Capítulo 6

CAPÍTULO  6  

3.La interaccionabilidad del Universo: Campos y potenciales interactivos ; la Fuerza y  la Energía.          

3.1.Estructura de la interacción.

 a)La partícula y el campo (interior y exterior) :La propiedad interactiva interna. El campo vectorial interactivo y el campo escalar de potenciales interactivo (constante Universal interactiva, influencia interactiva y geometría interna - externa).

            Tanto la materia como la radiación se extienden por el espacio en modo discreto o cuántico de manera que el espacio está poblado de puntos con contenido energético y másico rodeados de una zona vacía formada por puntos potenciales sin existencia física (sin masa ni energía) y sin capacidad interactiva, por tanto, sin presencia física. Los puntos del espacio dotados de masa-energía ( e incluso de carga eléctrica) se denominan genéricamente “puntos físicos” y se extienden por la mínima extensión física cuyo intervalo se denomina “distancia de Planck” en simetría  esférica configurando un universo propio individual que tiene la siguiente estructura:

         +El interior o zona dentro de la superficie esférica frontera cuyos puntos están más próximo de lo que físicamente puede distinguirse por lo que se trata de una zona uniforme (como veremos, en su interior existe un campo de potenciales interactivo uniforme). Ante tal extensión indistinguible, no existen campos interactivos internos siendo por tanto  los campos gravitatorios, electromagnéticos y todos los demás, aportados por la propia partícula, nulos.        Figura nº 5     Esta figura representa la estructura de la partícula física distinguiéndose la partícula de su  campo .

           +El exterior o zona fuera de la superficie esférica frontera se extiende al espacio infinito donde tal  partícula muestra su presencia a través de los campos interactivos que son potenciales (solo se hacen reales con el paso de otra partícula por esas zonas de manera que se vería afectada realmente)tratándose de una extensión infinita de la propia partícula. Sus campos externos dependen de sus dos propiedades intrínsecas (masa y carga) y  de la distancia, como ya se verá en el capítulo de interacciones.                                                                                                                                                                                                                    

           +La frontera que separa el interior del exterior es una microsuperficie esférica donde se ubica geométricamente la masa , energía y carga  internas de la partícula. Tal distribución es uniforme dado el carácter escalar e isótropo de dichas propiedades y, por añadidura, simétrica y radialmente equivalentes  hacia todas las direcciones del espacio externo. Esta isotropía de las dos propiedades fundamentales de las partículas físicas (masa y carga) confieren carácter escalar a las mismas. Al generarse una partícula en el espacio, este queda dividido en su interior donde nada sale ni entra (impenetrabilidad, indistinguibilidad y puntualidad) y es uniforme espacialmente en potencial interactivo (la frontera y el interior forman un punto físico equipotencial sin distinción interna, como corresponde a una partícula fundamental) con campo vectorial interactivo nulo(el  propio campo vectorial “g” y “E”de la partícula en su interior son cero no autointeraccionando consigo mismo) ,  y en el exterior,  se desarrollan tales campos “g” y “E” de la partícula para afectar interactivamente a las demás partículas .También tenemos a la frontera donde se ubican las propiedades de la partícula elemental que la identifica como tal. Así pues, la partícula física distingue dos zonas complementarias y simétricas en todo el espacio: Tiene una región interna denominada “región de partícula”(ausencia de campo)  y una región externa denominada “región de campo de la partícula”  (ausencia de la propia partícula) con la superficie frontera común . Las fuerzas interactivas de la propia partícula no operan en su interior y sí en el exterior sobre las demás partículas .En la propia frontera, existe una fuerza especial “de Pauli” puntual ,sin extensión ni campo, que impide la intersección de partículas (preserva la identidad física que significa que no es posible que dos partículas materiales estén en el mismo punto y tiempo).  Este criterio es estricto en las partículas materiales o fermiones que poseen energía/masa internas (salvo el proceso de aniquilación) pero  en las partículas bosónicas o radiantes que no poseen tales valores internos su colisión se produce bajo el fenómeno de la superposición o suma energética (dos bosones que coinciden en un punto forman un bosón instantáneo suma de ambos, perdiendo su identidad instantáneamente y luego siguen su camino rectilíneamente sin alterarse). 

          Las partículas elementales tienen simetría espacial radial o esférica (fruto de una ubicación esférica puntual mínima y de una indistinguibilidad interna por propia definición de partícula fundamental) cuyas propiedades se distribuyen uniformemente por dicha superficie frontera y una influencia radial isótropa hacia el exterior sobre el resto de las partículas del Universo(debido a esto, se dice que sus propiedades internas masa, energía y carga, son escalares) . Sin embargo, dichas partículas desde el punto de vista temporal pueden ser estables o inestables cambiando al cabo de un tiempo limitado o permaneciendo eternamente constantes (en masa , energía interna  y en carga eléctrica).  El espectro másico-energético de los puntos físicos para los fermiones nos muestran que la “estabilidad” (tendencia a no cambiar internamente) de las partículas está cuantizada, es decir, las leyes de estructura física establecen unos valores de masas/energía internas previamente estables .  Figura nº 6        

        Cualquier otra masa acumulada en el punto físico para las partículas fermiónicas constituyen partículas que tratarán de cambiar siguiendo una estela de transformaciones hasta desembocar en las partículas estables. Estas transformaciones son bien conocidas en la Física de partículas donde un rosario de distintas partículas de mayor masa (hiperones) y  medias masas (mesones)  se desintegran en neutrinos estables (con masas estables cuantificadas y diversidad de energías cinéticas) y partículas más ligeras pero ya más estables o estables permanentemente, también de masas cuantificadas (electrones y protones y sus antipartículas). Como se ha dicho, se distinguen el interior, frontera y el infinito espacio exterior de una partícula puntual. También se recuerda que el concepto de partícula puntual no es el mismo que el concepto de punto matemático ya que un punto matemático tiene  extensión nula,  es decir, no tiene interior, siendo el exterior equivalente a todo el espacio. En el Universo físico, el punto físico tiene un interior físicamente indistinguible  con dimensiones físicamente indetectables, cuyo radio corresponde  a la distancia mínima de Planck. Además, el interior tiene la propiedad de que los campos que generan las propias partículas (gravitatorio y electronuclear)  son nulos  de manera que una partícula no produce una auto interacción ,no se afecta a sí misma con una autofuerza porque su campo interior debido a ella misma es nulo (la partícula puede estar afectada por otra partícula distinta porque esta partícula genera en el interior de la primera un campo cuya interacción se hace real con una fuerza). Toda partícula tiene campo interactivo en el exterior de las mismas a partir de su  frontera y hacia el infinito (gravitación y electromagnetismo ) o hacia las distancias de confinamiento de las interacciones nucleares pero de frontera hacia adentro es nulo. El campo de potenciales energéticos en su interior es , consecuentemente, constante , dando lugar a la mencionada uniformidad interna en la energía y la indistinción del interior de las partículas elementales ,propia de una auténtica partícula puntual.  El modelo visual que puede representar a las partículas elementales es el modelo  de la “pompa de jabón”. Una partícula se puede asemejar a una pompa de jabón donde la superficie frontera separa el interior vacío del resto del exterior y en dicha superficie se encuentra ubicada la masa/energía  internas o propias  o de reposo, independiente del exterior, y la signatura o carga eléctrica.   En la figura anterior se demuestra que para una distribución superficial de masas o de cargas, el campo interior es nulo , el campo exterior tiene la misma expresión que una partícula puntual y la energía potencial en su interior es uniforme e igual a la de su superficie Este modelo explica la falta de autocampo que autointeraccionaría con la pompa-partícula  y que es físicamente incorrecto. Además, uniformiza el interior que es propio de una partícula elemental sin estructura interna.   Figura nº 5 y la figura de abajo.

     

                                                                                                                                

b)Partícula inmersa en un campo interactivo :La causa real de la interacción o fuerza y la energía potencial . 

En el apartado anterior se ha descrito la primera mitad de la interacción: La partícula creadora de un campo interactivo en el exterior infinito a ella pero tal campo es potencial. Ahora viene la otra mitad de la interacción (acción entre cada dos), la partícula afectada en la cual se visualiza espacio-temporalmente o cinemáticamente la afección o efecto. Esta partícula, como la otra, es un punto físico (pompa) cuyo centro interior pasa por un punto del espacio donde existe un campo (g,E,B) interactivo debido a la partícula fuente provocando una aceleración medida respecto a otra partícula (sistema de referencia), según,  A=(g-a) +(q/m)(E + VxB) , donde g y E, se deben a fuentes gravitatorias y electrostáticas, donde a y B, se deben a que el sistema de referencia elegido posee velocidad y aceleración. La causa potencial del cambio de movimiento de la partícula son los campos de fuerzas E,B y g junto al movimiento de  los sistema de  referencia mientras que la causa real de tales cambios o aceleraciones son las” fuerzas físicas”, gravitatorias, electromagnéticas e inerciales. Los movimientos y sus cambios constituyen la fenomenología básica del Universo , las fuerzas son  sus causas inmediatas y los campos son las causas de fondo depositadas en otras partículas, las partículas fuentes de tales campos. El movimiento en el espacio -tiempo es un hecho o fenómeno que pertenece a la realidad física , se está produciendo como consecuencia de las fuerzas , pero hasta que no nos envíe una señal informativa (fotones) no se puede convertir en “realidad observable” : Tales cuerpos en movimiento deben ser captados por los “observadores”(cualquier ser con capacidad de obtener información de lo que pasa) a través de la luz que envía que sigue siendo partículas físicas  pero muy especiales, pues viajan a la máxima permitida o límite de velocidades C, no infinita(porque sus partículas no tienen infinita energía, prohibitivo en la realidad física) pero de enorme valor. Como muestra el experimento de Bertozzi, pares de partículas materiales no pueden separarse a mayor o igual valor que C, salvo la propia luz, lo cual puede ser una propiedad a priori del espacio-tiempo  físico (este detalle no pertenece al espacio en sí, ni al tiempo en sí , ni a  la materia, radiación e interacciones en sí sino a las leyes físicas en sí , es un decreto natural que Einstein descubrió , expresó en su postulado de la relatividad especial y pertenece a la entidad legislativa de la esencia física del Universo) en el que vivimos y se fundamenta en la realidad tal como la vivimos : Gracias al fundamento cuántico de que la materia envía fotones y al fundamento relativista de que estos tienen velocidad limitada y mayor que la propia materia, hace posible que la realidad física la observemos así.

 c)Simetría espacio-temporal en la interacción: El 3º principio de la dinámica de Newton (dinámicamente) ; conservación de la energía mecánica (energéticamente) en interacciones continuas y de la energía total en interacciones cuánticas.

En este apartado exponemos el tercer aspecto básico de la interacción : Su simetría espacio-temporal de la interacción. Tenemos los protagonistas descritos anteriormente, es decir, una partícula crea un campo potencial interactivo en su exterior y otra partícula se ve afectada potencial y realmente, por un campo y una fuerza. Pues bien, la situación es simétrica, pues, la segunda partícula también crea en el infinito exterior suyo un campo interactivo y afecta a la primera partícula potencial y realmente con un campo y una fuerza. Los campos que crean ambas partículas dependen de propiedades internas (masa y carga) así como de las distancias espaciales y siendo tales propiedades distintas, generan campos interactivos distintos (de diversa naturaleza,   gravitatoria y  electromagnética) pero la causa real, la fuerza total con que una afecta a la otra y viceversa, es simétricamente iguales, resultado denominado “Tercer principio de la dinámica de Newton” cuyo contenido exacto es :   Si una partícula realiza una fuerza sobre otra partícula, esta ejercerá la misma fuerza pero de sentido contrario sobre la primera y simultáneamente (tanto por fuerzas individuales de diversa naturaleza como por la fuerza total con que se interaccionan).                           Si F12 , entonces, F21    :     F12 = - F21  .   Este resultado es correcto estáticamente. Si una de las partículas se mueve generando un cambio variable en el espacio de la otra, esta variación no aparece en la otra automáticamente sino tal variación (señales gravitatorias  o  electromagnéticas), se propaga de una partícula a otra a velocidad C conocida. Estáticamente (partículas en reposo), la acción es simultánea pero dinámicamente, hay un pequeño tiempo de desfase dado por T=L/C, donde L es la distancia de separación entre partículas. El tercer principio de la dinámica newtoniana se  deduce del siguiente razonamiento (parte del principio fundamental de la dinámica de Newton):      Sea un par de partículas aisladas del resto del Universo, sin fuerzas exteriores, por lo que las únicas fuerzas son las de mutua interacción , así, Ft= F12 + F21= = M Acm   .  Como  está aisladas, su centro de masas está en reposo por lo que, F12+ F21=0 ,es decir, se cumple este 3º principio,   F12 = -F21  .                                                                                               

 Lo anterior es una simetría espacial-interactiva, desde el punto de vista dinámico. Desde el punto de vista energético, cuando un par de partículas interaccionan, resulta que se cumple que la energía mecánica del sistema inicial es igual a la energía mecánica total del sistema al final en procesos continuos que sean clásicos (bajas velocidades y/o  poca masa) o relativistas (altas velocidades con/sin presencia de masas) , se  conoce como “Principio de conservación de la energía mecánica”. Si los sistemas físicos experimentan saltos de energías debido a escalones de potenciales en los campos de las partículas a corta distancia microscópicamente (o bien en superficie frontera de sucesos ) entonces, no se conserva tal energía mecánica sino que  la energía total del sistema físico sí se conserva de manera que “la energía total de un sistema físico inicial es igual a la energía total del sistema físico  final” constituyendo este enunciado una de las piedras angulares de la legislación cósmica del Universo físico denominada “Ley de conservación de la energía”, es decir,     Etotal(inicial)  =  Etotal (final) , en cualquier circunstancia física (es una de  las leyes más generales que existen). El principio anterior es un principio de simetría temporal (igual antes que después) y el 3º principio dinámico anterior  es un principio de simetría espacio-interactivo (igual hacia un lado que hacia el otro).

d)No autointeracción (violación principio de conservación de la energía  y el tercer principio de la dinámica, vistos anteriormente). Interior de la partícula fundamental.

Si una partícula se autoafectara a sí misma porque su propio campo interactivo es no nulo en su propio interior y con origen en sí misma se autoafecta con una autofuerza, tendríamos una partícula que al autoarrastrarse a sí misma, genera velocidad y energía cinética sin consumirla de otro tipo de energía externa (por ejemplo, energía potencial). Estaría creando energía de la nada, violando el principio de conservación de la energía. También, si una partícula se afecta a sí misma, no habría otra partícula con la que interaccionar y cumplir el 3º pr. dinámico. O bien, si debe cumplir este principio, lo debe hacer al pie de la letra: Si la partícula A ejerce una fuerza sobre la partícula A, entonces, esta partícula A ejercerá otra fuerza igual y de sentido contrario en A, en el mismo cuerpo A, simultáneamente. En tal caso, al estar ambas fuerzas actuando en la misma partícula a la vez, se anularían : No sería posible una autofuerza.

e)El espacio, los campos de interacción y los ámbitos de interacción (las interacciones y sus superficies especiales asociadas).

La estructura de la interacción física respecto a la partícula física se configura de manera que  dicha partícula de dimensiones indistinguibles pero finitas en lo mínimo o distancia de Planck, adquiere un campo nulo en su interior(tanto gravitatorio como electrostático) y un campo puntual de frontera de Pauli que impide la interpenetración de fermiones (solamente podemos hallar colisiones elásticas entre partículas fermiónicas e incluso colisiones fermiones-bosones, según colisión Compton). Entre este punto y la distancia de confinamiento nuclear (alrededor del Fermi), las partículas con carga eléctrica están sometidas a las interacciones nucleares débil y fuerte,  a esas reducidísimas distancias, aunque muy superiores a la distancia de Planck, dichas cargas oscilan en un equilibrio entre las interacciones débiles y las electromagnéticas, las interacciones fuertes y las electromagnéticas, y todas estas juntas o electronucleares,  formando los neutrones y los núcleos atómicos (ver dinámica nuclear). Desde la frontera de las partículas fundamentales hasta el infinito espacio externo, actúan las interacciones gravitatoria y electromagnéticas, en un ámbito sin límites. No obstante, la interacción gravitatoria es excelentemente débil por lo que a niveles microscópicos es prácticamente imperceptible pero es acumulativa vectorial (siempre atractiva) de manera que se va haciendo cada vez más perceptible en sistemas materiales más grandes,superando a la electromagnética a niveles macroscópicos y astronómicos. La interacción electromagnética es excelentemente fuerte frente a la gravitatoria pero como es efectiva (balance de atracciones y repulsiones), a niveles microscópicos y locales supera a la gravitatoria pero no así a niveles astronómicos. La interacción electromagnética se suma a las interacciones nucleares (interacciones electronucleares que debido al estrecho confinamiento y cambios muy rápidos, sus evoluciones son de carácter cuántico , no continuos, con bosones nucleares de interacción gauge ) para generar las primeras estructuras materiales (de 1º orden) como el neutrón y los núcleos atómicos base de los elementos químicos; las estructuras materiales de 2º orden o átomos se basan en la interacción electromagnética (ámbito fuera de las interacciones nucleares hasta las extensiones de las cortezas atómicas) ; como estructura de 3º orden dentro de las dimensiones microscópicas tenemos las  moléculas y cristales. Más allá del ámbito microscópico comienza la construcción de las estructuras  de los cuerpos materiales en general y ya hacia los sistemas materiales astronómicos. Así pues, la existencia de una partícula física divide al espacio en tres grandes regiones:   Su interior indistinguible para  “R” menor que la distancia mínima de Planck ( Xpl ); entre esta y la distancia de confinamiento nuclear  ( Xnuclear) , y de aquí al infinito. Eso constituye una “ley física de estructura espacial e interactiva”, clave para que la realidad física que nos rodea sea tal  como es, estructurada en tres niveles de asociación microscópicas: Partículas fundamentales (inestables o estables), núcleos atómicos (neutrones) , átomos y moléculas-cristales. Este último nivel se extiende por todo el espacio formando grandes  estructuras macroscópicas como los astros, los sistemas astrales y el Universo en su conjunto, pero también forma extrañas e hipercomplejas estructuras materiales como  son la “materia biológica”.

3.2.Clasificación de los campo interactivos .       

a) Por las propiedades físicas intrínsecas (campos estáticos) y extrínsecas (campos dinámicos relativos). Interaccionabilidad entre lo semejante.

       Los campos interactivos son la región  externa de una partícula fundamental (de ámbito infinito para la interacciones electromagnéticas y gravitatorias y de ámbito limitado hasta la distancia de confinamiento nuclear para las interacciones nucleares) que adquiere una potencial propiedad interactiva para afectar a otras, como los campos g y E, desde el punto de vista vectorial y los potenciales Vg y Ve ,desde el punto de vista escalar. Estos campos se deben a una propiedad interna como la masa (en su versión masa gravitatoria) y la carga eléctrica, por lo que los campos se denominan campos gravitatorios (vectorial o escalar) y campos eléctricos (vectorial y escalar). Estos campos son campos estáticos y se deben a masas y cargas estáticas que afectan a otras que sí pueden estar en movimiento. Si las medidas previas para calcular estos campos se realizan desde un sistema de referencia en movimiento, con vierta velocidad y cierta aceleración, aparecen los campos relativos que son el campo de inercia dado por la aceleración del sistema de referencia  y el campo magnético B, en base a la velocidad de la carga fuente. La expresión de la fuerza total con que realmente una partícula está afectada por otra partícula-campo, es F= Fg + Fi  + Fe + Fm o conjuntamente, F= Fgi  +  Fem  ,  siendo Fgi la fuerza gravito-inercial  y Fem, la fuerza electromagnética (esta fuerza es de ámbito infinito y dentro del ámbito nuclear se añadirían las interacciones nucleares). En función de los campos gravitatorio “g”, inercial “-a” ,eléctrico “E”  y magnético “B”,  es :     F = m(g-a)  + q (E + VxB) . Estos dos campos y estas dos fuerzas no pueden unificarse dada la absoluta independencia entre las dos propiedades básicas de la masa y la energía, que además, constituyen dos dimensiones fundamentales físicas. Los campos derivados del movimiento del sist. de referencia –a y B, son campos dinámicos. Cuando los campos anteriores oscilan al oscilar las fuentes, tenemos los campos dependientes del espacio (como siempre) y del tiempo , es decir, g(x,t),  a(x,t), E(x,t) y B(x,t)  , generando una transmisión del campo a través del espacio, denominada onda interactiva  como las ondas gravito-inerciales o las ondas electromagnéticas, transmitiendo energía en su aspecto ondulatorio y en su aspecto corpuscular (bosones gravitatorios o gravitones  y bosones electromagnéticos o fotones).Los primeros son indetectables por absorción-emisión, debido a que la aceleración gravito-inercial no depende de la masa y los segundo sí son detectables porque sus aceleraciones sí dependen de la masa de las partículas produciéndose ,aceleraciones relativas, sinónimo  de absorciones y emisiones. Otra diferencia entre sus bosones, es que los bosones gravitatorios son excelentemente menos energéticos que los electromagnéticos (en 30  o 40 órdenes de magnitud).                                                                   

Por último, anotar que lo semejante interacciona con lo semejante : La masa interacciona con la masa, la carga con la carga, la carga móvil con la carga móvil, etc (y tales propiedades conjuntamente dan interacciones conjuntas totales).

      

b)Por las dimensiones físicas (interacción y dimensiones).

       La interacción es una acción real de una partícula fuente, creadora de una perturbación en el infinito espacio exterior a ella (pues en su interior, el campo debido a ella misma es nulo)  cuyo efecto se hace realidad física sobre  otra partícula en su exterior visualizándose  la aceleración que le provoca (cambios en la velocidad y en su energía cinética). Los campos pueden extender su acción o influencia en dimensión cero, uno, dos, tres o las cuatro dimensiones espacio-temporales y de ahí su clasificación según tales dimensiones.  La interacción que solamente actúa en la mínima distancia física o distancia de Planck, impidiendo la interpenetración de partículas , sin extensión espacial y puntualmente (dimensión 0) , es la interacción cuántica de Pauli que es repulsiva, de simetría radial pero sin alcance alguno. No realiza trabajo, no posee energía potencial asociada sino que solamente permite la colisión perfectamente elástica entre fermiones y  entre estos y los bosones, por Compton , al intentar coincidir en un punto (esta fuerza y el principio que la sustenta, de Pauli, impide tal coincidencia simultánea en un mismo punto físico).  Por otra parte, una interacción y el campo de donde deriva, es de dimensión 1 , si su influencia se extiende en una línea y siempre entre pares de partículas que deben estar fantásticamente cerca pero a mayor distancia que la distancia mínima físicamente de Planck : Es el caso de la interacción  fuerte establecida entre pares de partículas cargadas eléctricamente con el mismo signo e iguales en masa como la interacción  protón-protón y electrón-electrón (análogamente en sus partículas antimateriales). Estas interacciones son unidimensionales  y de signos contrarios a sus análogas tridimensionales , las fuerzas electrostáticas : Estas son atractivas en la interacción con signos distintos y aquellas son atractivas en interacción con mismos  distintos. La influencia interactiva que una carga distribuye por una línea (1 dimensión, o en línea, como la propagación de un rayo láser) es constante , no depende de la lejanía (salvo por su limitación dentro de la distancia de confinamiento nuclear)por lo que             Cf = -K Q   ( K constante interactiva  fuerte, Q carga eléctrica, que es también constante universal). Por tanto, el potencial fuerte es            Vf= K Q x  , donde “x” es la coordenada desde la carga fuente en la recta de  acción y la energía potencial fuerte es  Ef =- K QQ x , que es negativa al ser una interacción siempre atractiva. La interacción de dimensión 2 es la interacción débil entre cargas de distinto signo y de distinta masa (protones-electrones y sus antipartículas). En esta interacción, dado que los electrones son 1836 veces menos másicos que los protones, frente a las fuerzas eléctricas, sigue trayectorias  cerradas envolventes (para el caso del neutrón con protón y único electrón, trayectoria plana circular). La influencia interactiva del protón sobre el electrón se distribuye por un plano en todas sus direcciones y concretamente sobre un círculo de dos dimensiones, de tal manera que el campo es igual a la influencia distribuida por la longitud del círculo  Cd = KQ/(2piR)  o bien,  Cd= Kd Q /R , siendo Kd , constante interactiva débil. Este campo disminuye con la distancia y es repulsivo entre cargas distintas. El potencial es  Vd =- KQ/(2pi) Ln r  , siendo la energía potencial débil del electrón alrededor del protón,  Ed = KQQ /(2pi) Ln r  Tanto, la interacción monodimensional fuerte como la presente interacción bidimensional débil, actúan en un corto intervalo de acción, constituyendo unas interacciones determinantes en la constitución del primer nivel de arracimamiento material : El núcleo atómico. Por ello, a dichas fuerzas se las denomina “fuerzas nucleares” (fuerte y débil) aunque existe un tercer actor en estos sistemas materiales : Las fuerzas de largo alcance electrostáticas.  Estas fuerzas se extienden al espacio infinito en sus tres dimensiones (por ello son interacciones de dimensión 3, junto a las gravitatorias). La influencia interactiva de una partícula cargada con una carga Q (constante universal) , se extiende en  el espacio sobre una superficie esférica :    I = K  Q     (influencia proporcional al valor de la carga ). El campo en todo punto del espacio a una distancia “r”, es la medida de  la distribución de la influencia eléctrica sobre todo el espacio y sobre una superficie de área A= 4pi r2. Así tenemos que el campo adquiere la expresión  :  E= K Q /(4pi r2)  , o como se conoce según la ley de Coulomb,  E = Ke Q / r2   , siendo Ke la constante dieléctrica del vacío.   Para la propiedad fundamental de la masa en su versión efecto gravitatorio, la influencia gravitatoria es  I = K M (influencia proporcional a la masa creadora del campo a su alrededor) ,  cuyo valor se reparte en todas las direcciones del espacio y , concretamente , se distribuye por una superficie esférica circundante de área A=4pi r2 , resultando en cada punto un campo gravitatorio elemental  g=K M/(4pi r2) o en términos de I. Newton :    g = G M / r2  .Para la interacción eléctrica  y la gravitatoria ,el potencial interactivo es , como siempre Ve  =  KQ/R   y  Vg= -GM/R . Colocada otra partícula en el campo de la fuente anterior, adquieren las energías potenciales correspondientes, Ee=KQQ´/R     y  Eg=-GMM´/R .Todos estos campos interactivos (debidos a fuentes puntuales bajo la propiedad intrínseca de la masa y la carga) son centrales, se dirigen de punto a punto, ya sea atractiva como repulsivamente.  Todos los campos interactivos tienen en común el que la partícula fuente no genera campo en su interior (interior delimitado por el punto físico de tamaño a  la distancia mínima de Planck) y las propiedades intrínsecas ubicadas en su superficie frontera sí configura  el espacio exterior afectando a otras partículas; la propiedad intrínseca (carga y masa) influye en la línea, superficie o espacio exterior con una “influencia interactiva” que es proporcional  a la cantidad de su propiedad intrínseca y se distribuye por la dimensión de su propia naturaleza (en línea, en plano o espacialmente). La densidad de influencia (constante en línea, inversa a la distancia en plano e inversa al cuadrado de la distancia en espacio), determina el valor numérico de los campos interactivos, de los potenciales interactivos y de las energías potenciales interactivas. Para la interacción puntual de Pauli no hay potenciales por lo que no hay transformaciones energéticas sino que las partículas que colisionan se llevan la misma energía que la que traía (choque absolutamente elástico). Por ello, es difícil encontrar dos partículas juntas a la mínima distancia Xplanck para que forme un sistema de máxima densidad natural.  Por último, los campos interactivos pueden variar en el tiempo (campos de 4 dimensiones) de tal manera que dichas variaciones no son  solo locales , producidas en la partícula que se ha dedicado a variar sus campos exteriores (masas oscilantes o cargas oscilantes para ondas continuas y, saltos bruscos de energía en corto espacio-tiempo, generando ondas discontinuas o radiación de bosones) , sino que tales variaciones se “comunican” al resto del espacio (en línea, en plano o en espacio) en forma de “onda interactiva” (ondas electromagnéticas y ondas gravitatorias). Cuando las variaciones de energía son significativas pero producidas en corto intervalo de tiempo y en pequeño intervalo de espacio (por altos campos sobre partículas pequeñas), la ley de dispersión masa-energía, ya dispone del mecanismo de evacuación más rápido : Las energías mecánicas de las partículas inmersas en los campos anteriores se transforman en “cuantos de energía de radiación”  o “bosones gauge” que dispersan  masa-energía a la máxima velocidad natural (c) en varias direcciones (bifurcación de la partícula original en varias partículas ya sean materiales como radiativas).  En las interacciones dependientes del espacio en diversas dimensiones se cumple el 3º principio de la dinámica ya que entre cada dos cuerpos, existe una fuerza de interacción común (mismo valor y sentidos contrarios, que actúan simultáneamente, cumpliéndose una simetría interaccional-espacial-temporal).  El salto de energía perdido en el par de partículas iniciales (fuente) tarda un tiempo en llegar al  segundo par de partículas (destino) dada la limitada velocidad máxima ( de tales bosones)  y se cumple que la energía cuántica (contenido de dicho bosón) perdida en dicho primer  par  es exactamente igual a la ganada por el par de destino, produciéndole el mismo efecto pero contrario (ganar la energía del bosón ) salvo incidencias por el camino que se tratará en otros apartados (efectos relativistas sobre el fotón y otros efectos).Se dice, entonces, que se ha producido una transmisión de energía por radiación.

      

 c)Por el nivel material asociativo en el que opera y orden de aparición en la naturaleza.

       Las interacciones físicas se clasifican en 1º,2º y 3º orden, según el nivel de organización material en el que intervienen. Las interacciones puntuales de Pauli solamente operan en el nivel último de la materia, a la mínima distancia físicamente registrable siendo repulsiva y opera en todas las direcciones radiales (simetría esférica de la partícula física elemental)  ; su complementaria opera en todas las partes del Universo desde la distancia cuántica mínima hasta el infinito, en todas direcciones igualmente , siendo atractiva e igualmente radial (en ambas, el efecto de aceleración producido no depende de las características de la partícula afectada) : Es la interacción gravitatoria. Ambas forman un doble nivel extremo, el infinito y el punto, constituyendo el 1º orden de interacciones. En el segundo orden de interacciones tenemos las dos fuerzas nucleares, una repulsiva (partículas  de distinta masa y distinta carga)  denominada “interacción débil” y otra atractiva (partículas de igual masa y carga) , denominada “interacción fuerte”. Su ámbito de actuación es de reducida distancia a nivel de los núcleos atómicos y mantienen confinados a los protones y electrones formando neutrones y núcleos de diversos tamaños, siendo también complementarias. En el tercer orden de interacciones tenemos a las fuerzas electrostáticas (entre cargas eléctricas de todo signo, no se incluyen las partículas neutras) que operan, al igual que las gravitatorias, en todo ámbito de distancias, desde la mínima distancia hasta el infinito pudiendo ser atractivas (entre cargas de distinto signo) y su complementaria repulsiva (entre cargas del mismo signo). Este cuadro de interacciones se complementa  con las que no son derivadas de fuentes puntuales (cargas o masas fuentes) sino derivadas de la relatividad del movimiento como son las fuerzas inerciales (debido a la aceleración del sistema de referencia desde donde se realizan las medidas (laboratorio) ) y las fuerzas magnéticas (las cargas se encuentran en movimiento a cierta velocidad, pudiéndose considerar como fuentes a las propias cargas móviles  de valor interactivo, el producto de su carga por el vector velocidad).     El resumen de estas interacciones lo  tenemos en el cuadro adjunto.  En cuanto al orden de aparición en la naturaleza de las diversas interacciones véase genealogía de las interacciones físicas.

       Como se verá en el desarrollo de la teoría del origen esférico del Universo, primero apareció la interacción gravitatoria (originando la masa y dando la cara energética negativa al protouniverso original que se compensa exactamente con la energía positiva de la masa inercial de las primeras partículas físicas o bosones H originales); en la materialización de estos bosones se originó  la carga eléctrica (dando lugar a las energías electromagnéticas en la interacción electromagnética) ;a la vez aparecen las energías nucleares derivadas de tal carga eléctrica y así mismo las fuerzas nucleares. Figuras nº 23 a y b

d)Relación entre el campo interactivo (escenario espacio-temporal afectado por la presencia de fuentes interactivas que causan cambios en el movimiento)  y  la aceleración como efecto observable (fenómeno continuo clásico, fenómeno continuo relativista y fenómeno cuántico). 
             
       Una partícula dotada de masa y carga posee un campo doble  independientes (no pueden unificarse) a su alrededor en todo el espacio, es decir, “g” y “E”, de manera que una partícula viajera insertada en él reacciona cinemáticamente con una aceleración que siempre depende del campo de la partícula fuente tanto en el lado gravitatorio como en el eléctrico resultando la superposición vectorial de efectos   Ft= m g + q E . Sin embargo, la respuesta espacio-tiempo o cinemática es distinta para cada partícula , pues Ft=m g + q E = m a , tenemos, a= g + (q/m) E . El comportamiento de la partícula viajera está predeterminada por la partícula fuente a través de su campo “g” y  en cuanto a la parte eléctrica “E” y su aceleración depende también de la relación carga- masa de la propia partícula viajera. Es más, el signo de la carga de la partícula viajera determina su propio futuro dentro del campo gravitatorio y eléctrico que se extiende por el espacio donde se mueve (ambos campos  no dependen de la partícula móvil en estudio sino de las demás partículas del Universo). Para partículas viajeras neutras ( simples como los neutrinos o compuestas como los neutrones, cuerpos  o astros neutros), la aceleración no dependería de sus propiedades intrínsecas sino de la gravedad debido al resto del Universo  y su destino está predeterminado externamente: Se dice que existe un relieve en el espacio determinado gravitatoriamente por el resto del Universo y por él mismo (por todo el Universo en su conjunto, pero al pasar dicha partícula por el punto donde está, su propio campo gravitatorio es nulo debido a que el campo interno de una partícula es nulo y no se auto aporta interacción). Sin embargo, en la propiedad física de la carga eléctrica, dada la independencia entre masa y carga y la falta de unificación gravedad-electricidad, amén de que las fuerzas eléctricas tienen dos tendencias opuestas repulsiva/atractiva, el comportamiento de una carga eléctrica es más complejo que el de una partícula neutra. En ausencia de campos eléctricos las partículas cargadas se comportan como neutras pero en presencia de campos eléctricos  las cargas positivas tratan de “caer” en el campo de potenciales eléctricos (las  cargas positivas que se mueven en un campo eléctrico, las fuerzas son del mismo signo que el campo del lugar y se mueve hacia donde bajan los potenciales eléctricos ; las cargas negativas, lo contrario, “escalan “el campo de potenciales respondiendo a la ecuación          Fe = q E, vectorial).Se puede decir que toda carga positiva tiene por naturaleza espacio-interactiva caer o descender por el espacio potencial eléctrico del lugar donde se encuentre mientras que toda carga negativa lo que hace es escalar por el espacio potencial eléctrico del lugar donde se encuentre: Esta es la identidad carga-campo de los dos signos de la carga.  Las partículas neutras o las partículas cargadas en ausencia de campos eléctricos, aceleran todas con el mismo valor que el campo gravitatorio en el lugar, que a su vez depende únicamente de la distribución de masas ajenas a la propia partícula.  Las consecuencias anteriores se basan en campos no muy intensos o fuerzas no muy intensas, o bien, tiempos no muy prolongados o masas no muy pequeñas. Si F o t, son grandes, o bien la masa es muy pequeña del orden de partículas, la aceleración no sigue pautas clásicas sino pautas relativistas . En la sección de las leyes relativistas, se muestra la aceleración de forma          a= (F/m)/(Raiz(1+(F/mC)2  t2) )3 ,    así a altas velocidades próximas a C, se prevé que la aceleración va confluyendo asintóticamente a cero. Si aplicamos F grande o durante un tiempo grande o bien a masas minúsculas, la velocidad tiende a la de la luz “C”  mientras que la aceleración tiende a cero. Para velocidades pequeñas, la aceleración se acerca a F/m, expresión clásica. Vemos que los comportamientos de los cuerpos dependen de ciertas circunstancias. Para bajas velocidades, fuerzas no muy intensas y partículas grandes, las leyes en su formulación clásica nos sirven bien. Es el “límite clásico”. En caso contrario, a altas velocidades , altas interacciones, tenemos el “límite relativista”. En ambos se conserva la energía mecánica pero en el primero, masa y energía se distinguen y en el segundo masa y energía se transmutan. En el caso más extremo de intensidad de campo o saltos bruscos escalonados de los potenciales energéticos  se produce el salto cuántico en la energía (la energía mecánica del sistema baja ) para evacuarse en forma de bosón. Es el “límite cuántico”.En todo caso, la energía total de los sistemas físicos se conserva.

e)Fenómenos continuos y fenómenos cuánticos(campos continuos y escalones bruscos): Complementariedad de la física clásica, relativista y cuántica.

       Los campos interactivos establecen una interacción entre cada par de partículas en cuya expresión aparece la fuerza interactiva, el campo interactivo de la partícula fuente y la propia partícula afectada (y la situación simétrica también es correcta).Mientras que una partícula se mueva en el espacio-tiempo-campo, su energía mecánica permanece constante, transformándose la energía cinética de la partícula en el espacio tiempo en energía potencial de dicha partícula en el campo de la otra partícula, tanto en su extremo clásico como en el extremo relativista. Mientras los campos no sean excesivamente intensos (así como sus gradientes), se produce tal conservación de la energía mecánica o “la continuidad de dicha energía en el tejido espacio-temporal-dotado de interacción”. Sin embargo, en fenómenos de campos muy intensos (como, el más habitual, en las inmediaciones a cargas puntuales como partículas fundamentales , en los núcleos, en la corteza de los átomos o moléculas, donde el potencial energético posee escalones o saltos bruscos en sus valores),las partículas no se mueven de forma continua conservando la energía mecánica (con únicas transformaciones de energía cinética a potenciales y viceversa), sino que el sistema sufre saltos bruscos en dicha energía  de regiones a regiones de distinto nivel abrupto de energías , es decir, de orbitales en orbitales de distinta energía cuantizada. En tal fenómeno, denominado cuántico, la energía no se la queda la partícula ni el sistema al que pertenece sino que la diferencia de energías entre los dos orbitales se transforma en un bosón (fotón en las ondas electromagnéticas libres ; gluón, en la interacción confinada nuclear fuerte; debilón en la interacción confinada nuclear débil; bosón H generador de partículas en las colisiones de alta energía ; gravitón, en la interacción gravitatoria intensa, aunque este caso es escasísimo por la rareza de tal intensidad y por la poquísima energía de estos bosones, cuasiindetectables).Este bosón emerge del centro de masas del sistema y se dirige hacia el exterior del sistema a la máxima velocidad de evacuación C, respetando los principios de conservación de energía, la cantidad de movimiento y la carga (por esta última razón, los bosones son eléctricamente neutros).Se dice que se ha producido una emisión cuántica o radiante de energía, brotando incontables fotones (uno por cada fenómeno cuántico) en todas las direcciones del espacio, estadísticamente o probabilísticamente por igual (simetría radial y de ahí el término de  radiación).Solamente en el caso de la emisión/absorción de gluones y debilones en las interacciones cuánticas nucleares, los bosones se realizan por parejas (un bosón de una partícula a la otra y otro bosón, igual pero a la inversa) y tales bosones no salen de la interacción entre ambas partículas protón-protón o protón-electrón  sino que permanecen en una eterna absorción-emisión, confinados entre dichas partículas (una especie de rayo láser dibosónico).  Los procesos continuos donde se conserva la energía mecánica en los campos espacio-temporales-interactivos continuos se complementan con los procesos cuánticos donde se no se conserva la energía mecánica vinculada al espacio-tiempo, pero sí se conserva la energía total :La descripción clásica de los fenómenos físicos se complementa a altas velocidades-altos campos gravitatorios con la descripción relativista y estas dos en fenómenos físicos con campos de escalones energéticos bruscos a niveles microscópicos se complementan con la descripción cuántica. El puente que nos llevó de unas evaluaciones clásicas a las relativistas fue de carácter cuantitativo (una pasa a la otra al considerar grandísimas velocidades y grandísimas masas); ahora, el puente que nos lleva de unas evaluaciones relativistas a las cuánticas es de carácter cualitativo ( los campos gravitatorios y electromagnéticos no son ahora continuos sino son saltos o escalones de energía, como en las interacciones nucleares, en la corteza del átomo o en la superficie de Schwarzschild de las estrellas negras): Son aspectos complementarios de la descripción espacio-temporal-interactiva de la estructura y fenomenología del Universo.

3.3.Interacción de primer orden repulsiva-puntual : Interacción de Pauli (principio de exclusión de Pauli Universal) para fermiones y equivalente para bosones: Nivel puntual, nivel atómico-molecular y nivel macroscópico.                                                                                     

       Las partículas físicas ocupan un punto en el espacio al cual dotan de masa y energía intrínseca base de su existencia física. Si mantienen dicho valor en el punto de forma permanente, tendremos una partícula individual estable (partícula fundamental si la estabilidad es duradera o partícula inestable si dura poco y expulsa parte de su energía y masa).En todo caso, mientras mantienen su identidad en el espacio, y en cierto periodo de tiempo, su interior no se verá invadido por otra partícula ya que el tamaño mínimo del punto físico es precisamente la mínima distancia distinguible físicamente (distancia de Planck) y en tal invasión no se distinguirían ambas partículas rompiendo así su distinguibilidad e identidad. Las partículas fermiónicas son distinguibles (esa es una de sus propiedades cuánticas básicas) y las partículas bosónicas pueden ocupar un mismo punto durante un tiempo mínimo mientras realizan tal “interferencia cuántica” en un punto físico (perdiendo la distinguibilidad durante ese instante mínimo de Planck) . En el caso de intervenir un fermión al menos, se puede observar que las partículas realizan una colisión puntual e instantánea absolutamente elástica (sin transformación de energías en otras energías más internas) en base a una interacción repulsiva que solamente se ejecuta entre las partículas a la distancia más corta físicamente y en el tiempo más corto físicamente, se trata de la “interacción de primer orden repulsiva y puntual de Pauli” que preserva la independencia y la identidad de las partículas a la más corta escala. La única ley que recoge esta interacción (que no posee campo al no extenderse por ningún espacio sino que es  puntual ,instantáneo, en la frontera de la partícula física) es el Principio de exclusión de Pauli de mínima distancia cuántica: Dos fermiones (o un fermión y un bosón) no pueden ocupar un mismo punto del espacio y en un mismo instante  del tiempo (no pueden coincidir espacio-temporalmente). Para los bosones, cuando dos bosones se cruzan en un punto, ambos suman sus masas- energías de movimiento en ese punto (a modo de interferencia) y luego, salen de tal punto con sus propias masas-energías, sin desviarse y en las mismas direcciones-sentidos originales formándose instantáneamente en un tiempo mínimo de Planck un bosón de energía suma de energías .

Para las partículas de radiación o bosones no existen interacciones Pauli entre ellas sino solamente para las partículas materiales o fermiones. Para una colisión bosón-fermión, se sigue la ley de Compton y  tiene lugar una colisión donde se mantiene la identidad del fermión y secundariamente la del bosón (una única partícula fundamental, sin estructura interna distinguible no puede absorber fotones  ya que esto es cosa de pares de partículas distintas con carga eléctrica). Por otra parte, en la colisión de un neutrino con una partícula fundamental, la interacción de Pauli facilita una colisión elástica. Esta colisión elástica ,cuando se produce en una partícula compuesta como el neutrón, puede inducir a la escisión del mismo neutrón  en protón y electrón (clásica partícula beta) más el propio neutrino final pero con menos energía (los haces de neutrinos que invaden silenciosamente el espacio son los que pueden provocar o ayudar a que los neutrones libres se descompongan acentuando su natural inestabilidad) .Análogamente, en el sistema de detección de neutrinos de Raymond Davis, en el isótopo de Cloro-37 que se transforma en Argón-37 , un neutrón interno del primero recibe al neutrino que lo  hace escindir en protón y electrón (este sería la partícula beta clásica) de tal forma que el nuevo isótopo de argón que ya es detectable por su inestabilidad, hace detectar al propio neutrino (por cierto, el neutrino que colisionó sigue su camino pero con menos energía tras dicha colisión).Por tanto, esta interacción de Pauli está ligada a partículas con contenido másico-energético interno o propio que preserva su identidad las cuales colisionan elásticamente sin invadir espacio-temporalmente a otra.

La interacción de Pauli no es un campo interactivo porque no se extiende sino que es puntual y ni siquiera es un valor constante, ni depende de ninguna propiedad de las partículas, sino tan solamente, permite la colisión elástica de manera que toda la energía que poseen las partículas en la colisión la conserva después de ella. Esta interacción es la complementaria a la interacción gravitatoria pues es una interacción que pueden tener todas las partículas con todas las partículas (universal) pero en el momento de la cercanía puntual mínima, siendo contrariamente , repulsiva y radial hacia afuera de las propias partículas en colisión. Es la interacción de 1º orden puntual de Pauli tal que garantiza que el Universo no colapse todo por atracción gravitatoria evitando que toda la energía-masa del Universo se concentre en un solo punto físico con densidad prácticamente infinita, desapareciendo el espacio, no distinguiéndose nada y por esto mismo , sin transcursos de tiempo apreciables, se detiene o desaparece . Esta interacción complementaria de la gravitación evita el colapso puntual de la materia  ( y en extremo, de la radiación en los bosones pues estos tienen un limite máximo en el bosón de Planck, a partir del cual ya no se puede acumular más energía-masa en un  punto aunque sean bosones ,límite bosónico como si el bosón de Planck fuera ahora un fermión especial, que funciona a partir de este extremo como una especie de condición de Pauli, aunque aquí sería una “condición de Planck”).Desde el punto de vista de la dimensión es una interacción de dimensión cero sin campos interactivos o potenciales interactivos extendidos por el espacio. Simplemente, la colisión de partículas tiene una última consecuencia y es la repulsión de Pauli puntual e instantánea, con la conservación de la energía , sin variarla y sin generar bosones gauge y sin tocar las energías internas de las partículas ni la energía mecánica externa. Esta interacción llega a tener lugar sobre todo en la colisión de partículas materiales neutras o entre neutra y cargada sin interacción electromagnética (dispersión Compton) y también con cargas de distinto signo salvo el caso del extremo acercamiento de partícula y su antipartícula que experimentan la aniquilación (en este caso de simetría carga-masa, se pierde la identidad como fermiones y se forman bosones. En caso de cargas del mismo signo, nunca llegan a colisionar a tan estrecha distancia pero ahí está esta interacción extremal por si acaso. En un sistema de partículas  ( como el caso de los agujeros negros) donde han vencido la gravedad y la fuerza fuerte atractivas  a las fuerzas repulsivas electromagnéticas, actuarían las interacciones paulianas de manera que se tendría un astro de una densidad impresionante (ya que las partículas están cercanas del orden de la distancia de Planck, aunque no llegarían a tal extrema cercanía porque conservan la energía mecánica intacta en tales colisiones últimas que hacen ocupar a las partículas una región más grande)  con una energía interna y cierta temperatura límite  a modo de cuerpo hiperconcentrado con una presión interna denominada “presión de Fermi”(las partículas a tales niveles tan estrechos conservan la energía cinética ya que las interacciones Pauli permiten el eterno choque elástico). Solamente con partículas cargadas eléctricamente, las colisiones muy violentas  pueden dar lugar a la evacuación de fotones, bajando la energía interna del cuerpo y su temperatura. Con partículas neutras (como ejemplo,una concentración de neutrinos que no tienen nada que ver con los fotones), solamente cabe la posibilidad de radiar gravitones en tales colisiones. Una vez han radiado fotones y/o gravitones, la violencia de las colisiones se reduce bastante y resulta un cuerpo que conserva cierta energía interna , con dicha presión residual de Fermi. El caso más extremo de entre los extremos sería un conjunto de partículas neutras sin energía térmica que están en reposo (temperatura 0ºK), distanciadas Xplanck, equilibrando la asombrosa atracción gravitatoria (por corta distancia) con la altísima repulsión paulina de “contacto” cuántico ,alcanzando el límite natural de la densidad. Este sería el único estado en la naturaleza donde las partículas se “tocan físicamente” (frontera con frontera) ya que siempre existe una distancia física mínima entre todas. Los principios de Pauli se aplican a diversos niveles en las estructuras materiales y en cuanto a la identidad o independencia de la materia (fermiones) : Hemos visto el más puntual y restrictivo, el aplicado a la interacción a nivel de mínima distancia física de Planck (dos fermiones no pueden ocupar a la vez la misma posición en el mismo tiempo) . A nivel atómico, el principio de Pauli expresa la imposibilidad de que dos electrones tenga los 4 nº cuánticos iguales, manteniendo su identidad cuántica atómica. Y a nivel macroscópico observamos que los cuerpos mantiene cierta independencia e identidad gracias a la simple repulsión culombiana entre los electrones de las capas externas de todo cuerpo físico (libro y mesa), entre sólidos, líquidos y gases (presiones mutuas) salvo las interpenetraciones mutuas macroscópicas, experiencias que conocemos .Esta limitada resistencia a la interpenetrabilidad macroscópica sería una especie de condición de Pauli a niveles globales  pues no es fácil introducir materiales en materiales ya que siempre se tiene una cierta resistencia (pero no muy estricta, lógicamente).Como ya se ha anotado, la interacción puntual de Pauli se establece entre toda partícula con toda partícula donde una al menos sea un fermiòn. En el proceso de desintegración de partículas inestables por exceso de masa/energía, estas partículas expulsan una partícula neutra denominada neutrino hacia el exterior la cual  emerge desde la mismísima superficie frontera y ayudada por las fuerzas repulsivas de Pauli, haciéndose independientes la partícula madre inestable de la partícula hija o neutrino, quedándose tal partícula madre con la misma carga (es su identidad eléctrica) pero con menos masa/energía que ha cedida a la hija  (es comparable a la reproducción por gemación de las células, pero en este modelo de pompa de jabón de las partículas).La interacción de Pauli no aporta nada de energía a este proceso sino que permite de forma rotunda distinguir el estado de alta energía de tal partícula inestable del estado nuevo de menor energía en un momento indeterminado de la historia de esta partícula ( el momento de esta escisión es indeterminado pero estadísticamente sí se tiene una cifra media de tiempo de desintegración denominada “tiempo de desintegración o vida media” que suele ser excelentemente bajo del orden entre billonésimas y trillonésimas de segundo).

3.4.Interacción de primer orden atractiva-radial :Interacción gravitatoria (ley de la gravitación Universal de Newton y/o Einstein)para todas las partículas físicas.                                                                    
a) La interacción gravitatoria (campo gravitatorio y potencial gravitatorio como causa potencial de la gravedad ; fuerza gravitatoria y energía potencial gravitatoria como causa real del efecto potencial que es la aceleración y real que es el movimiento).

Es la interacción gravitatoria la que, a pesar de su debilidad extrema respecto a las demás,  mantiene a todo el Universo en influencia total de todos hacia todos, formando una Total Unidad (Unicidad del Universo) , todos se atraen hacia todos en toda clase de entes físicos tangibles, entre materia, radiación electromagnética o la propia radiación gravitatoria. La gravedad garantiza la “interaccionabilidad  integral de todo el Universo”. La atracción global gravitatoria es uno de los dos nexos cósmicos que hacen al Universo un único conjunto interrelacionado. Esta interacción evita que los cuerpos macroscópicos , ya mayoritariamente neutros eléctricamente,  se dispersen como haces de partículas independientes y formen  agregados materiales compactos astrales ya conocidos. La interacción gravitatoria tiene como origen natural la influencia que la propiedad interna masa (y aumentada, la masa relativista que a la vez es inercial y gravitatoria )realiza potencialmente sobre todo el espacio exterior a la partícula física fuente y afecta realmente al resto de las demás otras partículas físicas en todo el Universo (ya sean fermiones o bosones). Es una interacción radial extendida al infinito del espacio que al ser de tres dimensiones tal influencia abarca  todas direcciones cruzando las superficies esféricas centradas en la partícula física. La partícula física con masa/carga (tangibilidad)  insertada en el espacio-tiempo (ubicuidad) frente a las demás de su Universo establece influencias (interaccionabilidad) que están cuantitativamente determinadas por tales propiedades físicas (la propiedad interna es la causa de la interaccionablidad entre las partículas) y concretamente, a mayor masa mayor influencia interactiva hacia el resto del Universo (análogamente con la carga).Tal influencia se proyecta radialmente en las tres dimensiones del espacio y su densidad superficial en cada punto de este nos mide el  campo gravitatorio radial atractivo (una medida de tal influencia por partícula colocada) que tiene como intensidad de campo la densidad superficial de la influencia gravitatoria:  I = K M  influencia directamente proporcional a la masa de la partícula física fuente. Esa influencia tiene una densidad superficial (en superficie esférica de área S=4piR2 ,centrada en fuente) a una distancia “R”,  I/S = I/(4piR2)  , que expresa el valor del campo gravitatorio que a su vez (desde la fuente), es la intensidad de la fuerza gravitatoria por unidad de masa, es decir,  g=F/M´ (desde la partícula afectada) igualando, F/M´=KM/(4piR2) , tenemos que la fuerza de interacción gravitatoria es (ley de la gravitación universal de Newton):   F=GMM´/R2    ,  donde las constantes se han recogido en la constante “G”, denominada “constante de gravitación universal (de Newton)” ,independiente de toda circunstancia física igual para todo tipo de materia que envuelva a las masas en interacción, e incluso el vacío. Su valor , medido por Cavendish, es 6,67exp(-11)   unidades internacionales, lo que arroja una interacción extremadamente débil y , para ser detectada, al menos uno de los dos cuerpos debe tener una grandísima masa. Una partícula genera a su alrededor un campo dado g=GM/R2  que es un valor que tiene dos aspectos: Un aspecto dinámico tal que g=F/M´ es la fuerza por unidad de masa que actúa en un lugar (se mide en N/Kg) y un aspecto cinemático pues un cuerpo situado en el lugar y bajo interacción gravitatoria exclusivamente tiene una aceleración (aceleración gravitatoria de movimiento libre de otras fuerzas)  a =g   (m/s2), e independiente del propio cuerpo afectado. El campo gravitatorio es la causa potencial del movimiento de los cuerpos(con una masa fuente solamente  no hay fenómeno físico) , la fuerza gravitatoria es la causa real del mismo (con el campo que crea la fuente más una partícula en sus alrededores ya hay fenómeno o cambio y realidad física) y la aceleración es el efecto inmediato-automático de la gravedad (es la expresión del cambio, aquí sería de la velocidad ; solamente falta que lo real sea,  además, observable a través de fotones lanzados desde la partícula para que la información llegue a nosotros).  Un cuerpo que pasa por un punto del espacio donde existe un campo gravitatorio exclusivamente, acusará una aceleración instantánea dictada por dicho campo según a=g .Lo anotado en este apartado anteriormente es un análisis dinámico donde se ha comentado campos gravitatorios “g”,fuerzas “F” y aceleraciones , todos vectoriales. Desde un punto de vista energético, una masa crea a su alrededor un campo escalar de potenciales gravitatorios V=-GM/R   y  una masa situada en un punto del campo adquiere una energía potencial gravitatoria Ep=-GMM´/R, de signo negativo, como corresponde a las interacciones atractivas. Las relaciones entre los campos potenciales( g y V), las causas inmediatas reales (F  y  Ep)  y los efectos cinemáticas visibles (a  y v) siendo la partícula afectada M´ son:     F= M´g    ,  Ep= M´V  ,   a= g , Epo + 1/2M´vo2=Ep + 1/2M´v2   para movimientos clásicos y procesos continuos. También se cumple   g = -Grad(V)  .  Las causas y efectos ,los campos vectoriales y escalares, los aspectos energéticos y cinemáticos, todos íntimamente relacionados :Son las descripciones en el espacio y en el tiempo de la interacción gravitatoria, fruto del lado gravitatorio de la propiedad intrínseca fundamental de la masa de los entes tangibles (materia y radiación) .

b) Las dos caras de la inercia derivadas de la masa (la inercia inercial y la inercia gravitatoria) :La masa inercial , la masa gravitatoria y su equivalencia (2º principio de la Relatividad General de Einstein).

La masa, sea interna o de reposo o externa de movimiento o relativista, es la medida del grado de presencia de la materia  o la radiación , en dos sentidos complementarios: Respecto a la resistencia al cambio de movimiento por la acción del resto del Universo sobre la partícula, o masa inercial, y respecto al cambio de movimiento del resto del Universo por la acción atractiva de la partícula, o masa gravitatoria. Al ser dos aspecto complementarios derivados de la acción de todos contra una  y una contra todos, su valor cuantitativo es el mismo y dicha equivalencia está expresada en el “principio de equivalencia (masa inercial y gravitatoria)” de Einstein, base de su Teoría de la Gravitación relativista general. Según esto, todo cuanto existe, ya sea dotado de masa en reposo (fermiones en reposo) o masa en movimiento relativista (fermiones móviles y bosones a C), tiene una contrapartida de gravitación sobre los demás y viceversa. Por ello, aquí, la luz que solo tiene energía y masa en movimiento, también se ve afectada por la acción gravitatoria del resto de la masa del Universo, generando variaciones en la trayectoria y variaciones en su energía cinética y por tanto, en su masa-energía-frecuencia, aunque nunca en el módulo de su velocidad C. Por otra parte, toda forma de energía que tiene un aspecto másico (recuérdese E=MC2)     también tiene un aspecto gravitatorio, pudiéndose darse los casos donde energías negativas (debido a energías potenciales atractivas que mantienen núcleos unidos, átomos unidos o materia unida) aportan defectos de masa (sistemas de partículas unidas poseen menos masa efectiva que separadas ) y antigravedad al sistema material al que pertenece. Hasta ahora solamente se han encontrado sistemas materiales donde la masa total efectiva es positiva (masa interna de partículas más repulsiones menos atracciones, es positiva) .El caso más conocido es el del estudio del núcleo atómico : El núcleo atómico está dotado de energía positiva (y masa positiva) derivada de la energía interna de reposo de todas sus partículas pero también de energía negativa derivada de la evaluación total de sus energías electronucleares internas que enlazan a sus partículas (con su masa negativa correspondiente). En términos de masa, los núcleos atómicos tienen un cierto “defecto de masa” derivado de esa energía interactiva electronuclear enlazante  Defecto masa= =Masa nucleones enlazados-Masa nucleones independientes. El núcleo formado tiene menos peso de lo que pesan sus nucleones independientes, debido a la energía potencial nuclear de enlace que es negativa que corresponde a una “masa correspondiente negativa” de enlace. ¿Cuál es la contrapartida a que unos nucleones tengan menos energía unidos que no unidos?   Que a la vez que se enlazan con energías negativas , esa misma cantidad de energía pero positiva se ha evacuado hacia los exteriores a la máxima velocidad C, en forma de fotones (gamma).                                     Energía nucleones separados = energía nucleones núcleo-  Enuclear+Efotón    ,   la parte Enucleones núcleo-Enuclear es la energía del núcleo formado con defecto de energía y de masa,       E fotón , se ha ido al exterior siendo  Enuclear=Efotón  .

c)Los sistemas de referencia no inerciales y las fuerzas de inercia (tangenciales y centrípetas). El campo gravito-inercial unificados.

Las fuerzas físicas se deben a la interacción de las partículas físicas con las partículas físicas (en base a sus propiedades ,a través de las interacciones gravitatorias y electromagnéticas):Se dicen que son fuerzas reales. Sin embargo, a la hora de medir los valores cinemáticos de un cuerpo como su aceleración, tal medida está condicionada por el movimiento del sistema de referencia respecto al cual se miden posiciones, velocidades y aceleraciones. Denominamos sistema de referencia inercial a aquel donde el sistema de referencia está en reposo o tiene movimiento rectilíneo uniforme sin aceleraciones. En este caso, la ley Ft=M a ,  solamente contiene fuerzas reales con origen en la interacción real con otras partículas. Si el sistema de referencia está en plena aceleración “a´” porque está interaccionando con otro cuerpo, la composición de aceleraciones (relatividad de aceleraciones, por Galileo) sería   Ft=M(a+a´).Para adquirir la misma forma de la ley, ponemos, Ft-Ma´=Ma , la ley es la misma pero debido a un sistema de referencia acelerado (denominado “no inercial”), debemos incluir fuerzas reales derivadas de interacciones con otros cuerpos más una fuerza o campo de fuerzas –Ma´ (o  -a´).   En el apartado en el que nos encontramos, si el cuerpo está sometido a fuerzas gravitatorias Ft= Mg    , entonces, Mg-Ma´=Ma   , en resumen,   a = g-a´  , el cuerpo está sometido a una aceleración gravito-inercial , o dicho de otra forma, un campo gravito-inercial unificado. Esta aceleración total puede ser tangencial o centrípeta, dependiendo si el sistema de referencia se encuentra en movimiento acelerado tangencial o girando (como ocurre con un sistema de referencia anclado en la superficie de los planetas o astros esféricos en general), produciendo campos de aceleraciones inerciales a´, radiales dirigidos desde el eje del astro en rotación hacia las afueras (como si fuese una especie de campo gravitatorio de antigravedad de geometría cilíndrica pues las líneas de campo son perpendiculares a los ejes de rotación de los astros y se dirigen perpendicularmente hacia fuera). La aceleración total de un cuerpo sería  a = g – a`  , con a´=v2/R  ,radial como se ha dicho.    Por último, en base al principio de equivalencia de Einstein según el cual la masa inercial es igual a la gravitatoria (propiedad unificada en “m” a secas), se tiene que cuando actúan fuerzas gravitatorias y se mide en  un sistema no inercial o acelerado, la fuerza total es   Ft= Fg + Fi =  m g + m(-a) = m(g-a) =  m Cgi   .  Al lograr expresar una fuerza como una propiedad intrínseca de la partícula afectada por un único campo  Cgi , se dice que se han unificado ambos campos, o unificación de los campos gravitatorios e inerciales Cgi= g –a  .Esto ha sido posible por la identificación, al menos cuantitativa, de la masa inercial y de la masa gravitatoria.

d)La gravedad y la geometría del espacio-tiempo: Ecuación de Universo de Einstein.

Como las aceleraciones en campos gravitatorios exclusivos no dependen del móvil sino de la distribución ajena de masas, se dice que el espacio circundante a un móvil posee un escenario preestablecido o “relieve gravitatorio”. El relieve gravitatorio es un campo de aceleraciones. Pero es un campo potencial de aceleraciones porque no es real. El campo potencial de aceleraciones es la superposición de todos los campos gravitatorios de todas las masas del Universo. Pero el comportamiento cinemático real de una de sus partículas es el que corresponde al mismo campo total de todas las partículas del Universo menos el campo que aporta ella misma. Se acepta la idea de campo o relieve total porque a fin de cuentas, cuando una partícula pasa por cualquier punto del espacio, solo se ve afectada por el campo de aceleraciones de todas las demás partículas y no por el propio campo de la propia partícula móvil (sabemos que el campo de esta partícula en ella misma es “cero” porque su interior no tiene campo interactivo debido a ella misma, ya vimos) y no se autoafecta. La aceleración real de una partícula responde  al relieve derivado de todo el resto del Universo. Es más correcto admitir un relieve potencial de todos que un relieve real de todos, pues la propia partícula no experimenta su propia aportación a dicho relieve gravitatorio o campo de aceleraciones. En definitiva, el campo de aceleraciones potenciales o relieve gravitatorio por donde pasa una partícula es relativo ya que está formado por las aportaciones gravitatorias del resto del Universo a esa partícula, la cual es la móvil que circulará por tal campo. Si cambiamos de cuerpo observado, ahora el relieve será la superposición gravitatoria del resto del Universo de este nuevo cuerpo (un cuerpo en su movimiento en un campo gravitatorio no se autoaporta su propio campo e inversamente, su propio campo solamente afecta a cada cuerpo del resto ,de su resto de Universo y ¡no! en su punto interno ,punto del espacio por donde pasa en ese momento).                                                                                              
Como se ha dicho, las masas (M) generan campos gravitatorios (g) y, por ello, aceleraciones potenciales en los puntos del espacio (a=g) debido a tales masas. Dichas aceleraciones son la expresión real en cada punto del relieve gravitatorio creado (en un relieve geométrico, son las alturas las que determinan su paisaje, en un relieve gravitatorio, son las aceleraciones que pueden causar sobre las partículas las que determinan su “paisaje”).Pero esas masas pueden ser debidas tanto a masas materiales como a masas equivalentes de energías(las energías de todo tipo tienen un contenido másico E=MC2 según la relatividad especial; y másico tanto inercial como gravitatorio según la relatividad general). Por otra parte, las aceleraciones que originan en el espacio todos esos ”tipos de masas”, provocan que las partículas o cuerpos que pasen por ese lugar varíen su velocidad: Las velocidades que adquieran las partículas en un campo gravitatorio, en cada punto de ese campo, dependen del valor del campo-aceleración en el punto debido a las masas fuentes, como de la velocidad y su orientación iniciales de las partículas que sufrirán tales aceleraciones (pero “no” dependerá de la propia masa o energía de la propia partícula, recuerda que F=Mg=Ma, a=g , depende del campo de todas las restantes masas fuentes, pero no de la propia masa de la partícula afectada).Estas relaciones de masas fuentes(y su distribución) que configura el campo gravitatorio y el relieve (aceleración) espacio-temporal, va a determinar cómo se mueve(acelera) una partícula víctima  y esta se va a mover según dicten las masas ajenas o fuentes. La ecuación que relaciona las fuentes gravitatorias con el movimiento de las partículas, de forma genial, exacta y total (como fuentes, masas y energías,  como afectados, partículas con cantidades de movimiento y energías, también) , es la ecuación de Universo de Einstein, que no precisamos aquí.

e)La gravedad y las partículas en movimiento (corrimiento en el espectro de los fotones o efecto gravitatorio de Einstein y desviación de trayectoria, experimento de Eddington).

Tanto las partículas materiales como las de radiación poseen masa (una porque tiene masa de reposo y masa relativista  y otra porque tiene masa relativista de movimiento) por lo que son sensibles a la gravedad. Ambas, al variar de posición en el campo gravitatorio, varían sus  energías potenciales y sus  energías cinéticas en movimientos continuos con conservación de la energía mecánica. La distinción entre ambas formas tangibles físicas es que la partícula material conserva su masa interna o de reposo, variando su velocidad y la partícula de radiación varía su masa (y con ello, su energía cinética y su frecuencia) pero conserva su velocidad C. Para toda partícula física se cumple que Epo + Eco = Ep  + Ec  .  Para un fotón que huye de una estrella, como al alejarse, su energía potencial aumenta, debe disminuir su energía cinética que es su propio contenido energético total (recuérdese, Ec =( M-Mo)C2  , como los fotones, no tienen masa de reposo,              Ec = MC2) y para ello, disminuye su masa relativista y con ello, f= E/h=MC2/h , disminuye su frecuencia, efecto denominado “corrimiento al rojo relativista general de Einstein”. El estudio cuantitativo se ve en el apartado sobre Astrofísica de agujeros negros donde se demuestra que la frecuencia en función de la posición en el campo gravitatorio de una estrella (masa M) es:    f´=f(C2-GM/Ro)/(C2-GM/R). Si se parte de una posición menor Ro, escapando a una posición mayor R,  la frecuencia f` es menor que la de partida f. Este efecto sí podemos registrarlo nosotros como observadores porque nos llegan fotones que huyen de sus estrellas (el efecto contrario de fotones que caen a las estrellas aumentando su frecuencia no lo podemos registrar desde la Tierra, lógicamente).Este efecto de cambio de frecuencia y  energía interna de los fotones hace variar la energía cinética del mismo mientras varía la posición “R” del fotón respecto al centro atractivo estelar. Obsérvese en la ecuación anterior que si un fotón partiese desde la distancia inicial R*=GM/C2 o menos, la frecuencia al llegar a otro punto exterior sería nula o negativa, interpretándose con ello que puede ocurrir que si la masa M de la estrella fuese grande, existe una zona donde atraparía fotones y no los dejaría salir, viéndose tal estrella con un aspecto negro, denominándose estrellas negras con aspecto externo de agujero negro.  Para fotones que pasan cerca de las estrellas ,aunque no se puede hablar de una aceleración tangencial porque el fotón no varía nunca el módulo de la velocidad C, sí puede ocurrir que la dirección del fotón varíe por atracción gravitatoria( fenómeno observado en el experimento de Arthur Eddington para demostrar que la luz era sensible a la gravedad). En este experimento-observación astronómica se preparó un avistamiento de dos estrellas que se veían en el firmamento separadas a una distancia angular, pero esta vez, tales estrellas pasarían cerca de la corona solar eclipsada por la Luna (para que ambas se puedan visualizar ,evitando la cegadora luz solar), ocurriendo que la distancia angular de los dos puntos estelares se amplió (aparentemente se separaron), como si se tratase de una lente que amplía la imagen (a esta situación se la denominó “lente gravitatoria”). Según ya preveía Einstein, la luz de tales estrellas, al llegar al Sol se desviaron por atracción gravitatoria y desde la Tierra veíamos tales par de rayos desviados aparentando que los puntos estelares se habían separado.  Puede ocurrir un caso extremo con la trayectoria de luz alrededor de un centro atractivo gravitatorio y es que la luz curve su trayectoria hasta convertirse en un satélite, es decir,    F=GMm/R2 =mC2/R , tras haber aplicado la ley dinámica del movimiento circular para V=C . Resulta un radio R=GM/C2 . Como la luz solamente tiene una única velocidad, este sería el único radio de órbita posible donde la luz sería satélite del astro central el cual debe tener una masa muy grande para compensar los  parámetros constantes G y C (se sospecha que suelen ser agujeros negros o estrellas negras de alta densidad).Toda la luz satélite se concentraría en esta “esfera de radiación” que los especialistas en agujeros negros denominan “esfera de Schwarzschild” o “frontera de sucesos” como ya se verá.  Si en vez de trabajar con partículas fotones, trabajamos con partículas fermiónicas, como se verá en el apartado sobre partículas en las inmediaciones de agujeros negros, estas partículas no varían su masa intrínseca pero sí su velocidad según  la compleja expresión:                                                          V´2 = C2 + (V2 – C2) (1-GM/C2R´)/(1-GM/C2R)   .  Se observa que los fermiones no pueden llegar jamás a un radio R´= GM/C2 , porque su velocidad se haría V=C, prohibitiva para partículas como estas. Inversamente, partículas fermiónicas no pueden partir de R =GM/C2 , porque a cualquier otro lugar,  no llegarían (V´= Raiz (nº negativo) ).Estas paradojas se verán en la sección correspondiente.
f)Gravedad interna de un cuerpo y energía total (ejem. cuerpo esférico como un planeta).Energía y potencial gravito-inercial (unificación energética). Masa y peso efectivos (antigravedad).
La ley de la gravitación universal de Newton determina el valor de la fuerza gravitatoria entre partículas puntuales, o el campo gravitatorio creado por una partícula puntual, como se ha considerado hasta ahora a los astros o a cualquier partícula material. Pero si nos acercamos a un astro como a nuestro planeta, vemos que aquello deja de ser una partícula y se convierte en un sistema esférico de partículas. Vamos a dar un viaje desde el exterior del planeta introduciéndonos en él hasta su centro, como un sistema gigantesco de materia o de partículas. Mientras estamos en el exterior, cada punto del planeta nos atrae, sumándose vectorialmente cada aportación gravitatoria de cada punto. Pero si nos vamos metiendo dentro del planeta, en un punto intermedio, parte de su masa  nos atrae hacia delante pero otra parte del planeta nos atrae por detrás, todo nos sigue atrayendo como antes, pero ahora, restando vectorialmente. Si llegamos al centro del planeta, todo nos atrae pero restando una parte de la opuesta, de manera que lógicamente, la suma vectorial de todas las atracciones en el centro del planeta es cero, fuerza gravitatoria total cero y campo gravitatorio cero. Debemos reconsiderar esto pues, la ley gravitatoria newtoniana para partículas no es la misma que para un cuerpo extenso esférico como un astro. Calculemos el campo gravitatorio en el exterior de la esfera y en el interior. Vamos a utilizar una técnica matemática-física aportada por el genial Gauss. Figura  nº   24                  
El teorema de Gauss es una forma matemática sofisticada de expresar la ley de gravitación universal. El resultado se ve en la correspondiente figura. Para un astro esférico, el campo externo equivale al de una partícula puntual (Newton), pero en el interior va desde cero en el centro al máximo campo gravitatorio en su superficie (gráfica).Para una pompa de jabón (modelo para partículas puntuales) el campo exterior es el mismo de una partícula puntual pero en el interior, ausente de masa, no hay campo gravitatorio. Esto garantiza la uniformidad interior para partículas fundamentales, según tal modelo.   Si calculásemos el potencial gravitatorio para esta superficie esférica, obtendríamos    V=-GM/R    y la energía potencial,   Ep = - GMM/R   .Este potencial sería el mismo en la superficie como en todo el interior, tenemos una esfera interna equipotencial, del mismo potencial, garantizando la uniformidad interna ,condición de toda partícula no compuesta, sin distinciones ni irregularidades, sino energéticamente uniforme, constituyendo un punto a favor para este modelo de la pompa de jabón para partículas físicas puntuales o fundamentales (el campo de potenciales es uniforme porque el campo gravitatorio interno es nulo, recuérdese la relación entre potencial y campo,   g = -GradV =-dV/dr  , si g=0   , V=cte).

Un cuerpo en las  inmediaciones de otros ,en este caso neutros, adquiere una energía gravitatoria dada por Ep=m Vg ,y posee energía inercial (tanto interna como cinética) dada, según la  relatividad por Ei = m Vi ,  siendo Vi el potencial inercial de valor Vi=C2  . En definitiva: La energía gravito-inercial conjunta es Egi = m (Vi +Vg),  donde el potencial gravito-inercial es Vgi=Vi + Vg , el primer  potencial se debe al marco espacio temporal , sin fuentes ni simas sino que es universalmente constante y uniforme Vi =C2 , es positivo y  se debe a la cara inercial de la masa de la propia partícula, mientras que el segundo término Vg  es potencial gravitatorio se debe al marco interactivo espacial, con simas de masas fuentes ajenas, varía con la posición (campos interactivos)              Vi=-GM/R ,es negativo y se debe a la cara gravitatoria de la masa de las demás partículas del Universo. Las energías gravitatorias e inerciales pueden unificarse gracias a la equivalencia masa inercial y gravitatoria según el principio de equivalencia de Einstein. Egi = m Vgi .

Por último, recordando la importante consecuencia de la relatividad especial de que todo cuanto tiene energía posee un contenido en masa (y viceversa)   E=MC2    y   el importante principio de la relatividad general de que toda masa inercial es gravitatoria por lo que es susceptible de atraer y ser atraído, resulta la siguiente consecuencia: Todo sistema material posee sus ladrillos o partículas materiales que lo conforman por lo que tienen una masa inercial positiva susceptible de atraer y ser atraída gravitatoriamente; por otra parte, internamente posee una energía de enlace que debe ser atractiva por lo que es de signo negativo, aportando masa y energía negativa (defecto de masa)y una gravedad invertida o de repulsión. Globalmente funciona como un sistema material con un tanto de masa menos que las propias partículas componentes y , consecuentemente, un peso un tanto menor (este efecto se denomina antigravedad).   Msist = Mpart – Menlace                      O bien,   Peso(sistema part)  =  Peso (partículas sin enlazar)  -  Peso (energía enlace)   ¿Podría conseguirse un sistema de partículas donde la masa equivalente de la energía de enlace iguale o supere a la masa inercial de las partículas del mismo? Si se consigue, tendríamos un cuerpo de masa cero (levitaría) o de masa negativa (se repelería con el planeta Tierra en un efecto antigravitatorio).

3.5.Interacción de segundo orden repulsiva-confinada : Interacción débil (bidimensional) entre partículas con cargas opuestas y masas distintas (ejemplo, sistema protón-electrón muy  próximos o “neutrón”). El campo débil .El campo electrodébil. 
                           
       Los diferentes tipos de interacciones tienen en común el ejecutarse entre partículas físicas puntuales (y ,naturalmente, entre sistemas de partículas por superposición), dotadas de las dos propiedades básicas de la masa y la carga eléctrica. La gravedad es universal entre masas extendida al infinito del espacio, la interacción de Pauli es universal aunque puntualmente, las interacciones electromagnéticas se establecen entre partículas eléctricas únicamente y extendidas al infinito del espacio; las fuerzas nucleares se ejecutan entre cargas  , a muy corto intervalo espacial , pero con efecto más visible entre las partículas de igual carga y masas mayores (protón-protón) y entre las partículas de masas distintas y cargas distintas. Las interacciones débiles son las establecidas entre cargas eléctricas de distinta masa y signos opuestos (protones con electrones y su correspondiente par de antipartículas) dentro de un primer intervalo  de espacio o 2º orden de actuación que es repulsiva. Esta interacción no es observable desde el exterior de las partículas que la establece porque está confinada en un espacio ínfimo (aunque muy superior al mínimo de Planck) denominado “distancia de confinamiento nuclear”  y dado que el sistema más elemental donde opera es el par protón-electrón dentro del neutrón, se considera su radio de actuación, precisamente, el radio de esta partícula compuesta (alrededor de una centésima de fermi y un Fermi o de femtómetro). Estas interacciones  no trascienden al exterior respecto al neutrón porque se cancelan mutuamente por el 3º principio de la dinámica entre pares de fuerzas internas y porque actúa en el rango de espacio indicado anteriormente. Esta interacción también actúa en sistemas compuestos más complejos como todos los núcleos atómicos, allá  donde se encuentren un protón y un electrón en estos reducidos espacios que hacen de neutrón ocasional o instantáneo (en el neutrón el electrón es móvil giratoriamente y en el núcleo los electrones son móviles formando un gas envolvente alrededor de los protones).La interacción débil no opera en solitario sino que actúa en composición con la interacción  electrostática clásica  , con la totalmente despreciable interacción  gravitatoria , con la potentísima interacción fuerte y la improbable interacción Pauli. Debido a la masa tan reducida del electrón frente al protón, sus interacciones dan lugar a que el electrón orbite alrededor del protón formando un plano de órbita (en un neutrón solitario, claro ; para un núcleo atómico las trayectorias son muy complejas)actuando dos fuerzas:  La fuerza electrostática atractiva y la fuerza débil repulsiva (en conjunto, la interacción electrodébil). El movimiento del electrón en esta órbita única y mínima alrededor del protón mantiene un delicado equilibrio entre ambas interacciones de manera que la fuerza electrostática trata de acercar al electrón al protón mientras que la interacción débil trata de alejarlo. Mientras el neutrón esté aislado (en las afuera de un núcleo atómico) es bastante probable que la fuerza dispersiva débil provoque la separación entre protón y el electrón ( esta desintegración tiene un tiempo estadístico medio de unos 10 minutos). Sin embargo, dentro de un núcleo atómico y gracias a las atracciones electrostáticas con otros protones un tanto más lejanos, pero dentro de dicho núcleo, el electrón  logra mantenerse en las inmediaciones del protón logrando  cierta estabilidad en el correspondiente neutrón. Desde un punto de vista mecánico clásico o relativista clásico , el electrón gira alrededor del protón oscilando entre dos órbitas (mínima y máxima) mientras actúa la fuerza electrostática que tiende al acercamiento entre ambas cargas y la interacción débil actúa repeliéndolas .Sin embargo, a estos niveles de confinamiento tan minúsculos los altos campos electromagnéticos amén del campo débil y conjuntamente, el campo electrodébil, se comportan con transiciones energéticas discontinuas o cuánticas : El electrón oscila alrededor del protón en dos estados extremos con dos energías electronucleares mientras se intercambian bosones denominados debilones que hacen que transiten de un estado al otro. Al igual que en la corteza atómica donde  el electrón salta de niveles inferiores a superiores absorbiendo fotones y al contrario cediéndolos (desde el exterior y al exterior), en la interacción electrodébil conjunta , el par protón-electrón se lanzan mutuamente un par de debilones recíprocos y mientras están en vuelo ambas partículas se atraen y cuando se absorban por el par, ambas partículas se separan, y así oscilatoriamente. Los debilones , al ser absorbidos y desprendidos entre ambas partículas, mantienen las oscilaciones de los dos fermiones a través de dicho par de bosones gauge  que se intercambian entre ambas cargas (electrón y el protón intraneutronales) donde tales debilones no salen de ese confinamiento (no son absorbidos /desprendidos desde el exterior, sino interiormente, en esa interacción puntual y confinada). Las transformaciones energéticas son las siguientes: El par protón-electrón al alejarse mutuamente, parte de su energía mecánica la transforma en un par de debilones que desde el centro de masas se lanzan entre el espacio de separación ; alcanzan el estado cuántico más alejado y regresan hacia el estado cuántico más cercano mientras absorben tal par de debilones ; esta energía absorbida les ayuda a volver a separarse de nuevo y así cíclicamente.   El efecto interactivo en el espacio –tiempo de estos intercambios cuánticos es el equivalente a la existencia de dos interacciones opuestas, la electrostática atractiva y la débil repulsiva, que mantienen al electrón alrededor del protón en un equilibrio oscilatorio radial delicado. Delicado porque un mínimo alejamiento del electrón hace que las fuerzas dispersivas superen a las eléctricas y el protón pierda su electrón, como ocurre en el neutrón libre. En cambio, el neutrón inmerso en un núcleo, gracias a las atracciones de otros protones sobre el electrón neutronal, hace el enlace  más fuerte teniendo pues neutrones estables dentro de los núcleos atómicos (salvo el caso de que el par neutrónico protón-electrón absorba un excedente energético del núcleo, y expulse dicho electrón nuclear en forma de la conocida partícula beta).      Figura nº 25
Como podemos observar en el gráfico adjunto, un estudio cuantitativo sencillo muestra que la fuerza débil y la fuerza eléctrica pueden compararse para una determinada distancia “ R ”del centro del protón. Tenemos el cociente Fe/Fd = Ke/(KdR) muestra que si R es pequeña (cerca del protón) la fuerza eléctrica es mayor, provocando mayor posibilidad de que se estabilice el neutrón ; contrariamente, en posiciones más alejadas (R mayores) hace que la fuerza débil aumente , tendiendo a la dispersión protón-electrón y la disolución del neutrón. En un radio intermedio donde Fe=Fd , el radio límite es  Rlim = Ke/Kd ,  a esta distancia también existe dispersión porque aquí la fuerza total es cero y el electrón escapa desintegrándose el neutrón. Para R menor que Rlim ,el electrón queda atrapado orbitalmente, con diversas posibilidades de velocidades. Este radio limite puede ser una medida del radio máximo del neutrón que está íntimamente relacionado con las constantes interactivas de las dos interacciones que actúan de forma importante en el neutrón. A mayor constante de interacción débil Kd , comparada con la conocida Ke eléctrica, menor radio para el neutrón. Desde un punto de vista quántico, el electrón oscila mientras orbita en dos distancias límites (menores que la anterior Rlim) , mientras que , debido a que es zona de pequeños espacios y movimientos muy rápidos, el electrón más que moverse de forma continua, lo hace a saltos entre estas dos órbitas  absorbiendo/desprendiendo bosones debilones que no salen nunca de estas zonas (son bosones confinados , contrario a los bosones libres o fotones, que entran/salen de los átomos).El modelo más adecuado a aplicar al interior de un neutrón es el modelo cuántico dadas las distancias tan pequeñísimas , los campos son intensísimos, produciéndose más que evoluciones continuas clásicas, se producen absorciones/emisiones cuánticas, entre el par de cargas cuyo bosón de intercambio se denomina “debilón”.
Las interacciones nucleares fuerte y débil, adquiere el nombre de “nucleares” porque actúan en un tramo de espacio de confinamiento y de forma complementaria a las tradicionales interacciones EM    garantizando la relativa estabilidad del 1º nivel de agregamiento o arracimamiento material , que originará toda la “diversidad química de la materia”, es decir, el núcleo atómico (incluido el neutrón, como el núcleo más pequeño de número atómico Z=0 ). En el sistema del neutrón o protón-electrón actúan simultáneamente las interacciones electromagnética de alcance infinito, desde el mínimo de Planck al infinito  y  la interacción débil de corto alcance o confinada en tales distancias (distancia de confinamiento nuclear Xcn).La superposición de ambas interacciones recibe el nombre de “interacción electrodébil” o “campo electrodébil”.

3.6.Interacción de segundo  orden atractiva-confinada: Interacción fuerte (mono dimensional) entre partículas con mismas cargas y mismas masas (ejemplo, interacción protón-protón en el  núcleo atómico). El campo fuerte(tiempos y distancias).El campo electrofuerte.
El campo conjunto electronuclear (dinámica y energía nuclear).

       En el mismo nivel espacial de interacción que la interacción débil actúa también su interacción complementaria que en este caso es atractiva pero entre cargas que tienen la misma masa y signo de carga eléctrica. El ejemplo más notorio, sobre todo en la formación de núcleos atómicos (nivel de enracimamiento donde es esencial esta interacción) es la interacción fuerte protón-protón. Siempre que dos protones se acerquen lo suficientemente hasta unas distancias mínimas exigidas (distancia de confinamiento), aparece una fuerza de atracción entre dichas cargas que actúa en línea (debido a su enorme proximidad aunque no tan próximas como la distancia de Planck ni mucho menos y debido a que al ser ambas masas iguales, la respuesta cinemática a las fuerzas de interacción o aceleración son idénticas funcionando tal interacción en línea , como la propagación de los rayos láser). La distancia operativa de esta interacción es análoga a la de la interacción débil que ronda  un Fermi . Dentro de los núcleos, además de la interacción fuerte atractiva actúa de forma importante entre pares de protones las fuerzas electrostáticas repulsivas que conjuntamente se denominan “interacciones electrofuertes”.Estas fuerzas de acción y reacción entre pares de cargas no transcienden al exterior por las mismas razones que en las fuerzas débiles. En la colisión directa entre protones, con sus altos campos eléctricos repulsivos (en tan corto espacio)se producen bosones instantáneos que no logran el enlace interprotónico en una interacción fuerte sino que dicho bosón se va a transformar en fotones dispersos o se va a materializar en partículas y antipartículas. Como se ha indicado, esta interacción fuerte actúa junto a la repulsión electrostática, junto a la interacción débil , al efecto despreciable de la gravedad y el improbable actuación de la interacción Pauli. Las dos fuerzas importantes, la electrostática repulsiva y la fuerte atractiva, actúan de manera que el protón frente al otro protón ( y viceversa, claro), oscila en línea adquiriendo una distancia mínima cuando la fuerza repulsiva eléctrica es mayor que la atractiva fuerte frenando el protón y repeliéndolo ferozmente. Luego, el protón se aleja en repulsión hasta que la fuerza fuerte supera a la eléctrica y frena de nuevo al protón en una distancia máxima superior y así oscilando continuamente, desde un punto de vista continuo clásico o relativista. Desde el punto de vista cuántico (que es la imagen más exacta, dado que estas interacciones en reducidísimos espacios tienen campos interactivos muy intensos con escalones bruscos de potencial energético y, entonces, la energía mecánica no se conserva sino que salta en bosones de intercambio entre pares de protones. Según este proceso cuántico, la interacción fuerte consiste en un intercambio de dos bosones gauge (gluones). Cuando los protones se encuentren en el estado de mínima separación, frenando, parte de su energía mecánica (cinética más energía potencial electronuclear fuerte) sufre una caída que se transforma en dos bosones ; luego, al separarse tales  protones llegan a alcanzar un segundo estado cuántico de  separación máxima  (todas estas distancias alrededor de la denominada distancia de confinamiento nuclear del orden de fracciones de Fermi ) cuando el par de bosones gluones son absorbidos por el sistema para regresar de nuevo aproximándose ambos protones y así en unas oscilaciones discretas entre dos estados opuestos. Por ello, los protones se encuentran oscilando unos respecto a otros dentro del núcleo, aunque el mecanismo en el núcleo es mucho más complicado debido a que aquí se trata de un sistema de oscilaciones compuesto interprotónico y entre protones y electrones en interacción débil. El núcleo lo trataremos en otro apartado.          Figura nº 26

Como vemos en el gráfico, la fuerza eléctrica tridimensional Fe  y la lineal fuerte Ff , se comparan en el cociente, Fe/Ff = Ke/(K R2) , recordando que Ke es la constante dieléctrica del vacío conocida y K la constante interactiva de esta interacción fuerte, la primera repulsiva y la segunda atractiva. Si la distancia interprotónica es muy pequeña (se acercan) la fuerza repulsiva eléctrica es cada vez mayor mientras que si los protones se alejan, crece “R” y la fuerza fuerte se hace cada vez mayor igualando y superando a la Fe, a partir de un determinado radio. Un protón respecto a otro se encuentra pues oscilando desde una distancia mínima a una distancia máxima, pasando por una posición intermedia donde se equilibran ambas fuerzas y ocurre a (Fe=Ff)  R=Raiz(Ke/K)     este radio intermedio está entre las dos posiciones mínima y máxima que adquiere un protón respecto al otro (sigue un modelo “parecido” al muelle oscilatorio). Sin embargo, esto es solamente una aproximación mecánica de lo que ocurre a estos niveles tan pequeños y movimientos de tiempos tan reducidos, donde las aceleraciones debido a ambos campos son enormes, por lo que tales transformaciones no ocurren de forma continua  si no a saltos cuánticos de entre las dos posiciones extremas anteriores, de tal manera que ambos protones adquieren dos estados : Posición cerca mínima y posición lejana máxima, mientras se lanzan un par de bosones gluones gauge que permiten tal oscilación. Cuando los protones están cerca existe una gran energía potencial eléctrica y ambos empiezan a alejarse transformándose dicha energía potencial muy alta (concentrada en punto e instante) entre ambos protones en dos bosones que volverán a ser reabsorbidos por la pareja cuando se encuentren en la distancia más lejana invirtiéndose de nuevo en e. potencial eléctrica acercándose mutuamente hacia la distancia mínima. Así periódicamente. Son bosones que no escapan al exterior sino que se desprenden/absorben entre ambas cargas permitiendo la repulsión y el regreso a la unión, de ambos protones. El radio de referencia en esta interacción es R = Raiz(Ke/K) , que se puede considerar aproximadamente como el orden de espacio donde opera la interacción fuerte( si mayor es K fuerte, menor será el intervalo de actuación de esta interacción).     Solamente comentar un último detalle y es que las interacciones débil y fuerte son denominadas conjuntamente “interacciones nucleares” acertadamente porque solamente operan a nivel de las agrupaciones materiales de nivel nuclear (1º nivel)   (aquí considero al neutrón , donde solamente actúa la interacción débil, el núcleo  mínimo formado por  la asociación ya mencionada de un electrón y un protón). Además de estas dos interacciones (de 2º orden) actúan de manera importante las dos  interacciones de 3º orden o electromagnéticas aunque las interacciones de 1º orden extremas, Pauli y la gravedad, no llegan a ser cuantitativamente reales , el primero porque las partículas cargadas son afectadas por las fuerzas electronucleares dentro del núcleo no llegando a las distancias de Planck  y la segunda es una interacción superdébil  (su constante G es pequeñísima).En el capítulo “Física  nuclear” volveremos a tratar las interacciones electronucleares que actúan conjuntamente en el núcleo atómico.

3.7.Interacción de tercer orden repulsiva-radial (fuerzas electrostáticas entre cargas del mismo signo) y atractiva-radial (fuerzas electrostáticas entre cargas de distinto signo).                                                
a)Interacción electrostática para partículas cargadas (ley de Coulomb) : Campo electrostático, fuerza electrostática, potencial eléctrico y energía potencial eléctrica.

Esta interacción extiende su influencia hacia todo el espacio, aunque al tener dos tendencias, la atractiva y la repulsiva, a nivel de sistemas de partículas, es una interacción efectiva (su efecto es un balance de atracciones-repulsiones)de intensidad muy alta  (sin embargo, la otra interacción de ámbito infinito, la gravedad, solo es atractiva, extremadamente débil, pero es acumulativa o sumativa) .Esta interacción hace posible los equilibrios en los sistemas materiales  nucleares, atómicos, moleculares-cristales  y en la materia en órdenes de amplitud  hasta los seres como nosotros. Más allá, su neutralidad  se hace real en los sistemas de partículas de modo que su carácter efectivo (valores positivos menos negativos)  anula los efectos de la propiedad carga eléctrica de tales sistemas  para dar lugar , en grandes cantidades,  al reinado de la interacción gravitatoria acumulativa. A todos los niveles se manifiesta en el ámbito local o vecinal. Por ejemplo, cuando tenemos dos cuerpos cercanos uno al otro, no se manifiesta la atracción o repulsión electrostática porque globalmente son neutros o, simplemente , las atracciones-repulsiones de todos los protones y electrones de uno y otro cuerpo se anulan por efectividad o balance, resultando una fuerza electrostática de conjunto nula (se dice que se interaccionan neutralmente o no se interaccionan electrostáticamente de forma efectiva). Sin embargo, cuando acercamos dichos cuerpos y notamos que uno no puede interpenetrarse en el otro (se dice que se “tocan”,como el caso más común de estar uno encima del otro),o cuesta la interpenetración (introducir un sólido en otro o un sólido dentro de un líquido ,o un gas que presiona a ambos), resulta que sí actúa una fuerza repulsiva local porque las capas de electrones de ambos cuerpos a lo largo de la superficie de contacto, se repelen, cuya resultante macroscópica la denominamos “fuerza de contacto” (tanto en su componente perpendicular o “normal de contacto”, como en su componente tangencial de deslizamiento mutuo o “fuerza de rozamiento”). La realidad física así nos lo muestra experimentándose cuerpos independientes sin influencia eléctrica por su neutralidad, pero sin interpenetrabilidad por su influencia eléctrica cercana : Los cuerpos se acercan hasta “tocarse” pero sus partículas nunca ocupan un mismo lugar ni mucho menos  sino que por tal repulsión alcanza una mínima distancia  que corresponde a cuando los cuerpos ya no se interpenetran más (podrían reducir aún más tales distancias pero no indefinidamente, las partículas materiales nunca se tocan en el sentido que imaginamos).Si intentamos aplicar fuerzas para reducir distancias entre cuerpos en contacto, nos arriesgamos a romper enlaces entre tales sistemas materiales y destrozarlos, antes de reducir más las distancias entre partículas. Las sensación fisiológica del “tocar” sigue cumpliendo lo anterior, pues al tocar los objetos presionándolos, las capas electrónicas de nuestra piel y la del cuerpo, se repelen con mayor intensidad si presionamos más fuertemente, pero las partículas nunca se alcanzarán unas a las otras, se presionarían con ello las terminaciones nerviosas produciendo impulsos nerviosos hacia el cerebro y percibiendo el tacto, pero en ningún momento y en ningún lugar, las partículas se alcanzan ;en la naturaleza, las partículas cargadas eléctricamente se mantienen a distancia. La causa de la independencia de los cuerpos o de su distribución espacial según su resistencia a la interpenetración radica en el siguiente fundamento : La materia electromagnética ordinaria (y paralelamente, la antimateria) está formada por partículas de distinto signo eléctrico y “radicalmente distinta masa” de forma que al ser los protones casi 2000 veces superior a sus electrones estos giran alrededor de aquellos formando un núcleo y su corteza orbital, según el original modelo aportado por Rutherford en base a su famoso experimento donde se descubrió el núcleo atómico. Si la masa del protón fuese muy parecida o igual a la del electrón, la estructura de la materia sería muy diferente (si fuese parecido, ambas partículas girarían mutuamente, sin núcleo ni corteza, favoreciendo la interpenetración de todo con todo y uniformándolo todo).El otro factor a tener en cuenta es la carga eléctrica que hace posible tal modelo planetario de Rutherford pues si no hubiera atracción eléctrica con la intensidad que sabemos, y solo debilísima atracción gravitatoria, ocurriría como con un haz de partículas neutras como los neutrinos, que no formar estructuras materiales salvo haces de partículas en movimiento con mínima compacidad gravitatoria. En último extremo, si no existe repulsión eléctrica entre los electrones de las cortezas de los átomos de los dos cuerpos en contacto llegarían a la mínima distancia de Planck donde actúan las fuerzas de Pauli, repulsivas y elásticas. Para comprender esta repulsión electrostática cada vez más intensa con la disminución de la distancia, debemos recordar cuantitativamente la interacción electrostática , definida por la “ley de Coulomb” dada por              Fe = KQQ´/R2   . Su estructura es análoga a la interacción gravitatoria salvo que al tener dos signos para la carga, tenemos dos orientaciones radiales para la fuerza, la atractiva en signos opuestos y la repulsiva para signos iguales: A menor distancia R, mayor fuerza Fe  y como las fuerzas que se aplican a los cuerpos es limitada, limitada es la distancia mínima a la que se llega. La expresión del campo eléctrico creado por la partícula fuente es fruto de la influencia de naturaleza eléctrica  I=K`Q , que se distribuye por todo el espacio por la superficie 4piR2, resultando la densidad  K´Q/4piR2, quedando   E=KQ/R2  , donde K es la constante eléctrica universal del vacío de valor 9exp(9) unidades internacionales. La relación entre el campo debido a una carga puntual y la fuerza sobre otra carga Q´ es    F=Q´E  .La aceleración derivada de fuerzas eléctricas es F=Ma =Q´E  ,     a=(Q´/M)  E  .En este caso, la aceleración de la partícula no depende solamente de la distribución de cargas de las restantes partículas del Universo a través del campo total E, en el lugar,  sino depende de la propia partícula de valores fundamentales  Q´ y M , amén del signo de la carga. Mientras que un mismo campo gravitatorio en un lugar trata igual a todas las partículas (a=g, misma aceleración para todas, ejemplo, la caída libre a la misma aceleración para todos los cuerpos en la superficie terrestre, experimento de cuerpos en campana de vacío), un campo eléctrico acelera de forma distinta a distintas partículas con distinta relación carga-masa (la caída de cuerpos con contacto, que es eléctrico local, hace caerlos con distintas aceleraciones). Otro caso interesante es el de un campo eléctrico en un lugar donde existe un bosón a punto de escindirse en partícula y antipartícula, estas se separarán más fácilmente con ayuda de tal campo actuando de catalizador en dicha materialización (al tener distinto signo, las aceleraciones son iguales y opuestas, dirigiéndose en sentidos contrarios).  Desde el punto de vista energético, las cargas eléctricas poseen energía potencial eléctrica dada por Ep=KQQ´/R  , que puede expresarse como  Ep=Q´V , donde V es el potencial eléctrico de la carga fuente del campo. A partir de los primeros experimentos con la electrización por frotamiento, contacto o inducción de los cuerpos donde se descubrieron los primeros efectos del oculto aspecto eléctrico de la materia con las atracciones y repulsiones , Benjamín Franklin propuso la existencia de dos tipos de materia :La positiva y la negativa. En los primeros pasos del descubrimiento de la cuantización de la materia, se encontró  la ubicación de la parte positiva en el protón y de la parte negativa en el electrón (tales signos son el fruto de simples convenios basados en darle el signo positivo al vidrio frotado y el signo negativo a la ebonita frotada) pero no se sabe qué estructura interna diferenciadora debe existir en las  partículas fundamentales para distinguirse tal signatura. Tal distinción elemental debe basarse en la distinción axiomática de que las partículas pueden ser neutras intrínsecamente, positivas o negativas, sin buscar la justificación en su estructura interna ya que caeríamos en la misma cuestión: Si existe una estructura interna que justifique tres cargas distintas, esos elementos distintos ¿qué estructura interna tendrán para diferenciarse?, y así una cuestión recurrente infinita. Al igual que en la dimensión espacial hay coordenadas positivas y negativas, en la dimensión de la carga eléctrica igualmente tenemos tres signos para la materia. En las estructuras materiales (neutrón, núcleos, átomos, moléculas y cuerpos) el signo de su carga es una simple contabilización entera    Q=Qo(z-e), en cuanto a la carga y en cuanto al signo,   Q/Qo = z-e   , siendo esto un nº entero, al ser Q un múltiplo del cuanto de carga elemental cuántica universal Qo. Sin embargo, para una sola partícula fundamental, precisamente por su carácter de fundamental, internamente indistinguible (sea estable o no), o por lo menos, en base al modelo de la pompa de jabón uniforme e isótropa, no podemos alcanzar una imagen que nos visualice alguna diferencia geométrica o estructural que nos distinga esa masa interna con esa signatura positiva, negativa o neutra en la carga.  Por último, en este apartado, se anotará que las cargas positivas se comportan en el campo eléctrico existente debido el resto del Universo, moviéndose desde los valores potenciales superiores a los inferiores (se dice que tal signo positivo trata de “ caer” en los campos, es su naturaleza espacio-interactiva);  por otra parte, las cargas negativas se comportan en el campo eléctrico existente en el lugar, moviéndose desde los valores potenciales inferiores a los superiores (se dice que trata de “escalar” en los campos, es su naturaleza espacio-interactiva).Estos son los comportamientos de las cargas eléctricas en el campo eléctrico total existente en el lugar debido al  resto de las cargas según su signo: Si no podemos extraer una explicación del signo de la carga eléctrica desde una estructura interna (por otra parte porque las partículas no tienen distinciones internas al ser partículas fundamentales), sí podemos extraerla debido a un comportamiento visible desde el exterior.  Esto queda explicado porque la tendencia de una carga en un campo se determina por el trabajo positivo del campo eléctrico dado por la expresión      We = Q´(Vo – Vf) debe ser positivo,  si Q´ es positiva, la partícula va de Vo mayor a menor (cae); si Q´ es negativa, va de Vo menor a mayor (escala).

b)Sistemas de referencia dinámicos uniformes :Campos magnetostáticos y fuerzas magnéticas (Ley de Biot-Savart  y ley de la fuerza de Lorentz). Electromagnetismo estático. La carga dinámica y la carga estática.

Cuando la carga fuente está en reposo respecto al sistema de referencia elegido, el campo y la fuerza , son las dadas anteriormente. Si elegimos un sistema de referencia en el cual la carga fuente se encuentra en movimiento, el campo que genera a su alrededor se denomina “campo electromagnético” y posee dos componentes :La misma componente del apartado anterior o campo electrostático E , que actúa con la fuerza electrostática anterior Fe= Q´E    y  una componente dinámica denominada “campo magnetostático B” que genera una fuerza sobre la  partícula  o “fuerza magnética de Lorentz” relacionada con el campo magnético y con la velocidad de la partícula afectada según   Fm = Q´VxB  . Conjuntamente, la fuerza electromagnética es :                Fem= Q´E + Q´VxB  ,   donde Q´es la carga afectada ,  E el campo electrostático de la carga fuente (que depende de su carga y de la distancia según E=KQ/R2)  , V, es la velocidad vectorial de la carga afectada (X,producto vectorial) y B el campo magnético creado por la carga fuente en movimiento de valor    B=Km  Q (Vf X u)/R2  (denominada ley de Biot-Savart elemental) , donde Km es la constante magnética de valor  10exp(-7) unidades internacionales. Este campo es relativo porque depende de la velocidad de la partícula fuente y también es relativa la fuerza magnética correspondiente. La expresión del campo magnético B para varias cargas en movimiento, como ejemplo , corrientes eléctricas de diversa geometría, tiene distintas fórmulas físico-matemáticas, pero fundamentalmente responden a lo mismo: Las cargas eléctricas fuentes aportan un campo efectivo E al espacio (cuerpos neutros no aportan un campo E efectivo, no aportan la componente electrostática) y un campo magnético B en el caso de que tales cargas fuente estén en movimiento como las corrientes macroscópicas o microscópicas de  los materiales magnetizados o imanes(microcorrientes orientadas paralelamente que suman un campo efectivo B, pero en la materia ordinaria, microcorrientes orientadas caóticamente, no aportan un B efectivo ,no están magnetizados).En el otro lado, las cargas móviles de corrientes macroscòpicas (como las corrientes en conductores filiformes metálicos) generan campos magnéticos a su alrededor. El descubrimiento del magnetismo se hizo hace mucho tiempo debido a un mineral , la magnetita, que tenia propiedades sorprendentes pues estando eléctricamente neutra atraía a otros trozos de magnetita comportándose como un dipolo con polos positivos y negativos (en esta teoría se denominan polo norte y polo sur)  y repeliéndose los polos iguales y atrayéndose los polos distintos. La diferencia con las fuerzas eléctricas es que las partes positiva y negativa en la carga eléctrica pueden separarse pero aquí, no se pueden separar los polos norte y sur de una magnetita ni de ningún imán. Más aún, los cuerpos cargados no afectan a los imanes y viceversa. En principio, magnetismo y electricidad eran dos fenómenos independientes : Las cargas eléctricas afectaban a las cargas eléctricas con fuerzas electrostáticas ; las cargas en movimiento afectaban a las cargas en movimiento con las fuerzas magnetostáticas. Pronto se halló que se trataba de dos caras de la misma moneda, de una nueva dualidad  electricidad-magnetismo , del fenómeno del Electromagnetismo. Mientras que en la Electrostática las fuentes de tales campos son partículas cargadas eléctricamente, las fuentes de los campos magnéticos son cargas en movimiento con propiedades fundamentales “q” y “V” . El elemento más simple generador de un campo magnético en el espacio es una carga en movimiento lineal (como los componentes de una corriente eléctrica por la zona de conducción en los cables metálicos)  o cargas en círculo como las microcorrientes electrónicas atómicas. Todas las demás fuentes no son más que agrupaciones enormes o macroscópicas de estos elementos : Para las corrientes se tiene la composición de las aportaciones magnéticas de cada carga móvil lineal  y para los imanes naturales o artificiales se tiene la composición de las aportaciones magnéticas de cada espira microelectrónica en los átomos. En todo caso, los campos magnéticos formados en el espacio, forman líneas de campo que entran por una zona de tales microespiras (zona denominada “polo sur”) y salen por la cara contraria (“polo norte”). Para la determinación del tipo de polo de una corriente o de un material imanado, se sigue el siguiente criterio : Tales elementos se cuelgan libremente y la parte que se orienta al norte geográfico terrestre , tiene polaridad “norte”   y la parte que se orienta al sur geográfica terrestre, tiene polaridad “sur” (convenio de signos magnéticos). Esta orientación se debe a que el planeta Tierra se comporta como un gigantesco imán debido a sus corrientes iónicas internas a modo de solenoide (por la rotación) de manera que en la cara norte geográfica tenemos el polo sur magnético y, viceversa, en la cara sur geográfica tenemos el polo norte magnético (según se vio del sentido de atracción/repulsión de polos en los imanes). En todo caso, aunque dividamos un imán en trozos, cada trozo será a su vez pequeños imanes, no encontrando así ninguna partícula material que se comporte como un imán monopolar ya que la fuente del magnetismo no son partículas aisladas, sino partículas que se mueven en el espacio de manera que en un átomo, el electrón se mueve según un círculo (aproximadamente) y toda órbita plana siempre tendrá dos caras indisolubles, siendo su cara norte, una cara de dicho círculo y el polo sur la otra cara. En una partícula que orbita, no se pueden separar las dos caras de una misma superficie imaginaria que constituye su propia órbita. No existen pues, los monopolos magnéticos, aunque sí existen las cargas positivas o negativas aisladas ya que se identifican en las partículas fermiónicas. Una vez más, el magnetismo de las sustancias magnetizadas naturales o artificiales, se debe a un fundamento físico ya comentado varias veces: La gran diferencia de masas entre los protones y los electrones. Al ser los electrones mucho más ligeros que los protones, aquellos giran mucho más velozmente que los segundos y así generan campos magnéticos efectivos en todo el espacio. Si la masa de ambas partículas fuesen iguales, ambos girarían alrededor de un centro común a la misma velocidad y generarían en el espacio el mismo campo magnético pero sentidos opuestos (por sus cargas de signos opuestos), anulándose mutuamente y no existiendo  el fenómeno del magnetismo (no existiría en su punto de vista real, no se registraría macroscópicamente por su mutua anulación, pero existiría esencialmente porque cada partícula anterior aportaría su propio campo magnético a cada punto del espacio y sería un fenómeno oculto en la materia como tantos otros fenómenos físicos han estado ocultos en la materia que han sido dilucidados a lo largo de la historia de la física).Por último, si bien no podemos encontrar polos magnéticos aislados que constituyan centros atractivos o repulsivos puros, sí encontramos que una partícula cargada eléctricamente se comporte como una microespira adquiriendo un valor intrínseco magnético o momento magnético cuántico o “spín magnético”, como si fuese una microcorriente pero se trata de una partícula indistinguible internamente : En el modelo de pompa de jabón de la partícula fundamental, la superficie frontera cargada giraría sobre sí, para adquirir propiedades magnéticas de dos sentidos posibles (dos valores cuánticos de spín magnético) pero geométrica y físicamente , desde el exterior, la partícula con esas distancias de Planck, ocupa un punto indistinguible.

c)Sistemas de referencia acelerados :Electromagnetismo variable (la inducción EM).

Si la carga fuente está acelerada generará en el espacio un campo        B(t)=KmQf(V(t)X u)/R2   , variable. Esto es tanto por parte de una sola carga como de una corriente (las corrientes generan campos variables tanto porque sus contenedores o cables se muevan como si varían sus intensidades). Una carga estática colocada en un campo magnético variable logra moverse, proceso denominado “inducción electromagnética” base de los generadores electromagnéticos. Relativísticamente o inversamente, un campo fuente estático B sobre una carga en movimiento, logra afectarle con una fuerza según vimos por la fuerza Lorentz. Los dos aspectos del Electromagnetismo, la Electricidad y el Magnetismo son complementarios (segundo efecto dual de electricidad-magnetismo) y ambos basados en la propiedad fundamental e intrínseca de las partículas físicas (y extrínseca de la velocidad) que es la carga eléctrica. Para cerrar la íntima relación entre ambas fenomenologías, un sistema físico donde se genera un campo variable B(t) que a su vez genera un campo variable E(t), logra propagar energía electromagnética al espacio en forma de ondas electromagnéticas a la velocidad C (la velocidad de la luz )detalle que llevó a James Clerk Maxwell a afirmar que la luz era una onda electromagnética más, unificando con ello la Electricidad, el Magnetismo y la Óptica. Más tarde, será Albert Einstein quien unifique la Mecánica con estas tres ciencias en su teoría de la Relatividad Especial para ,posteriormente, ampliar esta teoría con la gravedad, en su teoría de la Relatividad general. No obstante, nunca logró unificar el Electromagnetismo con la Gravitación (ya se vio que la propiedad masa y la propiedad carga eléctrica son auténticamente independientes, son dos dimensiones distintas, sus fuerzas , energías y campos son independientes en el sentido de que no pueden expresarse como Fuerza total igual a propiedad conjunta por campo total unificado. ,por lo que Einstein no logró unificar tales campos interactivos ).

d)Las dos caras del Electromagnetismo y las ondas electromagnéticas (la luz):Maxwell.

Las primeras experiencias del ser humano con la electricidad y el magnetismo como fenómenos aparentemente independientes se realizaron a través de la electrización por frotamiento en modo más cercano y con el fenómeno meteorológico del rayo, por parte eléctrica, y con los imanes naturales (magnetita) o artificiales más tarde, por la parte magnética .Más tarade, Oersted descubrió la primera relación magnetismo-electricidad con su famoso experimento fortuito en el que se comprobó que una corriente eléctrica afectaba magnéticamente a una aguja imantada libre. Tanto el hilo de corriente como la aguja imantada(electrones y protones) estaban eléctricamente neutros y sin embargo se afectaban. Sin embargo, los electrones de la corriente bien organizados en el mismo sentido y las microcorrientes de los electrones de la aguja “imantada” (bien organizados en el mismo sentido), tenían  nuevas propiedades o propiedades magnéticas. Generaban campos magnéticos debido a su movimiento organizado global de cargas y recibían fuerzas magnéticas , por la misma razón. Lo semejante afecta a lo semejante. Ambos elementos, aún eléctricamente neutros, se afectaban mutuamente, en el nuevo fenómeno del magnetismo que no es más que un efecto relativo del movimiento de las cargas eléctricas.  Inversamente, más adelante, Michael Faraday descubrió el efecto simétrico: Imanes o corrientes en movimiento (aparte del movimiento de las cargas dentro de la corriente, que las corrientes en soporte metálico, se muevan globalmente), generen corrientes inducidas. Es decir, campos eléctricos que generan campos magnéticos y campos magnéticos que generan campos eléctricos: Dualidad electromagnética. Mientras unos agentes físicos como cargas eléctricas generen campos eléctricos variables, simultáneamente se producen campos magnéticos variables y conjuntamente, campos electromagnéticos. Maxwell, en base a sus “ecuaciones de Maxwell”, que formulan las leyes básicas de la electricidad y el magnetismo interrelacionadas entre sí descubrió que existía un ente físico que se propagaba de la misma forma que las ondas mecánicas . Sus 4 ecuaciones son:  
    
-La ley de Gauss eléctrica, donde se expresaba el flujo eléctrico (una formulación derivada de la ley de Coulomb en lenguaje de integrales , según la existencia de fuentes eléctricas).    
–La ley de Gauss magnética, donde expresaba el flujo nulo del campo magnético (derivado de la ausencia de fuentes magnéticas sino de corrientes o microcorrientes de cargas eléctricas  cerradas).
–La ley de Ampere-Maxwell (la conocida como ley de Ampere, ampliada por el segundo),donde se expresa la existencia de un campo magnético inducido por corrientes eléctricas o campos eléctricos variables.    
–La ley de Faraday-Henry-Lenz (de la inducción EM), donde se expresa la existencia de un campo eléctrico inducido por un campo magnético variable o corrientes eléctricas en movimiento relativo.                                                                                                                                                                                                                                                                            
La combinación de tales leyes dio lugar al descubrimiento de las ondas electromagnéticas por Maxwell, quien  dedujo una expresión para el campo eléctrico  E  e independientemente para el campo magnético B producidos por cargas eléctricas  en movimiento variable,  una expresión análoga a la ecuación de ondas mecánicas  de la cual, por identificación, dedujo la existencia de ondas electromagnéticas  y que la velocidad de propagación de estas  seguía la conocida como “ecuación de Maxwell de la velocidad de las ondas EM “, C= Raiz(Ke/Km)    donde Km es la constante magnética , Ke la constante eléctrica    y sustituyendo sus valores en el vacío resultó que  C=  3 exp(8)    m/s, justamente la velocidad de la luz constituyendo tal integración de leyes en la “síntesis del Electromagnetismo”, unificando la Electricidad, el Magnetismo y la Optica.                                                                              
 La Esencia física en su aspecto interactivo posee una interacción puntual repulsiva sin campo (interacción de Pauli),un campo confinado a una distancia muy corta (campos nucleares fuerte y débil , atractivo y repulsivo) , un campo infinito atractivo debido a la masa (campo gravitatorio g), un campo infinito atractivo/repulsivo debido a la carga (campo electrostático E) , un campo relativo de aceleraciones a´(campo de inercia) , un campo relativo debido a la carga móvil (campo magnético B) y, finalmente, los campos interactivos dependientes del tiempo que se propagan en forma de ondas interactivas a la velocidad máxima natural C (debido a la masa, las  ondas gravitatorias y debido a la carga, las  ondas electromagnéticas). Solamente se han logrado unificar los campos gravito-inerciales por un lado Cgi   y los electro-magnéticos por otro lado Cem, y la fuerza total sobre una partícula debido al resto del Universo es :      Ft = m( g-a´) + q (E+VxB)  =  m a   amén de las fuerzas nucleares que no tienen trascendencia externa macroscópica. Si  g(t) ,se provoca en la partícula fuerzas F(t), u ondas gravitatorias , pero todas las partículas tendrían la misma  aceleración     Ft = m( g-a´) = ma   , es decir, todas  a= g – a´ , a la misma aceleración ,no distinguiéndose oscilaciones mutuas entre ellas , no detectándose el paso de la onda gravitatoria.   Por otra parte, si E(t) , junto con B(t) , simultáneamente, se producen en la partícula fuerzas F(t), u ondas electromagnéticas, con aceleración  Ft= q(E+VxB) = ma  , es decir,  a=(q/m)(E + VxB)  ,una aceleración para cada partícula de distinta masa (en la materia tenemos los protones muy pesados y los electrones corticales muy ligeros) provocando saltos de la partícula ligera o electrón frente a la pesada o protón, y tales saltos son, ni más ni menos que absorción/emisión de energía  (cuánticamente, fotones), pudiéndose registrar dichas ondas electromagnéticos como de hecho registramos. Desde un punto de vista cuántico, en campos muy intensos y bruscos, la energía sale y entra de los sistemas físicos en forma de partículas o fotones (gravitones), de una inmensa gama de energías (aunque las energías de los gravitones son tan efímeras frente a las de los fotones que pasan indetectables ; es como distinguir un saco de arena de un saco de arena más un grano más).     Los campos descritos por sus potenciales energéticos próximos a las partículas creadoras de los mismos se desarrollan en escalones o saltos bruscos (en la interacción nuclear, a la distancia de  confinamiento ; en la interacción electromagnética en los orbitales atómicos, los moleculares o los reticulares ; en la interacción gravitatoria, en la superficie de Schwarzschild, aquí para agujeros negros ; en la interacción de Pauli, en la distancia de Planck, aquí para la aniquilación) y en el resto existe una continuidad práctica. En estos casos de escalones de potenciales , las partículas que los cruzan o intentan cruzarlos sufren una disminución brusca de la energía mecánica emergiendo instantáneamente un bosón con dicha energía que se va del lugar a la máxima velocidad física (debe ser la máxima para que no vuelva a ser inmediatamente absorbido por las partículas materiales que la emitieron ,de lo contrario, no existiría la radiación ni la información que lleva podrá ser transmitida a otro lugar quedando el Universo electromagnéticamente ciego, posibilidad que no pertenece a la realidad física que vivimos. Todos los procesos de emisión/absorción de fotones, se cumplen de forma exactamente igual en la antimateria aunque no así en la materia oscura o mejor denominada, materia transparente. Este tercer tipo de materia del Universo tiene la propiedad de que ni absorbe ni emite fotones por lo que no tiene presencia o imagen óptica (aunque sí tiene efectos gravitatorios y, por otra parte, se deja sentir muy levemente en escasos impactos con la materia).Sus partículas no deben tener carga eléctrica debido a que las cargas eléctricas son las depositarias de los fenómenos fotónicos o electromagnéticos. Dentro del modelo estándar, el candidato más próximo a ser el cuanto material de tal tipo de materia es el neutrino.