O sistema solar está velho, como uma antiga máquina de Fax ou um videocassete, 4,6 bilhões de anos para ser mais específico. E essa idade não é nada comparada com o Universo. Ele tem em torno de 13,8 bilhões de anos e 100 milhões. Isso significa que o Universo é três vezes mais velho que o sistema solar.
Os astrônomos pensam que a Via Láctea tem cerca de 13,2 bilhões anos de idade; quase tão antiga quanto o próprio universo. Ela formou-se quando pequenas galáxias anãs se fundiram para criar a grande espiral que conhecemos hoje. Acontece que a Via Láctea tem cerca de 8,6 bilhões anos de tempo sem explicação. Bilhões e bilhões de anos fazendo todos os tipos de travessuras antes do sistema solar aparecer para manter um olho nas coisas.
Nossa galáxia gira a cada 220 milhões de anos e tem feito isto 60 vezes na sua totalidade de tempo. Ao que parece, redemoinhos misturaram o material como um liquidificador de espaço gigante. Nuvens de gás e poeira se reúnem em grande regiões de formação de estrela, estrelas massivas formam supernovas, e então os aglomerados foram rasgados novamente, produzindo as estrelas na Via Láctea. Isto acontece nos braços espirais da galáxia, onde as áreas de maior densidade geram regiões de formação estelar.
Então vamos voltar no tempo a mais de 4,6 bilhões de anos, antes que houvesse uma Terra, um Sol ou até mesmo um Sistema Solar. Toda a nossa região era gás e poeira, provavelmente dentro de um dos braços espirais. Quer saber como é que era? Algumas das suas fotos favoritas do telescópio Hubble devem ajudar.
Orion, águia e a nebulosa da tarântula. Estas são regiões de formação de estrelas. São nuvens de hidrogênio remanescentes do Big Bang, com pó gasto por estrelas envelhecidas e semeado com elementos mais pesados, formados por supernovas.
Depois de alguns milhões de anos, as regiões de maior densidade começaram formando estrelas, grandes e pequenas. Vamos dar uma olhada em uma nebulosa de formação de estrelas novamente. Você pode ver laços escuros? Eles são estrelas recém formadas rodeadas por gás e poeira no berçário estelar.
Você está vendo muitas, muitas estrelas, algumas são enormes monstros, outras são como o nosso Sol e outras, são anãs vermelhas menores. A maioria acabará tendo planetas ao seu redor – e talvez, eventualmente a vida? Mas, onde estão todas aquelas outras estrelas?
Por que me sinto tão sozinha? Onde estão todos os nossos irmãos e irmãs? Onde estão todas as outras coisas que estão nesta foto? Cadê as minhas coisas?
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| Nebulosa de Órion. Crédito da imagem: Vasco Soeiro |
Aparentemente a natureza odeia um quarto bagunçado e um aconchegante ninho estelar. A nebulosa que fez o Sol foi absorvida por estrelas, ou encantada com os poderosos ventos estelares das estrelas maiores. Eventualmente, eles limparam a nebulosa, como ventiladores soprando um quarto empoeirado.
Na melhor das hipóteses, nossa nebulosa solar parecia a nebulosa da águia, depois de milhões de anos, pareceu mais como o Aglomerado de estrelas Plêiades, com estrelas brilhantes, rodeadas por nebulosidade. Foi a força gravitacional da Via Láctea que rasgou os membros do nosso berçário solar em uma estrutura como o Aglomerado de Hyades. Finalmente, interações gravitacionais destruíram nosso aglomerado, e nossas estrelas irmãs ficaram perdidas para sempre nos braços agitados da Via Láctea.
Nós nunca saberemos exatamente o que estava aqui antes que do sistema solar; essa prova há muito tempo foi desintegrada no espaço. Mas podemos ver outros lugares na Via Láctea que nos dão uma ideia aproximada do que poderia parecer nos vários estágios de sua evolução.
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| Nebulosa da Tarântula. Créditos: ESO |
10- A estrela que não deveria existir
Em 2011, uma equipe de astrônomos europeus descobriu uma estrela localizada na constelação de Leo, chamada de SDSS J102915 172927. A estrela é pequena, com apenas cerca de 80% do tamanho do nosso Sol, e acredita-se ter aproximadamente 13 bilhões de anos.
Desde que foi estimado que o universo teria aproximadamente 13,7 bilhões de anos, esta é uma das mais antigas estrelas sobreviventes conhecidas. Nada é particularmente incomum sobre esta estrela...exceto que, de acordo com todas as nossas teorias, ela nem deveria existir.
A estrela é composta de 99,99993% de hidrogênio e hélio, elementos que são bastante leves para condensar e formar uma estrela por si só. Quando esses números são colocados em qualquer simulador de formação de estrelas computadorizado, o resultado é sempre o mesmo: a existência da estrela é “impossível”.
Os astrônomos ficaram surpresos sobre como essa estrela poderia ter se formado sem a ajuda de elementos mais pesados.
9- A estrela rodeada por espirais
Localizada a 400 anos-luz da Terra, na constelação de Lupus, SAO 206462 chamou a atenção dos astrônomos em 2011. O que surpreendeu não foi a própria estrela, mas sim o que a rodeava: Parecia ter grandes braços espirais girando em torno dela.
Espirais não são objetos estranhos para os astrônomos, sendo formações comuns em galáxias como a nossa Via Láctea. No entanto, nunca foram observadas espirais em órbita de uma estrela. A causa? Ainda é um mistério - embora uma teoria amplamente aceita é que a gravidade de planetas, formando na poeira que orbita a estrela, sejam responsáveis pelas características.
8- A estrela eternamente jovem
Messier 4 é um aglomerado globular localizado a cerca de 7.200 anos-luz de distância da Terra. Se as galáxias fossem comparadas a ciclos de vida humano, esta seria uma estrutura "anciã" com idade de 12.2 bilhões de anos. Acredita-se que todas as galáxias, eventualmente, tornam-se aglomerados globulares uma vez que todo o gás e poeira utilizados para a formação de estrelas for esgotado.
Isso significa que todas as estrelas serão muito velhas na fase final da sua vida útil. Ao observar esta galáxia, em 2012, uma equipe de pesquisadores chilenos encontraram uma estrela rica em lítio.
Embora o lítio não seja um elemento incomum em estrelas, é um composto que queima normalmente nos primeiros bilhões de anos do ciclo de vida das estrelas. Como a maioria das estrelas sobreviventes desse aglomerado têm cerca de 10 bilhões anos de idade, encontrar uma estrela com este elemento foi como encontrar uma agulha num palheiro.
Os cientistas pensam que a estrela pode ter encontrado uma maneira de reabastecer os seus suprimentos de lítio, que de certa forma mantêm a estrela jovem. Muitos já têm apelidado ela de "A estrela fonte da juventude." Como ela reabasteceu seus suprimentos de lítio é um completo mistério, que até hoje intriga os astrônomos
7- As estrelas que escaparam de um buraco negro
Este mistério envolve provavelmente milhares de estrelas, ao invés de apenas uma. Com apenas 2,5 milhões de anos-luz de distância da Terra, a galáxia de Andrômeda é a galáxia Espiral mais próxima da nossa. No centro desta galáxia existe um buraco negro supermassivo, como um enorme "aspirador de pó", tão forte que nem a luz pode escapar.
Em 2005, o telescópio espacial Hubble deu um zoom no núcleo da galáxia e descobriu um disco azul em forma de panqueca girando perigosamente ao redor do buraco negro. Uma análise mais aprofundada mostrou que isto não era poeira quente: o brilho vinha de milhões de jovens estrelas azuis. Essas estrelas estão girando em torno do buraco negro a mais de 2,3 milhões de quilômetros por hora. Isso é rápido o suficiente para circundar a Terra no equador em apenas 40 segundos.
E o mais incrível é que, este disco de estrelas não deveria existir, considerando as forças que existem em torno de buracos negros. O gás que o formou, e as próprias estrelas, deveriam ter sido destruídos pela imensa gravidade do buraco negro. Como eles foram capazes de permanecer intacto em uma órbita tão próxima, permanece um mistério.
6- A estrela siamesa
Swift J1822.3-1606 é um tipo especial de estrela – conhecida como uma estrela de nêutrons – localizada a cerca de 20.000 anos-luz de distância na constelação de Ophiuchus. Geralmente, existem três maneiras para uma estrela acabar a sua vida: como uma anã branca (quando ela é pequena como o nosso Sol), como uma estrela de nêutrons (quando ela é pelo menos 8 vezes mais massiva que o Sol) ou como um buraco negro (quando ela é ainda maior). Os dois últimos são formados após as maiores explosões conhecidas no universo – as supernovas.
Existem dois tipos diferentes de estrelas de nêutrons: um magnetar (com os mais fortes campos magnéticos do universo), e um pulsar, que dispara feixes de radiação eletromagnética dos seus pólos.
Durante anos, tudo o que sabíamos sobre essas estrelas nos disse que poderiam tornar-se apenas de um tipo ou de outro - nunca ambos. Mas em 2011 foi descoberto que a Swift tinha propriedades de ambos tipos.
O mistério? Os astrônomos não fazem ideia de como uma estrela pode possivelmente exibir propriedades de ambas as estrelas.
5- O planeta que deveria ter sido engolido
Em 2011, uma equipe de astrônomos europeus descobriu uma estrela localizada na constelação de Leo, chamada de SDSS J102915 172927. A estrela é pequena, com apenas cerca de 80% do tamanho do nosso Sol, e acredita-se ter aproximadamente 13 bilhões de anos.
Desde que foi estimado que o universo teria aproximadamente 13,7 bilhões de anos, esta é uma das mais antigas estrelas sobreviventes conhecidas. Nada é particularmente incomum sobre esta estrela...exceto que, de acordo com todas as nossas teorias, ela nem deveria existir.
A estrela é composta de 99,99993% de hidrogênio e hélio, elementos que são bastante leves para condensar e formar uma estrela por si só. Quando esses números são colocados em qualquer simulador de formação de estrelas computadorizado, o resultado é sempre o mesmo: a existência da estrela é “impossível”.
Os astrônomos ficaram surpresos sobre como essa estrela poderia ter se formado sem a ajuda de elementos mais pesados.
9- A estrela rodeada por espirais
Localizada a 400 anos-luz da Terra, na constelação de Lupus, SAO 206462 chamou a atenção dos astrônomos em 2011. O que surpreendeu não foi a própria estrela, mas sim o que a rodeava: Parecia ter grandes braços espirais girando em torno dela.
Espirais não são objetos estranhos para os astrônomos, sendo formações comuns em galáxias como a nossa Via Láctea. No entanto, nunca foram observadas espirais em órbita de uma estrela. A causa? Ainda é um mistério - embora uma teoria amplamente aceita é que a gravidade de planetas, formando na poeira que orbita a estrela, sejam responsáveis pelas características.
8- A estrela eternamente jovem
Messier 4 é um aglomerado globular localizado a cerca de 7.200 anos-luz de distância da Terra. Se as galáxias fossem comparadas a ciclos de vida humano, esta seria uma estrutura "anciã" com idade de 12.2 bilhões de anos. Acredita-se que todas as galáxias, eventualmente, tornam-se aglomerados globulares uma vez que todo o gás e poeira utilizados para a formação de estrelas for esgotado.
Isso significa que todas as estrelas serão muito velhas na fase final da sua vida útil. Ao observar esta galáxia, em 2012, uma equipe de pesquisadores chilenos encontraram uma estrela rica em lítio.
Embora o lítio não seja um elemento incomum em estrelas, é um composto que queima normalmente nos primeiros bilhões de anos do ciclo de vida das estrelas. Como a maioria das estrelas sobreviventes desse aglomerado têm cerca de 10 bilhões anos de idade, encontrar uma estrela com este elemento foi como encontrar uma agulha num palheiro.
Os cientistas pensam que a estrela pode ter encontrado uma maneira de reabastecer os seus suprimentos de lítio, que de certa forma mantêm a estrela jovem. Muitos já têm apelidado ela de "A estrela fonte da juventude." Como ela reabasteceu seus suprimentos de lítio é um completo mistério, que até hoje intriga os astrônomos
7- As estrelas que escaparam de um buraco negro
Em 2005, o telescópio espacial Hubble deu um zoom no núcleo da galáxia e descobriu um disco azul em forma de panqueca girando perigosamente ao redor do buraco negro. Uma análise mais aprofundada mostrou que isto não era poeira quente: o brilho vinha de milhões de jovens estrelas azuis. Essas estrelas estão girando em torno do buraco negro a mais de 2,3 milhões de quilômetros por hora. Isso é rápido o suficiente para circundar a Terra no equador em apenas 40 segundos.
E o mais incrível é que, este disco de estrelas não deveria existir, considerando as forças que existem em torno de buracos negros. O gás que o formou, e as próprias estrelas, deveriam ter sido destruídos pela imensa gravidade do buraco negro. Como eles foram capazes de permanecer intacto em uma órbita tão próxima, permanece um mistério.
6- A estrela siamesa
Existem dois tipos diferentes de estrelas de nêutrons: um magnetar (com os mais fortes campos magnéticos do universo), e um pulsar, que dispara feixes de radiação eletromagnética dos seus pólos.
Durante anos, tudo o que sabíamos sobre essas estrelas nos disse que poderiam tornar-se apenas de um tipo ou de outro - nunca ambos. Mas em 2011 foi descoberto que a Swift tinha propriedades de ambos tipos.
O mistério? Os astrônomos não fazem ideia de como uma estrela pode possivelmente exibir propriedades de ambas as estrelas.
5- O planeta que deveria ter sido engolido
Wasp 18 está a 330 anos-luz de distância na constelação de Phoenix, e é cerca de 25% mais massiva do que o nosso Sol. Este é outro mistério que também não envolve exatamente a estrela, mas sim o que a orbita.
Em 2009, Coel Hellier, da Universidade de Keele descobriu que Wasp 18 tinha um planeta. Apelidado de Wasp-18b, o planeta é um pouco maior do que Júpiter, e tem cerca de 10 vezes a sua massa. Ele tem apenas um pouco menos a massa necessária para ser considerado uma anã marrom – seria uma estrela que falhou durante seu desenvolvimento. Não tinha massa suficiente para iniciar a fusão nuclear e queimar combustível como as outras estrelas fazem.
O que intriga os astrofísicos é que o planeta orbita a menos de 2 milhões de quilômetros da sua estrela-mãe. Em comparação, Mercúrio é quase 36 milhões de quilômetros do nossa sol.
Wasp 18b está tão perto de sua estrela que completa sua órbita em menos de 23 horas, e sua temperatura da superfície é de cerca de 4.000 graus Fahrenheit (2200 graus Celsius). Estando tão perto, o planeta deveria, eventualmente, "mergulhar" em sua estrela (já que ele sobreviveu por 680 milhões de anos).
Dada a massa da estrela que orbita, este planeta deveria ter sido consumido há muito tempo. Como um planeta foi capaz de formar e manter-se em um local onde planetas se julgava incapazes de existir, é uma questão que confunde muito os astrônomos.
4- Os planetas que sobreviveram a uma supernova
O processo pelo qual tais planetas foram capazes de se formar ainda não é bem compreendido. A teoria mais aceita é que os planetas tiveram uma formação similar a nossa - a partir de um disco planetário rodeando a estrela (que mais tarde viria a formar os planetas, luas, asteroides e outros corpos menores do sistema solar).
No entanto, qualquer material que forma planetas e poeira deve ter sido arremessado há bilhões de milhas no espaço devido a explosão de uma supernova.
3- O disco estelar
V838 Monocerotis está situada na constelação de Monoceros, a cerca de 20.000 anos-luz da Terra, e já chegou a ser considerada uma das maiores estrelas do universo.
Em 2002, o brilho da estrela explodiu de repente. Acreditava-se que ela era uma simples nova, que é o que acontece quando o núcleo remanescente de uma estrela morta (conhecida como uma anã branca) acumula muito gás hidrogênio a partir de uma estrela vizinha, causando uma enorme explosão. A estrela apagou após algumas semanas, como o esperado. Os cientistas a colocaram no livro de recordes, como uma nova.
Mas, menos de um mês depois, a estrela explodiu numa intensa luz novamente. Uma vez que o período de tempo entre as explosões era muito curto para ter sido causado por duas novas distintas, os astrônomos ficaram intrigados e tomaram um olhar mais atento. Foi então que descobriram o problema: não havia nenhuma anã branca.
A estrela simplesmente entrou em erupção, por si só – e repetiu esse processo de clareamento e escurecimento várias vezes ao longo dos próximos meses. Durante a sua erupção mais intensa, a estrela tornou-se um milhão de vezes mais brilhante que o sol.
Normalmente, as estrelas brilham intensamente um pouco antes de sua morte, mas as medições indicaram que a estrela tinha apenas alguns milhões de anos, uma simples criança em termos cósmicos.
Quando o Telescópio Hubble capturou uma imagem da estrela após as erupções, uma grande nuvem de gás e detritos foi vista acelerando para longe da estrela. Uma teoria é que a estrela havia colidido com algo invisível, como uma outra estrela ou planeta.
2- O planeta errante
CFBDSIR 2149–0403 é classificado como uma anã marrom. Esses corpos não conseguiram iniciar a fusão nuclear em seus núcleos e, portanto, não conseguiram tornar-se estrelas reais. Embora caracterizada como uma estrela AB Doradus devido ao seu tamanho e massa, muitos outros o caracterizam como um gigante gasoso. Isso tornaria um planeta sem uma estrela-mãe, o que foi teorizado, mas apenas raramente observado.
Apenas quatro possíveis candidatos ao título de “planetas errantes” são conhecidos, o que em questão, sendo mais próximo à Terra, estima-se que esteja há 130 anos-luz
Sem uma grande estrela em órbita, o seu movimento é influenciado por outras estrelas do grupo AB Doradus. Isso não quer dizer que ele vaga através do espaço sem destino, um equívoco comum sobre planetas errantes.
1- A poeira de estrelas desaparecida
TYC 8241 2652 está localizada a 450 anos-luz de distância na constelação de Centauros. Acredita-se que ela tenha o mesmo tamanho do nosso Sol, mas é apenas uma criança, com 10 milhões de anos de idade, em comparação com o nosso Sol que tem 4,5 bilhões anos de idade. De 1983 a 2008, os astrônomos analisaram um anel brilhante de poeira ao redor da estrela, visando observar o início de uma possível formação planetária, revelando novas ideias sobre a origem do nosso sistema solar.
Mas quando a estrela foi submetida a uma nova observação no início de 2009, os astrônomos ficaram surpresos: quando olharam através de seus telescópios, eles não viram nada, apenas a própria estrela. O disco brilhante de poeira tinha desaparecido.
Não deixou para trás nenhum planeta, ou quaisquer sinais que indicassem para onde teria ido – simplesmente desapareceu. Os cientistas ficaram perplexos. Quando questionado sobre o assunto, o astrônomo Carl Melis declarou: "Não temos uma explicação realmente satisfatória para resolver o que aconteceu em torno desta estrela."
Fonte(s) List Verse
Um dos maiores mistérios da física poderia ser resolvido por um campo de axions como um colchão que permeia o espaço e o tempo.
Três físicos da região da Baía de San Francisco, ano passado, descobriram uma nova solução para um mistério que tem sitiado seu campo de estudo por mais de 30 anos. Este quebra-cabeça profundo, que tem impulsionado experiências em aceleradores de partículas cada vez mais poderosos e que deu origem à hipótese de multiverso controverso, eleva-se a algo que uma aluna da quarta série brilhante pode questionar: Como pode um ímã levantar um clipe de papel contra a atração gravitacional do planeta inteiro?
Apesar de sua influência sobre o movimento de estrelas e galáxias, a força da gravidade é centenas de milhões de trilhões de trilhões de vezes mais fraca do que o magnetismo e as outras forças microscópicas da natureza. Esta disparidade mostra-se em equações da física quão absurda e semelhante é isso diantea massa do bóson de Higgs, uma partícula descoberta em 2012 que controla as massas e as forças associadas com as outras partículas conhecidas, e a faixa de massa esperada e estado da matéria gravitacional ainda não descoberto.
Na ausência de evidências no Large Hadron Collider da Europa (LHC), apoiar qualquer uma das teorias propostas anteriormente para explicar essa hierarquia de massa absurda - incluindo a e sedutoramente elegante "supersimetria" - muitos físicos têm duvidado da própria lógica das leis da natureza. Cada vez mais, eles temem que o nosso universo pode ser apenas um acaso, uma permutação bastante bizarra entre incontáveis outros universos possíveis - um beco sem saída eficaz na busca de uma teoria coerente da natureza .
Este mês, o LHC lançou a sua segunda corrida ansiosamente aguardada que quase dobrou sua energia operacional anterior, continuando sua busca de partículas novas ou fenômenos que iriam resolver o problema da hierarquia. Mas a possibilidade muito real de que não há novas partículas trouxe de volta aos físicos teóricos um "cenário de pesadelo."
"São nos momentos de crise que se desenvolvem novas idéias", disse Gian Giudice, um físico teórico das partículas no laboratório CERN, perto de Genebra, que abriga o LHC.
A nova proposta oferece um possível caminho a seguir segundo o trio "super animados": David Kaplan , de 46 anos, um físico de partículas teórico da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Md., que desenvolveu o modelo durante um ano na costa oeste com Peter Graham, de 35, da Universidade de Stanford e Surjeet Rajendran, de 32, da Universidade da Califórnia, em Berkeley.
"É uma ideia muito, muito inteligente", disse Raman Sundrum , um físico de partículas na Universidade de Maryland em College Park, que não estava envolvido na pesquisa. "Possivelmente isso dará alguma ideia da a maneira como o mundo funciona."
Nas semanas desde que o artigo do trio de físico foi publicado on-line, abriu-se "um novo playground" preenchido com pesquisadores ansiosos para rever as suas fraquezas e tomar sua premissa básica em direções diferentes, disse Nathaniel Craig , um físico teórico da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara.
"Isso parece ser uma possibilidade muito simples", disse Rajendran. "Nós não estamos de pé sobre as nossas cabeças para fazer algo louco aqui.
No entanto, como vários especialistas observaram, em sua forma atual a ideia tem deficiências que precisam ser cuidadosamente consideradas. E mesmo se ela sobreviver a este escrutínio, pode demorar mais de uma década para testá-la experimentalmente. Por enquanto, dizem os especialistas, a relaxação está abalando visualizações e encorajando alguns físicos a verem o problema da hierarquia sob uma nova luz. A lição, disse Michael Dine, um físico da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, e um veterano do problema hierarquia, é "não desistir e assumir que não seremos capazes de descobrir isso."
Um balanço não natural
Toda a agitação em torno da descoberta do bóson de Higgs em 2012, que completou o "modelo padrão" da física de partículas e que deu a Peter Higgs e François Englert o Prêmio Nobel de Física, veio como surpresa; a existência das partícula e da massa medida em 125 volts giga-elétron (GeV) concordou com anos de evidências indiretas. É o que não foi encontrado no LHC, que deixou os especialistas perplexos. Não surgiu nada que pudesse conciliar a massa Higgs com a escala de massa prevista associada com gravidade, que está além do alcance experimental em 10.000.000.000.000.000.000 GeV.
A escala de massa-energia associada com a gravidade (à direita) encontra-se em 17 ordens de magnitude além da escala das partículas conhecidas (esquerda), em que 1 GeV = 1000 MeV. A tendência das massas das partículas para igualar em cálculos torna isto uma hierarquia intrigante.
"A questão é que na mecânica quântica, tudo influencia tudo", explicou Giudice. Os estados gravitacionais super pesados devem misturar a mecânica quântica com o bóson de Higgs, contribuindo com enormes fatores do valor de sua massa. Mas de alguma forma, o bóson de Higgs acaba com pouco peso. É como se todos os fatores que afetam a suas massa gigantescas - alguns positivos, outros negativos, mas todos com dezenas de dígitos longos - magicamente cancelam-se, deixando um valor extraordinariamente minúsculo no final. O improvável cancelamento desses fatores parece "suspeito", disse Giudice. "Você pensa que, assim, deve haver algo mais por trás disso."
Especialistas costumam comparar a massa fina Higgs a um lápis em pé na sua ponta de chumbo, deixado desta maneira por forças poderosas como correntes de ar e vibrações que, de alguma forma, estão um equilíbrio perfeito. "Ele não é um estado de impossibilidade; é um estado de probabilidade extremamente pequena ", disse Savas Dimopoulos de Stanford. Se você se depara com tal lápis, disse ele, "você primeiro move sua mão sobre o lápis para ver se havia qualquer corda segurando-o no teto. Você ficaria [muito próximo] da ponta para ver se há gomas de mascar. "
Os físicos têm de mesmo modo, buscado uma explicação natural para o problema da hierarquia desde os anos 1970, confiantes de que a busca iria levá-los para uma teoria mais completa da natureza, talvez até mesmo transformar as partículas por trás de "matéria escura", a substância invisível que permeia galáxias. "A naturalidade tem sido o lema dessa investigação", disse Giudice.
Desde os anos 1980, a proposta mais popular tem sido a supersimetria. Ela resolve o problema da hierarquia postulando há um gêmeo ainda-a-ser-descoberto de cada partícula elementar: para o elétron, um "Selétron," para cada quark, um "squark", e assim por diante. Gêmeos contribuem em termos opostos à massa do bóson de Higgs, tornando-a imune aos efeitos da gravidade das partículas super-pesadas (uma vez que são anulados pelos efeitos de seus gêmeos).
Mas nenhuma evidência para a supersimetria ou para ideias concorrentes - como a "technicolor" e "dimensões extras encurvadas" - transformou-se durante a primeira execução do LHC de 2010 a 2013. Quando o colisor foi desligado para atualizações no início de 2013 sem ter encontrado um única "s-partícula" ou qualquer outro sinal da física além do Modelo Padrão, muitos especialistas acharam que já não podia evitar a contemplação de uma alternativa gritante. E se a massa de Higgs, e, por implicação as leis da natureza, não forem naturais? Os cálculos mostram que, se a massa do bóson de Higgs for apenas algumas vezes mais pesada, todo o resto continua o mesmo, prótons já não podiam montar-se em átomos, e não haveria estruturas complexas - nem estrelas nem seres vivos. Então, o nosso universo realmente é um aperfeiçoamento acidental como um lápis equilibrado em sua ponta, destacado como o nosso endereço cósmico a partir de um inconcebivelmente vasto conjunto de universos dentro de uma bolha sabão eterna no mar do "multiverso", simplesmente porque a vida exige tal ultrajante acidente existir?
Esta hipótese do multiverso, que pairava sobre as discussões do problema de hierarquia desde o final dos anos 1990, é visto como uma perspectiva sombria para a maioria dos físicos. "Eu só não sei o que fazer com ele", disse Craig. "Nós não sabemos quais são as regras." Outros bolhas de multiverso, se existirem, encontram-se além das fronteiras da comunicação da luz, limitando teorias sobre o multiverso ao que podemos observar de dentro de nossa bolha solitária. Sem nenhuma maneira de saber onde o nosso ponto encontra-se no vasto espectro de possibilidades em um multiverso, torna-se difícil ou impossível de construir argumentos do multiverso baseados sobre o porquê de o nosso universo ser da maneira que é. "Eu não sei em que momento nós seríamos convencidos", disse Dine. "Como resolver isso? Como você pode saber? "
O bóson e a relaxação
Kaplan visitou a área da baía no verão passado para colaborar com Graham e Rajendran, que se conheciam porque todos os três tinham trabalhado em vários momentos em Dimopoulos, que foi um dos principais desenvolvedores de supersimetria. Durante o ano passado o trio dividiu seu tempo entre Berkeley e Stanford - e as várias lojas de café, almoços e sorveterias que fazem fronteira com ambos os campi - o intercâmbio de "pedaços embrionários da idéia", disse Graham, desenvolvedor gradual de uma nova história de origem para as leis da física de partículas.
Inspirado por uma tentativa de Larry Abbott em 1984 para resolver um problema naturalidade diferente na física, eles tentaram reformular a massa Higgs como um parâmetro de evolução, que poderia dinamicamente "relaxar" ao seu valor minúsculo durante o nascimento do cosmos ao invés de começar com uma constante aparentemente improvável e fixa. "Embora tenha levado seis meses de impasses e modelos realmente estúpidos e muito barrocos, acabamos pousando neste quadro muito simples", disse Kaplan.
Em seu modelo, a massa Higgs depende do valor numérico de um campo hipotético que permeia o espaço e o tempo: um campo axion. Para imaginar isso, pensamos na totalidade do espaço como um colchão 3-D", disse Dimopoulos. O valor em cada ponto no campo corresponde à forma como as molas comprimem colchão. Há muito de se reconhecer sobre a existência deste colchão - e suas vibrações na forma de axions - que poderia resolver dois mistérios profundos: Primeiro, o campo axion explicaria por que a maioria das interações entre prótons e nêutrons correm para a frente e para trás, resolvendo o que é conhecido como o problema "forte CP" . E os axions poderiam tornar-se matéria escura. Resolver o problema da hierarquia seria uma terceira conquista impressionante.
A história do novo modelo começa quando o cosmos era um ponto de infusão de energia. O colchão axion foi extremamente compactado, o que criou a massa enorme de Higgs. A medida que o universo se expandiu, as molas relaxaram, como se sua energia estivesse se espalhando através das nascentes do espaço recém-criado. À medida que a energia foi dissipada, a massa Higgs também era. Quando a massa caiu para o valor presente, causou uma variável relacionada e mergulhou no último zero, ligando o campo de Higgs, uma entidade como uma mola que dá massa às partículas que se movem através dele, como elétrons e quarks. Quarks massivos por sua vez, interagiu com o campo axion, criando sulcos na colina metafórica na qual sua energia tinha sido rolada para baixo. O campo axion ficou preso. E assim fez a massa Higgs.
Naquilo que Sundrum chamou de uma ruptura radical com modelos do passado, o novo estudo mostra como a hierarquia de massa nos dias atuais poderia ter sido esculpida pelo nascimento do cosmos. "O fato de que eles colocaram equações para isso em um sentido realista é realmente notável", disse ele.
Dimopoulos comentou sobre o minimalismo marcante do modelo, que emprega principalmente idéias pré-estabelecidas. "Pessoas como eu, que têm investido um pouco nessas outras abordagens para o problema da hierarquia foram muito felizes com a surpresa que você não precisa olhar muito longe", disse ele. "No quintal do Modelo Padrão, a solução estava lá e levou jovens muito inteligente para perceber isso."
"Isso eleva o preço das ações da Axion", acrescentou. Recentemente, o experimento Axion Dark Matter na Universidade de Washington em Seattle começou a olhar para as conversões raroa de axions de matéria escura dentro de campos magnéticos fortes. Agora, Dimopoulos disse: "Devemos observar que isso é ainda mais difícil de ser encontrado."
No entanto, muitos especialistas, como Nima Arkani-Hamed, do Instituto de Estudos Avançados de Princeton, NJ, observou que ainda é cedo para esta proposta. Enquanto isso "é definitivamente inteligente", disse ele, sua implementação atual é rebuscada. Por exemplo, para que o campo axion ficado preso nas nervuras criadas pelos quark, em vez de rolarem por eles, a inflação cósmica deve ter progredido muito mais lentamente do que a maioria dos cosmólogos têm assumido. "Você adiciona 10 bilhões de anos de inflação", disse ele. "Você tem que perguntar por que toda a cosmologia arranja-se apenas para fazer isso acontecer."
E mesmo se o axion for descoberto, o que por si só, não provará a"relaxação" - ele relaxará o valor da massa de Higgs. Com a estadia de Kaplan na área da baía ventos, ele, Graham e Rajendran estão começando a desenvolver idéias de como testar esse aspecto de seu modelo. Isso pode, eventualmente, ser possível oscilando um campo axion, por exemplo, para ver se isso afeta as massas das partículas elementares nas proximidades, por meio da massa de Higgs. "Você iria ver o massa do elétron balançando", disse Graham.
Estes testes da proposta não vão acontecer por muitos anos. (O modelo não prevê quaisquer novos fenômenos que o LHC pudesse detectar.) E, realisticamente, disseram vários especialistas, isso enfrenta probabilidades longas. Assim, muitas propostas inteligentes falharam ao longo dos anos o que fez muitos físicos ficarem reflexivamente cético. Ainda assim, o modelo novo e intrigante está entregando uma dose oportuna de otimismo.
"Achávamos que tínhamos pensado em tudo e não havia nada de novo sob o Sol", disse Sundrum. "O que isto mostra é que os seres humanos são muito inteligentes e que ainda há espaço para novas descobertas."
Traduzido e adaptado de Quanta Magazine
Os buracos negros são monstros cósmicos gigantescos, objetos exóticos, cuja gravidade é tão forte que nem mesmo a luz pode escapar das suas garras.
Os buracos negros podem ser encontrados numa ampla variedade de formas, desde pequenos corpos de massa estelar até aos mais supermassivos que residem nos centro das galáxias. Confira abaixo, os 8 dos mais extremos buracos negros:
1- Os maiores buracos negros
Quase todas as galáxias abrigam em seus núcleos buracos negros supermassivos que têm milhares de milhões de vezes a massa do nosso sol. Os cientistas descobriram os maiores buracos negros conhecidos em duas galáxias próximas.
Uma dessas galáxias, conhecida como NGC 3842 - é a galáxia mais brilhante do aglomerado Leo que fica a quase 320 milhões de anos-luz de distância da Terra. No centro desta galáxia, existe um buraco negro contendo 9,7 milhões de vezes de massa do Sol.
A outra galáxia, NGC 4889, é a mais brilhante do aglomerado Coma, que se encontra a mais de 335 milhões de anos-luz de distância da Terra. Em seu centro também há um buraco negro com massa comparável, ou possivelmente maior. O intervalo gravitacional, ou "Horizonte de eventos" desses buracos negros é cerca de cinco vezes a distância do Sol até Plutão. Para efeito de comparação, estes buracos negros são 2.500 vezes a massa do buraco negro no centro da Via Láctea, cujo horizonte de eventos é um quinto da órbita de Mercúrio.
2- O menor buraco negro
O menor buraco negro descoberto até o momento pode ser inferior a três vezes a massa do nosso sol. Isto seria colocar esse pequeno monstro, chamado oficialmente IGR J17091-3624, próximo do limite mínimo teórico necessário para um buraco negro poder ser estável.
Apesar de pequeno, este buraco negro parece feroz, sendo capaz de produzir ventos de 32 milhões de quilômetro por hora — No entanto, é o mais rápido já observado a partir de um buraco negro de massa estelar.
3- Buracos negros canibais
Os buracos negros devoram tudo que entra em seu caminho, incluindo outros buracos negros. Os cientistas detectaram um monstruoso buraco negro no centro de uma galáxia sendo consumido por um buraco negro ainda maior.
Esta foi a primeira descoberta do seu tipo. Os astrônomos haviam testemunhado as fases finais de uma fusão galáctica de massas iguais - chamadas grandes fusões - mas as fusões entre galáxias menores e suas companheiras há muito tempo iludia os pesquisadores.
Usando o observatório de Raios-X Chandra, da Nasa, os pesquisadores detectaram dois buracos negros no centro de uma galáxia conhecida como NGC 3393, com um buraco negro de cerca de 30 milhões de vezes a massa do Sol e o outro com menos 1 milhão de vezes a massa do Sol, separados por apenas cerca de 490 anos-luz.
4- Buraco negro atirador
Os buracos negros são conhecidos por "sugar" corpos celestes, mas os pesquisadores acham que eles também podem atirar para fora tudo que foi "abduzido". Observações de um buraco negro chamado H1743-322, que possui cinco a dez vezes a massa do Sol e está localizado a cerca de 28.000 anos-luz da Terra, revelaram que aparentemente engoliu uma estrela companheira, depois atirou uma parte de volta para o espaço como gigantescas "balas" de gás que se deslocam a cerca de um quarto da velocidade da luz.
5- O mais antigo conhecido Buraco Negro
O mais antigo buraco negro encontrado, oficialmente conhecido como ULAS J1120 0641, nasceu cerca de 770 milhões de anos após o Big Bang que criou o nosso universo. (Os cientistas acreditam que o Big Bang ocorreu há cerca de 13,7 mil milhões de anos).
A idade antiga deste buraco negro, na verdade, apresenta alguns problemas para os astrônomos. Este enigma brilhante parece ser 2 bilhões de vezes a massa do Sol. Como os buracos negros se tornaram tão grandes logo após o Big Bang é difícil de explicar.
6- O buraco negro mais brilhantes
Embora as forças gravitacionais dos buracos negros sejam tão intensas que nem a luz pode escapar, eles também formam o coração dos quasares, os objetos mais luminosos, mais poderosos e mais energéticos do universo.
Com os buracos negros supermassivos nos centros das galáxias a sugar o gás circundante e a poeira, eles são capazes de liberar grandes quantidades de energia. O quasar mais brilhante que vemos na faixa visível é o 3C 273, que encontra-se a cerca 3 bilhões anos-luz de distância da Terra.
7- Buracos negros errantes
Quando as galáxias colidem, os buracos negros podem ser lançados para longe do local do acidente para vagar livremente pelo espaço.
O primeiro buraco negro errante conhecido, SDSSJ0927 2943, pode ter aproximadamente 600 milhões de vezes a massa do Sol e foi arremessado ao espaço a uma extraordinária velocidade de 9,5 milhões de Km/h. Centenas de buracos negros solitários podem vagar pela Via Láctea.
8- Buracos negros de rápida rotação
Os buracos negros podem girar o tecido do espaço em torno de si em velocidades extraordinárias. Um buraco negro chamado GRS 1915 105, na constelação de Aquila (A Águia) a cerca de 35.000 anos-luz da Terra, está girando a mais de 950 vezes por segundo.
Um item colocado na borda do horizonte de eventos do buraco negro - o local de onde nada pode escapar - giraria em torno dele a uma velocidade de mais de 536 milhões de kph, ou cerca de metade da velocidade da luz.
Fonte(s) Space.com
Carl Sagan era não só uma das maiores mentes científicas da história moderna, ele era também um humanista implacável com uma visão profunda sobre a espiritualidade, psicologia, literatura, biologia e filosofia. Em muitos de seus discursos, ele apresentava uma visão genial e marcante de conceitos que, para muitos, parecem abstratos e raramente são discutidos em rodinhas de conversas, mesas de bar ou reuniões ocasionais, entretanto, pertencem à lista das nossas maiores dúvidas e questionamentos. Uma delas é a definição do que é a vida, na qual Sagan conduz-se com sua eterna maestria literária no texto a seguir. Confira:"Muito se sabe sobre a vida. Anatomistas e taxonomistas têm estudado as formas e as relações das mais de 1 milhão de espécies distintas de plantas e animais. Fisiologistas têm investigado o funcionamento bruto de organismos. Bioquímicos sondaram as interações biológicas das moléculas orgânicas que compõem a vida no nosso planeta. Biólogos moleculares descobriram as moléculas responsáveis para a reprodução e a passagem de informação hereditária de geração em geração, um assunto que os geneticistas tinham anteriormente estudado sem ir para o nível molecular. Ecologistas perguntaram sobre as relações entre organismos e seus ambientes, etólogos, o comportamento dos animais e plantas, embriologistas, o desenvolvimento do complexos organismos de uma única célula, biólogos evolucionistas, o surgimento de organismos a partir de formulários pre-existentes sobre o tempo geológico.
Apesar do enorme fundo de informações que cada uma destas especialidades biológicas tem, é um fato notável que nenhum acordo geral existe na questão do que é que está sendo estudado. Não há nenhuma definição geralmente aceita sobre a vida. Na verdade, há uma certa tendência claramente discernível para cada especialidade biológica definir a vida em seus próprios termos. As pessoas em média também tendem a pensar sobre a vida em seus próprios termos. Por exemplo, um homem na rua se pergunta sobre a vida em outros planetas, muitas vezes ele retrata a vida de um tipo de humanoide distinto vivendo em outros planetas. Muitas pessoas acreditam que os insetos não são animais, pois "animais" significam "mamíferos".
Homens tendem a definir coisas em termos familiares. Mas as verdades fundamentais podem não estar sendo familiarizadas. Das seguintes definições, as duas primeiros estão em termos familiares em todos os dias vida; as próximas três são baseadas em conceitos mais abstratos. E quadros teóricos.
Fisiológica
Por muitos anos, vida foi uma definição fisiológica e popular. a vida foi definida como qualquer sistema capaz de realizar uma série de funções como comer, metabolizar, excretar, respirar, movimentar, crescer, reproduzir e ser sensível a estímulos externos. Mas muitas dessas propriedades também são presentes em máquinas que ninguém está disposto a chamar de viva, ou ausentes em organismos que todo mundo está disposto a chamar de vivo. Pode-se dizer, por exemplo, que um automóvel pode comer, metabolizar, excretar, respirar, mover-se e responder a estímulos externos. E um visitante de outro planeta, julgando os números enormes de automóveis na Terra e a maneira em que cidades e paisagens têm sido projetadas para o benefício especial de automóveis, poderia muito bem acreditar que os automóveis não estão apenas vivos mas estão formando a vida dominante no planeta. O Homem, no entanto, professa a conhecer-se melhor. Por outro lado, algumas bactérias não respiram, mas ao invés disso, elas vivem os seus dias alterando o estado de oxidação do enxofre.
Metabólica
A definição metabólica é ainda popular para muitos biólogos. Descreve um sistema vivo como um objeto com um limite definitivo, continuamente, trocando alguns dos seus materiais com os seus arredores, mas sem alterar suas propriedades gerais, pelo menos durante algum período de tempo. Mas novamente, existem exceções. Há sementes e esporos que permanecem, tanto quanto se sabe, perfeitamente dormentes e totalmente sem atividade metabólica em baixas temperaturas por centenas, talvez milhares de anos, mas que podem reviver perfeitamente bem submetidos às mais amenas condições. Uma chama, como a de uma vela em um quarto fechado, vai ter uma forma perfeitamente definida com limite fixo e será mantida pela combinação de suas ceras orgânicas com o oxigênio molecular, produzindo dióxido de carbono e água. Uma reação química semelhante, que aliás, é fundamental para uma vida mais selvagem na terra. As chamas também têm uma capacidade bem conhecida de crescimento.
Bioquímica
Uma definição biológica, bioquímica ou molecular considera os organismos vivos como sistemas que podem ser reproduzidos por informação hereditária codificada em moléculas de ácido nucleico e que metabolizam, controlando a taxa de produção de reações químicas utilizando catalisadores proteicos, conhecidos como enzimas. Em muitos aspectos, isso é mais gratificante do que as definições fisiológicas ou metabólicas da vida. No entanto, mesmo assim elas são consideradas contra-exemplos.
Parece existir alguma evidência de que um agente semelhante ao vírus chamado scrapie não contém ácidos nucleicos, embora a hipótese de que os ácidos nucleicos do animal hospedeiro possa, contudo, estar envolvido na reprodução do vírus do tremor epizoótico, o scrapie. Além disso, uma definição estritamente em termos químicos parece peculiarmente vulnerável. Isso implica que, se uma pessoa é capaz de construir um sistema que tenha todas as propriedades funcionais de vida, ela ainda não estaria viva se não tivesse as moléculas que os biólogos terrestres apreciam - e são feitos delas.
Genética
Todos os organismos na Terra, da mais simples célula até o próprio homem, são máquinas com poderes extraordinários que, sem esforço, realizam transformações complexas de moléculas orgânicas, exibindo comportamento com elaborados padrões e constroem indefinidamente matérias primas no ambiente com cópias mais ou menos idênticas de si mesmo. Como poderia essas máquinas com tal impressionante complexidade e de beleza tão deslumbrante surgirem? A resposta, e hoje em dia há excelentes evidências científicas desta, primeiramente foi discernida pelo evolucionista Charles Darwin nos anos antes da publicação de sua obra que marcou época em 1859, " A Origem das espécies". Uma reformulação moderna de sua teoria da seleção natural é algo assim: A informação hereditária é transportada por grandes moléculas conhecidas como os genes, compostas de ácidos nucleicos. Genes diferentes são responsáveis pela expressão das características diferentes do organismo. Durante a reprodução do organismo, os genes também se reproduzem, ou se replicam, passando instruções com várias características para a próxima geração. Ocasionalmente, existem imperfeições, chamadas mutações, na replicação desses genes. Uma mutação altera as instruções por uma característica ou características particulares.
E isso é verdadeiro, no sentido de que sua capacidade para a determinação uma dada característica do organismo permaneça intacta por gerações até que o gene mutado seja por si só mutado. Algumas mutações, quando expressas, produzirão características favoráveis para o organismo; organismos com tais genes favoráveis serão reproduzidos preferencialmente do que aqueles sem tais genes. A maioria das mutações, no entanto, revelam-se prejudiciais e muitas vezes levam a alguma deficiência ou a morte do organismo. Para ilustrar isso, é pouco provável que se possa melhorar o funcionamento de um relógio elegantemente trabalhado depois de uma queda de um edifício alto. O relógio poderá funcionar melhor, mas é altamente improvável. A mudança benéfica e a mudança hereditária, no entanto, ocorre ocasionalmente; o que resulta em um organismo mais bem adaptado ao seu ambiente. Desta forma, os organismos lentamente evoluem para uma melhor adaptação, e, na maioria dos casos, para uma maior complexidade.
Esta evolução ocorre, no entanto, apenas a um enorme custo: o homem existe hoje, complexo e razoavelmente bem adaptado, somente por causa de milhares de mortes de organismos menos adaptados e um pouco menos complexos. Em suma, a teoria de Darwin da seleção natural afirma que organismos complexos desenvolvidos, ou evoluídos, atravessam o tempo por causa de replicação, mutação e replicação de mutações. A definição genética da vida, portanto, seria: um sistema capaz de evoluir por seleção natural.
Esta definição coloca grande ênfase sobre a importância da replicação. Na verdade, qualquer enorme esforço de um organismo biológico é direcionado para a replicação, ainda que não tenha qualquer vantagem óbvia sobre o organismo replicante. Alguns organismos, muitos híbridos, por exemplo, não replicam. Mas suas células individuais sim. Também é verdade que a vida definida desta forma não exclui a duplicação sintética. Deve ser possível construir um máquina que seja capaz de produzir cópias idênticas de si a partir de blocos de construção pré-formados que dominam a paisagem mas que organizam seus descendentes de uma maneira ligeiramente diferente, caso aconteça uma mudança aleatória em sua instruções. Uma tal máquina, evidentemente, também replicaria suas instruções. Mas o fato de que uma máquina satisfaria a definição genética da vida não é um argumento contra tal definição; na verdade, se os blocos de construção fossem bastante simples, uma máquina teria a capacidade de evoluir para sistemas muito complexos que teriam provavelmente todas as outras propriedades atribuídas à sistemas vivos.
A definição genética tem o adicional vantagem de ser expressa puramente em termos funcionais: Isso não depende de nenhuma escolha particular das moléculas constituintes.
A improbabilidade de organismos contemporâneos - tratados mais detalhadamente abaixo - é tão grande que estes organismos não poderiam possivelmente terem surgido por processos puramente aleatórios e sem continuidade histórica. Fundamental para a definição genética da vida, é a crença de que um certo nível de complexidade não pode ser alcançado sem a seleção natural.
Termodinâmica
Termodinâmica distingue os sistemas abertos dos fechados. Um sistema fechado é isolado do resto do ambiente não troca nem luz, nem calor, nem se comunica com seu entorno. Um sistema aberto é onde essas trocas ocorrem. A segunda lei da termodinâmica afirma que, em um sistema fechado, nenhum processo que possa aumentar o valor líquido (ou a diminuição de sua entropia líquida) não pode ocorrer no sistema. Assim, o universo como um todo está constantemente movendo em direção a um estado de completa aleatoriedade, distante de qualquer ordem, padrão ou beleza. Este destino tem sido conhecido desde o século XIX como a morte térmica do universo.
No entanto, os organismos vivos são manifestamente ordenados e à primeira vista, parecem apresentar uma contradição com a segunda lei da termodinâmica. Os sistemas vivos podem então serem definidos como regiões localizadas onde há um contínuo aumento da ordem. Sistemas vivos, no entanto, não estão realmente em contradição com a segunda lei. Eles aumentam sua ordem à custas de uma maior diminuição de ordem do universo. Os sistemas vivos não são fechados mas sim abertos. A vida na Terra, por exemplo, é dependente do fluxo de luz solar, que é utilizada por plantas para construir moléculas complexas com mais simples. Mas a ordem que resulta aqui na Terra é mais do que compensada pela redução da ordem do Sol, através dos processos termonucleares responsáveis pela radiação solar.
Alguns cientistas argumentam, com base na termodinâmica bastante geral em sistemas abertos, que a ordem de um sistema aumenta a energia que flui através dele, e além disso, isso ocorre por meio do desenvolvimento de ciclos de carbono. Um ciclo biológico simples na Terra é o ciclo do carbono. O carbono do CO2 atmosférico é constituído por plantas e convertido em hidratos de carbono através de procesos de fotossíntese. Esses carboidratos são, em última análise, oxidados por plantas e animais para extraírem energia útil trancada em suas ligações químicas.
Na oxidação de hidratos de carbono, o dióxido de carbono é devolvido na atmosfera, completando o ciclo. Demonstrou-se que os ciclos semelhantes desenvolvem-se espontaneamente na ausência de vida por fluxo de energia através de um sistema químico. Neste ponto de vista, ciclos biológicos são meramente uma exploração de sistemas vivendo daqueles ciclos termodinâmicos pre-existentes na ausência de vida. Não são conhecidos processos termodinâmicos de sistemas abertos na ausência de replicação que sejam capazes de conduzir-se para tipos de complexidade que caracterizam os sistemas biológicos.
É evidente, no entanto, que a complexidade da vida na Terra surgiu através de replicação, embora vias termodinamicamente favorecidas certamente têm sido utilizadas.
A existência de diversas definições de vida certamente significa que a vida é algo complicado. A compreensão fundamental dos sistemas biológicos já existia desde a segunda metade do século XIX. Mas o número e a diversidade de definições sugerem outra coisa também. Conforme detalhado abaixo, todos os organismos na Terra estão extremamente e intimamente relacionados, apesar das diferenças superficiais. O padrão fundamental, tanto da forma como da matéria, de toda a vida na terra é essencialmente idêntica. Como sugiro, esta identidade provavelmente implica que todos os organismos na Terra irão evoluir a partir de uma única instância da origem da vida. É difícil generalizar a partir de um único exemplo, e este aspecto biólogo é fundamentalmente deficiente quando comparado, digamos, com o químico, o físico, o geólogo ou o meteorológico, que, nos dias atuais, podemos estudar os aspectos de cada uma dessas disciplinas além da Terra.
Se houver realmente apenas um tipo de vida na Terra, então estão faltando perspectivas de sua forma mais fundamental."
Traduzido e adaptado de Universidade do Colorado
Fisiológica
Por muitos anos, vida foi uma definição fisiológica e popular. a vida foi definida como qualquer sistema capaz de realizar uma série de funções como comer, metabolizar, excretar, respirar, movimentar, crescer, reproduzir e ser sensível a estímulos externos. Mas muitas dessas propriedades também são presentes em máquinas que ninguém está disposto a chamar de viva, ou ausentes em organismos que todo mundo está disposto a chamar de vivo. Pode-se dizer, por exemplo, que um automóvel pode comer, metabolizar, excretar, respirar, mover-se e responder a estímulos externos. E um visitante de outro planeta, julgando os números enormes de automóveis na Terra e a maneira em que cidades e paisagens têm sido projetadas para o benefício especial de automóveis, poderia muito bem acreditar que os automóveis não estão apenas vivos mas estão formando a vida dominante no planeta. O Homem, no entanto, professa a conhecer-se melhor. Por outro lado, algumas bactérias não respiram, mas ao invés disso, elas vivem os seus dias alterando o estado de oxidação do enxofre.
Metabólica
A definição metabólica é ainda popular para muitos biólogos. Descreve um sistema vivo como um objeto com um limite definitivo, continuamente, trocando alguns dos seus materiais com os seus arredores, mas sem alterar suas propriedades gerais, pelo menos durante algum período de tempo. Mas novamente, existem exceções. Há sementes e esporos que permanecem, tanto quanto se sabe, perfeitamente dormentes e totalmente sem atividade metabólica em baixas temperaturas por centenas, talvez milhares de anos, mas que podem reviver perfeitamente bem submetidos às mais amenas condições. Uma chama, como a de uma vela em um quarto fechado, vai ter uma forma perfeitamente definida com limite fixo e será mantida pela combinação de suas ceras orgânicas com o oxigênio molecular, produzindo dióxido de carbono e água. Uma reação química semelhante, que aliás, é fundamental para uma vida mais selvagem na terra. As chamas também têm uma capacidade bem conhecida de crescimento.
Bioquímica
Uma definição biológica, bioquímica ou molecular considera os organismos vivos como sistemas que podem ser reproduzidos por informação hereditária codificada em moléculas de ácido nucleico e que metabolizam, controlando a taxa de produção de reações químicas utilizando catalisadores proteicos, conhecidos como enzimas. Em muitos aspectos, isso é mais gratificante do que as definições fisiológicas ou metabólicas da vida. No entanto, mesmo assim elas são consideradas contra-exemplos.
Parece existir alguma evidência de que um agente semelhante ao vírus chamado scrapie não contém ácidos nucleicos, embora a hipótese de que os ácidos nucleicos do animal hospedeiro possa, contudo, estar envolvido na reprodução do vírus do tremor epizoótico, o scrapie. Além disso, uma definição estritamente em termos químicos parece peculiarmente vulnerável. Isso implica que, se uma pessoa é capaz de construir um sistema que tenha todas as propriedades funcionais de vida, ela ainda não estaria viva se não tivesse as moléculas que os biólogos terrestres apreciam - e são feitos delas.
Genética
Todos os organismos na Terra, da mais simples célula até o próprio homem, são máquinas com poderes extraordinários que, sem esforço, realizam transformações complexas de moléculas orgânicas, exibindo comportamento com elaborados padrões e constroem indefinidamente matérias primas no ambiente com cópias mais ou menos idênticas de si mesmo. Como poderia essas máquinas com tal impressionante complexidade e de beleza tão deslumbrante surgirem? A resposta, e hoje em dia há excelentes evidências científicas desta, primeiramente foi discernida pelo evolucionista Charles Darwin nos anos antes da publicação de sua obra que marcou época em 1859, " A Origem das espécies". Uma reformulação moderna de sua teoria da seleção natural é algo assim: A informação hereditária é transportada por grandes moléculas conhecidas como os genes, compostas de ácidos nucleicos. Genes diferentes são responsáveis pela expressão das características diferentes do organismo. Durante a reprodução do organismo, os genes também se reproduzem, ou se replicam, passando instruções com várias características para a próxima geração. Ocasionalmente, existem imperfeições, chamadas mutações, na replicação desses genes. Uma mutação altera as instruções por uma característica ou características particulares.
E isso é verdadeiro, no sentido de que sua capacidade para a determinação uma dada característica do organismo permaneça intacta por gerações até que o gene mutado seja por si só mutado. Algumas mutações, quando expressas, produzirão características favoráveis para o organismo; organismos com tais genes favoráveis serão reproduzidos preferencialmente do que aqueles sem tais genes. A maioria das mutações, no entanto, revelam-se prejudiciais e muitas vezes levam a alguma deficiência ou a morte do organismo. Para ilustrar isso, é pouco provável que se possa melhorar o funcionamento de um relógio elegantemente trabalhado depois de uma queda de um edifício alto. O relógio poderá funcionar melhor, mas é altamente improvável. A mudança benéfica e a mudança hereditária, no entanto, ocorre ocasionalmente; o que resulta em um organismo mais bem adaptado ao seu ambiente. Desta forma, os organismos lentamente evoluem para uma melhor adaptação, e, na maioria dos casos, para uma maior complexidade.
Esta evolução ocorre, no entanto, apenas a um enorme custo: o homem existe hoje, complexo e razoavelmente bem adaptado, somente por causa de milhares de mortes de organismos menos adaptados e um pouco menos complexos. Em suma, a teoria de Darwin da seleção natural afirma que organismos complexos desenvolvidos, ou evoluídos, atravessam o tempo por causa de replicação, mutação e replicação de mutações. A definição genética da vida, portanto, seria: um sistema capaz de evoluir por seleção natural.
Esta definição coloca grande ênfase sobre a importância da replicação. Na verdade, qualquer enorme esforço de um organismo biológico é direcionado para a replicação, ainda que não tenha qualquer vantagem óbvia sobre o organismo replicante. Alguns organismos, muitos híbridos, por exemplo, não replicam. Mas suas células individuais sim. Também é verdade que a vida definida desta forma não exclui a duplicação sintética. Deve ser possível construir um máquina que seja capaz de produzir cópias idênticas de si a partir de blocos de construção pré-formados que dominam a paisagem mas que organizam seus descendentes de uma maneira ligeiramente diferente, caso aconteça uma mudança aleatória em sua instruções. Uma tal máquina, evidentemente, também replicaria suas instruções. Mas o fato de que uma máquina satisfaria a definição genética da vida não é um argumento contra tal definição; na verdade, se os blocos de construção fossem bastante simples, uma máquina teria a capacidade de evoluir para sistemas muito complexos que teriam provavelmente todas as outras propriedades atribuídas à sistemas vivos.
A definição genética tem o adicional vantagem de ser expressa puramente em termos funcionais: Isso não depende de nenhuma escolha particular das moléculas constituintes.
A improbabilidade de organismos contemporâneos - tratados mais detalhadamente abaixo - é tão grande que estes organismos não poderiam possivelmente terem surgido por processos puramente aleatórios e sem continuidade histórica. Fundamental para a definição genética da vida, é a crença de que um certo nível de complexidade não pode ser alcançado sem a seleção natural.
Termodinâmica
Termodinâmica distingue os sistemas abertos dos fechados. Um sistema fechado é isolado do resto do ambiente não troca nem luz, nem calor, nem se comunica com seu entorno. Um sistema aberto é onde essas trocas ocorrem. A segunda lei da termodinâmica afirma que, em um sistema fechado, nenhum processo que possa aumentar o valor líquido (ou a diminuição de sua entropia líquida) não pode ocorrer no sistema. Assim, o universo como um todo está constantemente movendo em direção a um estado de completa aleatoriedade, distante de qualquer ordem, padrão ou beleza. Este destino tem sido conhecido desde o século XIX como a morte térmica do universo.
No entanto, os organismos vivos são manifestamente ordenados e à primeira vista, parecem apresentar uma contradição com a segunda lei da termodinâmica. Os sistemas vivos podem então serem definidos como regiões localizadas onde há um contínuo aumento da ordem. Sistemas vivos, no entanto, não estão realmente em contradição com a segunda lei. Eles aumentam sua ordem à custas de uma maior diminuição de ordem do universo. Os sistemas vivos não são fechados mas sim abertos. A vida na Terra, por exemplo, é dependente do fluxo de luz solar, que é utilizada por plantas para construir moléculas complexas com mais simples. Mas a ordem que resulta aqui na Terra é mais do que compensada pela redução da ordem do Sol, através dos processos termonucleares responsáveis pela radiação solar.
Alguns cientistas argumentam, com base na termodinâmica bastante geral em sistemas abertos, que a ordem de um sistema aumenta a energia que flui através dele, e além disso, isso ocorre por meio do desenvolvimento de ciclos de carbono. Um ciclo biológico simples na Terra é o ciclo do carbono. O carbono do CO2 atmosférico é constituído por plantas e convertido em hidratos de carbono através de procesos de fotossíntese. Esses carboidratos são, em última análise, oxidados por plantas e animais para extraírem energia útil trancada em suas ligações químicas.
Na oxidação de hidratos de carbono, o dióxido de carbono é devolvido na atmosfera, completando o ciclo. Demonstrou-se que os ciclos semelhantes desenvolvem-se espontaneamente na ausência de vida por fluxo de energia através de um sistema químico. Neste ponto de vista, ciclos biológicos são meramente uma exploração de sistemas vivendo daqueles ciclos termodinâmicos pre-existentes na ausência de vida. Não são conhecidos processos termodinâmicos de sistemas abertos na ausência de replicação que sejam capazes de conduzir-se para tipos de complexidade que caracterizam os sistemas biológicos.
É evidente, no entanto, que a complexidade da vida na Terra surgiu através de replicação, embora vias termodinamicamente favorecidas certamente têm sido utilizadas.
A existência de diversas definições de vida certamente significa que a vida é algo complicado. A compreensão fundamental dos sistemas biológicos já existia desde a segunda metade do século XIX. Mas o número e a diversidade de definições sugerem outra coisa também. Conforme detalhado abaixo, todos os organismos na Terra estão extremamente e intimamente relacionados, apesar das diferenças superficiais. O padrão fundamental, tanto da forma como da matéria, de toda a vida na terra é essencialmente idêntica. Como sugiro, esta identidade provavelmente implica que todos os organismos na Terra irão evoluir a partir de uma única instância da origem da vida. É difícil generalizar a partir de um único exemplo, e este aspecto biólogo é fundamentalmente deficiente quando comparado, digamos, com o químico, o físico, o geólogo ou o meteorológico, que, nos dias atuais, podemos estudar os aspectos de cada uma dessas disciplinas além da Terra.
Se houver realmente apenas um tipo de vida na Terra, então estão faltando perspectivas de sua forma mais fundamental."
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