Plutão, combustível para Novos Horizontes
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| Foto de Plutão tirada pela New Horizons |
Muito se falou sobre a chegada da sonda "New Horizon" à Plutão, mas como todo acontecimento cientifico de grande impacto houve muita desinformação, especulação e uma verdadeira "viagem" com o perdão do trocadilho. Antes de entender a missão é importante entender quem é Plutão e se é Plutão mesmo que foi visitado. Tudo começa com Percival Lowell que pesquisou a suposta causa da perturbação na órbita de Netuno, ele calculou possíveis lugares onde se poderia encontrar o planeta. Em 1930 Clyde Tombaugh um astrônomo americano, encontrou Plutão com a previsão de Lowell. Mas o que é encontrar? Na época a tecnologia que se tinha disponível era telescópios e chapas que reagiam a fótons como filme de máquina fotográfica, então obter imagens consistia em fixar por alguns minutos uma chapa no telescópio. Com mais tempo de exposição se consegue gravar corpos de magnitude difíceis de observar. Tombaugh tirou uma sequência de chapas em intervalos de dias apontando pro mesmo lugar, logo nas chapas as estrelas estariam sempre no mesmo lugar, mas se houvesse um planeta ele estaria em um lugar em um dia e em outro lugar em outro dia. Ou seja, era realmente um trabalho de olhar chapas enormes cheias de pontinhos e encontrar o pontinho que se mexeu.
A tecnologia melhorou e em 1978 (48 anos depois), James Christy and Robert Harrington descobriram a "verruguinha" que hora aparecia hora sumia na imagem de Plutão, era Caronte o satélite de plutão. Mas será mesmo uma "lua" de plutão, afinal Caronte tem pouco mais de um décimo da massa de plutão, o que faz o centro de massa dos dois estar fora de plutão. A principio o sistema é binário, ou seja, os dois giram em torno do centro do sistema como um altere (Vide essas duas primeiras animações aqui). Em 2005 o Telescópio Huble estragou a brincadeira tirando imagens de qualidades muito superiores do sistema de Plutão e dois pontos menores apareceram, eram Nix e Hidra, dois satélites do sistema. Atenta-se para o fato de que a New Horizon foi lançado no ano seguinte, logo durante toda a preparação da missão só se conhecia Plutão e Caronte e no ano de véspera do lançamento descobriram estes dois satélites. Mas em 2011 e 2012 quando a sonda já tinha passado por Júpiter e estava no meio da viagem, Estige e Cérberos foram descobertos fechando o sistema. Não é à toa que assim que a "New Horizon" saiu do estado de hibernação, começou a procurar novos corpos, mas nada foi encontrado antes da aproximação. O sistema fica assim: Um sistema binário de Plutão e Caronte mais centrado em Plutão, e orbitando o sistema: Estige, Nix, Cérberos e Hidra respectivamente.
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| Imagem capturada pelo telescópio Huble em 2005, mostrando Nix e Hidra |
Sabendo agora o que a New Horizon foi visitar, vejamos o problema de se enviar uma sonda para o cinturão de Kuiper (região onde está o sistema Plutão-Caronte). Sabendo que além de longe trata se de uma órbita ao redor do Sol de 248 anos. Mas antes que venha alguém falar besteira vamos entender algo: Nada que está no nosso sistema está fora de uma órbita! Tudo funciona em uma órbita, seja ela elíptica, parabólica ou Hiperbólica. Sabendo disso, quando mandamos uma sonda ela "NÃO" sai da Terra em linha reta em direção do sistema e depois desliga o motor porque não tem atrito e etc... Assim que sai da Terra a sonda cai em uma órbita aproveitando o momento e energia de órbita e rotação da Terra. Os propulsores da sonda são responsáveis por dar mais ou menos energia ao movimento fazendo com que ela mude de órbita. Normalmente as sondas fazem muitos "flyby’s" (que é uma manobra orbital que aproveita a aproximação de um corpo para usar gravidade desse corpo para ganhar ou perder energia na órbita) em corpos próximos como a lua, ou grandes como Júpiter para ganhar energia. No caso, a New Horizon fez apenas um encontro com Júpiter em 28 de fevereiro de 2007, o que faz da missão uma das mais diretas em caminho. Como a missão era pra muito longe, fazer muitos encontros iria prolongar muito a missão e dar muita energia, o que faria com que a sonda passasse muito rápido pelo sistema de Plutão. Assim no fatídico dia de 19 de janeiro de 2006 a sonda New Horizon foi lançada pelo foguete Atlas de 575 toneladas e 59,7 metros ( Na órbita descrita aqui). E no dia 14 de julho de 2015 ela fez sua aproximação à 14 km/s (50400 km/h) em uma distância de 12500 km de Plutão e depois de 29000 km de Caronte.
Agora, estando lá o que fazer? Primeiro nada se faz sem energia e com placas solares a 4,77 Bilhões de km da Terra ("quiçá do sol" ) você não liga nem sua calculadora de R$ 1,99, então o que fazer? A solução é usar um gerador termoelétrico de radioisótopos. Sem trocadilhos, o combustível elétrico pra se chegar à Plutão é o plutônio. Agora para fazer ciência a sonda tem um Espectrômetro de ultravioleta, luz visível e infravermelho, radiômetro e espectrômetro de partículas energéticas, tudo isso em 4 aparelhos. Os aparelhos estão fixos na sonda o que faz com que seus 16 propulsores façam o que chamamos de controle de atitude, ou simplesmente fica posicionando a sonda para apontar estes equipamentos (mais ou menos como quando se esta com torcicolo e tem que virar o corpo inteiro para olhar em alguma direção) . Sendo assim, durante toda a passagem a sonda só faz um checkup pra dar noticias, parando as medidas pra virar a antena pra Terra. Afinal você demora quase 10 anos pra chegar à Plutão e vai fazer só uma passagem, é perda de tempo ficar se comunicando com a Terra. Logo toda a medição já estava programada, a sonda não é controlada por joystick (a não ser que você consiga jogar com mais de 15.900.000 de ping), as informações levam 4h25m pra chegar ou voltar da sonda a Terra dada à distância. Depois que a sonda passar por Plutão ela vai começar a mandar todos os dados. E com esses dados vai acontecer algo comum na astronomia, que é demorar muito tempo para processar todos os dados. Logo começaremos a publicar em cima dos dados colhidos agora, e muito tempo se passara e continuaremos processando e publicando dados em cima da passagem da New Horizon.
O que esse fantástico acontecimento trará para a humanidade, só o tempo dirá!
O que esse fantástico acontecimento trará para a humanidade, só o tempo dirá!
Mais informações
acesse o site da New Horizon, de onde vieram os dados aqui expostos.
Agradecimentos aos corretores: Thiago Guimarães e Thamires Santana.
Agradecimentos aos corretores: Thiago Guimarães e Thamires Santana.
Um passo de cada vez
Sobre estudantes de ciências que curtem a vibe científica, mas não querem se dedicar o mínimo para realmente entender algo.
Na minha recente experiência como professor universitário, tenho me deparado com diversos alunos que adoram fazer piadas "nerds", compartilham constantemente nas redes sociais referências aos seus estudos, passam a imagem (externa) de que são exímios estudantes daquele campo. Mas quando tentamos descobrir o que esses alunos realmente sabem, deixam muito a desejar.
A física é popular. Dá status. Quem sabe física ganha fama de sabichão. Pessoas inteligentes são Einsteins, Hawkings. Todo mundo quer ser fã de Cosmos, de Big Bang Theory. Saber sobre quântica, múltiplos universos, relatividade. Por um lado, isso é muito bom. Atrai atenção. Enquanto a vibe existir, jovens serão atraídos aos montes para os estudos de ciências. Desses, um bom número pode se tornar bons físicos, que farão contribuições impotantes para o avanço científico. Como eu acredito que conhecimento científico enriquece o indivíduo e a sociedade, não tenho como achar a popularidade da física algo ruim.
Num nível do deslumbramento científico, Tysons, Sagans, Hawkings e Gleisers fazem um trabalho muito bom. Fazem com que as pessoas leigas em ciência admirem o campo, mesmo que não entendam muita coisa. A divulgação tem esse papel também.
O que noto, no entanto, é que alunos parecem não querer passar desse nível amador. Querem falar de galáxias, compartilhar vídeos sobre buracos negros, falar os nomes das disciplinas legais que cursarão no próximo semestre, querem se sentir parte do show. Mas não dedicam o mínimo do tempo suficiente para o básico. Cálculo e as físicas básicas, por exemplo. Não dá pra saber sobre relatividade geral sem saber o que são vetores direito. Não dá pra falar de quântica se não souber o que é a equação de onda. E o que é uma equação diferencial. Muitos querem saber falar algo sobre o Bóson de Higgs e o LHC sem saber descrever o movimento de um bloco preso a uma mola, ou um lançamento de um foguete.
"Ah, mas essa física é chata", alguns podem dizer. Não, amigo. Se você acha isso, então você acha física, como um todo, chata. O movimento de um projétil por exemplo, por mais bobo que possa parecer num primeiro momento, carrega tanta reflexão sobre a natureza que se torna absolutamente fantástico. O movimento pode ser decomposto em direções independentes (horizontal e vertical), e cada componente é descrita por equações extremamente simples. Pode ser descrito utilizando o conceito de força ou de energia, e as duas descrições, aparentemente bem diferentes, são equivalentes para prever toda a trajetória futura do projétil. Podemos ir mais além, e procurar as simetrias do fenômeno e interpretar essas simetrias como leis de conservação de algumas grandezas físicas.
Sem compreender esses conceitos para eventos cotidianos (pêndulos, projéteis, colisão de bolas de bilhar, etc) não há como entender coisas mais avançadas. Movimento de galáxias, buracos-negros e todas essas coisas hype não pertencem a uma ciência diferente. É física, é a mesma física. E não há como compreendê-los sem passar pelo básico. Assim como não há como querer aprender gramática formal sem conhecer a escrita, ou saber cálculo diferencial sem saber somar.
Então, jovens estudantes de física e ciências em geral, se vocês querem a hype e só a hype, nem percam tempo. Há diversos sites e livros divertidos, que te darão respostas prontas e mastigadas sobre todas as coisas fantásticas que são estudadas por aí. Você não vai entender muito bem, mas vai se divertir, eu garanto. Mas se você quer saber não só sobre buracos-de-minhoca e big-bang, não só pagar de nerd, mas quer saber sobre a física que descreve a natureza como um todo, do menor ao maior, saber explicar tanto sobre como o Sol produz luz, como um arco-íris se forma, como uma bola quica, como a água esquenta, e como tudo isso está relacionado de maneira simples e bela, então você vai precisar se dedicar. Se dedicar muito mais do que o tempo de um episódio de Cosmos. Vai precisar ler muito mais do que uma Scientific American, e vai precisar principalmente fazer e refazer aqueles exercícios chatos que seu professor passou, até que se tornem belos e todos os exercícios e exemplos de todos os livros estudados de assuntos diferentes se tornem parte de um único grande panorama, o despertar de uma compreensão ampla da Natureza.
Física Quântica e o Poder da Mente
Como a física quântica está relacionada com o poder da mente e a cura pelo pensamento?
Física quântica é a parte da física que descreve o comportamento da luz, de átomos e de partículas como o elétron. Assim como a física clássica te permite descrever o movimento de uma bola quando é chutada por um jogador de futebol, a física quântica te permite descrever o que acontece com um elétron quando ele passa próximo de um ímã, por exemplo.
Por que não aprendemos quântica na escola? Simplesmente por que para estudar física quântica precisamos de algumas coisas como equações diferenciais parciais e álgebra linear, coisas que só costumam ser estudadas no ensino superior. Por que precisamos dessas coisas? Quando queremos calcular o movimento de uma bola atirada para cima no segundo grau, utilizamos uma equação do tipo
$ \Delta s (t) = v_0 t - \frac{1}{2}g t^2 $
para descrever a variação do movimento $ \Delta s $ em função do tempo, com a bola sujeita a uma aceleração constante g. Para testar, arremessamos uma bola para cima e verificamos quanto ela se deslocou em cada instante de tempo. E vemos que a equação acima funciona muito bem. Para fazer a mesma coisa com um elétron que se move, uma equação parecida não funciona mais. Precisamos de equações diferentes, coisas como
$ i \hbar \frac{\partial}{\partial t} \psi(x,t) = \left[ -\frac{\hbar}{2m} \frac{\partial^2}{\partial x^2} + U(x,t) \right] \psi(x,t) $
Por que uma equação simples como a primeira não funciona mais? Seria lindo se a física atômica pudesse ser explicada utilizando nossa matemática de segundo grau. E por algum tempo físicos tentaram explicar o comportamento de átomos dessa maneira "clássica". Mas simplesmente não funcionou. Quando você tentava explicar um elétron como uma "bolinha" sujeito a forças, suas equações deixavam de estar de acordo com o que era observado nos experimentos. No entanto, se considerassem os elétrons como se fossem ondas de algum tipo, as equações voltavam a explicar os fenômenos. Além disso, efeitos tipicamente ondulatórios também aparecem nos fenômenos atômicos, como interferência, ressonância e batimentos.
Ondas de que? Quando estudamos o som, sabemos que este é provocado por uma onda de pressão no ar, regiões de alta e baixa pressão que se alternam rapidamente. Quando estudamos ondas eletromagnéticas (tipo ondas de rádio), aprendemos que essas são variações de campos elétricos e magnéticos. Ondas costumam ser "de algo". E essas "ondas" do elétron, o que são? A resposta curta é: ninguém sabe direito. Alguns dizem simplesmente que não importa, o que importa é que é uma ferramenta matemática que funciona. Outros, baseados no fato de que essas ondas que aparecem nas equações estão relacionadas com a probabilidade de encontrar o elétron em alguma posição, dizem que essas ondas são "ondas de probabilidade". Outros dizem que na verdade é tudo partícula mas com uma física desconhecida que não é nem clássica nem ondulatória, mas que acaba parecendo ondulatória.
Essas várias maneiras de entender as equações são chamadas de interpretações da mecânica quântica. Existem várias outras. Cada uma tem méritos e problemas sérios, e cada uma possui defensores e combatedores dentro do mundo científico. As sobreviventes hoje explicam igualmente bem os fenômenos, mas com concepções filosóficas bastante distintas.
Vou focar em uma delas, a interpretação ondulatória realista, que eu já mencionei acima. Ela diz que tudo são "ondas de probabilidade", que tem uma existência real, ainda que anti-intuitiva. Ou seja, o tratamento ondulatório não é um truque matemático que simplesmente funciona, mas descreve o que realmente é o elétron.
Ok, é uma onda, qual a polêmica nisso? Ao contrário das ondas usuais (de som ou na superfície da água, por exemplo), as ondas aqui tem uma característica bem diferente. Se eu estouro um balão o som dessa explosão se propaga em todas as direções. Se eu escuto o som do estouro em um lado, outra pessoa pode tranquilamente escutar o som do outro lado.
No caso das ondas na física quântica, a coisa é diferente. Se um elétron é emitido com 50% de chance de ser encontrado na esquerda e 50% de chance de encontrar na direita, representamos isso com uma onda dividida entre esquerda e direita. Esse "encontrar" é feito com um detector. No caso do som, esse detector é o nosso ouvido. A diferença é que se detectamos o elétron de um lado, nunca a pessoa do outro lado vai detectar também. O elétron continua sendo um só, por mais que sua onda correspondente estivesse "dividida" entre a esquerda e a direita.
Para várias interpretações, isso não é nenhum problema. Para a interpretação ondulatória, é. Significa que a onda do elétron, depois da primeira detecção, deixou de existir em todos os outros lugares. Isso recebe um nome, chamado colapso da função de onda. Se a onda do elétron é real, a nossa medição faz com que, instantaneamente, a onda do elétron no restante do universo se torne zero.
Quem leva essa interpretação a sério se preocupa com isso. Entre os vários pontos de preocupação, está a pergunta "o que exatamente causa o colapso?". Isto é, esse colapso da onda ocorre quando o elétron interage com o detector, quando o detector apita ou quando eu escuto o apito? Alguns físicos mais radicais defendiam que o colapso da função de onda era provocado pela nossa consciência do experimento. Em outras palavras, a consciência afetaria a realidade, ou pelo menos um aspecto dela.
Esses pontos deram origem à proliferação de ideias bastante extremas, de como a realidade é afetada pela consciência. Em conjunto com religiões e concepções de mundo que já defendiam a influência do pensamento na realidade, a física quântica entrou como uma suposta "comprovação científica" para essas ideias.
Quero chamar atenção para alguns pontos. Primeiro, não é a física quântica que dá suporte a essas ideias, mas sim uma das várias interpretações da física quântica, e uma versão bem extrema dela. Além disso, mesmo se essa interpretação radical for verdade, ela não diz que "tudo é possível, basta acreditar", ela só diria que a consciência de um fenômeno afeta o fenômeno, e não a vontade. Eu posso até "querer" que um elétron seja detectado simultaneamente por mim e pelo cara do outro lado ao mesmo tempo, mas isso nunca vai acontecer. A interpretação só diz que, se eu "souber" que o elétron está do lado de cá, sua onda de probabilidade deixa de existir do lado de lá.
Ou seja, se tem um físico te dizendo que a física quântica prova que você pode afetar a realidade, basta acreditar, ou ele não sabe nada de física quântica, ou ele está te fazendo de otário.
Infográficos: Isabel Alencar
Um outro texto interessante sobre o assunto, numa outra perspectiva. no aqui.
Mais sobre quântica e o Gato de Schrödinger, aqui.
Sobre outros pontos da física quântica usada por picaretas para ganhar dinheiro fácil, aqui.
Por que não aprendemos quântica na escola? Simplesmente por que para estudar física quântica precisamos de algumas coisas como equações diferenciais parciais e álgebra linear, coisas que só costumam ser estudadas no ensino superior. Por que precisamos dessas coisas? Quando queremos calcular o movimento de uma bola atirada para cima no segundo grau, utilizamos uma equação do tipo
$ \Delta s (t) = v_0 t - \frac{1}{2}g t^2 $
para descrever a variação do movimento $ \Delta s $ em função do tempo, com a bola sujeita a uma aceleração constante g. Para testar, arremessamos uma bola para cima e verificamos quanto ela se deslocou em cada instante de tempo. E vemos que a equação acima funciona muito bem. Para fazer a mesma coisa com um elétron que se move, uma equação parecida não funciona mais. Precisamos de equações diferentes, coisas como
$ i \hbar \frac{\partial}{\partial t} \psi(x,t) = \left[ -\frac{\hbar}{2m} \frac{\partial^2}{\partial x^2} + U(x,t) \right] \psi(x,t) $
Por que uma equação simples como a primeira não funciona mais? Seria lindo se a física atômica pudesse ser explicada utilizando nossa matemática de segundo grau. E por algum tempo físicos tentaram explicar o comportamento de átomos dessa maneira "clássica". Mas simplesmente não funcionou. Quando você tentava explicar um elétron como uma "bolinha" sujeito a forças, suas equações deixavam de estar de acordo com o que era observado nos experimentos. No entanto, se considerassem os elétrons como se fossem ondas de algum tipo, as equações voltavam a explicar os fenômenos. Além disso, efeitos tipicamente ondulatórios também aparecem nos fenômenos atômicos, como interferência, ressonância e batimentos.
Ondas de que? Quando estudamos o som, sabemos que este é provocado por uma onda de pressão no ar, regiões de alta e baixa pressão que se alternam rapidamente. Quando estudamos ondas eletromagnéticas (tipo ondas de rádio), aprendemos que essas são variações de campos elétricos e magnéticos. Ondas costumam ser "de algo". E essas "ondas" do elétron, o que são? A resposta curta é: ninguém sabe direito. Alguns dizem simplesmente que não importa, o que importa é que é uma ferramenta matemática que funciona. Outros, baseados no fato de que essas ondas que aparecem nas equações estão relacionadas com a probabilidade de encontrar o elétron em alguma posição, dizem que essas ondas são "ondas de probabilidade". Outros dizem que na verdade é tudo partícula mas com uma física desconhecida que não é nem clássica nem ondulatória, mas que acaba parecendo ondulatória.
Essas várias maneiras de entender as equações são chamadas de interpretações da mecânica quântica. Existem várias outras. Cada uma tem méritos e problemas sérios, e cada uma possui defensores e combatedores dentro do mundo científico. As sobreviventes hoje explicam igualmente bem os fenômenos, mas com concepções filosóficas bastante distintas.
Vou focar em uma delas, a interpretação ondulatória realista, que eu já mencionei acima. Ela diz que tudo são "ondas de probabilidade", que tem uma existência real, ainda que anti-intuitiva. Ou seja, o tratamento ondulatório não é um truque matemático que simplesmente funciona, mas descreve o que realmente é o elétron.
Ok, é uma onda, qual a polêmica nisso? Ao contrário das ondas usuais (de som ou na superfície da água, por exemplo), as ondas aqui tem uma característica bem diferente. Se eu estouro um balão o som dessa explosão se propaga em todas as direções. Se eu escuto o som do estouro em um lado, outra pessoa pode tranquilamente escutar o som do outro lado.
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| (a) Uri (esquerda) e James (direita) estão prontos para ouvir o som de um balão estourando; (b) O balão é estourado e a onda sonora se propaga nas duas direções; (c) James escuta o som, mas a onda ainda não chegou em Uri; (d) Uri escuta o som também. |
No caso das ondas na física quântica, a coisa é diferente. Se um elétron é emitido com 50% de chance de ser encontrado na esquerda e 50% de chance de encontrar na direita, representamos isso com uma onda dividida entre esquerda e direita. Esse "encontrar" é feito com um detector. No caso do som, esse detector é o nosso ouvido. A diferença é que se detectamos o elétron de um lado, nunca a pessoa do outro lado vai detectar também. O elétron continua sendo um só, por mais que sua onda correspondente estivesse "dividida" entre a esquerda e a direita.
Para várias interpretações, isso não é nenhum problema. Para a interpretação ondulatória, é. Significa que a onda do elétron, depois da primeira detecção, deixou de existir em todos os outros lugares. Isso recebe um nome, chamado colapso da função de onda. Se a onda do elétron é real, a nossa medição faz com que, instantaneamente, a onda do elétron no restante do universo se torne zero.
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| (a) Um elétron é emitido, com igual probabilidade de ser encontrado na esquerda ou na direita. Na interpretação ondulatória, a onda do elétron se propaga nas duas direções. Dinah e Quevedo possuem detectores de elétrons, prontos para serem usados. (b) O detector de Quevedo apita. Na interpretação ondulatória, a detecção provoca um colapso da função de onda do elétron na direita, fazendo com que a onda do lado esquerdo deixe de existir. Dinah não será mais capaz de detectar nenhum elétron, pois não existe mais onda em sua direção. |
Quem leva essa interpretação a sério se preocupa com isso. Entre os vários pontos de preocupação, está a pergunta "o que exatamente causa o colapso?". Isto é, esse colapso da onda ocorre quando o elétron interage com o detector, quando o detector apita ou quando eu escuto o apito? Alguns físicos mais radicais defendiam que o colapso da função de onda era provocado pela nossa consciência do experimento. Em outras palavras, a consciência afetaria a realidade, ou pelo menos um aspecto dela.
Esses pontos deram origem à proliferação de ideias bastante extremas, de como a realidade é afetada pela consciência. Em conjunto com religiões e concepções de mundo que já defendiam a influência do pensamento na realidade, a física quântica entrou como uma suposta "comprovação científica" para essas ideias.
Quero chamar atenção para alguns pontos. Primeiro, não é a física quântica que dá suporte a essas ideias, mas sim uma das várias interpretações da física quântica, e uma versão bem extrema dela. Além disso, mesmo se essa interpretação radical for verdade, ela não diz que "tudo é possível, basta acreditar", ela só diria que a consciência de um fenômeno afeta o fenômeno, e não a vontade. Eu posso até "querer" que um elétron seja detectado simultaneamente por mim e pelo cara do outro lado ao mesmo tempo, mas isso nunca vai acontecer. A interpretação só diz que, se eu "souber" que o elétron está do lado de cá, sua onda de probabilidade deixa de existir do lado de lá.
Ou seja, se tem um físico te dizendo que a física quântica prova que você pode afetar a realidade, basta acreditar, ou ele não sabe nada de física quântica, ou ele está te fazendo de otário.
Infográficos: Isabel Alencar
Um outro texto interessante sobre o assunto, numa outra perspectiva. no aqui.
Mais sobre quântica e o Gato de Schrödinger, aqui.
Sobre outros pontos da física quântica usada por picaretas para ganhar dinheiro fácil, aqui.
Teoria de Tudo [Resenha]
Não contém spoilers se você já sabe pelo menos o grosso sobre a vida dele. Se você não sabe nem quem é Hawking, não sei nem se você vai querer ver o filme.
Hoje assisti ao filme Teoria de Tudo, que conta a história do físico Stephen Hawking. Achei conveniente aproveitar o momento e dizer o que achei. No geral, positivo. No entanto há um pequeno ponto que achei que poderia ter sido diferente.
O filme foca no relacionamento entre Hawking e sua primeira esposa, Jane. Como drama, na minha opinião foca mais na força de Jane ao enfrentar com ele a doença degenerativa. A parte da física é deixada em segundo plano. Cheguei a ver alguns comentários na internet de pessoas reclamando disso. A esses eu digo: se quiser aprender relatividade, compre um livro. Não ache que numa biografia você vai sair sabendo sobre buracos negros.
De volta ao filme. É uma produção bonita. A história de vida do cara, com ou sem o filme, é um exemplo de garra e superação. Um sujeito que com vinte e poucos anos descobriu que teria pouquíssimo tempo de vida mas já passou dos setenta, sem deixar de trabalhar e dar grandes contribuições para a física e para a divulgação científica - muitos físicos de hoje devem o interesse no assunto a seus livros. Então é natural que contar essa história, bela por si só, com o poder da telona dá um efeito excelente.
Quanto às relações entre pessoas, sem spoilers, apenas digo que o filme retrata um desenrolar sem vilões ou mocinhos, simplesmente pessoas, com forças e fraquezas. Isso também é legal de se ver. Talvez alguém que viu o filme diga: "ah Daniel, mas aposto que ele era meio babaca, e o filme amenizou. Filmes sempre fazem isso!" ok, pode ser. Mas, é cinema, né? Tolera-se um pouco de "liberdade poética".
Finalmente vou ao ponto que acho poderia ter sido melhor trabalhado: o filme reforça o estereótipo dos físicos como sujeitos bizarros e da física como um assunto de doidos. Ok, o Hawking possivelmente era já meio esquisitão. Mas não acredito que ele pensava em física o tempo todo, como o filme retrata. Liberdade poética também, ok. E de fato, fica interessante. Mas talvez por eu me preocupar tanto com a imagem que as pessoas tem da ciência, eu fiquei levemente com uma pulga atrás da orelha.
Mas o pior para mim não foi nem o Hawking-Nerdão. Até que foi divertido. Meu problema maior foi como o filme relata a maneira com que teorias físicas são desenvolvidas. Um insight, uma palestra falada (sem nenhuma equação) para um grupo de professores e pronto, você é reconhecido como um super gênio. É verdade que há referências no filme aos cálculos matemáticos como um elemento da física, mas ainda assim me passou a ideia de ser algo secundário. A física parece acontecer primeiro em mesas de boteco, para depois, só por conveniência, ganhar uma roupinha matemática.
Não gosto dessa visão porque isso, na minha opinião de quem já viu muita gente com ideias bem tortas sobre ciência, fortalece a ideia que qualquer um pode formular uma teoria revolucionária sem nenhum esforço apenas olhando para uma xícara de café ou uma lareira. É bom para a dramaticidade, não é tão bom para entender como a ciência funciona. Chega a fazer o contrário. As pessoas que vão pela biografia acabam saindo de lá achando que é assim que a física acontece.
Mas ei, como eu disse, esse não era o objetivo do filme, discutir ciência. Então dou um desconto. Mas acho, só acho, que eles poderiam ter aproveitado a oportunidade para acertar dois cajados com um coelho só.
Preparem seus motores! O LHC está prestes a rodar novamente!
Escrevendo aqui um novo membro do blog. Muito prazer, Daniel. Escrevo também no LCEO.
Falta pouco tempo para reativarmos a máquina que pode desvendar alguns mistérios da natureza. Depois de uma longa parada para upgrade, finalmente a espera está próxima do fim.
O LHC é aquela máquina bilionária projetada por colaboração de diferentes países para estudar as menores partes da matéria, as partículas elementares e suas características. Na verdade é mais do que uma máquina. É um complexo. Diversos níveis de aceleradores colocados em sequência para acelerar feixes de núcleos atômicos a velocidades absurdas, próximas à da luz (o limite físico, aparentemente impossível de ser alcançado). Esses feixes são mantidos alinhados por poderosos superímãs num túnel circular de quase 30 quilômetros de circunferência. Em alguns pontos desse túnel, feixes circulando por direções opostas são postos para colidir, e máquinas gigantescas com sensores carregando tecnologia de ponta são ativados para coletar o máximo de informação possível a respeito dos produtos gerados nessas colisões de núcleos atômicos.
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| ATLAS, um dos detectores do LHC. |
No final de 2008 o LHC começou a funcionar, em fase de testes. Eu me lembro como se fosse ontem. Na época eu estava terminando meu mestrado, e física de partículas era o assunto do momento. A expectativa era grande. A sensação de todos com a cobertura dada pela mídia comum era de ligeira frustração, pois os jornais dificilmente retratavam a grandiosidade do projeto e as possíveis implicações para nossa compreensão da natureza. Se resumiam a "partícula de Deus", "laboratório do Big-Bang" ou na melhor das hipóteses a "busca do Higgs".
A primeira colisão aconteceu em Novembro de 2009. Uma semana depois, o LHC bate o recorde de energia em cada feixe. Isso depois que um vazamento de hélio líquido atrasou um pouco os trabalhos. Normal. Para um projeto tão grande e tão cheio de detalhes, o timing estava ainda muito bom. Aos poucos, as novidades foram aparecendo. A recriação das partículas pesadas já conhecidas dos outros aceleradores, a produção de novas partículas compostas, novos recordes de energia sendo batidos...
De tempos em tempos notícias novas surgiam nos corredores do instituto onde eu fazia meu doutorado. As vezes fatos, as vezes boatos. Uma possível partícula elementar nova, uma nova força da natureza, uma partícula composta inesperada. A empolgação era grande. Cursos, seminários e workshops apareciam o tempo todo, para se falar sobre o LHC. Muitas vezes já se falava inclusive sobre como seriam os próximos aceleradores, depois do LHC. O clima para a física de partículas era bom. Muito bom.
E finalmente, um dos objetivos principais do acelerador, o bóson de Higgs, é descoberto. Antes da divulgação, um anúncio de uma coletiva. Meus colegas que puderam estar lá tiveram que chegar cedo no auditório para conseguir entrar (se sentando nas escadarias). Os mais precavidos acamparam na frente do auditório durante a madrugada, para garantir um local para sentar. O anúncio é feito. Apresentam a descoberta, e os detalhes dela. Ao fim, aplausos. E mais aplausos. O próprio Peter Higgs, presente, não conseguiu segurar algumas lágrimas. Nós, num instituto a 700 quilômetros ao norte, assistíamos tudo por uma webconference, que, devido à enorme quantidade de acessos, estava apresentando muitos problemas de conexão.
O LHC se manteve em operação até o fim de 2012, coletando mais dados e mais detalhes sobre o Higgs e outras partículas. Entrou então numa paralisação que já era programada, para atualização dos equipamentos, para quase dobrar a energia dos feixes. Nesse meio tempo as colaborações internacionais continuaram trabalhando, analisando a montanha gigantesca de dados coletados durante os quatro anos de operação.
Parte da comunidade científica acreditava que já deveríamos ter encontrado outras partículas. Existem razões teóricas para esperar que algo a mais deveria ter aparecido, mesmo que não saibamos exatamente o que. O quebra-cabeças parece faltar algumas peças, e muitos tinham esperança de que elas fossem encontradas rapidamente. Mas isso não aconteceu.
Essa nova fase do LHC, Run II, produzirá colisões com mais energia, com potencial para, quem sabe, produzir mais partículas novas. A expectativa é mais uma vez grande. Entre as várias buscas no LHC podemos citar como pontos principais a busca por alguma partícula que possa corresponder à elusiva matéria escura e às partículas supersimétricas, uma relação hipotética entre partículas de matéria e partículas de força ainda não verificada, mas que poderia responder diversos problemas teóricos da física de partículas atual.
Um cenário deprimente seria nenhuma partícula nova ser descoberta no LHC. Qualquer partícula ou "sombra" de partícula nova descoberta dá um rumo a ser percorrido nas novas pesquisas. Novas descobertas apontam quais trilhas são seguras. Quando não se descobre nada novo, a busca continua, mas por trilhas escuras, que muitas vezes podem acabar num paredão ou num precipício.
A nova fase de operação está prevista para o início da primavera no hemisfério norte, e ao que tudo indica não teremos atrasos. Agora é só aguardar, e torcer para boas novidades surgirem.
Uma Introdução Superficial a Buracos Negros
Recentemente tive que fazer um seminário sobre um assunto que não manjava nada; buracos negros. Foi um desafio legal que levou cerca de 2 meses para aprender um pouco sobre esse assunto, e posso afirmar com absoluta certeza que o que sei é ainda de forma absolutamente superficial. Desse pouco que aprendi resolvi fazer um resumo e tentar explicar para vocês de maneira um pouco mais correta esse tema que é tão intrigante.
Lembre-se sempre de clicar nos arquivos linkados, tem textos de apoio explicando alguns termos e artigos bem aprofundados, esses último apenas para que você tome ciência que existe um árduo trabalho técnico/matemático por trás. Ah, tem também uns textos da wikipédia, mas nesses aí você pode confiar.
"strange is the night where black stars rise[...]"¹
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| Buraco Negro legalzão do filme Interstellar. |
O que são buracos negros?
Antes de podermos falar sobre Buracos Negros, precisamos entender o que é o espaço-tempo. E você pode imaginá-lo como o conjunto de eventos de todos os objetos, ou seja, como se fosse um filme no qual todo evento que ocorreu, está ocorrendo ou irá ocorrer é apenas um elemento desse filme. Isso faz com que o espaço-tempo seja o pano de fundo e um dos entusiastas para o assunto em questão. Porém
é primariamente necessário criar um arcabouço lógico e matemático para
que possamos descrever o espaço-tempo, para então compreendermos como
ele atua na existência de Buracos Negros. Aqui no blog eu não irei
abordar com muito detalhe, mas você pode achar no ensaio que escrevi (aqui).
No nosso dia a dia se vamos medir distâncias usamos uma régua. Se temos um triângulo retângulo podemos medir os catetos usando a mesma régua e aplicando o teorema de Pitágoras descobrimos qual o tamanho do lado maior desse triângulo. Sabemos também que a soma dos seus ângulos internos é sempre 180º graus. Isso tudo só é possível porque vivemos em um espaço plano, mesmo quando resolvemos afirmar que o tempo é uma dimensão e passamos a viver em um espaço de quatro dimensões, ele continua sendo plano. Mas aqui estamos querendo falar de gravitação e, pela Relatividade Geral, ela está associada a curvaturas no espaço-tempo, ou seja, um objeto curvaria o espaço-tempo e dessa curvatura surge o que chamamos de gravidade. Logo espaços-tempo planos não satisfazem essa descrição e precisamos introduzir a noção de curvatura. As formalidades matemáticas podem ser encontradas no ensaio que linkei acima, mas para esse momento vamos aceitar que simplesmente damos um jeitinho de flexibilizar o espaço-tempo de Minkowski para que ele passe a aceitar essas curvaturas.
Ok, temos um espaço-tempo que pode ser curvado, mas o que causa essa curvatura? Prontamente você pensou "Massa", certo? Essa resposta não está errada, mas ela não é muito abrangente, o correto é dizer que curvatura é causada pela ENERGIA ². Assim se eu tenho um planeta bem gordinho ou um fóton, partícula sem massa, bem energético ambos deformam o espaço-tempo proporcionalmente a sua energia. Esse é um dos motivos pelo qual a luz pode "cair" em um buraco negro, pois embora não tenha massa, ela interage gravitacionalmente.
Aqui cabe uma pergunta: é a deformação do espaço tempo que chamamos de força?
Sim... e não! "Sim" porque em casos gerais a visão Newtoniana de força continua funcionando muito bem e no final do texto iremos usá-la. "Não" do ponto de vista da relatividade, pois a "deformação no espaço-tempo" faz exatamente o que o nome diz; deforma tanto o espaço quanto o tempo. Então a maneira como medimos distâncias e contamos o tempo é diferente por causa dessa curvatura. Tá vago? ok, vamos dar exemplo: O tempo na superfície da Terra (região de maior curvatura) passa mais devagar do que para um satélite de GPS em órbita (região de menor curvatura), e isso é tão evidente que precisamos fazer correções relativísticas nesses aparelhos para que funcionem corretamente.
Mas isso é suficiente para explicar a atração gravitacional sem a existência de forças?
Não, o que acontece é que existe o princípio de mínima ação³, que nos diz que nesse caso as partículas sempre vão seguir caminhos no qual o tempo é maior, e esse caminho é justamente o da deformação do espaço-tempo, uma vez que nele o espaço é maior e o tempo é mais devagar. Então se eu sou uma partícula de boa lá vagando no universo e encontro uma deformação, logo eu "penso": "opa, vou pegar esse caminho aqui que o tempo é mais de vagar". Entendido?! Então não há forças, apenas uma tendencia natural dos objetos seguirem um caminho onde o tempo é mais lento e esse caminho é justamente o que leva de encontro ao corpo que produz a deformação do espaço tempo.
Você deve ter achado uma viagem total, mas não vai achando que físico pensa nessas coisas fumando um beck, tomando café e olhando pro quadro negro. Pois existe uma tonelada de experimentos e de matemática evidenciando isso tudo. Apenas para dar um gostinho da coisa, a equação que descreve a curvatura do espaço-tempo frente a uma quantidade de energia é a seguinte:
Ok, temos um espaço-tempo que pode ser curvado, mas o que causa essa curvatura? Prontamente você pensou "Massa", certo? Essa resposta não está errada, mas ela não é muito abrangente, o correto é dizer que curvatura é causada pela ENERGIA ². Assim se eu tenho um planeta bem gordinho ou um fóton, partícula sem massa, bem energético ambos deformam o espaço-tempo proporcionalmente a sua energia. Esse é um dos motivos pelo qual a luz pode "cair" em um buraco negro, pois embora não tenha massa, ela interage gravitacionalmente.
Aqui cabe uma pergunta: é a deformação do espaço tempo que chamamos de força?
Sim... e não! "Sim" porque em casos gerais a visão Newtoniana de força continua funcionando muito bem e no final do texto iremos usá-la. "Não" do ponto de vista da relatividade, pois a "deformação no espaço-tempo" faz exatamente o que o nome diz; deforma tanto o espaço quanto o tempo. Então a maneira como medimos distâncias e contamos o tempo é diferente por causa dessa curvatura. Tá vago? ok, vamos dar exemplo: O tempo na superfície da Terra (região de maior curvatura) passa mais devagar do que para um satélite de GPS em órbita (região de menor curvatura), e isso é tão evidente que precisamos fazer correções relativísticas nesses aparelhos para que funcionem corretamente.
Mas isso é suficiente para explicar a atração gravitacional sem a existência de forças?
Não, o que acontece é que existe o princípio de mínima ação³, que nos diz que nesse caso as partículas sempre vão seguir caminhos no qual o tempo é maior, e esse caminho é justamente o da deformação do espaço-tempo, uma vez que nele o espaço é maior e o tempo é mais devagar. Então se eu sou uma partícula de boa lá vagando no universo e encontro uma deformação, logo eu "penso": "opa, vou pegar esse caminho aqui que o tempo é mais de vagar". Entendido?! Então não há forças, apenas uma tendencia natural dos objetos seguirem um caminho onde o tempo é mais lento e esse caminho é justamente o que leva de encontro ao corpo que produz a deformação do espaço tempo.
Você deve ter achado uma viagem total, mas não vai achando que físico pensa nessas coisas fumando um beck, tomando café e olhando pro quadro negro. Pois existe uma tonelada de experimentos e de matemática evidenciando isso tudo. Apenas para dar um gostinho da coisa, a equação que descreve a curvatura do espaço-tempo frente a uma quantidade de energia é a seguinte:
$R_{\mu \nu} - \frac{1}{2} g_{\mu \nu} R = (8 \pi G/c^{4})T_{\mu \nu} . (1)$
Mas o que você precisa saber é que o termo $T_{\mu \nu}$ representa a energia do sistema, enquanto $R$ é a curvatura do espaço tempo. Essa é a equação de Einstein e é ela que mostra que uma quantidade de energia pode curvar o espaço tempo.
Agora que sabemos que estamos fazendo nossa física em um espaço-tempo curvo, e que é a energia que causa essa curvatura, podemos falar de buracos negros que surgem da matemática da relatividade geral, mas só no final falaremos sobre como de fato eles poderiam se formar.
Em 1905, um cara muito legal chamado Schwarzenegger Schwarzschild, resolveu descrever um objeto esférico, de massa M e sem rotação a partir das soluções da equação de Einstein, para isso ele impôs uma simetria esférica sobre essas soluções e obteve o seguinte
$ds^{2}= \left(1-\frac{2GM}{rc^{2}}\right)c^{2}dt^{2}-\left(1-\frac{2GM}{rc^{2}}\right)^{-1}dr^{2}. (2)$
Essa solução nos permite entender o que acontece com o espaço e o tempo deformados por esse objeto esférico. Mas para que possamos visualizar melhor vamos dividi-la em duas partes, uma temporal (aquele termo que multiplica $dt$) e a outra espacial (aquele termo que multiplica $dr$) e vamos analisar. Começando pela parte temporal, que obviamente descreve como o tempo se comporta nessa situação, temos
$\left(1-\frac{2GM}{rc^{2}}\right)c^{2}dt^{2}. (3)$
$\left(1-\frac{2GM}{rc^{2}}\right)c^{2}dt^{2}. (3)$
Na qual $G$ a constante gravitacional, $c$ a velocidade da luz, $M$ a massa do objeto e $r$ o seu raio. Agora vamos fazer considerações sobre o raio de objeto e ver o que acontece com a equação (3). Se o objeto tiver $r=0$, ou seja, for um ponto, teremos uma divisão por zero e você sabe bem que isso não pode acontecer. Então vamos dizer que temos uma singularidade em $r=0$, e por singularidade entenda como "valor de $r$ que deu merda na equação", apenas isso. Portanto a gente não pode ter um objeto de massa $M$ com raio igual a zero, e nem faria muito sentido também...
Agora vamos ver a parte espacial (aquela que descreve o comportamento do espaço)
Agora vamos ver a parte espacial (aquela que descreve o comportamento do espaço)
$\left(1-\frac{2GM}{rc^{2}}\right)^{-1}dr^{2}.$
"Eu não gosto daquele $-1$ ali em cima, tem como arrumar isso?"
Claro, tem sim, fica assim então;
Claro, tem sim, fica assim então;
$\frac{1}{\left(1-\frac{2GM}{rc^{2}}\right)}dr^{2}.(4)$
Se você notar bem, vai ver que temos uma outra singularidade nesse termo, dessa vez para $r=\frac{2GM}{c^{2}}$ e a ela damos o nome de raio de Schwarzschild. Então se um objeto de massa $M$ tiver esse raio, irá surgir um divergência na solução (4). Mas agora, diferente do caso $r=0$, esse raio parece possível de ser obtido. Como gostamos de ver o circo pegar fogo, podemos pegar qualquer planeta ou estrela e descobrir qual raio ela deveria ter para estragar nossa solução.
Por exemplo, se eu pegar um planeta qualquer e, de alguma forma, comprimir seu raio até o tamanho do raio Schwarzschild (SEM PERDER MASSA), sobraria um objeto estranho, bem pequeno e denso, justamente onde estão aquelas singularidades. A esses objetos damos o nome de buraco negro e o raio de Schwarzschild delimita o famigerado horizonte de eventos.
Por exemplo, se eu pegar um planeta qualquer e, de alguma forma, comprimir seu raio até o tamanho do raio Schwarzschild (SEM PERDER MASSA), sobraria um objeto estranho, bem pequeno e denso, justamente onde estão aquelas singularidades. A esses objetos damos o nome de buraco negro e o raio de Schwarzschild delimita o famigerado horizonte de eventos.
Agora que tivemos essa ideia maluca e impossível de comprimir um planeta até ele se tornar um buraco negro, precisamos falar de dois fenômenos bem legais que surgem na física.
O primeiro é uma bizarrice temporal. Vamos considerar que temos um buraco negro de massa $M$. Se jogarmos um relógio dentro dele notaremos, pela equação (3), que a medida que que o relógio se aproxima do horizonte de eventos, $r_{Scwh}=\frac{2GM}{c^{2}}$, o tempo vai parando para ele, até que finalmente para quando o relógio atinge o $r_{Scwh}$. Isso é assustador, pois eu simplesmente veria aquele relógio "parar" ao chegar no horizonte de eventos, indicando que o tempo pára dentro do buraco negro... uow. (veja um aplicativo legal sobre isso)
Já a parte espacial nos diz que o redshift para uma radiação tentando escapar do buraco negro é infinito, a grosso modo isso quer dizer que para alguma radiação - leia: luz - escapar daquela região ela precisaria de energia infinita. Tal fato não é óbvio de se ver apenas olhando para a equação (3), portanto uma demonstração mais legalzinha pode ser vista aqui.
Pare para pensar um pouco (!). Nessas linhas acima fizemos um objeto astrofísico muito estranho, no qual o tempo parece parar e a radiação parece não conseguir escapar. Se você não ficou abismado com isso, talvez eu tenha falhado nesse texto.
Já a parte espacial nos diz que o redshift para uma radiação tentando escapar do buraco negro é infinito, a grosso modo isso quer dizer que para alguma radiação - leia: luz - escapar daquela região ela precisaria de energia infinita. Tal fato não é óbvio de se ver apenas olhando para a equação (3), portanto uma demonstração mais legalzinha pode ser vista aqui.
Pare para pensar um pouco (!). Nessas linhas acima fizemos um objeto astrofísico muito estranho, no qual o tempo parece parar e a radiação parece não conseguir escapar. Se você não ficou abismado com isso, talvez eu tenha falhado nesse texto.
Esse buraco negro que trabalhamos até aqui é o mais simples que existe e é chamado de buraco negro de Schwarzschild. Ele é simples porque é apenas um corpo esférico sem rotação e sem carga, mas existem soluções excitantes que trabalham com buracos negros com rotação e carregados, esses não tratarei agora, pois o texto está ficando enorme e a gente ainda nem falou como os buracos negros podem surgir na natureza.
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Antes de continuar, é legal que você note algumas coisas:
1 - Não falamos de gravidade absurdamente alta em nenhum lugar e vamos continuar assim.
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Antes de continuar, é legal que você note algumas coisas:
1 - Não falamos de gravidade absurdamente alta em nenhum lugar e vamos continuar assim.
2 - Se o sol, por algum motivo bem desconhecido, se tornasse um buraco negro o que aconteceria com a Terra? A reposta óbvia é que seria sugada por ele e não sobraria nada da gente. Mas essa resposta está completamente errada, pois veja bem, aqueles fenômenos estranhos que citamos acima, acontecem apenas na região do horizonte de eventos⁴ e não distante dele, fora dessa região o buraco negro se comporta como um corpo de massa qualquer. Logo, o Sol apagaria e a gente ficaria no escuro, mas gravitacionalmente continuaríamos girando ao redor dele como fazemos atualmente.
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A ideia absurda de um objeto astrofísico com essas características tão estranhas não era levada muito a sério até que trabalhos do Chandra levaram a possibilidade de uma estrela com massa de 3 a 5 vezes maior que a do sol colapsar e formar um corpo extremamente denso. Mas para podermos entender como isso ocorre precisaremos de um pouco de mecânica quântica.
(Abaixo, vou adotar o conceito de força gravitacional para facilitar a compreensão)
Uma estrela passa sua vida em um duelo gravitacional, pois sua superfície é atraída para seu centro devido a força da gravidade, enquanto que a pressão gerada em seu interior devido à reações nucleares tende a empurrar a superfície da estrela no sentido oposto ao da atração gravitacional. Então a vida da estrela fica nesse empurra e puxa entre a atração gravitacional e a pressão interna, se essa última for muito maior que a força da gravidade a estrela explodiria (ou iria inchar consideravelmente), e se a força gravitacional fosse maior que a pressão interna a estrela iria implodir... portanto é o equilíbrio entre a pressão interna e a força da gravidade que a mantém estável.
Mais detalhadamente, uma estrela emite intensa radiação através de uma sucessão de reações termonucleares. Primeiramente a estrela é constituída de hidrogênio, que através dessas reações termonucleares converte o hidrogênio em hélio. Quando todo o hidrogênio é consumido, a estrela cessa suas reações nucleares, então a gravidade toma espaço e comprime o hélio até que haja novamente reação nuclear. Assim a estrela começa a produzir elementos químicos cada vez mais pesados até chegar no ferro, silício e demais. Nesse momento novamente as reações nucleares cessam e a estabilidade da estrela fica a mercê da força gravitacional, havendo apenas um efeito que impede o colapso total, que é a pressão de degeneração do elétron⁵ atuando em sentido contrário a da gravidade. Ou seja, nesse ponto que chegamos existe uma pressão de origem quântica que está segurando o colapso total dessa estrela. Mas como a gente quer ver sangue e destruição, vamos considerar uma estrela massiva o suficiente para a força gravitacional superar essa pressão de degeneração do elétron, com isso os neutrinos escapam da matéria e a estrela se transforma em uma estrela de nêutrons. Por sua vez, a estrela de nêutrons remanescente possui estabilidade assegurada pela pressão de degeneração do nêutron. Se a massa da estrela for grande suficiente para superar a pressão de degeneração do nêutron a estrela colapsa e
se torna uma superfície compacta chamada de horizonte de eventos que circunda uma singularidade, ou seja, um buraco negro.
Pronto, nessa caminhada vimos como buracos negros surgem na teoria da Relatividade e acabamos de ver como eles podem surgir do colapso de uma estrela massiva. Mas falta ainda algo interessante que é o coração do buraco negro que está dentro desse horizonte de eventos.
Como falamos anteriormente, nosso buraco negro é composto por uma singularidade circundada por uma região compacta bidimensional chamada de horizonte de eventos, que consiste em uma superfície "aprisionadora fechada" (trapped surface), que podemos definir como um conjunto de pontos em uma superfície fechada sobre a qual os raios de luz que apontam para fora, na verdade, estão convergindo, ou seja, movendo-se em direção ao interior da superfície.
"QUE? explica isso melhor."
Imagine que somos dois feixes de luz, e estamos tentando escapar de dentro de um buraco negro correndo em direção a borda dele... mas quando percebemos na verdade estamos indo em direção ao centro do buraco negro e não para fora, assim estamos eternamente presos lá dentro e tudo que fizermos ficará eternamente lá, pois essa região é desconectada do resto do espaço-tempo... triste isso não?
Por sua vez, e resumindo, a singularidade é uma região que o tempo não existe, que está desconectada do espaço-tempo e que tudo que acontece lá fica lá, igualzinho um cassino de Las Vegas.
Cansei de escrever e vocês devem estar cansados de ler. Espero muito mesmo que tenhamos aprendido um pouquinho sobre buracos negros sem toda aquela frescura que você encontra na maioria dos textos da internet. Claro que aqui não falamos de vários assuntos interessante, nem de algumas curiosidades que valem muito a pena saber e a definição de singularidade não ficou lá aquela beleza. Mas isso tudo fica para um outro texto que não vou prometer, se vocês curtirem esse eu penso num próximo.
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Referências:
[1] G. E. Romero, \textquotedblleft{}Introduction to black holes\textquotedblright{}.arXiv:0805.2082v1 [astro-ph] 14May 2008.
[2] R. M. Wald, \textquotedblleft{}General Relativity\textquotedblright{}. USA: The University of Chicago Press, 1984.
[3] F. A. Villaverde, "A Matriz S em Teoria Quântica de Campos em Espaços Curvos'', (Dissertação de Mestrado), Instituto de Física - Departamento de Física Matemática (USP), São Paulo - SP, 2012.
[4] G. F. R. Ellis, R. M. Williams \textquotedblleft{}Flat and Curved Space-Times\textquotedblright{}.New York: Oxford University Press, 2000, segunda edição.
[5] S.W. Hawking e G.F.R. Ellis, \textquotedblleft{}The large scale structure of space-time\textquotedblright{}. USA: Sindicate of the University of Cambridge, 1994.
[6] S.M Carroll, \textquotedblleft{}Lectures Notes on General Relativity\textquotedblright{}. arXiv:gr-qc/9712019v1 3 Dec 1997
[7] A. Einstein, \textquotedblleft{}The Foundation of the General Theory of Relativity\textquotedblright{}. Annalen der Physik 354 (7): 769. doi:10.1002/andp.19163540702.
[8] S. Chandrasekhar, \textquotedblleft{}The Mathematical Theory of Black Holes\textquotedblright{}. International Series of Monographs on Physics. New York: Oxford University Press, 1983.
[9] M. Vojinovic, \textquotedblleft{}Lecture Series on General Relativity\textquotedblright{}. Universidade de Lisboa, 2010.
[10] M. Visser, \textquotedblleft{}The Kerr spacetime: A brief introduction \textquotedblright{}. Victoria University of Wellington. arXiv:0706.0622v3 [gr-qc] 15 Jan 2008.
[11] R. P. Kerr and W. B. Wilson, \textquotedblleft{}General Relativity and Gravitation\textquotedblright{} 10 (1979), 273.
[12] P.K. Townsend, \textquotedblleft{}Black Holes\textquotedblright{}. arXiv: gr-qc/9707012v1 4 jul. 1997.
[13] S. L. Shapiro, e S. A. Teukolsky, \textquotedblleft{}Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars: The Physics of Compact Objects\textquotedblright{}. New York: Wiley, 1983.
[14] S. Gasiorowicsz \textquotedblleft{}Quantum Physics\textquotedblright{}.United State of America:Wiley International Edition, 2003, terceira edição.
[15] Y. Choquet-Bruhat, \textquotedblleft{}General Relativity and Einstein's Equations\textquotedblright{}. New York: Oxford University Press, 2009.
[16] M. Ludvigsen, \textquotedblleft{}General Relativity, A geometric Approach\textquotedblright{}. United State of America: Cambridge University Press, 1999.
1 - trecho retirado de "Cassilda's Song" in The King in Yellow Act 1, Scene 2 - R. Chambers 1895.
2 - Sendo mais preciso, pelas equações de Einstein, o que curva o espaço tempo é o tensor energia-momento.
3 - Na verdade o mais correto é "Extremizar a ação", que é algo BEM matemático e não cabe nesse texto, nem vou passar referência porque seria em um livro nada amigável.
4 - Para ser mais exato, a região que começamos a sentir os efeitos malucos do buraco negro é na verdade delimitada pelo raio de Roche, mas desconsiderando os chamados efeitos de maré, tudo que estamos tratando está correto. Veja mais aqui.
5 - A pressão de degeneração (ou de degenerescência) é um fenômeno quântico que não possui análogo clássico, portanto você pode entendê-la como a pressão que tem origem no princípio de exclusão de Pauli, o qual não permite que dois elétrons (férmions) ocupem simultaneamente o mesmo estado quântico, dando origem a uma pressão contrária a compressão gravitacional da estrela. De maneira mais simplista, considere um gás de elétrons, quando você o comprime os elétrons ficam muito próximos e a energia cinética deles fica bem grande, com isso você tem uma pressão no sentido contrário a sua compressão, e essa justamente a pressão que chamamos de pressão de degeneração (ou de degenerescência). O princípio de exclusão de Pauli entra bem aí, pois ele diz que se você tiver dois elétrons com mesmo spin, por exemplo (se for ser mais correto deveríamos afirmar que os 4 números quânticos não podem ser iguais, mas fiquemos só com o spin), eles não podem ocupar o mesmo estado de energia dentro de um determinado volume (no nosso caso a estrela). Aí quando os níveis mais baixo de energia já estão preenchidos, os outros elétrons começam a ser forçados a níveis de energia cada vez mais altos, fazendo com que a energia cinética deles vá aumentado e crie a pressão de degeneração que mantém a estrela resistindo ao colapso gravitacional.
2 - Sendo mais preciso, pelas equações de Einstein, o que curva o espaço tempo é o tensor energia-momento.
3 - Na verdade o mais correto é "Extremizar a ação", que é algo BEM matemático e não cabe nesse texto, nem vou passar referência porque seria em um livro nada amigável.
4 - Para ser mais exato, a região que começamos a sentir os efeitos malucos do buraco negro é na verdade delimitada pelo raio de Roche, mas desconsiderando os chamados efeitos de maré, tudo que estamos tratando está correto. Veja mais aqui.
5 - A pressão de degeneração (ou de degenerescência) é um fenômeno quântico que não possui análogo clássico, portanto você pode entendê-la como a pressão que tem origem no princípio de exclusão de Pauli, o qual não permite que dois elétrons (férmions) ocupem simultaneamente o mesmo estado quântico, dando origem a uma pressão contrária a compressão gravitacional da estrela. De maneira mais simplista, considere um gás de elétrons, quando você o comprime os elétrons ficam muito próximos e a energia cinética deles fica bem grande, com isso você tem uma pressão no sentido contrário a sua compressão, e essa justamente a pressão que chamamos de pressão de degeneração (ou de degenerescência). O princípio de exclusão de Pauli entra bem aí, pois ele diz que se você tiver dois elétrons com mesmo spin, por exemplo (se for ser mais correto deveríamos afirmar que os 4 números quânticos não podem ser iguais, mas fiquemos só com o spin), eles não podem ocupar o mesmo estado de energia dentro de um determinado volume (no nosso caso a estrela). Aí quando os níveis mais baixo de energia já estão preenchidos, os outros elétrons começam a ser forçados a níveis de energia cada vez mais altos, fazendo com que a energia cinética deles vá aumentado e crie a pressão de degeneração que mantém a estrela resistindo ao colapso gravitacional.
Physics Act está morto!
Em sua morada no Wordpress, Physics ACT morto, jaz sonhando .
Depois de quase 10 anos de existência o Physics ACT finalmente morreu e como eu tinha cerca de 2 mil visitas diárias nele, mesmo estando parado, acho que seria oportuno, e até respeitoso, escrever essa nota. Mas, a princípio, vou contar um pouco da minha história, de como Physics ACT surgiu e porque acabar com ele.
Tudo começou quando eu tinha 16/17 anos. Nessa época eu resolvi participar de uma feira de ciências na minha escola e meu projeto era fazer uma Bobina de Tesla. Pesquisei muito e escrevi meu próprio projeto baseado em outros já existentes, além disso tive que escrever resumos sobre as teorias que envolviam esse e os demais experimentos, o que me deu gosto por tentar escrever sobre ciência. Meus dois primeiros textos foram “Estrelas de Nêutrons” e “O Sol” que tinham relações óbvias com eletromagnetismo. Meus professores gostaram dos textos e com isso comecei a procurar blogs nos quais eu pudesse escrever. Sim, eu tinha uma visão estupidamente errada sobre divulgação científica, mas eu era apenas um adolescente de 16 anos, sem ninguém para me guiar nesse caminho, que adorava ciência e escrever. Por conta da escassez de blogs e sites de física da época, resolvi criar meu próprio e fiz tudo nele, desde o nome até o logo – que baseei no da editora Bookman. E lá comecei a escrever meus textos e a fazer um enorme apanhado de conteúdos. Como eu era apenas um garoto de 16 anos, no segundo colegial, meu conhecimento era pequeno, mas a pequenez de conhecimento sempre nos faz achar que sabemos muito, ou razoavelmente bem, algum assunto... e portanto eu escrevia sem pensar na forma como abordar algo, ou mesmo se eu estava correto sobre aquilo.
Dois anos depois, e quase 400 posts, eu entrei na faculdade finalmente. Como fui cursar física resolvi direcionar meu blog para assuntos mais didáticos. Comecei a postar aulas, resoluções de livros, livros e etc. Além de ter começado a olhar meio torto para os textos do passado. A medida que avançava na graduação, eu ia mais e mais me distanciando do que tinha escrito anteriormente, afinal, eu havia começado a me profissionalizar como físico, é natural que eu visse problemas nos textos do passado. Depois que cheguei ao terceiro ano da graduação eu quis escrever sobre assuntos ainda mais técnicos e, nesse momento, no Physics ACT era possível encontrar textos de divulgação mal escritos, solucionários, livros, aulas de ensino médio e conteúdo de Física Matemática. Pouco tempo se passou e vi que o blog tinha se transformado em um monstro bizarro que não coincidia mais com minha visão de divulgação, uma vez que a graduação estava no final e, além disciplinas do bacharelado, eu tinha estudado teorias de educação e etc - sou licenciado também.
O Blog estava sobrecarregado, feio e com conteúdos “errados” que carregavam meu nome no rodapé. Em nada eu parecia com aquele adolescente que tinha escrito aqueles textos. Eu havia crescido, me tornado um chato e cheio de preciosismo, como muitos físicos. O Physics, apesar de ter sido um companheiro de longa data, tinha se tornado um peso e já estava na hora de morrer e foi isso que decidi. Mas fiquei procrastinando por alguns anos, como aquela pessoa saudosista que tem receio de se desapegar do passado... até hoje!
Enfim, Inês está morta! O Physics não volta mais, seu conteúdo não sei será remanejado de fato, me falta tempo e vontade de fazer isso.
Algumas curiosidades;
- O “ACT” do final é uma sigla que não significa nada. É uma brincadeira com uma música do Nirvana chamada Lounge ACT e posteriormente com o ACTA Physica (uma falecida rede social para físicos).
- Na época que comecei, só tinham 2 sites famosos, o “Física Interativa” (do Paulo) e o “Quase Físico” (não, não aquele da página do facebook).
- Meu primeiro texto foi publicado em uma página com foco em aviação militar brasileira, o “Sentando a Pua”, nem sei se o site que existe hoje tem vínculo com o que existia naquela época.
- O blog já teve mais de 15 mil visitas em 1 um dia e fiquei nos trends da Wordpress.
- O CNEN tinha o blog linkado em seu site e na época eu fiquei super feliz com isso.
- Existiam vários easter eggs escondido no blog e nesse aqui também, sempre gostei disso.
- Estamos usando os dados recolhidos nesse tempo de blog, junto com o True Singularity e o Ddimensões, para escrever um artigo sobre a divulgação científica no Brasil... provavelmente será o primeiro com esse foco.
- Provavelmente o Simetria de Gauge também morra num futuro não tão distante.
Então é isso, caso alguém queira ou precise de algo que estava lá é só entrar em contato comigo que eu passo por e-mail.
Depois de quase 10 anos de existência o Physics ACT finalmente morreu e como eu tinha cerca de 2 mil visitas diárias nele, mesmo estando parado, acho que seria oportuno, e até respeitoso, escrever essa nota. Mas, a princípio, vou contar um pouco da minha história, de como Physics ACT surgiu e porque acabar com ele.
Tudo começou quando eu tinha 16/17 anos. Nessa época eu resolvi participar de uma feira de ciências na minha escola e meu projeto era fazer uma Bobina de Tesla. Pesquisei muito e escrevi meu próprio projeto baseado em outros já existentes, além disso tive que escrever resumos sobre as teorias que envolviam esse e os demais experimentos, o que me deu gosto por tentar escrever sobre ciência. Meus dois primeiros textos foram “Estrelas de Nêutrons” e “O Sol” que tinham relações óbvias com eletromagnetismo. Meus professores gostaram dos textos e com isso comecei a procurar blogs nos quais eu pudesse escrever. Sim, eu tinha uma visão estupidamente errada sobre divulgação científica, mas eu era apenas um adolescente de 16 anos, sem ninguém para me guiar nesse caminho, que adorava ciência e escrever. Por conta da escassez de blogs e sites de física da época, resolvi criar meu próprio e fiz tudo nele, desde o nome até o logo – que baseei no da editora Bookman. E lá comecei a escrever meus textos e a fazer um enorme apanhado de conteúdos. Como eu era apenas um garoto de 16 anos, no segundo colegial, meu conhecimento era pequeno, mas a pequenez de conhecimento sempre nos faz achar que sabemos muito, ou razoavelmente bem, algum assunto... e portanto eu escrevia sem pensar na forma como abordar algo, ou mesmo se eu estava correto sobre aquilo.Dois anos depois, e quase 400 posts, eu entrei na faculdade finalmente. Como fui cursar física resolvi direcionar meu blog para assuntos mais didáticos. Comecei a postar aulas, resoluções de livros, livros e etc. Além de ter começado a olhar meio torto para os textos do passado. A medida que avançava na graduação, eu ia mais e mais me distanciando do que tinha escrito anteriormente, afinal, eu havia começado a me profissionalizar como físico, é natural que eu visse problemas nos textos do passado. Depois que cheguei ao terceiro ano da graduação eu quis escrever sobre assuntos ainda mais técnicos e, nesse momento, no Physics ACT era possível encontrar textos de divulgação mal escritos, solucionários, livros, aulas de ensino médio e conteúdo de Física Matemática. Pouco tempo se passou e vi que o blog tinha se transformado em um monstro bizarro que não coincidia mais com minha visão de divulgação, uma vez que a graduação estava no final e, além disciplinas do bacharelado, eu tinha estudado teorias de educação e etc - sou licenciado também.
O Blog estava sobrecarregado, feio e com conteúdos “errados” que carregavam meu nome no rodapé. Em nada eu parecia com aquele adolescente que tinha escrito aqueles textos. Eu havia crescido, me tornado um chato e cheio de preciosismo, como muitos físicos. O Physics, apesar de ter sido um companheiro de longa data, tinha se tornado um peso e já estava na hora de morrer e foi isso que decidi. Mas fiquei procrastinando por alguns anos, como aquela pessoa saudosista que tem receio de se desapegar do passado... até hoje!
Enfim, Inês está morta! O Physics não volta mais, seu conteúdo não sei será remanejado de fato, me falta tempo e vontade de fazer isso.
Algumas curiosidades;
- O “ACT” do final é uma sigla que não significa nada. É uma brincadeira com uma música do Nirvana chamada Lounge ACT e posteriormente com o ACTA Physica (uma falecida rede social para físicos).
- Na época que comecei, só tinham 2 sites famosos, o “Física Interativa” (do Paulo) e o “Quase Físico” (não, não aquele da página do facebook).
- Meu primeiro texto foi publicado em uma página com foco em aviação militar brasileira, o “Sentando a Pua”, nem sei se o site que existe hoje tem vínculo com o que existia naquela época.
- O blog já teve mais de 15 mil visitas em 1 um dia e fiquei nos trends da Wordpress.
- O CNEN tinha o blog linkado em seu site e na época eu fiquei super feliz com isso.
- Existiam vários easter eggs escondido no blog e nesse aqui também, sempre gostei disso.
- Estamos usando os dados recolhidos nesse tempo de blog, junto com o True Singularity e o Ddimensões, para escrever um artigo sobre a divulgação científica no Brasil... provavelmente será o primeiro com esse foco.
- Provavelmente o Simetria de Gauge também morra num futuro não tão distante.
Então é isso, caso alguém queira ou precise de algo que estava lá é só entrar em contato comigo que eu passo por e-mail.
