Falar sobre gravidade é sempre algo muito difícil, pois é a força mais fraca da natureza. Entretanto, é ela quem permite a existência de planetas, sistemas, galáxias e do próprio Universo, sem falar que é ela quem nos mantém na superfície da Terra e faz com que as coisas, mesmo as mais leves, simplesmente "caiam". Para todos estes aspectos, a interação gravitacional se torna a força dominante.
Esta força funciona tal como a força eletromagnética, ou seja é uma interação mútua entre objetos, sendo seu alcance infinito. Porém difere da interação eletromagnética, uma vez que esta é de atração ou repulsão, sendo a interação gravitacional apenas atrativa.
A seguir apresentaremos um histórico sobre as discussões em torno do tema desde a antiguidade, até nossos dias.
Histórico:
De acordo com Dick Teresi em Lost Discoveries, na India do século VIII a. C. já havia uma ideia correta do que significava a força da gravidade. Ao que parece, os filósofoss da época haviam compreendido que a gravitação mantinha unido o Sisitema Solar e que sendo o Sol o objeto de maior massa, estaria ele no centro. Infelizmente, não há relatos de como os filósofos indianos chegaram a conceber tal ideia.
Entretanto, há um relato do sábio hindu Kanada que viveu no século VI a.C., fundador da Escola Filosófica Vaisheshika, mencionado em um artigo escrito por Subhash Kak, denominado Indian Physic: outline of early history em que há uma interessante dedução. Segundo Kak, Kanada afirmava ser o "peso a causa da queda; isso é imperceptível e conhecido por inferência". Ao que parece o sábio Kanada estava no caminho certo, mas ainda havia muito o que fazer.
Nas civilizações antigas, a gravidade foi muito utilizada a favor do homem, como por exemplo, na pesagem de objetos a fim de que fossem contabilizados, prática muito usual dentre os assírios, por volta de 725 a. C.
Os gregos foram os pioneiros em ver a gravidade com olhos científicos. Tales de Mileto (624 a 546 a. C.) afirmara que tudo era feito de água, sendo esta o elemento primordial. Também defendeu a ideia do poeta Homero de que a Terra seria plana cercada por um imenso oceano. Sabemos que ele estava errado , mas seu mérito foi abrir a pesquisa aos seus sucessores.
Pitágoras de Samos (570 a 497 a.C.) propôs que a terra fosse esférica, mas o fez apenas por razões místicas, uma vez que acreditava ser a esfera uma forma perfeita e assim a Terra deveria ter este formato. Ainda, Pitágoras propôs que a Terra era o centro imóvel do Cosmos, sendo que tudo mais girava ao seu redor. Ainda por esta época, surgiu a ideia de que os astros eram presos a esferas cristalinas invisíveis e que o movimento destas estruturas causaria o deslocamento do objeto celeste vinculado a sua respectiva esfera.
Foi Platão (427 a 347 a.C.) quem popularizou o modelo geocêntrico de Pitágoras. Platão relacionou os cinco sólidos descritos por Pitágoras (tetraedro, cubo, octaedro, dodecaedro e icosaedro - hoje conhecidos como sólidos de Platão) , com os quatro elementos primordiais (água, terra, fogo e ar), reunidos por Empedocles de Agrigento (490 a 430 a.C.), o que ficou conhecido por perincípio quaternário.
Empedocles considerava o amor como a força atrativa que dava origem a tudo o que exist, a partir da união destes quatro elementos. Assim, o conceito de força atrativa surgia a artir do amor, ou seja, era interior e emocional.
A associação elaborada por Platão foi feita em seu diálogo Timeu, conforme segue:
- A Terra estaria associada ao cubo, por ser o sólido de base mais estável;
- O fogo estaria associado ao tetraedro, por ser o menor dos sólidos;
- A água seria associada ao icosaedro, por ser o maior dos sólidos;
- O ar estaria associado ao octaedro, por ser intermediário entre a água e o fogo, sendo esta razão de tamanho associada à razão entre volume e área superficial;
- O dodecaedro, por não haver um quinto elemento, seria o próprio Universo, embora Platão o considerasse como uma esfera.
A partir destas ideias, Platão iniciou uma grande discussão sobre o que são corpos leves ou pesados, o que se relaciona ao primitivo conceito de gravidade.
Aristóteles (384 a 322 a.C.) é considerado como tendo o perfil mais próximo de um cientista, sendo ele o fundador do Liceu.
Segundo ele, os movimentos poderiam ser naturais ou violentos (o que significa força). Aristóteles defendia que todas as coisas tinham seu "lugar natural", enquanto Platão defendia que todas as coisas tinham a tendência de se unirem. Também dividiu o Universo em: domínio sublunar e domínio supralunar, bem como adotou o geocentrismo.
Esta divisão em domínios sub e supralunar significava que abaixo da Lua aplicava-se a física dos quatro elementos , sendo que cada um destes elementos era composto pela combinação de quatro qualidades primárias:
- as ativas - quente e frio;
- as passivas - seco e úmido.
A combinação de uma qualidade ativa com uma passiva geraria um dos elementos primordiais (e.g. frio e seco originando terra; quente e úmido originando o ar).
Para o mundo supralunar, aplicava-se a astronomia, onde os movimentos eram circulares e uniformes sendo a substância do céu o éter ou quinto elemento, um elemento puro a quitessência, diferente dos quatro pertencentes ao universo sublunar.
Mas com o modelo geocêntrico havia um grave problema, devido as suas órbidas perfeitamente esféricas: ele não explicava o comportamento dos planetas.
Platão se esquivou do problema, mas Eudoxo de Cnido (408 a 355 a.C.) propôs a solução das "esferas homocêntricas", no total um sistema com 27 esferas, o que explicava a retrogradação dos planetas (a laçada). Calipo de Cízico (370 a 300 a.C.) acrescentou mais sete esferas ao sistema de Eudoxo, totalizando 34 esferas. Mesmo assim havia muitas imprecisoes nesse modelo de Universo-Cebola.
O Universo de Aristóteles tinha aversão ao vácuo e, portanto estas esferas homocêntricas estariam em contato direto umas com as outras, o que lhe fez postular a ideia de esferas compensadoras, as quais anulariam o movimento imposto por outras esferas que não fossem as dos próprios astros, o que resultou em 56 esferas.
Para o universo supralunar, Aristóteles sequer imaginou qualquer coisa parecida com a gravidade, mas para o universo sublunar, passou perto, com a ideia de movimento violento.
Para Aristóteles, o movimento violento tinha duas forças atuantes: uma que impelia o objeto a se deslocar e outra que resistia ao movimeto, sendo ambas externas, ignorando a resistência interna denominada de massa inercial. Massa e gravidade não eram conceitos utilizados nessa época, sendo apenas a ideia de peso usada, o que mais se aproximara da gravidade.
O peso era considerado por Aristóteles como uma qualidade dos objetos, a qual não contribuia para o movimento dos corpos. Porém é o movimento natural que leva a uma noção primordial de gravidade. Este é o movimento que ocorre devido à tendência interna que os objetos têm de buscar o seu "lugar natural", compreendido por Aristóteles como o chão ou algum outro lugar abaixo dele.
Aristóteles considerava a Terra redonda, mas suas razões para tal, diferentemente da mística de Platão, eram científicas (a sombra de nosso planeta projetada na Lua quando de um eclipse lunar era circular).
Porém, foi Erastótenes de Cirene (273 a 192 a. C.) quem confirmou o fato da Terra ser esférica, medindo o ângulo da sombra em Alexandria por meio da distância desta a Siena. Seu cálculo além de demonstrar que a Terra era esférica, apresentou uma pequena margem de erro referente à circunferência de nosso planeta.
Assim, ficou claro que o lugar natural aristotélico era o centro da Terra.
Aristóteles também afirmava que cada corpo tem um peso ou leveza, sendo ambos antônimos e qualidades influentes no movimento natural dos objetos em "queda". O moviemnto natural nem senpre era para baixo.
Para o contexto da época as coisas podiam "cair para cima" se o objeto tivesse leveza.
Para o contexto da época as coisas podiam "cair para cima" se o objeto tivesse leveza.
Os elementos primordiais assim se dividiam em:
- leves - ar e fogo;
- pesados - terra e água.
Assim, quanto mais material ígneo o corpo tivesse em sua composição, seu lugar natural seria a região mais alta no universo sublunar. Do contrário, se o corpo tivesse mais material terreno em sua composição, seu lugar natural seria o centro do universo, ou seja, o centro da Terra, conforme o tratado "Sobre o Céu" de Aristóteles.
Para Aristóteles, a velocidade do movimento dependia da quantidade de peso ou de leveza do objeto. Assim, quanto mais peso, maior a velocidade na queda e quanto mais leveza, maior a velocidade de subida, ou seja, os corpos mais pesados caem mais rápido que os mais leves.
Aristóteles também esbarrou na resistência dos fluidos, pois descobriu que a velocidade com que as coisas caem é inversamente proporcional à densidade do meio em que elas se encontram. Também tentou explicar as marés, porém errou em sua explicação a qual mencionou que o Sol e a Lua influenciavam nos ventos, o que afetava os movimentos da água do mar. Isso se explica porque aristóteles não admitia interações à distância.
Seleuco o general de Alexandre (358 a 281 a.C.) afirmou que a Terra girava em um eixo e que a Lua girava ao contrário, o que afetaria o fluxo de ar e consequentemente originaria as marés.
Aristóteles não acreditava na ideia de a Terra girar, pois se assim o fosse se atirássemos um objeto ao ar ele não retornaria as nossas mãos, pois teríamos mudado de posiçãoquando ele retornasse do lançamento.
Quanto aos atomistas, dentre eles Demócrito de Abdera (470 a 380 a.C.), este se utilizou do conceito de vazio e de tamanho de átomos a fim de justificar o peso dos corpos. Já Epicuro de Samos (341 a 270 a.C.) afirmou que o peso é a terceira propriedade intrínseca do átomo e é o responsável por sua queda no espaço.
Mas essa ideia ganhou força com Estratão de Lâmpsaco (335 a 269 a.C.) que percebeu que a água da chuva que caia de telhados tinha menor velocidade que aquela que caia diretamente do céu, tendo esta um impacto mais violento. Isso contrariou a ideia aristotélica de que um corpo não alterava sua velocidade durante a queda.
Estratão valeu-se de conceitos atomistas e concluiu que objetos de mesmas dimensões poderiam ter grandes variedades de pesos, o que dependeria do tamanho dos vazios que compunham estes corpos. assim, os corpos eram compostos pelo vazio temido por Aristóteles e pelos elementos de Empedocles. Assim, a leveza passou a ser uma qualidade dispensável e o peso passa a se aproximar de seu conceito atual, mas sem a conotação de força.
Aristarco de Samos (310 a 230 a.C.) idealizou o sistema heliocêntrico e por meio dele realizou o cálculo do ângulo entre o Sol e a Lua e consequentemente o tamanho desta em relação àquele. Mas, ele errou em suas medidas devido a imprecisões dos objetos medidores da época, embora tenha concluído que o Sol é maior que a Terra e que esta é maior que a Lua.
Assim, um objeto maior deveria estar no centro e ao redor deste, outros objetos deveriam girar. Este modelo alterou significativamente o tamanho do Universo, pois não se verificavam quaisquer mudanças nos comportamentos das estrelas. Assim, estas deveríam estar muito longe daqui.
O universo aristotélico passou por algumas mudanças com seus sucessores. Apolônio de Perga (261 a 196 a.C.) inventou os deferentes e os epiciclos, com o intuito de explicar os moviemntos erráticos dos planetas ao longo do ano sem que o movimento circular abandonasse o universo supralunar.
Desse modo, descartou as esferas de Aristóteles e chamou de deferente o círculo que representava a órbita do planeta ao redor da Terra. O astro assim vagaria pelo epiciclo, um círculo menor com ceu centro sobre o deferente, mantendo assim os círculos uniformes.
Mesmo assim, esse modelo era deficiente em explicar tudo o que ocorria no céu. os astros em epiciclo girariam ao redor de um ponto imaginário, sobre o deferente, ou seja, sem massa, o que é uma aberração para a atual teoria da gravitação.
Cláudio Ptolomeu (90 a 168) em sua obra Almagesto, criou o modelo geostático, o que complicou todo o conhecimento acumulado até então. Este modelo não defendia a Terra como centro do Universo, mas o planeta permanece imóvel.
Por este modelo, a Terra estava deslocada do centro de tudo e os planetas continuavam em seus epiciclos e deferentes, sendo que o centro do epiciclo giraria com velocidade uniforme ao redor de um ponto imaginário denominado de equante, o "centro equalizador do movimento".
Tal ponto estaria deslocado do centro do Universo a uma distância igual a da Terra, ora mais próximo, ora mais afastado, dependendo da variação de seu brilho.
O sistema ptolemaico foi dispensado pelos europeus em favor do aristotélico, por volta da Idade Média. A Igreja Católica acabou por adotar e incorporar a sua doutrina o sistema aristotélico com as devidas correções proporcionadas pelo sistema ptolemaico.
Isso ocorrera, pois a bíblia indicava, claramente, que era a Terra e não o Sol que estava no centro do sistema cosmológico, conforme estabelece o Livro de Josué (11, 12-14).
Quando da derrota imposta pelas tropas de Josué aos reis amoreus, aquele «falou ao Senhor e disse na presença dos israelitas: Sol, detém-te sobre Gabaon, e tu, ó Lua, pára sobre o vale de Ajalon. E o Sol deteve-se e a Lua parou até que o povo se vingou dos seus inimigos. Não está isto escrito no Livro do Justo? O Sol parou no meio do céu, e não se apressou a pôr-se pelo espaço de quase um dia inteiro».
Pelo que se pode verificar na bíblia, se o Sol parou, por ordem do Senhor, para que Josué derrotasse, militarmente, os seus adversários, então é porque este se movia, daí que se deduz que é o Sol que se move e não a Terra.
Durante séculos afirmar o contrário era cometer uma heresia. A Terra deveria permanecer estática no Universo. E assim a astronomia permaneceu por cerca de 1400 anos.
Esta visão começou a ser abalada a partir da renascença, com o trabalho de Copérnico (1473 a 1543), que é considerado o fundador da astronomia moderna. Copérnico deduziu, após inúmeros cálculos matemáticos, que a Terra gira uma volta completa ao redor de seu próprio eixo, e que isso explicaria os dias e noites, e os movimentos do Sol e das estrelas.
Entretanto, Copérnico, com a devida prudência necessária à época, divulgou suas observações e cálculos como mera hipótese, pois a Igreja julgava e condenava como heresia, qualquer idéia contrária ao que ela defendia.
Somente em 1543, ano de sua morte, Copérnico autorizou que um discípulo, George Rhäticus, a publicar sua obra “Sobre a revolução dos orbes celestes” não mais como uma hipótese, mas colocando a Teoria Heliocentrica como um modelo científico.
Giordano Bruno (1548 a 1600) defendia o infinito cósmico no livro “De l´Infinito Universo i Mondi”, no qual defende o heliocentrismo e indo contra a filosofia de sua época, baseada nos clássicos antigos, dentre os quais principalmente Aristóteles, sendo que Bruno teorizou veementemente contra eles.
Um dos pontos chaves de sua teoria é a cosmologia, segundo a qual o universo seria infinito, povoado por uma infinidade de estrelas como o Sol com outros planetas como a Terra contendo igualmente vida inteligente. Por essas e outras afirmações relativas à física, Giordano Bruno foi excomungado e queimado vivo pela Santa Inquisição no ano de 1600.
Galileu Galilei (1564 a 1642) ao ter o primeiro contato com as lunetas holandesas, fabricou uma luneta com aumento de nove vezes e diminuiu muito as distorções. Assim, fez o primeiro telescópio.
Em 1590, publicou o pequeno tratado "De motu", sobre o movimento dos corpos. Com suas experiências de movimento de bolas em planos inclinados aproximou-se do que seria mais tarde conhecido como a primeira lei de Newton.
Suas descobertas sobre o movimento tiveram significado especial pela abordagem matemática usada para analisá-las, sem falar que desbancaram de vez a ideia de Aristóteles acerca de que quanto "mais pesado" fosse o objeto, mais rápido ele cairia, tendo este peso a noção intuitiva de massa.
Também desbancou a ideia de que os corpos não ganhavam velocidade quando caíam, pois a gravidade acelera todos os corpos na mesma taxa além de ter também esbarrado na força de arrasto como fizera Estratão.
Galileu corretamente postulou a resistência do ar como a razão de que os objetos mais leves podem cair mais lentamente na atmosfera. Estes prepararam o palco para a formulação da teoria da gravitação de Newton.
Mas foi com seu telescópio que a estrada para compreender a interação gravitacional começou a ser pavimentada. Em 1609, Galileu publicou o livro “Sidereus Nuncius” no qual descreveu suas observações como: os “planetas” que giravam em torno de Júpiter, as montanhas na Lua e milhares de estrelas.
Galileu foi considerado perigoso pela Igreja, e enfrentou o tribunal da Inquisição em 1611, tendo como opções negar sua teoria ou a morte.
Várias são as versões a esse respeito, mas o fato é que Galileu não foi queimado. Anos depois disso, foi condenado pelo tribunal da Santa Inquisição a prisão domiciliar e uma de suas obras Incluída no Index.
Após a morte de Galileu, o duque da Toscana sugeriu a construção de um memorial em sua homenagem. Mas o papa Urbano VIII fez saber que não era uma boa idéia erigir um monumento para alguém que sustentara idéias tão perigosas para a Igreja, e o duque desistiu.
Posteriormente, o papa morreu, mas a oposição da Igreja impediu que o monumento fosse construído. No século 17, o trabalho de Isaac Newton ajudou a consolidar o sistema copernicano, e ele logo passou a ser usado universalmente pelos astrônomos.
Mas a Igreja manteve os livros de Copérnico e de Galileu no índex de obras proibidas até o século 19. A Igreja sabia que havia cometido um erro, mas não queria admitir, para não chocar os cristãos.
E, quando os livros saíram do Index, não houve anúncio oficial. Só no último quarto do século é que o papa João Paulo II reconheceu que houve excessos no processo e admitiu não só a grandeza de Galileu no plano científico, mas sua capacidade de enxergar longe no plano teológico.
Além de Galileu, podemos citar Kepler (1571 a 1630), que baseado nas observações de Brahe (1546 a 1601) formulou três leis matemáticas relativamente simples; as três leis do movimento planetário que desafiaram a astronomia e física de Aristóteles e Ptolomeu.
Sua afirmação de que a Terra se movia, seu uso de elipses em vez de epiciclos, e sua prova de que as velocidades dos planetas variavam, mudaram a astronomia e a física para sempre.
Suas leis são:
1 - "O planeta em órbita em torno do Sol descreve uma elipse em que o Sol ocupa um dos focos". Esta lei definiu que as órbitas não eramcircunferências, como se supunha até então, mas sim elipses.
2 - "A linha que liga o planeta ao Sol varre áreas iguais em tempos iguais". Esta lei determina que os planetas se movem com velocidades diferentes, dependendo da distância a que estão do Sol.
Periélio é o ponto mais próximo do Sol, onde o planeta orbita mais rapidamente.
Afélio é o ponto mais afastado do Sol, onde o planeta move-se mais lentamente.
3 - "Os quadrados dos períodos de revolução dos planetas são proporcionais aos cubos dos eixos maiores de suas órbitas".
Ou seja:
T = período de revolução (ano do planeta);
D = eixo maior da órbita de um planeta.
Assim, tem-se:
k = [(T^2)/(D^3) ], sendo k uma constante.
Esta lei indica que existe uma relação entre a distância do planeta e o tempo que ele demora para completar uma revolução em torno do Sol. Portanto, quanto mais distante estiver do Sol mais tempo levará para completar sua volta em torno desta estrela.
Issac Newton (1643 a 1727), em sua obra Principia, foi quem explicou os fenômenos físicos mais importantes do universo, por emio da lei da gravitação universal, cuja expressão matemática, em sua forma escalar, é a seguinte:
F = G*m*M/(r^2)
F= força de interação entre os corpos;
m e M = massa dos corpos;
r = distância entre os corpos;
G = constante de gravitação universal, que vale 6,67 * 10 ^-11 (m^3)/(kg*s^2)
A lei da gravitação universal diz que dois objetos quaisquer se atraem gravitacionalmente por meio de uma força que depende das massas desses objetos e da distância que há entre eles.
Com isso, não se perguntou se a gravidade existia, mas sim se ela poderia prender a Lua à Terra, conforme sua órbita e quaão loge esta força iria no que se refere aos objetos interagirem entre si.
Mais tarde, Einstein (1879 a 1955) redefiniu a gravidade. A teoria gravitacional de Einstein tem características que permitem prever o movimento da luz em torno de objetos de massa muito grande, além de prever outros fenômenos interessantes.
"A teoria geral da relatividade aponta o problema da gravidade e do movimento não-uniforme (ou acelerado). Em um dos seus experimentos, Einstein mostrou que não é possível distinguir um referencial inercial em um campo gravitacional de um referencial acelerado.
Isto quer dizer que um observador, dentro de uma cápsula espacial fechada, que empurra o seu próprio corpo em direção ao assento, não saberia dizer se ele e a cápsula estavam em repouso em relação ao campo gravitacional ou se ele e a cápsula estavam em um movimento acelerado.
De acordo com este princípio de equivalência, Einstein mudou para uma interpretação geométrica da gravitação. A presença de massa ou energia concentrada gera uma curvatura local no continuo do espaço-tempo.
A curvatura é tão acentuada que as trajetórias inerciais dos corpos não são mais linhas retas, e sim, um tipo de trajetória curva (orbital). Esta aceleração é chamada de gravitação".
Dessa forma a Teoria da Gravitação de Newton é apenas um subconjunto da Teoria da Gravitação de Einstein denominada como Relatividade Geral.
Esta teoria considera as ideias descobertas na Relatividade Restrita sobre o espaço e o tempo e propõe a generalização do princípio da relatividade do movimento de referenciais em movimento uniforme para a relatividade do movimento mesmo entre referenciais em movimento acelerado.
Esta generalização tem implicações profundas no nosso conhecimento do espaço-tempo, levando, entre outras conclusões, à de que a matéria (energia) curva o espaço e o tempo à sua volta. Isto é, a gravitação é um efeito da geometria do espaço-tempo.
Em física, espaço-tempo é qualquer modelo matemático que combina tempo e espaço em um único contínuo. o Espaço-tempo é geralmente interpretado com o espaço como sendo tridimensional e o tempo como uma quarta dimensão, diferente das dimensões espaciais.
Daqui para a frente, entraremos no conceito de gravidade oriundo da relatividade geral e conforme proposto pela física quântica.
O que é a gravidade?
A gravidade, é a mais fraca das quatro forças. É cerca de 10 ^36 vezes mais fraca que a força mais forte. Esta fraqueza é facilmente demonstrável. por exemplo, em um dia seco, ao se esfregar um pente no cabelo para carregá-lo estaticamente, então passa-lo sobre pedaços de papel picado sobre a mesa, este saltará da mesa em direção ao pente.
É preciso um planeta inteiro para manter o papel na mesa, mas esta força é facilmente suplantada por materiais comuns que exerçam a força eletromagnética.
O campo de ação da gravidade é ilimitado - todos os objetos no Universo exercem uma força gravitacional em todos os outros objetos. O efeito da força gravitacional depende de duas coisas, como já visto anteriormente, ou seja, da massa e da distância entre os corpos.
Em termos mais precisos, a força de atração entre dois corpos é diretamente proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os corpos.
A dominância da gravidade em escalas macroscópicas não é devido à sua força intrínseca, mas a seu enorme alcance e natureza de atração constante, especialmente se comparada com as outras forças. Estas propriedades da gravidade tornam extremamente incorporá-las em estruturas teóricas modernas.
Após a publicação da teoria da relatividade especial, em 1905, Einstein começou a pensar sobre como incorporar a gravidade em seu novo quadro relativista. Em 1907, começando com um simples experimento de pensamento que envolve um observador em queda livre, ele embarcou para o que seria uma pesquisa de oito anos a fim de consolidar sua teoria relativista da gravidade.
O campo de ação da gravidade é ilimitado - todos os objetos no Universo exercem uma força gravitacional em todos os outros objetos. O efeito da força gravitacional depende de duas coisas, como já visto anteriormente, ou seja, da massa e da distância entre os corpos.
Em termos mais precisos, a força de atração entre dois corpos é diretamente proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os corpos.
A dominância da gravidade em escalas macroscópicas não é devido à sua força intrínseca, mas a seu enorme alcance e natureza de atração constante, especialmente se comparada com as outras forças. Estas propriedades da gravidade tornam extremamente incorporá-las em estruturas teóricas modernas.
Após a publicação da teoria da relatividade especial, em 1905, Einstein começou a pensar sobre como incorporar a gravidade em seu novo quadro relativista. Em 1907, começando com um simples experimento de pensamento que envolve um observador em queda livre, ele embarcou para o que seria uma pesquisa de oito anos a fim de consolidar sua teoria relativista da gravidade.
Após inúmeros percalços e falsos começos, o seu trabalho culminou em Novembro de 1915, com a apresentação na Academia Prussiana de Ciências que são hoje conhecidas como as equações de campo de Einstein.
As equações de campo de Einstein são um conjunto de dez equações dentro da teoria da relatividade geral que descrevem a interação fundamental da gravitação, como resultado do espaço-tempo sendo curvo pela presença de matéria e energia.
Essas equações especificam como a geometria do espaço e do tempo são influenciadas por qualquer matéria presente, e formam o núcleo da teoria geral da relatividade geral.
Em 1917, Einstein aplicou sua teoria para o universo como um todo, dando início à cosmologia relativística. Em consonância com o pensamento contemporâneo, ele assumiu um universo estático, adicionando um novo parâmetro para o seu campo original de equações, a constante cosmológica, para reproduzir a "observação".
Após a observação do desvio para o vermelho feita por Hubble, em 1929, a qual indicou que o universo não era estático, Einstein abandonou este conceito, pois sua teoria baseava-se na ideia de um universo estático.
Isto foi facilmente descrito pelas soluções de expansão cosmológica, encontradas por Friedmann, em 1922, que não necessitavam de uma constante cosmológica.
Lemaître valeu-se destas soluções utilizadas e formulou a primeira versão do modelo do Big Bang, em que o nosso universo evoluiu de um estado extremamente quente e denso anterior.
Durante esse período, a relatividade geral manteve-se como uma curiosidade entre diversas teorias físicas. Foi claramente superior à gravidade newtoniana, sendo consistente com a relatividade especial e responsável por explicar vários efeitos até então inexplicáveis pela teoria newtoniana.
A teoria da Relatividade Geral tornou-se a principal corrente da física teórica e da astrofísica apenas com a evolução ocorrida entre 1960 e 1975, a Idade de Ouro da relatividade geral.
Foi com ela que os físicos começaram a entender o conceito de um buraco negro, e identificar a manifestação de objetos como quasares e buracos negros.
A deflexão da luz pela gravidade é responsável por uma nova classe de fenômenos astronômicos. Caso um objeto maciço situe-se entre o astrônomo e um objeto-alvo distante, com massa adequada e a distâncias apropriadas, o astrônomo verá várias imagens distorcidas do alvo.
Tais efeitos são conhecidos como lentes gravitacionais. Dependendo da configuração, a escala e da distribuição em massa, pode haver duas ou mais imagens. Uma delas pode ser um anel brilhante conhecido como anel de Einstein, ou anéis parciais chamado arcos.
Os primeiros exemplos, foram descoberto em 1979, e, desde então, mais de uma centena de lentes gravitacionais foram observadas.
A lente gravitacional tornou-se um instrumento de observação por parte da astronomia. Também é usada para detectar a presença e distribuição da matéria escura, além de ser um telescópio "natural" para a observação de galáxias distantes.
Outra utilidade da lente gravitacional se refere a ela servir como uma ferramenta para se obter uma estimativa independente da constante de Hubble. A avaliação estatística a partir dos dados das lentes gravitacionais dão aos astrônomos valiosos subsídios no que se refere à evolução estrutural das galáxias.
Sempre que a razão da massa de um objeto em seu raio se torna suficientemente grande, a relatividade geral prediz a formação de um buraco negro, que se trata de uma região do espaço a partir da qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar.
Nos modelos atualmente aceitos da evolução estelar, ocorrem as estrelas de nêutrons com cerca de 1,35 a 2,1 massas solares, e buracos negros estelares, com 3,2 até por volta de 10 massas solares, os quais são o estado final da evolução de estrelas massivas.
Acima de dez massas solares, formam-se as super-novas. estas após expelirem cerca de 90% de sua massa produzem objetos extremamente brilhantes, os quais declinam até se tornarem invisíveis, passadas algumas semanas ou meses. O final das super novas também é ou uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.
O núcleo remanescente tem massa superior a 1,5 massas solar forma uma extrela de nêutrons com aproximadamente 15 km de diametro e extremamente densas. Mas, quando a massa desse núcleo ultrapassa 3 massas solares, torna-se um buraco negro.
Astronomicamente, a propriedade mais importante de objetos compactos é que eles fornecem um mecanismo extremamente eficiente para converter energia gravitacional em radiação eletromagnética.
A relatividade geral desempenha um papel central na modelagem de todos os fenômenos referentes aos buracos negros. De acordo com observações há fortes evidências para a existência dos buracos negros cujas propriedades são previstas pela teoria da relatividade especial.
Os buracos negros são também alvos procurados em busca da existência das ondas gravitacionais.
Os sistemas de buracos negros binários podem trazer aos detectores terrestres a alguns dos sinais mais fortes de ondas gravitacionais o que poderia fornecer informações diretas sobre como é a geometria do buraco negro supermassivo.
Observações de pulsares binários fornecem fortes evidências indiretas da existência de ondas gravitacionais.
Em física, uma onda gravitacional é uma flutuação na curvatura do espaço-tempo que se propaga como uma onda, e viaja para fora de sua fonte.
Foram previstas por Albert Einstein em 1916 segundo sua teoria da relatividade geral, no que se refere ao transporte de energia das ondas conhecidas como radiação gravitacional.
As conhecidas fontes de ondas gravitacionais incluem sistemas binários de estrelas composto por anãs brancas, estrelas de nêutrons ou buracos negros.
Segundo a relatividade geral, um sistema binário vai emitir ondas gravitacionais, perdendo energia. Devido a esta perda, a distância entre os dois corpos em órbita diminui, e consequentemente o seu período orbital. A isso se denomina decaimento orbital.
No entanto, as ondas gravitacionais que nos chegam a partir das profundezas do cosmos, não foram detectadas diretamente, o que é uma meta importante da investigação relacionada com o curso da relatividade.
Vários detectores terrestres de ondas gravitacionais estão atualmente em operação, principalmente os detectores interferométricos GEO 600, LIGO (três detectores), TAMA 300 e Virgem.
Um detector conjunto entre EUA e Europa no espaço, o LISA, está atualmente em desenvolvimento, sendo sua missão precursora detectar diretamente estas ondas gravitacionais.
Com o deslocamento de objetos maciços no espaço-tempo, as mudanças de curvatura refletem os locais alterados desses objetos.
Em determinadas circunstâncias, os objetos que são aceleradas geram uma perturbação que se propaga no espaço-tempo, conforme ondulações na superfície de uma lagoa, embora, talvez, uma analogia melhor seria ondas eletromagnéticas.
Esta perturbação é conhecida como radiação gravitacional a qual pode viajar pelo universo na velocidade da luz, diminuindo a força, mas sem jamais parar ou reduzir sua velocidade.
Como as ondas de radiação gravitacional passam por um observador distante, este observador verá o espaço-tempo distorcido pelos efeitos semelhantes a uma tensão.
As distâncias entre os objetos livres aumentam e diminuem no ritmo em que a onda passa. A magnitude desse efeito vai diminuindo ainda mais quanto mais distante estiver o observador da fonte.
Dessa forma ao compararmos a gravidade de Newton com a de Einstein, temos que:
Segundo a gravidade de Newton, o Sol manteria a Terra em órbita por meio de um "cabo" gravitacional não identificado, que de algum modo alcança instantaneamente vastas extensões do espaço e ambos se "seguram" reciprocamente. Mas Newton não explicou por que tal fenômeno ocorria.
Quanto à gravidade de Einstein, esta sugere que a presença de uma massa faz com que o tecido do espaço a sua volta se curve. Esta curvatura afeta outros objetos que se movem na vizinhança, como, por exemplo, do Sol, os quais se vêm na contingência de atravessar o tecido espacial distorcido.
Caso este corpo tenha a velocidade e orientação adequados, entrará em órbita, o que é denominado como efeito de influência gravitacional. Assim, Einstein explicou o mecanismo pelo qual a gravidade é transmitida, ou seja, por meio da curvatura do tecido espacial.
FÍSICA QUÂNTICA:
Em 1968, o físico Gabriele Veneziano empenhava-se em descobrir o sentido de algumas propriedades da força nuclear forte, experimentalmente observadas. para sua surpresa, Veneziano percebeu que a função beta de Euler descrevia numerosas propriedades das partículas que a força forte põe em interação.
A observação de Veneziano abriu as portas para que a função beta de Euler passasse a ser poderoso instrumento de análise no que se refere à gama de dados produzidos pelos aceleradores de partículas pelo mundo. Mas tal formulação proposta por Veneziano era incompleta. Não se justificava o seu uso e pouco se sabia sobre o seu significado a fim de explicar por que ela funcionava.
Porém, em 1970, isso mudou. Yoichiro Nambu, Holger Nielsen e Leonard Susskind demonstraram que as partículas elementares deveriam ser concebidas como pequenas cordas vibrantes e unidimensionais de modo que a função beta de Euler descrevesse exatamente suas interações nucleares. Se as cordas fossem suficientemente pequenas, elas continuaríam a parecer partículas puntiformes o que as compatibilizava com as observações experimentais.
Em 1974, John Schwarz e Jöel Scherk ao estudarem os intrigantes tipos de vibração das cordas que se associavam às partículas mensageiras verificaram que suas propriedades correspondiam perfeitamente às da hipotética partícula mensageira da força gravitacional: o gráviton, sendo que esta partícula não foi descoberta experimentalmente.
Porém muitas de suas propriedades podem ser previstas, conforme certos modelos de vibração. Assim, a teoria das cordas parecia incorporar a gravidade à mecânica quântica, embora ainda houvessem conflitos.
O modelo padrão da física quântica, além de não incorporar a força gravitacional, não explica por que ocorrem as três famílias de partículas fundamentais:
- família 1: elétron, neutrino do elétron, quark up e quark down;
- família 2: Múon, neutrino do múon, quark charm e quark strange;
- família 3: tau, neutrino do tau, quark top e quark bottom.
Tampouco explica as quatro forças fundamentais e suas partículas mensageiras:
força forte: gluon;
força fraca: bósons da força fraca (W+, W- e Z);
força eletromagnética: foton;
força gravitacional: gráviton;
Parecem ser números aleatoriamente escolhidos pelo Universo, o que pareceria um "acaso ditado por regras divinas". Mas não é bem assim.
Diferentemente do modelo padrão, a teoria das cordas é inflexível e única, sendo que requer apenas o número que estabelece a escala de referência de suas medidas.
As cordas da teoria das cordas tem como propriedades padrões infinitos de vibração, o que dá lugar a diferentes massas e cargas de força.
Mas o montante da energia de uma corda vibrante está próximo àquele da energia de Planck, ou seja, os padrões vibratórios das cordas com as menores energias cancelam-se substancialmente o que produz vibrações de energias relativamente baixas e cujas respectivas equivalências em massa encontram-se no nível das massas das partículas de matéria e de forças e de força conforme descritas acima.
São portanto, os padrões vibratórios de energia mais baixa que devem propiciar o contato entre a descrição teórica das cordas e o mundo das partículas físicas ao qual temos acesso.
Para o gráviton, Schwarz e Scherk verificaram que o seu padrão vibratório possuía um perfeito cancelamento de energias. Isso resultou em uma partícula de massa zero relativa à força gravitacional.
É o que podia se esperar para um candidato a gráviton: massa zero, pois somente partículas com massa zero podem viajar a velocidade da luz, a qual é a velocidade que a força gravitacional é transmitida.
Porém, a regra são as partículas cuja massa é bilhões de bilhões de vezes maior que a do próton. Assim, as partículas pertencentes as três famílias acima são exceção e surgem da fina névoa que paira acima do mar de cordas mais energéticas.
Em física de partículas e em mecânica quântica, o spin é uma propriedade característica fundamental das partículas elementares, partículas compostas (hádrons) e núcleos atômicos.
Todas as partículas elementares de uma dada espécie tem o mesmo número quântico de spin, que é uma parte importante do estado de uma partícula quântica.
Em 1925 George Uhlenbeck e Samuel Goudsmit verificaram que uma boa quantidade de dados até então não explicados relativos ás propriedades da luz emitida e absorvida pelos átomos poderia ser entendida se atribuíssemos ao elétron propriedades magnéticas muito particulares. cem anos antes, Andre Marie Àmpere demonstrara que o magnetismo decorre do movimento de carga elétrica.
Uhlenbeck e Goudsmit seguiram o caminho de Àmpere e concluíram que apenas o movimento de rotação conferia aquelas propriedades sugeridas pelos dados. Isso significou que a mecânica quântica tem a noção de spin, um número quântico do elétron. Desse modo, o spin, além da massa e da carga é uma outra propriedade intrínseca ao padrão vibratório de todas as partículas de matéria que compõem as três famílias acima.
Dessa forma chegou-se aos seguintes resultados:
partículas de matéria tem spin 1/2;
os transmissors de força eletromagnética, força forte e força fraca possuem spin 1;
o graviton possui spin 2, o que foi predito pela teoria das cordas.
Mas o que isso quer dizer?
Uma partícula com spin zero assemelha-se a um ponto, ou seja, parecerá igual de todas as direções.
Uma partícula de spin 1 é como uma flecha, apresentando aparência diferente sob diferentes direções. Assim, deverá realizar uma volta de 360 graus para a partícula voltar a ter a mesma aparência.
Uma partícula de spin 2 é como uma flecha de ponta dupla. Assim, deverá realizar uma volta de 180 graus para a partícula voltar a ter a mesma aparência. Isso quer dizer que partículas de spins superiores têm de girar frações de círculos para voltarem a ter a mesma aparência. Ex. spin 3 deve girar 360/3 = 120 graus.
Uma partícula de spin 1/2 não apresenta a mesma aparência mesmo que gire 360 graus. Assim, deverá realizar uma volta de 720 graus para a partícula voltar a ter a mesma aparência. Isso quer dizer que partículas de spins inferiores têm de girar mais de um círculo para voltarem a ter a mesma aparência. Ex. spin 1/4 deve girar 360/(1/4) = 1440 graus.
Assim, as partículas conhecidas podem ser divididas em dois grupos:
as partículas de spin 1/2 que compõem a matéria que compõem a matéria presente no universo;
as partículas de spin 0, 1 e 2 que dão origem às forças que atuam entre as partículas de matéria, as quais obedecem o princípio da exclusão de Pauli. Wolfgang Pauli o propôs em 1925 e tal princípio afirma que "duas partículas semelhantes não podem existir no mesmo estado, ou seja, ambas não podem ocupar a mesma posição e ter a mesma velocidade dentro dos limites dados pelo princípio da incerteza de Heisenberg.
O princípio da incerteza afirma que pelas desigualdades precisas de certos pares de propriedades físicas, como posição e momento, não se pode simultaneamente conhecê-los com precisão arbitrária.
Ou seja, se uma propriedade, medida com menor precisão, a outro pode ser medido com maior precisão. Em outras palavras, quanto mais se sabe a posição de uma partícula, menos se pode saber sobre sua velocidade, e quanto mais se sabe sobre a velocidade de uma partícula, menos se pode saber sobre a sua posição instantânea.
O movimento de rotação normal ocasiona o princípio de simetria da invariância rotacional. Em linguagem matemática, simetria poderia definir-se como uma operação geométrica que deixa um objeto inalterado.
Mas poderia o movimento rotacional do spin levar a uma outra simetria nas leis da natureza?
A resposta é sim e se denomina supersimetria. Esta teoria propõe que as partículas na natureza têm de ocorrer em pares, cujos respectivos spins diferem em 1/2 unidade, os superparceiros.
Até agora, há apenas evidências indiretas no que se refere à existência da supersimetria. As partículas superparceiras daquelas do modelo padrão não foram até então observadas.
Dessa forma, se a supersimetria existe de fato, deve se tratar de uma quebra de simetria, permitindo que as superpartículas sejam mais pesadas que aquelas do Modelo Padrão de partículas correspondentes, emparelhando padrões bosônicos (spins de números inteiros) e fermiônicos (partículas com spin 1/2).
A teoria supersimétrica das cordas ou teoria das supercordas emparelhou os padrões bosônicos e fermiônicos, o que refletia um caráter altamente simétrico. Tal teoria é aplicável mesmo às teorias baseadas em partículas puntiformes. Além disso, verificou-se que havia um padrão vibratório cuja massa era negativa. Este foi denominado de taquion e seu padrão nas cordas bosônicas não afeta as supercordas.
O táquion é uma partícula subatômica hipotética que se move mais rápido que a luz. Na linguagem da relatividade especial, o táquion é uma partícula com quadrimomento e tempo próprio imaginário.
Por enquanto, a teoria das cordas é a única forma que unifica a relatividade geral à mecânica quântica, sendo a versão supersimétrica a única que resolve o problema do táquion e que póssui padrões vibratórios fermiônicos que explicam as partículas de matéria constituintes do universo. Assim, a teoria das supercordas (teoria das cordas associada à supersimetria) abre o caminho para a formulação de uma teoria quântica da gravidade e consequentemente a unificação de todas as forças e de toda a matéria.
Em 1919, Theodor Kaluza propôs a ideia de que o espaço poderia ter mais de três dimensões. Tal proposta relacionou a teoria da relatividade geral de Einstein com a teoria eletromagnética de Maxwell.
A partir dos refinamentos de Oskar Klein, em 1926, o tecido espacial do universo pode ter tanto dimensões estendidas quanto dimensões recurvadas, sendo estas bem pequenas nas dimensões da distância de Planck.
Einstein formulara a teoria da relatividade geral em um universo com três dimensões espaciais e uma temporal. A formalização matemática de sua teoria pode ser ampliada de maneira razoavelmente direta para a elaboraçãod e equações análogas relativas a um universo com com dimensões espaciais adicionais.
Com uma dimensão a mais, Kaluza efetuou as análises matemáticas e derivou explicitamente as novas equações. Na formulação revista, as equações relativas às três dimensões familiares eram idênticas às de Einstein. Mas por adicionar uma dimensão a mais, Kaluza encontrou equações adicionais às que einstein encontrara. Estas eram exatamente as equações de Maxwell que descreviam a força eletromagnética.
Com isso, pode-se concluir que tanto o eletromagnetismo como a gravidade, associam-se a ondulações no tecido do espaço. A gravidade se transmite nas três dimensões espaciais familiares, enquanto o eletromagnetismo é transmitido por ondulações que envolvem a dimensão espacial recurvada.
Assim, a teoria de Kaluza-Klein possui quatro dimensões espaciais e uma temporal, sendo uma teoria de 5 dimensões e a teoria da relatividade geral possui três dimensões espaciais e uma temporal, perfazendo 4 dimensões.
Todavia, Kaluza não conhecia a força forte e a força fraca, daía sua teoria não ter ido além da gravidade e do eletromagnetismo.
Em 1984, a teoria das cordas traz a solução para o problema destas duas forças. Seus cálculos demonstraram que se as cordas vibrassem em nove dimensões espaciais independentes eliminava as probabilidades fora da faixa entre 0 e 1 (estas se cancelavam) quando tentava-se unificar a teoria da relatividade geral com a mecânica quântica.
Por serem diminutas, as cordas podem vibrar tanto nas dimensões longas e estendidas, como naquelas recurvadas. Dessa forma, a teoria das cordas não postula novas dimensões. Ela as requer sendo 9 dimensões espaciais e uma temporal, perfazendo um total de 10 dimensões.
Mas o que está acima descrito ocorre por cálculos aproximativos. Na década de 1990, Edward Witten, baseado em seus estudos e nos trabalhos de Michael Duff, Chris Hull, e Paul Townsed proporcionou provas convincentes de que esse cálculo aproximativo deixara de incluir uma dimensão espacial. Assim, a teoria das cordas passa a ter 10 dimensões espaciais e uma temporal, perfazendo um total de 11 dimensões.
Essas dimensões espaciais recurvadas exercem grande impacto sobre os padrões vibratórios possíveis de uma corda, sendo que a maneira como as dimensões se recurvam e se retorcem, uma sobre as outras é que influencia e condiciona fortemente os possíveis padrões vibratórios ressonantes, determinados pela geometria extradimensional que constituem a gama de propriedade possíveis das partículas observadas nas dimensões estendidas familiares.
Logo, a geometria extradimensional determina atributos físicos fundamentais, como as massas e as cargas de partículas observadas nas três grandes dimensões espaciais conhecidas. Dessa forma, as propriedades fundamentais do universo são determinadas, em grande medida, pelo tamanho e pela forma geométrica das dimensões adicionais.
Mas qual a forma das dimensões recurvadas?
Em 1984 Philip Candelas, Gary Horowitz, Andrew Strominger e Edward Witten demonstraram que uma classe específica de formas geométricas de 6 dimensões satisfaz estas condições. São os espaços de Calabi-Yau.
Estas formas possuem dezenas de milhares de possibilidades que satisfazem os severos requisitos impostos pela teoria das cordas a qual impõe ás dimensões adicionais. Porém, há que compará-los com a quantidade infinita das formas que são matematicamente possíveis, o que torna os espaços de Calabi-Yau raros.
No contexto destes espaços e de suas dimensões adicionais há diversos tipos diferentes de buracos, os quais podem ter diversas dimensões. Para cada buraco há uma família de vibrações das cordas de energia mínima.
Isto significa que a existência de buracos múltiplos nos espaços de Calabi-Yau corresponde que os padrões vibratórios das cordas distribuem-se em múltiplas famílias. Caso o espaço de Calabi-Yau tenha 3 buracos, haverá 3 famílias de partículas elementares, o que reflete o número de buracos existentes na forma geométrica em que se encontram as dimensões adicionais.
Mas os buracos que existem nas dezenas de milhares de espaços de Calabi-Yau varia em uma ampla faixa, desde 3 até 480 buracos. Por enquanto, ninguém ainda sabe como deduzir a partir das equações da teoria das cordas qual das formas de Calabi-Yau constitui as dimensões adicionais.
Strominger e Witten demonstraram que as massas das partículas de cada uma das famílias dependem do modo pelo qual os contornos dos vários buracos multidimensionais dos espaços de Calabi-Yau estabelecem intersecções ou sobreposições uns com os outros, o que influencia os padrões de vibração ressonantes.
Mas, como era de se esperar, um pequeno subconjunto do vasto repertório de oscilação das cordas que vibram e se retorcem através das dimensões estendidas e recurvadas consiste de partículas com spin 1 ou 2, os estados de vibração das cordas que possivelemente transmitem as forças.
Independentemente da forma do espaço de Calabi-Yau, sempre há um padrão vibratório que é sem massa e com spin igual a 2 (padrão do graviton).
Já as partículas de spin 1 depende crucialmente da forma geométrica exata das dimensões recurvadas. Mas, enquanto não for possível selecionar qual espaço de Calabi-Yau dentre os muitos existentes seja o certo, não será possível tirar qualquer conclusão experimentalmente testável.
O gráviton e os bosons de Higgs:
Conforme já anteriormente fora abordado, o gráviton é a partícula mediadora da gravidade, cuja massa de repouso e zero e o spin é igual a 2.
Os grávitons foram postuladas por causa do grande sucesso da teoria quântica de campo (em particular, o Modelo Padrão) no que se refere à modelagem do comportamento de todas as outras forças da natureza conhecidas como sendo mediadas por partículas elementares.
A hipótese é que a interação gravitacional é também mediada por uma, ainda desconhecida, partícula elementar, denominada de graviton, em vez de ser descrita em termos de espaço-tempo curvo como na relatividade geral. No limite clássico, ambas as abordagens chegam a resultados idênticos, uma vez que são obrigadas a obedecer a lei da gravitação de Newton.
No entanto, as tentativas de estender o modelo padrão a partir dos gravitons deparou-se com graves dificuldades de ordem teórica referente a altas energias (processos com energias próximas ou acima da escala de Planck) devido a infinitos que surgem como causa de efeitos quânticos (em termos técnicos, a gravitação não é renormalizável).
A identificação de um gráviton é algo complexo. Os perimetros para detectar ondas gravitacionais, que podem ser vistas como estados coerentes de muitos grávitons, já estão em andamento (por exemplo, LIGO e VIRGO). Todavia, estas experiências não podem detectar grávitons individualmente.
Elas podem apenas fornecer informações sobre determinadas propriedades do gráviton. Por exemplo, se as ondas gravitacionais forem observadas se propagando mais lentamente que a velocidade da luz no vácuo), implicará que o gráviton tem uma massa maior que zero.
A teoria das cordas prediz a existência de grávitons e suas interações de forma bem definida. O gráviton na teoria das cordas perturbativas é uma seqüência fechada de uma forma muito particular de baixa energia do estado vibracional.
Uma característica interessante dos grávitons na teoria das cordas é que, como cordas fechadas sem pontas, eles não estariam atados a branas e poderiam mover livremente entre elas.
Caso vivamos em uma membrana (como aventado por alguns teóricos), este "vazamento" de grávitons da membrana para o espaço de mais dimensões poderia explicar porque a gravidade é uma força tão fraca. Isso implicaria que grávitons das outras branas adjacentes a nossa própria poderiam prover uma promissora explicação para a matéria escura.
Em física teórica, uma membrana, membrana ou membrana p é um conceito matemático espacialmente estendido que aparece na teoria das cordas e teorias correlatas (a teoria-M e da cosmologia de branas) que existe em um número de dimensões estática.
A variável p refere-se ao número de dimensões espaciais da membrana. Ou seja, uma 0-brana é uma partícula zero-dimensional pontual, a 1-brana é uma corda, que pode ser aberta ou fechada, a 2-brana é uma membrana ", etc.
A variável p refere-se ao número de dimensões espaciais da membrana. Ou seja, uma 0-brana é uma partícula zero-dimensional pontual, a 1-brana é uma corda, que pode ser aberta ou fechada, a 2-brana é uma membrana ", etc.
Cada p-brana implica um volume (p +1)-dimensional de mundo, tal como ele se propaga através do espaço-tempo.
Valores maiores que p só são possíveis em um espaço-tempo com 11 dimensões. Na maioria ou em todos os casos as dimensões p são curvadas para cima como uma rosca. Antes, se tinham 5 diferentes Teorias das Cordas, porém hoje se sabe que elas são diferentes interpretações de uma única teoria, a Teoria M.
Em física teórica, a teoria-M é uma extensão da teoria de cordas em 10 dimensões identificadas. Isso foi mais tarde expandido para 11 dimensões com base na necessária consolidação das cinco teorias das cordas separadas para produzir as 11 dimensões unificadas em uma teoria de cordas consistente.
Devido ao número superior de 11 dimensões superar aqueles das cinco teorias das supercordas em 10 dimensões, acredita-se que a nova teoria (de 11 dimensões) unifique todas as teorias de cordas (e as substitua).
O boson de Higgs, até a época em que este artigo foi escrito, era uma partícula hipotética elementar escalar maciça predita para validar o modelo padrão da física de partículas.
O boson de Higgs, até a época em que este artigo foi escrito, era uma partícula hipotética elementar escalar maciça predita para validar o modelo padrão da física de partículas.
Atualmente não se conhecem partículas escalares elementares (spin-0) na natureza, embora muitas partículas compostas de spin-0 sejam conhecidas.
A existência do Boson de Higgs é postulada como uma forma de resolver inconsistências na física teórica. As tentativas estão sendo feitas para confirmar a existência da partícula através da experimentação, usando o Large Hadron Collider (LHC).
O bóson de Higgs é a única partícula do modelo padrão que não tem sido observada e acredita-se que é uma canditata para ser a mediadora de massa.
A detecção experimental do bóson de Higgs ajudaria a explicar a origem da massa no universo. O bóson de Higgs explica a diferença entre o fóton, que medeia o eletromagnetismo, e o s bosons massivos W e Z, que mediam a força nuclear fraca. Se o bóson de Higgs existir, ele é uma parte integrante e componente do mundo material.
O bóson de Higgs é um componente quântico do campo teórico de Higgs. No espaço vazio, o campo de Higgs tem uma amplitude diferente de zero, ou seja, um valor diferente de zero da expectativa do vácuo.
A existência da expectativa não nula do vácuo desempenha um papel fundamental: dá a massa à cada partícula elementar que compartilham o campo de Higgs, incluindo o próprio bóson de Higgs. Em particular, a aquisição de uma expectativa de valor não nulo quebra espontaneamente a simetria de calibre do vácuo referente à força eletrofraca, que os cientistas se referem frequentemente como o mecanismo de Higgs.
Este é o único mecanismo capaz de dar a massa para os bósons mediadores mantendo-se compatível com as teorias de calibre.
Em essência, este campo é análogo a uma piscina de melaço, que "gruda" no caso contrário partículas fundamentais sem massa que viajam através do campo, transformando-as em partículas com massa que formam, por exemplo, os componentes dos átomos. O bóson de Higgs foi predito primeiramente em 1964 pelo físico britânico Peter Higgs.
O maior interesse dos cientistas é descobrir o Bóson de Higgs, a única peça que falta para montar o quebra-cabeças que explicaria a "materialidade" do nosso universo.
Por muito tempo se acreditou que os átomos fossem a unidade indivisível da matéria. Depois, os cientistas descobriram que o próprio átomo era resultado da interação de partículas ainda mais fundamentais. E eles foram descobrindo essas partículas uma a uma. Entre quarks e léptons, férmions e bósons, são 16 partículas fundamentais: 12 partículas de matéria e 4 partículas portadoras de força.
O problema é que, quando consideradas individualmente, nenhuma dessas partículas tem massa. Ou seja, depois de todos os avanços científicos, ainda não sabemos o que dá "materialidade" ao nosso mundo.
O Modelo Padrão, a teoria básica da Física explica a interação de todas as partículas subatômicas, e tem no Bóson de Higgs, a partícula fundamental que explicaria como a massa se expressa nesse mar de energias.
A teoria do Modelo Padrão tem um enorme poder explicativo, embora seja deficiente. Essa teoria cobre apenas o que chamamos de "matéria ordinária", a matéria da qual somos feitos e que pode ser detectada por nossos sentidos.
O bóson de Higgs poderia explicar a massa de todas as demais partículas e seria algo como um campo de energia uniforme.
Ao contrário da gravidade, que é mais forte onde há mais massa, esse campo energético de Higgs seria constante. Desta forma, ele poderia ser a fonte não apenas da massa da matéria ordinária, mas a fonte da própria energia escura e decifrar o destino do universo.
Embora extremamente maciços, os Bósons de Higgs são difíceis de detectar, porque só existem”virtualmente”. Emergem no mundo e submergem após brevíssimos instantes, tempo curto demais para serem registrados.
Para ver um Bóson de Higgs, os físicos têm de produzir um, espatifando partículas umas contra as outras a velocidades extremas. A energia da colisão se converte em matéria e, se a energia for alta o suficiente, um Bóson de Higgs de verdade pode irromper. Em seguida, conforme prediz a teoria, ele se desfaz decaíndo em outras partículas.
Outra questão que os cientistas discutem sobre a matéria se refere às condições iniciais do Universo. Nos primeiros momentos do Universo, matéria e energia estavam acopladas. Logo depois que matéria e energia se dissociaram, partículas de matéria e de antimatéria aniquilaram-se umas às outras.
Caso houvesse quantidade igual de matéria e antimatéria, as duas espécies de partículas teriam se cancelado mutuamente. Mas havia um pouco mais de matéria que de antimatéria no Universo. Observar a antimatéria durante poderia levar a compreender por que existia essa minúscula diferença quando o Universo começou.
Quando observamos o movimento de galáxias e de outros corpos celestiais, vemos que sua trajetória sugere que existe muito mais matéria no Universo do que podemos detectar.
Os cientistas chamam essa matéria não detectável de matéria escura. Juntas, a matéria visível e a matéria negra podem responder por cerca de 25% do Universo.
Os cientistas chamam essa matéria não detectável de matéria escura. Juntas, a matéria visível e a matéria negra podem responder por cerca de 25% do Universo.
O restante viria de uma força chamada de energia escura, que se trata de uma energia hipotética que contribui para a expansão do Universo.
Assim, o Modelo Padrão consegue dar boas respostas sobre como a massa funciona, mas não explica porque temos massa e por que existe a gravidade. Também não responde por que o restante 95% do nosso universo, presumivelmente é preenchido por outras duas "coisas" que não sabemos o que são: a energia escura e a matéria escura.
Os grávitons se conectam aos bósons de Higgs no que se refere ao fato de que onde há mais massa concentrada há mais gravidade. Os bósons de Higgs explicariam por que existe a massa, enquanto os grávitons explicariam a propriedade apenas atrativa desta massa.
Assistir, se divertir e aprender!!!!
