Resumo de As Quatro Fantásticas Forças da Natureza

As Quatro Fantásticas Forças da Natureza

Introdução

Nas temperaturas comuns em nosso mundo quatro forças discretas governam
as interações da matéria - gravidade, eletromagnetismo, a força nuclear
fraca, e a força nuclear forte. Cada força é conduzida por uma
"partícula mensageira" particular, única para a força em consideração e
ainda em pesquisa. A força nuclear forte é, sem qualquer dúvida, a mais
forte delas, seguida pela força eletromagnética, a força nuclear fraca,
e finalmente a extremamente fraca força gravitacional. Apesar destas
quatro forças governarem todas as interações na matéria, uma teoria que
as unifique ainda está sendo procurada. A teoria candidata mais recente
é a teoria das cordas.

Partículas Mensageiras

Existe uma única partícula mensageira associada com cada uma das quatro
forças fundamentais. Estas partículas podem ser consideradas "a menor
parte" de cada força que pode existir na natureza. Experiências
confirmaram a existência de três das quatro partículas, mas o gráviton
ainda não foi descoberto. Os cálculos efetuados mostram que ela deve
ser uma partícula sem massa. Os Bosons Gauge Fracos vem em duas
variedades separadas com diferentes massas.

Força Partícula
Força Gravitacional -> Gráviton
Força Eletromagnética -> Fóton
Força Nuclear Fraca -> Bósons Gauge Fracos
Força Nuclear Forte -> Glúons

Gravidade

A gravidade, a mais fraca das quatro forças, é cerca de 10-36 vezes
mais fraca que a força mais forte. Esta fraqueza é facilmente
demonstrável - em um dia seco, esfregue um pente em sua para carregá-lo
estaticamente, então passe ele sobre um pedaço de papel sobre a mesa.
Se você tiver sucesso, o papel salta da mesa em direção ao pente. É
preciso um planeta inteiro para manter o papel na mesa, mas esta força
é facilmente suplantada por materiais comuns que exerçam a força
eletromagnética.

Entretanto, o campo de ação da gravidade é ilimitado - todos os objetos
no Universo exercem uma força gravitacional em todos os outros objetos.
O efeito da força gravitacional depende de duas coisas: a massa e a
distância entre os corpos. Em termos mais precisos, a força de atração
entre dois corpos é diretamente proporcional ao produto das massas e
inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os corpos. A
dominância da gravidade em escalas macroscópicas não é devido à sua
força intrínseca, mas a seu enorme alcance e natureza de atração
constante, especialmente se comparada com as outras forças. Estas
propriedades da gravidade tornam extremamente incorporá-las em
estruturas teóricas modernas.

A partícula mensageira da gravidade é o gráviton. Ele não foi
descoberto experimentalmente, principalmente por que é extremamente
difícil encontrar o menor denominador da força mais fraca. Cálculos
recentes mostraram que ele provavelmente não tem massa. Um aspecto
interessante é que todas as versões modernas da teoria das cordas
incorporam a gravidade (diferente das teorias de quantum anteriores) e
não só permitem como exigem uma partícula com as propriedades do
gráviton. Sua descoberta provavelmente representará uma grande vitória
para a teoria das cordas, já que as teorias quânticas anteriores
baseadas no modelo de partículas puntiformes dã respostas ilógicas e
infinitas quando a gravidade é incorporada.

Eletromagnetismo

A força eletromagnética é a segunda em força efetiva, perdendo somente
para a força nuclear forte, mas está listada fora de ordem aqui por
que, como a gravidade, é mais familiar a maioria das pessoas. Sua força
é menos de 1% da força nuclear forte, mas, como a gravidade, ela tem
alcance infinito. Entretanto, diferente da gravidade, o
eletromagnetismo tem propriedades tanto atrativas quanto repulsivas que
podem se combinar de forma cancelarem uma à outra. Onde a gravidade é
sempre atrativa, o eletromagnetismo vem em duas cargas: positiva e
negativa. Duas coisas negativas ou positivas irão repelir uma à outra,
mas uma positiva e outra negativa irão atrair-se. Esta propriedade pode
ser facilmente demonstrada com ímãs: dois polos idênticos irão se
repelir, mas dois polos opostos irão se atrair.

Este é o princípio que mantém os átomos juntos: o núcleo com carga
positiva e os elétrons com carga negativa atraem-se. Também é este o
princípio do tamanho atômico: mais elétrons tem uma força repulsiva
maior, assim átomos com mais elátrons são maiores por causa da repulsão
mútua dos elétrons. De forma similar, átomos com núcleos maiores e o
mesmo número de elétrons são menores por que exercem uma força de
atração maior aos elétrons.

A partícula mensageira do eletromagnetismo é o fóton, uma partícula sem
massa que logicamente (já que a luz é uma manifestação do
eletromagnetismo) viaja na velocidade da luz (299 792 458 m/s ou 299
972 km/s).

A Força Nuclear Fraca

A força nuclear fraca é uma das forças fundamentais menos familiares.
Ela opera somente em escalas de distâncias extremamente curtas,
encontradas nos núcleos atômicos. A força fraca é responsível pelo
decaimento radioativo. Na verdade, ela é mais forte que o
eletromagnetismo, mas suas partículas mensageiras (bósons W e Z) são
tão massivos e lentos que não transmitem na sua totalidade a sua força
intrínseca.

A Força Nuclear Forte

A força nuclear forte é outra força fundamental menos familiar. Como a
força nuclear fraca, seu alcance é limitado à distâncias subatômicas.
Sua "tarefa" é manter os quarks juntos dentro dos prótons e nêutrons, e
manter os prótons e nêutrons dentro do núcleo atômico. Sua partícula
mensageira é o glúon, que não tem massa, chamado assim por que "cola"
(em inglês, "glue") partículas elementares.

Resumos Relacionados