sábado, 1 de junho de 2013

10 coisas estranhas e absurdamente bizarras do Universo que a Ciência tenta explicar

On 14:40 by papa in , , ,    No comments
Esse é mais um daqueles post complicado e extremamente nerd. Mas se você é uma pessoa inteligente e curiosa, que curte Física e os mistérios do Universo e da Ciência, aposto que vai gostar. São as 10 coisas mais estranhas e bizarras com que a Ciência se deparou e não consegue exemplicar por completo seu funcionamento. Confira:

10. Efeito Casimir e a Energia Negativa


Na teoria, sabemos que a menor temperatura que se pode alcançar é o chamado “Zero Absoluto”, aonde são cessados qualquer movimento das partículas, essa temperatura é precisamente -273,15 ºC. Mas, na prática, qualquer trocadilho a parte, o buraco é mais embaixo. O que observamos é que não se pode resfriar algo até essa temperatura porque na mecânica quântica, cada partícula tem uma energia mínima, chamada de “energia do ponto zero”, que você não pode transcender. Mas, essa é a parte que todo mundo sabe (ou pelo menos que tem uma pequena base). A parte curiosa é que este mínimo de energia não se aplica apenas as partículas, mas para qualquer vácuo, cuja energia é chamada de “energia do vácuo.”

E para mostrar que essa energia existe, envolve um experimento muito simples (o experimento é simples, já a explicação…). Ele é o chamado Efeito Casimir (se você viu o post das curiosidades dos universos paralelos deve ter lido que ele foi cogitado como uma das possibilidades para acessar os outros possíveis universos). Esse fenômeno é causado pelo fato do espaço vazio ter flutuações do vácuo, pares de partículas virtuais – antipartículas virtuais que continuamente se formam do vácuo e tornam ao vácuo um instante depois. O espaço entre as duas placas restringe o alcance dos comprimentos de onda possíveis para estas partículas virtuais e então poucas delas estão presentes dentro desse espaço. Como resultado, há uma menor densidade de energia entre as duas placas do que no espaço aberto; em essência, há menos partículas entre as placas que do outro lado delas, criando uma diferença de pressão que alguns erroneamente chamam “energia negativa” mas que realmente não é senão devida a uma maior pressão fora das placas que entre elas, o que as empurra uma contra a outra.


Quanto mais estreito o espaço, mais restrito o comprimento de onda das partículas virtuais, maior a diferença de pressão entre o interior e o exterior das placas, mais restritos os modos do vácuo e menor a densidade de energia do vácuo, e portanto mais forte a força atrativa (Bom, isso na verdade é apenas um “arranhão” no que realmente se trata o efeito, ou seja, um transformação para tornar a explicação mais simples de entender, se você quiser saber mais procure um bom livro de mecânica quantica ).


Já que o efeito Casimir é pequeno e decresce com o quarto da distância, seu efeito é maior em objetos pequenos que estão próximos. Pode ser uma consideração importante no estudo da interação de moléculas, junto em outros efeitos de pequena escala, como flutuações na estrutura eletrônica de moléculas causando dipolos induzidos que levam a forças de Van der Waals.


Uma análise similar pode ser usada para explicar a radiação Hawking que causa a lenta “evaporação” de buracos negros (mesmo que isso geralmente seja explicado como o escape de uma partícula de um par virtual partícula-antipartícula, tendo a outra partícula sendo capturada pelo buraco negro).


Um efeito análogo ao Casimir foi observado por marinheiros franceses no século XVIII. Onde dois navios balançam de um lado a outro com forte maré mas vento fraco, e os navios se aproximam mais que rudemente, a interferência destrutiva elimina a maré entre os navios. O mar calmo entre os navios tem uma densidade de energia menor que a maré de cada lado dos navios, criando uma pressão que pode empurrar os navios para mais perto de si. Se eles se aproximam demais, o cordame dos navios pode se emaranhar. Como uma contramedida, um livro do início de 1800 recomenda que cada navio deve mandar um barco remado por 10 a 20 marinheiros para afastar os navios.


Se você pretende um dia ser um Walter Bishop, terá que ter dominar a matemática e entendimento desse efeito.

9. Arrasto de Referenciais


Uma das idéias da Teoria da Relatividade de Einstein é que quando um objeto de grande massa se move, ele arrasta o espaço-tempo ao seu redor, fazendo com que objetos próximos sejam puxados também. Curioso, não? Isso pode ocorrer quando um grande objeto está se movendo em linha reta ou de maneira rotativa, e, embora o efeito é muito pequeno, tem sido comprovado experimentalmente.

A sonda espacial Gravity Probe B foi lançada para detectar e medir com precisão os dois efeitos, a deformação do espaço-tempo provocado pela massa da Terra e o gravitomagnetismo provocado pela rotação da terra, tal experimento começou em 2004. Vale lembrar que devido a rotação da Terra, a sonda é retirada de sua órbita por cerca de 2 metros por ano, um efeito puramente causado pela massa da Terra que distorce o espaço-tempo ao seu redor, o que estava dentro do previsto. Agora aqui vai mais uma curiosidade sobre o caso: a sonda em si não sentiria essa aceleração extra, pois não é causada por uma aceleração na sonda, mas sim no espaço-tempo.

8. Relatividade da Simultaneidade


Alguns podem estar se perguntando: “o que é essa tal de relatividade da simultaneidade?”. É simples: A relatividade da simultaneidade é a idéia de que se dois eventos ocorrem, ao mesmo tempo, ou não, é relativo e depende do observador. Exemplo? Se lançarmos dois foguetes simultaneamente, um de Marte e outro de Saturno, um observador viajando pelo espaço pode dizer que eles são lançados ao mesmo tempo, para compensar o tempo de iluminação necessário para alcançá-los, enquanto um outro observador viajando de outra forma poderia dizer que o que está Marte saiu em primeiro lugar, e ainda um outro poderia dizer que o de Saturno saiu primeiro. Isso é dado pela forma como diferentes pontos de vista se tornam distorcidos em relação uns aos outros na relatividade especial. E como eles são relativos, um não pode dizer ao outro: “Você está errado e eu estou certo”. Interessante, não é mesmo?

7. Cordas Negras

Agora vamos entrar no maravilhoso mundo da Teoria das Cordas e do famigerado Buraco Negro. Um dos maiores mistérios pendentes na física é como a gravidade está relacionada com as outras forças fundamentais. Uma teoria, proposta pela primeira vez em 1919, mostrou que, se uma dimensão extra é adicionada ao universo, a gravidade continua a existir nas primeiras quatro dimensões (3 dimensões de espaço e uma de tempo), mas o meio que esse quarto espaço dimensional se curva através da quinta dimensão extra, naturalmente produz as outras forças fundamentais. Mas, por mais estranho que isso possa parecer (e complicadíssimo de entender), tem uma explicação bem simples na verdade. Como não podemos ver ou detectar essa quinta dimensão, foi proposto que a dimensão extra está atrelada a ela mesma, portanto, invisível para nós.
Esta teoria foi o que finalmente levou a Teoria das Cordas. Se esta quinta dimensão extra é tão pequena, apenas pequenos objetos, tais como partículas, podem se mover ao longo dela. Nesses casos, eles finalmente acabam onde começaram, já que a dimensão extra é enrolada sobre si mesma. No entanto, um objeto que se torna muito mais complexo em cinco dimensões é o Buraco Negro. Se até aqui você achou estranho, veja agora. Quando estendido a cinco dimensões, torna-se uma “corda negra “, e ao contrário de um buraco negro quadrimensional comum, é instável, isso ignora o fato de que buracos negros quadrimensional eventualmente irão evaporar.

As cordas negras desestabilizam toda uma série de buracos negros, ligados por fios mais negro, até que as cordas negras são comprimidas completamente e deixam o conjunto dos buracos negros. Esses múltiplos buracos negros quadrimensionais, em seguida, se transformam em um buraco negro maior. E agora vem a parte mais curiosa disso tudo. Se utilizarmos os modelos atuais, o buraco negro final é uma singularidade “nua”. Isto é, ele não tem um horizonte de eventos que o rodeiam. Isso viola a hipótese da censura cósmica, que diz que todas as singularidades devem ser cercadas por um horizonte de eventos, a fim de evitar os efeitos da viagem no tempo que se acredita acontecer perto de uma singularidade de mudar a história do universo inteiro. Onde está o seu Deus agora Stephen Hawking?

6. Íons Geométricos


Vamos pensar a equação que Einstein nos deixou, com certeza, uma das equações mais famosas no mundo, a qual podemos ver em desenhos infantis e filmes. Estou falando da E=m.c². Trocando em miúdos: energia é igual a massa vezes velocidade da luz ao quadrado. Nesta equação energia e matéria são fundamentalmente ligadas. Um efeito disto é que a energia, bem como a massa, cria um campo gravitacional. O Geon, íon geométrico, primeiramente investigado por John Wheeler, nos idos de 1955, é uma onda eletromagnética ou gravitacional cuja energia cria um campo gravitacional, que por sua vez detém a onda em si juntos em um espaço confinado.

John Wheeler especula que pode haver uma ligação entre Geons microscópicos e partículas elementares, e que eles podem até mesmo ser a mesma coisa. Interessante, não é mesmo?(se você for nerd ou um físico, logicamente) Um exemplo mais extremo é um “kugelblitz”, traduzindo para o português fica “Bola de relâmpago”, que é onde a luz intensa está concentrada em um ponto específico que a gravidade causada pela energia da luz torna-se forte o suficiente para o colapso em um buraco negro, aprisionando a luz dentro (WOW! Quase uma Genki Dama). Apesar de que nada é pensado para evitar a formação de um kugelblitz, acredita-se que Geons serão capazes de formar temporariamente, uma vez que, inevitavelmente, vão vazar energia e colapsar. E isso infelizmente, indica que a conjectura inicial de Wheeler estava errada, mas isso não foi definitivamente comprovado. Fica aí uma dica de pesquisa pra quem pretende ganhar o Prêmio Nobel de Física. Ilustrando com a ficção o que você, candidato ao Nobel irá encontrar é uma equação estilo aquela da cena do filme “Mente Brilhante” em que o professor entra na sala, coloca uma equação no quadro e diz que os alunos tem 5 MESES para resolvê-la. Mas o que é o trabalho duro perto do mérito de ter o seu nome imortalizado na História? Além do que, grandes nomes da Ciência já tentaram explicar os pormenores desse fenômeno e falharam miseravelmente.

5. Buraco Negro de Kerr


Daqui para frente as coisas vão ficar bem “estranhas” e realmente interessantes (relativamente falando). O tipo de buraco negro mais conhecido, que tem um horizonte de eventos no exterior atuando como o “ponto sem retorno” e um singular ponto de densidade infinita no interior, na verdade, tem um nome bem mais específico: Buraco Negro de Schwarzschild (caramba, já não basta o ser um lance complicado ainda tem que ter esse nome?) . Foi nomeado desta forma depois que Karl Schwarzschild encontrou a solução matemática das equações de campo de Einstein para uma massa esférica, não rotativa, em 1915, apenas um mês depois de Einstein publicar sua teoria da relatividade geral. No entanto, foi no ano de 1963 que o matemático Roy Kerr encontrou a solução para uma massa em rotação esférica. Assim, um buraco negro em rotação é chamado de Buraco Negro de Kerr, e tem, como não podia ser diferente.
No centro de um buraco negro de Kerr, não há ponto de singularidade, mas sim uma Singularidade Toroidal, um anel de giro unidimensional aberto por seu próprio impulso (você consegue imaginar algo assim?). Legal, não é mesmo?(pode disfarçar e dizer que sim!) Há também dois horizontes de eventos, um interior e outro exterior, e uma elipsóide chamada de Ergosfera, dentro da qual o espaço-tempo gira com o buraco negro, isso de deve ao arrasto de referenciais que vimos na nona posição, mais rápido que a velocidade da luz (e você pensava mesmo que nada é mais rápido que a luz, tolinho). Ao entrar no buraco negro, passando pelo horizonte de eventos externos, os caminhos do espaço-tempo, o que significa que é impossível evitar a singularidade no centro, como em um Buraco Negro de Schwarzschild. Entretanto, quando se passa pelo horizonte de eventos internos, o caminho torna-se espaço como novo.

A diferença é esta: o espaço-tempo em si é invertido. Ou seja, a gravidade perto da singularidade toroidal torna-se repulsiva, te afastando do centro. Na verdade, a menos que você entre no buraco negro exatamente sobre o equador, é impossível atingir a singularidade toroidal em si. Mesmo assim, as singularidades toroidais podem ser ligadas através do espaço-tempo, para que possam atuar como buracos de minhoca, apesar de que, sair do buraco negro do outro lado seria impossível, a menos , é claro, que fosse uma singularidade nua possivelmente criada quando a singularidade toroidal gira rápido o suficiente. Viajar por uma singularidade toroidal pode levá-lo para outro ponto no espaço-tempo, isso é, claro, se você sobrevivesse a força com que você seria puxado pra dentro do buraco negro, como um outro universo, onde você poderia ver a luz caindo de dentro do buraco negro, mas, não deixar o próprio buraco negro. Pode até levá-lo a um “buraco branco”, em um universo negativo (isso dá medo). A realidade é que são tantas possibilidades do que pode acontecer caso, um dia, você tenha a oportunidade de viajar pela singularidade, que se você acordar num mundo parecido com uma pintura de Salvador Dali, não se impressione!
Agora você com certeza está bem reflexivo. Daqui pra frente só melhora! S2


4. Tunelamento Quântico


Tunelamento Quântico é o efeito no qual uma partícula pode atravessar uma barreira que normalmente não têm energia para vencer. Ele faz com que seja possível uma partícula passar por uma barreira física que teóricamente deveria ser impenetrável, ou pode permitir que um elétron escapar da atração do núcleo, sem no entanto ter a energia cinética para o fazê-lo. Mas, como isso é possível? Segundo a mecânica quântica, há uma probabilidade finita que qualquer partícula pode ser encontrada em qualquer lugar do universo, embora essa probabilidade é astronomicamente pequena para qualquer distância real a partir de partículas de caminho esperado.

Agora é a parte em que alguns podem ficar perplexos, quando a partícula se depara com uma barreira pequena o suficiente, cerca de 1-3 nm de largura, uma das quais os cálculos convencionais indicaria ser impenetrável pela partícula, a probabilidade de que a partícula irá simplesmente passar por essa barreira se torna bastante real. Isso pode ser facilmente explicado pelo que chamamos de Princípio da Incerteza de Heisenberg, que foi criado em 1927 por Werner Heisenberg, que consiste em restrições à precisão com que se pode efetuar medidas simultâneas de uma classe de pares de observáveis, o que limita a quantidade de informação que pode ser conhecida sobre uma partícula. Uma partícula pode “emprestar” energia do sistema que está atuando para usá-la para passar através da barreira, e depois simplesmente perdê-la novamente. Decifrar o tunelamento quântico e conseguir medir a posição e velocidade de uma partícula, ao mesmo tempo, com precisão absoluta poderia levar a Ciência à um patamar tão absurdo que nem os filmes de ficção científica poderia imaginar.

3. Cordas Cósmicas


Logo após o Big Bang, o universo estava em um estado altamente desordenado e caótico. Isto é, pequenas alterações e defeitos não alteraram a estrutura geral do universo. No entanto, como o universo se expandiu, se refrigerou, e passou de um estado desordenado para um um ordenado, chegando a um ponto onde as flutuações muito pequenas foram criadas por grandes mudanças. Como assim? Suponhamos um piso de concreto totalmente plano, e acima dele vamos colocar um piso de tábua corrida.

Se começarmos colocando a primeira tábua de forma errada, o que teremos a seguir, será uma sequência de tábuas desordenadas. O mesmo acontece com as cordas cósmicas, que são extremamente finas e possuem longos defeitos na forma de espaço-tempo. Estas cordas cósmicas são vistas na maioria dos modelos do universo, como a Teoria das Cordas, onde dois tipos de “cordas” não estão relacionados. Se eles existem, cada seqüência seria tão fina quanto um próton, e mesmo assim incrivelmente densa. Portanto, uma corda cósmica de 1Km de comprimento pode pesar tanto quanto a Terra, 6.586.242.500.000.000.000.000 toneladas. No entanto, ela não teria realmente gravidade e o único efeito que isso terá sobre a matéria circundante, será a maneira como ela muda a forma e o espaço-tempo.

Por causa dos efeitos únicos das cordas cósmicas sobre o espaço-tempo, se aproximassem duas cordas, foi demonstrado que elas poderiam ser usadas para viajar no tempo, como acontece com a maioria das coisas nesta lista. Cordas cósmicas também criam incríveis ondas gravitacionais, mais forte do que qualquer outra fonte conhecida. Essas ondas são o que os atuais e planejados detectores de ondas gravitacionais são projetados para procurar. E tem gente que ri dos filmes e da idéia de algumas pessoas em criar máquinas do tempo… está na hora de você rever seus conceitos amigo, a ciência ainda engatinha e nós, homens não conhecemos nem metade do universo que nos circunda. Como disse o nosso velho amigo Louis Pasteur “A diferença entre o possível e o impossível está na vontade humana.”

2. Antimatéria da Retrocausalidade


Agora, para alguns, as coisas podem ficar realmente estranhas (mas não se desespere, mantenha o foco!) O que é antimatéria? Antimatéria é o oposto da matéria. Tem a mesma massa, mas com uma carga eléctrica oposta. Uma teoria sobre o porquê a antimatéria existe foi desenvolvida por John Wheeler e Richard Feynman (esse é o cara!), baseada na idéia de que sistemas físicos devem ter tempo reversível. “Mas, como assim?” pode ser uma pergunta comum nesse momento. Por exemplo, a órbita do nosso sistema solar, se jogada para trás, ainda deve obedecer todas as regras mesmo quando ela é jogados para a frente de volta(acho que esse exemplo não ajudou muito, não é?). Isto levou a idéia de que a antimatéria é apenas a matéria comum que vai para trás no tempo, o que explicaria porque as antipartículas têm uma carga oposta, uma vez que um elétron é repelido, indo para a frente no tempo, e em seguida então para trás isso se torna atração. Isso também explicaria porque a matéria e a antimatéria se eliminam. Esta circunstância não é de duas partículas colidindo e destruindo uma a outra, é a mesma partícula que pode fazer com que pare e volte no tempo. No vácuo, onde um par de partículas virtuais são produzidos e, em seguida, aniquiladas, isso é, realmente apenas uma partícula indo em um loop infinito, para a frente no tempo, em seguida, para trás, depois para a frente, e assim por diante.

Embora a exatidão desta teoria ainda possa estar sendo debatida, tratando matéria como antimatéria voltando atrás no tempo matematicamente surge com soluções idênticas a outras teorias mais convencionais. John Wheeler disse que talvez ele responderia a pergunta do porquê todos os elétrons no universo ter propriedades idênticas, uma pergunta tão óbvia que é geralmente ignorada. Ele sugeriu que era apenas um elétron, constantemente lançando em todo o universo desde o Big Bang até o fim do tempo e volta, continuando um incontável número de vezes. Mesmo que esta idéia envolva viagens no tempo, não pode ser usada para enviar todas as informações de volta no tempo, pois a matemática do modelo simplesmente não permite isso. Você não pode mover um pedaço de antimatéria para afetar o passado, pois no movimento você só afeta o passado da antimatéria em si, isto é, o seu futuro. Historiadores quanto a isso podem ficar descansados que não vai ser por isso que vão ter que reescrever todos os seus artigos e livros de novo. A unica coisa que espero é que nunca a Ciência descubra por completo a essência da anti-matéria. Sabe por quê? Imagine uma bomba de antimatéria… a explosão nuclear perto de algo assim é coisa para garotinho criado no leite com pêra, coisa de amador… para vocês terem noção, a bomba de antimatéria que os EUA vem a décadas tentando construir tem apenas 10 mil vezes o poder da Tsar, a bomba atômica mais potente já vista. Para ser mais preciso, explodir algo assim significa o fim da nossa existência nesse planetinha.

1. Teoremas da Incompletude de Gödel


Essa está no topo das coisas mais estranhas e interessantes sobre o universo e não é a toa. E agora alguns leitores podem estar se perguntando: “Por quê?”. E essa é uma pergunta que certamente é muito fácil de ser respondida. Não é estritamente científica, mas sim um conjunto muito interessante de teoremas matemáticos sobre a lógica e a filosofia que é definitivamente relevante para a ciência como um todo. Teoremas de Incolpletude de Gödel, ou então Teoremas da Indecibilidade, foi demonstrado em 1931 por Kurt Gödel. Um dos teoremas diz que “qualquer teoria axiomática recursivamente enumerável e capaz de expressar algumas verdades básicas de aritmética não pode ser, ao mesmo tempo, completa e consistente”. Um segundo teorema diz que “uma teoria, recursivamente enumerável e capaz de expressar verdades básicas da aritmética e alguns enunciados da teoria da prova, pode provar sua própria consistência se, e somente se, for inconsistente.” Ou seja, com um dado conjunto de regras lógicas, exceto os mais simples, sempre haverá declarações que são indecidíveis, o que significa que não pode ser provada ou refutada devido à natureza inevitável auto-referencial de qualquer sistema lógico que é, nem remotamente complicado. Isto é pensado para indicar que não há nenhum grande sistema matemático capaz de provar ou não todas as instruções. Pode ser pensado como uma forma matemática de uma declaração como “Eu sempre minto.” Porque a declaração faz referência à linguagem a ser utilizada para descrevê-lo, não pode ser conhecido se a afirmação é verdadeira ou não, também chamado na filosofia de sofisma. No entanto, uma declaração indecidível não precisa ser explicitamente auto-referencial a ser indecidível. A principal conclusão dos teoremas da incompletude de Gödel é que todos os sistemas lógicos terão demonstrações de que não pode ser provada ou refutada. E agora? É pra ficar rodando em círculos mesmo. Não é a toa que esse tá no topo da lista…

O conjunto sugere que, em Física, uma “teoria de tudo” pode ser impossível, já que nenhum conjunto de regras pode explicar todos os eventos possíveis. Ele também indica que, logicamente, “prova” é um conceito mais fraco do que o “verdadeiro”, um conceito como é inquietante para os cientistas porque isso significa que haverá sempre coisas que, apesar de ser verdadeira, não pode ser comprovada para ser verdade. Isso ocorre porque o segundo o Teorema da Incompletude de Gödel afirma que nenhum sistema consistente pode provar sua própria consistência, ou seja, nenhuma mente sã pode provar a sua própria sanidade. Muito legal, não é mesmo? Isso vale o mesmo pra quando se está bêbado, tente provar que não está e só conseguirá mostrar que está mais bêbado do que achavam que a pessoa estava. Agora algumas pessoas podem estar bem confusas e precisam de um tempo para pensar. Você que leu o artigo até aqui, nunca mais verá o mundo com os mesmos olhos. Se você entendeu todo esse artigo e domina cada teoria dessa, inclusive na parte matemática, faça agora seu teste de QI e tente uma vaguinha em Harvard. Brincadeiras a parte, poucas pessoas no mundo dominam todas essas teorias e não é por falta de estudo ou preguiça de tentar e porque elas são muitos difíceis de compreender. Por isso se você não entendeu metade, fique tranquilo, é normal. Agora se você não entendeu nada, está na hora de você desligar a Tv e estudar um pouquinho.

Kibado de: AhDuvido
ADAPTADO DE LISTVERSE

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