Quais são os tipos de forças mais comuns que encontramos explique?

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A nebulosa Pata de Gato, situada a 5.500 anos-luz da Terra (Foto: NASA/JPL-Caltech)

Do decaimento de uma partícula ao fato de você não sair flutuando por aí, todos os fenômenos físicos podem ser explicados por um grupo seleto de forças que atuam sobre partículas e objetos. Essa ideia, uma das mais aceitas atualmente pela comunidade científica, indica a existência de apenas quatro "forças fundamentais": a força forte, a força fraca, o eletromagnetismo e a gravidade.

As interações fundamentais são caracterizadas com base em quatro critérios: os tipos de partículas que experimentam a força, a intensidade relativa da força, o alcance sobre o qual a força é efetiva e a natureza das partículas que mediam a força. De modo geral, todas interagem em pequena ou larga escala umas com as outras, mas nem todas são visíveis a olho nu.

O tema pode ser bem complexo, envolver nomes complicados e questões que nem mesmo os físicos sabem explicar. Por isso preparamos breves descrições de cada uma dessas interações para ajudar você a compreendê-las:

Gravidade
Faça um experimento: deixe de lado o mouse do seu computador ou seu celular e levante os braços acima da cabeça. Conseguiu? Se a resposta for sim, parabéns, você venceu a mais fraca das forças elementares, a gravidade.

Parece bizarro, mas a força que nos mantém grudados à Terra é também a mais simples de ser "vencida" (e observada). Hipoteticamente ela existe graças a uma partícula fundamental conhecida como gráviton, que nunca foi observada.

O primeiro a tentar tal proeza foi o físico Isaac Newton, que descreveu a gravidade como uma atração literal entre dois objetos. Essa ideia foi bem aceita até que, séculos depois, Albert Einstein sugeriu, por meio de sua teoria da relatividade geral, que a gravidade não é uma atração ou uma força, mas uma consequência da curvatura do espaço-tempo dos objetos.

Até hoje os estudiosos quebram a cabeça para compreender e definir a gravidade — a discussão, aliás, se acentuou ainda mais depois que a física quântica se popularizou. Discussões à parte, fato é que essa força é muito influente quando consideramos objetos massivos, como estrelas e galáxias, mas quase imperceptível em nível atômico, já que as partículas subatômicas tem pouquíssima massa.

Eletromagnetismo
Faça agora outro teste: toque em algum objeto, qualquer um, que estiver ao seu redor. Sua mão não o atravessou, certo? Está aí um exemplo do eletromagnetismo, a segunda força fundamental que podemos observar. Aliás, é mais difícil vencer o eletromagnetismo do que a gravidade: os ímãs da sua geladeira não saem voando por aí com um simples vento, né?

Essa interação atua entre partículas carregadas, como elétrons carregados negativamente e prótons carregados positivamente. Enquanto as cargas opostas se atraem, as semelhantes se repelem — e é justamente essa força que impede seu corpo de atravessar as coisas.

As forças eletromagnéticas são transferidas entre as partículas carregadas graças à troca de duas subpartículas, os bósons sem massa e os fótons, que também são os componentes das partículas de luz. Nesse caso, os fótons são virtuais e indetectáveis, embora sejam tecnicamente as mesmas partículas de sua versão real e detectável, a luz.

No passado os físicos acreditavam que as forças elétrica e magnética eram duas interações diferentes. Entretanto, com o passar dos anos, novos experimentos acerca da questão revelaram que, na verdade, ambas são componentes de apenas uma força.

O componente elétrico atua entre partículas carregadas, estejam elas em movimento ou estacionárias, criando um campo pelo qual as cargas podem influenciar umas às outras. Uma vez colocadas em movimento, contudo, essas partículas começam a exibir magnetismo, criando um campo magnético ao redor delas conforme se movem. Portanto, quando os elétrons passam por um fio para carregar o computador ou ligar a TV, por exemplo, o fio se torna magnético.

O eletromagnetismo, assim como a gravidade, afeta o Universo em grande escala, mas também parece ter impactos em nível atômico. Por quê? Está aí outra ótima questão que foi revoluciada pela física quântica, mas permanece um mistério.

Força fraca (ou interação nuclear fraca)
Infelizmente, a menos que você tenha um acelerador de partículas no seu quintal, realizar um experimento para observar esta força será bem difícil. Isso porque a força fraca (ou interação nuclear fraca) acontece em nível subatômico, ou seja, não conseguimos observá-la a olho nu — o que não significa que seus efeitos sejam imperceptíveis.

Essa interação é responsável pelo decaimento das partículas, que acontece quando uma delas se transforma em outra. Assim, por exemplo, um neutrino que está passando por perto de um nêutron pode transformá-lo em próton e, então, virar um elétron. Um exemplo mais claro da força fraca é a radioatividade. Quando o núcleo de determinado átomo se parte ao meio, libera partículas, tranformando a substância em outra e produzindo radiação.

Os físicos explicam que a interação ocorre por meio da troca de bósons W e Z, que contêm cargas. Quando as partículas subatômicas, como prótons, nêutrons e elétrons, chegam a uma proximidade de 10 ^ -18 metros, ou 0,1% do diâmetro de um próton, entre si, elas podem trocar esses bósons, o que leva à decomposição das partículas.

A força fraca é essencial para as reações de fusão nuclear que alimentam o Sol e produzem a energia necessária para a maioria das formas de vida aqui na Terra. Além disso, é graças a ela que os arqueólogos podem usar o método carbono-14 para datar artefatos milenares.

Força forte (ou interação nuclear forte)
A última das quatro forças fundamentais é a força forte, também conhecida como interação nuclear forte. Ela tampouco pode ser observada por nós, pois atua em nível subatômico, mas sua intensidade é impressionante: é 6 mil trilhões de trilhões de trilhões (ou seja, 39 zeros depois de 6) vezes mais forte do que a da gravidade.

"Para que tudo isso?", você deve estar pensando. Ora, porque ela tem um papel importatíssimo e difícil pra chuchu: unir todas as partículas fundamentais da matéria para formar partículas maiores. Por exemplo, além de manter juntos os quarks, que formam os prótons e nêutrons, ela mantém os prótons e nêutrons do núcleo atômico unidos.

Ao contrário de qualquer uma das outras interações fundamentais, ela fica mais fraca à medida que as partículas subatômicas se aproximam, atingindo sua força máxima quando estão mais distantes.

De acordo com os físicos, uma vez que determinada subpartícula esteja sob o alcance da força forte, bósons carregados sem massa, chamados glúons, transmitem a interação nuclear forte entre os quarks, mantendo-os "colados" uns aos outros. Aí, uma pequena fração da força forte, chamada força forte residual, atua entre prótons e nêutrons — é ela a responsável por manter os prótons unidos, mesmo tendo cargas semelhantes.

O que querem os físicos
Falta muito (e bota muito nisso!) para compreendermos como funcionam as forças fundamentais. Hoje, uma das principais questões para os físicos é compreender se essas interações são mesmo diferentes ou se, na verdade, são manifestações de apenas uma grande força do Universo. 

Para os cientistas, no entanto, é muito difícil combinar as observações do mundo microscópico com a do macroscópico. Enquanto em escalas grandes e astronômicas a gravidade domina e é melhor descrita pela teoria da relatividade geral de Einstein, em escalas moleculares, atômicas ou subatômicas, a mecânica quântica descreve melhor o mundo natural — e mesclar essas teorias é, até agora, impossível.

Como se não bastasse, precisamos considerar uma dupla invisível que constitui 95% do Universo: a matéria escura e a energia escura. Ainda não se sabe se elas são compostas por uma única partícula ou por um conjunto de partículas com suas próprias forças e bósons.

Embora pesquisas recentes evidenciem sua inexistência, há a possibilidade de que um "fóton escuro" seja responsável pelas interações dessas partículas misteriosas. Essa força, inclusive, seria a "quinta força fundamental" da natureza. Entretanto, como em tantas outras da ciência, permanece o mistério permanece — só nos resta especular. 

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