Março 2024

                                                                                     

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Ciência Na Frente

Do Infinitamente Pequeno ao Infinitamente Grande

Março de 2024

Um pouco de aleatoriedade na gravidade?

A gravidade é fundamentalmente quântica na natureza? Na impressão deste artista, a Lua (à esquerda) distorce o espaço-tempo e cria um padrão de interferência. Muitos investigadores estão a trabalhar em teorias da gravidade quântica, mas alguns estão a explorar a possibilidade de combinar harmoniosamente a gravidade clássica com uma descrição quântica da matéria. Experimentações que serão realizadas daqui a alguns anos devem permitir descobrir se a gravidade é quântica ou não.

Para descrever o início do Big Bang ou a singularidade de um buraco negro, uma teoria quântica da gravidade parece necessária. Mas outra maneira seria possível: a gravidade permaneceria clássica, mas o espaço-tempo estaria sujeito a flutuações aleatórias.

Algumas intuições às vezes levam-nos pelo caminho errado. Será este o caso da gravidade? A maioria dos físicos acredita que, para conciliar as duas grandes teorias do século XX, a mecânica quântica e a relatividade geral, é essencial desenvolver uma formulação quântica da gravidade. Muitas propostas foram apresentadas, como a teoria das cordas, a gravidade quântica em loop e muitas outras. Apesar de várias décadas de esforço, nenhuma destas abordagens produziu uma teoria satisfatória... E se a gravidade não fosse fundamentalmente quântica? Este é o desafio de Jonathan Oppenheim, da University College Londres, que acaba de propor o modelo mais geral neste campo, conhecido como «gravidade semi-clássica».

A situação em que a física teórica se encontra há quase um século é espantosa. Tal como Jano, o deus romano de duas faces, baseia-se em duas teorias. Por um lado, a mecânica quântica descreve as propriedades e interações das partículas que compõem a matéria. Por outro lado, a relatividade geral explica como a matéria distorce o espaço-tempo e como essas deformações afetam a dinâmica da matéria, que é interpretada como gravidade. Enquanto uma é probabilística, não-local, com um espaço-tempo rígido, a outra é determinista e local, com um espaço-tempo dinâmico. Estas duas teorias, embora fundamentalmente muito diferentes, combinam-se harmoniosamente para descrever a maioria das situações.

As dificuldades surgem quando os efeitos quânticos no espaço-tempo já não são negligenciáveis. E é o caso quando estudamos os primeiros momentos do Universo ou a singularidade dentro de um buraco negro. Assim, os cálculos derivados das equações da relatividade geral produzem valores infinitos, um sinal de que a teoria não é válida.

Em contra corrente com a gravidade quântica, alguns físicos têm-se perguntado se é possível modificar as teorias atuais de modo a conciliar o espaço-tempo clássico e a matéria quântica, mesmo sob as condições mais extremas. Já na década de 1970, físicos como Stephen Hawking, Roger Penrose e outros mostraram como estudar um sistema quântico num espaço-tempo curvo clássico, a conhecida teoria quântica de campos num espaço curvo.

No entanto, eles não sabiam como descrever o efeito recíproco: como os campos quânticos afetam a gravidade, ou seja, dobram o espaço-tempo.

Contudo, registaram-se progressos nos últimos anos. Por exemplo, em 2016, Antoine Tilloy, agora no Centre Automatique et Système des Mines Paris, e Lajos Diósi, do Wigner Research Centre for Physics, em Budapeste, projetaram um modelo coerente de "brinquedo" de gravidade semi-clássica. Se este modelo parece ser construído de forma ad hoc, tem o grande mérito de reproduzir a expressão correta da força gravitacional, ou seja, uma força proporcional ao inverso da distância do quadrado que separa os dois objetos massivos. Isto não foi imposto na construção do modelo. Apesar deste sucesso, uma das limitações do modelo é que só se aplica a partículas com baixas velocidades, em comparação com a velocidade da luz.

Mais recentemente, Jonathan Oppenheim adotou uma abordagem mais global. Procurou entender como conciliar uma teoria da gravidade clássica e uma teoria quântica da matéria. O maior obstáculo no emparelhamento destas duas teorias é que a teoria clássica determina exclusivamente o sistema. No entanto, uma peculiaridade da mecânica quântica é a superposição de estados: um sistema quântico pode estar em vários estados simultaneamente, como o gato de Schrödinger, vivo e morto. Assim, ao acoplar a mecânica quântica com uma teoria clássica, a superposição dos estados torna-se impossível. Esta constatação levou, como no passado, a numerosos teoremas de impossibilidade, que sugeriram que esta abordagem está fadada ao fracasso.

Jonathan Oppenheim contornou o obstáculo introduzindo "ruído estocástico" no acoplamento. Para fazer isso, ele adicionou uma componente aleatória na gravidade. A dinâmica híbrida, com uma parte quântica com comportamento probabilístico e um espaço-tempo que apresenta flutuações, preservando a superposição de estados.

No entanto, ainda há muitas questões em aberto e o modelo não está isento de problemas. Um ponto que provavelmente fará a maioria dos físicos rangerem os dentes é que a teoria falha na conservação da informação, um pilar da teoria quântica padrão. Esta questão tem assombrado os especialistas de buracos negros desde a década de 1970, quando Stephen Hawking postulou a existência de radiação, que agora tem o seu nome, e que leva a a evaporação dos buracos negros e à perda da informação que neles entra. Além disso, nenhum físico está convencido da abordagem semi-clássica da gravidade. Carlo Rovelli e Geoff Penington, proponentes da gravidade quântica em loop e da teoria das cordas, respectivamente, apostaram com Jonathan Oppenheim que a gravidade será descrita por um campo quântico. "Há um teste forte", diz Antoine Tilloy, "que discrimina a priori entre a gravidade quântica e todos os modelos clássicos, que é o da capacidade da gravidade de produzir ou não emaranhado, um fenómeno puramente quântico: a gravidade quântica produzirá emaranhado, as abordagens clássicas não." A experiência é muito difícil de implementar. Mas equipas como Sougato Bose, da University College London, trabalham nisso há alguns anos

Fonte: Pour la Science, n.º 556 - fevereiro 2024, pp. 6-7

Sean Bailly

(adaptado)

     

Porque é que os insetos são atraídos pela luz?

Um espetáculo noturno familiar, insetos voadores fazendo um ballet caótico à volta de lâmpadas da rua ou outras luzes artificiais. Parecem ficar presos pela fonte brilhante. Surpreendentemente, o fenómeno não é totalmente compreendido. Para comparar as muitas hipóteses apresentadas, Samuel Fabian, do Imperial College of London, e os seus colegas reconstruíram o voo 3D de insetos à volta de várias fontes de luz. Os investigadores identificaram três distintos tipos de voo: voo orbital, voo estacionário e voo invertido. No voo orbital, o inseto move-se à volta da fonte de luz, apresentando sempre as suas costas (a parte superior do inseto) à luz, resultando numa trajetória circular. No voo estacionário, o animal tem um voo ascendente, com as costas voltadas para a lâmpada até perder muita velocidade, e estaciona como um avião. Finalmente, quando o inseto passa por cima da lâmpada, ele cai de costas antes de cair repentinamente. Em condições de luz difusa, por exemplo sob um dossel, os caminhos são muito mais retilíneos e regulares. Começa a surgir uma explicação. O comportamento de virar as costas à fonte mais brilhante do ambiente, que há muito tempo era o céu, tanto durante o dia como à noite, teria sido favorecido durante a evolução dos insetos para se orientarem em relação ao solo. Os insetos não seriam, portanto, particularmente atraídos pela luz, mas, ao apresentarem preferencialmente as costas para a lâmpada de um poste, ficariam presos em uma trajetória que os manteria próximos do solo. 

Fonte: Pour la Science, n.º 557 - março 2024, p-10

S. B.

(adaptado)

Breves de março

Um modesto satélite de Saturno, com um diâmetro de cerca de 400 quilómetros, Mimas, esconderá um oceano de água líquida global sob uma crosta de gelo. Valéry Lainey, do instituto IMCCE em Paris, e os seus colegas analisaram a trajetória desta lua usando dados da sonda Cassini. Os seus movimentos só podem ser explicados pela presença de um oceano localizado entre 20 e 30 quilómetros de profundidade. Mais surpreendente, é que este oceano terá apenas 5 a 15 milhões de anos!. 

A sonda Osiris-Rex tinha uma missão delicada: trazer uma amostra do asteroide Bennu de volta à Terra. A cápsula contendo o pó de regolito pousou em 24 de setembro de 2023. Para evitar a contaminação, o pó foi mantido numa caixa selada. Contudo, era impossível abri-la porque alguns dos parafusos estavam presos. Os engenheiros da NASA tiveram que projetar ferramentas específicas para desbloqueá-los sem alterar o conteúdo. Missão cumprida!

Acredita-se que os pterossauros foram os primeiros vertebrados a conquistar os céus. Há 160 milhões de anos, estes répteis passaram por uma etapa crucial na sua evolução: de pequenos animais com caudas, tornaram-se gigantescos seres voadores. Mas os fósseis de pterossauros deste período de transição são raros. Elizabeth Martin-Silverstone, da Universidade de Bristol, e os seus colegas descobriram agora um espécime bem preservado na Ilha de Skye, na Escócia

Fonte: Pour la Science, n.º 557 - março 2024

O que posso observar no céu de março?

10 - Lua no perigeu a 356 999 Km da Terra  - 07:04

14 - Lua a 3º36' de Júpiter - 01:01

15 - Lua a 0º24' das Plêiadas - 19:13

19 - Lua a 1º36' de Pólux - 06:44

20 - Equinócio de março, início da primavera - 03:07

23 - Lua no apogeu a 407 924 Km da Terra - 15:44

25 - Eclipse lunar penumbral - das 04:53 às 09:32

26  - Lua a 1º36' de Spica - 19:40

 

Fases da Lua em março

                10 - às 09h 00min - nova

                17 - às 04h 11min - crescente

                25 - às 07h 00min - cheia

       

                03 - às 15h 24min - minguante

                

                

Planetas visíveis a olho nu em março

MERCÚRIO -  Neste mês pode ser avistado a partir do dia 11 de março, no início da manhã.

VÉNUS - Não pode ser visto neste mês. 

 

MARTE - Pode ser visto todo este mês, de manhã, a partir das 6 horas e gradualmente vai nascendo mais cedo. 

JÚPITER - Pode ser visto desde o início da noite até por volta das 22 horas. 

SATURNO - Neste mês não é visível.

 

Fonte: APP Sky Tonight

Visibilidade da Estação Espacial Internacional

(para localizações aproximadas de 41.1756ºN, 8.5493ºW)

    

Data	Magnitude	Início			Ponto mais alto			Fim			Tipo da passagem
	(mag)	Hora	Alt.	Az.	Hora	Alt.	Az.	Hora	Alt.	Az.
4-3	-1,8	05:09:42	22°	N	05:10:20	24°	NNE	05:13:09	10°	ENE	visível
5-3	-0,6	04:23:46	14°	NE	04:23:46	14°	NE	04:24:38	10°	ENE	visível
5-3	-3,6	05:56:43	16°	NO	05:59:21	75°	NE	06:02:44	10°	ESE	visível
6-3	-2,9	05:10:52	43°	N	05:11:16	46°	NNE	05:14:32	10°	ESE	visível
7-3	-0,8	04:25:08	17°	E	04:25:08	17°	E	04:26:09	10°	E	visível
7-3	-3,1	05:58:05	20°	O	05:59:54	37°	SO	06:03:02	10°	SSE	visível
8-3	-3,3	05:12:29	52°	SSE	05:12:29	52°	SSE	05:15:12	10°	SE	visível
9-3	-0,6	04:27:02	10°	ESE	04:27:02	10°	ESE	04:27:06	10°	ESE	visível
9-3	-1,7	06:00:01	13°	SO	06:00:06	13°	SO	06:01:49	10°	SSO	visível
10-3	-1,1	05:14:43	11°	S	05:14:43	11°	S	05:14:50	10°	S	visível
12-3	-2,3	20:15:12	10°	SSO	20:16:59	26°	S	20:16:59	26°	S	visível
13-3	-2,4	19:27:32	10°	S	19:30:11	22°	SE	19:31:38	17°	E	visível
13-3	-1,1	21:03:31	10°	OSO	21:04:36	18°	O	21:04:36	18°	O	visível

 

Como usar esta grelha:

Coluna Data - data da passagem da Estação;

Coluna Brilho/Luminosidade (magnitude) - Luminosidade da Estação (quanto mais negativo for o número maior é o brilho);

Coluna Hora - hora de início, do ponto mais alto e do fim da passagem;

Coluna Altitude - altitude medida em graus tendo o horizonte como ponto de partida 0º;
Coluna Azimute - a direção da Estação tendo o Norte geográfico como ponto de partida.

Fonte: http://www.heavens-above.com/

Vídeo do Mês

Imagens a partir da Parker Solar Probe 

(Quando necessário, para ativar as legendas automáticas proceder do seguinte modo: no canto inferior direito clicar no símbolo "roda dentada"; abrem-se as Definições; clicar aí e escolher Legendas; depois clicar em Traduzir Automaticamente; finalmente escolher Português na lista.)

Imagem do Mês

O objeto Hoag: uma galáxia em anel quase perfeita

       Nesta imagem temos uma galáxia ou duas? Essa questão surgiu em 1950, quando o astrónomo Arthur Hoag se deparou com este incomum objeto extragaláctico. Do lado exterior há um anel dominado por brilhantes estrelas azuis, enquanto perto do centro encontra-se uma bola de estrelas muito mais vermelhas que são provavelmente muito antigas. Entre os dois há uma lacuna que parece quase completamente escura. A formação do objeto de Hoag, incluindo o seu anel quase redondo de estrelas e gás, permanece desconhecido. As hipóteses para a sua origem incluem uma colisão de galáxias há mil milhões de anos e o efeito gravitacional de uma barra central que desapareceu desde então. Esta fotografia foi obtida pelo Telescópio Espacial Hubble e reprocessada usando um algoritmo de redução de ruído que recorre à inteligência artificial. As observações de ondas de rádio indicam que o Objeto Hoag não formou uma galáxia menor nos últimos mil milhões de anos. O Objeto Hoag estende-se por cerca de 100.000 anos-luz e fica a cerca de 600 milhões de anos-luz de distância em direção à constelação da Serpente (Serpens). Muitas galáxias distantes são visíveis para a direita da imagem, enquanto por coincidência, pode-se ver, no círculo escuro, outra galáxia em anel, mas mais distante.

Fonte: www.nasa.gov

Livro do Mês

Sinopse

Como foi possível o universo ter criado condições perfeitas para o aparecimento da vida?

Stephen Hawking e Thomas Hertog trabalharam juntos durante vinte anos, desenvolvendo uma nova teoria do cosmos para o explicar.

Hawking estudou a origem do big-bang que criou o universo, mas o seu trabalho inicial foi posto em causa quando um modelo matemático previu vários big-bangs dando origem a um multiverso - incontáveis universos diferentes, a maioria dos quais demasiado bizarros para serem compatíveis com a vida.

Recolhidos no Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica de Cambridge, Stephen Hawking e o seu amigo e colaborador Thomas Hertog trabalharam neste problema durante vinte anos, desenvolvendo uma nova teoria do cosmos com o objetivo de explicar o aparecimento da vida.

Juntos, encontraram um nível mais profundo de evolução, no qual as próprias leis físicas se transformam e simplificam até as partículas, as forças e o próprio tempo. Esta descoberta levou-os a uma ideia revolucionária: as leis da física não são imutáveis; nascem e coevoluem à medida que o universo que elas governam toma forma.

A Origem do Tempo é a última teoria de Stephen Hawking, uma nova e impressionante visão do nascimento do universo que transformará profundamente a maneira como pensamos sobre o nosso lugar na ordem do cosmos.

Sobre o autor:

Cosmólogo de renome internacional, Thomas Hertog foi, durante muitos anos, um dos colaboradores mais próximos de Stephen Hawking. Fez o seu doutoramento na Universidade de Cambridge e é atualmente professor de Física Teórica na Universidade de Lovaina, onde o big-bang foi recriado pela primeira vez. Vive com a mulher e os quatro filhos em Bousval, na Bélgica.