A ciência se aproxima de descobrir por que existe algo em vez de nada

por Michael Shermer

Por que existe algo em vez de nada? Essa é uma daquelas questões profundas difíceis de responder. Ao longo de milênios, os humanos simplesmente disseram “Foi Deus quem fez”: um criador precedeu o Universo e o criou a partir do nada. Mas isso levanta a pergunta de quem criou Deus – e se Deus não precisar de um criador, a lógica dita que o Universo também não precisa. A ciência lida com causas naturais (não sobrenaturais) e por isso permite várias maneiras de explorar de onde é que o “algo” veio.

Universos múltiplos
Há muitas hipóteses de multiversos que nos mostram como o Universo poderia ter nascido a partir de outro. Nosso Universo pode ser, por exemplo, apenas um entre vários universos-bolha com diferentes leis naturais, que produziriam estrelas, com algumas delas colapsando em buracos negros e tendo peculiaridades que dariam origem a novos universos – de maneira similar à singularidade que os físicos acreditam ter dado origem ao Big Bang.
Teoria-M
No livro The Grand Design (O grande projeto), escrito em 2010 com Leonard Mlodinow, Stephen Hawking elege a “Teoria-M” (uma extensão da teoria de cordas que inclui 11 dimensões) como “a única candidata à teoria completa do universo. Se for finita – e isso ainda terá que ser provado – será o modelo de um universo que cria a si mesmo”.
Criação de espuma quântica
O “nada” do vácuo espacial na verdade é feito de turbulências espaço-temporais subatômicas em distâncias extremamente pequenas, mensuráveis na escala de Plank – a distância na qual a estrutura do espaço-tempo é dominada pela gravidade quântica. Nessa escala, o princípio da incerteza de Heisenberg permite que a energia decaia brevemente em partículas e antipartículas, produzindo “algo” a partir do “nada”. O nada é instável. Em seu novo livro, A Universe from Nothing, o cosmólogo Laurence M. Kraus tenta ligar a física quântica à teoria da relatividade geral de Einstein para explicar a origem de um Universo dessa maneira: “Na gravidade quântica, os universos podem aparecer espontaneamente, e de fato sempre o farão. Esses universos não precisam estar vazios, mas podem conter matéria e radiação desde que sua energia total, incluindo a energia negativa associada à gravidade (contrabalanceando a energia positiva da matéria), seja zero”. Além disso, “para universos fechados que podem ser criados a partir desses mecanismos para durar mais do que intervalos infinitesimais de tempo, algo como a inflação se faz necessário”. As observações mostram que o Universo é de fato plano (há matéria suficiente para desacelerar sua expansão, mas não detê-la), tem energia total zero e passou por uma rápida inflação, ou expansão, logo após o Big Bang, como descrito pela cosmologia inflacionária. “A gravidade quântica não apenas parece permitir que universos sejam criados a partir do nada – ou seja, da ausência de espaço e tempo –, ela pode precisar que seja assim. O ‘nada’ – nesse caso a ausência de espaço, de tempo, de tudo! – é instável”.
As outras hipóteses também são testáveis. A ideia de que novos universos possam surgir de buracos negros em colapso pode ser esclarecida a partir de conhecimentos adicionais sobre as propriedades de buracos negros, que estão sendo estudadas. Outros universos-bolha podem ser detectados nas sutis variações de temperatura da radiação cósmica de fundo deixada pelo Big Bang de nosso Universo. A Sonda Anisotrópica de Micro-ondas Wilkinson (WMAP, em inglês) está coletando dados sobre essa radiação. Além disso, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO, em inglês) foi projetado para detectar ondas gravitacionais excepcionalmente fracas. Se existem outros universos, talvez rugas em ondas gravitacionais indiquem sua presença. Talvez a gravidade seja uma força relativamente tão fraca (se comparada ao eletromagnetismo e às forças nucleares) porque parte dela “vaza” para outros universos. Mesmo que Deus seja visto como o criador das leis da Natureza que fizeram o Universo (ou multiverso) surgir a partir do nada – se essas leis forem determinísticas –, então Deus não teve escolha na criação do Universo, e por isso não foi necessário. De qualquer forma, por que deveríamos nos voltar para o sobrenatural quando nossa compreensão do natural ainda está em seus estágios iniciais? Seríamos sábios ao seguir esse princípio cético: antes de dizer que algo não é deste mundo, certifique-se de que não seja deste mundo.

 

©Kevin Carden/ Shutterstock

Fonte : SCIAM

Matéria com energia negativa

Todos a bordo do Expresso Buraco de Minhoca, rumo à primeira viagem realmente espacial da espécie humana.

Calma, não precisa correr, porque as passagens ainda não estão à venda.

A novidade é que parece que não é tão difícil quanto se imaginava construir esses túneis que unem localidades diferentes do espaçotempo – ou abrir portas para outros universos.

Estima-se que quem entrar em um buraco de minhoca poderá reaparecer instantaneamente perto de Plutão, ou na galáxia de Andrômeda, ou em qualquer outro lugar do Universo, ou mesmo em outro universo – sem a chatice da viagem.

Por enquanto, os buracos de minhoca estão apenas nos livros de teoria: ninguém nunca detectou um e nem tampouco existe um projeto para construir um deles.

E não é por acaso: a mesma teoria que garante que eles são possíveis afirma que eles são intrinsecamente instáveis, e costumam se fechar antes que você embarque em sua nave espacial.

A única saída é alimentá-los com uma forma exótica de matéria com energia negativa, algo cuja existência é posta em dúvida por muitos físicos.

Buraco de minhoca factível

Mas, agora, tudo mudou – esclareça-se, tudo mudou na teoria.

Um físico grego e dois alemães demonstraram que pode ser possível construir um buraco de minhoca sem usar nem um só saco desse cimento esquisito chamado matéria com energia negativa.

"Você não vai precisar nem mesmo de matéria normal, com energia positiva," garante Burkhard Kleihaus, da Universidade de Oldemburgo, na Alemanha. "Buracos de minhoca podem ser mantidos aberto sem precisar de nada."

Se isto estiver correto, significa então que pode ser possível encontrar buracos de minhoca pelo espaço. Civilizações mais avançadas do que a nossa já podem até mesmo estar indo para lá e para cá nesse metrô galáctico construído com buracos de minhoca.

E, eventualmente, até mesmo poderemos construir nossos próprios túneis espaçotemporais, como portais para outras paragens, o que inclui, muito provavelmente, outros universos, com suas próprias galáxias, estrelas e planetas.

Os cientistas não têm como testar qual das respostas que a Teoria das Cordas e a Teoria-M dão é a "correta". Na verdade, todas elas podem estar corretas e talvez vivamos em um Universo entre um número infinito de universos. [Imagem: quintic/Wikipedia]

Sempre Einstein

A ideia de um buraco de minhoca se sustenta na teoria de Einstein, que mostra que a gravidade nada mais é do que uma dobradura invisível do espaçotempo causada pela energia – a massa-energia de grandes corpos celestes, por exemplo.

Foi o austríaco Ludwig Flamm que, em 1916, descobriu que dobraduras suficientemente dobradas poderiam funcionar como conduítes através do espaço e do tempo.

Isso chamou a atenção do próprio Einstein, que estudou a possibilidade juntamente com Nathan Rosen. Mas eles concluíram que a única conexão que um buraco de minhoca oferecia seria para um universo paralelo, o que os dois consideraram algo impensável.

Só em 1955, John Wheeler demonstrou que é possível conectar duas regiões do nosso próprio Universo – foi ele quem cunhou o termo buraco de minhoca, assim como ele mesmo já havia batizado os buracos negros.

Mas, claro, coube a Carl Sagan tirar essa curiosidade dos livros de física e usá-la para atiçar o interesse na ciência do público em geral. Um buraco de minhoca foi usado em sua obra Contato.

A tal da matéria com energia negativa seria necessária porque essa matéria teria uma espécie de anti-gravidade, o que seria necessário para que o buraco de minhoca abrisse sua boca e nos deixasse passar.

Embora a teoria de Einstein tenha resistido a todos os testes feitos até agora, os cientistas acreditam que ela talvez seja uma aproximação de uma teoria mais geral, por duas razões: a primeira é que ela não se coaduna com a mecânica quântica, e esta tampouco cede a todos os experimentos possíveis. E, segundo, porque a teoria de Einstein colapsa no centro de um buraco negro, na chamada singularidade.

O observatório Integral recentemente alterou os parâmetros de busca da chamada física pós-Einstein. [Imagem: ESA/SPI Team/ECF]

Indo além de Einstein

Já em 1921, Theodor Kaluza e Oskar Klein tentaram ir além da teoria da relatividade.

Inspirados em Einstein, que mostrou que a gravidade é a curvatura de um tecido que une as três dimensões do espaço mais o tempo, Kaluza e Klein propuseram que tanto a gravidade quanto a força eletromagnética podem ser explicadas pela curvatura de um espaçotempo de cinco dimensões.

Hoje, os teóricos da teoria das cordasafirmam que todas as quatro forças fundamentais podem ser explicadas pelas dobraduras de um espaçotempo de 10 dimensões.

Mas essas teorias são complexas demais até mesmo para os físicos teóricos.

E aqui entram Kleihaus, Panagiota Kanti e Jutta Kunz, os três intrépidos proponentes de uma versão mais simples dos buracos de minhoca.

O fundamento é que, se existem outras dimensões, nós não as percebemos porque elas são pequenas demais.

O processo de compactar as seis dimensões que não percebemos – aquelas que completam o quadro de 10 dimensões da teoria das cordas – cria vários novos campos de força, um deles chamado campo dilaton.

Da mesma forma que a gravidade na teoria da relatividade depende da curvatura do espaçotempo, nessas novas teorias a gravidade depende da curvatura mais a curvatura elevada a uma potência.

Os três pesquisadores usaram esse termo extra para propor um buraco de minhoca que não precisa de antigravidade.

Recentemente cientistas propuseram uma forma para testar a ideia do Big Flash, um irmão mais novo do Big Bang, uma explosão de radiação que teria mudado a estrutura do espaçotempo nos primórdios do nosso Universo. [Imagem: Getty Images]

Procurando buracos de minhoca no espaço

O resultado assustaria Einstein, porque o buraco de minhoca resultante do novo estudo não pode nos levar para Plutão ou Andrômeda, mas apenas para outros universos.

Desafiador, mas altamente especulativo.

A menos que alguém possa encontrar indícios de que tal estrutura exista no nosso Universo, pairando por aí em algum lugar.

Os três pesquisadores acreditam que é possível.

É bom lembrar que estávamos falando de dimensões submicroscópicas, quando estamos interessados em algo por onde possa menos pelo menos uma nave espacial.

Os cientistas afirmam que a inflação do Universo pode ter espichado esses buracos de minhoca a ponto de eles superarem as dimensões humanas, como um ponto de tinta colocado sobre uma bexiga vai aumentando conforme a bexiga se enche.

"A inflação [do Universo] pode ter inchado os minúsculos buracos negros que permeiam o tecido submicroscópico do espaço," propõe Kleihaus.

Como encontrá-los? Olhando para o Universo, já que a presença de um buraco de minhoca macroscópico deverá representar uma mudança radical no campo de visão dos telescópios.

"Afinal de contas, a boca do buraco de minhoca é uma janela para outro universo," propõe o cientista.

Desde, é claro, que o buraco de minhoca esteja com a boca precisamente virada para a Terra.

Bibliografia:
Stable Lorentzian Wormholes in Dilatonic Einstein-Gauss-Bonnet Theory
Panagiota Kanti, Burkhard Kleihaus, Jutta Kunz
arXiv
http://arxiv.org/abs/1111.4049

Fonte : Inovação Tecnológica

Raios tratores

A NASA resolveu estudar formas de tornar realidade um conceito longamente proposto pela ficção científica: os raios tratores.

Raios tratores são dispositivos que usam a luz para capturar e mover objetos.

Embora nos filmes esses mecanismos sejam capazes de arrastar naves inteiras, a NASA está mais interessada em capturar partículas da atmosfera de planetas ou da cauda de cometas e levá-las até os instrumentos a bordo de sondas espaciais ou robôs espaciais.

Uma vez no instrumento, as partículas poderão ser analisadas.

Isso poderia simplificar muito o projeto das sondas e dos robôs, além de aumentar significativamente seu alcance – no caso de um cometa ou asteroide, por exemplo, um raio trator a laser poderia manter a sonda a uma distância segura dos detritos, além de capturar amostras por um longo período de tempo.

A ideia da NASA é substituir os braços robóticos por capturadores de partículas totalmente ópticos, que poderiam atuar na atmosfera quanto no solo. [Imagem: Paul Stysley]

Raio trator a laser

A equipe formada por Paul Stysley, Demetrios Poulios e Barry Coyle, do Centro de Voos Espaciais Goddard, foi encarregada de testar experimentalmente três técnicas para um raio trator.

Todas vão usar raios laser para capturar e transportar partículas.

"A ideia original era de que poderíamos usar os raios tratores para limpar o lixo espacial," confessa Stysley. "Mas puxar algo tão grande seria praticamente impossível por enquanto. Foi quando surgiu a ideia de que talvez pudéssemos usar a mesma abordagem para capturar amostras".

Simulações já mostraram que uma abordagem alternativa, chamada raio trator gravitacional, poderia ser usada até mesmo para desviar um asteroide que estivesse em rota de colisão com a Terra.

Em 2010, uma equipe australiana demonstrou pela primeira vez a possibilidade de capturar e mover partículas por longas distâncias usando um raio trator óptico:

• Raio trator começa a se tornar realidade

Tecnologias de raios tratores

Vórtice óptico

A primeira abordagem experimental que a equipe pretende estudar é chamada vórtice óptico ou técnica das pinças ópticas, na qual são usados dois feixes de laser com propagação oposta.

Os dois feixes formam uma geometria semelhante a um anel, que aprisiona a partícula no núcleo sem luz dos feixes em contra-rotação.

Pesquisas iniciais mostraram que é possível mover as partículas ao longo do anel aumentando e diminuindo a intensidade de um dos feixes de luz – na verdade, aquecendo o ar ao redor da partícula aprisionada.

Esta técnica, contudo, como é baseada no aquecimento do entorno da partícula, exige a presença de uma atmosfera – ou seja, ela somente será útil em planetas com atmosferas com densidade suficiente.

A matéria a ser capturada é puxada de volta ao longo de todo o feixe de laser, como se ele fosse um cano de um aspirador de pó. [Imagem: NASA]

Feixes solenoides

A segunda técnica usa feixes ópticos solenoides – aqueles cujos picos de intensidade espiralam ao redor do eixo de propagação.

Essa técnica consegue aprisionar e exercer uma força que movimenta as partículas na direção oposta à fonte do laser.

Em outras palavras, a matéria a ser capturada é puxada de volta ao longo de todo o feixe de luz, como se ele fosse um cano de um aspirador de pó.

Ao contrário da técnica do vórtice, esta usa somente os efeitos eletromagnéticos, podendo operar no vácuo do espaço.

Isto a torna ideal para estudar a composição de materiais em luas, em asteroides e em cometas.

Feixe de Bessel

A terceira técnica por enquanto só existe no papel, nunca tendo sido demonstrada em laboratório.

Ela envolve um feixe de Bessel.

Quando disparado sobre uma superfície, um laser comum aparece como um pequeno ponto.

Um feixe de Bessel, por sua vez, aparece como um ponto circundado por anéis de luz.

Segundo a teoria, o feixe de laser poderá induzir campos elétricos e magnéticos na rota do objeto.

O spray de luz dispersada para a frente por estes campos poderia puxar o objeto para trás, na direção contrária à do próprio feixe.

Fonte : Inovação Tecnológica

O eclipse será visível em toda a América do Sul, África, Europa, Oceania, Antártida e Ásia exceto a parte norte.
Denomina-se eclipse ao obscurecimento parcial ou total de um corpo celeste em virtude da interposição de um outro. A palavra eclipse vem do grego ekleipsis, que significa abandono, desmaio, desaparecimento. É uma das raras chances de observar-se um espetáculo tão belo da natureza. Embora os eclipses solares ocorram em maior número, vemos com mais freqüência os lunares, pelo fato de os últimos serem observados em áreas consideravelmente superiores à metade da Terra.
Os eclipses lunares ocorrem quando a Lua penetra no cone de sombra da Terra, o que só pode acontecer na fase de Lua cheia pelo seguinte: A Terra gira ao redor do Sol num plano. Por exemplo, supondo que o Sol esteja no centro da face superior de uma mesa, a Terra se move em torno do Sol no nível desta superfície. Ao mesmo tempo a Lua gira em torno da Terra, mas o plano de órbita lunar é inclinado um pouco mais de 5º em relação à face da mesa. Embora a Terra projete sempre a sua sombra não a percebemos porque geralmente a Lua passa acima ou abaixo da sombra. Assim, quando a Lua cruza o plano da órbita da Terra, ou seja, passa por um nodo, e além disso o Sol, a Lua e a Terra ficam alinhados, ocorre um eclipse lunar. A sombra da Terra projetada no espaço se estende em forma cônica por cerca de 1,38 milhão de quilômetros. À distância de aproximadamente 360 mil quilômetros, onde está a Lua, o diâmetro da sombra tem cerca de 9 mil quilômetros. Além de uma parte escura, chamada umbra ou apenas sombra, a sombra da Terra tem uma parte cinzenta denominada penumbra. Mas é a sombra que dá o efeito de beleza ao fenômeno, pois a penumbra na maioria das vezes é imperceptível.
Na tarde de 15 de junho, quando a Lua estiver ainda abaixo do horizonte, e, portanto ainda não terá nascido no horizonte leste, às 15h22min, a Lua cheia começará a “mergulhar” na sombra da Terra. Às 16h22min a Lua estará toda coberta pela sombra de nosso planeta.
No Brasil, para observadores em São Paulo, para considerarmos uma média, a Lua irá nascer eclipsada às 17h25min e o pôr do Sol ocorrerá às 17h27min. Devido ao horário deste evento, a Lua eclipsada não terá tanto contraste com o fundo do céu por conta da claridade do crepúsculo. Em outras palavras, não veremos a Lua cheia nascer bem brilhante como de costume, porque ela estará dentro da sombra da Terra.
Mesmo assim será um fenômeno raro e um desafio tentarmos observar a Lua nascendo totalmente eclipsada e o Sol se pondo do outro lado do horizonte.
Mais tarde, às 18h02min quando a Lua começará a sair da sombra estará a cerca de 7 graus de altura sobre o horizonte até que às 19h02min sairá por completo e estará novamente toda iluminada pelo Sol, quando estará a cerca de 19 graus do horizonte.
Os eclipses lunares já foram mais importantes para a pesquisa astronômica. Eles forneceram a primeira prova de que a Terra é redonda, foram utilizados no estudo da alta atmosfera do nosso planeta, no estudo da rotação da Terra, no tamanho e distância do nosso satélite além de variações em seu movimento. Além disso, os eclipses podem contribuir com a História na determinação de datas que se deram em tempos remotos.
Neste ano temos ao todo 4 eclipses sendo 2 eclipses da Lua e 4 eclipses do Sol. Destes, apenas o eclipse lunar de 15 de junho será visível no Brasil.
As observações do eclipse total da Lua podem ser realizadas com binóculos, lunetas e telescópios de fraco aumento.
Para fotografar o eclipse com câmera digital, pode-se fixá-la num tripé, em modo de foco infinito, paisagem ou cenário (landscape). Como se pode verificar o resultado da imagem obtida, é fácil experimentar o tempo de exposição durante o eclipse. Na fase de totalidade, pode-se usar sensibilidade de ISO 100 ou 200 e exposições entre 1s a 5s. Também pode-se aumentar o ISO e diminuir o tempo de exposição.
Para exposições depois da totalidade, geralmente a câmera consegue se adaptar as condições de luz automaticamente, bastando apertar o botão de disparo para efetuar a foto nesta fase. Para as câmeras com opções manuais, pode-se usar exposições rápidas de 1/350 a 1/125 com ISO 100 para aberturas pequenas como 1:5,6 ou 1:8.
Em suma, pode-se utilizar mais de uma abertura e velocidade de disparo para garantir fotos de boa qualidade. Com a câmara fixa, apoiada em tripé, deve-se disparar manualmente em intervalos de três, cinco minutos ou mais.
É importante conhecer a trajetória aparente da Lua e fazer um ensaio na véspera para procurar o melhor local. Usando-se teleobjetivas, como o campo é limitado, é possível obter imagens maiores da Lua.
De qualquer forma, vale a pena reunir a turma, procurar um local alto e com o horizonte livre. Pode-se observar o pôr do Sol e tentar ver a Lua nascendo eclipsada, em contraste com a claridade do crepúsculo e ainda na sombra do nosso planeta. Com o passar do tempo, a Lua estará cada vez mais alta, irá saindo da sombra e voltará a estar cheia e totalmente iluminada pelo Sol.

Wikimedia Commons

por Paulo S. Bretones

Paulo S. Bretones Professor da Universidade Federal de São Carlos, é co-editor da Revista Latino-Americana de Educação em Astronomia (RELEA) e autor de “Os Segredos do Sistema Solar” e os “Segredos do Universo”, da Atual Editora.

Fonte : SCIAM.BR