Multiverso

2009-10-02

Em Ciência estamos habituados a ser surpreendidos pelas descobertas mais inimagináveis. Desde os seres no limiar da vida, até às estrelas que engoliriam todo o Sistema Solar, o Homem tem sido confrontado com um Universo cheio de surpresas para as quais muitas vezes não está preparado e que, por isso, tem levado às tomadas de posição mais extremadas e com consequências, por vezes fatais, para os seus autores/descobridores.

Dir-se-ia, no entanto, que o tempo das maiores controvérsias, das posições mais antagónicas, estava já ultrapassado. Hoje em dia temos meios de investigação ao nosso dispor que permitem verificar em relativamente pouco tempo a plausibilidade de uma teoria. A própria Ciência, dir-se-á, tem hoje regras claras para o seu funcionamento.

Mas será mesmo assim? Na realidade, nunca como hoje tivemos tanta noção do nosso desconhecimento relativamente à realidade que nos rodeia. Recordando um episódio que reflecte bem esta situação, os físicos acreditavam, no final do século XIX que tudo o que havia para descobrir, no que se referia à Física, já era do conhecimento dos cientistas da época, faltando apenas limar algumas arestas. Não foi necessário esperar muito tempo até que Einstein e a sua teoria da Relatividade Restrita viessem demonstrar o quanto estavam enganados. Também hoje em dia, há alguns cientistas que se vangloriam de estarem à beira de descobrir se Deus existe ou não.

A Cosmologia é talvez simultaneamente a ciência mais controversa e que mais alarga os nossos horizontes. Defendidas por uns como Ciência de vanguarda, atacadas por outros como sendo apenas fruto da imaginação dos seus autores, as teorias Cosmológicas têm ultrapassado em muito a criatividade dos autores de Ficção Científica e, ao mesmo tempo, permitido como nunca o livre vogar da nossa imaginação colectiva.

É exactamente neste campo que se discute actualmente uma nova perspectiva do Mundo. Este seria, de acordo com algumas teorias, não um Universo mas antes um Multiverso, conjunto infinito de Universos paralelos.

Claro que a ideia não é nova. Já Anaximandro, 600 anos antes de Cristo, defendia que quando uns mundos acabavam outros apareciam, numa sequência infindável de nascimentos e ocasos. Mas talvez a primeira ideia de Multiverso tenha surgido com Giordano Bruno, o famoso monge italiano queimado na fogueira pelas suas ideias demasiado avançadas para a sua época. Bruno defendia, no século XVI, a existência de um conjunto infinito de Universos distintos entre si.

Esta ideia, aliás, tem sido defendida e atacada por cientistas e filósofos de renome ao longo de todo o século XX até à actualidade.

Ilustração do conceito de Universos independentes num espaço infinito.

A teoria do Multiverso é, portanto, uma das teorias mais revolucionárias da nossa era. Mas de que se trata afinal?

Para sermos exactos não se trata de uma teoria única mas antes de um conjunto de ideias tanto científicas como filosóficas bastante abrangente. Não é a primeira vez que cientistas e filósofos estudam uma mesma ideia. Na antiguidade a fronteira entre ambas as abordagens era extremamente vaga. É, apesar disso, a primeira vez nos tempos modernos, que se reconhece a interligação entre as duas áreas de uma forma tão evidente.

Temos assim, quatro grupos relativamente à ideia de Multiverso.

No primeiro, encontramos a abordagem mais clássica, a do espaço infinito. De acordo com esta teoria, o espaço é infinito e, nele, coexistem diversos Universos que não interagem entre si devido à sua enorme distância e ao facto de o próprio espaço se estar a expandir, alargando assim esse fosso. De acordo com os defensores desta teoria, o nosso Universo terá actualmente um raio de 46 mil milhões de anos-luz, dos quais nós só conseguimos observar cerca de 14 mil milhões devido ao facto de a velocidade da luz ser limitada. Esta teoria diz também que todos os Universos têm as mesmas leis da Física, mas que a diversidade entre os Universos resulta da forma como a evolução pós-Big Bang decorre em cada um deles.

Ilustração dos Universos-bolha. As cores diferentes representam a possibilidade de as Leis da Física serem diferentes em cada Universo.

Seguidamente surgem as teorias dos Universos-bolha, também chamadas da Inflação Perpétua. Segundo os seus defensores, em cada Universo existem locais onde se dão novos Big Bangs, ou momentos inflacionários, que, por seu lado, dão lugar a novos Universos, numa sequência perpétua de criação e ampliação universal. Para os seus postulantes, as leis da Física variam de Universo para Universo e baseiam-se na Teoria das Super-Cordas.

Em terceiro lugar vem a teoria de que os buracos negros não são mais que portas de entrada para novos Universos, que existem no seu interior. Para os seus criadores, os buracos negros não possuem, portanto, uma singularidade central, ideia aliás muito contestada por diversos investigadores, mas antes que a força da gravidade existente dentro do buraco negro atinge um valor tal que se torna repulsiva, dando forma a um novo Universo no interior do buraco negro. Seriam, pois, uma espécie de buracos negros associados a um buraco branco, e conteriam o cerne de um novo Big Bang. Esta teoria prevê que as leis da Física se mantenham de um Universo para outro, ficando, no entanto, por explicar como a informação se mantém apesar de passar através de um buraco negro.

Finalmente vem a última teoria, a dos Universos Paralelos. Esta teoria, fruto da Mecânica Quântica, estabelece que, de acordo com o Princípio da Incerteza, todas as hipóteses possíveis co-existem até que o observador “opte” por uma delas. A novidade desta teoria em relação a este Princípio, é que postula que, na realidade, todas as hipóteses possíveis existem simultaneamente, mesmo após observação, já que existira um novo Universo para cada possibilidade. Tomando como exemplo a caixa do gato de Schrödinger, existiria um Universo em que o gato vivia, outro em que morria e um terceiro em que ninguém abria a caixa. Nesta última teoria as leis da Física não seriam um factor fundamental já que nós viveríamos num Universo em que todas as probabilidades conduziam à nossa existência, o chamado Princípio Antrópico.

Entre os defensores destas ideias extremamente revolucionárias, contam-se nomes sonantes, entre eles Stephen Weinberg, prémio Nobel da Física e fundador do Modelo Standard, Martin Rees, Astrónomo Real do Reino Unido e o incontornável Stephen Hawking.

Já os seus detractores contam com David Gross, também ele vencedor do prémio Nobel, ou Paul Steihardt, matemático teórico da inflação.

Espera-nos, portanto, uma verdadeira "luta de galos", pondo frente-a-frente alguns dos maiores génios da actualidade.

Fonte: http://www.portaldoastronomo.org/cronica.php?id=99

Como funcionam os cinemas 3D?

Desde que foi criado, o cinema evoluiu muito, ganhando som, cores e efeitos especiais. A última novidade são os filmes em 3D, os quais precisam de óculos especiais, como os da figura abaixo, para serem assistidos.

Nos filmes em 3D, os cenários, as pessoas e até mesmo os personagens de desenho podem ser visualizados tridimensionalmente, como se fossem reais e estivessem mais próximos de nós. Assim, a ideia dos produtores destes é "enganar" nosso cérebro e nossos olhos, fazendo-os pensar que estão diante de um espaço tridimensional e não à frente de uma tela bidimensional comum.

Para entendermos o funcionamento dos cinemas 3D, é fundamental que saibamos que os seres humanos possuem visão binocular, de modo que cada olho enxerga uma imagem diferente, sendo o cérebro o responsável por combiná-las em uma única imagem.

A diferença angular (quase imperceptível) entre estas duas imagens, denominada desvio, é utilizada pelo cérebro para ajudar na percepção de profundidade. É exatamente por esta razão que, ao perder a visão de um dos olhos, as pessoas perdem também a noção espacial.

As antigas produções de filmes 3D utilizavam imagens anáglifas para aproveitarem a visão binocular e o desvio. Estas imagens incluem duas camadas de cor numa única tira do filme reproduzida por um projetor, sendo uma das camadas vermelha e a outra azul (ou verde).

Assim, quando desejávamos assistir a estes filmes, fazia-se necessáro utilizarmos um óculos 3D com uma lente vermelha e a outra azul (ou verde), como os da figura do topo desta página. Estas lentes "obrigavam" um olho a enxergar a seção vermelha da imagem e a outra, a seção azul (ou verde).

É devido às diferenças entre as duas lentes que o cérebro as interpreta como uma imagem de três dimensões. Entretanto, por conta da utilização de lentes coloridas, a coloração da "imagem final" não é precisa, de modo que há dados que relatam que esta tecnologia trouxe muitos problemas para as pessoas como dores de cabeça, lesões oculares e náusea.

Como já mencionado, a técnica utilizada interferia na visualização das cores, de modo que foi necessário desenvolver uma tecnologia melhor, porém mais mais cara e complicada, mas que não afeta as cores originais. Esta nova tecnologia é baseada na polarização, sendo, agora, os óculos feitos por lentes escuras e não mais coloridas como antes.

Vejamos, então, como funcionam os atuais cinemas 3D.

Para obter as imagens, são utilizadas duas câmeras: uma delas para capturar imagens para o olho direito e a outra para capturar as imagens para o olho esquerdo. Assim, a imagem será tanto mais "real" ou "para fora da tela", quanto maior for a distância entre a imagem e a tela.

Por serem utilizadas duas câmeras, o filme terá, a cada segundo, 48 quadros, equivalente ao dobro de quadros utilizados em filmes convencionais, sendo 24 deles observados pelo olho direito e os outros 24 pelo olho esquerdo.

A luz do retroprojetor chega à tela em espiral e os quadros vão se alternando, já que parte deles gira em um sentido enquanto a outra parte gira no sentido oposto. Além do mais, a tela é refletiva (prateada), o que torna possível para a luz passar a ideia de que não se trata de uma tela normal.

Já os óculos possuem filtros de polaridade, permitindo que cada olho receba um quadro, como se cada pessoa enxergasse a mesma coisa através de dois diferentes focos.

Obviamente, a distância entre os dois olhos nos faz ver a mesma coisa sob ângulos diferentes. Assim, é baseado nestas duas imagens vistas por cada olho que o cérebro age como se nos "enganasse" e forma uma terceira imagem, dando a impressão de profundidade à cena.

SuperSelf

Outra banda em que eu toco é o SuperSelf, banda que toca um rock n' roll mais alternativo, com algumas pitadas de punk e heavy metal. Ela foi formada a partir da separação de outra banda, o Zipper.

Superself no festival Amazom beat fest, no African Bar

O SuperSelf surgiu em meados de 2007, depois do término da banda Zipper. Contando com Israel Andrade (vocais), Thiago Astaroth (guitarra), Bruno Gibson (Baixo), JJ (guitarra),Thiago Lestat (Tecaldo) e Wyber Gester (Bateria), a banda tem como proposta fazer um rock n' roll despojado,com letras humoradas , romances mal resolvidos e o comportamento típico das pessoas. O SuperSelf tem,em sua recente história, quatro canções gravadas:"Comportamento Típico", "Fogo Amigo", "Posso Apostar" e "Rock N' Roll Pra Mim", que estão disponíveis no Myspace da banda: www.myspace.com/superselfrock.

Superself no festival Amazom beat fest, no African Bar

Participando de importantes eventos como Amazon beat fest, Panela de pressão (varias edições) ... O circuito independente também é um dos objetivos da banda que continua a gravar suas músicas de maneira in(dependente).

O SuperSelf busca encontrar seu nicho musical , enveredando por composições próprias e apresentações que costumam arrancar elogios da performance e pegada musical das letras e dos instrumentais da banda, com influencias que vão de rock inglês ao heavy metal que resultam num rock and roll despojado autêntico ( é possível ) e com letras que falam do comportamento humano e suas bem-humoradas mazelas.

SuperSelf no Fest Rock Ananindeua

SuperSelf no Fest Rock Ananindeua

O grupo sofreu algumas baixas como a saída de Thiago Astaroth e do baixista Bruno Gibson e a efetivação de um tecladista que virou baixista,Thiago soledade.

Hoje contando com a formação oficial : Rael Andrade ( voz ) ,Thiago costa ( guitarra) , Wyber Gester ( batera) , JJ ( guitarra) e Thiago Soledade ( baixo ), esses cinco caras resolveram dar continuidade no som com um pouco mais de peso nas guitarras e se embrenhando na cena rock de Belém.

SuperSelf no Fest Rock Ananindeua

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Myspace:

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Buracos Negros

De todos os objetos exóticos no universo, nenhum gera mais excitação, temor, medo, e engano do que os buracos negros. Peça para um amigo falar o que acha sobre buracos negros e você ouvirá “buracos negros são como aspiradores de pó gigantescos no espaço”, ou “buracos negros sugam tudo que estiver ao seu redor” A realidade, no entanto, é bastante diferente e muito menos ameaçadora do que muitos acreditam.

A Galáxia de Circinus é um objeto ativo próximo que abriga um buraco negro poderoso em seu núcleo. Gases girando em torno do centro da galáxia,(visto em cores frias (azuladas) quando eles se aproximam do observador e cores quentes(avermelhadas) quando se afastam), fazem parte do disco de acreação que circunda um buraco negro.

Um objeto tão denso que a atração gravitacional aumentou a ponto de impedir a própria luz de escapar, foi proposto primeiro em 1783 pelo inglês John Michell e novamente em 1795 pelo francês Pierre Simon Laplace, como extrapolações lógicas das leis da gravitação universal de Newton e da teoria da luz corpuscular. Os “corpos escuros” de Michell/Laplace se tornou notas de rodapé na história da ciência quando Einstein mostrou que a lei de Newton da gravitação estava incorreta nos domínios onde a matéria se torna muito densa, e que a teoria da luz corpuscular também estava errada.

A idéia de buracos negros surgiu em 1939 por J. Robert Oppenheimer e seus colaboradores, baseados nas equações da Teoria Geral de Relatividade de Einstein. Estas equações mostram que se a matéria ficar suficientemente concentrada, sua atração gravitacional pode subjugar todos os outros efeitos, enquanto cria regiões das quais matéria e luz não podem escapar. O termo buraco negro foi aplicado pela primeira vez a estas regiões ‘armadilhas de luz’ pelo astrofísico de Princeton John Wheeler em 1967.

O limite entre um buraco negro e o resto do universo é chamado o horizonte de eventos. Porém, esse limite é apenas uma concha hipotética, a uma distância do centro do buraco negro, determinada por sua massa. Qualquer coisa que cruze o horizonte de evento nunca poderá voltar ao universo externo. Se a matéria que formou o buraco negro não fosse giratória, a massa do buraco seria concentrada em seu centro. No entanto é mais aceito, que a matéria estaria girando inicialmente, e sua massa tomou a forma de um anel dentro de seu horizonte de evento.

Mas eles realmente existem?

Nós não podemos ver buracos negros diretamente porque luz não pode escapar deles, mas nós podemos ver os efeitos deles na matéria circunvizinha, como gases próximos e estrelas. Buracos negros têm efeitos sobre sua vizinhança que não podem, até o momento, serem atribuídos a nenhum outro objeto cósmico conhecido. Ajudado pelas imagens do telescópio orbital Hubble e outros telescópios poderosos, os astrônomos durante as últimas duas décadas têm localizado um número crescente de buracos negros. Alguns são núcleos colapsados de estrelas que começaram a vida com mais de oito massas solares e explodiram, enquanto o resto, muito mais volumoso, foi provavelmente criado logo após o Big Bang, a partir de vastas aglomerações de gases e matéria que circundavam galáxias em criação. Tal é a certeza das observações de buracos negros que em janeiro 1997 na Sociedade Astronômica americana que se encontra em Toronto, Canadá, vários astrônomos predisseram a existência desses, então chamados ‘buracos negros’, nos centros da maioria dos bilhões de galáxias existentes.

Os buracos negros recentemente descobertos nos centros das galáxias contêm entre alguns milhões e alguns bilhões de vezes a massa do sol, o que lhes tornam sem dúvida, os objetos mais massivos do universo conhecido. Em contraste, os buracos negros de núcleos estelares variam em massa entre aproximadamente 3 e 50 massas solares. Astrofísico britânico Steven Hawking propôs um terceiro tipo, ainda não detectado, chamado de primordial ou “míni” buracos negros, que foram formados no começo dos tempos quando o Big Bang, que criou o universo, super-comprimiu quantias minúsculas de matéria. Minúsculo é relativo, claro… essas massas comprimidas em buracos negros primordiais podem ter variado de fração de grama à massa de um grande planeta.

O entendimento científico dos buracos negros explodiu nos anos sessenta, quando os astrofísicos começaram estudar intensivamente. Porém, escritores de ficção científica, televisão, cinema e pessoas despreparadas têm divulgado noções errôneas sobre buracos negros. Muitas pessoas pensam que qualquer buraco negro crescerá tanto que em algum dia devorará a Terra. Filmes mostram os buracos negros como redemoinhos de água gigantescos ou funis devoradores de matéria e isso tudo colabora para criar mais confusão. Outro conceito equivocado comum é acreditar que buracos negros são regiões de espaço vazio ou “buracos no espaço” e que eles durarão para sempre.

O problema de entender buracos negros começa com o nome. Buracos negros não são necessariamente pretos nem são realmente buracos. “Preto” normalmente indica a ausência total de cor e é aplicado a buracos negros para significar a ausência total de luz emitida ou outra radiação. Buracos negros grandes são quase pretos. Mas buracos negros menores podem radiar energia. Em 1974, Steven Hawking propôs um mecanismo pelo qual buracos negros transformam a massa em radiação e em partículas que escapam das imediações do buraco. Ele afirmou assim que aqueles buracos negros pequenos evaporam, enquanto aumentam mais seu brilho no processo.

Os trabalhos de evaporação de buraco negro ocorrem da seguinte maneira. Em todo o universo a todo tempo são criados pares de partículas espontaneamente. Elas aniquilam uma a outra em tempos curtos (tipicamente em 10 a 23 segundos), a presença delas não viola qualquer lei da física. Dentro de nossos corpos, por exemplo, o espaço é uma espuma fervendo destas partículas “virtuais”. Nós sabemos que estas partículas existem porque eles foram observados em aceleradores de partícula de alta energia. Uma partícula real em movimento rápido que vier de encontro com o par de partículas virtuais pode separá-las tornando-as reais.

Partículas virtuais criadas próximas do horizonte de evento de um buraco negro também podem ficar reais. Se uma partícula em tal par é ligeiramente mais próxima do horizonte de evento que sua companheira, a força gravitacional enorme do buraco irá separá-las tornando-as reais. A mais próxima será atraída e a mais distante ficará real com velocidade suficiente para escapar completamente do buraco negro.

Pode parecer que um buraco negro deveria crescer devido ao processo de Hawking, desde que ele sempre absorve pelo menos uma das partículas que cria. Você pode ver que isto não acontece, pois enquanto soma-se massa, ganha e perde. A energia gravitacional que tornou as partículas reais vêm da massa de dentro do buraco negro. A quantia de massa convertida na energia gravitacional que rasga as partículas virtuais separando-as é determinada pela equação de massa-energia de Einstein E = (2m)c², onde 2m é a massa total das duas partículas recentemente formadas. Esta energia gravitacional passa pelo horizonte de evento, e cria as duas partículas, enquanto diminui a massa do buraco negro em 2m. O resultado líquido é que o buraco perde massa igual para a massa da partícula que escapa completamente dele. Por isso buracos negros muito pequenos parecem estar radiando matéria e radiação eletromagnética e tudo mais que é criado próximo do horizonte de evento. Assim nem todos os buracos negros são negros.

Como o horizonte de evento do buraco negro encolhe com a perda de massa, se põe mais próximo de seu centro. De forma interessante, as equações revelam aumentos da taxa de evaporação com o encolhimento do horizonte, embora a massa do buraco esteja diminuindo. Cada buraco negro deveria desaparecer em uma tremenda explosão final, irradiando quantidades enormes da radiação de Hawking. Astrônomos ainda estão procurando por estas explosões. Assim, buracos negros não duram para sempre.

Buracos negros são buracos?

Os buracos negros realmente não são buracos. Também, aqui as palavras entram na discussão. Meu dicionário tem 20 definições de um buraco; duas são pertinentes. Primeiro, um buraco é “um lugar oco em uma massa sólida; uma cavidade.” Este é o que muitas pessoas associam com buracos negros: uma cavidade ou local nulo no espaço. Mas os buracos negros são cheio de matéria altamente condensado. Eles não são cavidades ocas.

A segunda definição pertinente é “uma abertura por algo; uma abertura.” Enquanto as equações de Einstein forem ambíguas sobre isto, haverá algum consenso em que buracos negros não conectam regiões diferentes do universo como o “buraco de minhoca”, como nós vemos descrito em filmes de ficção científica. Além dos problemas com a palavra “buraco”, buracos negros não estão completamente fora do universo. Eles comunicam-se com todo o resto de três modos. Primeiro, a massa no buraco negro cria muita atração gravitacional em objetos distantes como fazia antes de se tornar um buraco negro. Segundo, o impulso angular do buraco negro é o mesmo de antes da sua matéria se tornar um buraco negro e, realmente, sua rotação afeta o espaço externo seu horizonte de evento de modos estranhos. Terceiro, a carga elétrica de toda a matéria no buraco negro (a diferença entre a carga positiva e carga negativa) é percebida fora de seu horizonte de evento da mesma maneira, antes ou depois de entrarem no buraco negro.

Assim buracos negros não são buracos. Quanto às convicções populares, sem dúvida, a mais comum é que buracos negros são aspiradores de pó cósmicos. No entanto não são por duas razões: buracos negros são na verdade menos efetivos atraindo objetos do que eram antes que se tornassem um buraco negro. Primeiro, buracos negros de núcleos estelares são tão pequenos que eles podem consumir apenas um volume minúsculo de matéria. O horizonte de evento de um buraco negro de dez massas solares, está a apenas 16 Km do seu centro, enquanto uma estrela de dez massas solares atrai matéria em um raio de 32 milhões de Km. Por conseguinte, buracos negros podem gravitacionalmente até atrair grandes volumes de gás (de uma estrela companheira, por exemplo), mas o buraco negro é tão pequeno que o gás fica rodopiando ao redor, às vezes durante anos, como água ao redor de um dreno, esperando ser puxado. Segundo, o único modo pelo qual os buracos negros podem absorver matéria é pela atração gravitacional. Uma estrela da mesma massa também pode usar outros efeitos físicos para absorver matéria. Considere um cometa que voa para uma estrela de dez massas solares em uma trajetória que o levaria próximo de 1500 Km do núcleo da estrela, se ele sobreviver até aqui. O tremendo calor produzido pela estrela evaporaria os gases no cometa antes do impacto, enquanto a rocha e metal vaporizariam quando entrassem nas camadas exteriores da estrela, deixando grande quantidade de matéria.

Agora suponha um cometa que voa para um buraco negro de dez massas solares. A atração gravitacional do buraco no cometa seria igual ao da estrela de massa equivalente. No entanto a quantia de radiação de Hawking de um buraco negro estelar é mínima comparada à produção de uma estrela, o buraco negro não vaporizaria o cometa. Além disso, o buraco é tão pequeno que a aproximação mais íntima do cometa seria 1200 Km do horizonte de eventos. Nesta distância, a gravidade do buraco agiria como gravidade de um objeto normal, simplesmente fazendo o cometa mudar direção. O cometa mudaria de rota e partiria em uma nova direção, sem ser engolido ou destruído como seria pela estrela. Até mesmo buracos negros galácticos de bilhões de massas solares agem pouco gravitacionalmente no resto do universo; os astrônomos vêem gás e marcam suas órbitas ao redor de tais corpos, sem que sejam sugados para dentro. Assim buracos negros não têm nenhuma habilidade mágica para sugar matéria externa e, com certeza não vai crescer e eventualmente até engolir Terra. Então por tudo isso, vemos que uma estrela é bem mais feroz em seus efeitos que um buraco negro.

Buracos negros mostram alguns efeitos estranhos em espaços próximos. É chamado de raio de Schwarzschild, a distância do centro do buraco negro para seu horizonte de evento. Todos os efeitos estranhos de buracos negros acontecem dentro de aproximadamente dez raios de Schwarschild do centro do buraco. Além dessa distância bastante limitada, o único efeito do buraco negro em outros objetos é através da atração gravitacional normal.

As piores distorções sobre o conceito de buraco negro são as criadas por fanáticos religiosos e místicos, comparando-os ao inferno, para intimidar as crianças e jovens ameaçando-os de terem suas almas enviadas para um buraco negro. Na verdade isso acaba fazendo a criança associar ciência com mal. Foi dito para alguns estudantes que buracos negros são lugares onde as almas das crianças que estão por nascer residem.

Os astrofísicos acumularam um cabedal impressionante de conhecimento sobre a natureza dos buracos negros, mas, ainda assim não podem compreender tudo sobre eles. A maioria de nossos conhecimentos atuais sobre a natureza da matéria ainda são insuficientes para explicá-los. O estudo dos buracos negros poderá contribuir significativamente para o entendimento do universo, da matéria e da origem das galáxias e por isso existe um grande interesse por esse assunto.

A Partícula de Deus

Em busca da "Partícula de Deus"

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/04/2007

O Atlas, assim como o segundo detector, o CMS ("Compact Muon Detector"), é um detector genérico, capaz de detectar qualquer tipo de partícula, inclusive partículas ainda desconhecidas ou não previstas pela teoria. [Imagem: Cern]

Acelerador e sensores

Atlas era um dos titãs da mitologia grega, condenado para sempre a sustentar os céus sobre os ombros. Aqui, Atlas é um dos quatro gigantescos detectores que farão parte do maior acelerador de partículas do mundo, o LHC, que está em fase adiantada de testes e deverá entrar em operação nos próximos meses.

LHC é uma sigla para "Large Hadron Collider", ou gigantesco colisor de prótons. Parece difícil exagerar as grandezas desse laboratório que está sendo construído a 100 metros de profundidade, na fronteira entre a França e a Suíça. A estrutura completa tem a forma de um anel, construída ao longo de um túnel com 27 quilômetros de circunferência.

As partículas são aceleradas por campos magnéticos ao longo dessa órbita de 27 Km, até atingir altíssimos níveis de energia. Mais especificamente, 7 trilhões de volts. Em quatro pontos do anel, sob temperaturas apenas levemente superiores ao zero absoluto, as partículas se chocam, produzindo uma chuva de outras partículas, recriando um ambiente muito parecido com as condições existentes instantes depois do Big Bang.

Nesses quatro pontos estão localizados quatro detectores. O Atlas, mostrado na foto nas suas etapas finais de montagem, é um deles. O Atlas, assim como o segundo detector, o CMS ("Compact Muon Detector"), é um detector genérico, capaz de detectar qualquer tipo de partícula, inclusive partículas ainda desconhecidas ou não previstas pela teoria. Já o LHCb e o ALICE são detectores "dedicados", construídos para o estudo de fenômenos físicos específicos.

Bóson de Higgs

Quando os prótons se chocam no centro dos detectores as partículas geradas espalham-se em todas as direções. Para capturá-las, o Atlas e o CMS possuem inúmeras camadas de sensores superpostas, que deverão verificar as propriedades dessas partículas, medir suas energias e descobrir a rota que elas seguem.

O maior interesse dos cientistas é descobrir o Bóson de Higgs, a única peça que falta para montar o quebra-cabeças que explicaria a "materialidade" do nosso universo. Por muito tempo se acreditou que os átomos fossem a unidade indivisível da matéria. Depois, os cientistas descobriram que o próprio átomo era resultado da interação de partículas ainda mais fundamentais. E eles foram descobrindo essas partículas uma a uma. Entre quarks e léptons, férmions e bósons, são 16 partículas fundamentais: 12 partículas de matéria e 4 partículas portadoras de força.

A Partícula de Deus

O problema é que, quando consideradas individualmente, nenhuma dessas partículas tem massa. Ou seja, depois de todos os avanços científicos, ainda não sabemos o que dá "materialidade" ao nosso mundo. O Modelo Padrão, a teoria básica da Física que explica a interação de todas as partículas subatômicas, coloca todas as fichas no Bóson de Higgs, a partícula fundamental que explicaria como a massa se expressa nesse mar de energias. É por isso que os cientistas a chamam de "Partícula de Deus".

O Modelo Padrão tem um enorme poder explicativo. Toda a nossa ciência e a nossa tecnologia foram criadas a partir dele. Mas os cientistas sabem de suas deficiências. Essa teoria cobre apenas o que chamamos de "matéria ordinária", essa matéria da qual somos feitos e que pode ser detectada por nossos sentidos.

Mas, se essa teoria não explica porque temos massa, fica claro que o Modelo Padrão consegue dar boas respostas sobre como "a coisa funciona", mas ainda se cala quando a pergunta é "o que é a coisa". O Modelo Padrão também não explica a gravidade. E não pretende dar conta dos restantes 95% do nosso universo, presumivelmente preenchidos por outras duas "coisas" que não sabemos o que são: a energia escura e a matéria escura.

É por isso que se coloca tanta fé na Partícula de Deus. Ela poderia explicar a massa de todas as demais partículas. O próprio Bóson de Higgs seria algo como um campo de energia uniforme. Ao contrário da gravidade, que é mais forte onde há mais massa, esse campo energético de Higgs seria constante. Desta forma, ele poderia ser a fonte não apenas da massa da matéria ordinária, mas a fonte da própria energia escura.

Em dois ou três anos saberemos se a teoria está correta ou não. Ou, talvez, nos depararemos com um mundo todo novo, que exigirá novas teorias, novos equipamentos e novas descobertas.

A força criadora do universo

A formação e a estrutura do universo são resultado da força da gravidade. A imagem acima, captada pelo Telescópio Espacial Spitzer, mostra galáxias de várias formas e tamanhos (imagem: Nasa/JPL-Caltech).

Olhar para as estrelas inspira artistas e poetas há milhares de anos. A regularidade e a distribuição de estrelas com diferentes cores e tamanhos é um belo espetáculo, apesar de pouco acessível nas grandes cidades, onde a poluição ambiental e luminosa priva-nos cada vez mais dessa oportunidade.

Embora o céu nos proporcione uma bela visão, apenas observadores mais atentos percebem os movimentos celestes. Além da Lua e do Sol, que são os corpos mais facilmente observados, não reparamos como o céu muda ao longo do ano. Infelizmente, perdemos o hábito de olhar para cima, principalmente porque para admirar o céu é necessário paciência e um pouco de tempo, cada vez mais raros nos dias de hoje.

Já a distribuição de estrelas e os movimentos dos corpos celestes são governados por uma força invisível, mas muito presente. A força gravitacional cria a arquitetura estelar do céu. Embora seja considerada a força fundamental mais fraca, ela é responsável pela queda dos objetos em direção à superfície da Terra, por manter a Lua girando em torno de nós e pela estrutura geral do universo.Na antiguidade, olhar para o céu era uma procura pelo divino. Diversos povos e civilizações encontraram seus deuses e heróis representados nas estrelas. As constelações são esses agrupamentos de estrelas. Cada povo usou lendas e histórias relacionadas com sua cultura e crença para explicar a distribuição das estrelas no céu. A astrologia, que nasceu com o objetivo de desvendar os destinos humanos, foi uma dessas tentativas de nos ligar com as estrelas. Entretanto, as interpretações astrológicas não têm nada de científicas e tampouco conseguem prever o que acontece conosco.

A gravitação universal de Newton

O físico inglês Isaac Newton, pintado por Godfrey Kneller em 1689.

O conceito de gravidade foi proposto pelo físico inglês Isaac Newton (1642-1727). Embora exista a célebre história da queda da maçã madura no pomar de uma fazenda em Woolsthorpe, no interior da Inglaterra, no ano de 1666, o conceito de gravidade levou tempo para amadurecer. As ideias de Newton foram plantadas naquela época, mas apenas colhidas em 1687, quando ele publicou a lei da gravitação universal no livro Principia.

A lei da gravitação universal proposta por Newton baseia-se no princípio de que dois objetos se atraem devido a uma força diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa. A atração ocorre sem que os dois corpos se toquem e se dá instantaneamente. A partir desses conceitos, Newton conseguiu explicar por que as maçãs caem, a Lua gira ao redor da Terra, e os planetas, ao redor do Sol. Ele explicou como o universo se move.

Contudo, a força gravitacional proposta por Newton levava a um paradoxo. Ele imaginava que a gravidade atuava instantaneamente, mas isso tornaria impossível a existência do nosso universo, pois todos os corpos se atrairiam mutuamente, o que levaria o universo a um colapso. Como não é isso que observamos, a única resposta possível seria a de que o universo é infinito, pois assim ele levaria um tempo infinito para colapsar.Com o desenvolvimento dos instrumentos astronômicos, foi possível observar que as estrelas, que parecem manter sua posição fixa em relação às outras, de fato se movem. O próprio Sol arrasta o Sistema Solar por uma viagem de quase 250 milhões de anos para dar uma volta ao redor da galáxia. Essa viagem é guiada pela força gravitacional resultante das centenas de bilhões de estrelas que constituem a Via Láctea.

Nos meados da segunda década do século 20, o astrônomo americano Edwin Powell Hubble (1889-1953) conseguiu observar, por meio do telescópio do Monte Wilson – o maior da época –, localizado na Califórnia (Estados Unidos), determinados tipos de estrelas cuja luminosidade variava com o tempo. A partir da mudança do período de brilho dessas estrelas, foi possível determinar a distância que as galáxias se encontravam umas das outras.

Mas o resultado surpreendente dessas observações foi que Hubble verificou que o espectro emitido pela maioria das galáxias apresentava um desvio para o vermelho, o que indicava que elas estavam se afastando em grandes velocidades, próximas à da luz. Hubble descobriu que o universo estava em expansão.

Uma nova visão da gravidade

Praticamente uma década antes, o físico alemão Albert Einstein (1879-1955) havia apresentado a teoria da relatividade geral, com o objetivo de incluir o movimento de corpos acelerados que a teoria da relatividade restrita não previa (leia mais na coluna de março de 2007). Einstein percebeu que, para atingir esse objetivo, deveria propor uma nova teoria da gravitação. A resposta que ele encontrou foi que o campo gravitacional é criado a partir da “curvatura do espaço e do tempo” provocada pela presença da massa e da energia. Quanto maior a densidade, maior seria a curvatura e, como consequência, maior a força gravitacional.

Segundo a teoria da relatividade geral, proposta por Albert Einstein, a força da gravidade é uma consequência direta da curvatura do espaço e do tempo (representada na imagem), que ocorre devido à presença de massa e energia (imagem: reprodução de CH 182).

Dessa forma, a origem da gravidade, que a teoria newtoniana não explicava, foi compreendida como um efeito da geometria do espaço-tempo. Além disso, as ideias da relatividade também eliminaram o conceito de ação instantânea da força gravitacional, pois, como Einstein mostrou, nenhum sinal ou interação poderia viajar mais rápido do que a velocidade da luz.

Quando Einstein aplicou as equações da teoria da relatividade geral para fazer uma descrição geral da estrutura do universo, a solução que surgiu mostrava que o universo estava em expansão, ou seja, o espaço que separava as galáxias estaria se expandindo. Mas, na época, não havia nenhuma evidência desse fato.

Para resolver essa questão, Einstein introduziu um elemento nas equações da teoria da relatividade geral que ficou conhecido como constante cosmológica, que resultaria em um universo estático. Com a descoberta de Hubble, Einstein reconheceu que esse foi o seu maior erro. Sem essa constante, a teoria da relatividade geral transformou-se em uma das teorias mais sólidas da física.

Com essa nova visão da gravidade apresentada por Einstein, foi possível explicar não apenas a expansão do universo, mas também sua estrutura como um todo. O melhor entendimento da natureza da gravidade permitiu compreender como se formam as estrelas e os planetas e como estes últimos se agrupam para formar as galáxias.

Se a gravidade tivesse uma intensidade um pouco maior, o universo não teria se expandido e logo entraria em colapso. Não haveria tempo para formar estrelas, planetas e até a vida, como ocorre na Terra. Por outro lado, se a força da gravidade fosse mais fraca, as galáxias, estrelas e planetas também não se formariam e o universo seria escuro e, com certeza, sem vida. Portanto, essa força presente em nosso cotidiano e em todas as partes do universo é responsável pela nossa própria existência. Sem dúvida, a gravidade é uma força agregadora e criadora. A gravidade também é responsável pela pressão que faz com que o interior das estrelas atinja temperaturas da ordem de milhões de graus. Nessas temperaturas, ocorrem as reações de fusão nuclear que liberam a energia que contrabalanceia a pressão gravitacional e mantém a estrela estável por bilhões de anos. Como resultado da fusão nuclear, surgem ainda os novos elementos químicos.

O Mundo É Feito de Átomos!

A Grécia Antiga foi o primeiro berço da ideia, que voltou à tona no século 19 como uma das maiores revelações da ciência: a de que por trás de tudo estão os átomos. Adilson de Oliveira descreve o que constitui e o que constroem esses minúsculos tijolos da vida.

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 17/09/2010 | Atualizado em 24/11/2010

Átomos de carbono compõem tanto a grafite nossa de cada dia quanto os cobiçados diamantes. A diferença está na disposição dos átomos nas estruturas (Fotos: Sxc.hu/Zsuzsanna Kilian e Swamibu. Montagem: Júlia Carneiro).

"Se, em algum cataclisma, todo o conhecimento científico for destruído e só uma frase puder ser passada para a próxima geração, qual seria a afirmação que conteria maior quantidade de informação na menor quantidade de palavras? Eu acredito que seria a hipótese atômica de que todas as coisas são feitas de átomos..."

Richard Feynman (1918-1988)
em The Feynman Lectures on Physics

Um dos ipês floridos no campus da Universidade Federal de São Carlos, inspiração para o colunista (foto: Coordenadoria de Comunicação Social/ UFSCar).

Ao observar o céu, com auxílio de telescópios, podemos ter acesso a visões de objetos espetaculares, como Saturno e seus anéis, belas nebulosas, como a de Órion, e galáxias maravilhosas, como a de Andrômeda.

Como podemos encontrar tanta beleza no universo? Como é possível haver toda essa diversidade? Talvez a resposta mais simples a essa questão seja que todas essas coisas são simplesmente feitas de átomos.

A ideia de que as coisas são feitas de alguns elementos fundamentais vem desde a Grécia antiga. Filósofos como Anaximandro, que viveu no século 6 a.C., imaginavam que tudo era composto por uma substância primordial denominada Apeiron, que seria uma ‘massa geradora’ dos seres, contendo em si todos os elementos. Outros, como Anaxímenes (588-524 a.C.), acreditavam que o ar era a substância primordial.

A partir desses choques e movimentos ao longo do tempo, esses átomos se uniriam por suas características, formando as diversas substâncias que encontramos na natureza.Mas, por volta do século 4 a.C., surgiu o conceito de átomo. Demócrito (460-370 a.C.), discípulo Leucipo (século 5 a.C), propunha que tudo o que existe (inclusive a própria alma que animaria os seres vivos) seria constituído por um turbilhão de infinitos átomos de diversos formatos movendo-se ao acaso e se chocando.

Da antiguidade à era moderna

A palavra átomo em grego quer dizer ‘não divisível’ (a = não; tomo = parte). Embora o conceito fosse interessante, ele foi superado por outras ideias na antiguidade, como o princípio segundo o qual tudo é composto a partir de cinco elementos fundamentais: terra, água, ar e fogo para os objetos terrestres, e o éter para os objetos celestes.

Um dos grandes problemas para o conceito do átomo era que estes deveriam se mover no vazio, algo que era de difícil concepção para muitos filósofos – entre eles Aristóteles, que construiu a sua visão de universo baseado nos cinco elementos e não no conceito de átomo.

No final do século 19, o modelo do átomo foi novamente modificado. Em 1897, J. J. Thomson descobriu o elétron, uma minúscula partícula de carga elétrica negativa. Thomson então imaginou que o átomo seria composto por um ‘caroço duro’ positivo e que os elétrons estariam incrustados nesse ‘caroço’ e poderiam ser arrancados quando se aplicasse, por exemplo, um potencial elétrico sobre o átomo.No começo do século 19, em 1803, o químico inglês John Dalton (1766-1844) resgatou a ideia do átomo como uma pequena esfera, com massa definida e propriedades características de cada elemento químico. Dessa maneira, ele poderia explicar as reações químicas pelo arranjo de átomos, que seriam, para ele, as menores partículas indivisíveis que constituem a matéria.

Alguns anos depois, Ernest Rutherford realizava experimentos de colisões de partículas alfa (núcleos de átomos de hélio) em uma fina folha de ouro quando percebeu que algumas partículas atravessavam com facilidade, enquanto outras eram ricocheteadas, como se colidissem com algo mais denso. Dessa forma, ele descobriu que o átomo parecia ter praticamente toda a sua massa concentrada em uma pequena região, enquanto os elétrons estariam muito afastados desse núcleo.

Atualmente sabemos que o núcleo do átomo é cerca de 100 mil vezes menor que a região na qual ficam os elétrons. O tamanho típico de um átomo é na ordem de 0.1 nanômetro (um nanômetro é um milionésimo de um milímetro).

Imagem de um átomo de hélio. A nuvem ao redor indica a região onde se encontram os elétrons, com aproximadamente 1 Angstrom (um décimo de um nanômetro). Em destaque, uma imagem do núcleo atômico, com dois prótons e dois nêutrons e cem mil vezes menor que um Angstrom (imagem: Yzmo/ Wikimedia Commons).

O que faz cada átomo

O núcleo é composto por prótons, que têm aproximadamente mil vezes a massa do elétron, mas com carga positiva; e por nêutrons, que têm massa similar à do próton, mas sem carga elétrica. É a partir da interação eletromagnética que os elétrons interagem com os prótons no núcleo atômico, e pela interação nuclear forte entre os prótons e nêutrons que se mantém o núcleo coeso.

Existem 92 tipos de átomo naturais. O menor deles é o hidrogênio, que contém apenas um próton no seu núcleo, e o maior é o urânio, que tem 92 prótons e 146 nêutrons. Já foram produzidos cerca de 26 átomos artificiais, mas eles não são estáveis e rapidamente se desintegram em outros menores.

Já o carbono, que está presente em inúmeras substâncias, em particular nos seres vivos, formando diversas moléculas orgânicas, tem seis prótons e seis nêutrons.O que diferencia um átomo do outro é essencialmente o número de prótons que cada um contém. Por exemplo: o gás oxigênio que respiramos do ar é uma molécula composta por dois átomos de oxigênio (que contém oito prótons e oito nêutrons).

O carbono se apresenta também como a grafite utilizada no lápis para escrever e os famosos diamantes que tanto nos fascinam. A grafite é negra e mole, e o diamante é duro e reflete a luz de uma maneira maravilhosa (daí vem a sua beleza). A diferença entre a grafite e o diamante é apenas a disposição dos átomos de carbono nas suas estruturas.

O mesmo elemento químico, quando arranjado de diferentes formas, produz diferentes propriedades físicas. Esse fenômeno é conhecido como alotropia. O carbono apresenta outras estruturas, como a das bucky balls, nas quais 60 átomos de carbono ficam dispostos como se formassem uma bola de futebol.

Nesta configuração, os átomos de carbono podem apresentar propriedades magnéticas e supercondutoras, além de suportar grandes tensões (os supercondutores são materiais que em baixas temperaturas conduzem corrente elétrica sem perda de energia. As bobinas das máquinas de ressonância magnética são feitas com esses materiais).

Tecnologia em escala atômica

Atualmente, com o avanço científico e tecnológico, sabemos não apenas que a matéria é feitas de átomos, mas também podemos manipular a matéria em escala atômica e produzir novas coisas.

A chamada nanotecnologia, que é a tecnologia na escala do nanômetro, vem permitindo o desenvolvimento de novos materiais que são aplicados nos mais diversos ramos. Alguns exemplos são a produção de computadores mais rápidos e baratos, ou a criação de remédios que curam inúmeras doenças.

Os átomos de carbono também estão presentes nos ipês amarelos e brancos que floriam nesta semana na UFSCar. São idênticos aos dos diamantes mais caros ou aqueles que estão nos detritos que formam os anéis de Saturno. Os de oxigênio estão também nessas árvores, nos cristais de gelos que formam algumas nuvens, na água que cai nas Cataratas do Iguaçu e em muitas das belas nebulosas que observamos no céu.Em um futuro próximo, será possível produzir máquinas feitas de apenas alguns átomos. Esses nanodispositivos poderão ser inseridos no organismo, por exemplo, para atacar vírus ou bactérias no nível molecular ou na regeneração de células danificadas.

Saber que as coisas são feitas de átomos talvez tenha sido uma das mais importantes descobertas da humanidade. Quando vemos que a natureza pode combiná-los de forma a produzir belos espetáculos, percebemos mais ainda como esse conhecimento é valioso.