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A sintonia fina das quatro forças fundamentais

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A sintonia fina das quatro forças fundamentais




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Força Forte: curto alcance, força 1
Eletromagnetismo: longo alcance, força 1/100
Força Fraca: muito curto, força de 1 / 100.000
Gravidade: longo alcance, força de  1/ 10^38
(  1/1000000000000000000000000000000000000000 )

O ajuste fino da força gravitacional

A força gravitacional é a força dominante em escala de tamanho astronômico.
Precisa de um equilíbrio de gravidade e expansão cósmica extremo  para o universo ficar estável.
Se a gravidade fosse mais fraca por 1 em 10^60, o Universo se expandiria muito rapidamente, não haveria galáxias ou estrelas.
Se a gravidade fosse mais forte por 1 em 10^60, o universo entraria  em colapso sem formar galáxias ou estrelas.
A gravidade é aperfeiçoada para 1 parte em 10^60

O ajuste fino da força eletromagnética
 
A força eletromagnética é tanto repulsiva quanto atraente, devido à existência de cargas positivas e negativas.
Cargas positivas e negativas devem ser quase exatamente iguais em número, ajustadas em uma parte em 10^40.
Apesar que prótons (+) e elétrons (-) são drasticamente diferentes em massa, eles pararam de mudar em momentos bastante diferentes no início do universo.
Se não fosse por essa igualdade, forças eletromagnéticas iriam dominar a gravidade, por isso não haveria galáxias, nem estrelas, e sequer planetas.
Forças eletromagnéticas são finamente ajustadas  em uma parte em 10^40.
O ajuste fino da força nuclear forte
 
A força nuclear forte mantém núcleo juntos.
Se fosse 50% mais fraca não háveria elementos estáveis, mas somente Hélio no universo
Se fosse 5% mais fraca, não haveria deutério, e estrelas não iriam queimar
Se fosse 5% mais forte, diprotons  seriam estáveis, estrelas iriam explodir
A força forte é sintonizada em ± 5%, com base nestas considerações sozinhas.
O ajuste fino da força nuclear fraca

A força nuclear fraca detém nêutrons juntos.
Se fosse poucos % mais fraca, só haveria alguns nêutrons, pouco Hélio, poucos elementos pesados; mesmo estes ficariam presos dentro das estrelas.
Se fosse poucos % mais forte, haveria nêutrons demais,  muito Hélio,  também elementos pesados demais ; mas estes, também, ficariam  presos dentro das estrelas.
A força fraca é sintonizada numa pequena percentagem.

Combinando estes casos dão o ajuste fino melhor do que uma parte em 10^100
Quão grande é 10^100?
Não são estimados em cerca de 1^80 partículas elementares em nosso universo.
Então, precisamos chegar a 1^20 universos com 10^100 partículas.
Imagine as chances de escolher aleatoriamente uma síntese de partículas marcante de todos os universos!

O fato de que a força gravitacional é fantasticamente mais fraca do que a força nuclear forte por inimagináveis trinta e oito ordens de grandeza é fundamental para todo o esquema cósmico e particularmente para a existência de sistemas de estrelas estáveis e planetárias. Se, por exemplo, a força gravitacional era um trilhão de vezes mais forte, então o universo seria muito menor e sua história de vida muito mais curta. Uma estrela de média teria uma massa de um trilhão de vezes menor do que o sol e uma vida de cerca de um ano,  muito pouco tempo para a vida complexa se desenvolver e florescer. Por outro lado, se a gravidade fosse menos poderosa, estrelas ou galáxias jamais teriam se formado. Como Hawking aponta, o crescimento do universo está tão próximo a fronteira do colapso e expansão externa que o homem não tem sido capaz de medi-la, tem sido de apenas a taxa adequada para permitir que as galáxias e estrelas se  formar.
( Michael Denton em:  Nature's Destiny: How the Laws of Biology Reveal Purpose in the Universe )

É incrível a considerar que as forças fundamentais trabalham em conjunto para permitir que os átomos possam se formar. Existe um delicado equilíbrio entre a força nuclear forte, que se liga quarks, e seu efeito residual que permite que os prótons e nêutrons ficam juntos, competindo contra a força eletromagnética, que de outra forma empurraria o núcleo à parte. Da mesma forma, existem forças que impedem o colapso dos átomos, mantendo os elétrons fora do núcleo. O saldo misterioso não pára no átomo, mas vemos que todo o nosso universo é governado por leis que são finamente ajustadas para permitir a complexidade e a vida. A fim de que vida seja possível, uma quantidade suficiente de elementos essenciais deve estar disponível - o que significa que os átomos de vários tamanhos devem poder se formar. Para que isso ocorra, outros delicados equilíbrios devem existir entre as constantes da física - as forças nuclear forte e fraca, a gravidade e as energias do estado fundamental nuclear. 52

Imediatamente após o Big bang, as forças que sustentam e organizam o universo em que vivemos tiveram que ser finamente ajustadas, senão o nosso universo não existiria. Estas são as "quatro forças fundamentais" que são reconhecidas pela física moderna. 29 Toda a estrutura e movimento no universo é regido por estas quatro forças, conhecidas como a força gravitacional, a força eletromagnética, a força nuclear forte e a força nuclear fraca. As forças nucleares forte e fraca operam somente em escala atômica. As duas restantes,  a força gravitacional e a força eletromagnética-governam conjuntos de átomos, em outras palavras "matéria". Estas quatro forças fundamentais estavam trabalhando no rescaldo do Big bang que  resultou na criação de átomos e matéria.
Prótons foram identificados e caracterizados por volta de 1920 (embora eles foram descobertos mais cedo; o núcleo de um átomo de hidrogênio é simplesmente um único próton) e nêutrons foram descobertos em torno de 1933. O fato de que os prótons e os nêutrons

são muito semelhantes foi entendido quase que imediatamente. Mas o fato de que os prótons e nêutrons têm um tamanho mensurável, comparável em tamanho a um núcleo (cerca de 100.000 vezes menor do que um átomo de um diâmetro típico), não foi descoberto até 1954. Que eles são feitos de quarks, anti-quarks e glúons foi gradualmente compreendido em um período desde meados dos anos 1960 a meados dos anos 1970. No final de 1970 e início de 1980, o nosso entendimento de prótons e nêutrons e de que eles são feitos tinha estabilizado, e se manteve essencialmente inalterado desde então.

O ajuste fino da força gravitacional

A força gravitacional é a força dominante em escala de tamanho astronômico.
Precisa de um equilíbrio de gravidade e expansão cósmica extremo  para o universo ficar estável.
Se a gravidade fosse mais fraca por 1 em 10^60, o Universo se expandiria muito rapidamente, não haveria galáxias ou estrelas.
Se a gravidade fosse mais forte por 1 em 10^60, o universo entraria  em colapso sem formar galáxias ou estrelas.
A gravidade é aperfeiçoada para 1 parte em 10^60

Se a força da gravidade fosse mais fraca, as estrelas não se compactariam o suficiente de modo que a fusão nuclear pudesse ocorrer. A fusão é necessária para produzir os elementos mais pesados dos quais a vida depende (como carbono, nitrogênio e oxigênio) --- e sem fusão, haveria apenas hidrogênio e hélio em todo o universo. Por outro lado, se a gravidade fosse mais forte, estrelas iriam queimar tão quente que iriam queimar em cerca de um ano (ref. G. Easterbrook, citada, p.26)

Tão divergentes que essas forças são em força, alterações muito ligeiras em qualquer sentido seriam desastrosas.

O físico de Stanford Leonard Susskind observa em seu livro Cosmic Landscape, p. 9 :

"as propriedades da gravidade, especialmente sua força, poderiam facilmente ter sido diferentes. Na verdade, é um milagre inexplicável que a gravidade é tão fraca como  é. "

Esta relação subjacente provável leva a uma expectativa natural que a gravidade poderia ser tão forte como a maior força. A força da gravidade é cerca de 40 ordens de magnitude mais fraca do que a força nuclear forte. Com base nessa expectativa de que a gravidade poderia ter a força da força nuclear forte, o nível de ajuste fino necessário para a vida é muito notável.
A intensidade da força da gravidade é um exemplo específico de ajuste fino cósmico. A gravidade é a mais fraca das forças, e a força nuclear forte é a mais forte, sendo um fator de 10^40 - ou dez mil bilhões, bilhões, bilhões, bilhões - vezes mais forte que a gravidade (Barrow e Tipler, 1986, pp 293 -. 295 ). Se a gravidade fosse muito mais forte do que é, criaturas complexas, como seres humanos, não poderiam existir. O ponto importante é a forma como a força da gravidade se compara com a intensidade da força eletrostática. Esta é a força que opera entre as coisas que têm cargas elétricas. Ela mantém os elétrons em suas órbitas nos átomos, e é responsável pelas ligações químicas entre átomos. A força eletrostática é um bilhão de bilhões de bilhões de bilhões de vezes mais forte do que a força da gravidade (1^36 vezes mais forte). Se você fosse um químico e você estivesse interessado em como os átomos reagem uns com os outros, você não precisaria se preocupar com a gravidade. Ela é fraca demais para fazer qualquer diferença.
Então, por que a gravidade parece tão forte para nós, aqui na superfície da Terra? As cargas elétricas podem ser positivas ou negativas. Cargas que têm o mesmo sinal se repelem, enquanto cargas de sinal oposto se atraem. As coisas que nos rodeiam contém números quase exatamente iguais de cargas positivas e negativas, por isso, quando você olha as coisas em grande escala, as forças eletrostáticas se anulam mutuamente. Mas a gravidade é sempre atraente. E há uma grande quantidade de átomos que compõem a Terra. A atração gravitacional de um único átomo é pequena demais para se notar, mas juntos, ela sobe. É por isso que a gravidade parece forte para nós, mesmo que seja muito mais fraca do que a força eletrostática. A força da gravidade parece estar bem afinada para tornar a vida como a nossa possível. O que aconteceria se fosse diferente? 31 Vamos supor que o universo tivesse a força da gravidade repulsiva ao invés de atrativa. Coisas voariam para longe, ao invés de cair em direção oposta, sendo atraídas. Nesse universo, você não iria ter galáxias ou estrelas ou planetas. Na verdade, é muito difícil imaginar qualquer tipo de estrutura complicada (como uma planta ou um animal) em um universo sem algum tipo de força atraindo coisas em grande escala. Poderíamos também imaginar um universo em que a gravidade era zero - não havia força da gravidade nem atraente nem repulsiva. Isso também parece excluir estruturas complicadas.
A força da gravidade não afeta a forma de como átomos e moléculas individuais se comportam - isto é controlado por forças eletrostáticas entre elas. Isto significa que a resistência dos materiais seria a mesma, se vigas de aço, concreto, ossos ou troncos de árvores. Mas em um mundo com forte gravidade, o peso que teriam que suportar seria muito maior. Como plantas ou animais ficam maiores, haveria um ponto critico, onde eles já não seriam capazes de suportar seu próprio peso. E, como a força da gravidade ficaria mais forte, este ponto chegaria mais cedo   com animais menores: Como astrofísico Martin Rees observa, "Em um mundo imaginário de gravidade forte, até mesmo insetos precisariam  pernas grossas para apoiá-los, e nenhum animal poderia ficar muito maior" (2000, 30 p.)
No livro de  Martin Rees, apenas seis números,  a receita para nosso universo, ele escreve : Podemos nos maravilhar, quase indefinidamente, do equilíbrio entre as forças nucleares e o poder incrivelmente frágil, mas em última análise, inexorável da gravidade, dando-nos N = valor de uma medição da intensidade das forças eléctricas que mantêm os átomos unidos, dividida pela força da gravidade entre eles. N é um número grande: 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000, 000, 000, 000. Se você está contando, isso é 1 seguido de 36 zeros. Se N tinha alguns zeros a menos, apenas um universo em miniatura de curta duração existiria. Nenhuma criatura poderia crescer mais do que um inseto, e não  haveria tempo para a evolução biológica.
Quanto afinado é a gravidade ?
A força de gravidade tem de estar finamente ajustada dentro
0,00000000000000000000000000000000000001%
para que a vida possa existir no universo
Se a gravidade fosse mais forte em 1 em 10^40, o universo seria dominado por buracos negros sem estrelas.
A força da gravidade poderia ter  qualquer uma dos 14 bilhões de bilhões de bilhões de configurações, mas só há uma configuração que é adequada para existir um universo com vida inteligente.
Para ilustrar: Imagine que você tivesse uma fita métrica com  seções de 1cm se estendendo por todo o universo conhecido, que seria de 92 bilhões de anos-luz  ( 1 ano luz tem aproximadamente de 10 trilhões de quilômetros /1016 metros ), e apenas um ou dois centímetros no meio é a força ideal  para a gravidade. Se você mudasse a configuração-força para a direita ou esquerda apenas alguns centímetros, então a vida inteligente não poderia existir.
Considere também a seguinte analogia para ajudar a entender a improbabilidade de uma parte em 10^40. Suponha que um poderia fazer um monte de areia que abrange toda a Europa e Ásia, e a altura até 5 vezes a distância da terra  para  a lua ( 380.000,00 km x 5 = 1.900.000,00 km ) . Suponha que um grão de areia seria pintado de vermelho e colocado aleatoriamente em algum lugar dentro dessa pilha. Uma pessoa com os olhos vedados, então, selecionaria aleatoriamente um grão de areia nesta pilha. As chances de que ela iria escolher o grão de areia vermelho é  um pouco melhor do que os 1 em 10^40 chances da força gravitacional permitir a vida tendo a força “ correta “. 32

A força eletromagnética

A palavra eletricidade vem da palavra grega para âmbar, Elektron, e, de fato, o magnetismo e eletricidade são simplesmente manifestações da  mesma força.

Contexto histórico
Os antigos romanos observaram que um pente escovado iria atrair partículas, um fenômeno conhecido agora como a eletricidade estática e estudaram dentro do âmbito da eletrostática em física. No entanto, o entendimento romano de eletricidade não se estendia mais do que isso, e como foram feitos progressos na ciência da física, após um período de mais de mil anos, durante os quais a aprendizagem científica na Europa progrediu muito lentamente, se desenvolveu em áreas que tiveram nada a ver com a força estranha observada pelos romanos.
Os pais da física como uma ciência séria, Galileu Galilei (1564-1642) e Sir Isaac Newton (1642-1727), estavam preocupados com a gravitação, que Newton identificou como uma força fundamental no universo. Por quase dois séculos, os físicos continuaram a acreditar que havia apenas um tipo de força. No entanto, como os cientistas tornaram-se cada vez mais conscientes de moléculas e átomos, anomalias começaram a surgir em particular, o fato de que a gravitação por si só não pode explicar as forças fortes segurando átomos e moléculas em conjunto para formar matéria. 

O ajuste fino da força eletromagnética
 
A força eletromagnética é tanto repulsiva quanto atraente, devido à existência de cargas positivas e negativas.
Cargas positivas e negativas devem ser quase exatamente iguais em número, ajustadas em uma parte em 10^40.
Apesar que prótons (+) e elétrons (-) são drasticamente diferentes em massa, eles pararam de mudar em momentos bastante diferentes no início do universo.
Se não fosse por essa igualdade, forças eletromagnéticas iriam dominar a gravidade, por isso não haveria galáxias, nem estrelas, e sequer planetas.
Forças eletromagnéticas são finamente ajustadas  em uma parte em 10^40.
Átomos são compostos de prótons e nêutrons em seus núcleos e elétrons que orbitam o núcleo em alta velocidade. O número de prótons de um átomo determina o seu tipo. Por exemplo, um átomo com um único próton é hidrogénio; um átomo com dois é o hélio, e uma com 26 prótons é o ferro. O mesmo é verdade para todos os outros elementos. Os prótons no núcleo atômico tem uma carga elétrica positiva, ao passo que os elétrons têm uma carga negativa. Esta carga elétrica oposta cria uma atração entre prótons e elétrons, mantendo os elétrons em sua órbita ao redor do núcleo. A força que une os prótons e elétrons de carga elétrica oposta é chamada a força eletromagnética. A natureza da órbita dos elétrons ao redor do núcleo determina o tipo de ligações que podem existir entre átomos individuais e que tipo de moléculas que podem se formar. Se o valor da força eletromagnética tivesse sido uma fração menor, menos elétrons poderiam ter sido retidos em órbita em torno de núcleos atômicos. 35
Se a força eletromagnética (exercida pelos elétrons) fosse um pouco mais forte, os elétrons iriam aderir a átomos com tanta força que os átomos não compartilhariam seus elétrons um com o outro --- e o compartilhamento de elétrons entre os átomos é o que torna a ligação química possível, para que os átomos possam combinar em moléculas (por exemplo, água) e torna a vida possível. No entanto, se a força eletromagnética fosse um pouco mais fraca, então os  átomos não exerceriam uma atração suficiente para elétrons causar qualquer ligação entre os átomos, e, assim, os compostos nunca poderiam estar grudados uns aos outros. Além disso, este ajustamento da força eletromagnética deve ser ainda mais rigorosa se mais e mais elementos devem ser capazes de se unirem em muitos tipos diferentes de moléculas. 33
 
A relação entre a força eletromagnética e a força gravitacional
Se a relação entre a força eletromagnética fosse um pouco mais forte em relação à força gravitacional apenas por uma parte em 10^40, então apenas pequenas estrelas se formariam. Por outro lado, se a relação entre as duas forças fosse mais fraca por uma parte em 10^40, apenas estrelas muito grandes se formariam. O problema é, que ambos os tipos de estrelas são necessárias para que a vida seja possível, porque as estrelas maiores são o lugar aonde os elementos essenciais da vida são produzidos pela fusão termonuclear, --- e as estrelas menores (como o nosso Sol) são necessárias porque apenas estas estrelas queimam o tempo suficiente, e de uma forma estável, para suportar a vida perto deles. (ref. H.Ross, citado, p.117).
A PROBABILIDADE: Conforme necessário para a fotossíntese, --- a relação entre a força eletromagnética não se pode variar em relação a força  gravitacional por não mais de uma parte em 10^40, (Lembre-se: 10^40 é o número 1 seguido de 40 zeros.
Na mesma linha, o cosmólogo Paul Davies explica: "Se a gravidade fosse muito ligeiramente mais fraca, ou o eletromagnetismo muito ligeiramente mais forte, (ou o elétron ligeiramente menos massivo em relação ao próton), todas as estrelas seriam anãs vermelhas A correspondentemente pequena mudança do lado oposto, e todas as estrelas seriam gigantes azuis " (Ref. P. Davies, já referido, 82, p.73). --- O problema com as anãs vermelhas e gigantes azuis, é que o espectro de cores fora dado por qualquer cor dessas estrelas não poderia sustentar a vida porque a reação fotossintética seria inadequada. (ref. H. Ross, citado, p.139).
No entanto, a força eletromagnética é intrinsecamente muito mais fraca do que a força nuclear forte. Na verdade, é, cerca de cem vezes mais fraca. Isto é muito afortunado. Se a força eletromagnética não fosse intrinsecamente muito mais fraca do que a força nuclear forte, a energia elétrica dentro de um núcleo de hidrogênio teria sido tão grande a ponto de torná-lo instável. A "interação fraca", então, teria feito todo o hidrogênio no mundo decair radioativamente, com uma meia vida muito curta, em outras partículas. O mundo teria sido deixado desprovido de hidrogênio e, portanto, quase de certeza da vida. A água, que é indispensável para a vida, contém hidrogênio, assim como quase todas as moléculas orgânicas. Vemos, então, como a vida depende de um delicado equilíbrio entre as várias forças fundamentais da natureza, e em particular sobre a fraqueza relativa dos efeitos eletromagnéticos.



Última edição por Admin em Ter Dez 29, 2015 5:27 am, editado 5 vez(es)

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O ajuste fino da força nuclear forte
 
A força nuclear forte mantém núcleo juntos.
Se fosse 50% mais fraca não háveria elementos estáveis, mas somente Hélio no universo
Se fosse 5% mais fraca, não haveria deutério, e estrelas não iriam queimar
Se fosse 5% mais forte, diprotons  seriam estáveis, estrelas iriam explodir
A força forte é sintonizada em ± 5%, com base nestas considerações sozinhas.

Se não houvesse a força nuclear forte, não haveria nada para manter os prótons e nêutrons juntos que formam o núcleo do átomo. Isso significa que não haveria átomos no universo.
Prótons e nêutrons  34
Há uma distância de separação correta, finamente ajustada entre os prótions e neutrons para promover a melhor química possível. Colocá-los ou muito perto ou muito distantes um do outro e a sua capacidade de interagir com o outro iria diminuir acentuadamente. Para obter as interações corretas entre prótons e nêutrons, para que átomos estáveis, moléculas, e química se tornem possíveis, é fundamental que a força nuclear forte seja requintadamente ajustada de várias maneiras diferentes. Se o efeito da força nuclear forte estivesse operando a um alcance de apenas uma  pequena percentagem a mais, o universo iria produzir muitos elementos pesados e a vida física seria impossível. Se o alcance fosse um pouco mais curto em seu efeito, novamente por apenas uma pequena porcentagem, muito poucos elementos pesados formariam para a vida física  ser possível. Se a força nuclear forte fosse apenas 4 por cento mais forte, o diproton (um átomo com dois prótons e nêutrons) não formaria, o que causaria estrelas esgotar seu combustível nuclear tão rapidamente que tornaria todo tipo de vida física impossível.
Por outro lado, se a força nuclear forte fosse apenas 10% mais fraca, carbono, oxigênio e nitrogênio seriam instáveis e, novamente, a vida seria impossível. Para que a vida seja possível, é fundamental que a força nuclear forte seja atraente somente sobre comprimentos não superior a 2,0 fermis e não  menos do que 0,7 fermis (um Fermi =  um quadrilião de um metro) e maximamente atraentes em cerca de 0,9 fermis.  Em comprimentos menor do que 0,7 fermis, é essencial que a força nuclear forte seja fortemente repulsiva. A razão é que os prótons e os nêutrons são pacotes de partículas mais fundamentais chamadas quarks e glúons. Cada próton é constituído de uma miríade de pacotes compostos por dois quarks para cima e um quark para baixo mais os glúons relevantes, enquanto cada nêutron contém inúmeros pacotes de dois quarks para baixo e um quark para cima com seus glúons relevantes. Se a força nuclear forte não fosse fortemente repulsiva em escalas de comprimento inferior a 0,7 fermis, os pacotes de prótons e nêutrons de quarks e glúons se fundiriam. Tais fusões significaria que não haveria átomos, não haveria moléculas, e química jamais seria possível em qualquer lugar ou em qualquer momento no universo. Tal como acontece com o efeito de atração da força nuclear forte, o efeito repulsivo deve ser primorosamente aperfeiçoado, tanto na sua gama de comprimentos de operação e o nível de força de repulsão.
A força nuclear forte é tanto a força atrativa mais forte e a força repulsiva mais forte na natureza. O fato de que ela é atraente em uma escala de comprimento e repulsiva em uma escala de comprimento diferente a torna altamente incomum e contra intuitiva. No entanto, sem essas propriedades estranhas a vida não seria possível.
A fonte de energia do Sol é a conversão através da fusão de hidrogênio em hélio em um processo de três passos chamado a cadeia próton-próton. No primeiro passo prótons se fundem para formar o deutério, um núcleo com um próton e um nêutron. Os produtos de libertação são um pósitron, a anti-partícula do elétron e um neutrino, uma partícula minúscula quase sem massa. No segundo passo do processo de deutério tem um outro próton adicionado para formar o trítio, dois prótons e um nêutron ligados juntamente com a libertação de raios gama ou de energia radiante. No terceiro passo do processo de dois núcleos de trítio se combinam para formar um núcleo de hélio, dois prótons e dois nêutrons, com dois prótons  livres sobrando para participar no produto de fusões adicionais. Em cada uma das três etapas do processo de energia é liberada, e o resultado de toda essa liberação de energia é a energia do Sol
A  força nuclear forte mantém os átomos juntos. O sol deriva seu "combustível" da fusão de átomos de hidrogênio. Quando dois átomos de hidrogénio se fundem, 0,7% da massa dos átomos de hidrogénio é convertida em energia. Se a quantidade de matéria convertida fosse ligeiramente mais pequena - por exemplo, 0,6% em vez de 0,7% - um próton não seria capaz de ligar-se a um nêutron e o universo consistiria apenas de hidrogénio. Sem a presença de elementos pesados, os planetas não iriam se formar e, portanto, estariam  sem vida. Por outro lado, se a quantidade de matéria convertida fosse aumentada para 0,8% em vez de 0,7%, a fusão iria ocorrer tão rapidamente que não permaneceria hidrogénio. Mais uma vez, o resultado seria um universo sem planetas, sistemas solares e, portanto, não haveria vida.
As outras relações e valores não são menos críticas. Se a força forte tivesse sido apenas ligeiramente mais fraca, o único elemento que seria estável seria hidrogênio. Não poderiam existir  outros átomos. Se tivesse sido um pouco mais forte em relação ao eletromagnetismo, em seguida, um núcleo atômico que consiste em apenas dois prótons teria uma característica estável e significaria que não haveria hidrogênio no universo, e se quaisquer estrelas ou galáxias evoluiriam, elas seriam muito diferentes de como são. Claramente, se essas várias forças e constantes não tivessem precisamente os valores que tem, não haveria estrelas, não haveria supernovas, planetas, nenhum átomo, e não haveria vida.
O ajuste fino da força nuclear fraca

A força nuclear fraca detém nêutrons juntos.
Se fosse poucos % mais fraca, só haveria alguns nêutrons, pouco Hélio, poucos elementos pesados; mesmo estes ficariam presos dentro das estrelas.
Se fosse poucos % mais forte, haveria nêutrons demais,  muito Hélio,  também elementos pesados demais ; mas estes, também, ficariam  presos dentro das estrelas.
A força fraca é sintonizada numa pequena percentagem.

A força nuclear fraca é a que controla a velocidade em qual os elementos radioativos entram em decadência. Se esta força fosse um pouco mais forte, a matéria decairia em elementos pesados em um tempo relativamente curto. No entanto, se fosse significativamente mais fraca, toda a matéria só existiria quase totalmente sob a forma dos elementos mais leves, especialmente de hidrogénio e hélio --- e não haveria praticamente nenhum oxigénio, carbono ou nitrogênio, que são essenciais para a vida.

Além disso, apesar de elementos mais pesados necessários para a vida serem formados dentro de estrelas gigantes, esses elementos só podem escapar dos núcleos dessas estrelas quando elas explodem em explosões de supernovas, no entanto, essas explosões de supernovas só podem ocorrer uma vez que a força nuclear fraca tem exatamente o valor correto . Como o professor de astronomia, Paul Davies, descreve a situação:

 "Se a interação fraca fosse ligeiramente mais fraca, os neutrinos não seriam capazes de exercer pressão suficiente sobre o envelope exterior das estrelas para causar a explosão supernova. Por outro lado, se. ela fosse um pouco mais forte, os neutrinos seriam presos no interior do núcleo, e impotentes.” (ref. PCW Davies, The Accidental Universe, London, 1982, p.68.)

A PROBABILIDADE: Considerando o ajuste fino da força nuclear fraca, tanto para a taxa de decaimento radioativo, bem como o valor exato necessário para permitir as explosões de supernovas, é provavelmente conservador de dizer que foi uma chance em 1000 que a força nuclear fraca tivesse a força correta para permitir que esses processos tornassem  a vida possível.

Vamos considerar as consequências de uma mudança da magnitude da força forte. Se a magnitude da interação forte estivesse ligeiramente mais elevada, as taxas de fusão nuclear dentro das estrelas seriam mais elevadas do que são agora. A estrela iria expandir porque ele se tornaria mais quente. Devido ao aumento da taxa de fusão, no entanto, o tempo de vida das estrelas iria diminuir. Carbono, oxigênio e nitrogênio são atualmente os elementos químicos mais abundantes depois de hidrogênio e hélio. No entanto, se a interação forte fosse um pouco mais forte do que é agora, estes elementos seriam menos abundantes porque eles teriam mais facilidade de se fundir para formar elementos mais pesados no interior estelar. Assim, elementos pesados seriam mais abundantes. Com menos abundancia de carbono, é duvidoso que a vida baseada em carbono iria surgir em tal universo.

Se a magnitude da interação forte fosse maior por apenas dois por cento, dois prótons poderiam combinar-se para formar um núcleo feito de apenas dois protões. Este processo, que é regido por uma forte interação, seria muito mais rápido do que a formação de deutério, que é regida pela interação fraca. Neste caso, todo hidrogénio teria sido convertido em hélio durante a nucleossíntese no Big bang. Sem hidrogênio, não haveria nenhuma água, que também é um pré-requisito  a vida.

Há noventa e dois elementos naturais. O que determina o número de elementos naturais? A magnitude de interação forte e interação eletromagnética determinam a estrutura nuclear, e suas magnitudes relativas determinam o número de elementos naturais. Interação forte, uma força atrativa operando entre nucleões (prótons e nêutrons), é uma interação de curto alcance e opera apenas em distâncias inferiores a 10-13 centímetro (um décimo de trilionésimo de um centímetro). Por outro lado, a interação eletromagnética é uma interação de longo alcance cuja amplitude é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre duas cargas elétricas. Portanto, um próton num núcleo pesado é empurrado por forças elétricas de todos os outros prótons enquanto é puxado apenas por perto nucleões no núcleo. Segue-se que a força de repulsão elétrica exercida sobre um próton aumenta como o número de núcleos no núcleo aumenta; no entanto, a força atrativa devido ao forte interação não aumenta após o número de nucleões ultrapassar um determinado limiar. Portanto, os elementos pesados são ligados muito fracamente e alguns deles decaem naturalmente. Tal são chamados elementos radioativos. Se a magnitude da interação forte tivesse sido ligeiramente mais fraca do que que realmente é, o número de elementos estáveis seria menor, e de ferro seriam radioativos. Ferro é um constituinte de células sanguíneas humanas. Não está claro se outros elementos poderiam substituir a função de ferro nas células do sangue. Sem elementos pesados como o cálcio, no entanto, grandes animais exigindo ossos para manter a sua estrutura não seriam capaz de emergir. Se a grandeza de interação forte fosse fraca o suficiente para tornar o carbono, nitrogênio e oxigênio radioativo, então, a vida não seria possível.

Vamos considerar que a magnitude da interação fraca. Quando o núcleo de ferro de uma estrela massiva excede 1,4 vezes a massa do sol, ela entra em colapso, e neutrinos emitidos a partir do núcleo são empurrados  para fora do envelope estelar para causar uma explosão de supernova. A reação neutrino dentro do envelope estelar é regido pela interação fraca. Portanto, se a magnitude da interação fraca fosse um pouco menor do que é agora, explosões de supernovas não seriam possíveis. Explosões de supernovas expulsam elementos pesados sintetizados do fundo estrelas massivas para o espaço interestelar. Portanto, sem explosões de supernovas, planetas como a Terra não teriam elementos pesados, alguns dos quais são essenciais para a vida. Como por exemplo  carbono, nitrogênio, oxigénio, enxofre e fósforo. Ferro da hemoglobina nos glóbulos é necessário para transportar oxigênio; o cálcio é necessário para fazer ossos. Portanto, a menos que a magnitude da força fraca não fosse aperfeiçoada, a vida não poderia emergir no universo.

Se a constante gravitacional fosse maior do que seu valor atual, a matéria das estrelas estaria mais grudada, com suas temperaturas centrais aumentando. O aumento de pressão no centro e o temperatura do sol iria aumentar a taxa de geração de energia nuclear. A fim de irradiar mais energia na superfície, a temperatura e / ou a área da superfície deve aumentar. No entanto, a gravidade mais forte tende a diminuir a área da superfície. Portanto, a temperatura da superfície do sol teria de ser mais elevada do que é agora, que emite a maior parte da sua energia na radiação ultravioleta. As estrelas de massa solar seriam como gigantes azuis, inadequadas para sustentar a vida. Com gravidade mais forte, algumas estrelas de baixa massa emitiriam a maior parte de sua energia em luz visível, adequada para apoio à vida. Entretanto, essas estrelas não ficariam na fase de sequência principal por tempo suficiente para presidir a longa história evolutiva da vida.

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