A gravidade é a força mais forte?

Na realidade, a gravidade é a mais fraca das quatro forças fundamentais. Ordenado do mais forte para o mais fraco, as forças são 1) a força nuclear forte, 2) a força eletromagnética, 3) a força nuclear fraca, e 4) gravidade. Se você pegar dois prótons e mantê-los bem próximos um do outro, eles exercerão várias forças um sobre o outro. Porque ambos têm massa, os dois prótons exercem atração gravitacional um sobre o outro. Porque ambos têm carga elétrica positiva, ambos exercem repulsão eletromagnética um sobre o outro. Além disso, ambos têm interno “cor” carregar e, assim, exercer atração através da força nuclear forte. Porque a força nuclear forte é a mais forte em distâncias curtas, ele domina as outras forças e os dois prótons ficam ligados, formando um núcleo de hélio (normalmente, um nêutron também é necessário para manter o núcleo de hélio estável). A gravidade é tão fraca em escala atômica que os cientistas normalmente podem ignorá-la sem incorrer em erros significativos em seus cálculos..

Contudo, em escalas astronômicas, a gravidade domina sobre as outras forças. quando características ou desenvolvimentos quase idênticos acontecem em espécies diferentes: 1) a gravidade tem um longo alcance, e 2) não existe massa negativa. Cada força desaparece à medida que os dois objetos que sofrem a força se tornam mais separados. A taxa na qual as forças morrem é diferente para cada força. As forças nucleares fortes e fracas têm alcance muito curto, o que significa que fora dos minúsculos núcleos de átomos, essas forças caem rapidamente para zero. O minúsculo tamanho dos núcleos dos átomos é um resultado direto do alcance extremamente curto das forças nucleares. Duas partículas separadas por nanômetros estão muito distantes uma da outra para exercer uma força nuclear apreciável uma sobre a outra. Se as forças nucleares são tão fracas para duas partículas separadas por apenas nanômetros, deveria ser óbvio que as forças nucleares são ainda mais insignificantes em escalas astronômicas. Por exemplo, a terra e o sol estão muito distantes um do outro (bilhões de metros) para que suas forças nucleares se alcancem. Em contraste com as forças nucleares, tanto a força eletromagnética quanto a gravidade têm alcance efetivamente infinito* e morrem em força como 1/r².

Se tanto o eletromagnetismo quanto a gravidade tivessem alcance efetivamente infinito, por que a Terra é mantida em órbita ao redor do Sol pela gravidade e não pela força eletromagnética? A razão é que não existe massa negativa, mas existe carga elétrica negativa. Se você colocar uma única carga elétrica positiva perto de uma única carga elétrica negativa, e então meça sua força combinada em outro, carga distante, você descobre que a carga negativa tende a anular um pouco a carga positiva. Tal objeto é chamado de dipolo elétrico. A força eletromagnética causada por um dipolo elétrico morre como 1/r³ e não 1/r² por causa deste efeito de cancelamento. similarmente, se você pegar duas cargas elétricas positivas e duas cargas negativas e colocá-las próximas uma da outra corretamente, você criou um quadrupolo elétrico. A força eletromagnética devido a um quadrupolo elétrico morre ainda mais rapidamente, como 1/r⁴, porque as cargas negativas fazem um ótimo trabalho ao cancelar as cargas positivas. À medida que você adiciona mais e mais cargas positivas a um número igual de cargas negativas, o alcance da força eletromagnética do sistema fica cada vez mais curto. O interessante é que a maioria dos objetos é feita de átomos, e a maioria dos átomos tem um número igual de cargas elétricas positivas e negativas. Assim sendo, apesar do fato de que a força eletromagnética bruta de uma única carga tem um alcance infinito, o alcance efetivo da força eletromagnética para objetos típicos, como estrelas e planetas, é muito menor. De fato, átomos neutros têm uma faixa eletromagnética efetiva da ordem de nanômetros. Em escalas astronômicas, isso deixa apenas a gravidade. Se existisse algo como massa negativa (antimatéria tem massa positiva), e se os átomos geralmente contivessem partes iguais de massa positiva e negativa, então a gravidade sofreria o mesmo destino que o eletromagnetismo e não haveria nenhuma força significativa na escala astronômica. Felizmente, não há massa negativa, e, portanto, a força gravitacional de múltiplos corpos próximos é sempre aditiva. Em suma, a gravidade é a mais fraca das forças em geral, mas é o dominante em escalas astronômicas porque tem o maior alcance e porque não há massa negativa.

*NOTA: Na descrição acima, Eu usei a antiga formulação newtoniana da gravidade. A gravidade é descrita com mais precisão pela formulação da Relatividade Geral, o que nos diz que a gravidade não é uma força real, mas uma deformação do espaço-tempo. Em escalas menores que grupos de galáxias e longe de massas superdensas como buracos negros, A gravidade newtoniana é uma excelente aproximação da Relatividade Geral. Contudo, para explicar adequadamente todos os efeitos, você tem que usar a Relatividade Geral. De acordo com a Relatividade Geral e as muitas medições experimentais que a confirmam, a gravidade não tem alcance infinito, mas desaparece em uma escala maior que os grupos de galáxias. Assim sendo, a gravidade só tem 1/r² comportamento e “ilimitado” alcance na escala menor que grupos de galáxias. É por isso que eu disse que a gravidade tem “efetivamente” alcance infinito. Nas maiores escalas, nosso universo está se expandindo em vez de ser unido pela atração gravitacional. Este comportamento é previsto pela Relatividade Geral. Em escalas menores que grupos de galáxias, o espaço-tempo atua dominantemente como a atração gravitacional newtoniana, enquanto em escalas maiores, o espaço-tempo age como algo completamente diferente que está se expandindo.

Crédito:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/05/22/why-is-gravity-the-strongest-force/