Esperar……
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GRAVEDAD
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En realidad, la gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales. Ordenadas de más fuerte a más débil, las fuerzas son
1) la fuerza nuclear fuerte,
2) la fuerza electromagnética,
3) la fuerza nuclear débil, y
4) la gravedad.
Si tomas dos protones y los mantienes muy juntos, ejercerán varias fuerzas entre sí. Debido a que ambos tienen masa, los dos protones ejercen atracción gravitatoria entre sí. Debido a que ambos tienen una carga eléctrica positiva, ambos ejercen repulsión electromagnética entre sí. Además, ambos tienen carga interna de “color” y, por lo tanto, ejercen atracción a través de la fuerza nuclear fuerte. Debido a que la fuerza nuclear fuerte es la más fuerte en distancias cortas, domina sobre las otras fuerzas y los dos protones se unen, formando un núcleo de helio (normalmente también se necesita un neutrón para mantener el núcleo de helio estable). La gravedad es tan débil en la escala atómica que los científicos generalmente pueden ignorarla sin incurrir en errores significativos en sus cálculos.
Sin embargo, en escalas astronómicas, la gravedad domina sobre las otras fuerzas. Hay dos razones para esto:
1) la gravedad tiene un largo alcance, y
2) no hay tal cosa como masa negativa.
Cada fuerza desaparece a medida que los dos objetos que experimentan la fuerza se separan más. La velocidad a la que mueren las fuerzas es diferente para cada fuerza. Las fuerzas nucleares fuertes y débiles tienen un rango muy corto, lo que significa que fuera de los diminutos núcleos de átomos, estas fuerzas caen rápidamente a cero. El pequeño tamaño de los núcleos de los átomos es un resultado directo del extremo corto alcance de las fuerzas nucleares. Dos partículas que están separadas por nanómetros están demasiado alejadas entre sí para ejercer una fuerza nuclear apreciable entre sí. Si las fuerzas nucleares son tan débiles para dos partículas a solo nanómetros de distancia, debería ser obvio que las fuerzas nucleares son aún más despreciables en las escalas astronómicas. Por ejemplo, la tierra y el sol están demasiado lejos unos de otros (miles de millones de metros) para que sus fuerzas nucleares se alcancen entre sí. En contraste con las fuerzas nucleares, tanto la fuerza electromagnética como la gravedad tienen efectivamente un rango infinito * y mueren en fuerza como 1 / r ^ 2.
Si tanto el electromagnetismo como la gravedad tienen un alcance infinito, ¿por qué la Tierra se mantiene en órbita alrededor del Sol por la gravedad y no por la fuerza electromagnética? La razón es que no existe tal cosa como masa negativa, pero existe tal cosa como carga eléctrica negativa. Si coloca una sola carga eléctrica positiva cerca de una única carga eléctrica negativa, y luego mide su fuerza combinada en otra carga distante, encontrará que la carga negativa tiende a cancelar un poco la carga positiva. Tal objeto se llama dipolo eléctrico. La fuerza electromagnética causada por un dipolo eléctrico muere como 1 / r ^ 3 y no 1 / r ^ 3 debido a este efecto de cancelación. De manera similar, si toma dos cargas eléctricas positivas y dos cargas negativas y las coloca muy juntas, ha creado un cuadrupolo eléctrico. La fuerza electromagnética debida a un cuadrupolo eléctrico se extingue aún más rápidamente, como 1 / r ^ 4, porque las cargas negativas hacen un buen trabajo de cancelación de las cargas positivas. A medida que agrega más y más cargas positivas a un número igual de cargas negativas, el rango de la fuerza electromagnética del sistema se acorta cada vez más. Lo interesante es que la mayoría de los objetos están hechos de átomos, y la mayoría de los átomos tienen un número igual de cargas eléctricas positivas y negativas. Por lo tanto, a pesar del hecho de que la fuerza electromagnética bruta de una sola carga tiene un rango infinito, el rango efectivo de la fuerza electromagnética para objetos típicos como estrellas y planetas es mucho más corto. De hecho, los átomos neutros tienen un rango electromagnético efectivo del orden de los nanómetros. En escalas astronómicas, esto deja solo la gravedad. Si existiera una masa negativa (la antimateria tiene una masa positiva), y si los átomos generalmente contuvieran partes iguales de masa positiva y negativa, la gravedad sufriría el mismo destino que el electromagnetismo y no habría una fuerza significativa en la escala astronómica. Afortunadamente, no hay una masa negativa y, por lo tanto, la fuerza gravitatoria de varios cuerpos juntos es siempre aditiva. En resumen, la gravedad es la más débil de las fuerzas en general, pero es la dominante en las escalas astronómicas porque tiene el rango más largo y porque no hay masa negativa.
* NOTA: En la descripción anterior, he usado la fórmula de gravedad newtoniana más antigua. La gravedad se describe con mayor precisión mediante la formulación de la Relatividad General, que nos dice que la gravedad no es una fuerza real sino una deformación del espacio-tiempo. En escalas más pequeñas que los grupos de galaxias y alejadas de masas súper densas como los agujeros negros, la gravedad newtoniana es una excelente aproximación a la relatividad general. Sin embargo, para explicar correctamente todos los efectos, tiene que usar la Relatividad General. De acuerdo con la Relatividad General y las numerosas mediciones experimentales que lo confirman, la gravedad no tiene un rango infinito, pero desaparece en la escala más grande que los grupos de galaxias. Por lo tanto, la gravedad solo tiene un comportamiento 1 / r ^ 2 y un rango “ilimitado” en la escala más pequeña que los grupos de galaxias. Es por eso que dije que la gravedad tiene “efectivamente” rango infinito. En las escalas más grandes, nuestro universo se está expandiendo en lugar de estar unido por la atracción gravitatoria. Este comportamiento es predicho por la Relatividad General. En escalas más pequeñas que los grupos de galaxias, el espacio-tiempo actúa predominantemente como la atractiva gravedad newtoniana, mientras que en escalas más grandes, el espacio-tiempo actúa como algo completamente diferente que se está expandiendo.