Mario Novello… no contexto dos ‘Grávitons’

“A verdade não é imóvel…mas sim, histórica… – a maioria do que – para nós – vale como verdade a priori, tem caráter relativo e depende do contexto, sempre refletindo, pelas condições do observador, uma nova forma de ver o mundo…em movimento. Conhecer é portanto…sob todas as circunstâncias, um designar… tornar-se consciente das condições, e não uma mera sondagem sobre os fundamentos da essência das coisas.” (Werner Stegmaier – ‘Do Pensamento de Nietzsche’)  

Num seminário à moda antiga, no auditório do IAG (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas) da USP… – Mário Novello rabiscava furiosamente complicadas equações, cheias de letras gregas, num “quadro branco”… Ao final da apresentação, disse:

“Então, para terminar… como eu sei que os astrônomos gostam                       mesmo de números, vou deixar um número para vocês…10¹²º“.

Esse número gigantesco, de acordo com Novello, representa a coisa que existe em maior quantidade em todo o Universo… grávitonsDez elevado a cento e vinte – em notação científica – fica mais elegante… 10120. Mas, nem por isso menos absurdo. É apenas uma maneira econômica de escrever um “1” seguido por 120 “zeros”.

Ao atribuir esse número ao gráviton, Novello está sendo duplamente polêmico. Primeiro, propõe uma solução a um mistério que um dos grandes físicos da modernidade, o Prêmio Nobel Steven Weinberg… da Universidade do Texas – chamou de “quebra-cabeça“.

Partículas de spin inteiro que não obedecem ao princípio de exclusão de Pauli. Estas partículas obedecem à estatística de Bose-Einstein segundo a qual não existe limite para o número de partículas que podem ter o mesmo valor do momentum. São as responsáveis pelo transporte das interações. O fóton, que transporta a força eletromagnética, é um bóson de massa nula e por isso esta é uma interação de longo alcance. Os gluons, que transportam a força forte, são massivos e dotados de um número quântico denominado cor e, em consequência a interação forte é de curto alcance. Os bósons W transportam a força fraca e sendo massivos esta interação é também de curto alcance. O gráviton, ainda não detectado, é um bóson de massa nula que se acredita deva transportar a interação gravitacional.

BÓSONS – Partículas de spin inteiro, que não obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, e sim à estatística de Bose-Einstein, segundo a qual não existe limite para o nº de partículas que podem ter o mesmo valor de momentum.                                           São responsáveis pelo transporte das interações. O fóton, que transporta a força eletromagnética, é um bóson de massa nula, e por isso esta é uma interação de longo alcance. Os glúons, que transportam a força forte, são massivos e dotados de um nº quântico denominado cor – em consequência a interação forte é de curto alcance. Os bósons W transportam a força fraca, e sendo massivos, esta interação é também de curto alcance.                                                                                                                                                                                      O gráviton (ainda não detetado), é um bóson de massa nula, responsável pela interação gravitacional.

Em 2º lugar…  ele está afirmando, que o gráviton – partícula associada à força da gravidade … deve ter uma massa. É uma afirmação audaciosa… sobre algo que os físicos… ainda nem são capazes de dizer que existe de fato.

Aqui entra o conflito entre a relatividade geral e a mecânica quântica, as 2 teorias fundamentais da ‘física contemporânea’.

A 1ª só diz respeito à gravitação – vista como um fenômeno geométrico, derivado das características do “espaçotempo“…

A 2ª abarca as 3 outras forças naturais… que mantêm os núcleos atômicos coesos, explicando os ‘processos radioativos’ – e ‘efeitos eletromagnéticos’.

Para a mecânica quântica…as forças são carregadas por partículas…Por exemplo, as eletromagnéticas são transmitidas por ‘fótons’, mínimos pacotes de energia – também chamados…’partículas de luz’.

A ideia do gráviton é justamente uma tentativa de conformar a gravidade ao esquema de mundo da mecânica quântica – esforço importante para entender objetos em que, tanto efeitos gravitacionais como quânticos são importantes… – por exemplo: ‘buracos negros’.

Novello admite que a relatividade geral de Einstein, concebida em 1915, não tem muito espaço para o gráviton em suas equações. No entanto, ele decidiu trabalhar com uma 2ª  versão da teoria – elaborada em 1917, pelo próprio Einstein.

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Quando este aplicou suas ‘equações da relatividade’ ao Universo inteiro … em 1916, chegou à conclusão de que elas só poderiam representar — expansão ou contração do cosmos.

Porém, isso não se ajustava com a visão que tinha do Universo – pois, para ele, o mundo era infinito e estático. Então, “reformulou” a relatividade… incluindo mais uma letra nas equações… – lambda – também conhecido por constante cosmológica’.

Em 1929, o astrônomo Edwin Hubble descobriu, por observação, que as galáxias estavam todas se afastando umas das outras, a grande velocidade. Ao que tudo indicava, o Universo estava mesmo em expansão. Einstein então, se deu um tapa na testa por não ter acreditado na própria teoria quando a concluiu pela 1ª vez… em 1915 — e repudiou a alteração de 1917 como o maior erro de sua carreira.

Mas ideias einsteinianas teimam em não morrer, mesmo quando negadas pelo seu criador. E a formulação de 1917 foi várias vezes ressuscitada para explicar problemas cosmológicos. Houve quem a usasse para esclarecer detalhes da ‘inflação – período inicial do Universo em que sua expansão se deu mais rápido do que seria possível, em circunstâncias normais.

A ressurreição mais popular hoje de lambda é usada para explicar a energia escura, misteriosa força que faz com que o Universo esteja se expandindo em ritmo acelerado. Novello apresenta outra situação em que a ‘constante cosmológica’ pode ser aplicada. Segundo ele… – “lambda pode muito bem representar o valor da massa do gráviton”. 

Na teoria de 1915, lambda não existia, e todas as interpretações possíveis do gráviton a partir dela indicam uma massa zero. Mas, caso as equações de 1917 sejam as corretas… a massa do gráviton é diferente de zero; como afirmou Novello…“É um valor muito pequeno, mas ainda assim não-nulo”.

Mário Novello

Mário Novello – ‘CBPF’

Essa conclusão, publicada pelo físico num artigo na revista científicaClassical and Quantum Gravity“, chamou a atenção da comunidade científica… — Foi um dos 10  trabalhos mais lidos, à época.

Agora, o físico brasileiro, que trabalha no CBPF … (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), RJ, acaba de dar um passo além nesse esforço teórico…  Em estudo ainda não publicado, conseguiu associar um nº que Weinberg chamou de “quebra-cabeça da constante cosmológica” à hipótese dos grávitons com massa… Como diz Novello:

“Weinberg chegou a esse número, que é uma razão – entre 2 quantidades muito específicas na ‘teoria de campos’… – e ele achou que esse número representaria alguma coisa real… com uma existência física… – Mas, ele não tinha a menor ideia do que era”.

Para o pesquisador brasileiro, esse número, 10120, representa o número total de grávitons no Universo observável… – Caso suas conclusões sejam verdadeiras, grávitons são a coisa mais abundante existente em todo Cosmos… — Para que se tenha uma ideia… – os físicos estimam que fótons (partículas de luz) sejam ‘apenas’ 1080… – Em contraste…grávitons seriam…  –  100 trilhões de bilhões de bilhões de bilhões (1040) de vezes mais numerosos.

‘Texto base’  (abr/2005) p/consulta:  I Symposium ‘Mario Novello On Bouncing Models’  ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Modelos põem em xeque necessidade científica de um início para o Universo  Felizmente para os físicos, o nascimento de um Universo não pode ser considerado uma ocorrência ordinária.

Quando se fala da origem do Universo, são poucos os que hesitam em dizer que ele surgiu numa grande explosão… há pouco mais de 13 bilhões de anos… e tem se expandido, desde então. – Mário Novello porém, recomenda cautela aos apressados. Talvez a questão esteja longe de ter uma resposta…O físico brasileiro apresentou suas ideias alternativas em uma conferência na Universidade Estadual do Rio de Janeiro (Uerj)… na 10ª Reunião ‘Marcel Grossmann’ de Relatividade Geral… – um dos principais eventos do tipo no mundo.

Poucos tempo atrás, seria impensável imaginar que essa conferência, que ocorre desde 1975, e reúne mais de 500 físicos relativistas no ‘Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas’ (CBPF)…RJ – fosse servir de abrigo a hipóteses contrárias ao Big Bang… Mas, de uns tempos para cá o cenário da cosmologia mudou muito… – como explica o pesquisador:

“Há menos de 5 anos…isso seria um escândalo – e agora já é um tema convencional. Teremos uma sessão paralela, e até uma plenária sobre         essa polêmica cosmológica.”

A disputa tem precedência histórica. Em 1900, por exemplo…o célebre cientista britânico Lorde Kelvin apontou que o século 20 teria apenas ‘2 nuvens‘ no horizonte da física…uma  relacionada à ‘teoria do calor’ (termodinâmica)… e outra… à ‘propagação da luz’… Desses detalhes nasceram a mecânica quântica e a relatividade, que revolucionaram a ciência, e deixaram o ‘céu de Kelvin‘ bem mais nebuloso.

A ‘relatividade’ foi o nascedouro da teoria do Big Bang – hipótese que postula, a partir do movimento expansivo do cosmos, que toda a matéria e energia já estiveram num instante passado reunidas num ponto infinitamente denso (‘singularidade‘), no qual leis físicas distintas das conhecidas poderiam ocorrer… – Antes disso não havia nem mesmo espaço, tempo ou leis físicas… – o que torna a questão ‘do que veio antes’ problema insondável, e incômodo para muitos físicos.

ggamow

Na década de 1940, o físico George Gamow formalizou a teoria do ‘Big Bang’ prevendo a existência de um eco detetável desse evento … uma ‘radiação cósmica de fundo.

Captada pela 1ª vez em 1965, ela é hoje considerada – como uma das mais fortes evidências…a favor da hipótese do universo – com início.

Mas, nem a versão de Gamow, nem posteriores atualizações puderam eliminar o paradoxo… ‘Como estudar um evento, que não respeita leis           da física… – instrumento básico … com o qual se pretende estudá-lo?’

Um pioneiro de uma ‘contra-reforma’ foi o britânico Fred Hoyle, que em 1948, propôs um modelo de ‘Universo estacionário’ (e “quase-estacionário” em 1993). E, no final da última década do século XX… o quadro de variáveis se ampliou… – com o surgimento de 2 novas incógnitas…energia escura, e matéria escura; elementos misteriosos que, aparentemente, respondem por até 95% de tudo que existe no Universo … como assim comentou Novello:

“Creio ser possível afirmar que a ideia de um início singular… explosivo do Universo, determinando os limites nos quais a investigação científica deve ser interrompida, parece ser hoje menos atraente do que outras propostas”.

A ideia de aceitar condições iniciais não controláveis por leis físicas acessíveis — foi posta de lado. Em seu lugar, o físico aposta em modelos que apresentam o Universo sempre em processos de contração ou expansão, regidos por leis físicas tangíveis…mas sem um início ou fim definidos…E um sucesso recente de ideias como essa veio no ano passado, quando Paul Steinhardt, da Universidade de Princeton /EUA – propôs um modelo de Universo cíclico que não só elimina o início ‘fiat lux‘… – como também inclui a ‘energia escura na evolução cósmica.

O próprio Novello já desenvolve um cenário de Universo dinâmico e eterno no CBPF há 2 décadas, usando a relatividade para sondar passado e futuro cósmicos… E, conforme outras ‘nuvens de Kelvin’ emergem na física do século 21… o debate deve ganhar novos contornos. De toda forma, a origem do Universo ainda deve permanecer, por um bom tempo, na lista de mistérios ‘a resolver’. (conferência no RJ – julho/2003) (texto base)  *********************************************************************************

Partículas Fundamentais  –  Em busca da moderna ‘tabela de Mendeleiev    Há diferentes hierarquias na caracterização das ‘partículas microscópicas’, por vezes também chamadas partículas elementares. Recentemente, físicos que trabalham com altas energias iniciaram um procedimento de classificação diferente do tradicional…

Núcleons (Próton e Neutron) e Elétron

Prótons e elétrons  são  ‘partículas fundamentais estáveis’.  Acredita-se que o próton positivamente carregado não deixa de ser próton nunca – isto é, ele jamais se desintegra     em outras partículas… mesmo fenômeno ocorre com o elétron negativamente carregado.   O outro importante elemento do átomo – neutron, no entanto, tem uma vida média de poucos minutos…  e,  se ele consta nesse esquema  —  isso se deve à sua importância na construção dos elementos químicos do universo.

Méson-Sigma e Méson-Pi

São os responsáveis pelas interações da matéria hadrônica. O mésonPi  (ou píon) foi identificado por Cesar Lattes, Occhialini e Powels.  –  Os 2 últimos cientistas receberam  –  por isso… o Nobel de Física — o que faz, ainda hoje, boa parte da comunidade científica internacional achar injusta a ausência de Lattes…em Estocolmo. (Obs. o méson-sigma foi identificado recentemente também por cientistas brasileiros.)

Bósons Vetoriais

São os intermediários das interações fraca e eletromagnética. Foram detectados 4 bósons vetoriais que se identificam pelas letras W(+), W(-), Z e gama … Os dois primeiros são massivos e possuem carga elétrica. O bóson Z é neutro e sem massa, e o gama é o  fóton. Os 3 primeiros são os responsáveis por intermediar a interação fraca (desintegração… ou decaimento da matéria) … e o fóton é o intermediário da ‘interação eletromagnética’.

Neutrinos

Junto com o elétron, os neutrinos formam uma família à parte, chamada léptons, e estão sempre envolvidos em interações fracas de desintegração. Além do estável elétron, existem 2 outros léptons chamados múon e tau… — Cada um desses 2 léptons … assim como o elétron, dispõe de seu neutrino correspondente.

Neutrinos podem ter tido um importante papel na história da evolução do Universo. Em 1972 o físico polonês B. Kuchowicz publicou uma resenha sobre o que chamou de ‘o papel cósmico dos neutrinos’. Um capítulo especial desse trabalho foi dedicado ao exame de sua possível dependência cósmica nas ‘interações fracas’.

Dependência cósmica                                                                                                           A relação do mundo microscópico com a evolução do Universo, segue a linha idealizada pelo físico Paul Dirac… e posteriormente defendida por César Lattes e outros, propondo uma dependência (espaçotemporal) de todas as interações.

universo de friedmann

Enquanto, no caso das forças eletromagnéticas, essa relação foi testada apenas pela caracterização da dependência da carga do elétron com sua posição no espaçotempo; proposta ainda hoje investigada; no caso das ‘interações fracas‘ essa dependência poderia ter outra forma.

Sabe-se que a interação fraca viola a paridade’…Isso significa uma dependência nesses processos de decaimento que se distinguem pela ‘reflexão especular‘…Ou seja, a desintegração vista do lado de lá do espelho (…como diria Alice) não aparenta a mesma que ocorre do lado de cá…

Essa violação da paridade é… – com efeito… uma                                           característica fundamental desse tipo de decaimento.

A ‘dependência cósmica’ a que me referi antes, significaria que esse processo de violação   da paridade seria cumulativo, dependente da evolução do Universo. Hipótese essa que poderia ter relevância cósmica, nos momentos de alta condensação do Universo, onde se deu o processo chamado nucleossíntese de formação dos elementos químicos mais leves como o hidrogênio e o hélio.

Assimetria matéria/antimatéria                                                                                        Essa questão (de dependência) poderia também lançar luz sobre outra, que ainda hoje os cientistas não conseguiram resolver… – por que no Universo, existe mais matéria do que antimatéria?… E, por que se separaram – sem se aniquilar … na formação do Universo?

O cosmólogo brasileiro Ruben Aldrovandi desenvolveu – na década de 70…em sua tese de doutorado, a proposta defendida pelo físico Roland Omnès sobre uma ‘teoria simétrica‘ matéria/antimatéria no Universo – e desde então, têm aparecido várias propostas sobre a origem desse excesso de matéria bariônica (basicamente… prótons) sobre os antibárions.

Por seu lado, o cientista russo A. Sakharov, que recebeu o título de doutor Honoris Causa por seus trabalhos relacionando o micro e o macrocosmos — estabeleceu alguns critérios, que deveriam servir de guia para entender esse ‘desbalanceamento’ dos bárions. Mais de     50 anos já se passaram, e seu trabalho original ainda não foi implementado.

Esse é um dos problemas que o cientista russo V. Ginzburg, em 1970, enumerou como uma das questões não resolvidas mais importantes           da física e astrofísica, e que ainda hoje desafia os cientistas da área.

origen-del-universo

Hierarquia no Microcosmos

Como em um conto de ficção, o cientista russo M. A. Markov elaborou um cenário para unificar os mundos…micro e macro, por uma descrição microfísica – como se o interior     de uma partícula…pudesse ser descrito como um universo que se expande e colapsa; de acordo com o ‘modelo de Friedmann‘.

Markov obteve uma expressão formal capaz de descrever modelos cosmológicos desse tipo, com uma extensão analítica para aquilo que poderíamos chamar de ‘seu exterior’,     no qual esse universo se assimilaria a uma estrutura elementar – um átomo…ou, uma partícula fundamental…espalhando-se em um meio exterior – o seu ‘environment’. O mundo quântico então, se representaria por uma ‘estrutura contínua’.

Uma configuração assim não é tão exótica quanto parece à primeira vista. Em uma interpretação da mecânica quântica proposta pelo físico Louis de Broglie; e, desenvolvida anos após por David Bohm, a estrutura básica do microcosmo pode ser interpretada numa estrutura contínua espaçotempo.

A proposta de Markov, construída há mais de 30 anos…não teve sequência, e deixou apenas uma lembrança…a de que não sabemos como representar, em termos usuais,           o que se passa no interior do que chamamos partícula elementar…A maior parte dos cientistas considera essa questão como ‘nonsense’…algo mal formulado. (texto base)  ************************(texto complementar)*********************************                                                                                                                                                            Em busca da conexão entre eletromagnetismo e mecânica quântica

Em 1993, num trabalho conjunto com o professor de matemática da Unicamp… Jayme Vaz (na época um estudante de doutorado), o físico-matemático Waldyr Rodrigues Jr. descobriu que 2 equações fundamentais da física moderna – aparentemente sem relação entre si, poderiam ser equivalentes… – Segundo o pesquisador…

a equação de Dirac (que descreve o elétron) e as equações de Maxwell no vazio (que descrevem o eletromagnetismo)… mostravam-se equivalentes para todos casos das equações de Maxwell no vazio…em que as invariantes de campo fossem diferentes de zero.

Até então… as soluções conhecidas das ‘equações de Maxwell‘ descrevendo fenômenos luminosos caracterizavam-se por invariantes de campo sempre zero. A revelação mostrou-se surpreendente… e, fascinou a comunidade científica – que tomou conhecimento desses resultados numa conferência internacional sobre ‘álgebras de Clifford’, e suas aplicações à física/matemática, realizada em Deinze, na Bélgica, em 1993.

Teoricamente o trabalho era bastante consistente, mas os 2 autores continuavam esbarrando na dificuldade de encontrar um caso em que as equações de Maxwell,             no vazioapresentassem soluções com invariantes de campo diferentes de zero.

Mais de 18 meses se passaram … até que um dia, fim de tarde, Waldyr intuiu uma solução ao problema. — Os dados foram inseridos no computador — e…por meio de um documento com 5.777 linhas e 88 páginas – encontraram uma solução das ‘equações de Maxwell‘ … no vazio – com invariantes de campo diferentes de zero.

Comprovaram assim, que a equivalência matemática das equações de Dirac…e Maxwell era consistente, revelando um dos segredos  –  mais bem guardados da natureza…‘a conexão entre o eletromagnetismo e a mecânica quântica’… Como afirma Waldyr:

“Para nossa surpresa, além de mostrar a equivalência, a fórmula obtida abria uma nova “possibilidade” … — Contrariando a opinião de Einstein, manifestada em suas ‘Notas Autobiográficas’… e, por que não dizer… da maioria, percebemos que as equações de Maxwell… e, as de Dirac – sem massa – apresentavam soluções, que permitiriam velocidades variando     de zero ao infinito – ou seja… existiam… – em particular – soluções que poderiam propagar-se com velocidades superiores à velocidade da luz”.

Durante 15 dias, eles sequer comentaram os resultados, procurando por possíveis erros na fórmula. Quando se certificaram de não haver engano, decidiram apresentar os resultados do trabalho num congresso internacional realizado no México, em setembro de 1995…Em sua palestra, o físico/matemático apresentou aos congressistas a ‘1ª solução superluminal das equações de Maxwell no vácuo‘ … encontrada na história da humanidade.

O estudo tornou-se o centro das atrações, quase deixando em segundo plano as discussões sobre aTeoria do Elétron‘…  — tema principal do evento. (Agência Brasil/JUnicamp)

curiosidade p/consulta: ‘Dirac large numbers hypothesis’

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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