valor de las fórmulas empleadas. Si los hechos reales no se ajustan a las predicciones, significa que la fórmula no es totalmente válida. Por tal motivo, se convierte en un gran hallazgo la confirmación de que una predicción no se cumple.

Hasta ahora se han encontrado 4 fuerzas, o interacciones, denominadas fundamentales. De estas 4 fuerzas, solamente la gravedad actúa a escala cósmica y es una fuerza de atracción, no de repulsión. Por este motivo, para muchas personas resulta muy difícil aceptar que la explosión del Big Bang de potencia inimaginable inició el proceso de esparcir el cosmos en todas direcciones en un proceso de expansión que todavía prosigue hasta el día de hoy.

Las 4 Fuerzas fundamentales del Universo

Las 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:

1.   La gravedad

Es la fuerza de atracción ejerce un cuerpo material sobre otro, y afecta a todos los cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un sólo sentido, pero de alcance infinito. En el Universo toda la materia se mueve a causa de ésta y otras fuerzas. La gravedad depende de la masa de los objetos y de la distancia que los separa. Cuanta más masa tienen y más cerca están, mayor es la fuerza. Cuando se separan el doble, la fuerza se reduce a un cuarto. La gravedad actúa como si toda la masa de un cuerpo se concentrase en un único punto, el centro de gravedad. La zona esférica alrededor de un cuerpo donde actúa su gravedad es el campo gravitacional.

2.  El electromagnetismo

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. Es la fuerza que permite la electricidad que ilumina nuestras casas y el magnetismo de los imanes. La partícula que se encarga de esto es la misma responsable que la luz; el fotón. En el fondo, es la que mantiene a los electrones orbitando alrededor del núcleo del átomo, así que es la que gobierna a escala atómica.

3.  La fuerza o interacción nuclear fuerte

Es la que mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones (componentes del núcleo) cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética. Esta fuerza es ejercida por una familia de partículas denominadas ‘gluones’, del inglés ‘glue’, que quiere decir ‘pegamento’.

4.  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. Es la fuerza responsable de la radiactividad. Y la partícula responsable se llama ‘Bosón de Gauge’.

Actualmente se está buscando la famosa ‘partícula de Dios’, o Bosón de Higgs, que es la que hipotéticamente dotaría de masa a la materia. Los estudios se están realizando en el CERN de Suiza, en la frontera con Francia, con el Gran Colisionador de Hadrones, o ‘la máquina de Dios’.