El Tamiz

Ignora lo accesorio, atesora lo esencial

Las cuatro fuerzas - Introducción (II)

En la primera parte de la historia sobre nuestro conocimiento de las fuerzas hablamos sobre todo de Aristóteles: aunque viajamos muchos siglos en el tiempo, todo lo que vimos eran correcciones a la dinámica aristotélica. Conocimos las mejoras propuestas por Filópono, Avicena y Buridan, y alcanzamos con él el siglo XV. Aunque parezca mentira poco pasó en este campo durante un par de siglos – hacía falta una genialidad poco común, que llegó en el XVII con el divino italiano – si hace falta que diga quién es te doy un pescozón.

Sí, hoy llegaremos, por fin, a la madurez de la dinámica. Será, quiero dejarlo claro, un artículo de babeo infame, pero es inevitable; y, además de baboso, será aún más ladrillaco que el anterior, así que ponte cómodo y disfrutemos para empezar, porque es para disfrutarlo, del genio delicioso de nuestro amigo pisano y sus dos aportaciones, que permitirían a Isaac Newton destruir la dinámica aristotélica para siempre y establecer una nueva.

La primera aportación de Galileo es cualitativa: al contrario que Buridan, el italiano abandona por fin la noción aristotélica de movimiento natural, voluntario y forzado. Para Galileo no tiene sentido decir que el movimiento de una piedra que cae hacia el suelo es más “natural” que el de otra que ha sido lanzada hacia arriba. El movimiento es movimiento y punto. Como recordarás, la idea de Aristóteles era que los seres vivos fuerzan las cosas, y si no fuera por ellos los objetos permanecerían “donde deben”, es decir, en su lugar natural.

Incluso en la descripción de Buridan de la piedra lanzada hacia arriba, la piedra sólo sube porque alguien la ha forzado a hacerlo impartiéndole ímpetu, pero una vez que llega al suelo se queda en su lugar natural. Ahora bien, se pregunta Galileo, ¿es esto siempre cierto? ¿No es posible crear un movimiento totalmente natural en el que un objeto suba? La respuesta es que sí.

Galileo Galilei
Galileo Galilei (1564-1642).

En su Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo (Diálogo sobre los dos principales sistemas del mundo), del que hemos hablado largo y tendido por su discusión sobre geocentrismo y heliocentrismo, el italiano se plantea un experimento mental que destruye la concepción aristotélica de movimiento natural y la distinción entre fuerzas naturales y de otro tipo. El experimento mental es el siguiente: imaginemos que hacemos un túnel a través del centro de la Tierra que va de un punto de la superficie terrestre a su antípoda. Imaginemos también que ponemos una bola en reposo a varios kilómetros de distancia del centro.

¿Qué le pasará a la bola? De acuerdo con los escolásticos –incluido Jean Buridan– la bola no tiene ímpetu alguno, ya que nadie le ha dado ningún golpe – nadie la ha forzado a moverse con una fuerza. Por lo tanto su peso la hará moverse hasta su lugar natural, que es el centro de la Tierra, y ahí permanecerá. Dado que no hay fuerzas “no naturales”, nada evita que la piedra acabe en reposo en el centro.

Esta concepción aristotélica es defendida por el tonto del libro, Simplicio – lo cual ya te da una idea de lo que respeta Galileo el tabú de cuestionar a Aristóteles. El italiano admiraba a Aristóteles, desde luego, pero a diferencia de muchos otros no tenía el menor respeto al principio de autoridad. Lo dijera Aristóteles o mi abuela, lo importante era si tenía razón o no. La primacía es ahora la de la razón. Mucho mejor que yo lo dice el propio Galileo:

En cuestiones de Ciencia, la autoridad de un millar vale menos que el humilde razonamiento de un solo individuo.

Lo cual es irónico dada la humildad del italiano, pero bueno. Lo importante es que, ideas científicas aparte, con Galileo no queda duda alguna de que lo importante es argumentar, y que no hay tabú alguno en este respecto.

Por otro lado, en el libro la idea galileana la defiende el contrincante de Simplicio, Salviati. Básicamente Simplicio sostiene que hay una diferencia entre las fuerzas y los movimientos naturales y los artificiales, y el diálogo con Salviati es el siguiente, referido a qué le pasará a la bola que cae por el túnel que atraviesa el centro del planeta cuando llegue allí:

Salviati: Habiendo llegado al centro, ¿es tu opinión que continuará hacia el otro lado, o detendrá inmediatamente su movimiento allí?

Simplicio: Creo que seguiría moviéndose una gran distancia.

Salviati: Pero ¿no sería este movimiento más allá del centro un movimiento hacia arriba y, de acuerdo con lo que has dicho, antinatural y forzado? Ahora bien, ¿de qué otro principio depende más que del que tú mismo has llamado intrínseco y natural?

La conclusión del italiano es más clara que el agua:

El principio que hace que un proyectil pesado se mueva hacia arriba […] no es menos intrínseco y natural que el que hace que se mueva hacia abajo.

No hay fuerzas naturales ni artificiales. Simplemente hay fuerzas. Pero Galileo no ha terminado aquí con la destrucción de la Física aristotélica. Aquí el italiano continúa el camino señalado por Avicena y Buridan, pero va más allá que ellos. Recordarás que para Buridan ya hay un indicio de fuerza como modificación del movimiento, no sólo como originadora de él. Pero en la teoría del ímpetu de Buridan aún hay una distinción absoluta entre reposo y movimiento: no es posible el movimiento si en algún momento no ha habido una fuerza que lo origine, aunque fuera en el pasado. El propio ímpetu es algo absoluto: en reposo no hay ímpetu, y cuanta más velocidad más ímpetu hay.

Dialogo de Galileo
Portada del Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo (1632).

Pero Galileo propone una idea completamente revolucionaria: no hay distinción entre el reposo y el movimiento. Su razonamiento original tiene que ver con el heliocentrismo, ya que algunos proponentes del geocentrismo intentaban destrozar la idea de que la Tierra se mueve preguntando cómo es posible que no lo notemos. La respuesta de Galileo es que el movimiento no se nota si no es usando alguna referencia. No hay experimento alguno que nos asegure que estamos quietos o nos movemos.

En el Dialogo, el pisano propone otro experimento mental para explicar esto, el de alguien en el interior de un barco que no puede ver el exterior (énfasis mío):

Enciérrate con un amigo en el camarote principal bajo la cubierta de un gran navío, y lleva contigo algunas moscas, mariposas y otros pequeños animales voladores. Lleva un gran recipiente lleno de agua con algunos peces dentro; cuelga una botella que se vaya vaciando gota a gota sobre un recipiente bajo ella.

Cuando el barco esté en reposo, observa cuidadosamente cómo los pequeños animales vuelan con idéntica velocidad en todas direcciones por la cabina. Los peces nadan igualmente en todas direcciones; las gotas caen sobre el recipiente bajo la botella; y, si lanzas un objeto a tu amigo, no tendrás que hacerlo más fuerte en una dirección que en otra, si las distancias son iguales. Si saltas con los pies juntos, lo harás igual distancia en todas direcciones.

Cuando hayas observado todas estas cosas cuidadosamente (aunque evidentemente cuando el barco está en reposo todo sucede de esta manera), haz que el barco se mueva con cualquier velocidad que desees, siempre que el movimiento sea uniforme y no varíe en una dirección u otra. No descubrirás la menor diferencia en todos los efectos mencionados, ni podrías deducir de ninguno de ellos si el barco se mueve o está en reposo. […] Al lanzar algo a tu compañero no tendrás que usar una fuerza mayor si está en dirección a la proa o la popa, contigo situado al otro lado. Las gotas caerán sobre el recipiente verticalmente hacia abajo y no se desviarán hacia la popa, incluso aunque durante la caída de la gota el barco recorra muchas brazas.

Aquí ves el abandono absoluto de la concepción aristotélica de fuerza, por el mismo abandono del concepto de movimiento absoluto. No sólo eso, sino que alcanzamos un grado de madurez científica extraordinario.

En primer lugar, Galileo abandona la concepción de reposo y movimiento absolutos: el movimiento es relativo. Se trata de la primera aparición de un principio de relatividad en la Física, y cuatro siglos más tarde Einstein lo ampliaría para abarcar aún más fenómenos –de un modo que probablemente hubiera hecho abrir mucho los ojos al de Pisa–. Es imposible saber si algo se mueve de modo absoluto. Sí tiene sentido, sin embargo, decir que una mariposa se mueve respecto al suelo del camarote, pero esto es muy diferente y mucho más limitado.

Además, aunque esto sea más sutil, tiene una segunda parte más epistemológica pero muy interesante: Galileo no lo dice explícitamente, pero su argumento indica que, si es imposible distinguir empíricamente entre reposo y movimiento, es inútil establecer conceptos separados para ambos. Es decir, no tiene sentido decir “Vale, no puedo saber si el barco se mueve o está parado, pero ¿cómo está de verdad? ¿en reposo o en movimiento?” Seguro que esto te suena si has leído sobre relatividad einsteiniana.

Y esto tiene una consecuencia que nos interesa mucho ahora mismo, ya que nuestro objetivo –por más que yo me vaya por los cerros de Úbeda– es hablar sobre el concepto de fuerza. Dado que el movimiento es relativo, el ímpetu también lo es. Por lo tanto no es necesaria una fuerza para que un objeto tenga ímpetu, ya que un objeto tendrá más o menos ímpetu simplemente dependiendo de respecto a qué estemos definiendo su movimiento. El recipiente del barco de Galileo, por ejemplo, no tiene ímpetu respecto al suelo del barco, pero sí respecto al océano si el barco viaja por él.

La cuestión es que, por más que Buridan se alejase de Aristóteles, seguía teniendo en la cabeza –porque es muy intuitivo– que “lo normal” es que las cosas estén paradas, y que para que se muevan hace falta forzarlas a hacerlo – con una fuerza, claro. Pero según Galileo no es más normal estar en reposo que moverse –ambas situaciones son indistinguibles–, ni es necesaria por tanto una fuerza para que existan movimiento y, con él, ímpetu.

¿Qué producen entonces las fuerzas, si no es movimiento? La definición aristotélica, al fin y al cabo, se basaba exactamente en eso: en su naturaleza de causa necesaria del movimiento. Pero ahora llega el hippie de Galileo y nos dice que todo es relativo, y entonces ¿qué nos queda?

Pero, ¡ah! Galileo no dice que todo sea relativo. Si relees el experimento mental del barco, el italiano se guarda de avisar de que esto se cumple “siempre que el movimiento sea uniforme y no varíe en una dirección u otra”. Luego según Galileo sí es posible notar, sin necesidad de mirar por la ventana, algo – pero ese algo no es si el barco está en reposo o se mueve, sino si está cambiando el movimiento del barco. Sin embargo el italiano no llegó mucho más allá, aunque plantó una base muy firme para que llegase Newton y terminase de definir la fuerza de un modo férreo.

El italiano no sólo lo hizo cualitativamente, con el abandono definitivo de las categorías de movimiento aristotélico y con el enunciado de su principio de relatividad. También proporcionó a la Ciencia la tercera “pata” con la que se convirtió por fin en una herramienta sin igual para desentrañar los secretos del Universo. La razón y la experimentación eran las dos patas anteriores – Galileo añadió las Matemáticas. Sus anotaciones, su cuidadosa geometría y sus medidas hicieron que la Física dejase de ser una ciencia descriptiva para convertirse en algo cuantitativo. Según el propio Galileo,

Las Matemáticas son el alfabeto con el que Dios ha escrito el Universo.

Desde luego, en esto una vez más Newton le daría sopas con honda, pero también una vez más sin un Galileo probablemente no hubiera habido un Newton tan grande como lo hubo. Y si con Galileo se me cae la baba, con Newton no sé ni qué decir con palabras. Merece un libro entero, pero en lo que a nosotros respecta ahora mismo, por más que nuestra Física del siglo XX haya añadido cosas, la base de nuestra concepción de fuerza se la debemos sin duda al inglés.

Newton adoptó el principio de relatividad galileana y construyó sobre él una nueva Física absolutamente separada de la aristotélica. No hay movimientos naturales ni forzados, no hay disquisiciones más o menos filosóficas ni se define nada que no sea necesario definir par explicar los fenómenos observados.

Cinco décadas después del Dialogo de Galileo, el inglés publica un libro en cuyo título queda bien clara la influencia galileana en cuanto a las matemáticas: Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principios matemáticos de filosofía natural).

Isaac Newton
Sir Isaac Newton (1642-1727).

Se trata seguramente del libro de Física más importante publicado jamás, pero aquí vamos a centrarnos en lo que nos preocupa ahora mismo: la noción de fuerza. Es algo central en los Principia; en el mismo prefacio, Newton dice:

La Mecánica Racional será la ciencia del movimiento resultante de fuerzas cualesquiera, y de las fuerzas requeridas para producir cualquier tipo de movimiento […] Pues todo el reto de la Filosofía parece consistir en esto – a partir de los fenómenos relacionados con el movimiento investigar las fuerzas de la Naturaleza, y posteriormente a partir de estas fuerzas deducir todos los demás fenómenos.

Parte de la grandeza de la obra de Newton es que, a diferencia de muchas anteriores, no es un comentario o una aclaración de las ideas aristotélicas, o incluso galileanas –aunque el inglés desde luego leyó a Aristóteles, a Buridan y a Galileo–. Está escrito como los antiguos textos griegos de Matemáticas, como una serie de lemas basados unos en los anteriores, sin necesidad de ningún otro texto para ser comprendido. Cada lema del libro es como un mazazo que destruye todas nuestras falsas concepciones anteriores, y el cuerpo de conocimiento que construye el inglés es un logro difícil de describir aquí.

En los Principia, el ímpetu de Juan Filópono, Avicena y Buridan es refinado hasta una definición perfectamente concreta y tan magnífica que la seguimos usando hoy sin apenas cambios más de tres siglos después. Newton no le da ese nombre, sin embargo, sino el de quantitas motus o cantidad de movimiento:

La cantidad de movimiento mide este mismo, y resulta de multiplicar la velocidad por la cantidad de materia [es decir, la masa].

Si recuerdas el ímpetu de Buridan, era el producto del peso por la velocidad, de modo que es algo parecido a la noción newtoniana, excepto que el inglés utiliza la masa –la cantidad de materia–, ya que como veremos en la siguiente entrada de la serie Newton tiene ya una teoría gravitatoria bien sólida en la que el peso es variable para la misma masa dependiendo del lugar en el que esté el cuerpo.

Principia Mathematica
Copia de la primera edición de los Principia perteneciente al propio Newton (Andrew Dunn / CC Attribution-Sharealike License 2.0).

Mucho más importante que el nuevo ímpetu es, por fin, la propia definición de fuerza, de una concisión maravillosa –aunque más importante todavía será algo relacionado con ella que vendrá después–:

Una fuerza es una acción ejercida sobre un cuerpo que cambia su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme.

Dicho en términos algo más modernos, el movimiento está cuantificado por la cantidad de movimiento, y la fuerza es la causa de la variación de la cantidad de movimiento. Newton aclara, además, que la consecuencia de una fuerza es inmediata y no permanece en el tiempo:

Esta fuerza consiste únicamente en la acción, y no permanece en el cuerpo cuando la acción cesa. Porque un cuerpo mantiene cada nuevo estado [de movimiento] que adquiere por su propia inercia.

Esta idea de que los cuerpos mantienen su estado de movimiento si ninguna fuerza actúa sobre ellos debido a su inercia vuelve a hacer su aparición en el núcleo real de la dinámica newtoniana: los tres principios de la dinámica o tres leyes de Newton, que son algo así como los tres mandamientos de la Mecánica Clásica.

Tan importantes son que hemos dedicado un artículo a cada uno – desde luego no hace falta que los leas para seguir con este artículo, pero si quieres aprender más sobre ellos y no lo has hecho ya te recomiendo que les eches un vistazo. Puedes encontrarlos aquí: primer principio, donde hablamos en detalle del concepto de fuerza, segundo principio, donde además establecimos el concepto de cantidad de movimiento, tercer principio, donde hablamos también sobre la conservación de la cantidad de movimiento. Probablemente no merece la pena que dejes de leer ahora para ir a ellos, pero me parece un buen lugar donde apuntarte hacia una ampliación.

Esos tres principios son esenciales porque describen tanto la naturaleza de las fuerzas en general como su comportamiento, pero sobre todo porque uno de ellos –el tercero– cambia radicalmente nuestra concepción de fuerza. Los dos primeros son una formalización de ideas que ya hemos explorado suficientemente, de modo que me detendré menos en ellos.

El primero es simplemente una reiteración del principio de inercia:

Ley I: Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas ejercidas sobre él.

El segundo vuelve a hablar de la fuerza como causa de los cambios en el movimiento de los cuerpos:

Ley II: El cambio en el movimiento es siempre proporcional a la fuerza motriz empleada, y se dirige en la dirección de la línea recta definida por la fuerza.

Finalmente, el tercero parece inofensivo pero es, como decía antes, el que cambiaría nuestra concepción sobre la fuerza:

Ley III: Para cada acción siempre existe una reacción igual y opuesta: las fuerzas que dos cuerpos ejercen el uno sobre el otro son siempre iguales y dirigidas en sentidos contrarios.

Si recuerdas la propia definición de fuerza como acción que cambia el movimiento de un cuerpo, aquí tenemos algo crucial: las acciones –las fuerzas– nunca existen solas, sino siempre a pares. A diferencia de los científicos anteriores, Newton no concibe que un cuerpo sufra una fuerza –por ejemplo, su peso– sin más.

Toda fuerza es una acción, luego toda fuerza tiene un agente, y toda acción la sufre alguien, luego toda fuerza tiene un receptor. Como ves, es una universalización del concepto: da igual qué fuerza sea, toda fuerza tiene exactamente la misma definición y cumple exactamente las mismas leyes. Pero hay algo más.

Sigamos con la aclaración de Newton sobre el tercer principio:

Sea lo que sea que tira o empuja algo es igualmente tirado o empujado por el otro. Si empujas una piedra con el dedo, el dedo es también empujado por la piedra. Si un caballo tira de una piedra atada a una cuerda, el caballo –si puedo decirlo así– sufrirá un tirón idéntico hacia atrás, hacia la piedra.

Pero, si no es posible una acción sin su reacción correspondiente, y ambas son idénticas pero en sentidos contrarios, esto significa que hablar de acción sin más no tiene sentido: hablar de acción-reacción sí. Esto significa que hablar de agente y receptor tampoco tiene sentido, y tan importante es que lo pongo en su propio párrafo:

Si el agente de una fuerza es el receptor de su reacción, y el receptor de la acción es agente de la reacción, no tiene sentido hablar de un agente y un receptor porque ambos son las dos cosas. No tiene sentido hablar de una fuerza como acción: la noción de fuerza de Newton es la de una interacción. De hecho, si vamos a lo esencial de la Naturaleza, toda interacción entre partes de ella es una fuerza. Hablar de interacción entre dos cosas y hablar de fuerza entre ellas es exactamente lo mismo.

Isaac Newton en 1702
Isaac Newton en un retrato de 1702.

Así, a partir de Newton no tiene sentido decir que la Tierra te atrae mediante la fuerza gravitatoria: la Tierra y tú interaccionáis mediante la fuerza gravitatoria, atrayéndoos el uno al otro. La razón de que antes nos obcecásemos tanto con separar claramente un objeto que ejerce la fuerza –tu dedo– de otro que la sufre –la piedra– era que los efectos de esa interacción no son iguales sobre ambos. De igual manera, la interacción gravitatoria entre la Tierra y tú apenas tiene consecuencias sobre la Tierra –porque es gigantesca– pero sí tiene consecuencias importantes sobre ti –porque eres una pizca a su lado–.

De modo que, aunque estemos hablando de finales del siglo XVII, si comprendes el concepto de Newton ya tienes una idea muy buena de la concepción moderna de fuerza: es una interacción entre dos cosas que produce un cambio en el movimiento de ambas. Por eso el inglés es tan enorme. En los siglos XVIII y XIX no hubo apenas nada que cambiase nuestra concepción, aunque sobre la mecánica newtoniana construyésemos algo enorme y se definieran muchos conceptos nuevos.

De hecho, si algo sucedió en los siglos posteriores a Newton no fue tanto que cambiase nuestra concepción de fuerza, sino que se desinflase un tanto su importancia. Al elaborar un aparato matemático mucho más complejo nos vimos utilizando otros conceptos más abstractos –muchos de ellos relacionados con la energía– que eclipsaron al de la fuerza para predecir el comportamiento de los sistemas. El más importante de esos conceptos nuevos, ya que finalmente supondría el verdadero cambio en nuestra concepción de la naturaleza tanto de las fuerzas como de la materia, sería el concepto de campo, pero es algo tan intrínsecamente ligado al nacimiento del electromagnetismo que prefiero dejarlo para entonces.

Y es que, tras Newton, las modificaciones de nuesta noción de fuerza fueron accidentales: el inglés dio una definición universal tan magnífica de la fuerza que después nos dedicamos a aplicarla a todos los fenómenos que se nos ponían por delante. Y fue mucho después, analizando algunos de esos fenómenos concretos, que nos dimos cuenta de que había cosas que no habíamos tenido en cuenta, y modificamos nuestra idea original: por esa razón en esta introducción no iré más allá en la historia, ya que hablaremos de esas modificaciones a través de las fuerzas concretas que las originaron.

Una vez establecido el concepto de fuerza como interacción, hablemos de las fuerzas fundamentales. ¿Qué quiere decir eso? Para responder a la pregunta volvamos un momento a Newton.

Ya hemos dicho que el inglés universalizó el concepto, y a partir de él no hay reglas distintas para diferentes fuerzas como antes: todas tienen un comportamiento común, ya sea un empujón a una pared, la gravedad que atrae a una piedra, el ascenso de un globo aerostático por el empuje o la atracción entre dos imanes. Dado que, tras Newton, la idea general de fuerza estaba bien establecida, gran parte del trabajo que nos quedaba por hacer era, como había dicho él mismo en el prefacio de los Principia, “a partir de los fenómenos relacionados con el movimiento investigar las fuerzas de la Naturaleza”.

Resulta evidente que, por muchos orígenes distintos de fuerzas que pueda haber, muchas tienen cosas en común. Por ejemplo, el golpe de una bola en tu cabeza y el de una pala sobre el suelo son muy similares. Lo mismo sucede con la atracción entre dos cargas de distinto signo y la repulsión de dos cargas del mismo. Pero si empezamos a agrupar fuerzas similares encontramos que, por ejemplo, la atracción gravitatoria y el empujón de la bola sobre tu cabeza no parecen tener nada que ver la una con la otra.

Así, es posible descubrir que lo que parecían dos fuerzas completamente distintas tienen realmente el mismo origen. Como ejemplo, aunque llegaremos más en detalle a ello, la fuerza que hace que un cuchillo corte un filete y la fuerza que eriza el pelo cuando pasas un objeto cargado cerca tienen el mismo origen: ambas son, en último término, repulsiones entre cargas eléctricas. Pueden parecer diferentes, pero al destriparlas su base es la misma: la fuerza eléctrica. Sin embargo, en cierto momento nos dimos cuenta de que, aunque parezcan distintas, la fuerza eléctrica que he mencionado y la que atrae dos imanes –la fuerza magnética– también son realmente la misma fuerza expresada de maneras diferentes…

De modo que a partir de Newton hicimos justamente eso: analizar cada fenómeno físico en el que aparecía una fuerza y tratar de agruparlos todos hasta tener el mínimo número posible de conceptos independientes. El erizar del pelo y el corte del cuchillo son fenómenos diferentes, pero su explicación es única. Haciendo lo mismo con todos los fenómenos observados llegaremos, por tanto, al número mínimo de fuerzas completamente independientes que pueden explicar todo lo que vemos – las interacciones fundamentales.

Si comprendes esto, y también la naturaleza en eterno cambio de la Ciencia, comprenderás también que a la pregunta “¿Cuántas fuerzas fundamentales hay?” habrá una respuesta diferente en cada momento. En época de Newton había cientos de fuerzas diferentes sin conexión conocida, mientras que según pasaba el tiempo fuimos disminuyendo ese número. Recuerda que la definición de fuerza fundamental depende de nuestro conocimiento, ya que lo es mientras que no podamos reducirla a otra ya conocida. Pero si no podemos conectar dos fenómenos, ¿es porque no tienen conexión o porque no la conocemos?

De hecho, irónicamente teniendo en cuenta el nombre de esta pequeña serie, si respondemos a la pregunta ahora mismo la respuesta no es que hay cuatro fuerzas fundamentales: existen tres fuerzas fundamentales en el Universo que explican todos los fenómenos que hemos visto hasta el momento. Ya, ya sé las dos preguntas que vas a hacerme, una con expresión curiosa y la otra más bien enfadada:

La primera: ¿Cuáles son esas tres fuerzas fundamentales? Y, frunciendo el ceño: ¿Por qué escribes una serie llamada “Las cuatro fuerzas” cuando realmente son tres?

Respecto a la primera pregunta, aunque por ahora pueda no significar mucho, ya que iremos hablando de ellas una por una, las tres fuerzas fundamentales que conocemos ahora mismo son la fuerza gravitatoria, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electrodébil. Todas las interacciones que observamos son, en último término, una manifestación de una de estas tres interacciones.

Antes de enfadarte por la segunda, recuerda: tal vez dentro de diez años no responda lo mismo y te diga que existen dos interacciones fundamentales, o incluso una única interacción fundamental. De hecho, como veremos a lo largo de la serie, sospechamos que la fuerza nuclear fuerte y la electrodébil son caras de la misma fuerza fundamental. El número es consecuencia no sólo de cómo es el Universo, sino de cuánto sabemos sobre él. Hasta hace relativamente poco habíamos reducido todas las interacciones a cuatro, las cuatro fuerzas del título de la serie: la gravitatoria, la nuclear fuerte, la nuclear débil y la electromagnética.

Como veremos más en detalle en esta serie, el último experimento que verificó experimentalmente la unificación entre la fuerza nuclear débil y la electromagnética es de 1983, es decir, hace relativamente poco tiempo, y la inercia con los nombres es bastante grande. Además, así como los efectos de la fuerza eléctrica y los de la magnética son tan parecidos que hablar de la fuerza electromagnética como unión de ambas tiene mucho sentido práctico, los efectos de la interacción débil y la electromagnética son muy diferentes en casi cualquier situación, con lo que sigue manteniéndose a menudo la distinción entre ellas. Yo la he mantenido en el título, aunque posteriormente veremos por qué ambas son una única interacción fundamental expresada de dos modos diferentes.

De manera que espero que, tras este ladrillaco, tengas una idea de todo lo que nos propusimos explicar al principio: qué es una fuerza, qué es una fuerza fundamental y cuántas hay. Nos encontramos por tanto hacia el año 1700 y, como no hemos rezado aún lo suficiente ante el altar de Newton, empecemos por destripar precisamente la fuerza definida y estudiada en profundidad por primera vez por el inglés: la fuerza gravitatoria.

Ciencia, Física

30 comentarios

De: Javier
2014-01-16 18:04

Aprendo más el dia que publicas que el resto de la semana junta. Solo verlo en twitter ya me alegra el dia.

De:
2014-01-17 02:48

"ni se define nada que no sea necesario definir par explicar los fenómenos observados." Ese par debería ser para

Gran artículo. Lo que más me ha gustado es lo de la fuerza electrodebil, así que, parece que mi placer se ve influenciado por mi ignorancia. Cuanto menos se más aprendo y más disfruto con el artículo. :-)

De: manuel
2014-01-17 04:11

Esplendido,como siempre, graciñas! Respecto de la fuerza elecromagnetica, lamento saber que ya no existe, pero aparte de eso creo que Feynman decia que realmente toda ella era electica y que los fenomenos incluidos en el magnetismo eran puramente electricos. Creo que incluso incluia las fuerzas nucleares como.de natualeza electrica.Nos contaras algo al respecto. ? Saludos manuel

De: Radiator
2014-01-17 10:47

Muchas gracias Pedro, otra vez un muy buen trabajo. A ver si de esta, termino por comprender lo que antes se llamaba fuerza nuclear debil, que nunca lo he tenido claro del todo. En la mayoría de los sitios se limitan a decir que está relacionada con fenomenos de desintegración radioactiva pero no van más allá (al menos a un nivel que yo pueda entender). Gracias de nuevo y sigue así, por favor!!!

De: Gregorio
2014-01-17 18:02

El magnetismo es sólo un efecto relativista de cargas eléctricas en movimiento, por lo que la única fuerza real que existe es la eléctrica y como se dice en el artículo a ciertas densidades de energía la fuerza eléctrica y la fuerza nuclear débil se unifican.

De: chamaeleo
2014-01-18 11:09

Gregorio, tomando como referencia el post:

http://eltamiz.com/2012/02/09/las-ecuaciones-de-maxwell-la-inspiracion-de-la-relatividad/

Creo que tanto el campo magnetico es un efecto relativista del campo eléctrico, como que el campo eléctrico es un efecto relativista del campo magnético.

Si sólo fuera el magnetismo un efecto relativista de cargas eléctricas en movimiento (pero no a la inversa), entonces existiría la posibilidad de declarar a las cargas eléctricas como referencia absoluta, con lo cual se podría definir qué es lo que está en reposo absoluto.

Respecto a la fuerza nuclear débil, siempre me ha resultado la más difícil de asimilar. Espero con ansias las siguientes entregas.

De: Gregorio
2014-01-18 16:25

Chamaeleo: Considero que al existir cargas eléctricas aisladas y no monopolos magnéticos, es más correcto hablar sólo de campos eléctricos.

De: Mariano
2014-01-19 04:05

por más que "nuesta" Física del siglo XX En el tercer párrafo arriba del primer retrato de Newton esta esa errata.

De: Noel
2014-01-20 09:58

Genial como siempre!! Es realmente un placer poder disfrutar de árticulos así de interesantes y bien hechos.

Por no hablar del ritmo de producción que llevas!! :)

Muchas gracias!!

De: Pedro
2014-01-20 15:42

Corregido, Mariano, gracias :)

De: Luis
2014-01-22 12:59

Maravilloso como siempre, Pedro.

Un saludo.

De: Carlos
2014-01-22 16:03

Extraordinario el artículo, como siempre. Voy a exponer una duda que, seguramente, es una estupidez... perdonadme si es así: Además de la interacción nuclear fuerte, la electrodébil y la gravitatoria, la interacción de Higgs ¿no sería una cuarta fuerza? Si se adscribe a una de las tres fuerzas fundamentales, ¿a cuál? ¿a la fuerte? ¿a la electrodébil?

un saludo a todos

De: José
2014-01-22 22:41

Pienso q no se trata de una fuerza sino de una característica del espacio-tiempo, una propiedad intrínseca del tejido del Cosmos. Es el marco en el q se mueven las ondas/partículas cuya presencia da lugar a dichas fuerzas. Un saludo.

De: Carlos
2014-01-24 10:41

Muchas gracias, José. Me imaginaba que sería algo así, pues si hubiera sido una nueva fuerza ya nos lo habrían dicho. Pero todo esto me sigue planteando algunas dudas... A ver, una fuerza es una interacción entre dos partículas de cualquier tipo, en la que se intercambian partículas mediadoras. En las tres fuerzas básicas las partículas mediadoras son: en la fuerza electrodébil los fotones y partículas W y Z; en la interacción fuerte los gluones; en la Gravedad los gravitones. En la interacción de Hiss hay una interacción entre una partícula y un campo, el campo de Hiss, y se intercambia una partícula mediadora, la partícula de Hiss. La diferencia entre las fuerzas convencionales es que en ellas siempre hay dos partículas-ondas (con sus campos correspondientes) mientras que en la interacción de Hiss sólo hay una partícula y un campo, pues el campo de Hiss existe todo el Universo sin necesidad de que haya ninguna partícula previamente en él... sería algo así como una propiedad intrínseca del espacio-tiempo. Hasta aquí así interpreto, José, tu explicación. Pero si tenemos en cuenta que en la interacción de Hiss hay una partícula mediadora y hay una partícula "con masa" que sufre su acción y esta acción de la partícula de Hiss sobre la partícula que tiene esa propiedad que llamamos masa se opone a la modificación de su velocidad, la inercia, y le hace imposible alcanzar la velocidad de la luz, por grande que sea la fuerza que apliquemos sobre ella... sólo nos faltaría una segunda partícula interactuando con la primera para tener todas las propiedades de una fuerza convencional. Por eso había dicho que si no se podría considerar una fuerza más... en cierta manera.

De: Mauricio
2014-01-24 18:16

Muy buen artículo y fácil de entender. Hace casi 20 años estudié en la Universidad las "4 fuerzas" y ahora gracias a ti, aprendo que son 3. Espero el próximo artículo para seguir aprendiendo.

De: J
2014-01-24 18:39

Ganas tengo de que entres en materia.

De: Curly
2014-01-27 15:20

Carlos, según tengo entendido, la interacción de Higgs no es otra cosa que la interacción gravitatoria, y la partícula mediadora es el bosón de Higgs, ya que el gravitón no pertenece al modelo estándar de partículas y no ha sido descubierto

De: Simplificador
2014-01-27 18:27

Pedro,

Voy a plantear una pregunta con cierta vergüenza, porque estoy seguro de que es algo muy básico, pero el hecho es que no conozco la respuesta y he pensado que esta entrada puede ser un buen lugar para intentar resolverla. Allá va:

¿Es correcto hablar de la "fuerza de la gravedad" después de Einstein? Quiero decir, lo que en Newton era la atracción gravitatoria, ¿no se sustituye en la Relatividad General por las famosas deformaciones del espacio-tiempo?

Gracias de antemano por la atención.

De: Pedro
2014-01-28 18:05

Simplificador,

Como hablaré de gravedad en la siguiente entrega, entenderás que no te conteste aquí... eso sí, la pregunta no es básica ni es una tontería.

Es más, me atrevería a decir que para hacer esa pregunta hay que saber cosas que la mayor parte de la gente no sabe :)

De: pablo
2014-01-29 15:29

Simplificador te recomiendo que veas un video de la universidad de Stanford en el que Leonard Susskind (no se si lo he dicho bien) habla desde galileo a la relatividad general. Esta en youtube tu solo busca "General relativity stanford".

Es muy bueno, espero que te sirva.

De: pablo
2014-01-29 15:30

por cierto hay varios yo estoy viendo el primero.

De: Simplificador
2014-01-30 18:22

Pedro

Espero entonces con impaciencia (con más impaciencia) la próxima entrada. En cuanto a mi pregunta, no sabes cuánto me alivia saber que no era tan tonta como yo pensaba.

Un saludo muy cordial

De: Simplificador
2014-01-30 18:24

Pablo

Muchísimas gracias por la referencia, tiene muy buena pinta. A ver si este fin de semana puedo echarle un ojo. Saludos

De: Venger
2014-01-31 10:08

¡Felicidades Pedro! Hoy es el día del BUEN profesor

De: Bevender
2014-02-01 16:17

Hola! Podrías poner esta serie en http://eltamiz.com/series/? Muchas gracias por todo lo que haces.

De: Pedro
2014-02-01 18:00

Bevender, creo que lo haré cuando tenga su propia página "índice/presentación", pero no sé cuándo escribiré eso... imagino que cuando lleve algunos artículos, si es larga, o cuando la termine si es corta. No te olvides de recordármelo dentro de un par de meses ;)

De: Nikolai
2014-02-02 14:04

Tiempos sin comentar ... Estoy esperando con ansias esta "saga" definitivamente cuando entró al tamiz me engancho... Gracias Pedro por mantener esta Divulgación maravillosa.

De: Manuel B.
2014-02-10 22:31

Es la primera vez que entro en tu sitio y ya me has enganchado por los articulos. Es una pene que no hayas escrito aun nada sobre la gravedad porque estoy algo obsesionado con ella ultimamente.Personalmente creo que no existe como tal, solo se manifiesta cuando existe "proximidad" entre elementos del Universo. Por lo tanto en zonas "vacias" del Universo no existiria esa interaccion a la que me gusta llamar antiuniversal porque trata de eliminar el Universo concentrandolo en una singularidad. Espero tu articulo con ansiedad. No tardes ;-) Un saludo

De: radiator
2014-02-12 00:49

hola buenas, esperando el articulo de la gravedad con ansia!!! tanta que no puedo evitar ir haciendo cabalas ya... yo estoy con Eintein :P ... la gravedad NO es una fuerza... es la deformación del tejido espacio-temporal... ¿cómo si no iba a afectar a la luz que no tiene masa? si fuese una fuerza que afecta a la materia con masa, la luz seguiria su camino sin notarla... hala.. ya lo he dicho...si no lo suelto reviento :) un saludo!!

De: Cheburashka
2014-07-23 04:20

Hola quisiera saber cuál es y en qué consiste el experimento de 1983 que mencionas en tu texto y si puedes darme algunos links o bibliografía en donde pueda saber sobre él.

Muchas gracias :)

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