Das quatro forças naturais, conhecidas como forças fortes, fracas, gravitacionais e eletromagnéticas, a chamada força forte domina as outras três e tem a função de manter o núcleo atômico juntos. Seu alcance é muito pequeno, no entanto - cerca do diâmetro de um núcleo de tamanho médio. Surpreendentemente, se a força forte trabalhasse por longas distâncias, tudo no mundo familiar - lagos, montanhas e coisas vivas - seria esmagado em uma massa do tamanho de um único grande edifício.
Núcleo Atômico e a Força Forte
Cada átomo do universo consiste em um núcleo rodeado por uma nuvem de um ou mais elétrons. O núcleo, por sua vez, contém um ou mais prótons; todos os átomos, exceto o hidrogênio, também têm nêutrons. A força forte faz com que prótons e nêutrons se atraiam para que fiquem juntos no núcleo; no entanto, eles não atraem os prótons e nêutrons dos átomos vizinhos porque a força forte tem pouco efeito fora do núcleo.
As forças fortes e eletromagnéticas
Prótons são partículas com carga elétrica positiva. Porque cargas semelhantes se repelem, os prótons experimentam uma força repulsiva à medida que se aproximam, e a força aumenta rapidamente à medida que se aproximam. A força eletromagnética que produz a repulsão age em grandes distâncias, então, a menos que alguma outra força atue sobre os prótons, eles não se tocam. Os nêutrons, por outro lado, não têm carga; nêutrons livres se movem desimpedidos. Quando prótons e nêutrons chegam a cerca de um trilionésimo de milímetro, entretanto, a força forte assume e as partículas se unem.
Particle Ping Pong
A teoria moderna que governa as quatro forças fundamentais propõe que elas são o produto de trocas ida e volta de partículas minúsculas, como em um jogo de pingue-pongue. Nesse jogo, o Princípio da Incerteza de Heisenberg define as regras - partículas pesadas podem se mover entre distâncias curtas, enquanto partículas leves alcançam longas distâncias. No caso do eletromagnetismo, as partículas são fótons, que não têm massa; a força eletromagnética se estende a uma distância infinita. Partículas muito pesadas chamadas píons medeiam a força forte, entretanto, seu alcance é extremamente curto.
Fusão nuclear
A gravidade mantém o sol e outras estrelas juntos; a enorme massa de hidrogênio e gás hélio produz pressões gigantescas no núcleo, forçando prótons e nêutrons a se unirem. Quando eles se aproximam, a força forte entra em ação e eles se unem, liberando energia no processo e transformando o hidrogênio em hélio. Os cientistas chamam isso de reação de fusão, e ela produz 10 milhões de vezes mais energia do que as reações químicas, como a queima de carvão ou gasolina.
Estrelas de nêutrons
Uma estrela de nêutrons é o remanescente de uma explosão que ocorre no final da vida da estrela. É um objeto ultradenso, consistindo na massa de uma estrela comprimida em uma área do tamanho de Manhattan. Na estrela de nêutrons, a força forte domina porque a explosão juntou todos os prótons e nêutrons. A estrela não tem átomos; tornou-se uma grande bola de partículas. Como os átomos são em sua maioria espaço vazio e a estrela de nêutrons tem todo o espaço espremido, sua densidade é enorme. Uma colher de chá de matéria estelar de nêutrons pesaria 10 milhões de toneladas. Como a Terra é feita de átomos, se a força forte de alguma forma agisse de repente a longas distâncias, todos os prótons e nêutrons se agrupariam, resultando em uma esfera com algumas centenas de metros de diâmetro e tendo todos os massa original.