Quatro forças fundamentais

RKA3JV - Olá, vamos iniciar mais uma aula. O que eu quero fazer, neste vídeo, é dar a vocês uma boa visão global das quatro forças fundamentais do universo. Eu vou começar com a gravidade. E alguns de vocês devem ficar surpresos, já que a gravidade é a mais fraca das quatro forças fundamentais. E isso é interessante, porque é ela que nos mantém grudados. Bom, não grudados, mas nos impede de cair do planeta. É ela quem mantem a Lua em órbita ao redor da Terra, a Terra ao redor do Sol e o Sol ao redor do centro da nossa galáxia. O fato dela ser, na verdade, a mais fraca das forças que vamos falar, é um pouco surpreendente. E tudo começa a fazer sentido quando você pensa sobre coisas relacionadas à escala humana molecular ou até mesmo atômica. Mesmo na escala humana, você e seu computador ou seu telefone e sua carteira, tem alguma atração gravitacional, mas você não os vê sendo atraídos da mesma maneira que você vê dois imãs se atraindo ou se repelindo. E se você observar uma escala ainda menor, você verá que isso importa cada vez menos. Nós nem mesmo falamos sobre gravidade em química. Apesar de ela estar lá. Nestas escalas outras forças começam a dominar. E então, a gravidade é a força mais fraca. Passando para outra força temos a força fraca, às vezes chamada de interação fraca. Ela é responsável pelo decaimento radioativo particularmente em beta menos e beta mais. Só para ilustrar um pouquinho a interação fraca, se eu tivesse um Césio 137, 137 significa que o átomo tem 137 partículas no núcleo que são prótons e nêutrons. Se você somar os prótons e nêutrons do Césio você tem 137. E este átomo é o Césio, porque tem exatamente 55 prótons. A interação fraca é responsável por um de seus nêutrons. Essencialmente, por seus quarks se lançarem e se transformarem em um próton. Eu não vou me aprofundar sobre o que é um quark, mas eu quero te passar um exemplo do que a interação fraca faz. Então, se um destes nêutrons se transformar em um próton, nós teremos um próton extra, mas teremos o mesmo número de núcleon. Ao invés de um nêutron extra aqui, você tem um próton extra. E agora ele é um átomo diferente. Agora é um Bário. E neste lançamento, o átomo pode emitir um elétron e um antineutrino de elétron. Eu não vou falar sobre o que é um antineutrino de elétron, pois são partículas fundamentais. Mas isso é o que a interação fraca é, não é algo muito óbvio para nós. Não é simplesmente algo que puxa e empurra coisas como nós devemos associar as outras forças. Agora, eu quero lhe dar uma ideia de quanto a gravidade é fraca, mesmo comparado à interação fraca. A interação é 10 elevado a 25 vezes a força da gravidade. E você deve pensar, se é tão forte, como ela não opera em planetas ou em nós em relação à Terra? Por que não é aplicada a distâncias intergalácticas como faz a gravidade? E a razão é: a interação fraca só se aplica a distâncias muito pequenas. Logo, ela pode ser muito mais forte que a gravidade, mas é somente aplicada a níveis subatômicos. Se for além disso ela desaparece como força relevante. Vamos à próxima força na hierarquia, que é a que estamos mais familiarizados, que é algo que domina quase toda química que utilizamos, e o eletromagnetismo que utilizamos. E ela é a força eletromagnética. Só para lhe dar uma ideia do tamanho, ela é 10 elevado a 36 vezes mais forte que a gravidade. É como se ela pusesse a interação fraca no seu lugar. Pois é. 10 elevado a 12 vezes mais forte que interação fraca. Estes números de que falamos são absurdos, mesmo relativo a esta força ou a gravidade. E você deve estar se perguntando, a força eletromagnética que é inacreditavelmente forte, por que não é aplicada a estas escalas macro como a gravidade? Eu vou esclarecer isso. Por que não são usadas em escalas macro? Na verdade, não há nada sobre as forças eletromagnéticas não poderem ser aplicadas a distâncias enormes. O fato é que não há concentrações de cargas elétricas ou magnetismo que consigam permanecer em altas concentrações em longas distâncias. A força eletromagnética pode ser atrativa e repulsiva. Como ela tende a se projetar, logo você não tem mais uma concentração suficientemente enorme de carga. Outra coisa que você deve estar imaginando é por que é chamada de força eletromagnética. Em nossa vida existem coisas como a força Coulomb ou força eletrostática, que você está familiarizado. Cargas positivas se repelem, e se fossem duas negativas, a mesma coisa estaria acontecendo. E cargas diferentes se atraem, nós já vimos isso antes. Esta é a força Coulomb, ou força eletrostática. E no outro lado da palavra, nós temos a parte magnética. Você sabe, você já brincou com um imã de sua geladeira. Se ele se dispõe no mesmo lado, eles vão se repelir. Se estão em lados opostos, polos opostos, eles vão se atrair. Porque é chamada de força. E, de novo, eu não vou entrar em detalhes aqui. Bom, é chamada de força, porque a força eletrostática e a magnética são, na verdade, a mesma coisa vistas de diferentes pontos de vista. No próximo vídeo, eu vou explicar como elas estão conectadas. É mais aparente quando estão se movendo. Quando as cargas estão se movendo em quadros relativistas. Apenas lembre-se que elas são a mesma força, mas vistas de diferentes pontos de vistas. Agora, a mais forte das forças, é a força forte. Você provavelmente não viu isso ainda em sua aula de química, mas é uma força muito aplicada em química. Eu vou pegar aqui um átomo de Hélio. Um átomo de Hélio tem dois prótons em seu núcleo e dois nêutrons. Ele também tem dois elétrons circulando ao seu redor. Uma questão pode, ou não, ter vindo à sua mente. Quando você viu este modelo pela primeira vez, tal como, eu vejo como os elétrons são atraídos ao núcleo. Existe uma carga elétrica negativa. O núcleo tem uma positiva, mas o que não é óbvio e o que às vezes não é explicado em aula de química é como estas duas cargas positivas estão uma ao lado da outra. Se a força eletromagnética fosse a única operando, se a força Coulomb fosse a única acontecendo, estas partículas aqui iriam fugir uma da outra. Elas iriam se repelir. E a única razão delas ficarem juntas é que há uma força ainda mais forte que a eletromagnética operando nestas distâncias muito pequenas. Se você pegar dois destes prótons suficientemente próximos, verá que aí a interação forte atua. E a força forte só se aplica a distâncias muito, muito pequenas, subatômicas. Ou eu devo dizer distância subnucleares. Logo, você tem a interação forte mantendo estes dois prótons juntos. E, novamente, lembrando da força da gravidade, a força forte é 10 elevado a 38 vezes mais forte que ela. E é, mais ou menos, 100 vezes mais forte que a força eletromagnética. E, novamente, a razão de você não ver a força forte, que é a mais forte, ou a interação fraca sendo aplicada a níveis enormes, é que sua força acaba muito rapidamente. Mesmo em núcleos de átomos mais largos, a força começa a acabar, especialmente a força forte. A razão de você não ver a força eletromagnética atuar a longas distâncias, mesmo que em teoria isso possa ocorrer, é porque você não tem a concentração necessária de carga, do modo que você tem concentrações massivas no universo. Porque as concentrações de carga tendem a se impulsionar, e a se equalizar. Se eu tiver uma carga gigante positiva aqui e outra negativa ali, elas vão atrair uma à outra, depois se tornarão um enorme pedaço de carga neutra. E uma vez neste estado, elas não vão interagir com mais nada. Já a gravidade, se você tiver um corpo e outro corpo, eles vão se juntar e logo você tem uma massa muito mais capaz de atrair outras massas. Assim, continuará a atrair coisas a esta grande massa. É tipo um processo de bola de neve. E esta é a maneira com que a gravidade opera alguns dos grandes objetos do universo e o universo por inteiro. E esta foi a nossa aula. Eu espero que tenha gostado. Até a próxima!