Las fuerzas del Universo

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Fuerzas Universo

Difícil es entender y comprender el porqué de las fuerzas que rigen el universo, pero que son necesarias nadie lo duda; sino ¿cómo podría sostenerse el universo sin hundirse sobre sí mismo o no caer a las profundidades del cosmos? (Reflexiones).

Las fuerzas que existen en el universo o en lo que nosotros llamamos Naturaleza, hace ya tiempo que la física acepta que son cuatro como mínimo: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y las dos más perceptibles a nuestros sentidos como son la fuerza de la gravedad o de la gravitación universal y la fuerza electromagnética. La fuerza de la gravedad fue estudiada y reconocida por Isaac Newton en el siglo XVII como una fuerza imprescindible para el funcionamiento del universo. Dicha fuerza es la que impide que todo lo que se encuentra sobre la superficie de los astros no se caiga al espacio, ejemplo que se produce en la tierra, donde gracias a dicha fuerza, el hombre, los animales, sus casas y demás construcciones del hombre se pueden mantener en pie sin caer a las inmensidades del espacio y del vacío, gracias a que nuestro planeta nos atrae o nos empuja hacia abajo con una fuerza que el famoso físico inglés Isaac Newton (1643-1727) demostró que era directamente proporcional a su masa e inversamente proporcional a la distancia a la que se encuentran. Dicha cuestión demostró fehacientemente que dicha fuerza de gravedad o gravitación universal era la causante de que los cientos de miles de millones de galaxias formadas por miles de millones de estrellas permanezcan en equilibrio en sus distintos movimientos. Newton jamás pudo demostrar qué clase de fuerza tan especial era capaz de mantener el universo en equilibrio y de dónde procedía el sentido de origen de la misma, puesto que él había demostrado que dicha fuerza procedía del centro de la Tierra. Más tarde Albert Einstein en su teoría de la relatividad general (1915), demostraría que la fuerza de gravedad es igual que cualquier otro tipo de fuerza de aceleración, cuestión que demostró a partir de considerar un espacio-tiempo curvo.

«(Esa) fuerza de gravedad o gravitación universal era la causante de que los cientos de miles de millones de galaxias formadas por miles de millones de estrellas permanezcan en equilibrio en sus distintos movimientos.»

La otra fuerza importante de la Naturaleza es el electromagnetismo, que está presente en los fenómenos magnéticos y eléctricos, que unifican la teoría del francés Michael Faraday (1781-1867) y la del escocés James Clerk Maxwell (1831-1879), en relación al campo eléctrico y magnético donde pueden intervenir cargas eléctricas en reposo, como sucede también con los campos magnéticos y cargas eléctricas en movimiento, es el caso de la corriente eléctrica. En tal sentido, los postulados de Maxwell demuestran con claridad que la electricidad, el magnetismo e incluso la luz se pueden comportar de forma parecida.

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Sin lugar a dudas, tanto la gravedad como el electromagnetismo, nos resultan muy familiares como fenómenos de la naturaleza. La fuerza de la gravedad sentimos que nos atrae hacia dentro, y así debe de ser puesto que la posición de la Tierra en el universo no está encima de nada y por lo tanto el “arriba” y el “abajo” no existe en sí mismo, sino que esa fuerza o ese peso que nos mantiene “pegados” a la superficie de nuestro planeta es la llamada fuerza de gravedad en cuanto denominación de fuerza en la Tierra, y gravitación universal en cuanto fuerza que se establece entre todos los sistemas de soles y galaxias que existen en el universo.

«La atmósfera no se va de las “orillas” de la Tierra porque, precisamente, esa fuerza de gravedad es la que la mantiene sobre nosotros para servirnos el aire que respiramos, la lluvia necesaria para la vida vegetal y animal y la protección de los rayos solares y radiaciones del universo.»

En cambio, la fuerza electromagnética se puede ver en un simple experimento de, por ejemplo, un pequeño imán de juegos infantiles capaz de elevar un alfiler del suelo u otro experimento en el que un imán de pequeña dimensión es capaz de recoger del suelo una bola de petanca que es de acero y suele pesar unos 700 gramos ¿cuál es la lectura, a  extraer de estos dos ejemplos?  Evidentemente que la Tierra empuja todo objeto material hacia su centro, incluso los elementos menos pesados como los gases y el aire, pues sabido es que la atmósfera no se va de las “orillas” de la Tierra porque, precisamente, esa fuerza de gravedad es la que la mantiene sobre nosotros para servirnos el aire que respiramos, la lluvia necesaria para la vida vegetal y animal y la protección de los rayos solares y radiaciones del universo.

Por otro lado, se demuestra claramente que la fuerza electromagnética es mucho más fuerte que la de gravedad, cuestión que se evidencia claramente, al ser capaz un imán de levantar con facilidad cuerpos sometidos a la fuerza de gravedad -o sea toda la fuerza de la Tierra-, para levantar como es el caso del alfiler y la bola de petanca. Así mismo, sabemos que los átomos están compuestos de un núcleo positivo rodeado por varios electrones de signo negativo lo que produce una cuasi neutralización que provoca que la fuerza que mantiene unidos a los átomos sea bastante débil, por cuyo motivo se puede decir sin miedo a equivocarnos que todas las interacciones significativas entre los diferentes átomos entre sí, suelen ser electromagnéticas. Cuestión fácil de demostrar con solo levantar un objeto pesado del suelo con nuestro brazo cuyos músculos se han activado de forma electromagnética para vencer la interacción gravitacional, lo que nos podría llevar a pensar que en este aspecto podemos ser más poderosos que la propia Tierra, debido a las interacciones electromagnéticas producidas en nuestros átomos musculares. Sin embargo, no nos engañemos pues, aunque la gravedad es débil, sus efectos son de largo alcance, sino fuera así ¿cómo sería posible que el Sol y los demás planetas incluyendo el nuestro pudieran mantenerse en equilibrio, girando en órbitas unos alrededor de los otros? La interacción gravitacional que se produce entre nuestro sistema solar y demás sistemas existentes en nuestra galaxia, la Vía Láctea, con los de Andrómeda, nuestra galaxia vecina, a solo 2,5 años luz y acercándose a 300 Km. por segundo y a su vez con miles de millones de galaxias que se encuentra a unas distancias tan enormes, se podría decir que es una interacción de largo alcance entre todo el vasto universo. Sin duda es lo que mantiene la estabilidad del mismo y el que no se pierda en la inmensidad de un espacio vacío, en un viaje casi eterno.

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Actualmente se sabe que la fuerza de gravedad afecta a todo o mejor, es universal. Sin embargo, la electricidad y el magnetismo solo afectan a un determinado tipo de cuerpos o materia por lo que lo físicos solo se concentraron en el núcleo de los átomos. En un principio, a mediados del siglo XX, se disparaban haces de partículas al núcleo de átomos y después a partes del átomo aún más pequeñas que el núcleo denominadas sub nucleares y más tarde se comparaba el modo en que rebotaban unas y otras llegándose a averiguar que, cuánto más energía contenía el haz de luz, más información se obtenía de la zona bombardeada.

«En la actualidad se utilizan partículas similares a electrones, acelerándolas a energías muy altas por medio de electroimanes y campos magnéticos, para lo cual ha sido necesario construir enormes aceleradores de partículas como el denominado el Gran Colisionador de Hadrones»

Dicha técnica se fue depurando y en la actualidad se utilizan partículas similares a electrones, acelerándolas a energías muy altas por medio de electroimanes y campos magnéticos, para lo cual ha sido necesario construir enormes aceleradores de partículas como el denominado el Gran Colisionador de Hadrones que en inglés significa Largue Hadron Collider (L H C), perteneciente a la poderosa organización europea llamada el C E R N, donde cada una de sus siglas corresponde a su antiguo nombre en francés, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire. Sus instalaciones se encuentran en Ginebra en la frontera franco-suiza y su tamaño es enorme. Lo forman amplios túneles con tecnología punta para su cometido con una circunferencia total de unos 30 Km. Allí se hace colisionar haces de protones entre sí a altísimas velocidades –cercanas a la luz– y a escala subatómica, con la idea de aclarar, de una vez por todas, como fue el universo poco después del big bang. En dicho proyecto colaboran unos 35 países que aportan unos 2.000 físicos y varios millares de personal técnico y de obra, y a día de hoy, ya ha sido capaz de producir un pequeño big bang a base de colisiones de iones de plomo que han llegado a alcanzar temperaturas un millón de veces superiores a las del centro del Sol.

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Otra cuestión que se tiene que analizar, dentro de la fuerza de gravedad, es la de los agujeros negros ¿existen en realidad los agujeros negros? ¿Podemos entenderlo solo con nuestra razón? Las dos preguntas se pueden contestar afirmativamente. En primer lugar, hay que tener en cuenta que la fuerza de gravedad que cualquier astro puede tener está en relación con la masa y con el radio del mismo, de forma que cuanto mayor es el radio, menor es la intensidad gravitatoria y cuanto mayor es la masa, mayor es la gravedad. El ejemplo comparativo más claro lo tenemos con la Tierra y el Sol, donde la masa del Sol es medio millón de veces la masa de la Tierra y el radio unas cien veces mayor, lo cual nos indica que escapar de la Tierra, o mejor, la velocidad de escape de nuestro planeta es de unos 11 Km. por segundo y depende de su masa y de su radio pero de forma contrapuesta: a mayor masa se necesitará mayor fuerza o velocidad de escape, mientras que a mayor radio, se necesitará menor velocidad de escape.

«La masa del Sol es medio millón de veces la masa de la Tierra y el radio unas cien veces mayor, lo cual nos indica que escapar de la Tierra, o mejor, la velocidad de escape de nuestro planeta es de unos 11 Km. por segundo»

En el caso del Sol, todos sabemos que está compuesto de enormes cantidades de hidrógeno y otros gases incandescentes que hacen que su volumen y por lo tanto su radio sea enorme en comparación al de la tierra. Por ello el mayor radio del sol compensa y aumenta su fuerza de gravedad lo que significa que la velocidad de escape del sol es unas cincuenta veces la velocidad de escape de la Tierra y, en cambio habíamos dicho que la masa del Sol era medio millón de veces la de la Tierra ¿Por qué esa enorme diferencia?, sencillamente porque la densidad del Sol es mucho menor que la de la Tierra, tal como hemos comentado.

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Pero el Sol no va a tener siempre el mismo tamaño, pues cuando vaya terminando su combustible la presión hacia fuera que genera su calor interno irá decreciendo paulatinamente, y entonces entra en juego la fuerza de gravedad, que irá aplastando y comprimiendo las capas externas hasta reducir nuestro Sol a una ínfima porción de su tamaño, con lo cual dentro de unos 5.000 millones de años aproximadamente, su tamaño quedará reducido al tamaño de una enana blanca, con un radio aproximado al que tiene la actual Tierra y se colapsará, al haber disminuido drásticamente su tamaño y conservar una buena parte de su masa, en esos momentos escapar de su superficie precisaría una velocidad de unos 7.000 Km. por segundo, muy grande, pero bastante menor que la velocidad de la luz. Si ahora suponemos que el Sol fuera algo más pesado, esa masa adicional lo comprimiría de tal forma que los electrones se aplastarían contra los protones formando una amalgama de neutrones que daría lugar a una estrella de neutrones tan densa, que un trozo como un puño de la mano, podría llegar a pesar la friolera de 5 billones de Kg. Finalmente, si la estrella colapsada fuera aún más pesada, el tirón de la gravedad hacia dentro produciría una implosión final que acabaría en una “singularidad”, es decir, un punto de densidad y potencia casi infinita. En ese momento la velocidad de escape desde ese ínfimo núcleo llegaría a ser mucho mayor que la velocidad de la luz, por lo cual ni la luz se salvaría de su atracción, lo que significaría que una estrella oscura o como se le denomina hoy, habría dado origen a un agujero negro, como ha escrito el americano Leonard Susskind, profesor de física teórica de la Universidad de Stanford en el año 2009.

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No obstante, en la actualidad se conoce a través de los telescopios electrónicos más sofisticados que en algunas galaxias muy distantes, existen gran cantidad de estrellas colapsadas que son absorbidas por enormes agujeros negros que no dejan escapar ni a la luz, y hoy en día conocemos que en los centros de las galaxias, millones de estrellas se han fusionado en agujeros negros cuya voracidad no tiene límites. Todo lo cual podría sugerir que existe una tendencia hacia otra singularidad como la conocida por big bang, lo que demostraría que nuestra hipótesis filosófica podría tener sentido y un nuevo universo en marcha sería posible, quizás en forma de un proceso eterno parecido al de los vivientes de la Tierra en un ciclo de nacimiento-muerte-nacimiento…

 

Alberto Vázquez-Firma

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Autor- AlbertoVázquez BragadoImagen de cierre de artículos