As etapas pelas quais o conceito de força se desenvolveu ao longo do tempo, é de extrema importância na história da física. Neste artigo, onde procuro apresentar de forma simples a evolução do conceito da unificação das forças, utilizo imagens do centro Emilio Segrè Visual Archives (ESVA). O desenvolvimento do conceito de força e a sua unificação nem sempre é feito de forma cronológica, e este artigo é só um início sobre este tema. Os participantes desta história, fazem parte de diferentes locais do nosso planeta. A estrutura desta história vem de uma classificação bastante simples, feita nos cursos introdutórios de física, que apresentam as quatro forças fundamentais que regem a natureza: gravidade, eletromagnetismo e as forças nucleares fortes e fracas.

Gravidade A gravidade é algo com que todos estamos familiarizados. Pensamos em Newton e na sua macieira, na imagem acima. Na realidade, a história é ainda mais fascinante. Podem ser identificados muitos pontos de partida na história da gravitação. Um deles é com Aristóteles. Ele pensava que os objectos tendiam para o centro da Terra com base no seu peso. Brahmagupta, um estudioso que trabalhava na Índia do século VII, reconheceu que a gravidade é uma força de atração [1]. Na Idade de Ouro islâmica (que começou por volta do século VIII), os estudiosos de Aristóteles romperam com as concepções aristotélicas do universo. O historiador da ciência Jim Al-Khalili refere que Al-Baghdādī, um estudioso da Idade de Ouro islâmica, postulou uma forma inicial da lei da gravitação na Terra [2]. Os movimentos de, tradução e intelectuais trouxeram o conhecimento árabe para a Europa, abrindo caminho para Isaac Newton reconhecer que o movimento dos corpos planetários e o movimento dos objectos na Terra são regidos pelo mesmo princípio, especificado na sua lei da gravitação, que afirma que a força gravitacional é igual ao produto das massas de dois corpos e da constante gravitacional, dividido pela distância ao quadrado entre os seus centros de massa.

Eletromagnetismo Assim como a gravidade, conhecemos alguns efeitos das forças eletromagnéticas em nossa vida diária, desde ímãs de geladeira até os motores de nossos carros. A humanidade há muito compreende algumas características da eletricidade e do magnetismo, da mesma forma que força da gravidade. Antigos textos chineses documentam o magnetismo [3] e os antigos textos gregos, a eletricidade [4]. Interagimos com forças eletromagnéticas constantemente, pois as ondas de luz consistem em campos elétricos e magnéticos oscilantes. No século XIX, James Clerk Maxwell, retratado na imagem à esquerda, reconheceu que eletricidade e magnetismo são a mesma coisa: a eletricidade existe entre partículas carregadas, enquanto o magnetismo ocorre quando essas partículas carregadas se movem. As forças eletromagnéticas para uma partícula carregada são caracterizadas pela lei da força de Lorentz, onde q é a carga, E é o campo elétrico, v é a velocidade e B é o campo magnético.

Esta foi uma segunda importante unificação de forças na física. No entanto, a unificação não terminou aqui para as forças eletromagnéticas. Uma das unificações mais significativas na física ocorreu com a força eletromagnética e a força nuclear fraca.

Força Nuclear fraca A força nuclear fraca é responsável pelo decaimento das partículas (é a razão pela qual podemos usar a datação por carbono), bem como pela fusão nas estrelas. Esses processos ocorrem quando os quarks, que compõem prótons e nêutrons, mudam de “sabor”. Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg mostraram que a força fraca e a força eletromagnética são variações da mesma força, a força eletrofraca. Sua descoberta, que lhes rendeu o Prêmio Nobel de Física de 1979 e foi verificada experimentalmente em temperaturas muito altas, tornando-se a base do Modelo Padrão da Física de Partículas. À esquerda, Abdus Salam, e à direita, Steven Weinberg e Sheldon Glashow, ganhadores do Prêmio Nobel de Física de 1979, que foram reconhecidos por seu trabalho na teoria eletrofraca.

Força Nuclear Forte O Modelo Padrão não descreve apenas as forças fraca e eletromagnética, mas também a força nuclear forte. A força nuclear forte é responsável por manter prótons e nêutrons juntos. Como o nome sugere, a força forte é bastante forte: 137 vezes mais forte que a força eletromagnética e 10 38 (10 seguido de 37 zeros) vezes maior que a gravidade [5]. Partículas chamadas glúons mediam interações fortes. O trabalho dos teóricos John Ellis, Mary Gaillard e Graham Ross levou à descoberta do glúon pelo colisor PETRA no DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) [6].

Fontes [1] William Moebs, Samuel J. Ling & Jeff Sanny, University Physics Volume 1 (OpenStax, Houston, 19 September 2016). [2] Jim Al-Khalili, The House of Wisdom: How Arabic Science Saved Ancient Knowledge and Gave Us the Renaissance (The Penguin Press, New York, 2011), pg. 5-48 and 67-97. [3] Chen Cheng‐Yih (Joseph), “Magnetism in Chinese Culture” Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Western Cultures (2008). [4 Nancy Atkinson, “Who Discovered Electricity?” Universe Today. [5] Hyperphysics, “The Fundamental Forces” [6] CERN, "Four Decades of Gluons" [7] S. Braibant; G. Giacomelli; M. Spurio (2009). Partículas e Interações Fundamentais: Uma Introdução à Física de Partículas . Springer . pp. 313–314. ISBN 978-94-007-2463-1. [8] CERN, "Unified Forces" [9] Hyperphysics, “The Fundamental Forces”