LE QUATTRO FORZE FONDAMENTALI DELLA NATURA

L’intero Cosmo è regolato da 4 forze:

Gravità, Elettromagnetismo,
Interazione forte e debole.

Ora gli scienziati indagando sul loro
significato più profondo sperano di scoprire
che sono solo diverse manifestazioni
di un’unica forza universale.
Sono convinti infatti che esista
una superforza capace di
cambiare aspetto di volta in volta.

Il loro effetto è quello di attirare o respingere, ma mentre l’influsso di gravità e di elettromagnetismo si estende all’infinito, le altre due agiscono soltanto entro i ristretti confini del nucleo atomico.
Attorno a noi tutto si muove e cambia: il Sole nel cielo, le foglie sugli alberi, l’acqua nei fiumi, gli uccelli nell’aria, le rughe sul viso. Sono le forze a plasmare il mondo e a produrre i cambiamenti che osserviamo. Sono loro a dirigere qualsiasi processo fisico, chimico o biologico. Alcune forze agiscono per contatto, come il caldo su una palla, mentre altre, come la Luna sulle maree, paiono agire a distanza attraverso uno spazio vuoto.

A prima vista le forze sembrano essere molte e assai diverse tra loro, ma non è così.
Negli ultimi tre secoli i fisici si sono accorti che per spiegare ogni interazione tra corpi, ogni struttura che si possa osservare o creare nell’universo, bastano quattro forze:

la forza gravitazionale. la forza elettromagnetica e due forze che si manifestano solo dentro l’atomo, chiamate semplicemente ‘forte" e ‘debole".
MASSE IN MOVIMENTO
La gravità è la più familiare delle forze, essendo quella che ci tiene coi piedi per terra.

Benché l’uomo ne sia sempre stato consapevole, il suo ruolo come forza della natura non è stato pienamente riconosciuto fino alla pubblicazione della teoria della gravitazione di Newton, alla fine del Seicento.
Prima era diffusa l’idea aristotelica secondo cui tutti i corpi tendono al loro "luogo naturale". Che per i solidi e i liquidi è la terra e per questo cadono, mentre per i gas è il cielo. per cui salgono.Con Newton il motore del movimento diventa la gravità e la massa è la proprietà di ogni corpo che lo rende sensibile ad essa: più un corpo ha massa e più attrae altri corpi dotati di massa.

CALAMITE ED ELETTRICITA’
La forza elettromagnetica è la seconda delle quattro in familiarità.

E’ la forza che governa tutte le comodità della vita moderna: luce, tv, telefono, computer... ma è nota all’uomo fin dai primordi grazie ai fulmini. Inoltre, sì sapeva da millenni che alcuni materiali, come il vetro e l’ambra, emanano una forza d’attrazione se li si strofina.
Solo nel Settecento, però, l’americano Benjamin Franklin comprese che lo strofinio carica elettricamente i corpi.
La carica elettrica gioca, infatti, lo stesso ruolo della massa per la gravità: determina quanto un corpo sia sensibile alla forza elettromagnetica, cioè quanto sia attirato o respinto da altri corpi carichi.

Fino allora, forza elettrica e forza magnetica (quella esercitata dalle calamite e da altri materiali magnetizzati) erano però ritenute due fenomeni distinti. Finché nel 1820 il danese Christian Oersted ipotizzò che elettricità e magnetismo fossero intercambiabili e mostrò che un filo percorso da corrente elettrica agisce come un magnete. influenzando le bussole. Nel 1831, l’inglese Michael Faraday verificò l’opposto, cioè che dal movimento di un magnete si ricava elettricità.

Fu poi James Clerk Maxwell. nel 1873 a trovare anche la conferma matematica: un insieme di equazioni che descrivono contemporaneamente il comportamento di elettricità e magnetismo.

COLLANTE NUCLEARE
Le forze nucleari forte e debole ci sono meno familiari perché. a differenza di gravità ed elettromagnetismo, la cui influenza si estende all’infinito, il loro raggio d’azione è limitato alle dimensioni dei nuclei atomici. Più in là non sono avvertibili.

Ecco perché queste due forze sono state scoperte solo recentemente. D’altra parte, finché si pensava che il nucleo atomico fosse fatto di protoni (con carica positiva) e di elettroni (con carica negativa) sembrava ragionevole supporre che la reciproca attrazione elettromagnetica bastasse a spiegare la stabilità del nucleo: dopo il 1930. però. quando il modello di atomo ispirato da Rutherford e Bohr fu definitivamente accettato (un nucleo di protoni e neutroni attorno al quale ruotano gli elettroni), si dovette riconoscere con sgomento che non si sapeva spiegare cosa tenesse insieme il nucleo: i protoni si sarebbero dovuti infatti respingere tra loro. Poiché l’interazione gravitazionale era troppo debole perché abbia degli effetti su scala atomica. si concluse che doveva esistere un’interazione nucleare ancora sconosciuta ma molto intensa, che per questo fu battezzata "forza forte". E’ questa forza a cortissimo raggio che tiene uniti i quark all’interno dei protoni e dei neutroni, e riesce a tenere stipati insieme protoni e neutroni nei nuclei atomici.

DECADIMENTI RADIOATTIVI
La forza forte non bastava però a spiegare tutti i modi in cui i nuclei a volte si scindono, per esempio in alcuni casi di decadimento radioattivo (in particolare un fenomeno definito "decadimento beta"). Doveva quindi esserci un’ulteriore forza che, all’occasione. riusciva a trasformare un protone in un neutrone e viceversa. Senza questa forza, le reazioni nucleari non sarebbero possibili, nemmeno quelle che alimentano il Sole. Il primo a descriverla matematicamente fu l’italiano Enrico Fermi, nel 1934 e per contrasto con la forza nucleare forte la si chiamò "debole".

Negli ultimi decenni i tisici hanno scoperto che, come la massa determina la sensibilità di una particella alla gravità e la carica elettrica la sua sensibilità all’elettromagnetismo, così una particella può essere dotata di una "carica debole" (detta anche ‘sapore") e di una "carica forte" (o "colore") che determinano la sua sensibilità rispettivamente alla forza debole e alla forza forte.

DISPARITÀ
Al di la del fatto che queste proprietà sono state accuratamente misurate dai fisici in laboratorio, nessuno ha ancora trovato una spiegazione del perché il nostro universo sia composto di particelle con queste particolari masse e cariche e del perché le forze sì differenzino cosi tanto in intensità

DEBOLISSIMA GRAVITA'
Gli esperimenti hanno dimostrato. per esempio, che la forza forte è circa cento volte più tenace della forza elettromagnetica e addirittura centomila volte più forte di quella debole.
Al contrario, a livello di particelle singole, la gravità è una forza praticamente impercettibile, più debole della forza elettromagnetica di un miliardo di miliardi di miliardi di miliardi di volte (1 seguito da 36 zeri).

L’unica ragione per cui la forza elettromagnetica non sopraffà completamente la gravità e che anzi sia quest’ultima a essere di gran lunga la più conosciuta ed evidente, è che la maggior parte delle cose contiene un uguale numero di cariche elettriche positive e negative, le cui azioni attrattive e repulsive si cancellano a vicenda.
La gravità è invece sempre attrattiva (neppure l’antimateria avrebbe un effetto di repulsione gravitazionale), per cui la forza gravitazionale aumenta inesorabilmente all’aumentare della quantità di materia. Ne consegue che stelle e pianeti hanno una gravità enorme, così che possono attrarsi e restare reciprocamente legati anche a distanze di miliardi di chilometri.
Ed è proprio questo a rendere possibile l’esistenza stessa dell’universo.