¿Cuáles son las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza?
Desde principios del siglo XX, los físicos han reconocido cuatro fuerzas fundamentales, o interacciones, que abarcan todos los fenómenos conocidos en la naturaleza. Tres de cada cuatro han sido caracterizados rigurosa y matemáticamente por el Modelo Estándar, formulado a principios de los años setenta. Las cuatro fuerzas son la fuerza nuclear fuerte (también conocida como la fuerza del color), la fuerza nuclear débil (media la desintegración beta), la fuerza electromagnética y la gravedad.
A energías muy altas, la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagnética se unen (comienzan a comportarse indistintamente), mientras que a fuerzas aún más altas, se cree que la fuerza fuerte se une con el electrodébil, y finalmente, la fuerza de electrodébil fuerte se une con la gravedad. Se cree que los cuatro se unieron un instante después del Big Bang, en las primeras etapas de la formación del universo.
La fuerte fuerza nuclear mantiene unidos protones y neutrones en el núcleo atómico. Más específicamente, está mediado por el intercambio de gluones entre quarks que forman protones y neutrones. Es 100 veces más fuerte que la fuerza electromagnética. Cuando los núcleos se rompen en reacciones nucleares, se libera energía de esta fuerza. Descrito por la teoría de la física llamada cromodinámica cuántica, pierde toda su fuerza en distancias mucho más amplias que el núcleo atómico.
La fuerza electromagnética es aquella con la que las personas están más familiarizadas, y es responsable de todas las reacciones químicas y de las propiedades físicas más reconocibles, como la luz. Está mediado por fotones, que constituyen toda la radiación electromagnética, desde los rayos cósmicos hasta la luz visible y las ondas de radio de muy baja frecuencia. Tanto el calor como la luz están formados por fotones.
Las interacciones de fuerza electromagnética están determinadas por la carga eléctrica. La razón por la cual las personas no se caen de una silla mientras se sientan en ella es porque la carga negativa de las capas de electrones atómicos que forman el cuerpo es repelida por la carga negativa de las capas de electrones que forman la silla. Las ondas de fotones disminuyen en fuerza de acuerdo con el cuadrado de la distancia de su fuente.
La fuerza nuclear débil es responsable de un rango relativamente pequeño de interacciones fundamentales. Media la desintegración beta, que es lo que sucede cuando un neutrón se descompone en un protón y un electrón o positrón. Mediado por los bosones W y Z, es aproximadamente cien mil millones de veces más débil que el electromagnético. Solo opera en distancias cortas.
La gravedad es la más débil de todas las fuerzas, pero la más penetrante en el universo porque es generada por todos los cuerpos con masa. La gravedad es 10 36 veces más débil que la fuerza electromagnética, lo que dificulta el análisis matemático. Las partículas que se cree que median en la gravedad, los gravitones, aún no se han detectado. La gravedad también es distinta de las otras fuerzas en que aún no se ha integrado con las demás de una manera matemática rigurosa. Los físicos han estado buscando una teoría para unificar la gravedad con las otras fuerzas durante casi un siglo, sin suerte hasta el momento.