¿Te has preguntado alguna vez por qué el mundo a tu alrededor funciona? No es una pregunta retórica. Es decir, ¿cómo es posible que los átomos de nuestro cuerpo se mantengan unidos a pesar de la acción de la fuerza de la gravedad? La respuesta está en la propia naturaleza… 
Porque si podemos existir no solo nosotros, sino el universo en sí mismo, es gracias a algo que llamamos las fuerzas fundamentales. Cada una de ellas cumple una función muy específica, y su conjunto es el que hace que el universo sea como lo conocemos. Es un mecanismo delicado.
Si alguna de esas fuerzas fuese más intensa, o más débil, no es descabellado pensar que podríamos tener un universo que fuese incompatible con la vida. Pero vamos a entrar en materia y a ver algunas curiosidades. Hay cosas que, aunque nunca te hayas fijado, ya conoces…
En total, hay cuatro fuerzas fundamentales en el universo. Dos de ellas son muy conocidas. Las otras dos no tanto. Comencemos por las que conocemos. La primera de ellas es la gravedad. Mantiene a los objetos celestes unidos. Permite que haya sistemas como el nuestro.
También hace que nuestro planeta pueda tener una atmósfera y un agua que retener. Porque su gravedad lo mantiene pegado a su superficie. Es la fuerza más débil de todas, aunque tiene un alcance infinito. Sí, por raro que pueda parecer, la gravedad llega a todas partes.
Eso quiere decir que ahora mismo, mientras estás leyendo esto, tu cuerpo no solo está experimentando la gravedad que ejerce la Tierra. También está la gravedad del Sol, de la Luna, Júpiter… o el centro de la galaxia. ¡Incluso la galaxia de Andrómeda!
Una descripción simplificada es que la gravedad es la fuerza que une a dos objetos muy masivos. Es lo que hace que la Tierra orbite alrededor del Sol, y la Luna alrededor de nuestro planeta. Cuanto más lejano sea el objeto, menor es la intensidad de la gravedad que ejerce.
Por tanto, la gravedad que Andrómeda ejerce sobre tu cuerpo es menor que la del centro de la Vía Láctea, y esta a su vez es menor que la de Júpiter, la Luna, el Sol y la Tierra. De hecho, en pequeñas escalas, no hace falta mucho para superar la gravedad, aunque sea temporal.
Sólo tienes que saltar, por ejemplo. Durante unos instantes, has vencido a la fuerza de la gravedad. Aunque, a la larga, es la gravedad la que siempre termina ganando. ¿Alguna vez has cogido una piedra del suelo? Ese simple gesto es suficiente para vencer a la gravedad.
Siempre y cuando, claro está, que no quites la mano de la piedra. Porque, en cuanto lo hagas, volverá a caer y regresará al suelo. En física, por cierto, se plantea que hay una partícula encargada de transmitir esas fuerzas. De comunicarla, por decirlo de algún modo.
La gravedad es la única fuerza fundamental que no tiene una partícula transmisora asociada. Se cree que, de haberla, sería algo llamado “gravitón”. Pero por ahora no se ha logrado encontrar. Algo que podría ayudar a tener una teoría del todo:
Es un dato curioso del universo. La gravedad es la fuerza fundamental dominante en el mundo de lo más grande. Pero comparada con las otras tres, es la más débil de todas, por mucho. Además, puede ser superada con relativa facilidad incluso en el mundo que vivimos día a día.
¿No te lo crees? ¿Tienes un imán pegado en la puerta de la nevera? ¿No te has preguntado por qué no se cae a pesar de que la gravedad de la Tierra nos atrae constantemente hacia la superficie? La respuesta está en otra fuerza fundamental muy conocida: el electromagnetismo.
Aúna los fenómenos eléctricos y magnéticos. Estamos muy familiarizados con ella en todos los niveles. Es la fuerza que hace que los motores giren, por ejemplo. Es la fuerza que hace que tengamos electricidad en nuestras casas, y que puedas estar leyendo este hilo.
Es también imprescindible en la vida. Porque es lo que hace que un electrón permanezca ligado a un núcleo, por poner un ejemplo. El campo magnético de la Tierra, un resultado de la fuerza electromagnética, es lo que permite que tengamos una atmósfera, junto a la gravedad.
Sin el campo magnético, protegiendo nuestra atmósfera de los envites del Sol, las partículas más ligeras habrían sido arrastradas al espacio a lo largo del tiempo. Nuestro planeta, seguramente, estaría en una situación muy similar a la de Marte, que perdió su campo magnético.
El espectro electromagnético es el que nos permite observar el mundo a nuestro alrededor. La luz visible, ese pequeño conjunto de longitudes de onda que nuestros ojos percibe, es parte del conjunto del espectro. Hablé de él, y su importancia, aquí:
Al igual que la gravedad, el electromagnetismo tiene alcance infinito. Por eso podemos ver los fotones emitidos por objetos muy distantes hace miles de millones de años. Por cierto, los fotones son la partícula que median en (o transmiten) la fuerza electromagnética.
Con esto hemos cubierto las dos fuerzas fundamentales más conocidas. Aquellas con las que, realmente, podemos decir que tenemos una experiencia en nuestro día a día. Pero la pregunta que hacía al principio del hilo sigue sin respuesta. ¿Cómo se mantienen unidos los átomos?
Para responder a esta cuestión tenemos que continuar en nuestro recorrido. Tengo que decir que estoy haciendo el recorrido desde la fuerza más débil hasta la más fuerte. A decir verdad, hay que tener en cuenta que, en el mundo de lo muy pequeño, la gravedad es muy débil.
Las otras tres fuerzas, sin embargo, podríamos ponerlas en un nivel mucho más similar. Eso sí, entre ellas también hay unas diferencias notables, pero es que las tres están muy lejos, en cuanto a intensidad, a la gravedad. Vamos ahora con la interacción nuclear débil.
Probablemente no me equivoque mucho al decir que, de las cuatro, es la más complicada de comprender. A diferencia de las anteriores, no tiene alcance infinito. Solo funciona a nivel subatómico. Es responsable del funcionamiento de las estrellas y la creación de elementos.
Porque, mientras el resto de fuerzas mantienen cosas unidas (por simplificarlo), la interacción nuclear débil hace lo contrario. Interactúa en el deterioro de elementos. Por ejemplo, es lo que provoca que un neutrón decaiga en un protón. Es lo que alimenta la fusión nuclear.
Es decir, que el Sol (y todas las estrellas) tengan un proceso de fusión y emitan energía se debe a la interacción nuclear débil. Afecta a los quarks. Quizá hayas oído hablar de ellos en alguna ocasión. Son el componente básico de los átomos, forman protones, neutrones…
De hecho, tanto el protón como el neutrón están formados por tres quarks. Hay varios tipos de quark, pero para el caso, basta decir que un neutrón está formado por un quark arriba y dos quarks abajo (se llaman así), un protón tiene dos quarks arriba y uno abajo.
La interacción nuclear débil provoca que un quark cambie de un tipo a otro y, con ello, provoca que cambie el elemento. Por ejemplo, un protón y un neutrón forman deuterio, un isótopo (o una variante, si lo prefieres) del hidrógeno. Sin embargo, dos protones forman helio-2.
El helio-2 es una variante del helio. El hidrógeno está formado por un único protón, el helio por dos. La interacción nuclear débil es la responsable de casi toda la radiación natural que podemos observar en el cosmos. La transmiten dos partículas: los bosones W y Z.
Por último, tenemos la interacción nuclear fuerte. Es la responsable de mantener unidas las partículas fundamentales, formando partículas más grandes. Mantiene unidos los quarks entre sí, y es la más intensa de las fuerzas fundamentales del universo. Su importancia es innegable.
Al igual que la interacción débil, tiene un alcance limitado. Su funcionamiento es muy curioso. Cuánto más intentes separar dos partículas, mayor cantidad de energía será necesaria. Sin la interacción fuerte, en el universo solo encontraríamos hidrógeno. No habría más elementos.
Es lo que permite que haya más elementos y que, en consecuencia, nosotros mismos existamos. Sin la interacción nuclear fuerte no sería posible. A diferencia del resto de fuerzas, la interacción nuclear fuerte aumenta al alejarnos. Eso sí, su radio de acción es muy pequeño.
Y, hasta cierto punto, podemos imaginarla como si fuese un muelle. Para estirarlo hace falta cada vez más energía. Si separamos dos quarks lo suficiente (el diámetro de un protón), hace falta tanta energía que se convierte en masa y se forma una pareja quark-antiquark.
Un fenómeno que seguro que te resulta conocido gracias a una célebre fórmula… E=mc2. Energía (E) es igual a masa (m) por velocidad de la luz (c) al cuadrado. Un quark y un antiquark se aniquilan mutuamente (el antiquark es la antipartícula del quark). No es un detalle menor.
Porque, como quizá sepas, nunca se ha observado un quark libre. Los físicos creen que, por este motivo, no existen como partículas libres, sino que, en su lugar, están confinadas en el interior de protones, neutrones… Por cierto, la partícula que lo transmite es el gluón.
Con esto hemos hablado de las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Solo falta un pequeño punto que ya he tocado anteriormente. De momento, el electromagnetismo, la interacción nuclear débil y la fuerte forman parte del Modelo Estándar, que describe cómo funcionan.
La gravedad, sin embargo, no encaja en el Modelo Estándar. Es, por ahora, irreconciliable. Es decir, necesitamos dos teorías diferentes (el Modelo Estándar y la teoría de la relatividad) para explicar las cuatro fuerzas fundamentales del universo:
La teoría del todo, que mencionaba antes brevemente, busca precisamente eso. Aunar las cuatro fuerzas en una única teoría que nos permita describir todos los procesos del universo. Es una tarea monumental que, por ahora, no ha dado frutos, pero quizá se consiga.
Además, modificar ligeramente cualquiera de estas fuerzas podría provocar que obtuviésemos un universo incompatible con la vida. Por raro que parezca, se plantea que quizá existan otros universos y que, efectivamente, no todos sean habitables:
La ciencia nos lleva a comprender no solo cómo funciona el universo, sino el mismo hecho de que podamos estar aquí. Sin las cuatro fuerzas fundamentales, simplemente, no existiríamos. Por suerte para nosotros, ¡estamos aquí y podemos maravillarnos observando el cosmos!
¡Fin del hilo!
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