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Ya hemos visto cómo hay graves problemas para conseguir una teoría que unifique todas las observaciones del universo, un modelo que nos explique en su conjunto la totalidad de las relaciones posibles entre las partículas y, por tanto, las de los cuerpos que de ellas se hallan formados. Dejaremos para otra ocasión la discusión acerca de si esta posible teoría realmente serviría para realizar afirmaciones y predicciones sobre fenómenos complejos como los biológicos.

Estas relaciones entre partículas no son otra cosa que las cuatro fuerzas fundamentales. Y el objetivo es hallar una única teoría que explique las cuatro. Hasta tal punto, que se está intentando conseguir demostrar que todas ellas son la misma fuerza, con diferentes manifestaciones, y el modelo que explicaría esa fuerza sería la teoría unificada o teoría final o teoría del todo, o como a cada uno más le guste llamarla.

Como veremos, ya ha habido unificaciones entre diferentes fuerzas, dando lugar a alguna de estas cuatro, e incluso entre estas hay ya modelos bastante exitosos. Aún quedan cabos sueltos, y sin duda el más peliagudo es la fuerza de la gravedad, aunque también hablaremos de los intentos de teorías para unir esta fuerza a las demás.

Aunque ya tenemos un artículo sobre estas interacciones, vamos a repasarlas brevemente.

LAS CUATRO FUERZAS O INTERACCIONES

Fuerza gravitatoria. Es la primera que se conoce, ya desde tiempos remotos, más que nada porque su efecto es evidente, sólo hay que lanzarse por la ventana para apreciarla, aunque hay maneras menos peligrosas de experimentarla. Es la más débil de las cuatro y tiene un alcance infinito.

Fuerza nuclear débil. Es la responsable de la desintegración de partículas y núcleos atómicos en los fenómenos radioactivos. A pesar de su nombre, es menos débil que la anterior, y cuenta con un alcance muy limitado, de millonésimas de milímetro.

Fuerza electromagnética. Se manifiesta tanto a corta escala, por ejemplo entre protones y electrones, como a largas distancias, en la propagación de la luz, ondas de radio, etc. Es la segunda más fuerte y su alcance es infinito

Fuerza nuclear fuerte. Es la responsable de que los quarks se unan formando protones y neutrones y de que estos se acoplen en el núcleo atómico. Esta sí que hace honor a su nombre y es la más fuerte de las cuatro, pero su alcance sólo es ligeramente superior al de la nuclear débil.

Resulta más propio llamar interacciones a estas fuerzas, puesto que poco tienen que ver con lo que llamamos cotidianamente “fuerza”, aunque esta es una manifestación a gran escala de las cuatro fundamentales.

También conviene recordar que estas fuerzas son generadas mediante campos, los cuales según la mecánica cuántica son transmitidos a través de unas partículas virtuales llamadas bosones, teniendo cada fuerza su bosón o bosones específicos. Se dice que son virtuales porque su existencia es efímera, solo aparecen para transmitir la fuerza.

Sobre partículas fundamentales también tenemos un artículo, pero hablaremos sobre ellas brevemente cuando haga falta, incluidos esos quarks que hemos mencionado como afectados por la interacción nuclear fuerte.

LA PRIMERA UNIFICACIÓN

La primera unificación entre fuerzas no reúne en una sola teoría dos de las fuerzas que acabamos que ver. En realidad, estamos dando un breve salto al pasado, cuando otras dos fuerzas se unificaron y se comprobó que se trataba de la misma.

En el Siglo XVII no se sabía mucho sobre interacciones fundamentales. Se creía que la fuerza que hacía caer los objetos a la tierra nada tenía que ver con la que hacía moverse a los astros en el cielo. Fue Isaac Newton quien en 1687 presentó su teoría de unificación, llamada de gravitación universal porque unificaba ambas “gravedades” en una sola.

Ambas fuertas resultaron ser la misma

Con las ecuaciones de Newton se explicaban y predecían los movimientos provocados por la gravedad tanto en el cielo como en la tierra. Posteriormente, en 1916, Einstein presentó unas ecuaciones mejoradas sobre esta fuerza, la llamada Teoría General de la Relatividad, que es la que seguimos utilizando en la actualidad.

LA SEGUNDA UNIFICACIÓN

Hacia principios del Siglo XIX se conocían tres fuerzas básicas: la gravedad, que influía entre las masas, la eléctrica, que lo hacía entre las cargas eléctricas, y la magnética, que actuaba entre los imanes.

Hans Christian Oersted descubrió que un cable por el que circula electricidad podía desviar la aguja de una brújula. Posteriormente Andre Marie Ampere elaboró un trabajo matemático que describía este fenómeno. A continuación Michael Faraday dio un paso más y demostró experimentalmente cómo un imán puede crear una corriente eléctrica en una bobina de cable.

La electricidad y el magnetismo también se unificaron

Finalmente, James Clerk Maxwell presento en 1868 una teoría que explicaba todo esto y unificaba la fuerza eléctrica y la magnética en una sola, a la que se llamó desde entonces electromagnética. Hoy en día esta fuerza se describe mediante mecánica cuántica.

A PARTIR DEL SIGLO XX

Para cuando se llegó a la primera mitad del Siglo 20 ya se habían descubierto las fuerzas nucleares débil y fuerte, de forma que se contaba con cuatro fuerzas básicas. Disponíamos de una nueva herramienta para describir tres de la fuerzas desde otro punto de vista más avanzado, la llamada Mecánica Cuántica. También se habían avanzado los primeros intentos para conseguir más unificaciones entre ellas, como el protagonizado por Einstein que no resultó.

Desde los años 60 se ha avanzado enormemente en la unificación del electromagnetismo con la fuerza débil, en la llamada Fuerza Electrodébil y se ha generalizado el uso del llamado Modelo Estándar, el cual integra esta unificación con la teoría sobre la fuerza nuclear fuerte, llamada Cromodinámica Cuántica. También tenemos la Teoría de la Gran Unificación, que pretende ir más allá del modelo estándar y unificar en una sola fuerza la interacción fuerte con la electrodébil.

La otra fuerza, la gravedad, por el momento queda fuera, pero la Supergravedad, la Teoría de Cuerdas y las P-branas son prometedoras aproximaciones al tema.

Sobre todo esto hablaremos en los próximos meses.

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