Espaço-tempo não é o mesmo para todos

Com informações da Universidade de Varsóvia - 31/07/2013

Neste modelo, o espaço-tempo clássico - esse em que vivemos - é criado pela interação da matéria com a gravidade quântica, de forma semelhante a que a estrutura atômica do gelo se forma a partir da água.[Imagem: Faculty of Physics/University of Warsaw]

Fiat Quantum

Antes do Big Bang, o espaço-tempo como nós o conhecemos não existia.

Então, como ele nasceu?

O processo de criação do espaço-tempo que conhecemos a partir de um estado anterior, dominado pela gravidade quântica, tem sido estudado há anos por teóricos do mundo todo.

Agora, novas análises feitas por físicos da Universidade de Varsóvia, na Polônia, sugerem uma conclusão surpreendente: nem todas as partículas elementares estão sujeitas ao mesmo espaço-tempo.

Vários bilhões de anos atrás, imediatamente após o Big Bang, o Universo era tão denso e tão quente que as partículas elementares sofriam a ação da gravidade muito fortemente.

Por décadas, os físicos de todo o mundo têm tentado descobrir as leis da gravidade quântica que descrevem esta fase da evolução do Universo.

O grupo do professor Jerzy Lewandowski propôs seu próprio modelo do universo quântico. E estudos recentes de suas propriedades surpreenderam os pesquisadores.

As análises feitas por Lewandowski e Andrea Dapor mostram que as diferentes partículas elementares "experienciam" a existência de espaços-tempos diferentes.

Gravidade Quântica

Uma das tentativas para descrever a gravidade quântica é chamada de Teoria da Gravidade Quântica em Circuito Fechado, ou modelo LQG, do inglês Loop Quantum Gravity.

Esta teoria assume que o espaço-tempo é estruturalmente bastante semelhante a um tecido, sendo constituído por um grande número de pequenas fibras emaranhadas em anéis. Uma área de um centímetro quadrado pode conter um milhão de trilhões de trilhões de trilhões de trilhões de trilhões (10⁶⁶) dessas fibras.

Foi o próprio grupo do prof. Lewandowski que desenvolveu um modelo matemático consistente da LQG que combina a mecânica quântica com a relatividade geral.

O modelo pressupõe a existência de dois campos de interação.

Um deles é um campo gravitacional, que pode ser identificado com um espaço, uma vez que, de acordo com a Teoria Geral da Relatividade, a gravidade curva o espaço-tempo, e este espaço-tempo curvo dá origem a efeitos gravitacionais.

O segundo campo no modelo é um campo escalar que atribui um número a cada ponto do espaço. Este campo é interpretado como o elemento mais simples da matéria.

A imagem da realidade nesse modelo é quântica, tendo características muito diferentes das do mundo que experimentamos todos os dias.

 Há muito tempos os físicos tentam desvendar o que aconteceu na noite anterior ao Big Bang. [Imagem: Martin Bojowald]

Do espaço-tempo quântico ao espaço-tempo clássico

Faltava então alinhavar o período quântico com o período clássico que vivemos.

"Nesta situação, parecia natural perguntar: Como é que o espaço-tempo que todos nós conhecemos emerge dos estados primários da gravidade quântica? E, como o espaço-tempo normal nasceria como resultado da interação entre a matéria e a gravidade quântica, poderíamos estar certos de que cada tipo de matéria definitivamente interage com um espaço-tempo que tem as mesmas propriedades?" disse o professor Lewandowski.

Para encontrar respostas para estas perguntas, a equipe primeiro derivou padrões de interação entre a matéria e os efeitos da gravidade quântica para os dois casos matematicamente mais simples: para partículas de massa zero em repouso e para partículas simples (escalares) de massa não-zero em repouso.

No Modelo Padrão, que descreve as partículas elementares e suas interações, as partículas sem massa relevantes seriam os fótons, e partículas escalares com massa seriam o famoso bóson de Higgs, responsável pela massa das outras partículas: quarks e elétrons, múons, taus e seus neutrinos associados.

Depois de derivar as equações que representam o comportamento das partículas de acordo com as leis do modelo da gravidade quântica, os físicos começaram a verificar se equações similares poderiam ser obtidas com o uso do espaço-tempo normal com diferentes simetrias.

Outra discussão relacionada a esta é se o próprio tempo é real ou é uma ilusão. [Imagem: FQXi]

Isotropia

A tarefa se mostrou possível para as partículas sem massa. O procurado espaço-tempo era isotrópico, ou seja, tinha as mesmas propriedades em todas as direções.

"De acordo com o modelo simplificado que pesquisamos, independentemente de o fóton ter momento maior ou menor, mais ou menos energia, o espaço-tempo aparece para ele como sendo o mesmo em todas as direções," explica o Prof Lewandowski.

Para as partículas com massa a situação foi diferente, com a existência de massa impondo uma condição adicional específica sobre a teoria.

Os físicos demonstraram que um espaço-tempo clássico que satisfaça simultaneamente a condição de massa e tenha as mesmas propriedades em todas as direções não pode ser calculado.

O espaço-tempo apropriado poderia ser encontrado apenas entre espaços-tempos anisotrópicos - a direção preferencial desses espaços-tempos seria a direção do movimento da partícula.

"Partículas com massa não só experienciam diferentes espaços-tempos do que os fótons, mas cada uma vê a sua própria versão particular de espaço-tempo, dependendo da direção em que ela se move. Esta descoberta realmente nos pegou de surpresa," conta Andrea Dapor.

Assim, o espaço-tempo clássico emergiria da interação entre a matéria e a gravidade quântica de forma semelhante a que a estrutura atômica do gelo se forma a partir do congelamento da água líquida e seus átomos desordenados.

Embora seja difícil comprovar esta nova teoria, dados recentes desafiam a "física pós-Einstein". [Imagem: ESA/SPI Team/ECF]

Comprovação difícil

Será que isto significa que o Universo das partículas com massa não é isotrópico? Tal afirmação seria de enorme importância experimental e observacional. No entanto, a resposta é não, já que o Universo não parece ter uma direção preferencial.

Como observadores que estudam o comportamento das partículas elementares, nós somos clássicos, e não quânticos, e, em certo sentido, estamos "fora" do mundo das partículas.

Assim, não seria relevante que cada partícula "experiencie" seu próprio espaço-tempo - ainda que isto seja real.

Além disso, independentemente da direção do seu movimento, todas as partículas observadas em laboratório têm exatamente as mesmas características.

Por esta razão, confirmar experimentalmente as previsões teóricas da equipe polonesa não será uma tarefa trivial.

Foi esta a conclusão a que chegou a comunidade física que discutiu esses resultados durante a 20ª Conferência Internacional sobre Relatividade Geral e Gravitação, que terminou no último sábado.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=espaco-tempo-nao-mesmo-todos&id=010130130731

As funções secretas dos celulares

Do Comtexto Livre

Quatro funções secretas que existem em seu celular e você nem sabia 

Seu celular é uma caixinha de surpresas! Ele tem quatro funções secretas que você nem imaginava que existissem – tudo bem que elas são mais úteis se você estiver em apuros, mas mesmo assim são muito legais!Confira:

Emergência I

O número universal de emergência para celular é 112! Por isso, se você estiver fora da área de cobertura de sua operadora e tiver alguma emergência, disque 112 e o celular irá procurar conexão com qualquer outra operadora disponível. Este número pode ser digitado até mesmo se o teclado do aparelho estiver bloqueado!

Emergência II

Transmissão de sinal. Exemplo: se você trancar seu carro com a chave dentro e a chave reserva estiver em sua casa, ligue pelo seu celular, para o celular de alguém que esteja lá. Segure seu celular cerca de 30 cm próximo à porta do seu carro e peça que a pessoa acione o controle da chave reserva, segurando o controle perto do celular dela. Isso irá destrancar seu carro.

Emergência III *3370#

Vamos imaginar que a bateria do seu celular esteja fraca. Par ativar, pressione as teclas: *3370#. Seu celular irá acionar a reserva e você terá de volta 50% de sua bateria. Essa reserva será recarregada na próxima vez que você carregar a bateria.

Emergência IV *#06#*

Para conhecer o número de série do seu celular, pressione os seguintes dígitos: *#06#* Um código de 15 dígitos aparecerá. Este número é único. Anote e guarde em algum lugar seguro. Se seu aparelho for roubado, ligue para sua operadora e dê esse código. Assim eles conseguirão bloquear seu celular e o ladrão não conseguirá usá-lo.

Um possível conceito de ponto

Do site, Inovação Tecnológica

"Qual é a menor coisa que existe no Universo?

Andy Parker - BBC - 26/07/2013A física tem um problema com as coisas pequenas. Ou, para ser mais preciso, com as coisas infinitamente pequenas.

Nós imaginamos que podemos nos mover qualquer distância que queiramos, não importando quão pequena ela seja.

Esta percepção foi explorada por Zeno em um de seus famosos paradoxos. Aquiles nunca poderia realmente chegar a qualquer lugar já que a distância que ele teria que cobrir seria reduzida à metade um número infinito de vezes - na metade do caminho, então a meio caminho de novo, e assim por diante. Ele teria que dar um número infinito de passos cada vez menores para alcançar seu objetivo.

Os matemáticos têm explicado esse aparente paradoxo, e eles ficam totalmente confortáveis com números infinitos, bem como com as distâncias e objetos infinitamente pequenos. As respostas a que eles chegam são usadas na física para descrever o mundo interior do átomo.

Mas a natureza não parece se sentir tão confortável com isso.

Quando tentamos descrever algo como um "ponto" - um objeto infinitamente pequeno - então surgem alguns dos problemas mais difíceis em física.

Como toda a física de partículas se baseia em partículas do "tipo ponto", reagindo às forças em espaços minúsculos, pode-se perceber que os problemas surgem muito rapidamente.

Esses problemas aparecem sob a forma de respostas sem sentido quando as equações são usadas para as distâncias muito pequenas.

Desta forma, os físicos estão cada vez mais desconfiados dos pontos, e se perguntando se de fato a natureza tem um limite para o menor objeto possível, ou mesmo se há um menor espaço possível.

Cientistas acreditam que o superlaser ELI será suficiente para tornais reais as partículas virtuais. [Imagem: ELI]

Bonecas russas

A busca pelos menores blocos de construção da Natureza provavelmente remonta ao primeiro homem das cavernas que tentava fazer uma borda afiada em uma pedra.

Os gregos nos deram o conceito de átomos como bolas de bilhar que se unem para formar os materiais que vemos, e essa imagem continua na mente da maioria dos povos.

Mais de um século atrás, J.J. Thomson conseguiu extrair elétrons de átomos, e ele foi seguido em 1932 por Cockcroft e Walton, que separaram o núcleo atômico com um acelerador de partículas primitivo, mas inteligentemente concebido.

Estes acabaram por se mostrar serem apenas as primeiras bonecas russas.

Experimentos sucessivos, usando aceleradores mais e mais potentes, revelaram que o núcleo era composto de prótons e nêutrons, que por sua vez eram feitos de quarks.

Os sinais do bóson de Higgs gerados recentemente no LHC se tornaram a mais recente das bonecas russas.

Mas todas as tentativas para dividir quarks ou elétrons, mesmo usando o incrível poder do LHC, falharam.

Incomodamente, os chamados blocos básicos de construção da natureza parecem ser pontos - certamente menores do que 0,0000000000000000001 metro de diâmetro.

A ignorância quântica estabelece que conhecer as partes não garante o conhecimento do todo. [Imagem: Vidick et al.]

Rumo ao infinito

Pode-se ver onde o problema surge. Todas as forças da natureza ficam mais fortes conforme as distâncias encurtam.

A famosa "lei do inverso do quadrado" da gravidade, de Newton, por exemplo, diz que a força da gravidade fica quatro vezes mais forte se você reduzir pela metade sua distância de um objeto.

Se imaginarmos partículas como sendo pontos, você pode fazer a distância entre duas delas tão pequena quanto queira, de forma que a força se torna infinita. Em última instância, isso iria quebrar o tecido do espaço, criando uma espuma de buracos negros, o que certamente faria Aquiles progredir ainda mais lentamente.

Os físicos normalmente conseguem contornar este problema usando a imprecisão contida na mecânica quântica, que permite que a matéria se comporte como partículas ou como ondas.

Você também pode ter ouvido falar do Princípio da Incerteza de Heisenberg, que não nos permite saber exatamente onde alguma coisa está. Assim, mesmo que uma partícula possa ser um ponto, a sua localização é incerta, e ela aparece nas equações como uma bola nebulosa - problema resolvido!

• Incertezas sobre Heisenberg: influência do observador é posta em dúvida

Alguns físicos propõem que o LHC pode se tornar a primeira máquina do tempo do mundo. [Imagem: Jenni Ohnstad/Vanderbilt]

Descasamento problemático

Bem, quase. Nós realmente não sabemos como aplicar a mecânica quântica à gravidade, e por isso ainda ficamos às voltas com previsões absurdas, como o colapso total do espaço se tentarmos descrever campos gravitacionais fortes, como os que estão dentro dos buracos negros.

Acontece que a mecânica quântica e a teoria da gravidade de Einstein não se misturam.

Várias soluções engenhosas têm sido propostas para este problema.

A mais óbvia é que há uma outra boneca russa, e as menores partículas são pequenas bolas de bilhar. Se for assim, um dia, talvez usando o LHC, veremos o tamanho dos menores objetos que podem existir.

• Teoria de Tudo: Será Weinstein a superação de Einstein?

Mas os físicos teóricos preferem a ideia de que as partículas não são de fato redondas, mas pequenas "cordas", parecidas com pedaços de elástico.

Elas teriam um comprimento finito, mas uma largura infinitamente pequena. Isso resolve o problema, já que você nunca pode estar à mesma distância de toda a corda - é por isso que a ideia é chamada de Teoria das Cordas.

Cordas podem vibrar, e isso nos permite explicar todas as estranhas partículas fundamentais que vemos como sendo diferentes vibrações das cordas - diferentes notas de um violino cósmico.

Parece simples, mas para explicar as partículas que conhecemos, as cordas precisam vibrar de muitas maneiras diferentes.

A Teoria das Supercordas permite que elas vibrem em um bizarro espaço com 11 dimensões - para cima, para baixo, para os lados, "transversalmente" e de 7 outras maneiras!

Experimentos no LHC estão procurando sinais de que você possa se mover "transversalmente". Se pudermos, poderia haver universos inteiros, tão grandes e maravilhosos como o nosso, bem ali na rua "transversal".

Recentemente, físicos bateram o recorde mundial do menor tempo já medido. [Imagem: Koke et al./Nature Photonics]

Questões de espaço e de tempo

Podemos ir mais longe ainda - talvez não devamos procurar pelo menor objeto, mas pela menor distância.

Se o espaço for composto por um monte de grânulos pequenos, então o problema pode ser resolvido desde que duas partículas não possam ficar mais perto uma da outra do que o tamanho de um grânulo.

Isso equivale a Aquiles podendo se mover ao longo de uma série de passos pequenos, mas finitos.

Olhando para as partículas que viajam distâncias enormes em todo o cosmos, podemos esperar ver o efeito acumulado de impactos sobre inúmeros pequenos grãos, e não o deslizar tranquilo através do espaço liso que se imagina.

No final, as respostas serão encontradas nos experimentos, não em nossas imaginações.

Talvez a coisa mais incrível que descobrimos seja o método científico, que nos permite colocar e responder questões como "Qual pequeno é o Universo?".

Nada mal para homens das cavernas ligeiramente evoluídos."

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=menor-coisa-existe-universo&id=010130130726