Juguem a crear un univers amb les 4 forces de la natura

Són quatre, les forces o interaccions de la natura. N'hi ha dues de molt quotidianes i dues de molt amagades. Tres que generen atracció i una que transmuta partícules en altres. Quines propietats té cadascuna? A "El suplement", en fem un u per u, amb en Joan Anton Català. 1. La força de la gravetat El primer que ens ve al cap quan pensem a construir un univers és el mateix que ens ve al cap quan pensem a construir una casa: necessitem crear i agrupar objectes i materials... Necessitem una força per fer-ho. Com hauria de ser, aquesta força? Hauria de ser una força atractiva, per tal de mantenir els objectes agrupats. A més a més, com que els nostres plans serien faraònics, també necessitaríem que aquesta força tingués un enorme radi d'acció, és a dir, que es notés la seva acció a distàncies còsmiques. Amb aquesta força construiríem estrelles i planetes, galàxies senceres, que quedarien lligades per la seva acció. Una possible explicació de com s'equilibren les forces seria la teoria dels multiversos: infinits universos, amb diferents propietats, però molt pocs serien afins a la vida. I, lògicament, nosaltres vivim en un d'aquests. No caldria que fos gaire potent, perquè, si fem que funcioni a tanta distància, ja n'hi haurà prou. Serà una força "formigueta", feble, però, que a poc a poc es vagi acumulant. És més, no convindrà fer-la gaire intensa, no fos que acabi esclafant els objectes que voldrem fabricar: estrelles, planetes... convertits tots en forats negres! El que farà que aquesta força funcioni és una propietat que anomenarem massa. Qualsevol objecte amb massa quedarà sotmès a aquesta força. I també necessitarem una manera de transportar la força, és a dir, fer que tots dos objectes es comuniquin i es diguin quina massa tenen i, per tant, com ha de funcionar la força. Aquest paper de transmissor ens el farà una partícula especial: el gravitó. I aquesta força, la coneixem com a gravetat. 2. La força electromagnètica Si la gravetat ens permet agrupar coses, primer hem de crear aquestes coses, aquests objectes, amb algun material, que serien els àtoms. El primer àtom voldríem que fos molt estable perquè ens durés molt de temps, i que s'hi poguessin fer combinacions per formar compostos més complexos. Arribem a un disseny amb dues partícules: una al centre i una altra girant al voltant, que ens dona la propietat combinatòria, com una moneda de canvi, que els futurs àtoms se cedirien entre ells per formar enllaços, i així tindríem compostos. Serà, per tant, el fonament del que els humans n'acabaran dient alquímia, primer, i química, després! La gravetat no ens serviria per unir la partícula interior i la que orbita, perquè l'hem creada molt feble, i no ens serviria amb partícules tan petites. Així que necessitem una altra força. Una que mantingui les dues partícules unides. I que sigui intensa, moltíssim més que la gravetat, però tampoc no ens podem excedir, perquè ja hem dit que voldrem que hi pugui haver compartició i cessió de partícules: si ens passem en la intensitat d'aquesta nova força, no hi haurà manera de separar-les i no hi haurà química! Així que crearem una força d'intensitat mitjana. Crearíem una propietat que anomenaríem càrrega elèctrica, que farà que la matèria quedi sotmesa a aquesta nova força. A diferència de la massa, faríem que la càrrega elèctrica pogués tenir dos valors, positiu i negatiu, perquè així podríem proporcionar consistència a les coses. Perquè, si les càrregues elèctriques s'atraguessin totes, no hi hauria manera de fer res... tot cauria contra tot. Aquí també tindríem una partícula transmissora, que es diria fotó. (Unsplash) 3. La força nuclear forta Decidim crear més elements químic, per donar diversitat a l'univers. Necessito una tercera força, que pugui més que l'electromagnetisme i que permeti que els protons quedin agrupats al nucli. Decideixo fer que els protons estiguin en realitat compostos per unes partícules encara més petites, uns maons que anomenaré quarks. I el ciment que unirà els quarks serà aquesta tercera força que crearé. Ha de ser una força molt més intensa que l'electromagnetisme i que pugui vèncer la repulsió entre protons. En realitat, vull que sigui tan i tan potent que pràcticament no hi hagi manera de separar els quarks. I l'anomenaré força nuclear forta. Hauré de fer que el radi d'acció de la força forta sigui molt, molt reduït. Tan petit que tan sols actuï dins els nuclis atòmics. Perquè, si no, col·lapsaré tota la matèria, atreta poderosament per la gran intensitat de la força nuclear forta. 4. La força nuclear feble Arribo a la conclusió que necessito una quarta força, que farà que alguns protons es puguin transformar en neutrons! És una mica un nyap, no l'havia prevista, aquesta força, i, com veiem, és molt diferent de les altres. Les altres servien per unir coses. Aquesta és per transmutar, com una vareta màgica! Aquesta força també actuarà dins els nuclis atòmics i permetrà que, a altes temperatures, dins les estrelles (que he pogut construir gràcies a la gravetat) funcioni la fusió nuclear, i quan quatre àtoms d'hidrogen s'uneixin transformarà dos dels protons en neutrons per formar l'heli estable. I, a partir de l'heli, ja anirem fent els altres elements, seguint un esquema similar, fent servir la vareta màgica de la quarta força quan convingui. Aquesta quarta força, l'anomenarem força nuclear feble! Nuclear, perquè també funciona dins els nuclis, i feble perquè no vull que superi la nuclear forta i que destrueixi tot el que hem construït. Com que no és una força atractiva, és com màgica i el que fa és transmutar, no necessito cap propietat! I, de partícules transmissores, me'n calen? La força feble servirà com a comodí per solucionar altres coses. Per exemple, per permetre una cosa que anomenarem radioactivitat, que tindrà moltes utilitats per als humans. (Unsplash) Com s'ha aconseguit que estiguin tan equilibrades, totes quatre forces? Una possible explicació de com s'equilibren les forces seria la teoria dels multiversos: infinits universos, amb diferents propietats, però només alguns, molt pocs, serien afins a la vida. I, lògicament, nosaltres vivim en un d'aquests. Segons això, no hi hauria, per tant, res d'extraordinari en aquest perfecte equilibri de les forces.

Juguem a crear un univers amb les 4 forces de la natura

Les forces de la natura són tan fascinants com complexes. Per això, el divulgador científic Joan Anton Català ens les explica fent un relat