sábado, 30 de junho de 2012

A expansão acelerada do Universo


Texto meu que acaba de sair na revista do Colégio Valsassina de Lisboa:

O Prémio Nobel da Física de 2011 foi dado pelaAcademia Sueca e três asttrofísicos, os norte-americanos Saul Perlmutter, Brian Schmidt e Adam Riess, pelas suas observações da expansão acelerada ado Universo. Esses trabalhos, realizados por duas equipas independentes, vieram trazer novos dados novos sobre a origem e o destino do Universo.

Hoje a descrição da origem do Universo dada pela teoria do Big Bang não oferece contestação. Embora haja alguns aspectos que os cientistas discutem, oessencial – a ideia de que o Universo teve início há 13 700 milhões de anos e que, desde então, a distância entre as galáxias tem aumentado – é aceite por todos, dada a enorme acumulação de dados que apontam nesse sentido, a começar pelo afastamento das galáxias observada com os melhores telescópios.

Os dados recolhidos nos últimos anos pelasequipas dos laureados Nobel, designadamente a observação de estrelas que explodem (supernovas) revelaram que o Universo se está a expandir de uma forma cada vez mais rápida, isto é, as distâncias entre as galáxias estão a aumentar cada vez mais depressa. Não se conhece a causa desse fenómeno, pois o expectável seria que a Lei da Atracção Universal contrariasse as condições iniciais do Big Bang (as galáxias atraem-se todas umas às outras). Em face das novas observações, os astrofísicosnão puderam concluir outra coisa que não fosse que a aceleração em causa do Universo era devida a uma força desconhecida contrária à gravidade. A essa força associa-se a chamada "energia escura".

Vale a pena explicar melhor o que é o Big Bang. Antes do instante inicial, não havia nem espaço nem tempo, pois o espaço se encontra associado ao tempo numa entidadea quatro dimensões denominada espaço-tempo (um conceito devido a Einstein). Não se pode por isso falar, pelo menos em Física, do que existia antes do momento primordial. Tudo no Universo é matéria e energia, sendo, conforme descobriu Albert Einstein, matéria eenergia convertíveis uma na outra, de acordo com a famosa fórmula E = m c^2, onde c é a a velocidade da luz O Universo começou por ser energia e essaenergia deu a seguir lugar a matéria, na forma de partículas elementares. À medida que o Universo se expandia foi arrefecendo, tornando energeticamente favorável o aparecimento de estruturas. Os protões e neutrões formaram-se a partir dos quarks, o núcleo atómico formou-se a partir dos protões e neutrões, e os átomos formaram-se a partir da junção dos núcleos com os electrões, as estrelas formaram-se a partir da reunião dos átomos e as galáxias formaram-se a partir da reunião de estrelas. Uma das evidências maiores da teoria do Big Bang é o facto de o Universo estar, todo ele, mergulhado numa radiação de microndas, que teve origem no momento de formação dos átomos. Essa radiação foi medida com grande precisão, tanto à superfície da Terra, como acima da atmosfera, usando satélites.

Como se deve compreender a expansão cósmica? De facto, as galáxias não se estão a afastar umas das outras num espaço estático, é antes o espaço que está a ser criado entre elas. O fenómeno, mal comparado, é como o afastamento de pontos marcados num balão quando se sopra neste. A comparação é má porque a superfície do balão é bidimensional, ao passo que o espaço é tridimensional, além de, no Universo, não haver ninguém a soprar. Pode chamar-se ao Universo um “buraco branco”, dado que a energia e a matéria surgiram num processo oposto ao que ocorre num “buraco-negro”, o interior de uma estrela superpesada que explodiu (a tal supernova). Um buraco-negro é uma espécie de “sorvedouro” cósmico, onde a matéria é atraída por um ponto singular. De lá nada escapa, nem mesmo a luz. Ainda de acordo com Einstein, essa atracção para o abismo deve-se ao encurvamento do espaço-tempo produzido pela matéria-energia do coração da estrela. Num buraco negro as réguas encurtam, ao passo que num buraco branco as réguas alargam.

Para além da matéria normal (matéria feita de átomos) existe uma forma misteriosa dematéria, chamada “matéria escura”, que exerce força gravítica mas não emite luz. Mais uma vez os físicos foram obrigados pelos resultados das suas observações a admitir a existência dentro das galáxias de matéria que é incapaz de emitir radiação. A energia escura dá conta de 73 por cento da matéria-energia do Universo, a matéria escura de 23 por cento, ficando para a matéria normal só cerca de quatro por cento. É, portanto,bastante mais o que não dabemos do que o que sabemos. Confrontada com os mistérios que há para desvendar, a Física parece ter um grande futuro à suafrente. Os jovens que se queiram dedicar à investigação nesta área terão grandes problemas para resolver e poderão, por isso, lançar a Física em novos caminhos.

10 comentários:

  1. Se antes do Universo não existia tempo nem espaço é admitir um conceito senão metafísico, muito perto disso. De facto, a inexistência dessas dimensões supõe uma realidade na qual o homem dificilmente pode penetrar por ser essa a essência da sua existência.

    Essa referência fez-me contudo evocar um outro problema, esse aparentemente presente em que esssas dimensões também parecem não estar presentes. Aparentemente, existem cada vez mais demonstrações que o acaso não é um problema epistemológico (uma simples constatação da ignorância pela qual algo podia ter acontecido como podia não ter acontecido) mas uma realidade ontológica. Isto é, a teoria das variáveis ocultas estaria errada pois existem ao nível da mecância quântica efeitos sem causa. Isto é verdade? Se for, estamos de facto a dar explicações metafísicas também, pois num mecanismo de efeito sem causa no "momento" imediatamente antes do efeito não se pode falar em tempo e espaço (onde estariam as variáveis da causalidade).

    Este comentário é um pedido de ajuda a quem saiba mais do que eu pois tenho dificuldades em saber o que a ciência de facto diz a este respeito.

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    1. Nas incertezas das teorias quânticas tudo pode ser proposto, mas pouco ou nada virou lei física.
      Antes do Big Bang certo é que existia um vazio, bem provável que seria este o tecido espacial proposto por Einstein,
      Afinal não precisamos de Quântica para saber que dois corpos não ocupam o mesmo espaço, então precisamos primeiro de um espaço vazio para poder ser ocupado, e sobre ele todo o Universo.
      E se o que existia antes do Big Bang era um vazio, fica fácil saber que antes não existia tempo pois tempo significa transformação e o vazio só pode ter se transformado em matéria uma primeira vez e foi ai que o tempo começou.
      E nada é casual, a Natureza é o fenômeno que promove a evolução do Universo e sua lei física é simples, prevalece o sistema mais forte.
      Espero ter contribuido.

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  2. José Batista da Ascenção30 de junho de 2012 às 20:14

    Leio em "Teoria de Tudo" de Stephen Hawking

    que "os buracos negros não são assim tão

    negros" pois que aqueles corpos, que

    conhecemos mal, emitem partículas e radiação

    como um corpo quente com uma temperatura que

    depende apenas da sua massa.

    Mas, que sei eu?

    Os jovens (e os menos jovens) físicos têm

    portanto enormes desafios com que se

    "entreter". Não há receio de que a "física" vá

    chegar ao fim, como previu Max Born, na

    Universidade de Gottingen, em 1928, quando

    terá afirmado: "A física, como a conhecemos,

    vai chegar ao seu fim daqui a seis meses".

    Aquilo é que era confiança...

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    1. Aproveita como jovem físico e estuda se um buraco negro não é apenas um vazio deixado pela explosão de uma estrela, e não é que a luz não escapa, mas como não sobrou nada lá, ela não reflete e atravessa o buraco negro inteiro e continua apos ele terminar, e que seriam estas as mesmas partículas que se propõem como as que ele emite.
      Quando soubermos como tudo surgiu e funciona a física como estudo chegara ao fim, mas sua aplicação chamais ira acabar.
      Boa sorte,
      Bogdan.

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  3. Sempre que se fala do Universo, seus mistérios e suas fantásticas dimensões, não posso deixar de pensar na mesquinhez que revela o Homem ao perder o seu tempo - curto tempo de vida, em termos individuais! - digladiando-se, embrenhando-se e desgastando-se com todos os problemas com que se debate aqui na sua "casa", um pequeníssimo Planeta de um sistema solar de uma estrela de média dimensão, entre biliões de biliões de outras que povoam o Universo conhecido ou visível, não falando já da matéria-energia escuras que representarão os 96% do mesmo Universo. Este facto só revela uma coisa: o Homem, apesar de grande pela sua inteligência capaz de desvendar segredos e progredir na Ciência, é tremendamente pequeno e ridículo porque agarrrado muito mais ao seu umbigo do que a um pensamento de dimensão cósmica que lhe desse uma visão do mundo e da vida muito mais liberta e elevada do que aquela que manifesta... Que pena! É que "pensando cosmicamente", ou com uma visão cósmica, teria outra percepção da realidade ou das realidades com que se debate - e que não consegue resolver - aqui na Terra, encontrando facilmente soluções! Afinal, o que é essencial ao Homem para que viva condignamente a sua vida, num mundo equilibrado social e ecologicamente? Ah, como é necessário mudar radicalmente todo o sistema político-económico-financeiro (e religioso também!) que (des)regula as sociedades a nível global! Como é necessário! Mas quando? Quem dará o primeiro passo?

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    1. Francisco,
      O homem vem evoluindo politicamente-economicamente-financeiramente e religiosamente desde o principio de sua existência, e não vai parar nunca.
      A questão é todos aceitarem estas mudanças sem pensar primeiro em si.
      Ideias brilhantes já existem, mas não se implantam por pressão de interesses de alguns que detém o poder.
      Muitos pensam de forma cósmica, mas precisamos de outros tantos pensando em pequenas e outras grandes coisas para que o sistema todo funcione.
      Os passos estão sendo dados, ou a humanidade atual não é mais civilizada que a da idade média?
      Não é quem, mas todos devemos dar um passo todos os dias que pudermos.
      Um bom passo é promover um plebiscito que extinguisse os partidos políticos, pois assim os políticos primeiro pensariam em si e depois em nos, e não no partido.
      Boa sorte.

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  4. Sobre expansão cosmológica, sempre se propõem a existência de 02 forças, uma gravitacional e outra anti-gravitacional.
    Poderia ser apenas 01 força que partiria do ponto zero e se expandiria e o vácuo do espaço é considerada uma forma de energia de ponto zero.

    Vácuo, sem deturpação do sentido físico que o é, trata-se de um campo espacial sem matéria alguma e, portanto sem temperatura gradual, ou seja, sua temperatura seria zero absoluto.
    Em temperatura zero a radiação de calor é zero e assim a energia do vácuo não apresentaria nenhum resultado de grandeza, ou seja, seria esta energia apenas um potencial inerte disponível para trabalho aguardando um estimulo.
    Uma energia só se manifesta se houver uma diferença de pressão entre dois ambientes, e, portanto no vácuo isto seria impossível já que ele seria um campo único.
    Isto talvez de a razão a Einstein quando da sua primeira colocação da sua teoria da relatividade, neste ponto ele estaria certo, o Cosmo como pano de sustentação do Universo é um campo estacionário inerte.


    CONSTANTE COSMOLÓGICA.
    Adicionemos agora a este Cosmo/vácuo espacial um planeta Terra, este com certeza ira irradiar calor ao seu redor e assim o campo energético do vácuo iria vibrar e se manifestar.
    Mas neste ponto o Universo continuaria estático, pois as diferenças de pressões iram ser iguais em todos os lados.
    Adicione agora um satélite chamado Lua, este iria irradiar calor no vácuo criando uma nova onda vibratória, que ao se encontrar com a onda gerada pela Terra iria criar uma pressão entre os dois maior que a pressão que estivesse atrás dos mesmos afastando um do outro.
    Seria esta a constante cosmológica?

    SISTEMA GRAVITACIONAL.
    Adicione agora o Sol e todos os outros astros do Universo, emitindo radiações de calor em todo o espaço, hora quando próximos de um astro a pressão seria maior, hora quando afasta dele mais fraca, mas como ficou mais perto de outro sua oposta fica mais forte empurrando-o de volta ao astro anterior, e quando próximo a este novamente seria afastado.
    A este sistema poderíamos dar o nome de “sistema gravitacional”?
    Ou ainda quem sabe, não seria este o sistema proposto por Einstein, só que a deformação do espaço é promovida pela temperatura dos corpos e não pelo volume ou massa?

    Em resumo, as leis da termodinâmica poderiam ser aplicadas ao “VÁCUO COSMOLÓGICO”?

    Princípio primeiro: conservando a energia
    De acordo com o princípio da Conservação da Energia, a energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada de uma espécie em outra. O primeiro princípio da termodinâmica estabelece uma equivalência entre o trabalho e o calor trocados entre um sistema e seu meio exterior no que se refira à variação da energia interna do sistema.
    Para a aplicação do primeiro princípio de termodinâmica devem-se respeitar as seguintes convenções:
    Q > 0: calor é recebido pelo sistema oriundo de sua vizinhança.
    Q < 0: calor cedido pelo sistema à vizinhança.
    W > 0: volume do sistema aumenta; o sistema realiza trabalho sobre a vizinhança (cujo volume diminui).
    W < 0: volume do sistema diminui; o sistema recebe energia na forma de trabalho oriunda de sua vizinhança (cujo volume aumenta).
     > 0: a energia interna do sistema aumenta.
     < 0: a energia interna do sistema diminui.

    A transformação termodinâmica a ser aplicada no sistema VÁCUO COSMOLÓGICO seria a cíclica ou ciclo de um sistema onde o conjunto de transformações sofridas tenha seu estado final e inicial iguais.
    Quando o ciclo completo é percorrido no sentido horário, o sistema recebe calor e realiza trabalho, que neste caso seria a dilatação espacial (o trabalho W e o calor Q totais são ambos positivos); no sentido anti-horário o sistema cede calor e recebe trabalho (o trabalho W e o calor Q totais são ambos negativos),ou seja, astros próximos aumentam o calor do vácuo e promove a dilatação do espaço, ao se distanciarem diminuem o calor entre eles e promovem a contração espacial.

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  5. Do ponto de equivalência:
    Quanto às equivalências, usarei uma regra primária de Newton escrito nas duas primeiras regras para o estudo do Livro 3 de Principia, de 1726:
    “Não devemos admitir mais causas para os fenômenos naturais do que aquelas verdadeiras e suficientes para explicá-los. Portanto aos mesmos fenômenos naturais devemos, na medida do possível, atribuir as mesmas causas.”

    Crosta terrestre:
    A principal causa da movimentação das placas tectônicas são as diferenças de pressão causadas pelas diferenças de temperatura.
    Correntes oceânicas:
    Apesar da rotação da Terra e dos ventos influenciarem nas correntes marítimas, o fator principal desta movimentação é a diferença de pressão, promovida pela diferença de temperatura das águas.
    Correntes atmosféricas:
    Estas também possuem sua movimentação ocasionada pelas diferenças de temperatura.
    Correntes cosmológicas:
    Seria absurdo deduzir que as correntes cósmicas também tivessem influencia da diferença de temperaturas radiadas pelos astros que a compõem?


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