Fuerzas Fundamentales del Universo (Primera Parte)

Hola nuevamente aficionados a la ciencia ¿Cómo han estado? Ojala que con muchas energías para ponernos al tanto sobre nuevos temas en este blog. Ahora desarrollaré un tema que para algunos puede sonar muy simple y quizás para muchos otros nunca hayan escuchado de ellos, sobre las Fuerzas Fundamentales del Universo.

Antes de comenzar una explicación más detallada habría que preguntarnos, ¿Qué son las Fuerzas Fundamentales del Universo y Cuántas son?

Fuerzas fundamentales del Universo son aquellas que no se pueden explicar en función de otras más básicas, es decir que estas fuerzas o interacciones fundamentales interactúan entre ellas y las conocidas hasta ahora son cuatro: Gravitatoria, Electromagnética, Nuclear Fuerte y Nuclear Débil.

Todo lo que sucede en el Universo es debido a la actuación de una o varias de estas fuerzas que se diferencian unas de otras porque cada una implica el intercambio de un tipo diferente de partícula, denominada partícula de intercambio o intermediaria. Todas las partículas de intercambio son los llamados bosones (Fuerzas Elementales), mientras que las partículas origen de la interacción son fermiones (Partículas Elementales). En la actualidad, los científicos intentan demostrar que todas estas fuerzas fundamentales, aparentemente diferentes, son manifestaciones, en circunstancias distintas, de un modo único de interacción. El término "teoría del campo unificado" engloba a las nuevas teorías en las que dos o más de las cuatro fuerzas fundamentales aparecen como si fueran básicamente idénticas, es decir unidas.

La teoría de la gran unificación intenta unir en un único marco teórico las interacciones entre la Nuclear Fuerte y la Nuclear Débil, y la Fuerza Electromagnética y esta teoría de campo unificado se halla todavía en proceso de ser comprobada. La Teoría del Todo es otra teoría de campo unificado que pretende proporcionar una descripción unificada de las cuatro Fuerzas Fundamentales, la cual hoy en día es la mejor candidata a convertirse en una teoría del todo es la teoría de supercuerdas. Esta teoría física considera los componentes fundamentales de la materia no como puntos matemáticos, sino como entidades unidimensionales llamadas "cuerdas", incorporando la teoría matemática de supersimetría, que sugiere que todos los tipos de partícula conocidos deben tener una "compañera supersimétrica" todavía no descubierta. Esto no significa que exista una compañera para cada partícula individual (por ejemplo, para cada electrón), sino un tipo de partícula asociado a cada tipo conocido de partícula. La partícula hipotética correspondiente al electrón sería el selectrón, por ejemplo, y la correspondiente al fotón sería el fotino.

Ahora bien, ya aclarado el tema habría que explicar la primera de las fuerzas, preguntándonos ¿Qué es la Fuerza Electromagnética y Cómo interactúa con nosotros?

El Electromagnetismo es la interacción que actúa entre partículas con carga eléctrica. Un ejemplo de ello lo podemos ver si pusiéramos un alambre de cobre entre los dos polos de un imán, en el cual veríamos como ambas fuerzas, ahora unificadas, el Magnetismo y la Electricidad, interactúan hasta forman una sola fuerza, o incluso en nuestro propio planeta que genera un campo magnetico gracias a este fenómeno, el cual nos protege de cualquier radiación cósmica. Este fenómeno incluye a la fuerza electrostática, que actúa entre cargas en reposo, y el efecto combinado de las fuerzas eléctrica y magnética que actúan entre cargas que se mueven una respecto a la otra.

El Electromagnetismo también tiene un alcance infinito y como es mucho más fuerte que la gravedad describe casi todos los fenómenos de nuestra experiencia cotidiana, los cuales van desde el rayo láser y la radio, a la estructura atómica y a fenómenos tales como la fricción (creada por la estática del televisor cuando lo apagamos) y el arco iris.

Los fenómenos eléctricos y magnéticos han sido observados desde la antigüedad, pero fue recién a partir de 1800 cuando los científicos descubrieron que la electricidad y el magnetismo son dos aspectos fundamentales de la misma interacción. En 1864, las ecuaciones de Maxwell habían unificado rigurosamente ambos fenómenos. Luego en 1905, la teoría de Einstein de la Relatividad Especial resolvió la cuestión de la constancia de la velocidad de la luz (300 mil km/s). También Einstein explicó el efecto fotoeléctrico al teorizar que la luz se transmitía también en forma de fotones, es decir se dieron cuenta que la luz era tanto una onda como una partícula. A partir de 1927, Paul Dirac unifica la mecánica cuántica con la teoría relativista del electromagnetismo, la teoría de la electrodinámica cuántica, que se completó en la década de 1940. Con todo esto vemos que 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.

Por último hay que aclara que el Electromagnetismo está en todos lados e interactuamos con esta en todo momento al no atravesar las cosas. Un ejemplo de ello para que quede bien claro, es que esta Fuerza hace que los átomos se mantengan unidos y también las partículas sub-atómicas que los componen. Imaginen que los átomos son como un gran ventilador y las aspas son los electrones dando vueltas a su alrededor, pero si ese ventilador estuviera apagado cualquier cosa podría atravesarlo, ya que el espacio entre sus aspas es grande. Esto no sucede en la realidad porque el electromagnetismo hace que estas “aspas” estén siempre unidas y no puedan separarse ni que se pueda atravesarlas, como si el ventilador funcionara y sus aspas se mueven tan rápido que se convertiría en un objeto sólido a pesar del vacío que existe entre ellas. A esto se le llama Ley de Impenetrabilidad de la materia, es decir que ningún objeto puede ocupar el mismo espacio de otro al mismo tiempo.

Espero les haya gustado la primera parte sobre el tema sobre las Fuerzas Fundamentales del Universo. En la siguiente edición de este blog les veremos la segunda parte donde hablaré de la Fuerza Nuclear Débil, la Nuclear Fuerte y la Gavitatoria. Nos vemos pronto y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.