Fuerzas fundamentales de la naturaleza

gravedad

En física, existen cuatro interacciones fundamentales observadas (también conocidas como fuerzas fundamentales) que constituyen la base de todas las interacciones conocidas en la naturaleza: las fuerzas gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Algunas teorías especulativas han propuesto una quinta fuerza para explicar diversas observaciones anómalas que no se ajustan a las teorías existentes. Las características de esta quinta fuerza dependen de la hipótesis que se proponga. Muchas postulan una fuerza aproximadamente igual a la de la gravedad (es decir, mucho más débil que el electromagnetismo o las fuerzas nucleares) con un alcance que va desde menos de un milímetro hasta escalas cosmológicas. Otra propuesta es una nueva fuerza débil mediada por los bosones W′ y Z′.

La búsqueda de una quinta fuerza ha aumentado en las últimas décadas debido a dos descubrimientos en cosmología que no se explican con las teorías actuales. Se ha descubierto que la mayor parte de la masa del universo se debe a una forma desconocida de materia llamada materia oscura. La mayoría de los físicos creen que la materia oscura está formada por nuevas partículas subatómicas no descubiertas,[1] pero algunos creen que podría estar relacionada con una fuerza fundamental desconocida. En segundo lugar, también se ha descubierto recientemente que la expansión del universo se está acelerando, lo que se ha atribuido a una forma de energía llamada energía oscura. Algunos físicos especulan que una forma de energía oscura llamada quintaesencia podría ser una quinta fuerza[2][3][4].

cuatro fuerzas fundamentales

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En física, las interacciones fundamentales, también conocidas como fuerzas fundamentales, son las interacciones que no parecen ser reducibles a interacciones más básicas. Se sabe que existen cuatro interacciones fundamentales:[1] las interacciones gravitatoria y electromagnética, que producen importantes fuerzas de largo alcance cuyos efectos pueden verse directamente en la vida cotidiana, y las interacciones fuerte y débil, que producen fuerzas a distancias subatómicas minúsculas y rigen las interacciones nucleares. Algunos científicos plantean la hipótesis de que podría existir una quinta fuerza, pero estas hipótesis siguen siendo especulativas[2][3][4].

Cada una de las interacciones fundamentales conocidas puede describirse matemáticamente como un campo. La fuerza gravitatoria se atribuye a la curvatura del espaciotiempo, descrita por la teoría general de la relatividad de Einstein. Las otras tres son campos cuánticos discretos, y sus interacciones están mediadas por partículas elementales descritas por el Modelo Estándar de la física de partículas[5].

4 fuerzas fundamentales de la naturaleza

Puede que hayas visto algunos titulares esta semana sobre el descubrimiento de una quinta fuerza fundamental de la naturaleza. Tal vez incluso hayas leído un poco sobre ella, pero luego probablemente hayas dejado de leer, porque… física de partículas, cuantos, bosones, portadores de fuerza…

¿El electromagnetismo? Bueno, eso es simple, es electricidad y magnetismo mezclados. Sí, pero eso no explica realmente cómo funciona. La fuerza electromagnética explica cómo las cosas con carga eléctrica (positiva o negativa) interactúan entre sí. Una de las grandes conclusiones es que una carga magnética puede crear una carga eléctrica, y viceversa. Estas interacciones son las responsables de la generación de energía eléctrica, que es algo muy importante. El electromagnetismo y la forma en que empuja y atrae los objetos son los responsables de la energía en cosas como las baterías y los imanes, pero también incluye la luz, que no es más que ondas de radiación electromagnética.

Las otras dos son la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte, y aunque ambas son más fuertes que la gravedad, sólo actúan en los espacios diminutos entre los átomos, y en los espacios aún más pequeños donde la física cuántica empieza a hacer que todo sea realmente extraño.

electroma…

Una de las simplificaciones más notables de la física es que sólo cuatro fuerzas distintas explican todos los fenómenos conocidos. De hecho, casi todas las fuerzas que experimentamos directamente se deben a una sola fuerza básica, llamada fuerza electromagnética. (La fuerza gravitatoria es la única fuerza que experimentamos directamente que no es electromagnética). Esto es una tremenda simplificación de la miríada de fuerzas aparentemente diferentes que podemos enumerar, de las cuales sólo unas pocas fueron discutidas en la sección anterior. Como veremos, se cree que todas las fuerzas básicas actúan mediante el intercambio de partículas portadoras microscópicas, y las características de las fuerzas básicas están determinadas por los tipos de partículas intercambiadas. La acción a distancia, como la fuerza gravitatoria de la Tierra sobre la Luna, se explica por la existencia de un campo de fuerzas más que por el «contacto físico».

Las cuatro fuerzas básicas son la fuerza gravitatoria, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte. Sus propiedades se resumen en la Tabla 1. Como las fuerzas nucleares débil y fuerte actúan en un rango extremadamente corto, del tamaño de un núcleo o menos, no las experimentamos directamente, aunque son cruciales para la propia estructura de la materia. Estas fuerzas determinan qué núcleos son estables y cuáles se desintegran, y son la base de la liberación de energía en ciertas reacciones nucleares. Las fuerzas nucleares no sólo determinan la estabilidad de los núcleos, sino también la abundancia relativa de los elementos en la naturaleza. Las propiedades del núcleo de un átomo determinan el número de electrones que tiene y, por tanto, determinan indirectamente la química del átomo. Se hablará más de todos estos temas en capítulos posteriores.