Ainda que não percebamos, quatro forças atuam sobre nós e sobre tudo o que existe. Essas forças controlam tudo o que acontece no universo sob as determinadas leis naturais. Desde as partículas que formam um átomo até o funcionamento das galáxias.
Sou Elderlan Souza, da BBC News Brasil em Londres, e neste vídeo falo sobre as quatro forças da natureza. Elas são a força gravitacional, eletromagnética, a força fraca e a força forte. Entender o que são essas forças é a chave para desvendar os grandes mistérios da ciência e chegar a uma grande Teoria de Tudo que explique de forma unificada como funciona o Universo.
Sabemos que isso ainda é uma utopia, então vamos começar com o que temos de certeza. Começando pela força mais famosa de todas: a força gravitacional. Na escola, você pode ter aprendido que Isaac Newton descreveu a gravidade como uma força de atração entre dois corpos.
Ele supostamente chegou a essa conclusão depois de uma maçã cair na sua cabeça. A questão é que, séculos depois, Albert Einstein formulou a revolucionária Teoria da Relatividade Geral. Ela estabelece que a gravidade é na verdade o resultado de uma deformação no espaço-tempo.
E essa deformação é produzida pela massa das coisas. Funcionaria mais ou menos assim: Imagine o espaço-tempo como um tecido, e sobre esse tecido existe um objeto de grande massa - como o Sol, por exemplo. O que acontece é que a massa desse grande objeto deforma a estrutura do espaço-tempo.
E isso faz com que outros objetos menores, como a Terra, caiam nessa deformação. E, como consequência, façam uma trajetória ao redor do objeto de maior massa. Além disso, a quantidade de gravidade depende da massa dos objetos.
Assim, a gravidade é praticamente imperceptível em escalas quânticas - ou seja, em minúsculas partículas subatômicas. Mas embora não pareça, a gravidade é a mais frágil dessas quatro forças. Se você levantar um braço, por exemplo, já está desafiando a gravidade que um objeto do tamanho do nosso planeta exerce sobre ele.
Agora vamos para a segunda força: o eletromagnetismo. Essa é a força que faz as partículas que têm carga elétrica se atraírem ou se repelirem, o que depende da carga ser negativa ou positiva. Graças ao eletromagnetismo, elétrons com carga negativa são mantidos em torno de prótons com carga positiva.
Juntos, são parte dos átomos, que por sua vez constituem todos os seres e objetos que conhecemos. A força eletromagnética é a base do funcionamento de qualquer dispositivo eletrônico que usamos todos os dias. E graças ao eletromagnetismo podemos ver o mundo ao nosso redor.
Isso porque essa força é transmitida por partículas chamadas fótons, que são basicamente a luz. Agora entramos na terceira da lista: a força fraca, que atua no nível subatômico. Essa força influencia os léptons, uma família de partículas à qual pertencem os elétrons.
Ela também atua sobre os quarks, que são as partículas que compõem os prótons e os nêutrons que formam o núcleo dos átomos. A força fraca é responsável por um processo chamado de “desintegração do núcleo". Por meio dele, os quarks podem se transformar.
Com isso, nêutrons podem se tornar prótons e prótons se tornar nêutrons, por exemplo. Isso faz os átomos de um elemento se transformarem em átomos de outro elemento. Apesar do nome, a força nuclear fraca desempenha um papel muito importante nas violentas reações de fusão nuclear que alimentam o Sol.
E são essas reações que fornecem a energia necessária para a maior parte da vida na Terra. E, finalmente, temos a força mais poderosa de todas: a força forte, que é a última deste vídeo. Ao contrário da fraca, que está relacionada à desintegração do núcleo dos átomos, a força forte é aquela que mantém esses núcleos unidos.
Ela mantém os quarks juntos e, portanto, mantém os prótons e nêutrons no núcleo dos átomos. Resumindo, sem a força forte os núcleos não poderiam se formar, e sem eles não haveria átomos, não haveria vida. A força forte também é o que torna possível a fissão nuclear, que é o que fornece a energia que é liberada numa bomba atômica.
Dito isso, temos essas quatro forças que fluem por todo o Universo e mantêm um equilíbrio perfeito para que tudo funcione como conhecemos. Agora vamos entrar nos terrenos desconhecidos. Experimentos com aceleradores de partículas, como o CERN na Europa e o Fermilab nos Estados Unidos, têm observado alguns fenômenos estranhos.
Esses fenômenos poderiam ser um sinal de uma quinta força da natureza. E, se assim for, essas descobertas seriam uma revolução na ciência. Mas, até o momento, faltam mais evidências para afirmar que de fato existe uma nova força da natureza.
E tem um outro enigma igualmente intrigante: Será que essas quatro forças são, na verdade, diferentes manifestações de uma única superforça que governaria o Universo? Essa possibilidade vem do seguinte: Sabemos que o eletromagnetismo, a força forte e a força fraca são explicados no chamado Modelo Padrão. Essa teoria quântica descreve as forças da natureza como resultado de um intercâmbio de partículas portadoras de energia ou radiação, chamadas de bósons intermediários.
Os físicos têm pistas que os levam a acreditar que essas três forças podem se fundir em uma. O que parece impossível, pelo menos até agora, é incluir também a gravidade nesse modelo. Como eu disse no início do vídeo, a gravidade é explicada pela Teoria da Relatividade Geral, que não foi capaz de ser formulada como uma teoria quântica, como é o caso do Modelo Padrão.
Ou seja, a gravidade funciona muito bem para explicar o Universo em escalas muito grandes, como o Sistema Solar. Só que no mundo quântico, as regras são bem diferentes. É por isso que esse é um dos grandes desafios da física moderna: desenvolver uma Teoria Quântica da Gravidade.
Uma teoria que descreva essa força como o produto de uma troca de bósons intermediários, como as outras três que falamos aqui. Para isso, foi proposta a existência de grávitons, uma partícula hipotética que seria como o bóson intermediário da força gravitacional. Ou seja, a partícula que tornaria a gravidade possível.
Mas até agora, ninguém foi capaz de observar um gráviton de fato. Se os cientistas tiverem sucesso, eles ficariam mais próximos de unificar a gravidade com as outras forças. Isso nos aproximaria de uma das maiores aspirações da ciência hoje em dia.
A de formular uma Teoria de Tudo que unifique todas as forças. Uma teoria que concilie as leis do mundo macroscópico com as do mundo quântico. E que, assim, explique com elegância como funciona o Universo inteiro.
Bom, com isso eu fico por aqui. Muito obrigado pela sua audiência e até a próxima.
