OS 18
MAIORES MISTÉRIOS NÃO RESOLVIDOS EM FÍSICA
LEMBRETE PRÉVIO
Toda a Física resolveu ser totalmente oca – adotou a metade falsa
da realidade e jogou fora a inércia/gravitação como foram unificadas por Albert
Einstein. Aceitando como nossa realidade o efêmero e ilusório devir que chamamos
de existir, e que no fim é um filminho de segunda classe projetado na caverna
de Platão, onde nós mesmos somos os coautores e as figuras holográficas
transitórias PROJETADAS, ASSIM, CADA VEZ ENCONTRAREMOS MAIS E MAIS QUESTÕES NÃO
RESOLVIDAS.
ADIANTO MEU ESTUDO AVANÇADO – SEM DEFINIR A NATUREZA DA
REALIDADE PROFUNDA, NADA SERÁ EXPLICADO.
PORÉM, COM ESSA DEFINIÇÃO ABRIREMOS O ENTENDIMENTO DA 17ª.
(que é a gravidade), e TODAS ESTAS QUESTÕES FICAM CLARAS E FICAM RESOLVIDAS.
O físico
britânico Lord Kelvin supostamente afirmou em 1900: “Não há nada de novo a ser
descoberto na física agora, tudo o que resta é uma medição cada vez mais
precisa”.
Dentro de
três décadas, a mecânica quântica e a teoria da relatividade de Einstein tinham
revolucionado todo o campo.
Hoje, nenhum
físico ousaria dizer que nosso conhecimento do universo é (mesmo quase)
completo. Pelo contrário, cada nova descoberta parece desbloquear uma caixa de Pandora
de questões ainda maiores e mais profundas. Como:
1.O que é
energia escura?
Os
astrofísicos já tentaram de todas as formas, mas os números simplesmente não
fecham a conta: algo chamado “expansão do universo” está ocorrendo e nenhum
cálculo consegue explicar por quê.
A hipótese é
de que existe um agente invisível contrabalanceando a gravidade ao separar o
espaço-tempo. Seu nome? Energia escura.
No modelo
mais amplamente aceito, a energia escura é uma “constante cosmológica”, uma
propriedade inerente ao próprio espaço. À medida que o espaço se expande, mais
espaço é criado e, com ele, mais energia escura.
Com base na
taxa de expansão observada, os cientistas sabem que a soma de toda a energia
escura deve representar mais de 70% do conteúdo total do universo. Mas ninguém
sabe como identificá-la.
2. O que é
matéria escura?
Cerca de 84%
da matéria do universo não absorve ou emite luz. A matéria escura, como é
chamada, não pode ser vista diretamente, e ainda não foi detectada por meios
indiretos.
Sabemos de
sua existência e de suas propriedades através de seus efeitos gravitacionais
sobre a matéria visível, a radiação e a estrutura do universo.
Acredita-se
que essa substância sombria pode ser composta de “partículas maciças
interagindo fracamente”, ou WIMPs na sigla em inglês. Em todo o mundo, vários
detectores estão à procura de WIMPs, até agora sem sucesso.
Estudos
recentes também sugeriram que a matéria escura pode formar fluxos longos e
finos em todo o universo, irradiando para fora da Terra como fios de cabelos.
3.Por que há
uma flecha do tempo?
O tempo só
se move para frente, como todo mundo que já desejou poder voltar ao passado
para mudar alguma coisa sabe muito bem.
Mas por quê?
Por causa de uma propriedade chamada de “entropia”, definida grosseiramente
como o nível de desordem do universo. Ela só aumenta, e simplesmente não há
maneira de reverter um aumento depois que ele ocorreu. Por exemplo, um ovo não
pode ser “descozido”.
O fato de
que a entropia aumenta é uma questão lógica: há mais arranjos desordenados de
partículas do que arranjos ordenados. Conforme as coisas mudam, elas tendem a
cair em desordem.
Mas a
questão subjacente (e intrigante) é: por que a entropia era tão baixa no
passado? Por que o universo estava ordenado no seu início, quando uma enorme
quantidade de energia estava “abarrotada” em uma pequena quantidade de espaço?
4.Existem
universos paralelos?
Dados
astrofísicos sugerem que o espaço-tempo pode ser “plano”, ao invés de curvo, e
infinito. Se assim for, então a região que podemos ver (que pensamos ser “todo
o universo”) é apenas um pedaço de um infinitamente grande “multiverso”.
Ao mesmo
tempo, as leis da mecânica quântica ditam que há apenas um número finito de
possíveis configurações de partículas dentro de cada “pedaço cósmico” como o
nosso (10 ^ 10 ^ 122 possibilidades distintas).
Com um
número infinito de pedaços cósmicos, as disposições de partículas possíveis
dentro deles são forçadas a se repetir infinitas vezes. Isso significa que
existem muitos universos paralelos: pedaços cósmicos exatamente iguais aos
nossos (contendo alguém exatamente como você), bem como pedaços que diferem por
apenas uma posição da partícula, duas, três… que são totalmente diferentes dos
nossos.
Há algo
errado com essa lógica, ou é isso mesmo? Se existem universos paralelos, como
poderíamos detectá-los?
5.Por que há
mais matéria do que antimatéria no universo?
A questão de
por que há mais matéria normal do que sua “gêmea opostamente carregada”, antimatéria,
é na verdade uma questão de por que qualquer coisa existe no universo.
Supõe-se que
o universo formaria matéria e antimatéria simetricamente. Logo, no momento do
Big Bang, quantidades iguais de matéria e antimatéria deveriam ter sido
produzidas. Se isso tivesse acontecido, haveria uma aniquilação total de ambas:
prótons teriam cancelado os antiprótons, elétrons os anti-elétrons (pósitrons),
nêutrons os antinêutrons e assim por diante, deixando para trás apenas fótons.
Por alguma
razão, um excesso de matéria não foi aniquilado, e aqui estamos nós. Para isso,
não há nenhuma explicação aceita. Não há dúvidas de que a matéria e a
antimatéria são imagens espelhadas uma da outra, o que oferece zero novos
caminhos para entender o mistério.
6.Qual é o destino
do universo?
O destino do
universo depende fortemente de um fator de valor desconhecido: Ω, uma medida da
densidade da matéria e energia em todo o cosmos.
Se Ω for
maior que 1, então o espaço-tempo seria “fechado” como a superfície de uma
esfera enorme. Se não houver energia escura, tal universo acabaria por parar de
se expandir e, em vez disso, começaria a se contrair, eventualmente
desmoronando em si mesmo em um evento chamado de “Big Crunch” (ou Grande
Colapso). Se houver energia escura, o universo esférico se expandiria para
sempre.
Alternativamente,
se Ω for menor que 1, então a geometria do espaço seria “aberta” como a
superfície de uma sela. Neste caso, seu destino final é o “Big Freeze” (ou
Grande Congelamento) seguido pelo “Big Rip” (Grande Ruptura): primeiro, a
aceleração externa do universo destruiria galáxias e estrelas, deixando a
matéria fria. Em seguida, a aceleração cresceria tanto que se sobressairia
sobre os efeitos das forças que mantêm os átomos juntos, e tudo seria
“rasgado”.
Se Ω = 1,
então o universo seria “plano”, estendendo-se infinitamente em todas as
direções. Se não houver energia escura, tal universo planar se expandiria para
sempre, mas em uma taxa de desaceleração contínua, aproximando-se de uma
paralisação. Se houver energia escura, o universo plano, em última instância,
iria experimentar a expansão levando ao Big Rip.
Seja como
for, o universo está morrendo.
7.Como as
medidas colapsam funções de onda quânticas?
No reino
estranho dos elétrons, fótons e outras partículas fundamentais, a mecânica
quântica é a lei. As partículas se comportam como ondas espalhadas por uma
grande área.
Cada
partícula é descrita por uma “função de onda”, ou distribuição de
probabilidade. Como o nome sugere, essa função que diz quais são suas prováveis
propriedades, como localização e velocidade, mas isso não é nada definitivo. A
partícula tem uma gama de valores para todas as propriedades, até que você
experimente medir uma delas – a localização, por exemplo -, ponto no qual a
função “colapsa” e adota apenas um valor.
Mas como e
por que a medição de uma partícula faz com que sua função de onda colapse,
produzindo a realidade concreta que percebemos existir?
A questão
pode parecer bizarra, mas nossa compreensão do que é a realidade, ou se ela
existe, depende dessa resposta.
8.A teoria
das cordas está correta?
Quando os
físicos assumem que todas as partículas elementares são como “laços
unidimensionais”, ou “cordas”, cada uma das quais vibrando em uma frequência
diferente, a física fica muito mais fácil.
A teoria das
cordas permite aos físicos conciliar as leis que governam as partículas, a
mecânica quântica, com as leis que governam o espaço-tempo, a relatividade
geral, e unificar as quatro forças fundamentais da natureza.
O problema é
que a teoria das cordas só pode funcionar num universo com 10 ou 11 dimensões:
três espaciais grandes, seis ou sete espaciais compactas e uma dimensão
temporal. As dimensões espaciais compactas – assim como as próprias cordas
vibratórias – são cerca de um bilionésimo de um trilionésimo do tamanho de um
núcleo atômico.
Não há
nenhuma maneira concebível de detectar qualquer coisa tão pequena, e, portanto
não há nenhuma maneira conhecida para validar ou invalidar experimentalmente a
tal teoria.
9.Existe
ordem no caos?
Os físicos
não conseguem resolver exatamente o conjunto de equações que descreve o
comportamento dos fluidos, da água ao ar a todos os outros líquidos e gases.
De fato, não
se sabe se existe uma solução geral para as chamadas equações de Navier-Stokes.
Como consequência, a natureza do caos não é bem compreendida.
Físicos e
matemáticos se perguntam: o tempo é meramente difícil de prever, ou
inerentemente imprevisível? A turbulência transcende a descrição matemática, ou
tudo faz sentido se for abordado com a matemática correta?
10.As forças
do universo se fundem em uma só?
O universo
experimenta quatro forças fundamentais: eletromagnetismo, força nuclear forte,
força nuclear fraca e gravidade. Até agora, os físicos sabem que se você
aumentar a energia o suficiente – por exemplo, dentro de um acelerador de
partículas – essas forças se “unificam”.
Os físicos
já conseguirem ver a força eletromagnética e a nuclear fraca se unificarem. Em
energias mais elevadas, a mesma coisa deveria acontecer com a força nuclear
forte e, eventualmente, com a gravidade.
Mas, até
agora, nenhum acelerador de partículas atingiu energias suficientemente
elevadas para unificar a força forte com o eletromagnetismo e a fraca. A
inclusão da gravidade significaria ainda mais energia.
Não está
claro se os cientistas poderiam um dia construir tal máquina tão poderosa; o
Grande Colisor de Hádrons (LHC), perto de Genebra, pode fazer partículas se
chocarem com energias nos trilhões de elétrons-volts. Para alcançar a energia
de unificação, as partículas precisariam se chocar a pelo menos um trilhão de
vezes mais potência.
Há também a
possibilidade de que isso não dependa de um acelerador de partículas
suficientemente potente – os físicos podem apenas estar errados sobre como o
universo funciona.
11.O que
acontece dentro de um buraco negro?
O que
acontece com as informações de um objeto se ele é sugado por um buraco negro?
De acordo com as teorias atuais, não há maneira de recuperar qualquer uma
delas.
Isso é
porque a gravidade de um buraco negro é tão forte que sua velocidade de escape
é mais rápida do que a luz – e a luz é a coisa mais rápida que existe. No
entanto, a mecânica quântica diz que a informação quântica não pode ser
destruída.
A informação
quântica é um pouco diferente da informação que armazenamos como 1s e 0s em um
computador, ou os dados em nossos cérebros. Isso porque as teorias quânticas
não fornecem informações exatas sobre, por exemplo, a localização de um objeto,
e então não podemos calculá-la da mesma maneira que podemos calcular a
trajetória de uma bola de beisebol com a mecânica.
Em vez
disso, essas teorias revelam o local mais provável ou o resultado mais provável
de alguma ação. Como consequência, todas as probabilidades de vários eventos
devem somar 1, ou 100%. Se você sabe como um sistema termina, pode calcular
como ele começou.
Para
descrever um buraco negro, tudo que você precisa é massa, momento angular e
carga. Nada sai de um buraco negro, exceto por uma lenta liberação de radiação
térmica chamada de radiação Hawking. Até onde sabemos, não há nenhuma maneira
de fazer o cálculo reverso para entender o que o buraco negro realmente
devorou. A informação é destruída. No entanto, a teoria quântica diz que a
informação não pode estar completamente fora de alcance. Aí reside o “paradoxo
da informação”.
Stephen
Hawking e Stephen Perry notavelmente sugeriram em 2015 que, ao invés de ficar
armazenada dentro das garras profundas de um buraco negro, a informação
permanece em seu limite, chamado de horizonte de eventos. Muitos outros
cientistas já tentaram resolver o paradoxo, mas, até agora, os físicos não
podem concordar com uma explicação.
12.Existem
singularidades nuas?
Uma
singularidade ocorre quando alguma propriedade de alguma “coisa” é infinita, e
assim as leis da física como nós as conhecemos se quebram.
No centro
dos buracos negros encontra-se um ponto infinitamente denso (embalado com uma
quantidade finita de matéria), chamado de singularidade.
Na
matemática, as singularidades aparecem o tempo todo – dividir por zero é um
exemplo. Mas, no mundo real, como seria uma singularidade? Como seria algo
infinitamente pequeno?
Uma
singularidade “nua” é aquela que pode interagir com o resto do universo. Os
buracos negros, por exemplo, têm horizontes de eventos – regiões esféricas das
quais nada, nem mesmo a luz, pode escapar.
Mas será que
singularidades podem se formar sem um horizonte de eventos? Essa ainda é uma
questão em aberto. Se a resposta for sim, a teoria da relatividade geral de
Albert Einstein precisará de uma revisão, porque ela não se sustenta quando os
sistemas estão muito próximos de uma singularidade.
As
singularidades nuas também podem funcionar como buracos de minhoca, algo como
“máquinas do tempo” – embora não haja nenhuma evidência disso na natureza.
13.Por que
há violação da simetria CP?
Se você
trocar uma partícula por sua antipartícula irmã, as leis da física devem
permanecer as mesmas. Por exemplo, o próton positivamente carregado deve
parecer igual um antipróton negativamente carregado. Esse é o princípio da
simetria de carga.
Se você
trocar esquerda e direita, novamente, as leis da física devem ser iguais. Isso
é simetria de paridade.
Juntas,
ambas são conhecidas como simetria CP. Na maioria das vezes, esta regra da
física não é violada. No entanto, certas partículas exóticas conseguem
quebrá-la. Por quê? Não sabemos.
14.Por que
ondas sonoras criam luz?
A
sonoluminescência é um problema na física. Se, em um laboratório, você atingir
um pouco de água com ondas sonoras, formam-se bolhas. Essas bolhas são regiões
de baixa pressão rodeadas por alta pressão; a pressão externa logo empurra o
ar, e as bolhas colapsam. Quando essas bolhas desmoronam, elas emitem luz, em
flashes que duram trilionésimos de um segundo.
Qual o
problema, então? Não está clara qual é a fonte da luz. As teorias variam de
pequenas reações de fusão nuclear a algum tipo de descarga elétrica, ou mesmo
de aquecimento por compressão dos gases dentro das bolhas.
Os físicos
mediram altas temperaturas dentro dessas bolhas, na ordem de dezenas de
milhares de graus Fahrenheit, e tiraram várias fotos da luz que elas produzem.
Mas não há uma boa explicação de como as ondas sonoras criam essa luz em uma
bolha.
15.O que
está além do Modelo Padrão da Física?
O Modelo
Padrão da Física é uma das teorias mais bem sucedidas. Tem permanecido
verdadeiro por quatro décadas, e novas experiências continuam mostrando que
está correto.
O Modelo
Padrão descreve o comportamento das partículas que compõem tudo ao nosso redor.
De fato, a descoberta do bóson de Higgs – uma partícula que dá massa à matéria
– foi um marco histórico porque confirmou a previsão de longa data de sua
existência.
Mas ele não
explica tudo. A maioria dos físicos concorda que o Modelo Padrão não está
completo. Há vários candidatos a novos modelos mais bem complementados, sendo a
teoria das cordas um deles, mas, até agora, nenhum foi verificado
conclusivamente por experimentos.
16.Por que existem
constantes fundamentais?
As
constantes sem dimensão são números que não têm unidades ligadas a eles.
A velocidade
da luz, por exemplo, é uma constante fundamental medida em unidades de metros
por segundo. Diferentemente dela, no entanto, as constantes adimensionais podem
ser medidas, mas não podem ser derivadas de teorias.
Existem
várias “constantes adimensionais” fundamentais para a física. Por exemplo, a
constante de estrutura fina, geralmente escrita como alfa, governa a força das
interações magnéticas. Trata-se de cerca de 0,007297. O que torna este número
estranho é que, se fosse diferente, a matéria estável não existiria.
Os físicos
adorariam descobrir por que esse e vários outros números particulares têm os
valores que têm, porque caso contrário as leis do universo não permitiriam que
estivéssemos aqui. No entanto, ainda não há uma explicação teórica convincente
para as constantes.
17.O que é a
gravidade, afinal?
Três das
quatro forças fundamentais que conhecemos são mediadas por partículas. O
eletromagnetismo, por exemplo, é a troca de fótons. A força nuclear fraca é
carregada pelos bósons W e Z, e os glúons carregam a forte força nuclear que
mantém os núcleos atômicos juntos. Todas essas forças podem ser quantizadas,
menos a gravidade.
A maioria
das teorias físicas dizem que ela deve ser transportada por uma hipotética
partícula sem massa chamada gráviton. O problema é que ninguém descobriu
grávitons ainda, e não está claro se qualquer detector de partículas poderia um
dia vê-los porque, se eles interagem com a matéria, fazem isso muito, muito
raramente – tão raramente que seriam invisíveis contra o ruído de fundo. Nem
sequer está claro se os grávitons não possuem massa, embora, se possuem, ela é
muito, muito pequena – menor do que a dos neutrinos, uma das partículas mais
leves conhecidas.
A teoria das
cordas postula que os grávitons (e outras partículas) são laços fechados de
energia, mas o trabalho matemático até hoje não produziu muito resultado sobre
essa hipótese.
Como os
grávitons ainda não foram observados, a gravidade tem resistido às nossas
tentativas de compreendê-la da maneira que entendemos outras forças – como uma
troca de partículas. Alguns físicos, notadamente Theodor Kaluza e Oskar Klein,
postularam que a gravidade pode operar como uma partícula em dimensões extras
além das quatro que conhecemos, mas não sabemos se isso é verdade ainda.
18.Vivemos
em um falso vácuo?
O universo
parece relativamente estável. Afinal, tem existido há cerca de 13,8 bilhões de
anos. Mas e se a coisa toda for um acidente?
Tudo começa
com Higgs e o vácuo do universo. O vácuo, ou espaço vazio, deve ser o estado de
energia mais baixo possível, porque não há nada nele. Enquanto isso, o bóson de
Higgs – através do chamado campo de Higgs – dá massa a tudo que existe. O
estado de energia do vácuo pode ser calculado a partir da energia potencial do
campo de Higgs e das massas do Higgs e do top quark (uma partícula
fundamental).
Até agora,
esses cálculos parecem mostrar que o vácuo do universo pode não estar no estado
energético mais baixo possível. Isso significaria que é um falso vácuo. Se isso
for verdade, nosso universo pode não ser estável, porque um falso vácuo pode
ser derrubado para um estado de energia mais baixo por conta de um evento
suficientemente violento de alta energia.
Se isso
acontecesse, uma esfera de vácuo de baixa energia começaria a crescer à velocidade
da luz. Nada sobreviveria a tal “bolha”. Efetivamente, estaríamos substituindo
o universo por outro, que poderia ter leis físicas muito diferentes. Isso
parece assustador, mas os astrônomos têm visto rajadas de raios gama,
supernovas e quasares, todos fenômenos bastante energéticos, e ainda estamos
aqui. Portanto, é improvável que temos que nos preocupar.
Dito isto, a
ideia de um falso vácuo significa que nosso universo poderia ter surgido da
mesma maneira, quando um universo anterior foi derrubado para um estado de
energia inferior. Talvez tenhamos sido o resultado de um acidente com um
acelerador de partículas. [LiveScience].
CONCLUSÃO – Respondendo à pergunta sobre “qual é a natureza
da massa gravitacional” já teremos solucionado todos os 18 mistérios da Física.
PODEMOS PUBLICAR NOSSA 4ª. EDIÇÃO DE “EINSTEIN, CAMPO UNIFICADO E ENERGIA
LIVRE”... E aí todos vão entender a linguagem de todos os sábios do passado – tudo
que pensamos que existe, NÃO PASSA DE uma ilusão de nossa mente.
