Primii oameni care s-au întrebat din ce este format Universul şi care îi sunt legile după care elementele fundamentale se combină pentru a produce diversitatea din jurul nostru au fost filosofii din Grecia Antică, acum 2 milenii şi jumătate. Ei îşi imaginau că un „bucătar cosmic” ar trebui să aibă doar patru ingrediente: apă, aer, pământ şi foc. Dar nu ştiau reţeta după care aceste elemente trebuiau combinate pentru a produce plante, animale şi minerale. Două milenii şi jumătate mai târziu, în 1932, fizicienii ştiau că de fapt elementele grecilor sunt create la rândul lor din zeci de tipuri de atomi și că toţi aceştia sunt formaţi doar din (alte) trei  elemente: protoni, neutroni şi electroni. Dar care este reţeta misteriosului „bucătar cosmic”? Despre aceasta vom vorbi în prezentul articol.

Reţeta Universului este formată de fapt din trei părţi. Fiecare parte corespunde unei forţe sau unei interacţiuni fundamentale între protoni, neutroni şi electroni. Căutând să înţelegem forţele fundamentale ale Universului, este important să subliniem cuvântul „fundamental”, care înseamnă că nu există o altă explicație care să includă o forţă mai profundă. De exemplu, în viaţa de zi cu zi simţim o mulţime de forţe diferite: forţa de frecare, care ne permite să mergem pe pământ şi maşinilor să înainteze – aţi văzut ce greu este să mergeţi pe gheaţă? fără frecare ar fi chiar imposibil; forţa de tensiune superficială – cea care permite apei să urce din sol în tulpinile copacilor sau cea care permite gâzelor să păşească pe suprafaţa apei fără să se scufunde; forţa elastică – cea care întinde un arc sau o praştie pentru vânătoare, sau care realizează suspensia la automobilul nostru; forţa de reacţiune normală – cea care nu ne lasă să cădem prin podea. Niciuna din aceste forţe nu este însă fundamentală. Fiecare este doar aspectul la scară mare a unei forţe la scară mică (atomică): este vorba despre forţa electrică.

Fiecare material este format din atomi, iar atomii sunt formaţi din nuclee pozitive şi electroni. Atomii interacţionează electric unii cu alţii şi, când se face suma forţei electrice, rezultă o forţă electrică totală care este percepută la nivel macroscopic ca şi forţă de frecare, sau forţă de tensiune superficială, sau forţă elastică, sau forţă de reacţiune normală. De exemplu, noi nu cădem prin podea pentru că atomii se atrag electric între ei şi nu vor să se despartă ca să formeze un hău prin care noi să cădem. Forţa electrică este cu mult mai puternică decât forţa gravitaţională: de miliarde de miliarde de miliarde  de miliarde de ori mai tare (10^36)! Ce dovadă mai simplă decât faptul că întregul imens Pământ trage de un măr în jos şi noi putem contracara acea forţă cu doar două degete, prin forţa de frecare, adică prin atracţia electrică între atomii dintr-un deget cu cei din celălalt deget!

Forța electrică este una din forţele fundamentale ale Universului. Povestea nu se termină însă aici, căci mai există o altă forţă, soră a ei: forţa magnetică. Ne este familiară de la magnetul pe care îl lipim pe frigider pentru a ţine o foiţă cu notiţe. Sau de la busola care ne arată nordul, deoarece întregul Pământ se comportă ca un magnet gigantic.

În anii 1700, când au fost studiate detaliat, se credea că este vorba de două forţe complet diferite, însă în 1820, danezul Orsted a făcut o descoperire surprinzătoare: un curent electric produce un câmp magnetic! Se descoperea astfel cum între cele două forţe există o legătură. A început atunci goana pentru demonstrarea fenomenul invers: poate un câmp magnetic genera curent electric? Răspunsul a fost da şi a venit în 1931 de la britanicul Faraday, moment din care ştim să producem curent electric alternativ în hidrocentrale, termocentrale sau centrale atomo-electrice.

Iar în 1865, britanicul Maxwell a dezvoltat o teorie matematică care explica atât forţa electrică, cât şi cea magnetică, ca două aspecte diferite ale uneia şi aceleiaşi forţe fundamentale: forţa electromagnetică. Pentru prima dată, două forţe au fost unificate. Ce înseamnă unificate? În loc de două reţete ale Universului, era vorba doar de una. Ba chiar a existat şi o cireaşă pe tort, căci teoria lui Maxwell explica totodată şi misterioasa lumină: aceasta nu era altceva decât o undă electromagnetică. Electricitatea, magnetismul şi lumina erau aşadar descrise de una şi numai una din forţele fundamentale ale Universului, anume forţa electromagnetică. Ea este prima din cele trei părţi amintite din reţeta Universului. Despre celelalte două vom povesti în ediţiile viitoare.

Universul: rețetă și ingrediente VI

LĂSAȚI UN MESAJ

Introduceti comentariul
Introdu numele

− one = five