¿Por qué hablamos de la "debilidad de la gravedad" en lugar de "la sorprendente relación carga/masa de las partículas"?

Comparar las fuerzas de las partículas nos lleva al marco de la mecánica cuántica, el marco subyacente de la naturaleza.

Las fuerzas, mecánicamente cuánticas, se representan como intercambios de partículas en los diagramas de Feynman, y la probabilidad de que ocurra la interacción se deduce matemáticamente de eso.

Por ejemplo, aquí está el diagrama de Feynman para la misma repulsión de carga:

Un estudiante de física a nivel de posgrado sigue una receta a partir de este diagrama que conduce a una integral computable, y el cálculo mostrará la repulsión de cargas similares.

La fuerza de la interacción entra en los dos vértices del diagrama y está dada por la constante de acoplamiento .

Aquí están las constantes de acoplamiento del resto de las interacciones.

Es en este sentido que la gravedad se compara como la más débil de todas las fuerzas.

El diagrama de los dos electrones podría representar el intercambio de un gravitón, pero cuando se compara con el intercambio electromagnético de un fotón, la probabilidad de la interacción gravitatoria es minúscula: en la integral las constantes de acoplamiento entran multiplicativamente y la receta de cálculo las eleva a la cuarto poder.

Este es el marco donde se comparan todas las fuerzas conocidas. Por supuesto, la gravedad aún no está cuantificada rigurosamente, solo existen teorías efectivas, pero es dentro de esta teoría donde la afirmación de que la gravedad es más débil es claramente evidente.

La razón por la que uno se refiere a la gravedad como "débil" es porque es . Incluso si diferentes partículas tienen una relación masa-carga de 6 órdenes de magnitud, ¡la relación entre la constante de carga (C) y la constante gravitacional (G) es de 20 órdenes de magnitud!

Hay una carga más pequeña posible un campo electromagnético ejerce una fuerza. No hay masa elemental con la que podamos comparar la fuerza gravitacional. Pero si piensas en partículas subatómicas (que de alguna manera son las unidades más pequeñas), como electrones y protones, la fuerza electromagnética supera con creces a la fuerza gravitacional (incluso con masas muy diferentes). La fuerza nuclear débil y fuerte solo actúa sobre partículas subatómicas, por lo que probablemente esa sea la razón por la que compara todas las fuerzas en esta escala subatómica.

Puede continuar con diferentes proporciones de masa a carga, donde las fuerzas electromagnéticas siguen dominando en un amplio rango (átomos cargados, moléculas, ...). Cuando alcanza objetos macroscópicos, logra un equilibrio entre las fuerzas (por ejemplo, el globo se adhiere al techo debido a una carga estática) y termina en un objeto más grande donde domina la fuerza gravitacional (ninguna carga electrostática lo mantendrá en un techo) .

Se podría argumentar que es comparativamente débil en virtud de ser completamente insignificante en la escala cuántica, a diferencia de las otras tres fuerzas. Si, digamos, la EM fuera evidente a esa escala, pero en algún mundo extraño no operaran las fuerzas nucleares fuerte ni débil (como la gravedad), entonces podríamos describir la EM como una fuerza 'fuerte', en lugar de la gravedad como una 'débil'. .