como funcionan las fuerzas

La mecánica cuántica dice que la fuerza no es física primitiva. Muestra el mecanismo subyacente para ellos.

¿Qué es una fuerza? Es algo que cambia la velocidad de una partícula, con la segunda ley de Newton:

$$\vec{F}=m\dfrac{d\vec{v}}{dt}$$ Cualquier otra apariencia de fuerzas puede reducirse a esto. Por ejemplo, cuando medimos la fuerza con un dinamómetro, en realidad son dos fuerzas aplicadas a la misma partícula, y se cancelan cuando la partícula alcanza la posición de equilibrio compensada.

Sin ninguna fuerza, la partícula se movería con la misma velocidad$\vec{v}=\mathrm{const}$. Pero la mecánica cuántica muestra una imagen más complicada: la partícula se distribuye en el espacio y se representa como un paquete de ondas. Su evolución (movimiento y cambio) sin fuerza se rige por la ecuación de onda de Schrödinger

$$i\hbar\dfrac{\partial\Psi}{\partial t}=\dfrac{-\hbar^2}{2m}\nabla^2\Psi\qquad\left[=\dfrac{-\hbar^2}{2m}\dfrac{\partial^2\Psi}{\partial x^2}\quad\text{(in 1D space)}\right]$$ Eso dice lo mismo, $\vec{v}=\mathrm{const}$, pero en el sentido de que todos los componentes de velocidad del paquete de ondas (es decir, sus coeficientes de Fourier) evolucionan constantemente en el tiempo e independientemente unos de otros. Pero esa es la abstracción matemática. Físicamente, cuenta una historia diferente: la función de onda oscila y fluye. La tasa de oscilaciones es lo que llamamos energía, y el flujo se mantiene por el gradiente de la fase.

Entonces, ¿qué sucede cuando una fuerza aparece en escena? Deberíamos sumar la energía potencial de esa fuerza a la ecuación de Schrödinger:

$$i\hbar\dfrac{\partial\Psi}{\partial t}=\dfrac{-\hbar^2}{2m}\nabla^2\Psi+U\Psi\qquad\left[=\dfrac{-\hbar^2}{2m}\dfrac{\partial^2\Psi}{\partial x^2}+U\Psi\quad\text{(in 1D space)}\right]$$ ¿Qué sucede entonces con la función de onda? Comienza a oscilar con mayor frecuencia en algunos puntos (donde $U>0$), mientras que con la misma tasa en algunos otros (donde $U=0$). Debido a eso, la fase en los primeros puntos superaría a la fase en los segundos puntos. Y el gradiente de fase le dice a la función de onda que fluya en la dirección de la fase de retardo. ¡Entonces la partícula huiría del lugar donde la energía potencial es alta! Así funcionan las fuerzas.

La interfaz entre la fuerza (campo) y los objetos es lo que llamamos "carga". El electromagnetismo, por ejemplo, no ejerce ninguna fuerza sobre un objeto eléctricamente neutro.

De forma muy tosca, se podría imaginar la carga como los ganchos, de los que cuelgan los resortes que median la fuerza.

Sin embargo, hay que tener cuidado con la gravitación de Newton. Funciona bien para aplicaciones cotidianas, como cuerpos que caen, etc., para representar la carga gravitacional como "masa". Un objeto sin masa es ingrávido desde este punto de vista. ¡Esto no es cierto en la relatividad general! Allí, la masa dobla el espacio mismo y los fotones también están sujetos a él, aunque no tengan ninguna masa (en reposo).

Las similitudes entre la gravitación newtoniana y el electromagnetismo van bastante lejos. Podrías imaginar el potencial electromagnético como una montaña en la posición de un electrón desde el punto de vista de otro. La fuerza repelente actúa entonces como una pelota que sube por una pendiente y vuelve a bajar.

Una fuerza es el nombre dado a una medida física que no es una propiedad física de una masa acelerada, pero aún así nos permite predecir un valor para su aceleración, dado el valor numérico de una fuerza presente.

La única interpretación de la fuerza que importa físicamente es cómo le asignas un número.