De onde vem a Gravidade…prof. Minkowski?

Daqui para frente, o espaço em si…assim como o tempo soberano, estão                                condenados a desaparecer como meras sombras, e somente a união dos                                dois preservará uma realidade independente. (Hermann Minkowski)

linha-do-universo

Representação da trajetória temporal (linha do universo) dos gêmeos em um sistema com coordenada espacial (x) e temporal (ct). A linha paralela ao eixo do tempo representa o gêmeo que ficou na Terra, e a linha pontilhada – a linha do universo percorrida por um sinal luminoso emitida da Terra no momento de partida (Diagrama do ‘espaçotempo’ de Minkowski no referencial Terra)

Foi um dos antigos professores de Einstein, chamado… – Hermann Minkowski – que mostrou ser possível expressar a teoria da relatividade especial por uma nova forma:

‘O mundo em que vivemos é constituído por 4 dimensões… — as 3 espaciais … e uma que não é exatamente o tempo – mas com ele se relaciona (que é… – na verdade… – o tempo multiplicado pela raiz quadrada de -1).’  Isso significa que o espaçotempo tem certas propriedades bem estranhas…Por exemplo: “involuntariamente, quando nos movermos na dimensão espacial, também viajamos no tempo’Este fato não é percebido; mas um observador – noutro referencial … provaria que você viajou no tempoEvidentemente, estamos sempre, viajando no tempo  mas ao viajar pelo espaço se viaja menos tempo do que se espera; e o mais famoso exemplo deste efeito é o…“Paradoxo dos Gêmeos”.

Quando você se move no espaço…é obrigado a se mover no tempo,                                    porém – quando se desloca ao longo do tempo (o que está sempre                                          fazendo) não precisa necessariamente se mover através do espaço.

Mas o que isto tem a ver com gravidade?

Enquanto uma massa se encontra no espaçotempo – ela o distorce de tal modo que, enquanto permanece verdadeiro que… – ‘viajar através do espaço causa a viagem no tempo’… só o fato de estar no tempo presente, obriga a nos movermos (acelerado)        no espaço. Noutras palavras, apenas por existir, somos continuamente obrigados…a        nos mover pelo espaço essa é a ‘gravidade’. A grande vantagem da “Relatividade      Geral…é que ela, de roldão, explica todas as propriedades observadas da gravidade.       

Por exemplo, o fato dela atuar igualmente sobre todos os objetos e substâncias torna-se evidente, quando se pensa em ‘gravidade’…como uma distorção do ‘espaçotempo’, em vez de uma simples força (newtoniana). — Agora, imagine que você está livre no espaço, longe de qualquer planeta ou estrela – quando de repente, um planeta é criado muito perto de você… Nesse instante, não há sinal percebido de que algo esteja acontecendo a sua volta; você não sente nenhuma força – mas descobriria que  começou a acelerar em direção ao planeta. Trata-se do mesmo caso em que viajamos pelo espaço; não estamos ciente de termos também viajado no tempo…mas quem nos estiver observando, saberá.

Você pode pensar que não…mas à medida que seguimos no tempo, a distorção do espaço-tempo devido à presença da Terra acelera nosso corpo… em direção ao centro dela.

No entanto – quando você está em pé – o solo exerce uma força…para cima sobre seus pés, puxando você no sentido oposto. – Ou seja…você está sendo acelerado para cima em relação ao espaço/tempo, devido à força do chão agindo em seus pés. É exatamente o mesmo que acontece com a força…que parece puxar você para trás, no banco do seu carro, quando é acelerado (o que realmente se passa…é que o banco do carro o está… – originalmente… – empurrando para frente).

Quando Einstein propôs sua ‘Relatividade Geral’ … houve tentativas de incorporar – no mesmo modelo, o eletromagnetismo. Uma dessas tentativas foi a de ‘Kalusa e Klein’. Todavia, para que os cálculos dessem certo – recuperando as ‘equações de Maxwell‘, faltava uma 5ª dimensão (4ª dimensão espacial), só que recurvada, e muito pequena. (Mas, cálculos posteriores mostraram que a teoria estava incorreta…pois previa alguns absurdos – como dados de massa e carga de partículas, muito diferentes do observado) 

Gravidade x Eletromagnetismo… uma 5ª dimensão!?…

Eletromagnetismo e gravidade, teoricamente, parecem semelhantes                                      graças às suas fórmulas terem estruturas praticamente iguais…Fe=                                  k.q1.q2/d²; Fg=G.m1.m2/d² porém existe uma diferença marcante:

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A “carga” que dá intensidade à força gravitacional é semelhante ao parâmetro, que dita como a partícula se moverá, a “massa“. Porém no Eletromagnetismo   a carga elétrica pode ser positiva ou negativa. Desse modo… – apesar de objetos com “diferentes massas” serem atraídos da mesma forma ‘atrativa’ por outro objeto massivo objetos de diversas cargas podem ser atraídos, ou repelidos, por um objeto carregado.

No fundo … é a igualdade entre massa gravitacional e massa inercial que dá o caráter distinto da Gravitação em comparação às outras forças… – Percebe a diferença? Essa igualdade da força gravitacional leva a crer que tal movimento deve ser causado por    algo ‘universal’, independente da própria partícula que se moverá…Uma deformação        do ‘espaçotempo‘ é um bom palpite, não acha?… (Martin Hogbin, 1998 # texto base)  

Grávitons… um mistério à parte                                                                                            No atual modelo padrão da ‘física de partículas’ ainda não foi possível                                ajustar a “gravidade” às outras 3 forças fundamentais. — A Teoria da                                Relatividade, de Einstein, só consegue explicá-la — em largas escalas.

No mais profundo abismo do espaço – a gravidade arrasta matéria para formar galáxias, estrelas, buracos negros e outras coisas do gêneroApesar de sua infinita influência, no entantoa gravidade é a mais fraca de todas forças do universo. – Esta fraqueza a torna também a mais misteriosa, pois é quase impossível medi-la em laboratório, embora seja facilmente detetável seus efeitos sobre planetas e estrelas. A repulsão entre 2 prótons positivamente carregados – p/ex; é 10 e³6 vezes maior do que sua atração gravitacional.

As quatro interações fundamentais da Natureza e suas partículas elementares, inclusive o gráviton (G), que deve existir, mas ainda não foi detectado.

As 4 interações fundamentais da Natureza e suas partículas elementares, inclusive o gráviton (G), que deve existir, mas ainda não foi detectado. ‘Partículas Elementares’

Conforme afirmou Mark Jackson… — físico teórico no Fermilab/EUA…  “A Gravidade é totalmente diferente daquelas outras forças do ‘modelo padrão’…  Ao calcularmos sobre pequenas interações gravitacionais… temos respostas absurdas…Ou seja, simplesmente    a matemática não funciona”. 

Os números podem não ajudar, mas há entre os físicos uma premonição a cerca do aspecto incognoscível da gravidade… – Supõem eles, minúsculas partículas chamadas grávitons,  emanando dos ‘campos gravitacionais’. Cada bit hipotético… carrega consigo todo pedaço de matéria do universo…tão rápido quanto a velocidade da luz permite. – Mas, se eles são tão comuns no universo … por que os físicos ainda não os encontraram?…

“Podemos detetar partículas sem massa, tais como fótons, muito bem, mas grávitons não… — porque eles interagem muito pouco com a matéria. Nós simplesmente não sabemos como detetar um deles”…disse Michael Turner.

O cosmólogo da Universidade de Chicago, porém, não é descrente acerca da ‘homérica’ busca por gravitons… – Ele acha que acabaremos enlaçando algumas dessas partículas formadoras escondendo-se nas sombras de outras mais facilmente detetáveis… – Para  Turner… – “Se trata realmente de uma questão de tecnologia”… – Então…nesse caso, poderão aceleradores de partícula…um dia, eventualmente, descobrir algum gráviton?

Xavier Siemens… teórico gravitacional da Universidade de Wisconsin/EUA responde  que a presença de gravidade – como onda – deve acontecer primeiro… “Classicamente, podemos medir ondas…e ondas são constituídas por partículas” … disse Siemens…que também é membro do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)…  “Na busca por evidências ondulatórias da gravidade…ao detetar ‘ondas gravitacionais’, haveria razões para sugerir que grávitons realmente existem, e começar a procurá-los”.

“Este momento se parece com ficção científica. Teoricamente, no entanto, devemos ser capazes de detetar grávitons individuais. Mas, ‘como’, é a grande questão”. ‘Greatest Mysteries: What Causes Gravity?’ (ago/2007)

p/ Consulta‘A influência das Geometrias Não-Euclidianas no Século XIX’                    ‘Nºs Complexos’  ‘Gravímetros quânticos’  ‘Matemática da relatividade geral’                  “How (Relatively) Simple Symmetries … Underlie Our Expanding Universe”  ***********************************************************************

“Sobre o Princípio da Relatividade” (Paul Langevin)

O princípio da relatividade, tanto sob a forma restrita, quanto sob a forma geral, no fundo, não é mais que a afirmação da existência de uma realidade, independente dos sistemas de referência – em movimento…uns em relação aos outros…a partir dos quais, observamos o universo por perspectivas cambiantes… – Este universo tem leis – às quais o emprego das coordenadas permite uma forma analítica, independente do sistema de referência…(ainda que, as coordenadas individuais de cada acontecimento dependam desse sistema)… Essas leis – graças à introdução de elementos invariantes – e…à constituição de uma linguagem apropriada, podem ser ditas de forma intrínseca (…como a geometria o faz para o espaço). ************************************************************************************

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Simexiste gravidade no espaço!

Astronautas e turistas espaciais…muitas vezes falam sobre sentirem-se ‘sem peso’ durante um “voo espacial”… Mas, não se deixe enganar com o termo… “gravidade zero”. Todo objeto no espaço ainda sente a atração gravitacional de outros objetos.

Viajantes espaciais se imaginam livres dos grilhões gravitacionais da Terra, mas a coisa não é bem assim. A gravidade terrestre afeta tudo que está próximo, ou na superfície do planeta. Sentimos sua força através da nossa massa – e essa força também se traduz em uma atração descendente de 9,8 m/s²…A gravidade representa a atração mútua entre 2 objetos, que depende da massa…e distância entre eles… – A maior massa produz maior atração gravitacional. Maior distância…ao contrário, leva a uma diminuição da atração gravitacional. Mesmo na “estação espacial” – a 354 km de altura… a força da gravidade ainda ainda puxa astronautas orbitando a Terra…a cerca de 90% do valor na superfície.

space-stationUma nave, ou estação espacial orbitando a Terra pode equilibrar sua atração, criando uma velocidade horizontal suficiente, para que ela continue…deslizando lateralmente, enquanto simultaneamente cai em direção ao planeta. Por exemplo, a ISS viaja a uma velocidade média de 27.700 km/h, para se manter em sua órbita … ao redor da Terra. Essa queda livre contínua, dá a impressão, aos astronautas – deles estarem sem peso.

Grandes objetos, com enormes massas, podem fazer sentir seus efeitos gravitacionais…em distâncias muito maiores. A lua por exemplo, mantém uma órbita de queda livre em torno da Terra, e a própria Terra permanece em órbita ao redor do Sol Nosso Sol contém mais de 99% de toda a massa no ‘sistema solar’; o que explica por que sua atração gravitacional conseguiu encaixar todos planetas em seu domínio – juntamente com uma série de outros corpos celestes. – Júpiter, o maior dos planetas, também exerce sua forte atração ao longo de grandes distâncias do espaço, puxando rochas espaciais e detritos…que de outra forma, poderiam ameaçar a Terra. Mesmo asteroides e cometas também operam uma ‘fraca força gravitacional’… – E há até sugestões de se empregar a massa de astronaves como “tratores gravitacionais”…desviando levemente ameaçadoras rochas espaciais do caminho da Terra.

Curvatura espacial e o “Princípio da Equivalência”                                                      “Quando um corpo está em aceleração frente a um ponto fixo de referência, há uma “força associada”, expressa como resultante desta aceleração. Entretanto, quando um corpo está estacionário em relação a um ponto fixoessa força se expressa em termos de gravidade”. (Donal O’Shea – “A Solução de Poincaré”)

Albert Einstein propôs outra maneira de pensar sobre a gravidade no espaço. Considere o Universo 3-D…como uma cama elástica 2-D. – Cada objeto no espaço age como uma bola pesando nesse tecido do espaço-tempo, e criando uma depressão em sua superfície. – Tal curvatura tem um efeito de “queda interna” no caminho de outros objetos, especialmente em objetos menores passando por essa curvatura. Objetos mais massivos, como “buracos negros”, criam bolsões maiores do espaço-tempo, enquanto objetos menores, só detalhes.

Elevator_gravityEinstein também explicou a gravidade…em seu ‘Princípio da Equivalência‘… — Em uma de suas experiências mentais, ele imaginou um elevador fechado em “queda livre”…estaríamos como que “flutuando” no espaço … — com uma aceleração (negativa) “equivalente” à da gravidade. — De outro modo — ao viajarmos no espaço com uma aceleração de 9,8 m/s² – sentimos a ‘gravidade’, como se estivéssemos – na “superfície terrestre”.

A sensação da “força da gravidade”, com efeito, nada mais é…que o resultado da aceleração dos objetos no espaço, em outras palavras…a aceleração dos objetos para dentro das ‘bifurcações‘ causadas pelas grandes massas. O ‘princípio da equivalência‘ é um passo decisivo para se estabelecer, na “teoria gravitacional” de Einstein, a ‘covariância geral‘ das leis físicas, visto que, por este princípio, um observador (‘referencial’), dada a impossibilidade de discernir entre ‘ser ou não ser’ inercial … torna-se equivalente a todos os outros, e não só… aos ditos – “referenciais inerciais“… – ou, “não inerciais”…como ocorre na “mecânica clássica”.

Portanto, a gravidade pode estar em todo espaço (“microgravidade”), mas isso não impedirá os astronautas, de descrever a sensação de ausência de peso. (texto base*****************************************************************************

“Vácuo quântico… o vazio que pesa”  (JOSÉ ABDALLA HELAYËL-NETO)                    A abordagem quântica aos fenômenos atômicos e subatômicos…desenvolveu-se          através de vários experimentos, e grandes debates teóricos — a partir de 1900…                  Até que entre 1925 e 1927 uma nova teoria, a Mecânica Quântica…se estabelece.

universocósmico

O “Big Bang” é um momento singular nas teorias físicas onde o extremamente pequeno se conecta ao gigantesco Cosmos… – fechando um círculo… – em que o imenso e o ínfimo se confundem.

A qualificação quântica se refere a fenômenos que acontecem na escala atômica,                ou, em um domínio ainda mais elementar do que o próprio átomo. Entre 1928 e            1931, o físico Paul Dirac propõe um estudo bem detalhado do elétron… e próton,                  as 2 únicas partículas então conhecidas. Através de suacélebre equação…Dirac            prevê em bases estritamente teóricas a existência da ‘antimatéria‘…e estabelece                    o conceito de…‘vácuo quântico’…um vácuo carregado de energia, que por sua          própria natureza…atribui… “propriedades físicas” às partículas materiais.

Com a descoberta do pósitron (a antimatéria do elétron) em 1931…a                                  proposta da equação de Dirac para descrever o elétron e o próton se                                  consolida…e o conceito de ‘vácuo quântico‘ fica estabelecido (duas                                    antecipações muito à frente das teorias físicas…existentes até então).                                  Influências do “vácuo quântico” sobre a luz…e outras frequências da                                  radiação emitida pelas estrelas vêm sendo investigadas a partir daí. 

Nesse contexto, é importante compreender a relação entre esse vácuo quântico…de uma física de objetos elementares…e a teoria cosmológica, fundada por Einstein, em 1917, no clássico trabalho em que é introduzido o conceito de ‘constante cosmológica’, como uma forma de energia intrínseca ao espaço. Teria tal constante universal alguma relação com    o ‘vácuo quântico’ – que não é mais o “vazio absoluto“… e portanto…concentra energia?

Foi apenas em 1967 que o físico Yakov Zel’dovich propôs uma conexão… – entre a        constante cosmológica e o mundo das partículas elementares. Em 1971…na antiga      União Soviética, foram realizados experimentos evidenciando a ‘sensibilidade‘ do        vácuo quântico à força da gravidade – ou seja… – “o vácuo se comporta como um          sistema que pesa”… – A “força gravitacional” é capaz de atuar no “vazio quântico”. 

Esse resultado reforça a ideia de Zel’dovich de relacionar ‘efeitos quânticos‘ da matéria…à gravidade. Os resultados de 2015 do Observatório Espacial Planck nos fornecem a medida mais recente da constante cosmológica. O resultado é expresso por um valor pequeno 10e-11J/m³… ou seja, cada metro cúbico de “constante cosmológica” acumula uma massa de 1 trilionésimo do trilionésimo do quilograma. Um valor quase desprezível se considerarmos uma caixa de 1 metro cúbico…mas, se pensarmos no universo como um todo – a massa do vazio dado pela ‘constante cosmológica‘ chega ao valor da massa de 1 bilhão de bilhões de estrelas tipo massa solar. E assim…o grande desafio da ‘constante cosmológica’ está posto.

Com o atual conhecimento de teorias quânticas para forças fundamentais da natureza, o valor estimado para “energia do vácuo quântico” ultrapassa – em muito…o recente valor da energia associada à constante cosmológica medido pelo observatório Planck. Estamos então, diante de um ‘super-desafio‘ da física contemporânea — o “problema da constante cosmológica”, que reflete talvez a maior discrepância na física entre um cálculo teórico (a energia quântico do vácuo) e uma medida experimental (a ‘constante cosmológica’)…Daí, podermos dizer que “a compreensão do vazio, é o vazio da física atual”. (JB, 26/04/2018)  ******************************(texto complementar)*********************************

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“Transformação de Lorentz” (Wikipédia)

Em física, a “transformação de Lorentz” é uma mudança de coordenadas entre um referencial, considerado em repouso… e outro que se move relativamente a ele… com velocidade uniforme arbitrária… — em uma “versão relativística” da ‘transformada de Galileu’– O descrédito das teorias do éter acabou por levar à aceitação da proposta de Einstein…de que “transformações de Lorentz” não fossem entendidas … como de objetos físicos, mas sim, transformações do espaço e do tempo em si. – Na ‘Relatividade Restrita’ Einstein propôs que a razão por não se perceber variações na velocidade da luz era simplesmente porque esta é uma ‘constante universal‘…E, que isso então, fazia o “princípio da relatividade”… — compatível com a… — “teoria eletromagnética.

A necessidade de se modificar as equações da transformação de Galileu foi reconhecida ao se tentar usá-las nas equações de Maxwell… O raciocínio a seguir… — atribuído a Einstein, ilustra intuitivamente tal inconsistência… Considere que seja possível a uma pessoa viajar à velocidade da luz. A luz, pelas equações de Maxwell é uma oscilação dos campos elétrico E, e magnético B… periódica no espaço, e oscilante no tempo. No referencial desta pessoa contudo, a luz seria uma ‘perturbação do campo eletromagnético’, periódica no espaço, e constante no tempo. Mas, tal solução não existe como solução das “equações de Maxwell” que governam a propagação da Luz. Só nos resta…portanto, a alternativa de: 1. Modificar as equações Maxwell, com a transformada de Galileu2. Ou modificar tal transformação.

Como as ‘equações de Maxwell’ são confirmadas em laboratório, devemos modificar as transformadas de Galileu…que, entretanto, também são importantes … pois são a base de toda ‘Mecânica Clássica’… – que, portanto… deveria ser revista… – Este impasse foi resolvido em 1905 por Einstein… – Sua interpretação das “Transformadas de Lorentz” permitiu manter as equações de Maxwell inalteradas – mas, exigindo para isto… uma revisão total dos conceitos de tempo e espaço…tão fundamentais à ‘Mecânica Clássica’. **********************************************************************************  Simetria de Lorentz‘ é um “elemento-chave” … na própria descrição das partículas e forças elementares… – Quando combinada com os princípios da ‘mecânica quântica‘,  produz uma estrutura chamada Teoria Quântica de Campos…Nela toda partícula ou   força é descrita por um campo (correspondente a uma simetria de Lorentz) que permeia   o espaçotempo. O próprio ‘modelo padrão’ da física de partículas, incluindo todas forças não gravitacionais conhecidas, é uma ‘teoria quântica de campo‘. (Alan Kostelecky) **********************************************************************************

Sobre deformações do espaço-tempo (Orkut – Comunidade de Astronomia!)

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Cesar – Sob velocidades relativísticas… — o coeficiente de Lorentz faz com que o viajante em direção a uma estrela tenha seu percurso reduzido, e seu ‘tempo de contorno‘ esticado em relação a seu referencial. – Para um caso extremo (v=c) tal tempo externo ‘congelaria’ como um ‘horizonte de eventos‘… – Supondo que dentro de um buraco negro a partícula viajante sofresse uma aceleração até uma velocidade superluminar…por teoria, analogia, ou simetria, ela retornaria à sua trajetória pelo espaço-tempo?…E, o viajante, ainda com uma velocidade sub-liminar – tendo o seu percurso…assim como seu tempo de chegada, em relação à estrela reduzido, sofreria em seu referencial tais efeitos do ‘espaço-tempo’?

Bonin – Esse caso extremo não existe.

CesarToda singularidade possui um horizonte de eventos, isso presumo, faz parte da física teórica. O tempo é congelado num horizonte de eventos… até aí tudo bem!… certo? A velocidade da luz nesse caso, não seria uma singularidade para a partícula material?

Bonin – toda singularidade possui ‘horizonte de eventos’…isso presumo, faz parte da física teórica.”  — Até onde eu sei, isso é um ‘princípio’…chamado em inglês, de “cosmic sensorship hypothesis“… ou coisa assim…Não é algo provado a partir das equações de Einstein — mas aí…o Mario pode explicar melhor… – visto que RG é mais a praia dele.

“A velocidade da luz não seria uma singularidade para uma partícula material?”… Não. Na verdade, não entendo o que você quer dizer da velocidade com luz ser singularidade.  É verdade que…algumas quantidades divergiriam… – se a velocidade de uma partícula material pudesse ser igual à c. Um bom exemplo de tal quantidade seria o “fator gama”  de Lorentz…Mas o valor v=c não faz parte do domínio dessa quantidade pois, segundo    a “relatividade restrita” – uma ‘partícula massiva’ jamais pode atingir a velocidade da luz. – E isso não é uma hipótese, mas consequência da teoria.

Mario – No primeiro post do Cesar acho que ele comete um erro de interpretação. Para acelerar uma partícula até a velocidade da luz – é necessária uma quantidade energética tendendo a infinito… então… — não é possível que um corpo caindo no BN… tenha  v=c

A questão da ‘dilatação do tempo’, à medida que uma partícula teste se aproxima do BN, em relação a um referencial exterior ao buraco negro, se deve à curvatura espaço-tempo, que fica cada vez maior – à medida que a partícula se aproxima do horizonte de eventos. Aí, um sinal que a partícula mande para o seu observador que dure, por exemplo…1 seg,  no tempo próprio da partícula, é recebida pelo observador com duração cada vez maior.conjecturas gravitacionais

A Conjectura daCensura Cósmica‘, proposta por Roger Penrose em 1969, afirma que singularidades resultantes de um “colapso gravitacional” se escondem sempre no horizonte de eventos de um BN”. (Mauricio Richartz) 

Quando a partícula chega ao “horizonte de eventos” … – qualquer ‘sinal’ que mande para o observador leva um ‘tempo infinito’ para chegar a ele, ou seja, ultrapassando o horizonte o sinal jamais chegará. – Mas, isso não tem nada a ver com a ‘velocidade de aproximação’ da partícula; o fato dela atravessar o horizonte não significa que ela chega à velocidade da luz. E, além do que…a partir do momento que a partícula ultrapassa esse horizonte…nenhuma teoria física pode prever seu estado ou comportamento. Toda informação que possua é transformada, pelo BN… – em “entropia… – que é proporcional à sua área.

Sobre a…”hipótese do sensor cósmico, esta é mesmo uma hipótese que é levada muito a sério pelos físicos…Ela diz que não existe singularidade sem horizonte de eventos. Se esta hipótese… – que realmente não é prevista em teoria…for correta – então toda informação no “cone futuro” de um buraco negro ‘nu’ – torna-se inacessível para observadores fora desse cone de luz. – E…mais que isso… “sistemas físicos” dentro desse cone — tornam-se imprevisíveis…pois as teorias da física não valem por lá. – Como não observamos setores inobserváveis no universo … e nosso mundo parece ser “determinístico” (‘classicamente’) acredita-se que a hipótese seja verdadeira. Mas têm físicos que buscam formas de driblar essa hipótese em sistemas quânticos. Porém, essa é outra história…

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Até hoje ninguém sabia exatamente qual era o formato de um buraco negro. Mas, ainda que um deles nunca possa ser visto diretamente, agora já possível imaginá-los e desenhá-los no seu formato preciso. [Chris Reynolds]

CesarSuponho que o “buraco negro” nada mais é que um ‘acelerador de partículas‘ … as quais espiralam em tunelamento para dentro dele transformando sua dualidade, em um tipo de singularidade (radiação de Hawking).

Bonin – Partículas carregadas emitem radiação, ao serem aceleradas… Quando estas são atraídas para um buraco negro, são aceleradas…portanto, irradiam. Mas, isso não é tunelamento…Muito menos, transformar dualidade em singularidade.

Mario – Cesar…uma “singularidade” em Relatividade Geral tem um sentido matemático muito bem definido. Nós podemos dizer que existem singularidades no espaçotempo, por exemplo, mas não faz sentido dizer que a velocidade da luz para uma partícula material é uma singularidade…ou que a radiação é uma singularidade, neste contexto. Também não sei o que você diz com dualidades… É verdade que a energia de uma partícula com massa tende a infinito, à medida que ela se aproxima da velocidade da luz…Aí existe um sentido matemático dizer que a energia da partícula tem singularidade em v=c. Mas isso não tem nada a ver com singularidades que possam existir dentro de buracos negros… – Também não dá para dizer que radiação é uma singularidade por ‘andar’ à velocidade da luz… pois  a energia de radiação não possui essa ‘singularidade matemática’ das partículas massivas.

Cesar  –  a “dualidade” a que me refiro é da partícula/onda (c/ massa)…enquanto “singularidade” é a radiação (s/massa). – Aliás, vocês já repararam nesse artigo de            físicos brasileiros – dizendo que o efeito de ‘tunelamento’…em buracos negros não              se encontra fora de propósito… ‘É possível induzir o strip-tease de buracos negros’.

Bonin – Esses físicos brasileiros são do IFT, onde eu e o Mario fazemos doutorado.
Pelo pouco que eu entendo do assunto (o Mario sabe mais), a ideia deles é utilizar o tunelamento para investigar a…“cosmic sensorship hipothesis“. – Mas isso não tem          nada a ver com o fato da matéria carregada emitir radiação. No tratamento clássico          do elétron, sem nada de quântico, ele emite radiação do mesmo jeito. Portanto isso          não tem relação com a dualidade onda/partícula. Mais uma vez radiação não é      uma singularidade. Radiação nada mais é do que onda eletromagnética.

Cesar – inclusive a ‘radiação de Hawking’?

Mario –  Bonin tem razão. Matéria quente ao redor do buraco negro existe porque a aceleração a que é submetida faz com que se emita radiação de partículas carregadas eletricamente. O fenômeno não é quântico…Aliás, em buracos negros supermassivos,   como os que existem no centro de galáxias… – fenômenos quânticos são irrelevantes.

O que o Matsas e o André estão estudando é como um buraco negro pode revelar sua singularidade através de um fenômeno quântico (semiclássico é a expressão correta),       de tunelamento. Mas, esse mecanismo é ainda muito controverso, e ainda tem muito trabalho por ser feito… – pelo que o próprio Matsas nos disse no fim do ano passado.

Mais uma vez… buracos negros muito massivos não apresentariam essa possibilidade.
Radiação Hawking também é um fenômeno quântico irrelevante para buracos negros muito massivos. Aliás…é muito improvável que ela seja experimentalmente detetável.        E não é uma singularidade. p/consulta: ‘Na Boca de um BN’ (2002) ‘Singularidades expostas’ (out/2007) ‘É possível desnudar um BN’ (dez/2007)  “Onde ‘singularidades nuas’ são proibidas”  (jul/2017)  “SOBRE A NATUREZA DA LUZ” (Roberto Belisário)  *******************************************************************************

Sobre a aceleração do espaçotempo (astronomia! Orkut)

Cesar – a relatividade restrita nos dá a conclusão de que, para velocidades relativísticas, o vácuo do espaçotempo acelera um objeto proporcionalmente ao ‘parâmetro de Lorentz’ — RQ (1 – v²/c²), essa reação relativística seria consequência de algum tipo de “conservação da energia do espaço-tempo”?

energia

Alexandre — Não tenho tanta convicção nem conhecimento… mas creio que sim. Afinal algo deve estar sendo conservado para gerar aceleração… – não é mesmo?

Fernando – Não, na relatividade restrita o “espaço/tempo” não tem propriedades dinâmicas.

Cesar – Mas na relatividade geral, o espaçotempo é “deformado” pela ação da gravidade.

Fernando – Na RG tem ‘deformação‘ no espaçotempo… — mas falar de “conservação de energia” é algo complicado (estritamente falando, não tem sentido falar em conservação da energia)… E na RG — se um corpo está acelerado… — o ‘espaçotempo’ continua igual. Tecnicamente, quem modifica o espaçotempo é o tensor energia momento. Assim, dado um corpo qualquer se estiver acelerado ou não…isso não altera o espaçotempo, pois o tensor energia momento (e as equações da RG) são covariantes sob mudanças gerais de coordenadas (mudanças que incluem passar para um referencial acelerado, p. exemplo).

Cesar – Mas, isso tudo numa visão “macro”… — Se levarmos em conta as características quânticas do espaçotempo, talvez essa conservação faça sentido, assim como faz sentido uma aceleração de vácuo num carro de fórmula 1…

Fernando – Em escala de gravitação semiclássica (já que não temos ainda uma gravitação quântica), ainda assim não tem sentido em falar em conservação da energia. – Energia do vácuo não é energia do ‘espaçotempo’… — Vácuo não é ausência de matéria…  Essa é uma definição que funciona em situações, digamos cotidianas. Na física a definição precisa é o estado de mais baixa energia do sistema.

Cesar – Na física a definição precisa é o estado de mais baixa energia do sistema. Adotando essa definição, por que não “estado de mais baixa energia do espaçotempo”?

mecanica-quanticaFernando – Porque o vácuo…NÃO é o espaçotempo – entretanto… contribui no… – “tensor energia-momento“.

Cesar – Mas o vácuo não pode ser o “estado mais baixo de energia”        do “sistema espaçotempo“?

Fernando: Vácuo NÃO é espaçotempo.

Cesar – Não estou dizendo que o vácuo seja…”O sistema” espaçotempo,                          estou dizendo que o vácuo é um… “estado do sistema” espaçotempo.

Fernando – Qual seria o estado ‘mais baixo do espaçotempo’?…Talvez você possa dizer  que é quando o ‘tensor energia momento‘ é nulo em todo o espaçotempo, e sem ter constante cosmológica. Fora isso, o espaçotempo será dinâmico. – Por exemplo, com o tensor energia-momento zero… e com constante cosmológica – o espaçotempo é plano, mas em expansão. Ou então, se no ‘espaço plano’ se colocar uma componente de vácuo (aproximação semiclássica)… — também o espaçotempo pode expandir (…ou contrair).

O problema é que se tiver apenas gravitação, não existe estado de equilíbrio estático,        que se possa chamar de “mais baixa energia” (alem do problema de definir “energia”      que seja válido em todo o espaçotempo)… — E o espaçotempo plano…’sem nada’…é instável… – colocou algo… ele sai do equilíbrio – e entra em expansão ou contração.

Tensor energia momento é o termo que fornece as informações sobre a                      “matéria” e a “radiação” presente no ‘espaçotempo‘…Já a ‘constante                          cosmológica‘ é um termo adicionado por Einstein em suas equações, que                          alguns interpretam… — como estando relacionado à ‘energia do vácuo‘.

Cesar – A velocidade da luz é o limite de velocidade de um objeto material em um referencial espaçotempo, mas se esse referencial espaçotempo acelerar junto com                  o objeto, nesse caso então a velocidade resultante poderá ser maior que c… certo?

Fernando – Não diria que a velocidade da luz pode ser maior que c, mas sim, que            um corpo material — se movimentando a velocidade relativística num referencial espaçotempo poderá ter uma composição de sua velocidade… se o seu referencial                se acelerar junto com seu movimento… – Nesse caso, a sua velocidade poderia se        tornar… “superluminal“… — em relação a um outro… “referencial inercial“.

Cesar – Faz sentido para as equações da RG… se falar em                                                      energia gravitacional associada a um ‘potencial quântico’?

Fernando – Falar em energia em RG é algo que pode se tornar sem sentido. Isso porque a energia não é conservada em RG – por isso… dependendo do referencial escolhido – você acaba tendo resultados diferentes…  —  Tecnicamente…é a derivada covariante do ‘tensor energia momento’, e não é o divergente do tensor energia-momento que é zero. Mas você pode colocar um sistema quântico com dado potencial em RG…tomando certos cuidados. Como esse “campo quântico” vai alterar o ‘espaçotempo’ – terá “influencia gravitacional”.

Rodrigo na relatividade geral os eventos são previsíveis – todos os observadores, com uma transformação de Lorentz, vêm o mesmo efeito. Na Mecânica Quântica, a partir do    3º princípio, não havendo um observador, a evolução do sistema é regido pelaequação  de Schrödinger[1º) superposição; 2º) medida de grandeza; 3º) evolução do sistema.]  **********************************************************************************

Energia potencial gravitacional e a TRG (física/orkut)

Cesar… – Tenho uma dúvida sobre a possibilidade…de acordo com a TRG, do tempo variar, ao longo da altitude na Terra… com a variação da energia potencial gravitacional…Sabe-se que o tempo se “contrai” pela TRR — via ‘transformada de Lorentz’… e que se congela no ‘horizonte de eventos’ de um “Buraco Negro”. — Neste último caso, a causa do congelamento seria    a TRG?

Resposta 1 – O tempo dilata, você quer dizer…Alias, o intervalo de tempo comparado entre um observador em repouso e outro em movimento. E o tempo não “congela”, nem em TRR ou TRG, no horizonte de eventos, ou qualquer outro lugar. – Alguém em queda em direção ao BN vai continuar com seu relógio Tic-Tac, no mesmo ritmo.

Cesar – Corrigindo então…os efeitos da transformada de Lorentz, previstos pela TRR, para um viajante em relação a outro, a velocidades relativísticas, seriam… – o tempo passa mais devagar a velocidades relativísticas…e o espaço, se contrai… Dito isto, a 1ª dúvida colocada é se o tempo também sofre esse tipo de efeito…na TRG – em relação à variação de “energia potencial gravitacional”. Usando como exemplo a altitude em relação ao nível do mar…um relógio no cume do ‘monte Everest’ andaria mais lento…(ou depressa?…) em relação ao de um observador ao nível do mar?

Resposta 2 – Uma forma mais interessante de ver a contração do tempo — é trocarmos a medida do tempo em si pela observação da rotação da trajetória da luz. Vamos lá então…

Suponha que você esteja em repouso num referencial A…Se você apontar um laser na vertical verá um raio na vertical… Mas, num referencial B com movimento horizontal relativo a A, esse raio vai ser observado inclinado. (…B observa o tempo contraído em A). Porém existe uma simetria… – se tivermos um laser na vertical em B…em A o raio      será visto igualmente inclinado, e assim A observa o tempo contraído em B. Portanto:

O tempo local de um referencial externo é sempre observado contraído. Mas como o efeito é simétrico, a passagem de tempo é igual para todos.

Mas até aqui falamos apenas de movimento inercial, isto é…sem aceleração. Voltemos então ao caso de estarmos em repouso no referencial A, apontado um laser na vertical.    Só que agora esse referencial A… é uma nave… que está sendo acelerada na horizontal.      Aí pergunto…você ainda vai continuar vendo seu próprio raio na vertical? Não!…Você passa a ver seu raio fazendo uma curva parabólica…Ou seja, você observa seu próprio tempo local contraído!!!… – Portanto… o tempo está se contraindo “de verdade” num referencial sob aceleração. – E, quanto mais aceleração, menos retilíneo fica seu raio,        e mais contraído seu tempo. Logo, para maior gravidade o tempo passa mais devagar.tempo

Então voltando especificamente a sua pergunta… – Quanto mais alto,             maior a energia potencial, e menos intensa fica a gravidade. Portanto,     menos contração no tempo…que passa mais rapidamente…para você. *****************************************************************

A HISTÓRIA DO UNIVERSO E AS LEIS DA FÍSICA – (Orkut) dez/2006          “Gravitação não é uma força, mas a resultante de uma deformidade; o corpo continua a seguir movimento retilíneo… só que é uma reta encurvada pela deformação do espaço”. 

Gabriel – É com Einstein que podemos encontrar uma descrição mais aprofundada do ‘fenômeno gravitacional’… – Isso porque…a ‘gravidade’ não é uma força ‘stricto sensu’. Segundo Einstein…“ela é a necessária consequência da deformação do espaço graças à presença de energia” (não necessariamente massiva)…Energia deforma o espaço‘; essa conclusão é o corolário de seuprincípio de equivalência“. Ao deformar o espaçotempo…os corpos seguirão trajetórias de acordo com essa estrutura deformada, coincidente com a menor distância entre 2 pontos; mais conhecida como ‘geodésica‘.

Mas essa ‘geometrização da gravitação’, é encarada através de outro ponto de vista pelos físicos de partículas. Esses acreditam, que a gravitação – ao invés de ser geometrizada, é resultado de interações mediadas por ‘partículas fundamentais‘ – sendo a deformidade, apenas um efeito macroscópico – e, que no nível fundamental, o que se dá são, somente, trocas de partículas, interações quantizáveis. Entretanto, esse modelo encontra grandes problemas quanto à questão darenormalização” … (na tentativa de eliminar infinitos.) 

spacetime-diagram

Qualquer ponto de uma seção espacial possui a mesma idade. É nesse tempo universal que expressamos a idade do universo.

Tempo Universal (cosmológico global)

A descrição que a “relatividade geral” dá para o universo homogêneo e isotrópico em expansão, em termos de “coordenadas comóveis” … isto é, usando-se coordenadas… em relação às quais a matéria (em escala cosmológica) … se encontra em repouso … – contém um “tempo universal”, isto é… um tempo que é independente do local.

Tempo Universal (coordenado)

Também conhecido como…tempo civil…UTC (‘Coordinated Universal Time’) corresponde ao fuso horário de referência — a partir do qual se definem todas outras zonas horárias da Terra.

E assim, com a matemática rege tudo, tanto no Universo quanto na Terra, as leis físicas, como um conjunto de equações, ditam… a princípio… a história (“caótica”) do universo.

Leis físicas (definição)…Conjunto de equações matemáticas que descrevem fenômenos. Se derivarmos parcialmente estas leis, encontraremos várias equações matemáticas; pois leias físicas resultam da integração de várias destas equações. Se pensarmos que antes de existirmos, já existiam átomos, matéria, o universo já havia evoluído, já existia gravidade, e que a própria evolução seguiu uma linha matematicamente definida, podemos concluir que não fomos nós que criamos a matemáticapois, sendo a maior parte dos fenômenos independentes de observadores – esta que nos criou. Então, já existe algo que os rege…e, só é desconhecidoporque não há complexidade suficiente em um ser para descrevê-los.

Gravidade e unificação

Cesar – Já se tem a união teórica da força eletromagnética com a força fraca…(força eletrofraca)… e se tenta a unificação da força forte com a eletrofraca (GUT)  —  para posterior ajustamento com a gravidade. Mas então, simetricamente, por que não se poderia pensar na vinculação da força forte (nuclear) com a gravidade? — Sabemos             que a gravidade é a mais fraca das forças… – mas isso não poderia ter sido causado          por um certo tipo de… ‘diluição’… causada justamente pela expansão inflacionária?

Diego – Quanto a unificação se dar primeiramente nas forças de escala atômica… é exatamente porque elas que se interagem primeiramente. Na escala mencionada, a gravidade não faz nada… – enquanto a eletromagnética, forte e fraca…agem juntas.         Logo, deve-se primeiramente unir estas 3 forças…antes de se pensar em gravidade.              A inflação trouxe muitas consequências ao espaçotempo, ‘esgarçou’ muito ele, mas          não saberia fazer um esboço disso…e suas consequências – em relação à gravidade.  *****************************************************************************

“Gravidade f(R)” x “Relatividade Geral”                                                                             “Um estudo questiona os argumentos da hipótese gravidade f(R)… O outro, mostra que      a teoria de Einstein funciona para vasta gama de tempos e distâncias, em todo cosmos”. 

chandra-einstein

A região estudada cobre uma área do céu de 29 minutos de arco (cerca de 5 milhões de anos-luz).

Dois novos estudos independentes, ambos utilizando observações de ‘aglomerados galáticos‘ – os maiores objetos cósmicos unidos pela gravidade…colocaram à prova  a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, como nunca feito antes. Realizados  com a ajuda doTelescópio Espacial Chandrada NASA, que faz a varredura do universo na frequência de ‘raios X’ … os experimentos mostraram – talvez… sem muita surpresa, que a teoria de Einstein, ainda é a melhor ‘ferramenta disponível – para entender o Cosmos… — expandido em “larga escala”.

Gravidade f(R)

Na teoria f(R), a aceleração cósmica não vem de uma forma exótica de energia, mas de uma variação da “força gravitacional”. Tal força modificada também afeta a taxa na qual pequenos aglomerados de matéria podem crescer ao longo do tempo… para se tornarem grandes “aglomerados de galáxias”… – abrindo a possibilidade de um teste para a teoria.  Fabian Schmidt, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, e colegas, usaram estimativas   de massa de 49 aglomerados galáticos no ‘Universo local’… – a partir de observações no ‘Chandra’, e as compararam com previsões do modelo teórico; com estudos da ‘radiação cósmica de fundo’…e ainda com a distribuição de supernovas, e galáxias em larga escala.  Nenhuma evidência foi encontrada de que a ‘gravidade‘ seja diferente do previsto pela Relatividade Geral a escalas maiores que 130 milhões de anos-luz. Tal limite representa uma melhoria de 100 vezes sobre limites do alcance da força gravitacional modificada, estabelecidos sem uso dos dados de aglomerados galáticos – De acordo com Schmidt:

“Esta é a mais forte restrição já feita sobre uma teoria alternativa para a                          Relatividade Geral nessas grandes escalas de distância… – Os resultados                            mostram que podemos sondar…rigorosamente…a gravidade, em escalas                            cosmológicas… – por meio da observação desses aglomerados galáticos.”

A razão para esse ganho dramático em precisão é a forte atuação da gravidade sobre   aglomerados galácticos…em contraste com a expansão universal de fundo. A técnica também…promete ser um bom teste para outros cenários modificados da gravidade.

“Relatividade Geral”em escala cósmica                                                                            “A teoria de Einstein teve sucesso de novo, desta vez no cálculo de quantos superaglomerados se formaram pela atração gravitacional, ao longo dos                          últimos 5 bilhões de anos. — Nossos resultados representam o mais eficaz                          teste…já realizado…da – ‘Relatividade Geral’… em escalas cosmológicas”.

Imagem do aglomerado de galáxias Abell 1689, com a distribuição de massa da matéria escura sobreposta na área central do gigantesco aglomerado (em roxo) http://actividadesonline.blogspot.com.br/2013/09/descoberta-maior-populacao-conhecida-de.html

Imagem do aglomerado de galáxias Abell 1689, com a distribuição de massa da matéria escura sobreposta (em roxo) na área central do gigantesco aglomerado.

O 2º estudo…também reforça o poder explicativo da Relatividade Geral… ao testá-la, diretamente, por distâncias e tempos cosmológicos. Até agora a RG  tinha sido testada… apenas através de experimentos de laboratório… para as escalas do sistema solar, deixando em aberto a chance…de não funcionar em escalas muito maiores… – Até que um  grupo de pesquisadores…da ‘Stanford University’, comparou as observações        do “Chandra”… – de quão rápido – os aglomerados de galáxias têm crescido        ao longo do tempo…com previsões da      ‘RG‘. O resultado alinhou observação      com teoria quase 100%…e, o chefe da equipe, David Rapetti assim concluiu:

“Aglomerados galáticos são muito importantes… na busca por uma melhor compreensão total do Universo…Por serem as observações de suas massas, diretamente sensíveis à gravidade, nos dão cruciais informações cósmicas”.

Outras técnicas, como observações de supernovas, ou distribuição das galáxias ao longo de distâncias cósmicas, apenas dependem da taxa da expansão cósmica. Já a técnica utilizada por Rapetti… – também mede…a “taxa de crescimento da estrutura cósmica, mas pela gravidade. Para Adam Mantz… do Centro Espacial Goddard, NASA – e, coautor do estudo:

“A aceleração cósmica representa, para nossa compreensão física, um enorme desafio. Medições da aceleração mostram o quão pouco sabemos sobre a gravidade, em escalas cósmicas – porém, agora… – começamos a empurrar nossa ignorância para um pouco mais longe”. ## (Texto base – abril/2010) ## p/consulta: “Interações Dinâmicas” ## **********************************************************************************

sobre-gravidade

(Sandbox Studio/Ana Kova)

6 fatos sobre a gravidade (mar/2012)

A “gravidade” determina a estrutura do Universo – governando o movimento dos planetas em torno de estrelas…mantendo as galáxias coesas e tudo o mais. Mas não sabemos tudo sobre ela, como p/exemplo,  a…’forma exata’…com que ela se ‘encaixa’ com outras forças fundamentais (forças ‘fraca’ e ‘forte’e, o eletromagnetismo).

Quando queremos explicar fenômenos, desenvolvemos teorias. E, nesse caso, a Teoria Geral da Relatividade de Einstein — é uma das teorias mais bem-sucedidas que temos. Assim, para começar a procurar pelo que ainda não sabemos…é bom fazer um resumo daquilo que já sabemos… – ou acreditamos saber – sobre a… “força da gravidade”.

1. Gravidade é de longe a força mais fraca que conhecemos

A gravidade apenas atrai – não há nenhuma versão negativa da força para separar as coisas. – E, embora a gravidade seja forte o suficiente para manter as galáxias coesas,          ela é tão fraca que cada um de nós a vence o tempo todo – Ao segurarmos um livro,      por exemplo, derrotamos a…força da gravidade…que toda a Terra exerce sobre ele.

Para comparação, a ‘força elétrica‘ entre um elétron e um próton dentro do átomo é aproximadamente 10e39 de vezes mais forte do que a atração gravitacional entre eles.        Na verdade…a gravidade é tão fraca… que não sabemos exatamente o quão fraca ela é.

2. Gravidade e ‘peso’ não são a mesma coisa

Os astronautas flutuam dentro da Estação Espacial, e comumente se chama isso de gravidade zero. Mas isso não é verdade…Calcula-se que, na altitude de aproximadamente 400 kms – onde fica a ‘ISS‘, a força da gravidade exercida pela Terra corresponda ainda a 90% da que sentimos aqui no chão Como essa “queda” é compensada por um movimento ‘na horizontal’ — o resultado é que a ‘ISS’ passa a girar em torno da Terra, sem “peso” … (força que o solo exerce de volta sobre nós…aqui embaixo na Terra).

Pegue uma balança e fique sobre ela num elevador enquanto este desce e sobeSeu peso irá oscilar, e você sentirá o elevador acelerando e desacelerando… – a força gravitacional, no entanto, será sempre a mesma. Em órbita, por outro lado, os astronautas se movem junto à Estação Espacial, sem nada a empurrá-los contra a nave para fazer peso. Einstein transformou tal ideia junto à Teoria da Relatividade Especial, na sua ‘Relatividade Geral’.

3. Gravidade forma… ‘ondas‘… que se movem à velocidade da luz                      Uma consequência da Relatividade, é que nada pode viajar mais rápido que                            a velocidade da luz no vácuo. Pela teoria isso vale também para a gravidade.

A Relatividade Geral prevê ondas gravitacionais. No caso de 2 estrelas anãs brancas, 2 estrelas de neutrons, ou 2 buracos negros, travados numa órbita mútua, eles lentamente      se aproximarão…à medida que as ondas gravitacionais retiram energia do sistema duplo. Com efeito a Terra também emite ondas gravitacionais conforme orbita o Sol, mas nesse caso, na verdade, a perda de energia é muito pequena – para podermos notar…ou medir.

Havia indícios indiretos das ondas gravitacionais há 40 anos, mas o Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferometria a Laser (“LIGO”) só confirmou o fenômeno      neste ano…Os detetores captaram uma explosão de ondas gravitacionais – pensadas      inicialmente como tendo se originado de uma brutal colisão de dois ‘buracos negros’.

4. Comportamento microscópico da gravidade colocou físicos em loop                As outras três forças fundamentais da natureza (eletromagnetismo, força fraca                  e força forte) são descritas por teorias quânticas na menor das escalasPorém,                ainda não logramos uma teoria quântica…totalmente funcional…da gravidade.

Uma das linhas de pesquisa é chamada de  ‘Gravidade Quântica em Circuito Fechado‘  (Loop Quantum Gravity), usando técnicas  da física quântica, na descrição estrutural    do espaçotempo. Ela propõe ser este…nas    escalas ínfimas… – formado de partículas,    sobre uma estrutura flexível — como rede.

Isso faz a gravidade quântica em loop descrever o efeito da gravidade em escala    muito menor do que a do núcleo atômico.

Outra abordagem famosa é a Teoria das Cordas, segundo a qual partículas,                        incluindo os grávitons – são consideradas vibrações de cordas… enroladas                          em microdimensões. Contudo, atualmentenem a gravidade quântica em                    loop…a Teoria das Cordas…ou qualquer outra teoria – é capaz de fornecer                      detalhes testáveis… — sobre o comportamento microscópico da gravidade.

5. A gravidade pode ser transportada por partículas sem massa (grávitons)

Estamos falando sobre o que “sabemos” da gravidade. No ‘Modelo Padrão’ as partículas interagem umas com as outras através de outras partículas portadoras de força. O fóton, por exemplo, é o portador da força eletromagnética…enquanto as partículas hipotéticas para a gravidade quântica seriam os…”grávitons”…havendo inclusive algumas ideias de como eles devem operar a partir da‘Relatividade Geral’. Como os fótons, os grávitons provavelmente não têm massa, pois se tivessem, os experimentos deveriam ter captado algo, o que não descarta uma massa ridiculamente pequena…para não afetar aparelhos.

espelho-gravidade-quantica

Pulso de laser usado para testar um espelho em busca de possíveis efeitos da gravitação quântica. [Ilustração: Jonas Schmoele/VCQ/University of Vienna]

6. Gravidade quântica surge no menor comprimento possível

Numa comparação com as demais “forças fundamentais” a gravidade é muito fraca; contudo quanto mais próximos 2 objetos estão, mais forte ela se torna… Em última análise, ela consegue atingir aintensidade’ das outras forças a uma distância muito pequena… 10-²º vezes menor que o núcleo atômico – virtualmente pois, impossível de – experimentalmente ser comprovada… – mais conhecida como… – “comprimento de Planck“.

É aí que os efeitos da gravidade quântica serão fortes o suficiente para se conseguir medi-los, porém é tudo pequeno demais para qualquer experimento imaginável hoje. – Alguns físicos têm proposto algumas teorias que permitem que a gravidade quântica se revele perto da escala dos milímetros, mas até agora esses efeitos não foram detectados. Outros físicos têm imaginado diversas formas criativas de como fazer para amplificar os efeitos da…”gravidade quântica” – entretanto…todas elas ainda sem sucesso. (texto base*********************************************************************************

Por que a gravidade não é como as outras forças  (jun/2020)                                      A física conseguiu rastrear 3 das quatro forças fundamentais da natureza até suas origens, em partículas quânticas – a eletromagnética… e as forças nucleares fortes e fracas. Mas, a 4ª força fundamental, a gravidade, é diferente. Perguntamos então a 4 físicos por que a gravidade se destaca entre todas as forças da natureza…Obtivemos 4 respostas diferentes.

GravityNossa base atual para entender a gravidade, criada há um século — por Albert Einstein — nos diz que maçãs caem de árvorese planetas orbitam estrelas, porque se movem ao longo de curvas (geodésicas) no espaço-tempo contínuo. Segundo Einsteingravidade é uma característica do meio“espaço-tempo” – e as outras forças da natureza atuam nesse palcoMas, perto do centro de um ‘buraco negro’ ou nos 1ºs momentos do universo…as equações de Einstein colapsam. É então, necessária uma melhor representação da “gravidade”.

Para descrever com precisão essas situações extremas, essa mais apropriada teoria deve, em qualquer outro lugarfazer as mesmas previsões que as equações de Einstein fazem.    Os físicos acham que nessa nova teoria, a gravidade…conforme todas as outras forças da natureza, deve ter forma quântica, e essa busca por uma…”teoria quântica da gravidade” vem desde os anos 30. Algumas promissoras ideias já foram ventiladas, e entre essas, se destaca a…“teoria das cordas”…que afirma que a gravidade, assim como todos os outros fenômenos naturais, surgem de minúsculas…”cordas vibrantes“. Mas, até agora…tais possibilidades permanecem conjecturais, e parcialmente compreendidas. – Uma ‘teoria quântica da gravidade’ – ainda em andamentoé talvez o objetivo maior da física atual.

O que torna a gravidade única?… O que há de diferente na 4ª força, que                      impede os pesquisadores de encontrar sua descrição quântica subjacente?                        Temos 4 diferentes respostas de 4 pesquisadores da “gravidade quântica”:

a) Gravidade produz singularidades                                                                                    “A relatividade geral é notável por prever sua própria queda”. (Claudia de Rahm)

Claudia de Rham, física teórica do “Imperial College London” – tendo trabalhado              em teorias dagravidade massiva– hipótese que postula…”partículas massivas”,        como as unidades quantificadas da gravidade – assim comentou sobre o assunto:                  A ‘relatividade geral‘ de Einstein descreve corretamente o comportamento da gravidade em cerca de 30 ordens de magnitude, desde escalas submilimétricas, a distâncias cosmológicas. – Nenhuma outra força da natureza foi descrita com tal                  precisão…e sob tanta variedade de escalas. – Com enorme nível de concordância experimental e observacional — a RG parece fornecer a descrição definitiva da gravidade. Mas, a relatividade geral é tão notável…que prevê sua própria queda”.

singularidadeA relatividade geral permite previsões de buracos negros, e do Big Bang…na origem  do Universo. Contudo, assingularidadesnestes pontos onde a curvatura do espaço-tempo parece se tornar infinita, sinalizam limites de aplicabilidade… – Quanto mais próximo do centro do ‘buraco negro’ – ou  do início do Big Bang, menor o poder da “relatividade geral”  em fazer…’previsões’.  Se a gravidade fosse outra “força natural” qualquer poderíamos investigá-la ‘mais a fundo’, com energias cada vez maiores, e distâncias menores. – Mas, a gravidade é uma “força incomum”. Desvendar seus segredos para além de certo ponto…pode colapsar num buraco negro…o próprio ‘aparelho experimental’…É preciso então fundamentar melhor o…”espaçotempo“.

b) Gravidade proporciona buracos negros                                 . 

Daniel Harlow, teórico da “gravidade quântica” no “Instituto de Tecnologia                            de Massachusetts”, é mais conhecido por aplicar a teoria da informação                      quântica ao estudo da gravidade e buracos negrosConforme suas ideias:

“Buracos negros só podem ser uma consequência da gravidade, porque esta é a única força que é sentida por toda sorte de matéria — Havendo algum tipo de partícula insensível à gravidade, poderíamos usá-la para enviar uma mensagem do interior do buraco negroe então, ele não seria realmente “negro”. O fato de toda matéria sentir a gravidade introduz uma restrição no tipo de experimentos possíveis: seja qual for o aparelho construído (não importa do que seja feito)…não pode ser muito pesado, ou colapsará gravitacional em um buraco negro. Tal restrição é irrelevante em situações cotidianas – mas se torna essencial em possíveis experimentos para medir “propriedades quântico-mecânicas” da gravidade”.

Nossa compreensão das outras forças da natureza baseia-se no…’princípio da localidade’, que diz que as variáveis ​​que descrevem o que acontece em cada ponto do espaço (como a força do campo elétrico lá), podem todas variar independentemente. – Além disso, essas variáveis, que chamamos…graus de liberdade…só podem influenciar diretamente sua vizinhança imediata. A localidade é importante na forma como atualmente descrevemos partículas e suas interações, porque preserva relações causais  se os graus de liberdade em Cambridge…Massachusetts – dependerem dos graus de liberdade em San Francisco, podemos usar essa dependência para alcançar uma comunicação instantânea entre as 2 cidades, ou até enviar informações ao passado – com possíveis violações da causalidade.

A hipótese da “localidade”…[v(luz) = cte] foi bem testada em ambientes comuns, e parece natural supor, que se estenda até distâncias bem curtas…relevantes para a gravidade quântica (pois a “gravidade” é muito mais fraca que as outras forças). Para confirmar que a localidade persiste nessas escalas de distânciaprecisamos construir um aparato… capaz de testar a independência dos graus de liberdade, separados por estas “ínfimas distâncias”.

No entanto, para tal aparelho ser pesado o suficiente – tentando evitar grandes flutuações quânticas em sua posição (o que arruinaria o experimento) também necessariamente será pesado o bastante para colapsar num ‘buraco negro’. – Assim, experimentos confirmando a localidade nessa escala não seriam possíveis. Desse modo, a gravidade quântica, em tais escalas de comprimento inferior, não precisaria respeitar o…”princípio da localidade“.

De fato, nossa compreensão de buracos negros até agora sugere que qualquer teoria da gravidade quântica deveria ter substancialmente menos “graus de liberdade” do que se supõe, com base na experiência com as outras forçasEssa ideia está sistematizada no “princípio holográfico”…que diz, grosso modo, que o número de graus de liberdade em  uma região espacial é proporcional à sua “área de superfície” – em vez de seu “volume”.

c) Gravidade cria algo do nada                                                                                            Quando consideramos a gravidade, descobrimos que a expansão do                                  universo parece produzir mais dessa “substância de vácuo” do nada.

Juan Maldacena, teórico da gravidade quântica no ‘Instituto de Estudos Avançados’          de Princeton, Nova Jersey — mais conhecido por descobrir uma relação holográfica        entre gravidade e mecânica quântica – também faz seu comentário sobre o assunto:

Partículas podem exibir muitos fenômenos interessantes e surpreendentes. Podemos      ter criação espontânea de partículas, emaranhamento entre os estados das partículas  distantes entre si, e partículas em uma superposição de existência em vários locais.      Na gravidade quântica, o próprio espaçotempo se comporta de novas maneiras. Em      vez da criação de partículas, temos a… “criação de universos”. — Considerando então,      que o emaranhamento cria conexões entre regiões distantes do espaço-tempo, temos “superposições de universos” contendo diferentes geometrias espaço-temporais.

Do ponto de vista da física de partículas, o vácuo do espaço é um objeto complexo. Podemos imaginar muitas entidades chamadas…”campos”…sobrepostos uns aos          outros…se estendendo por todo espaço…O “valor escalar” correspondente de cada        campo está constantemente flutuando a curtas distâncias. Fora deles…e de suas interações, o estado de vácuo emerge. As partículas são distúrbios neste estado              de vácuo. Podemos imaginá-las como mínimos defeitos dessa estrutura do vácuo.

Quando consideramos a gravidade…descobrimos que a expansão do universo parece produzir mais dessa “substância de vácuo” do nada. Quando o espaçotempo é criado, acontece dele se encontrar no estado correspondente ao “vácuo absoluto”. Como o    vácuo aparece precisamente no arranjo correto…é uma das principais perguntas que precisamos responder para obter uma descrição quântica consistente dos…buracos negros e da “cosmologia”. – Nestes dois casos, existe um tipo de “alongamento” do espaço-tempo… – que vai resultar na criação de mais substâncias…a partir do vácuo.

d) Gravidade não pode ser calculada                                                                                    Nas teorias quânticas, termos infinitos aparecem ao tentarmos calcular                            como partículas muito energéticas se dispersam … e interagem entre si.

Sera Cremonini, física teórica da Universidade de Lehigh, que trabalha com “teoria das cordas”, “gravidade quântica” e “cosmologia”…explica que existem muitas razões pelas quais a gravidade é especial — focando em um único aspecto … na ideia de que sendo a versão quântica da relatividade geral de Einstein não-renormalizável…isso acarreta notáveis implicações em relação ao comportamento da ‘gravidade’ – em altas energias.

experimento-com-gerador-de-van-der-graff

Movimento de partículas negativamente carregadas atraídas pela esfera carregada positivamente de um gerador van de Graaff. Quando a carga está se afastando da esfera e diminuindo a velocidade, sua energia cinética está diminuindo e a energia está sendo armazenada no campo elétrico local à medida que esse campo é estendido. Quando a carga está se movendo na direção da esfera e acelerando, sua energia cinética aumenta à medida que a energia antes armazenada no campo estendido é liberada.

Em teorias quânticas termos infinitos surgem… ao tentarmos calcular como partículas energéticas se dispersam e também interagem entre si… ‘Teorias renormalizáveis’ – incluindo todas as forças da natureza, exceto ‘gravidade’, podem remover esses infinitos – com contra-termos…outras quantidades, que os cancelam, contrabalançando. Esse processo de ‘renormalização‘, dá respostas — que concordam com a experiência com bastante precisão.  O problema da “versão quântica”…da relatividade geral é que os cálculos, descrevendo interações de ‘grávitons’  (unidades quantizadas de ‘gravidade’, muito energéticas) – teriam infinitos termos infinitos; e a ‘renormalização’ falharia… Por isso, a versão quântica da relatividade geral de Einstein não    descreve a gravidadepara energias muito altas. Devem estar faltando ainda alguns ingredientes principais.

Não obstante, em energias mais baixas, ainda podemos ter uma ótima aproximação na descrição da gravidade, usando técnicas quânticas padrão, que funcionam para outras interações da natureza. O ponto crucial é que essa descrição aproximada da gravidade,      se decompõe acima de certo valor de energia, ou abaixo de determinado comprimento    (de onda). Acima dessa escala de energia…ou abaixo do comprimento correspondente, esperamos encontrar novos graus de liberdade, e novas simetrias. Para capturar esses recursos com precisão, necessitamos um novo arcabouço teórico. É exatamente aí que entra a teoria das cordas…onde a distâncias muito curtas, veríamos grávitons e outras partículas elementares como objetos com extensão (cordas). Atingir tal cenário…pode      nos ensinar lições valiosas sobre o comportamento quântico da gravidade. (texto base)

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
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Uma resposta para De onde vem a Gravidade…prof. Minkowski?

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