Las fuerzas fundamentales (o interacciones fundamentales) de la física son las formas en que las partículas individuales interactúan entre sí. Resulta que cada interacción observada que tiene lugar en el universo se puede dividir y describir por solo cuatro (bueno, generalmente cuatro, más sobre eso más adelante) tipos de interacciones:
- Gravedad
- Electromagnetismo
- Interacción débil (o fuerza nuclear débil)
- Interacción fuerte (o fuerza nuclear fuerte)
Gravedad
De las fuerzas fundamentales, la gravedad tiene el alcance más lejano, pero es la más débil en magnitud real.
Es una fuerza puramente atractiva que atraviesa incluso el vacío «vacío» del espacio para atraer dos masas una hacia la otra. Mantiene los planetas en órbita alrededor del sol y la luna en órbita alrededor de la Tierra.
La gravitación se describe bajo la teoría de la relatividad general , que la define como la curvatura del espacio-tiempo alrededor de un objeto de masa. Esta curvatura, a su vez, crea una situación en la que el camino de menor energía es hacia el otro objeto de masa.
Electromagnetismo
El electromagnetismo es la interacción de partículas con una carga eléctrica. Las partículas cargadas en reposo interactúan a través de fuerzas electrostáticas , mientras que en movimiento interactúan a través de fuerzas eléctricas y magnéticas.
Durante mucho tiempo, las fuerzas eléctricas y magnéticas se consideraron fuerzas diferentes, pero finalmente fueron unificadas por James Clerk Maxwell en 1864, según las ecuaciones de Maxwell. En la década de 1940, la electrodinámica cuántica consolidó el electromagnetismo con la física cuántica.
El electromagnetismo es quizás la fuerza más prevalente en nuestro mundo, ya que puede afectar cosas a una distancia razonable y con una cantidad considerable de fuerza.
Interacción débil
La interacción débil es una fuerza muy poderosa que actúa sobre la escala del núcleo atómico. Provoca fenómenos como la desintegración beta. Se ha consolidado con el electromagnetismo como una interacción única denominada «interacción electrodébil». La interacción débil está mediada por el bosón W (hay dos tipos, los bosones W + y W – ) y también por el bosón Z.
Fuerte interacción
La más fuerte de las fuerzas es la interacción fuerte, apropiadamente llamada, que es la fuerza que, entre otras cosas, mantiene unidos a los nucleones (protones y neutrones). En el átomo de helio , por ejemplo, es lo suficientemente fuerte como para unir dos protones a pesar de que sus cargas eléctricas positivas hacen que se rechacen entre sí.
En esencia, la interacción fuerte permite que las partículas llamadas gluones se unan a los quarks para crear los nucleones en primer lugar. Los gluones también pueden interactuar con otros gluones, lo que le da a la interacción fuerte una distancia teóricamente infinita, aunque sus principales manifestaciones están todas a nivel subatómico.
Unificando las Fuerzas Fundamentales
Muchos físicos creen que las cuatro fuerzas fundamentales son, de hecho, manifestaciones de una sola fuerza subyacente (o unificada) que aún no se ha descubierto. Así como la electricidad, el magnetismo y la fuerza débil se unificaron en la interacción electrodébil, trabajan para unificar todas las fuerzas fundamentales.
La interpretación actual de la mecánica cuántica de estas fuerzas es que las partículas no interactúan directamente, sino que manifiestan partículas virtuales que median las interacciones reales. Todas las fuerzas, excepto la gravedad, se han consolidado en este «modelo estándar» de interacción.
El esfuerzo por unificar la gravedad con las otras tres fuerzas fundamentales se llama gravedad cuántica. Postula la existencia de una partícula virtual llamada gravitón, que sería el elemento mediador en las interacciones de la gravedad. Hasta la fecha, no se han detectado gravitones y ninguna teoría de la gravedad cuántica ha tenido éxito o se ha adoptado universalmente.
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