13.003 – Física – A famosa equação E=MC2


Mass energy equation
E=mc2 é uma equação da física moderna utilizada como parte da Teoria ou Princípio da Relatividade, desenvolvida pelo físico alemão Albert Einstein.
A famosa equação determina a relação da transformação da massa de um objeto em energia e vice-versa, sendo que “E” é a energia, “m” a massa e “c” é a velocidade da luz ao quadrado, considerada a única constante do Universo.
Sabendo que a velocidade da luz é de aproximadamente 300.000 km/s, a Teoria da Relatividade supõe que caso uma massa consiga superar a velocidade da luz, conseguiria ultrapassar a barreira do tempo e espaço.
Albert Einstein publicou em 1905 um artigo chamado “A Inércia de um corpo dependerá de seu conteúdo energético?”, onde apresentou pela primeira vez a equação que define a relação de massa e energia.
Em comparação com os atuais padrões tecnológicos, uma “pequena” quantidade de massa, viajando no vácuo na velocidade da luz, produziria uma quantidade de energia muito “grande”.
Exemplo: Se 10 quilogramas de massa fossem transformadas totalmente em energia, seria produzida uma quantidade de energia suficiente para evaporar toda a água da Baía de Guanabara, no Rio de Janeiro.

15.616 – Viagens no Tempo


viagem-no-tempo
Se existem temas que definitivamente fascinam os produtores de entretenimento, a viagem no tempo é um dos principais, como fica claro em Alice Através do Espelho. No longa, que estreia esse mês nos cinemas, a jovem heroína embarca em um universo paralelo no qual presente e futuro se misturam.
Mas, antes de tentar entrar no espelho da sua casa, vamos investigar esse complexo assunto e descobrir o que é possível nesse roteiro e o que provavelmente nunca vai passar de ficção.
A pergunta que não quer calar: dá para viajar no tempo?
Quem responde é Rodrigo Nemmen, astrofísico, professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da USP e pesquisador de buracos negros. “Certamente é possível viajar no tempo, mas somente para o futuro”.
Até hoje, estudos, teorias e cálculos comprovam que isso é factível de duas maneiras: embarcando em uma viagem próxima à velocidade da luz ou sobrevoando uma região onde a força da gravidade seja extrema, como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.
Para entender como tudo acontece, precisamos encarar de frente duas das teorias mais inovadoras da física: a Teoria da Relatividade Especial ou Restrita e a Teoria da Relatividade Geral, ambas de Albert Einstein – e, sim, mesmo sendo centenárias, elas continuam a nortear toda e qualquer experiência sobre esse assunto.
Mas antes de alinharmos nosso pensamento às ideias de um dos principais físicos de todos os tempos, precisamos falar sobre o tempo!

Que tempo é esse?
Lição número 1: o tempo NÃO é absoluto. Ou seja, um segundo na Terra não é equivalente a um segundo em qualquer parte do Universo.
Como Einstein chegou a essa conclusão? Observando a velocidade da luz, que é uma constante. Ou seja, mesmo que a luz seja emitida por um objeto em movimento, sua velocidade é sempre a mesma: 299.792.458 m/s.
Relembrando, então, aquela famosa fórmula que aprendemos no Ensino Médio: a velocidade é igual a distância percorrida, dividida pelo tempo. No caso da velocidade da luz (que, como já foi explicado, é constante) a variante é o tempo!

Teoria da Relatividade Especial ou Restrita
Esqueça aquela história de uma supernave que vai viajar a uma velocidade absurda, até transpor um determinado portal e te levar para o futuro. De acordo com a física, o que acontece é que ao viajar próximo à velocidade da luz, o tempo passa mais devagar.
“Suponha que você é um astronauta e viaja no espaço, que é um ambiente sem gravidade, por um ano inteiro próximo à velocidade da luz. Para um observador que está na Terra, terão se passado 70 anos”, exemplifica Rodrigo Nemmen.

Teoria da Relatividade Geral
Nesse estudo, Einstein descobriu que quanto maior é o campo gravitacional de uma região, mais o tempo passa devagar nesse local quando comparado a um campo gravitacional mais fraco.
Isso acontece porque a matéria (energia) é capaz de “curvar” o espaço e o tempo à sua volta. No site do Instituto de Astronomia e Pesquisas Espaciais de Araçatuba (INAPE), há um ótimo exemplo que diz o seguinte: imagine o espaço-tempo como um colchão, basta colocar um objeto pesado sobre sua superfície para que ele se curve para baixo. Ou seja, quanto maior a densidade da matéria no tempo-espaço, maior será a curvatura causada e maior será a intensidade da força gravitacional.
“A gravidade em um buraco negro é extremamente forte. Se alguém conseguir orbitar próximo dessa região, sem ser ‘engolido’, o tempo para essa pessoa passará mais devagar do que em relação a uma pessoa que está longe desse ambiente”.
Então, se essas são as duas possibilidades já comprovadas de se viajar para o futuro, por que ninguém foi para lá até agora? Porque não é nada fácil acelerar um ser humano perto da velocidade da luz ou orbitar próximo a um buraco negro!
“Acelerar partículas subatômicas não é um problema para a tecnologia, mas fazer isso com um ser humano demanda uma quantidade colossal de energia que, provavelmente, explodiria o experimento. Isso porque, quanto mais próximo se chega da velocidade da luz, mais energia é necessária”, explica Rodrigo.
Quanto à segunda opção, precisaríamos criar um ambiente onde seja possível manipular a gravidade, outra coisa que não é nada fácil. Ou teríamos que ficar bem próximos a um astro denso. Detalhe: o buraco negro mais próximo da Terra encontra-se a meros mil anos-luz de distância.

Grandes – e velozes – passos para a humanidade
Mesmo sendo algo quase nulo do ponto de vista prático, os estudos e experimentos sobre viagem no tempo não devem parar nunca. “Na ciência, é importante que as pessoas pesquisem os mais diversos temas. Ao explorar os limites da física, como viajar no tempo, é normal esbarrar em becos sem saída. Grande descobertas científicas acontecem quando corajosos vão pelos caminhos menos explorados”, ressalta o professor.
Do ponto de vista científico e tecnológico, dois grandes avanços encheram a comunidade especializada de esperança. O primeiro deles é o Grande Colisor de Hadrons, que é o maior acelerador de partículas e o de maior energia existente no mundo. Trata-se, portanto, de uma espécie de “máquina do tempo” para as pequenas partículas que estão sendo aceleradas ali dentro, explorando a Teoria da Relatividade Restrita de Einstein.
Para dar uma ideia de sua grandiosidade, o colisor começou a ser construído em 1998 e demorou dez anos para ser concluído. O equipamento é enorme e ocupa um túnel de 27 km de circunferência, localizado na Suíça.
O segundo grande avanço aconteceu no início deste ano e refere-se a descoberta das ondas gravitacionais. “É a descoberta científica mais impactante da última década”, constata Rodrigo Nemmen. Ao observar a colisão de dois buracos negros, foi possível comprovar a criação de uma onda capaz de deformar o próprio tempo-espaço, como Albert Einstein previu na Teoria da Relatividade Geral. “Eventualmente, com esses conhecimentos, poderemos aprender uma maneira de deformar o tempo e viajar por ele”, esclarece o professor.

Sem olhar pra trás!
Não podemos dizer que é impossível viajar ao passado, mas nenhuma solução físico-teórica foi encontrada até o momento. Por isso, paradoxos temporais, buracos de minhoca e realidades paralelas são apenas especulações teóricas, sem qualquer tipo de comprovação.

buracosnegros

10.917- Astronáutica – Nasa estuda forma de viajar mais rápido que a luz


warpdrive

Com a tecnologia atual, a humanidade não vai conseguir chegar longe no Cosmos. As distâncias são muito grandes – e nossos foguetes, muito lentos. Mas um grupo da Nasa diz que é possível construir uma espaçonave capaz de um feito incrível: voar mais rápido do que a velocidade da luz (300 mil quilômetros por segundo). Isso permitiria ir a lugares muito remotos e alcançar os planetas habitáveis mais próximos da Terra. Para fazer isso, a nave teria de deformar o espaço, comprimindo o que está à sua frente e esticando o que está atrás dela, criando a chamada dobra espacial. Pela Teoria da Relatividade, é possível. Só que não é fácil. Seria preciso pegar uma quantidade enorme de massa, equivalente à do planeta Júpiter, e transformá-la em energia (colidindo essa matéria com antimatéria, que pode ser produzida num acelerador de partículas). Inviável.
Mas o físico Harold White, da Nasa, diz que é possível aperfeiçoar o processo – e gerar a energia usando apenas 500 kg de matéria. A energia alimentaria anéis na frente e na traseira da nave, que produziriam um campo gravitacional artificial – deformando o espaço. “Seria o suficiente para alcançar dez vezes a velocidade da luz”, diz. Daria para ir até a estrela mais próxima, Alfa Centauri, em meros cinco meses.
Para chamar atenção para seu projeto, White produziu um desenho da nave. Mas ainda é cedo para saber se vai virar realidade. Esses 500 kg de massa ainda são muita energia: cerca de 25 mil tWh (terawatts-hora), tudo o que os EUA consomem em um ano. White, por ora, tem planos mais modestos. Está bolando um teste para demonstrar que é realmente possível gerar uma dobra espacial.

10.079 – Física – Uma questão de tempo


o túnel do tempo

Escrito por H.G Wells em 1895, A Máquina do Tempo ganhou fama por ter sido o primeiro livro a cogitar uma viagem no tempo por meio de uma máquina construída pelo homem – e não por um fenômeno divino ou por um ser sobrenatural. Mais de cem anos depois, quando uma nova adaptação dirigida pelo neto do autor, Simon Wells, chegou ao cinema, os cientistas estão convencidos de que as viagens no tempo são, do ponto de vista da Física, perfeitamente viáveis e naturais. Ou seja, o que antes soava como ficção ou impostura inaceitável no meio acadêmico, vem conquistando status formal de seriedade científica.
Os pesquisadores reconhecem que será preciso uma tecnologia superavançada, ainda inexistente, para explorar a estranha geografia que se desenha entre as eras, unindo o passado ao futuro e vice-versa. De acordo com a imagem que hoje se tem do espaço e do tempo, o universo seria uma espécie de queijo suíço, dentro do qual é possível construir uma rede de túneis ligando épocas e lugares diversos, como um metrô cósmico. O desenho inicial desse metrô surgiu em 1905, quando Einstein publicou a sua Teoria da Relatividade – dez anos depois de Wells publicar A Máquina do Tempo. Desde então, a Física moderna ficou cada vez mais próxima do que, até então, era considerado pura ficção.
O que Einstein disse de tão revolucionário que até hoje confunde a cabeça de muita gente é que o tempo não existe como uma variável independente do espaço. Para o cientista alemão, tempo e espaço estão interligados e, dependendo do local e da velocidade que eu me encontro em relação a você, por exemplo, nossos relógios não marcariam a mesma hora, minutos, segundos e centésimos – mesmo que eles tivessem sido ajustados inicialmente no mesmo horário! E mais: o tempo passaria mais lentamente quando se está próximo de um corpo com grande massa como a Terra. “Essa previsão foi testada em 1962, usando dois relógios muito precisos montados no topo e na base de uma torre de água”, diz Stephen Hawking no livro Uma Breve História do Tempo Ilustrada (editora Albert Einstein). “Constatou-se que o relógio na base, que estava mais próximo da Terra, andava mais lentamente.” Essa diferença de relógios em alturas diferentes acima da Terra é hoje fundamental para os sistemas de navegação que se baseiam em sinais de satélite.
Se a Teoria da Relatividade não fosse levada em conta nesses sistemas, os cálculos de posição poderiam cometer erros de localização em quilômetros. Ou seja: a relatividade funciona mesmo e o tempo e o espaço, embora pareçam totalmente diferentes entre si, se confundem no novo universo entrevisto pela ciência desde Einstein. “Com a relatividade, deixa de existir um instante universal, um agora válido para qualquer lugar”, diz Davies. “E é claro que as conseqüências dessa teoria criam situações estranhas para quem estava acostumado com o tempo de Newton.” Uma dessas situações esquisitas, mas perfeitamente naturais para a Física, é o chamado paradoxo dos gêmeos. Se você tivesse um irmão gêmeo que viajasse no espaço a uma velocidade próxima da luz (300 000 quilômetros por segundo), por poucas horas que fossem, quando ele voltasse para a Terra você já seria velho e ele ainda seria jovem .
Mas, se mesmo usando os mais avançados veículos espaciais, o nosso único explorador do futuro só conseguiu avançar 50 avos de segundo, não seria um exagero fazer previsões de viagens mais longas? Afinal, que espaçonave seria capaz de chegar a uma velocidade dessas? “A física da viagem no tempo ainda está na infância, mas não se deve subestimar a rapidez do seu desenvolvimento”, diz o pesquisador da IBM e escritor americano Clifford Pickover. “O problema, agora, está nas mãos dos engenheiros, uma vez que, do ponto de vista científico, estão caindo as últimas objeções a essa viagem.” Para quem acha que ele está exagerando, Pickover cita diversos exemplos de tecnologias cujas possibilidades foram mal avaliadas quando apareceram. Há dois casos particularmente divertidos.
Um deles é a frase de um dos maiores cientistas da sua época, o físico inglês Lorde Kelvin, que, em 1895, declarou: “Máquinas voadoras mais pesadas que o ar são impossíveis” – desmentido em menos de uma década pelo vôo do primeiro avião, em 1903. O outro caso envolve um ex-presidente da própria IBM, Thomas Watson. Ele anunciou, em 1943, que o mercado mundial de informática não iria além de cinco computadores. Ironicamente, a IBM é a maior prova de que ele estava errado.
Pickover revela uma outra face da febre de pesquisas em torno das viagens no tempo: a dos diversos livros lançados nos últimos anos com o objetivo de popularizar o tema. Ele é autor de Time: A Traveler·s Guide (Tempo: Um Guia de Viagem, inédito no Brasil), e faz parte de um grupo de autores que estão inundando as livrarias tratando o assunto com base científica. “A viagem no tempo se transformou em uma indústria dentro da universidade e está produzindo pesquisas e descobertas tão surpreendentes quanto importantes”, diz o astrofísico e escritor inglês John Gribbin, que, desde o final dos anos 80, quando a nova moda surgiu, vem acompanhando de perto esse novo boom literário.
A dúvida é: se para avançar no futuro só é preciso construir espaçonaves mais rápidas, quando será possível voltar para o passado? “Desconfio que nas décadas seguintes veremos viagens cada vez mais longas para o futuro, mas as viagens de retorno são projetos que apenas supercivilizações poderão tentar”, garante Richard Gott. Ele diz que, quando se trata de retroceder ao passado, o problema não só se restringe à tecnologia, mas também às incertezas teóricas que ainda persistem sobre a verdadeira natureza do tempo. Gott é um escritor premiado pela habilidade rara com que traduz essas incertezas para o patamar de um bate-papo no boteco.
Se você acha isso estranho, console-se: os cientistas também não se sentem muito confortáveis com essa idéia. O astrônomo e escritor americano Carl Sagan, por exemplo, disse que estamos às voltas com a questão do tempo desde a época de Santo Agostinho e, até a sua morte, em 1996, Sagan resistiu a uma definição clara e simples do tempo. Foi o próprio Sagan, curiosamente quando escrevia uma ficção, que deu o pontapé inicial para que a viagem no tempo passasse a ser encarada com mais seriedade pelos cientistas. Em 1985, ele estava escrevendo o romance Contato e queria que sua heroína – interpretada, mais tarde, por Jodie Foster no filme de mesmo nome – viajasse pela galáxia por dentro de um buraco negro. Como um escritor de ficção sério, queria saber se havia base científica para essa aventura. Perguntou, então, ao seu amigo Kip Thorne, um respeitado especialista na Teoria da Relatividade, da Universidade da Califórnia, que, só então, parou para pensar no assunto.
Ele acabou descobrindo que a idéia de Sagan não só estava de acordo com as teorias de Einstein, como poderia ser usada para viajar no tempo.
E se você ainda pensa que as aventuras no tempo são impossíveis por que terminam em paradoxos cabeludos como o vivido pelo personagem do De Volta Para o Futuro (que quase desaparece ao interferir no relacionamento do seu pai com sua mãe), relaxe. Parece cada vez mais claro que o universo é mais inteligente que isso: não se pode enganá-lo pelo simples fato de recuar algumas décadas no calendário, azarar o encontro entre papai e mamãe e impedir o seu próprio nascimento. E se você não nasceu, como anulou sua gestação? Sinuca de bico, certo? Errado.
Por mais que os cientistas tentem, não conseguem produzir paradoxos dessa natureza. Ao que tudo indica, eles não acontecem justamente por que as eras estão interligadas de maneira indissolúvel, de trás para a frente e de frente para trás. Quem existe, existe, está registrado e pronto. Não dá mais para abolir, nem com uma viagem ao passado. Você pode até tentar mudar o destino dos seus pais, mas alguma coisa o atrapalhará pelo simples fato de ter nascido. E isso não pode mudar. Com a descoberta dessa inesperada trama de causa e efeito dentro do espaço-tempo, é como se a teoria desse razão ao roteiro do novo filme A Máquina do Tempo, em que o personagem interpretado por Guy Pearce tenta alterar o passado sem sucesso.
Ninguém tem dúvidas de que a tecnologia necessária para construir máquinas capazes de passear pelos labirintos do espaço-tempo é incrivelmente complexa e ainda está cheia de lacunas técnicas por falta de conhecimento de detalhes cruciais. Isso para não falar na dura realidade de sempre: tudo tem um preço e o custo de uma viagem como essa, em termos de matéria-prima e energia, é infinitamente superior àquilo que a pobre humanidade teria condições de providenciar, de imediato.
Para se ter uma ideia, a viagem para o passado pressupõe que os engenheiros tenham a capacidade de transportar e desmontar planetas ou estrelas inteiras para fabricar buracos negros ou objetos ainda mais fantásticos da fauna universal. Já é possível fazer um rascunho da engenharia envolvida: em um dos projetos pioneiros, apresentado recentemente, o resultado seria um aparelho realmente assustador, com 320 milhões de quilômetros de diâmetro e uma massa 200 milhões de vezes superior à do Sol. Ou seja, ela pesaria tanto quanto a Via Láctea inteira. Pouco prático, não?

9469 – Projeções – Viagem no futuro será possível(?)


O professor, cientista e físico japonês Hitoshi Murayama afirma que falta pouco para que possamos viajar para o futuro. Murayama, diretor do Instituto Kavli para Física e Matemática do Universo além de catedrático da Universidade de Tóquio, afirmou que o homem poderá viajar para o futuro a partir do momento em que exista tecnologia suficiente para chegar até a estrela mais próxima da Terra. Para alcançarmos a Próxima Centauri, a estrela mais próxima do nosso planeta, seria necessário percorrer uma distância de 4 anos-luz, o que, atualmente, não é possível. Entretanto, se obtivermos conhecimento necessário para transformar uma força suficiente para propulsão da velocidade semelhante à da luz, tudo será possível. Segundo a Teoria da Relatividade, uma pessoa poderia viajar na velocidade da luz até a Próxima Centauri e retornar em oito anos. Na volta, seus familiares e amigos estariam mais velhos do que ela, pois eles teriam passado por décadas e não apenas oito anos como no caso do viajante. O professor esclarece que, assim como poderíamos de sair da Terra na velocidade da luz e ir ao futuro, nunca poderíamos retornar ao momento presente de onde partimos, da mesma forma que não seria possível viajar a nenhuma época do passado; simplesmente porque as leis da física não permitem.

8591 – Astronomia – O brilho paradoxal dos astros sem luz


buraco negro

Buracos negros são corpos de densidade altíssima que, de acordo com a Teoria da Relatividade, devem existir em diversas partes do Universo. As observações dos astrofísicos tendem a confirmar a existência desses corpos, indicando que, na prática, eles pertencem a duas categorias distintas. A primeira é a dos supermonstros, cuja massa pode ser entre 1 milhão e 1 bilhão de vezes maior que a do Sol. Os astros dessa classe estão associados aos núcleos das galáxias ou aos quasares, objetos superbrilhantes, situados a distâncias imensas. Em outras palavras, os buracos gigantes estão ligados à evolução das galáxias. Já a segunda categoria, que reúne corpos bem menores, com massas de três a dez vezes maior que a do Sol, aparecem em estrelas duplas e estão ligados à evolução das estrelas.
Muito já se especulou sobre a possibilidade de haver uma terceira categoria: a dos microburacos, cuja massa não seria medida em muitos quatrilhões de toneladas, mas em simples toneladas, ou até em quilos e gramas. Apesar de terem massa reduzida, esses objetos também têm um volume muito pequeno, e isso garante sua alta concentração de matéria, que é a característica central dos buracos negros.
O teórico inglês Stephen Hawking tem feito muito para popularizar os pequenos astros escuros. Eles são diferentes dos corpos das outras categorias porque podem “evaporar”. Melhor dizendo, eles emitem partículas subatômicas. Parece um pouco estranho à primeira vista pois é sabido que nos buracos negros tudo pode entrar e nada pode sair. Então, como é que sai algo dos miniastros?
É que, quando se trata de objetos de dimensões atômicas, começam a aparecer fenômenos que somente são explicados pela Mecânica Quântica. Por isso, antes de pensar nos pequenos buracos negros, vamos ver o caso da radioatividade, que é feita de partículas escapando do núcleo atômico, mesmo quando não têm energia suficiente para isso. Segundo o chamado Princípio de Heisenberg, é impossível determinar com absoluta precisão se uma dada partícula está dentro do núcleo ou fora dele. Dito de outra maneira, se a partícula de fato está dentro, ela também tem uma probabilidade de estar fora. Portanto, ela pode eventualmente sair.
Tal raciocínio parece não estar muito de acordo com o senso comum, mas a radioatividade é um fenômeno comprovado. Um raciocínio análogo se aplicaria aos buracos negros de dimensões muito pequenas. Eles teriam uma espécie de radioatividade natural. Ocorre, entretanto, que, se isso acontece, sua massa e seu diâmetro vão diminuir com o tempo. Isso aumenta o ritmo da perda de massa, levando gradualmente à total evaporação.
Esses objetos minúsculos existem apenas na imaginação dos cientistas. Jamais alguém comprovou a sua existência na natureza. Também não se consegue conceber nenhum processo pelo qual eles poderiam ser criados durante a evolução de uma estrela ou mesmo de um planeta. Os mais resistentes argumentam que microburacos negros poderiam ter surgido durante o Big Bang, a grande explosão que deu origem ao Universo. Nesse caso, deveríamos observar, ainda hoje, o processo de sua evaporação. Isso também nunca foi registrado. A conclusão é que esses objetos criados no papel, a partir da pura imaginação, ou não existem no mundo real ou então são extremamente raros.

8098 – De novo não!!! Cientistas confirmam que Einstein estava certo


albert-einstein-1

Dados obtidos a partir de uma estrela de nêutrons muito massiva mostram que teoria da relatividade geral, formulada por Albert Einstein, estava correta, mesmo em condições de gravidade extrema
Um raro par de estrelas, localizado a mais de 7.000 anos-luz da Terra, serviu como um laboratório cósmico para que um grupo de astrônomos estudasse a natureza da gravidade. Os pesquisadores usaram o Very Large Telescope, do Observatório Europeu do Sul, no Chile, e radiotelescópios espalhados ao redor do mundo para analisar o sistema binário, composto por uma estrela de nêutrons — a mais massiva encontrada até hoje — e uma estrela anã branca. A enorme gravidade provocada por esse sistema permitiu aos pesquisadores testarem a teoria da gravitação proposta por Albert Einstein, conhecida como relatividade geral, em condições que não tinham sido possíveis até hoje. Segundo um estudo publicado nesta quinta-feira na revista Science, as primeiras medições estão totalmente de acordo com as previsões do físico, deixando pouco espaço para teorias alternativas.
Desde 2011, os astrônomos estudam o sistema, composto por dois cadáveres estelares. Uma estrela de nêutrons é resultado da explosão de uma supernova, na qual o centro estelar entra em colapso e forma um corpo pequeno, mas muito massivo. Os pulsos de ondas de rádio emitidas por esse novo corpo podem ser captados a partir da Terra com o auxílio de radiotelescópios — por isso, ele também é chamado de pulsar. A estrela de nêutrons estudada pelos pesquisadores é tão densa que tem uma massa duas vezes maior que a do Sol reunida em um diâmetro de apenas vinte quilômetros. Em seu interior, um espaço do tamanho de um cubo de açúcar reúne mais de um bilhão de toneladas de matéria comprimida. Tamanha densidade acarreta em uma enorme força gravitacional: a gravidade em sua superfície supera a da Terra em mais de 300 bilhões de vezes.
A sua companheira anã branca é um pouco menos exótica. Trata-se de um resto brilhante de uma estrela muito mais leve, que perdeu grande parte de sua massa e está se apagando lentamente. Ela está muito próxima à estrela de nêutrons — sua órbita é de apenas duas horas e meia — e sofre efeito de sua enorme gravidade. Ao contrário do pulsar, ela pode ser observada na luz visível, mas apenas por telescópios muito potentes.
Sonda Gravity Probe B (GP-B) comprova que força da gravidade distorce tempo e espaço
Quando: 04/05/2011

O que foi comprovado: A força da gravidade dos grandes corpos do Universo distorce o tempo e o espaço

Instrumento utilizado: Sonda Gravity Probe B (GP-B)
Como foi comprovada: A sonda levava quatro giroscópios avançados para medir o efeito geodésico, ou seja, a curvatura do espaço e do tempo em torno de um corpo gravitacional, e o frame-dragging, ou fricção do marco de referência, ou seja, quanto espaço-tempo é arrastado quando um objeto gira. Se os giroscópios apontassem na mesma direção sempre que estivessem em órbita, a teoria de Einstein teria sido refutada. Mas os giroscópios experimentaram mudanças mensuráveis na direção de seu giro à medida que eram atraídos pela gravidade da Terra, confirmando a teoria geral da relatividade de Einstein. As medições da sonda se aproximam notadamente das projeções de Einstein, segundo as descobertas publicadas na revista científica Physical Review Letters.
Relatividade em debate
A teoria da relatividade geral explica a gravidade como uma consequência da curvatura do espaço-tempo criada pela presença de matéria. Desde que foi formulada, há quase 100 anos, ela tem resistido a todos os testes. No entanto, nesse meio tempo, inúmeros cientistas formularam outras teorias para explicar a natureza da gravidade. Experimentos científicos realizados na Terra, onde as massas e a força gravitacional são minúsculas, não são capazes de comprovar ou negar a maioria dessas teorias. Os pesquisadores só conseguem diferenciá-las quando estudam campos gravitacionais extremamente fortes, que estão localizados longe do Sistema Solar — exatamente como o pulsar analisado pelos astrônomos.
Outro fator que tornou o sistema binário um laboratório ideal para o estudo da relatividade é a curta distância que separa os dois corpos. Sistemas binários nos quais as estrelas orbitam de maneira muito próxima costumam emitir ondas gravitacionais, ondulações que se propagam pelo espaço-tempo. Isso leva o sistema a perder energia, fazendo com que as estrelas se aproximem e a órbita diminua ao longo do tempo.
As ondas gravitacionais não podem ser medidas a partir da Terra, mas a variação da órbita que elas causam pode. E é justamente aí que está a chave para descobrir qual teoria explica melhor a gravidade: a relatividade geral e as outras hipóteses levam a previsões diferentes quanto a essa variação na órbita das estrelas. “As nossas observações de rádio foram tão precisas que já conseguimos medir a variação do período orbital com valores da ordem de oito milionésimos de segundo por ano, exatamente como previsto pela teoria de Einstein”, diz o português Paulo Freire, outro integrante da equipe.
Dessa forma, os pesquisadores conseguiram mostrar que a teoria da relatividade geral funciona mesmo nas condições mais extremas de gravidade estudadas até agora, deixando cada vez menos espaço para as teorias alternativas.

relatividade

Que teoria é essa?
A Teoria da Relatividade foi desenvolvida pelo físico alemão Albert Einstein no início do século XX. Ela pode ser dividida em dois campos: a relatividade restrita e a geral. A relatividade restrita diz que a velocidade da luz medida no vácuo é a mesma sob qualquer referencial de observação. Mesmo que um objeto esteja se afastando ou se aproximando, a velocidade relativa da luz não muda. Para que a velocidade seja sempre a mesma, há uma dilatação no tempo.
A relatividade geral adiciona gravidade à relatividade restrita. Ela diz que o espaço e o tempo são uma coisa só. É como se ele fosse uma grande superfície elástica. Planetas colocados sobre essa superfície “afundam” o plano por causa de sua massa ou velocidade. À medida que um satélite, por exemplo, se move na direção de um planeta, ele cai em direção ao astro por causa dessa deformação. Se o espaço-tempo for uma espécie de superfície que se estica com a presença de objetos pesados, isso significa que o tempo passa mais devagar nas proximidades desses objetos.
Pulsares
Estrelas de nêutrons de pequeno tamanho, alta densidade e forte campo gravitacional (2 x 10¹¹ maior que o da Terra). São os resultados de explosões de supernovas. Quando uma estrela com massa entre quatro e oito vezes a do Sol termina de queimar o seu ‘combustível’, ela explode. Como resultado, a região central entra em colapso, de forma que prótons e elétrons se combinam para formar nêutrons. Os pulsos de ondas de rádio e de raios gama emitidos por elas podem ser captados pelos telescópios.
Anãs Brancas
Quando uma estrela como o Sol tem sua energia esgotada, ela se transforma em anã branca. Cientistas acreditam que daqui a aproximadamente 5 bilhões de anos o Sol também vai se apagar e se tornar uma anã branca.

7212 – Einstein era mau aluno e não ia bem em matemática?


Albert Einstein, pai da Teoria da Relatividade, falecido em  abril de 1955
Albert Einstein, pai da Teoria da Relatividade, falecido em abril de 1955

Que era mau aluno – ou pelo menos que tirava notas ruins – é verdade. Que tomou pau em matemática é mentira. “O mito de que Einstein era um aluno medíocre definitivamente não é verdadeiro”, diz um físico do Museu de História Natural dos Estados Unidos. O fato é que o homem que revolucionou a física simplesmente não se interessava pela escola de seu tempo. Autodidata desde pequeno, Einstein sempre estava à frente do currículo escolar em matemática e física. Por isso, desprezava as aulas. Outra coisa que o desagradava era a pedagogia militarista e autoritária do Ginásio Luitpold, em Munique, na Alemanha, onde ele cursou o equivalente ao nosso ensino fundamental. “Você não vai dar em nada na vida”, chegou a ouvir de um professor na 7ª série. O famoso “pau” que Einstein levou aconteceu quando ele pleiteou uma vaga na Escola Politécnica de Zurique. Ele tinha 16 anos, dois a menos que a idade média para ingressar na instituição. Apesar de os exames de matemática e física terem impressionado a banca examinadora, suas provas de humanas foram uma negação. Resultado: ele foi reprovado no vestibular. Aceito dois anos depois, Einstein passou raspando nos exames finais. Isso foi em 1900. Cinco anos depois, entre março e maio de 1905, ele bolou três teorias que revolucionaram a física, como a da relatividade especial. O rótulo de “vagal” dava lugar ao de gênio.

7062 – Cosmos – Muito Além do Big Bang


Para começo de conversa, as observações e teorias mais recentes indicam que o Cosmo que vemos não é o único que existe. Isso mesmo: além da última galáxia e dos limites do espaço e do tempo, escondem-se outros, infinitos universos, que obedeceriam a leis diferentes das nossas e, quem sabe, conteriam seres e inteligências muito além da nossa compreensão. Inacessíveis até aos mais potentes telescópios,tais universos paralelos não estariam apenas separados por formas de matéria e de energia ainda desconhecidas – acredita-se que, tanto eles quanto o nosso próprio Universo, teriam nascido e crescido simplesmente do nada.
Ainda hoje, mesmo com a tecnologia e a matemática refinadas que dominam, é como sonâmbulos que os cosmologistas perseguem as novidades estonteantes do espaço. Tem sido assim desde que o físico alemão Albert Einstein deu início ao estudo científico do Universo com sua teoria da relatividade geral, escrita em 1915. Com ela, Einstein pôde deduzir, pela primeira vez, em 1917, as leis que governam o movimento das galáxias, que são as peças do tabuleiro cósmico. Embora as galáxias contenham mais de 100 bilhões de estrelas cada uma, do ponto de vista da relatividade não passam de partículas microscópicas. São os átomos do Cosmo.
Mas, se o trabalho de Einstein foi uma conquista espetacular, nem por isso deixava de ser um salto no escuro, um passo a esmo na compreensão do Universo. É que ele adotou um pressuposto incerto, como num “chute”, ou “um ato de fé”, como diz o físico, historiador da ciência e escritor americano Alan Lightman, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Um ponto especialmente frágil era que o Universo, de acordo com as equações einsteinianas, estaria condenado a desmoronar sob a ação da sua própria força gravitacional. A situação era simples: como a gravidade é uma força de atração, acabaria puxando todos os corpos celestes para cima uns dos outros e, daí para a frente, os esmagaria até reduzi-los a um ponto infinitesimal e concentradíssimo de energia.
Einstein, naturalmente, percebeu o problema. O que ele não viu foi que a relatividade admitia duas saídas para o desastre gravitacional. Como ficaria claro mais tarde, o efeito aglutinador da gravidade poderia ser compensado se as galáxias, em vez de estarem imóveis como ele imaginara, estivessem em movimento. Assim, poderiam estar se afastando umas das outras, o que contrabalançaria a atração gravitacional. Dito de outra maneira, o Universo estaria em expansão.
Nos anos 20, o Observatório de Monte Palomar foi inaugurado nos Estados Unidos, e com ele, em 1929, o astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953) foi finalmente capaz de enxergar que as galáxias, afinal, não estavam paradas. Não era preciso uma antigravidade para evitar o seu desabamento. Einstein imediatamente se desculpou, afirmando que sua força fictícia tinha sido o maior erro da sua vida. Por coincidência, ele estava em visita aos Estados Unidos, na época, tornando-se um dos primeiros cientistas do mundo a saber da proeza de Hubble.
A descoberta da expansão cósmica teve o efeito de um choque porque descortinou, de um só golpe, toda uma história secreta do Universo. Ficou claro que ele estava em permanente transformação e, certamente, havia tido um começo. E seu nascimento, como logo concluíram os cientistas, tinha sido violento, como uma espécie de grande explosão, ou Big Bang, em inglês. O motivo, quase óbvio, era que se os telescópios agora mostravam as galáxias se afastando, elas deviam estar grudadas umas nas outras no passado. Recuando ainda mais no tempo – até 13 bilhões de anos, como hoje se sabe –, o Cosmo devia ser menor que um átomo e tão denso que não havia lugar para estrelas. Toda a matéria se resumia a uma maçaroca de fragmentos atômicos submetidos a uma pressão brutal devido à falta de espaço. Conseqüentemente, sua temperatura chegaria a centenas de milhões de graus. Daí a comparar o início da expansão cósmica com um Big Bang foi um passo.

6734 – Atomismo, Evolução e Relatividade


No século XIX surgiu um novo enfoque das ciências, marcado de certa forma pela descoberta do mundo microscópico e pela formulação de modelos atômicos. A conexão entre as forças elétricas e magnéticas, corroborada por Oërsted e Faraday, deu origem a uma teoria unitária das modalidades físicas de ação recíproca que se mantém até hoje. Houve grandes progressos nos métodos matemáticos e, conseqüentemente, na formulação de complexos modelos teóricos. Joule e Helmholtz estabeleceram o princípio de conservação da energia e Helmholtz descobriu também a natureza eletromagnética da luz.
Com a teoria atômica de Dalton e o sistema periódico de Mendeleiev, a química consolidou seus princípios e seu método, enquanto a biologia teve grande impulso com os estudos de classificação realizados por Cuvier. Ainda no século XIX, o naturalista inglês Darwin provocou uma autêntica revolução, que durante muitos anos foi objeto de controvérsia, com a publicação do livro On the Origin of the Species by Means of Natural Selection (1859; A origem das espécies), onde se acha exposta a célebre teoria da evolução. Em 1838, Schwann e Schleiden lançaram as bases da teoria celular. Pouco depois, Pasteur e Koch estudaram a natureza dos germes microscópicos causadores das enfermidades e criaram as primeiras vacinas. As ciências sociais progrediram e deram nascimento à sociologia e à economia como disciplinas científicas e independentes.
O século XX principiou com a descoberta da radioatividade natural por Pierre e Marie Curie e o anúncio de novas doutrinas revolucionárias. A confirmação do conceito evolucionista das espécies e a extensão dessa idéia ao conjunto do universo, junto com a teoria quântica de Planck e a teoria da relatividade de Einstein, levaram a um conceito não-causal do cosmo, em que só é lícito adquirir conhecimento a partir de dados estatísticos, cálculos de probabilidade e conclusões parciais. Nada disso implica um retrocesso na validade do método científico, pois não se duvida que esse método assegurou enormes progressos tecnológicos, mas sim um reconhecimento, por parte da ciência, de sua incapacidade de dar respostas cabais sobre a natureza e a origem do universo.
Na segunda metade do século XX, os métodos de observação de alta precisão apresentaram notáveis progressos com o descobrimento do microscópio eletrônico, no qual as lentes foram substituídas por campos eletromagnéticos e a luz por um feixe de prótons, e dos microscópios de raios X e de ultra-som, com grande poder de resolução.
A reunião de disciplinas como a automação, destinada ao estudo e controle dos processos em que o homem não intervém diretamente, e a informática, ou conjunto de técnicas dedicadas à sistematização automática da informação, nasceram outras disciplinas como a robótica, que se ocupa do desenho e do planejamento de sistemas de manipulação a distância. Essa área de conhecimento teve aplicação, por exemplo, na astronáutica. Permitiu que o homem chegasse à superfície da Lua ou viajasse pelo espaço cósmico.
No campo da astronomia foram criadas disciplinas como a astronomia das radiações ultra-violeta e infravermelha, dos raios X, gama e outros. Esses progressos se devem aos conhecimentos da física nuclear, que permitiram descobrir uma enorme quantidade de fenômenos e de corpos celestes, como os buracos negros, objetos astrais de densidade elevada e que não emitem radiação, e os quasares, objetos semelhantes às estrelas que emitem radiações de grande intensidade.
A ciência moderna tem-se esforçado para obter novos materiais e fontes de energia alternativas para o carvão e o petróleo. O progresso da técnica permitiu a fabricação de semicondutores e dispositivos eletrônicos que conduziram aos computadores modernos. O domínio dos processos atômicos e nucleares possibilitou a construção de centrais elétricas e instrumentos de precisão. A aplicação de novas tecnologias na medicina e o maior conhecimento do corpo humano e de seus mecanismos proporcionaram uma melhora apreciável nas condições de vida dos habitantes do planeta.

6319 – Big Bang – Pode uma explosão originar o Universo?


Foi o monsenhor Georges Lemaître o primeiro homem a levar a sério a idéia de que o Universo tivesse um começo, do ponto de vista científico. Partindo da então recente Teoria da Relatividade Geral de Einstein, ele criou, em 1927, a hipótese de um “átomo primordial”, que teria explodido em tempos imemoriais para dar origem a tudo que existe. Einstein odiava a idéia, mesmo sendo uma decorrência quase instantânea da teoria. Ao ser contatado pelo belga, criticou o quanto pôde.
Uma alfinetada do famoso cientista alemão equivalia a uma sentença de morte para uma proposta científica. Ninguém deu muita bola para o pobre Lemaître. Mas sua vingança viria mais cedo do que Einstein ou qualquer outro cientista concorrente poderia imaginar.
Em 1929, um astrônomo americano chamado Edwin Hubble fez uma descoberta intrigante: as galáxias pareciam estar todas se afastando umas das outras. E, quanto mais distantes elas pareciam estar, mais rápido elas se afastavam de nós. Ou seja, o Universo parecia estar se expandindo, em vez de parecer fixo e eterno. Não custou muito para que alguém rebobinasse mentalmente a fita e calculasse as implicações: se hoje em dia tudo está correndo de tudo, num momento passado tudo esteve junto com tudo, no mesmo lugar. E voilà – volta o “átomo primordial” de Lemaître e a noção de um começo cósmico.
Mas a grande revolução da teoria, que ficaria conhecida como a do “big-bang” (apelido dado por um de seus maiores inimigos, o britânico Fred Hoyle), ainda estava por vir. Pois as equações científicas já permitiam especular sobre como poderiam ter sido os momentos iniciais do Universo.
Em 1948, o pesquisador russo-americano George Gamow, em parceria com Ralph Alpher, obteve duas conclusões impressionantes. Seus cálculos mostravam que os fenômenos ocorridos logo após o big-bang, durante os primeiros instantes da criação, explicavam a composição básica do Cosmos: as proporções de átomos ultraleves de hidrogênio e hélio, os dois componentes mais comuns do Universo desde sempre.
Gamow também previu a existência de uma espécie de “eco” dessa explosão, na forma de uma radiação de microondas, vinda de todos os cantos do Universo. Passaram-se anos até que, por acidente, Arno Penzias e Robert Wilson, dos Laboratórios Bell, descobrissem a tal “radiação cósmica de fundo”. Com esse achado, em 1964, estava confirmada uma das mais espetaculares predições da ciência: ao menos na forma como o conhecemos hoje, o Universo teve um princípio dramaticamente quente e explosivo.

6200 – Viagem ao coração de um buraco negro


Sabemos que existe um buraco negro gigante no centro da maioria das galáxias, inclusive na nossa, um monstro de 4 milhões de massas solares. No dia 13 de junho, a sonda espacial NuSTAR -equipada com um telescópio que detecta raios X- foi lançada para examinar em detalhe o que ocorre no nosso gigantesco ralo cósmico.
Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, a gravidade pode ser explicada como resultado da curvatura do espaço em torno de um objeto com massa: quando maior a massa do objeto, mais curvo o espaço à sua volta, e maior sua atração sobre corpos vizinhos. Quanto mais curvo o espaço, mais difícil é escapar da sua gravidade.
O buraco negro é o caso no qual o espaço é tão curvo que nada escapa de sua atração, nem mesmo a luz. Para “ver” um buraco negro é preciso olhar para o entorno dele.
Para Einstein e a maioria dos físicos, os buracos negros são um grande desafio. A maioria deles são restos de estrelas que, ao morrer, implodem como balões furados. O problema é que, durante a implosão, a gravidade vai ficando cada vez mais forte. E a implosão não para. No centro da estrela em colapso se forma uma “singularidade”, um ponto onde a gravidade é infinitamente forte e as leis da física deixam de fazer sentido.
A singularidade é circundada pelo “horizonte”, a esfera que separa a estranheza do buraco negro do mundo exterior. Se você ultrapassar o horizonte, nunca mais escapa: seu destino é continuar até a singularidade, onde será triturado por completo. Mas não há nada a temer, pois bem antes disso seu corpo será esticado feito espaguete e rasgado.
Einstein nunca gostou de teorias que deixam de fazer sentido. Em 1935, escreveu um artigo com Nathan Rosen no qual sugeriu que o centro de um buraco negro é uma ponte para outro local no Universo (ou mesmo para outro universo), e que do outro lado existe um “buraco branco”, o oposto do buraco negro, um ponto de onde surge matéria, como uma cornucópia cósmica.
Esses “buracos de minhoca”, como ficaram conhecidas as pontes de Einstein-Rosen, vêm inspirando incontáveis histórias e filmes de ficção científica, pois, em princípio, permitem viagens a velocidades maiores do que a da luz. Infelizmente, fora a total falta de evidência de buracos brancos, para manter as duas bocas do buraco de minhoca abertas é necessário um tipo de matéria que tem energia “negativa”, até hoje nunca vista.
A coisa piora se a teoria de Stephen Hawking, que prevê que buracos negros evaporam lentamente, estiver correta. Afinal, se evaporarem, tudo o que resta é a singularidade nua, o ponto absurdo. Horrorizados, físicos propuseram que algo protege essa nudez, a Conjectura de Censura Cósmica.

Qualquer que seja o destino da singularidade, é incrível que buracos negros tenham sido inventados antes de ser descobertos, um casamento quase mágico da imaginação com o Cosmo. É como se a natureza nos dissesse: arrisquem mesmo, sonhem alto. E estejam sempre abertos para o inesperado, pois ele está sempre à espreita.

Marcelo Gleiser, astrônomo brasileiro