O universo é mantido unido pelas leis da física. Todas as leis da física são ditadas por quatro forças: gravidade, eletromagnetismo, força nuclear fraca e força nuclear forte. Essas quatro forças mantêm nosso universo unido e, sem elas, o universo não poderia existir. Cada uma das quatro forças, com exceção da gravidade , tem suas próprias partículas mensageiras que carregam a força. O que são essas forças e como elas operam?
Gravidade
A gravidade é talvez a mais conhecida das quatro forças. Não só foi a primeira força a ser identificada, mas também opera nas maiores escalas, tornando-a muito mais aparente do que as outras três forças. A gravidade foi descrita pela primeira vez por Isaac Newton na década de 1660. Newton procurou descrever como os objetos caem na Terra e por que outros objetos, como a Lua , orbitam a Terra. Newton criou um modelo matemático que descrevia como objetos com massa exercem uma força de atração, uma força que ele chamou de gravidade. A força da gravidade é proporcional à massa de um objeto, com objetos de maior massa extorquindo uma força gravitacional mais forte. Curiosamente, apesar do sucesso da teoria de Newton, ele não conseguiu definir o que a gravidade realmente era. Ele sabia que era uma força de atração, mas não sabia por que os objetos exerciam uma força gravitacional. Somente no início do século XX, quando Albert Einstein publicou sua teoria da gravidade chamada Relatividade Geral, que teríamos uma definição de como a gravidade é produzida. Einstein foi capaz de descrever como a força gravitacional funciona. Em vez de ser uma força misteriosa entre objetos, a gravidade é a deformação do próprio espaço. O espaço pode ser pensado como um tecido, no qual objetos com massa podem distorcer e dobrar o tecido. Por exemplo, o Sol cria uma espécie de reentrância no espaço, e todos os planetas orbitam ao longo desse espaço curvo. Curiosamente, apesar de a gravidade ser a mais reconhecível das quatro forças, ela é de longe a força mais fraca do universo.
Embora Einstein tenha conseguido descrever o que é a gravidade, ela ainda permanece a mais misteriosa das quatro forças. Com o advento da mecânica quântica no início do século XX, o mundo da física mergulhou no caos. A maior parte do que pensávamos ser verdade revelou-se errada, e o universo provou ser muito mais misterioso do que jamais poderíamos imaginar. Neste novo mundo da mecânica quântica, a gravidade tem tido dificuldade em encontrar seu lugar. As outras três forças da natureza podem ser descritas usando a mecânica quântica, mas, por mais que os cientistas se esforcem, a gravidade não pode ser descrita com precisão no reino quântico.
Eletromagnetismo
Depois da gravidade, o eletromagnetismo é talvez a força mais popular do universo. Todos nós provavelmente a vivenciamos todos os dias. Ao ler isto em um celular, computador ou tablet, você está usando a força eletromagnética. Toda a nossa civilização global é alimentada pelo eletromagnetismo. Curiosamente, o eletromagnetismo já foi considerado duas forças distintas: eletricidade e magnetismo. O primeiro cientista a identificar uma conexão entre essas duas forças foi Michael Faraday. No início do século XIX, Michael Faraday percebeu que uma corrente elétrica poderia induzir um campo magnético, e que um campo magnético poderia induzir uma corrente elétrica. Ele identificou corretamente que, em vez de serem duas forças distintas, eletricidade e magnetismo eram, na verdade, manifestações da mesma força, que ele chamou de eletromagnetismo. Infelizmente, Faraday não tinha o conhecimento matemático para descrever o eletromagnetismo e, portanto, sua teoria não foi amplamente aceita. Então, em 1865, outro cientista chamado James Clerk Maxwell desenvolveu as ideias de Faraday. Maxwell passou a descrever a força eletromagnética em termos matemáticos, criando as famosas equações de Maxwell. Além de combinar eletricidade e magnetismo sob o mesmo teto, Maxwell descobriu que a luz é a mensageira da força eletromagnética.
As Forças Nucleares Fortes e Fracas
A força nuclear fraca é uma descoberta relativamente recente. Sua existência foi proposta pela primeira vez pelo físico Enrico Fermi, que propôs a existência da força fraca em 1933. A força fraca descreve a interação de átomos em termos de decaimento radioativo e, sem ela, coisas como fissão nuclear e fusão nuclear não poderiam ocorrer. Embora seja chamada de força fraca, ainda é significativamente mais forte do que a gravidade. Não percebemos a força fraca em nossas vidas cotidianas devido ao fato de que ela opera em escalas extremamente pequenas. Embora a existência da força fraca tenha sido proposta pela primeira vez em 1933, suas partículas mensageiras, chamadas bósons W e Z, não foram confirmadas até a década de 1980. Além disso, na década de 1960, os cientistas conseguiram combinar a força eletromagnética e a força fraca em uma única força chamada força eletrofraca.
A força nuclear forte é a força mais recente a ser descoberta. Até a década de 1970, os cientistas não conseguiam descrever como os átomos se mantêm unidos. Para explicar como os átomos se mantêm unidos em vez de se separarem, os cientistas propuseram a existência da força nuclear forte. A força forte é transmitida por uma partícula subatômica chamada glúon. Como o nome sugere, ela “cola” os átomos. A força nuclear forte é a mais forte das quatro forças, apesar de operar nas menores escalas.
