O mundo da Física Quântica | Parte 1 | Gravidade Quântica

Gravidade Quântica 

  A mecânica quântica é um dos pilares da física quântica, que estuda o universo em escalas subatômicas (átomos e partículas). Como já mencionamos no artigo sobre a teoria das cordas, a mecânica quântica descreve a gravidade de uma forma diferente da relatividade geral de Einstein. 

 A mecânica quântica descreve a gravidade como uma interação de partículas. Essas partículas produzem três forças fundamentais da natureza, força eletromagnética, força nuclear forte e força nuclear fraca. A força eletromagnética é uma interação entre fótons, elétrons e o núcleo atômico. Os prótons possuem carga positiva e os elétrons possuem cargas negativas, e com isso nós sabemos que elas se atraem, mas porque elas se atraem? Os fótons são partículas elementares que produzem a força eletromagnética. Essa força é simplesmente a troca de fótons entre os elétrons e o núcleo atômico. O núcleo de um átomo está cercado de fótons, e esses fótons possuem uma força de atração que interage com qualquer partícula que tenha carga elétrica. Com isso, os fótons são bombardeados pelo núcleo atômico, e quando colidem com um elétron retorna novamente para o núcleo. Essa troca de fótons cria a atração gravitacional entre elas. Quanto mais próximo o elétron estiver do núcleo, maior será essa atração, pois a distância é bem menor, o que aumenta as chances de ser atingido por um fóton. Se você estiver imaginando um único fóton sendo trocado pelas partículas, você esta imaginando de forma errada. Um fóton é bilhares de vezes menor que o elétron, e por isso, na interação eletromagnética, milhares de fótons são trocados ao mesmo tempo (isso mesmo, o universo subatômico é literalmente uma bagunça). 

                         

 Existem fenômenos que ocorrem no interior do núcleo atômico que, embora também estejam relacionados com a estabilidade nuclear, não podem ser explicados sem que postulemos a existência outras forças, com características bastante diferentes da força eletromagnética. Entre estes fenômenos estão a radioatividade e o decaimento de partículas nucleares. A radioatividade é a parte integrante da nossa vida. Algum elementos químicos possuem a característica especial de emitir, espontaneamente, partículas de altas energias. A este fenômeno damos o nome de radioatividade. Um núcleo radioativo é instável por que ele contém ou prótons demais ou nêutrons demais. Como consequência disso, este núcleo ejeta espontaneamente partículas até se tonar estável. Ao fazer isto, este átomo pode se transformar em um outro elemento químico, processo esse que é chamado de decaimento. A força responsável por esse decaimento é a força fraca. É mediada pelos bósons W e Z. A força fraca funciona de forma bem parecida com a força eletromagnética, as partículas mensageiras (Bósons W e Z) são trocadas entre os quarks no núcleo do átomo, e essa troca gera uma força repulsiva. 

   Outro fenômeno é o fato dos prótons e nêutrons ficarem juntos no núcleo atômico. Os prótons e nêutrons são formados por partículas ainda menores chamadas quarks. Esses quarks são divididos em dois tipos, quark up e quark down. Os prótons possuem dois quarks up e um quark down, enquanto o nêutron possui dois quarks down e um quark up.

 A força forte é responsável por manter esses esses quarks presos dentro do núcleo atômico. É mediada pelos glúons. Do mesmo modo que os Bósons W e Z produzem a força fraca, os Glúons produzem a força forte, simplesmente com a troca de partículas entre eles.

Porem, ela possui um alcance muito curto, cerca de 10 a -13 centímetros (dez elevado a trezes negativo), por isso os glúons ficam praticamente colados nos quarks. A força forte é milhares de vezes mais forte que a força fraca, más, como possui curto alcance, quando um átomo possui muitos prótons e nêutrons em seu núcleo, a força fraca passa a predominar, o que gera o decaimento radioativo. É por isso que os elementos da parte de baixo da tabela periódica são radioativos, pois possuem mais partículas em seus núcleos.

 Em geral, as forças da gravidade são explicadas como partículas. Na verdade a troca de partículas mensageiras por outras partículas, essas partículas mensageiras possuem propriedades únicas, que permitem que elas produzam essas forças. Essas propriedades são misteriosas, não sabemos porque essas partículas são assim, só sabemos sabemos que são assim. O mundo quântico é curioso, e incrivelmente estranho, apresenta várias propriedades que não conseguimos explicar.  

Fontes: Wikipedia