Teorias & Práticas do ‘espaço/tempo’

“Tempo é o desenrolar… e, o espaço… o desenrolado.”  (Henri Bergson)

Um fóton (violeta) carrega um milhão de vezes mais energia do que o outro (amarelo). Ainda assim eles chegaram virtualmente juntos. [Imagem: NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet]

Um fóton (violeta) carrega um milhão de vezes mais energia do que o outro (amarelo). Ainda assim eles chegaram virtualmente juntos.
[NASA/Sonoma University/Aurore Simonnet]

Alguns teóricos preveem atrasos nas viagens dos fótons de alta energia  –  pelo fato destes interagirem mais fortemente com a natureza espumosa… – proposta para o ‘espaçotempo’.

No entanto, dados do ‘telescópio Fermi’ para 2 fótons de uma mesma ‘GRB’…(explosão de raios gama), com grande variação de energia entre eles, não mostraram esse efeito…o que ocasionou a exclusão… para alguns modelos, de uma nova teoria gravitacional.

Para Peter Michelson…Stanford University: “Os físicos gostariam de substituir a “visão da gravidade” das teorias relativísticas de Einstein…por algo que relacionasse todas forças fundamentais… – Há, porém, muitas ideias – mas poucas formas de testá-las.”

Muitas abordagens para novas teorias da gravidade imaginam o espaçotempo como tendo uma amorfa estrutura espumosa, em escala física trilhões de vezes menor que um elétron. Alguns modelos previam que o ‘aspecto espumoso do espaçotempo faria com que raios gama de alta energia se movessem um pouco mais lentamente que fótons de baixa energia.

Tal modelo contudo, contraria diretamente as previsões de Einstein de     que toda radiação eletromagnética… – ondas de rádio, infravermelho,     luz visível, raios X e gama…viajam no vácuo com a mesma velocidade.

Confirmando Einstein

Em 10 de maio de 2009, o Fermi, e outros telescópios orbitais detectaram uma pequena explosão de raios gama — denominada GRB 090510. Astrônomos atribuem este tipo de explosão à colisão de estrelas de neutrons…Observações locais confirmaram que o evento ocorreu em uma galáxia a 7,3 bilhões de anos-luz de distância.

Dos muitos fótons de raios gama detectados pelo telescópio Fermi durante os 2,1 segundos de explosão, 2 possuíam energia com intensidades diferindo em mais de 1 milhão de vezes. Ainda assim, após viajar 7,3 bilhões de anos… chegaram só com 0,9 segundos de diferença. Para Michelson:

“Este resultado descarta qualquer abordagem alternativa para uma teoria da gravidade que inclua variações na dependência de energia da luz…Com erro de 1 em 100 trilhões — esses 2 fótons viajaram na mesma velocidade.”

O telescópio Fermi

Em seu 1º ano de operações, o telescópio espacial Fermi de Raios Gama da NASA mapeou  o  céu  com  uma resolução sem precedentes. Ele capturou mais de 1.000 fontes discretas de ‘raios gama‘ – a mais alta forma de ‘energia eletromagnética’.

Digitalizando o céu inteiro a cada 3 horas, o LAT (Large Area Telescope) está dando aos cientistas do Fermi um olhar cada vez mais detalhado e criativo do universo. Segundo Julie McEnery do Centro Goddard/NASA: “Descobrimos mais de mil fontes constantes de raios gama … 5 vezes o nº anteriormente conhecido…sendo quase metade delas, de objetos já detectados em outros comprimentos de onda”… e seu colega Jon Morse, também da NASA…complementou:

“A equipe do Fermi fez ótimo trabalho ao justar o instrumento, e iniciar as observações. Agora, o telescópio Fermi está mais do que cumprindo sua promessa científica, de fazer descobertas de impacto sobre o universo extremo… — coroando todas estas realizações, com uma medida que nos forneceu evidências experimentais inéditas sobre a estrutura do espaçotempo coerentes à teoria de Einstein”. ##### ‘texto base’  ##### (Out/2009) *********************************************************************************   

Espaço e tempo de volta às raízes newtonianas  (novembro 2009)

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Petr Hořava… físico da Berkeley, defendeu nova “teoria quântica da gravidade”…(‘É tudo, diz ele, uma questão de tempo!…’)        

Mais especificamente, a questão é a forma com que o tempo…se vincula ao espaço na gravitação de Einstein.

Este…que notoriamente, repudiou a noção newtoniana… de que o tempo é independente e absoluto… Em vez disso…replicou que o tempo é outra dimensão – entrelaçada com o espaço, num tecido maleável, a ser distorcido pela matéria.

O  problema é que… – na mecânica quântica, o tempo mantém sua indiferença newtoniana – fornecendo o palco contra o qual a matéria         se movimenta – mas…nunca sendo afetado por sua presença. Estas 2 concepções de tempo não se misturam.

A solução, diz Hořava é cortar os fios que ligam o tempo ao espaço em energias muito altas, tais como aquelas encontradas no início do universo…onde dominavam as regras     da gravidade quântica. E assim, ele argumenta…“Eu estou voltando à ideia original de Newton, em que tempo e espaço não são equivalentes…A relatividade geral, a baixas energias, emerge deste quadro subjacente…e o tecido do espaçotempo se reconstitui”.

Hořava compara esta situação à forma como algumas substâncias exóticas mudam         de fase. – Por exemplo, a baixas temperaturas as propriedades do hélio líquido se transformam drasticamente… — tornando-se num ‘superfluido’, imune à fricções.

De fato ele se aproveitou dessa ‘matemática de mudanças de fase’ para construir sua “teoria da gravidade”. E até agora parece estar funcionando… – as infinidades que afligem outras teorias de gravidade quântica têm sido atenuadas – e a teoria produz       grávitons “bem-comportados” – que parecem melhor corresponder às simulações computacionais da gravidade quântica.

http://www.scratchtheweb.com/2012/11/free-space-simulaotrs-explore-universe-softwares.html

Testar teorias da ‘gravidade quântica’ em laboratório apenas é possível… – com simulações computacionais.

Seguindo nessa direção, Jan Ambjörn…do Instituto Niels Bohr/Copenhague, e equipe, têm usado ‘simulações’ para, através de “espaços-tempos” construídos segundo unidades naturalmente ‘autorganizadas’, modelar a ‘gravidade quântica’.

Assim, já conseguiram criar um ‘espaço-tempo’ de 4 dimensões, estável para grandes distâncias. Porém, ao estenderem os resultados para curtas distâncias…encontraram um fato bizarro; seu universo…estranhamente… – parece se reduzir a 2 dimensões… – Mas como assim?…

Hořava acredita que esta “queda dimensional” marca o ponto em que a ‘relatividade geral’ surge em sua teoria da gravidade. Em seu modelo, os elos que forçam tempo e espaço a se esticar em uníssono… – para altas energiase curtas distânciassão removidos.

Em artigo publicado na Physical Review Letters, ele explica que… – dentro deste estágio,   o espaço se expande tão rapidamente quanto o tempo…em apenas uma terça parte deste. Para Hořava — “As 3 dimensões espaciais simulam — efetivamente… — tão somente uma dimensão relativística normal, fazendo parecer que 2 dimensões desapareceram”.

Gravidade Quântica

Os primeiros resultados práticos… de modelagem dessa teoria da gravidade quântica — recentemente aplicada ao ‘movimento planetário‘…segundo o astrofísico… Francisco Lobo… — da Faculdade de Ciências, ‘Universidade de Lisboa’… — foram positivos.

Outros pesquisadores tiveram ideias mais ousadas…para testar a teoria – como explicar a singularidade do big-bang, onde as leis tradicionais da física colapsam. Robert Brandenberger, cosmólogo da Universidade McGill/Canadá, em artigo publicado na ‘Physical Review’, assim justifica:

“Se a nova gravidade for verdadeira, então o universo não explodiu, ele deu um salto… – Um universo cheio de matéria irá se contrair até um pequeno, mas finito tamanho… e, em seguida, saltar para fora outra vez…resultando no cosmos em expansão que vemos hoje”.

Seus cálculos mostram que ondulações produzidas pelo salto coincidem com deteções pelos satélites que medem a radiação cósmica de fundo. E, agora…ele está à procura         de vestígios que possam caracterizar o salto… — a partir do big bang.

A nova teoria da gravidade também pode criar a ‘ilusão da matéria escura‘, como diz o cosmólogo Shinji Mukohyama…da Universidade de Tóquio. — Na ‘Physical Review’…ele explica que, em determinadas circunstâncias, o gráviton flutua, como se interagisse com   a matéria normal – provocando uma interação gravitacional um pouco mais forte do que   o esperado na ‘relatividade geral’… “podendo fazer com que as galáxias pareçam conter mais matéria do que, realmente, pode ser visto.”

Splitting Time from Space—The Evidence  # #  ‘Splitting time from space’ – The Theory  ******************************************************************************** Espaço discreto – em um mar de spin   (29/03/2011)                                                “Embora totalmente remodelada – a Geometria continua sendo a janela                            para a compreensão do mundo.” (L. Mlodinow — ‘A janela de Euclides’) 

Normalmente…se considera que o espaço seja infinitamente divisível; isto é, dadas 2 posições quaisquer     — sempre haverá alguma posição intermediária…  —  …entre elas…

Chris Regan…e M. Mecklenburg,         da Universidade da Califórnia —        não pensavam nem em questões cosmológicas… nem em questões puramente matemáticas, quando começaram a estudar uma forma       de criar transistores de grafeno… ultrarrápidos.

Mas – acabaram descobrindo que pensar o espaço como um conjunto de localidades discretas, como os quadrados de um tabuleiro de xadrez, pode explicar como estruturas pontuais como os elétrons, que não possuem um raio finito, apresentam um momento angular intrínseco, ou spin.

O surgimento do spin pode ser explicado – dizem os pesquisadores, se a partícula habitar um espaço com 2 tipos de posições – como os quadrados claros e escuros de um tabuleiro. O spin parece emergir se esses quadrados estiverem tão próximos uns dos outros, que sua fronteira não possa ser localizada, se não existir um ponto intermediário entre eles…Para Regan “O spin do elétron pode surgir, porque o espaço em distâncias muito pequenas não é liso e contínuo, mas segmentado, como um tabuleiro de xadrez.” 

O spin do elétron

O elétron possui 2 estados… – “spin up”, e “spin down”. – O fato do spin do elétron ter apenas 2 valores  –  e não 3, ou 4 … ou infinitos – ajuda a explicar a “estabilidade da matéria”, a natureza das ‘ligações químicas’… e…outros fenômenos fundamentais.

No entanto, a explicação de como, exatamente…o elétron desenvolve essa propriedade…entendida como um ‘movimento rotacional‘…ainda é desconhecida.

Se o elétron tivesse um raio, sua superfície viajaria a uma velocidade maior do que a da luz…violando assim a “Teoria da Relatividade”. – Além disso, vários experimentos têm mostrado que o elétron não possui raio… –  supondo-se então…que seja assim como uma partícula puramente pontual… sem qualquer superfície, ou estrutura que pudesse eventualmente girar.

O físico Paul Dirac mostrou, em 1928, que o spin do elétron é intimamente relacionado com a estrutura do espaçotempo. – Seu argumento combina mecânica quântica…com a Relatividade Especial… teoria de Einstein do espaçotempo. Mas a equação de Dirac não acomoda meramente o spin – ela exige sua existência. Porém…embora mostre que a mecânica quântica relativística exige o spin… a equação não explica como a partícula pontual pode ter “momento angular” … ou porque o spin tem apenas 2 valores possíveis.

O pseudo-spin, assim como o spin meio-inteiro apresentado pelos quarks e léptons, seria derivado de uma sub-estrutura escondida, não da própria partícula, mas do espaço no qual essas partículas vivem. [Imagem: Chris Regan/CNSI]

O pseudo-spin, assim como o spin meio-inteiro apresentado pelos quarks e léptons, seria derivado de uma sub-estrutura escondida, não da própria partícula, mas do espaço no qual essas partículas vivem. [Imagem: Chris Regan/CNSI]

Regan e Mecklenburg estão propondo novo enfoque, incrivelmente simples… um ‘spin binário‘ emergindo de 2 tipos de quadros; claros e escuros… – em um espaço… com a estrutura de ‘tabuleiro de xadrez’.

Eles tiveram essa ideia teórica… – enquanto trabalhavam um problema…eminentemente prático…qual seja, como construir melhores transistores de grafeno…  —  De acordo com Mecklenburg:

“Queríamos calcular a amplificação de um transístor de grafeno. Para isso, tínhamos de calcular a eficiência em que operariam.”

Esses cálculos precisam incluir informações sobre como a luz interage com elétrons… no grafeno. Os elétrons, no grafeno, movem-se saltando de um átomo de carbono para outro, como se fossem peças sendo movidas em um tabuleiro de xadrez. A diferença está no fato dos “quadros” do grafeno serem triangulares, com os triângulos escuros apontando ‘para cima‘, e os triângulos claros apontando ‘para baixo

Quando um elétron no grafeno absorve um fóton … ele salta — de um triângulo claro … para um triângulo escuro. Regan e Mecklenburg então provaram que essa transição é equivalente a passar o spin de ‘para cima’ para ‘para baixo’. Em outras palavras, ‘os elétrons adquiririam spin, ao serem confinados em posições discretas e específicas…dentro do grafeno’.

Esse spin agora proposto pelos pesquisadores, que deriva da geometria característica da rede atômica do grafeno, seria um spin adicional  —  diferente do spin comum do elétron. Eles o chamam ‘pseudo-spin‘ – embora demonstrem se tratar também de um momento angular real. O ‘pseudo-spin’, assim como o ‘spin meio-inteiro’ apresentado pelos quarks e léptons seria então derivado de uma sub-estrutura oculta… – não da própria partícula, mas, do espaço no qual essas partículas existem. Segundo Regan:

“Ainda não está claro se esse trabalho será mais útil na física de partículas, ou na física da matéria condensada – mas, seria estranho se a estrutura de ‘favos de mel’ do grafeno fosse a única rede atômica capaz de gerar spins“.

Espaço pode não ser contínuo, mas segmentado como um tabuleiro de xadrez  (mar/2011) ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Descoberta uma maneira de visualizar deformações do ‘espaçotempo’
“A única forma de radiação que um buraco negro emite é gravitacional. Isto porque       um buraco negro distorce o espaço e o tempo à sua volta — criando modulações que       se propagam, e nos vêm contar exatamente o que aconteceu”.  (Karsten Danzmann)

Estes são vórtices em formato de anel ejetados por um buraco negro estelar, pulsante. No centro há duas linhas vortex vermelhas e duas azuis ligadas ao buraco, que serão ejetadas como um terceiro vórtex em formato de anel na próximo pulsação do buraco negro.[Imagem: The Caltech/Cornell SXS Collaboration]

Estes são vórtices em formato de anel ejetados por um buraco negro estelar, pulsante. No centro há 2 linhas vortex vermelhas e duas azuis ligadas ao buraco, que serão ejetadas como um 3º vórtex em formato de anel na próximo pulsação do buraco negro. [The Caltech/Cornell SXS]

Quando 2 buracos negros colidem, o espaçotempo ao redor ondula…como o mar numa tempestade… Essa deformação é tão complicada… que os físicos não foram capazes de detalhar, o que lá realmente acontece… – Pelo menos… – não até agora…

Segundo explica Kip Thorne…físico do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), EUA…”Nós descobrimos uma forma de ver a deformação do espaçotempo … como nunca havia sido possível”.

Combinando teoria com simulações …Thorne e colegas desenvolveram ferramentas conceituais que eles apelidaram de linhas tendex e vortex. Estas…descrevem as “forças gravitacionais” do espaçotempo deformado…semelhante às linhas de campos eletromagnéticos, ao descrever suas forças.

Usando esse novo método…eles descobriram que as colisões de buracos negros podem produzir linhas de vórtices, que formam um padrão em forma de anel… parecido com anéis de fumaça espalhando-se a partir do novo ‘BN’ formado pela fusão… – Este ousado conceito de ‘linhas tendex e vortex‘ representa portanto uma nova forma de entender buracos negros, gravidade, e a natureza cósmica… – Como diz Mark Scheel, responsável pelas simulações:

“Usando essas ferramentas, podemos agora interpretar muito melhor a enorme quantidade de dados que são produzidos em nossas simulações.   Os novos conceitos podem explicar, inclusive… as diferenças nas ondas gravitacionais geradas quando ‘BN’s colidem…sob diferentes ângulos”.

Há vários experimentos – em andamento e projetados – tentando detectar ondas gravitacionais, e o novo aparato teórico poderá ser útil na compreensão exata do           que se está detetando… – Dessa forma … o conceito de ‘linhas tendex e vortex      será uma “ferramenta padrão” nos estudos relativísticos… ‘texto base’ (abr/2011) ****************************************************************************

Telescópio Integral e a Granulidade do Espaço#Tempo                                  Espaço e tempo, ao contrário do naturalismo do senso comum, não são propriedades das coisas em si… mas, formas idealizadas de percepções fenomenológicas”……. (Kant)

Observatório de raios gama desafia física pós-Einstein

As observações do Integral são cerca de 10 mil vezes mais precisas do que qualquer medição anterior, e mostram que qualquer grão quântico deve estar abaixo da casa dos 10e-48  metro. [ESA/Medialab]

O Telescópio ‘Integral’ de Raios Gama, da Agência Espacial Europeia, revelou novos resultados…que irão afetar drasticamente a busca pela tal de… “física pós-Einstein”. Isso porque…os seus mais recentes dados mostraram que qualquer “granulação  quântica do espaço deverá ter uma escala bem menor — do que até então se previa.

A ‘Teoria Geral da Relatividade‘ descreve as propriedades da gravidade, assumindo ao espaço um tecido suave e contínuo. No entanto, a teoria quântica sugere que o espaço deva ser granulado, numa escala bem reduzida… – como areia numa praia.

Uma das maiores preocupações dos físicos na atualidade está na tentativa de compatibilizar estes 2 conceitos…unificados em uma ‘teoria quântica gravitacional. Os dados do Integral agora, colocam novos limites bem mais rigorosos no tamanho desses grãos quânticos, mostrando que devem ser bem menores do que as previsões da gravidade quântica, até então.

Pelos cálculos originais… os minúsculos grãos poderiam afetar a forma com que os raios gama viajam pelo espaço. Os grãos deveriam ‘torcer‘ os raios de luz mudando a direção na qual oscilam – em uma propriedade chamada ‘polarização’… Os raios gama de alta energia seriam torcidos mais do que os raios gama de energias mais baixas (a diferença   na polarização é usada para estimar o tamanho dos grânulos de espaço).

Philippe Laurent e colegas, usaram dados do instrumento IBIS… a bordo do Integral, para procurar diferenças de polarização entre raios gama de alta e baixa energia, emitidos durante uma das mais poderosas explosões de raios gama” (GRBs) já vistas.

As ‘GRB’s provêm de algumas das explosões mais energéticas conhecidas no Universo. Acredita-se que a maioria ocorra quando…numa ‘supernova‘, estrelas supermassivas  colapsam para formar ‘estrelas de neutrons’, ou ‘buracos negros’. Tal colapso, gera um gigantesco pulso de raios gama; com duração de poucos segundos, até alguns minutos. Durante esse breve tempo, o pulso pode ofuscar o brilho de galáxias inteiras.

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O ‘GRB 041219A ocorreu em 19/12/2004, e foi – imediatamente, classificado no topo da lista dos GRBs em brilho. Ele foi tão intenso, que o Integral foi capaz de medir com alta precisão, a polarização de seus raios gama.

Os cientistas então, procuraram diferenças na polarização – a diferentes energias, mas não encontraram nenhuma… – dentro dos limites de precisão dos dados.

Algumas teorias sugerem que a natureza quântica do espaço – sua ‘granularidade’ – deve manifestar-se na chamada escala de Planck: a 10-35 metro. No entanto, as observações do Integral são cerca de 10 mil vezes mais precisas do que qualquer medição anterior, e mostram que qualquer grão quântico’ deve estar na casa dos 1048 metro… ou menos.

texto base: Observatório desafia física pós-Einstein (jul/2011)   **********************************************************   

Espaço pode ser formado por “átomos de espaço” (out/2013)                              Sem intervenção externa, o contínuo se tornaria discreto…porém, introduzido o método de “sequência de livre escolhas” para sua construção…ele deixa de ser discreto… ‘apenas’ por não estar suficientemente bem definido’. (‘Conjectura do Continuum’…Jan Brouwer) 

atomos-de-espaçotempo

Apesar de todos os avanços recentes… a ‘física de hoje’ não consegue descrever o que aconteceu no “Big Bang“. As teorias quântica e relativística…funcionam bem, dentro de suas próprias fronteiras…mas, colapsam no “estado primordial”…quase infinitamente denso e quente do cosmos.

Em certas regiões extremas…a distâncias extremamente pequenas… – na chamada escala de Planck, por exemplo… nenhuma das 2 teorias tem qualquer coisa a dizer. Espaço e tempo, portanto, não têm significado em buracos negros, ou mesmo, durante o Big Bang.

É por isso que os físicos sonham com uma teoria mais abrangente … (da gravidade quântica), que unifique estes 2 pilares fundamentais da física. Assim, poderíamos ter uma visão plausível de como o universo começou.

Nesse sentido, uma recente importante descoberta foi feita por cientistas do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Alemanha) e do Perimeter Institute (Canadá). – De acordo com a nova teoria…o espaço seria composto de pequenos ‘blocos fundamentais‘… – Assim como a matéria tem nos átomos seus blocos de construção básicos, o espaço também seria formado por algo parecido com “átomos de espaço”.

Tomando essa hipótese como ponto de partida, os cientistas chegaram a uma das equações mais fundamentais da cosmologia, aequação de Friedmann“, que descreve o Universo em expansão… derivada pelo matemático russo Alexander Friedmann na década de 1920, com base na ‘Teoria Geral da Relatividade de Einstein’… – demonstrando assim… segundo eles, que a “mecânica quântica” e a “teoria da relatividade” realmente podem ser unificadas.

NASA Telescopes Set Limits on Space-time Quantum Foam

A ilustração sugere como a estrutura espumosa do espaço-tempo se assemelharia, mostrando a flutuação de minúsculas bolhas, trilhões de vezes menores do que um núcleo atômico, perdurando apenas por frações infinitesimais de segundo. (FONTE)

Átomos de espaço

De acordo com a “Relatividade”, o espaço é um continuum…mas, segundo Daniele Oriti… – assim como o líquido é feito de átomos, onde a ‘hidrodinâmica’ não mais se aplica, podemos imaginar um “micro-espaço”…constituído por mínimas células…ou “átomos de espaço”, descritos por uma nova teoria … ‘gravidade quântica.

Oriti segmentou esse espaço em pequenas células elementares, e aplicou nelas princípios da “física quântica”… – como se faz com outras partículas elementares… – Esta é a ideia unificadora, já que a física quântica foi então aplicada, não apenas ao ‘espaço’…descrito pela Relatividade, mas à sua própria “consistência”.

Escalas dimensionais                                                                                 Mas, como pode a “hidrodinâmica”… — que vale para a                                     água que flui, ser derivada de uma teoria para átomos?

Um problema fundamental de todas abordagens da ‘gravidade quântica’ consiste em estabelecer uma ponte entre as grandes escalas dimensionais… – dos átomos…até as dimensões do Universo… A tarefa agora foi descrever a forma da evolução do espaço,           a partir das células elementares, ou partículas de espaço. Esta tarefa matemática desafiadora… – como assim explica Oriti… – conduziu a um sucesso surpreendente:

“Sob hipóteses especiais, o espaço é criado a partir desses blocos básicos… e evolui como um Universo em expansão. Pela 1ª vez portanto, fomos capazes de derivar a equação de Friedmann diretamente… como parte de nossa teoria completa da estrutura do espaço.”

Oriti e seus colegas, então … conseguiram fazer a ponte do micro-mundo ao mundo macro, e portanto…da ‘mecânica quântica’…à Teoria da Relatividade Geral. Eles mostraram que o espaço emerge como o “condensado” dessas células elementares, e evolui para um mundo, que se assemelha ao nosso.

Nesse ponto, é bom lembrar que, em sua conclusão, Oriti começou sua frase comSob hipóteses especiais… É que a solução é válida para um universo homogêneo. Mas nosso mundo real é muito mais complexo…contendo “heterogeneidades” tais como galáxias, estrelas, planetas, e seres humanos… –  Agora, eles estão trabalhando para incluir esses “detalhes” em sua “teoria das partículas de espaço“. # (texto base) *********************************************************************************

Anisotropias do Espaçotempo (jul/2013)  

Segundo a Física pré Big Bang, o espaçotempo – como o conhecemos…não existia. Porém, conforme o Science Daily, um grupo de físicos elaborou uma teoria quântico-gravitacional que explica seu processo de criação, concluindo que… – nem todas partículas elementares estão no mesmo espaçotempo. – Pelo modelo de universo quântico proposto por Jerzy Lewandowski, Andrea Dapor e colegas…diferentes partículas elementares “experienciam” a existência de diferentes ‘espaçotempos‘.

Uma das teorias que tentam explicar o surgimento do ‘espaçotempo’ – conhecida como Gravidade Quântica em Loop – sugere que esse elemento apresenta uma estrutura semelhante a um tecido – consistindo num enorme nº de pequenas fibras entrelaçadas através de loops (ou laços)… – Uma área de apenas 1 cm² contaria com 10e66 fibras.

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

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

Campos de interação do espaçotempo  A realidade nesse modelo é quântica – tendo características bem diferentes das do mundo no qual vivemos.   

O novo modelo proposto, combina relatividade geral e mecânica quântica, pela existência de 2  ‘campos de interação. Um deles, gravitacional, é identificado por um campo espacial…pois, conforme a teoria da relatividade, a gravidade curva o espaçotempo, dando origem, então…a efeitos gravitacionais.

O outro campo é o escalar  que atribui um número (ou escala) a cada ponto existente no espaço… o qual pode ser interpretado como o elemento mais simples da matéria.                     

Esta nova teoria tenta explicar as diferenças entre 2 realidades…o espaçotempo quântico,    e o ‘espaçotempo’ comum… — considerando este último como resultado da interação dos ‘estados iniciais‘ da gravidade quântica com matéria, na criação de padrões de interação gravitacional entre partículas sem massa – e partículas em repouso…de massa positiva.

De acordo com o ‘modelo padrão da física’… – que descreve as partículas elementares e suas interações, fótons são partículas sem massa; enquanto que as partículas escalares com massa, consideradas para o estudo, são os ‘Bósons de Higgs’… responsáveis pela massa das partículas… Só faltava então, alinhavar o período quântico com o clássico, no qual vivemos; conforme explica Lewandowski…

“Nesta situação… parecia natural perguntar… – Como é que o corrente “espaçotempo” emerge dos estados primários da ‘gravidade quântica’?…Como resultado da interação entre matéria e gravidade quântica?… – E será que cada tipo de matéria interage com um tipo de ‘espaçotempo’ … que tem as mesmas propriedades em todas as direções?…”  

O próximo passo foi… conforme as leis do modelo da “gravidade quântica”… derivar as equações que representam o comportamento das partículas; para depois verificar se era possível obter equações semelhantes para o espaçotempo convencional…com diferentes simetrias… – No caso das partículas simples e sem massa (‘fótons‘)… diz Lewandowski:

“independente de que suas energias ou momentos sejam maiores ou menores, o ‘espaçotempo’ parece ser o mesmo em todas as direções.”

Porém, para as partículas com massa, a situação foi diferente… impondo uma condição adicional específica ao modelo. Os físicos demonstraram que um espaçotempo clássico, que satisfaça, simultaneamente, a condição de massa – tendo as mesmas propriedades,   em todas as direções, não pode ser calculado. – O espaçotempo apropriado poderia ser encontrado apenas entre ‘espaçotempos anisotrópicos‘… cuja direção preferencial fosse a direção do movimento da partícula.

O estudo demonstrou que as partículas com massa, além de apresentarem espaçotempos diferentes aos dos fótons…contam com versões próprias de espaçotempo, dependendo da direção pela qual se deslocam…Para Dapor:

“Partículas com massa, não só experienciam diferentes espaçotempos, mas cada uma vê sua própria versão particular de espaçotempo, dependendo da direção em que se move.”

O espaçotempo clássico emergiria assim, da interação entre matéria e gravidade quântica, de forma semelhante à estrutura atômica do gelo – se formando a partir do congelamento da água líquida, em seus átomos desordenados… Mas, será que isto significa então…que o Universo das partículas com massa é anisotrópico?… – A resposta é Não!

Apesar dessa descoberta propor que um universo de partículas massivas não tenha as mesmas ‘propriedades’ em todas as direções… pesquisas mais recentes indicaram que partículas elementares… – em qualquer mudança de direção… sempre apresentam as ‘mesmíssimas’ características.

É claro que, como meros observadores do comportamento das partículas, nós somos clássicos, não quânticos – e, em certo sentido, estamos fora do mundo das partículas. Assim, na prática… não é relevante se cada partícula possa experimentar seu próprio espaçotempo, ainda que isto seja real.

Além do mais, considerando que todas partículas observadas em laboratório têm as mesmas características… — independente da direção do seu movimento…confirmar experimentalmente previsões teóricas deste trabalho — não será uma tarefa trivial.

(Foi a conclusão que chegou a comunidade física, ao discutir estes resultados durante       a 20ª Conferência Internacional sobre Relatividade Geral e Gravitação.) (texto base)  *********************************************************************************

Função Beta, e o arco-íris espaçotemporal   (29/01/2016)

A equipe do professor Jerzy Lewandowski, da Universidade de Varsóvia – Polônia…já havia mostrado que o espaçotempo não é o mesmo, para todas as partículas. – Mas, parece que o ‘mecanismo‘ é ainda mais genérico do que se pensava. – Eles descobriram uma forma pela qual o tecido do ‘espaçotempo‘ – sentido por uma dada partícula varia em função… não só do seu tipo… mas, até mesmo de sua energia.

Os cálculos mostraram que as partículas de diferentes energias interagem com o espaço-tempo quântico…de uma forma que lembra muito o modo como os fótons de diferentes energias interagem com o prisma… ou seja, gerando um “arco-íris espaçotemporal“.

Função Beta

Enquanto o arco-íris normal de luz pode ser descrito em termos do índice de refração…o arco-íris espaçotemporal tem a ver com a ‘função beta – uma medida da extensão   em que a estrutura do espaçotempo clássica…a que experimentamos, difere da estrutura do espaçotempo quântica, ou seja, a função beta reflete um grau de ‘desclassicalidade‘.

Nas ‘condições clássicas’… – aquelas nas quais percebemos o Universo, a ‘função beta’ fica próxima de zero… já em condições quânticas, seu valor se aproxima de 1. Hoje, o Universo está em um estado clássico, e os cálculos apontam para uma função beta inferior a 0,01. — Quanto mais próximo do ‘Big Bang’… — mais a ‘função beta’ se aproxima de 1.

O pequeno valor atual da ‘função beta‘… – significa que o ‘arco-íris‘ do espaçotempo é estreito demais para ser detetado experimentalmente com   a tecnologia disponível. No entanto, pode ser possível detetar seus efeitos em experimentos como o LHC, diz a equipe de pesquisadores. (texto base) *********************************************************************

quanticspacetime

“Bit-espaçotempo”

Quais são os “blocos de construção” básicos do cosmos?… Átomos, energia…partículas e massa?…Mecânica quântica, forças, campos, espaçotempo? Pequenas cordas com muitas dimensões?…De acordo com recente estudo, surgiu um novo candidato… a “informação”, é que seria a base fundamental da realidade.

O físico John Wheeler caracterizava essa ideia como “It do bit” — “it” referindo-se a todas as coisas do universo, e “bit” significa informação. “It do bit” seria algo como “O universo feito de informação”…De fato, não         é nenhuma novidade que a informação está mudando a sociedade. O que há de novo é     que a informação está mudando a ciência. Então, a pergunta é… como compreendê-la;     ou melhor…será ela (informação) a constituinte final na qual o cosmos foi construído?

De acordo com o físico Paul Davies, diretor científico na Arizona State University…

“Historicamente, a questão tem estado na base da ‘cadeia explicativa’… – e a informação tem sido uma espécie de derivada secundária dela. Mas agora, há um interesse crescente entre, pelo menos um pequeno grupo de físicos… de virar isto de cabeça para baixo… – e dizer que…talvez no ‘fundo do poço’, o Universo é feito de informações, e processado por informações… – e a questão, emerge como um conceito secundário.”

universe

O universo escrito em binário

Seth Lloyd, professor do MIT, especializado em informação quântica, defende esta ideia, ao comparar o ‘universo’ a um computador: “sistema físico, que despedaça informação; invertendo bits… — de forma sistemática.”

Ele explica que os elétrons têm spins…que são descritos por leis da mecânica quântica. Elétrons podem assumir apenas 2 valores distinguíveis…girando para cima, ou para baixo – mesmos caracteres binários que bits de computador. Então…disse Lloyd – no fundo… o Universo é composto de informações…pois cada partícula elementar carrega informações.

Para Lloyd, a informação não é apenas uma forma aproximada de apreciar a atividade do universo… mas a resposta literal – mais fundamental…de como ele realmente funciona. Sendo o universo um sistema físico que contém…e processa informações metodicamente, pode fazer tudo o que um computador faz. Ele porém não considera o universo como um computador, numa metáfora explicativa; mas sim, realmente, como um fato científico. E, como tal, afirma que todas as alterações no Universo… – são… assim como… “cálculos“.

Para Raphael Bousso, teórico das cordas da Universidade da Califórnia, Berkeley, informação não é só uma ferramenta de medida…é um componente principal do que está acontecendo ‘agora’ no mundo.

E ele assim explicou… “A Informação não é…a modelagem do sistema, ela é próprio sistema…A realidade não vai funcionar, a menos que a informação seja — em certo sentido, verdadeira”E, completou Lloyd:

“Pense numa “onda do mar” quebrando na praia… Todas as moléculas de água – por sua configuração… sua rotação…e posição em relação às outras moléculas d’água, carregam consigo ‘bits’ de informação. — Então, sempre que quaisquer 2 moléculas de água se chocam, mudam de direção…processando esses bits. Agora imagine que cada molécula d’água…essencialmente…esteja dizendo às outras moléculas, o que fazer. Combinando inúmeras moléculas interagindo umas com as outras…temos assim, uma onda“.

Alegações extraordinárias exigem evidências extraordinárias

Porém…é ainda opinião minoritária, que a ‘informação seja mais fundamental do que a física. O físico Stephen Wolfram, por exemplo, a considera…“o fenômeno mais importante de nossos tempos”, e postula que… – regras simples“…geram o que vemos na natureza. Desse modo … descreve uma ‘representação do universo’ em termos dessas regras simples, agindo fundamentalmente, no “modo computacional”.

Embora afirme que essas regras simples podem ser mais fundamentais que a matemática, Wolfram não considera que, cada elétron esteja executando um programa, e agindo como um objeto que interage com outros programas…e o cientista conclui… – Reconhecendo a diferença entre modelos e a realidade – não devemos imaginar que o universo funciona pela operação de programas similares…em execução dentro de cada partícula”. 

Já para Alan Guth, físico teórico do MIT, e criador da ‘teoria inflacionária’…a noção de informação como “princípio”…não é convincente – pelo menos, não ainda – e explicou:

“Não encontro justificativa para tal afirmação, embora talvez possa ser convencido dela no futuro. – A menos que os bits fizessem algo de diferente das leis físicas, mas não vejo nada de extraordinário. São modos equivalentes, não dá para afirmar qual é mais fundamental”.

A abordagem ‘equilibrada’ de Guth… descreve matéria, energia e informação…como quase idênticos. Segundo ele, isso se deve, em parte, à possibilidade de que nosso universo possa vir a ser explicado, um dia… – numa ‘simulação‘…em um computador (quântico) cósmico.

Se a informação é primária… e o Universo é – fundamentalmente, um computador, então deve ser possível… pelo menos teoricamente viável, a princípio… simular o cosmos inteiro em supercomputadores futuros. Portanto, não poderíamos rejeitar a possibilidade, de que nosso universo atual seja um ‘simulacro’…um tipo de ‘matrix‘.

Há outra consequência. Um universo simulado, totalmente formado como a nosso, confirmaria o ‘reducionismo’… – a ideia de que tudo… – inclusive a consciência, poderia ser explicado pela física, ou até por eventos digitas. 

Além disso, se a “estrutura básica” consistir de informação, então deve haver maneiras de usá-la, para melhorar o ‘modelo padrão’ da física…que, apesar de altamente bem sucedido, tem vários parâmetros livres – até agora indemonstráveis, e carentes de coerência interna.

A pergunta final a ser feita então é…poderiam estas                                     teorias (abstratas) da informação serem testadas?…

Mesmo se o universo fosse uma simulação, estas nunca seriam perfeitas… então, talvez seja possível detetar – em níveis extremos de precisão…falhas, ou até mesmo erros nas medições físicas, tais como desvios em constantes nucleares… ou, na velocidade da luz.

Outro teste possível para a informação como parâmetro, pode incluir a confirmação da teoria de que o universo é um holograma (imagem 3D…projetada a partir de uma fonte 2D)…e, que o espaço não é suave e contínuo – mas, como uma grade…e discreto (como informação) (texto base) (texto original)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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Uma resposta para Teorias & Práticas do ‘espaço/tempo’

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