CienciaNebulosa

Desde tiempos inmemorables el ser humano ha tratado de darle sentido a su propia existencia y al universo que lo rodea, del que él mismo forma parte. La primera gran virtud del hombre fue la duda, el primer gran defecto fue la fé (Carl Sagan). Desde el instante en que el primer individuo se puso a dudar sobre las causas físicas de los fenómenos que observaba comenzó esa travesía que llamamos ciencia.

 

 

En cuanto dejamos de confiarnos en motivos divinos o sobrenaturales y nos enfocamos en encontrar un patrón que describiera las acciones de la naturaleza, descubrimos que vivimos en un universo elegante. Este universo nos pone las cosas difíciles, pero no imposibles. Se encuentra en constante cambio, pero esos cambios siguen patrones definidos o reglas. Esas reglas son lo que nosotros llamamos Leyes naturales ó Leyes de la física. Si viviéramos en un universo donde los cambios sucedieran de manera aleatoria o demasiado complicada, la empresa de la ciencia no sería posible. Si viviéramos en un universo estático, sin ningún cambio; la empresa de la ciencia no tendría razón de existir. Pero oh genial! Vivimos en el punto intermedio. Hurra! Por el universo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El universo elegante.

 

 

De la misma forma en que pasamos de creer que toda la materia se dividía sólo en cuatro tipos: Tierra, Agua, Aire y Fuego; a saber que en realidad existen cantidad de elementos químicos diferentes; nos hemos preocupado bastante por catalogar los diferentes fenómenos observados en la naturaleza, asignando ramas de la ciencia concentradas en el estudio de cada tipo de ellos. Pero mientras la ciencia avanza, el ser humano se ha ido dando cuenta que muchas veces, dos fenómenos que en apariencia son completamente diferentes, en realidad son dos manifestaciones del mismo fenómeno. Dos caras de la misma moneda.

 

 

Por ejemplo.

 

 

La mecánica es la rama de la ciencia que estudia el movimiento y el equilibrio de los cuerpos; así como de las fuerzas que los producen. Intuitivamente se pensaría que la temperatura de un cuerpo es algo totalmente ajeno a las leyes de la mecánica. Pero resulta que dicha temperatura no es otra cosa que la cantidad de movimiento de las partículas dentro de ese cuerpo. Nuestros sentidos interpretan ese movimiento como “calor” o “frío” (entre más movimiento de las partículas, nos parecerá más caliente; y viceversa). Pero fuera de nuestra mente, no existe ese “calor” ni ese “frío”. Existen los movimientos de las partículas, que se pueden definir a partir de las leyes de la mecánica. De esta forma dos fenómenos convergen en uno solo.

 

 

De la misma manera la electricidad, el magnetismo y la luz. Cosas que se pensaban completamente diferentes hasta el siglo XIX. Ahora sabemos que son la manifestación de una sola fuerza. La fuerza electromagnética.

 

 

No terminaría de mencionar todos los ejemplos de unificaciones de fenómenos como los anteriores.

 

 

Uno de los mayores logros del hombre en los pasados 2000 años, ha sido lograr identificar 4 fuerzas fundamentales, de las cuales se derivan todos los fenómenos observados del universo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Las interacciones fundamentales del Universo.

 

 

A partir de estas 4 fuerzas, y sus casi infinitas presentaciones y combinaciones; pueden deducirse todas las teorías sobre nuestra realidad. El hecho de que se llamen “fundamentales” quiere decir que no se derivan de alguna otra interacción, al menos hasta donde sabemos. Sin duda los humanos le debemos nuestra existencia a estas fuerzas, así como el universo entero.

 

 

Las 4 interacciones fundamentales son: La gravedad, El electromagnetismo, La fuerza nuclear fuerte y La fuerza nuclear débil. Explicaré básicamente en que consiste cada una y porqué deberíamos sentirnos suertudos de que exista. Cada fuerza se puede entender en términos de partículas portadoras (bosones), que transmiten la fuerza entre dos partículas con determinadas características llamadas “cargas”.

 

Veamos!

 

 

Fuerza Electromagnética.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La energía eléctrica es un flujo de electrones impulsados por la fuerza electromagnética.

 

 

Esta interacción es la más responsable de que exista la vida en la Tierra. Sólo afecta a partículas que presentan “carga eléctrica”. Se transmite a partir del intercambio de fotones (partícula portadora). Existen dos tipos de cargas eléctricas, la famosa “positiva” y la famosa “negativa”. Debes recordar que estos nombres fueron puestos solamente para diferenciar los dos tipos de cargas, y resaltar que se comportan como contrarias. Para que nadie se agarre de aquí para sacar “cursos de coaching sobre cómo manejar tu energía positiva”. Las interacciones de estas dos cargas dan como resultado que dos partículas cargadas igual, se repelan. Así como dos partículas cargadas diferente, se atraigan. Gracias a esta fuerza los átomos pueden juntarse con enlaces químicos, formando moléculas, y eventualmente nosotros. Así mismo, la repulsión electromagnética de los átomos genera que nunca lleguen a tocarse, lo que a gran escala representa que no podamos atravesar la materia. Sin esta fuerza, nosotros (la materia) atravesaríamos todo el planeta, hasta llegar al núcleo del mismo, por la gravedad. Y peor aún, no podríamos chocar las manos!

High Five!

 

 

Fuerza Nuclear Fuerte.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La fuerza pegamento. Mantiene a las partículas del núcleo de los átomos donde deben estar.

 

 

Oye Paco Soto! Me estás tomando el pelo! Si los protones todos tienen carga positiva, y se repelen… ¿Por qué el núcleo del átomo está abarrotado de protones pegados unos a otros?

 

 

Aquí entra la segunda interacción fundamental, que sólo tiene efecto a distancias súper pequeñas, en el núcleo de los átomos. La fuerza nuclear fuerte se da entre partículas con carga llamada “color” y es la responsable que los Quarks (partículas elementales que forman a los protones, neutrones, etc) se peguen como si les pusieran pegamento. De hecho la partícula que transmite esta fuerza se llama Gluón (así es, como Glue, pegamento en inglés). Gracias a esta fuerza, también los protones se adhieren fuertemente a los neutrones, que sirven como mediadores entre los protones (que se caen mal entre ellos). Esta fuerza es mucho más fuerte que la electromagnética, por lo que la estabilidad del átomo se logra. Su potencia aumenta a medida que las partículas son separadas, como una liga que aumenta de tensión entre más la estires. Por esta razón no se ven Quarks volando a sus anchas por el universo. Si no existiera esta fuerza, el universo sería simplemente una sopa de partículas elementales volando por el universo. WTF.

 

 

Fuerza Nuclear Débil.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A gran escala, la Fuerza nuclear débil se manifiesta como la Radiactividad.

Que no es más que algún elemento inestable arrojando partículas a lo loco.

 

 

Al igual que la anterior, esta fuerza sólo se manifiesta a nivel atómico. Genera un fenómeno llamado “Decaimiento de sabor” en los Quarks. Esto genera que el núcleo de un átomo se vuelva inestable, expulsando con gran energía alguna partícula. A gran escala esto se manifiesta como la Radiactividad. Las partículas portadoras de esta fuerza son los Bosones W y Z. Su potencia es de menor magnitud que la Fuerza nuclear fuerte por mucho. Pero mayor que la gravitatoria. Si no existiera esta fuerza fundamental, el núcleo de la tierra no podría existir en el estado líquido en que se encuentra (ya que se encuentra calentado por radiactividad), por lo que no habría un campo magnético que protegiera la atmósfera terrestre, y bam! Nos morimos.

 

 

Gravedad.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A escalas macroscópicas entendemos la gravedad como la deformación del mismo espacio.

Pero a escála sub-atómica, ésto no nos dice mucho.

 

 

Esta es la más misteriosa de las fuerzas fundamentales. No se sabe bien cómo es que se transmite (existe la teoría del Gravitón, partícula hipotética que transportaría la gravedad). También se desconoce por qué afecta a todas las partículas (con carga o sin carga, con masa o sin masa). Es la más débil de todas, pero su alcance es infinito. Piénsalo, incluso la gravedad generada por toda la tierra, con al rededor 6 cuatrillones de kilos de masa, puede ser vencida con sólo levantar los brazos en el aire. A pesar de que la gravedad se ve reducida al cuadrado cada vez que nos alejamos el doble de distancia del planeta, su valor nunca se hace cero. Todo el universo está permeado con la gravedad de todos los cuerpos que existen en él.

 

 

La teoría de la relatividad general explica la gravedad a gran escala como la deformación del espacio-tiempo causada por la presencia de materia y energía (ya hablaremos de eso en otro artículo). Pero la física actual exige que todas las fuerzas se puedan representar de manera cuantificada, es decir en un lenguaje de campos y partículas. Como nadie sabe cómo modelar de esta forma la gravedad, nuestro entendimiento del universo tiene un gran agujero, que espera con un jugoso premio Nobel a quien logre taparlo.

 

 

Gracias a esta fuerza, los átomos interaccionan entre sí, juntándose en planetas, estrellas y galaxias. Es la responsable que ardan las estrellas, que existan los planetas rocosos como la Tierra y que puedas pararte sobre el suelo sin salir volando. Si esta fuerza no existiera, los átomos jamás hubieran llegado a juntarse en estructuras tan complejas como tú y yo.

 

 

De esta manera, hemos logrado identificar las cuatro fuerzas que rigen nuestro universo. De hecho ahora se acepta también la unificación de la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil como dos aspectos de una misma fuerza llamada Fuerza electrodébil. Así que ya podemos empezar a hablar de sólo 3 fuerzas fundamentales. Se tiene la esperanza que algún día podamos encontrar una teoría que demuestre que todas las fuerzas son en realidad manifestaciones diferentes de una sola fuerza universal. Cuando ese día llegue, habremos encontrado la teoría que explicaría completamente nuestra realidad. Habremos encontrado la Teoría del todo.

 

 

 

 

Referencias:

Seís piezas fáciles- Richard Feynman

La física de lo imposible- Michio Kaku

Cosmos- Carl Sagan

https://es.wikipedia.org/wiki/Interacciones_fundamentales

https://es.wikipedia.org/wiki/Interacci%C3%B3n_nuclear_fuerte

https://es.wikipedia.org/wiki/Interacci%C3%B3n_d%C3%A9bil

https://es.wikipedia.org/wiki/Interacci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica

https://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad