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Você provavelmente sabe o que a física é. É o estudo do mundo físico, do cair das maçãs ao movimento dos planetas e estrelas e o comportamento das minúsculas partículas subatômicas que compõem o mundo que nos rodeia.
A física está em todos os lugares. Está nos lugares mais distantes do cosmos. Está nos buracos negros supermassivos em fúria no centro de galáxias e nos pequenos blocos de construção fundamentais que compõem a vida na Terra. Está ainda no espaço aparentemente vazio que nos rodeia.
E de vez em quando um físico surge e muda para sempre a nossa percepção do Universo e tudo nele contido.
Separamos uma lista de 20 físicos teóricos, cujas idéias e descobertas revolucionaram a forma como vemos o mundo. Confira:
1. Uma das realizações de Galileo Galilei (1564-1642) mais conhecidas na física é o seu trabalho na área de corpos em movimento. Na década de 1630, ele mostrou que todos os corpos em queda livre têm a mesma aceleração constante.
2. Com base no trabalho de Galileu em objetos em movimento, Isaac Newton (1643-1727) estabeleceu as três leis do movimento, bem como a Lei da Gravitação Universal em 1687.
Uma de suas idéias mais revolucionárias era que o movimento dos objetos nos céus estão sujeitos ao mesmo conjunto de leis físicas como o movimento dos objetos na Terra.
3. Michael Faraday (1791-1867) é conhecido por seu trabalho no magnetismo e eletricidade. Em 1831, ele descobriu a indução eletromagnética e em 1839, ele propôs que há uma relação subjacente entre eletricidade e magnetismo.
Domínio público
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4. Em 1864, James Clerk Maxwell (1831-1879) publicou sua teoria do eletromagnetismo, que mostrou que a eletricidade, magnetismo e luz são todos manifestações do mesmo fenômeno: o campo eletromagnético.
5. Em 1895, Wilhelm Röntgen (1845-1923) tornou-se o primeiro físico para produzir e detectar a radiação eletromagnética em uma gama de comprimentos de onda que hoje conhecemos como raios-X.
6. Em 1896, Marie Curie (1867-1934), auxiliou na descoberta da radioatividade (que se verificou pela investigação das propriedades de raios-X) e técnicas introduzidas para isolar isótopos. Ela e seu marido, Pierre Curie, descobriram os elementos rádio e polônio , ambos radioativos.
7. Em 1897, JJ Thomson (1856-1940) descobriu o elétron. Foi a primeira partícula subatômica descoberta.
8. Max Planck (1858-1947) é creditado com o pai da mecânica quântica. Em 1900, ele propôs a ideia dos quanta, que são pacotes discretos de energia emitida pela luz. Ele também definiu o valor para a constante de Planck, que é peça central na mecânica quântica.
9. Em 1905, Albert Einstein (1879-1955) publicou um artigo sobre a relatividade especial, que afirma que a velocidade da luz é sempre constante, e à velocidade da luz, o tempo pára e massa é infinita.
Em 1916, ele publicou sua teoria da relatividade geral, uma teoria fundamental da natureza do espaço, tempo e gravitação, que afirma que a gravidade é um efeito da curvatura do espaço e do tempo.
10. Em 1911, Ernest Rutherford (1871-1937) demonstrou que os núcleos dos átomos são maiores que suas massas. Em 1920, ele descobriu o próton.
11. Neils Bohr (1885-1962) é conhecido por formular a teoria da estrutura atômica em 1913. Bohr descobriu que um átomo tem um núcleo no centro, com elétrons orbitando em torno dele. Ele também desempenhou um papel fundamental no nascimento da mecânica quântica.
12. Wolfgang Pauli (1900-1958) é bem conhecido por seu trabalho em teoria spin e a teoria quântica, bem como sua descoberta do princípio de exclusão de Pauli em 1925, que é fundamental para compreender as propriedades de estrelas e nebulosas.
Em 1931, ele previu a existência de neutrinos, partículas de interação fraca que viajam através do Universo quase à velocidade da luz.
13 . Em 1926, Erwin Schrödinger (1887-1961) surgiu com o que é considerado a equação central da física quântica, que descreve a mecânica ondulatória. Em 1935, ele veio com "O gato de Schrödinger", um dos mais famosos experimentos mentais na história.
Trata-se de um gato preso em uma caixa, com um 50% chance de estar vivo ou morto. Schrödinger concluiu que, até que você possa descobrir isso com certeza, o gato está vivo e morto, existente no que é conhecido como uma superposição de estados.
14. Em 1928, Paul Dirac (1902-1984) previu a existência da antimatéria, que são partículas que têm uma carga elétrica igual e oposta às suas homólogas, como o pósitron (ou antielétron).
15. Werner Heisenberg (1901-1976) é mais conhecido por seu princípio da incerteza de 1927, o que coloca limitações fundamentais sobre a precisão das medições experimentais em mecânica quântica.
16. Enrico Fermi (1901-1954) é famoso por seu trabalho no primeiro reator nuclear como parte do projeto Manhattan. Ele também fez grandes contribuições à teoria quântica, bem como física nuclear e de partículas.
17. J. Robert Oppenheimer (1904-1967) é mais conhecido por seu trabalho no Projeto Manhattan, direcionando a produção das primeiras bombas atômicas. Devido às pesquisas de Oppenheimer, os primeiros foguetes espaciais foram desenvolvidos, dando início a corrida espacial.
18. Richard Feynman (1918-1988) é famoso por suas contribuições para a teoria da eletrodinâmica quântica, que combina relatividade e a mecânica quântica especiais para procurar uma melhor compreensão do Universo.
19. Em 1961, Murray Gell-Mann (b. 1929) propôs o caminho óctuplo para classificar partículas subatômicas, e em 1964, ele propôs a hipótese dos quarks, que afirma que prótons, nêutrons e outros hádrons são, na verdade, compostos de partículas ainda menores chamadas quarks.
20. Vera Rubin (nascida em 1928) é uma astrônoma. Seus estudos de rotação da galáxia levaram à primeira evidência real de que 84 por cento do universo é composto de partículas misteriosas e invisíveis, um tipo de matéria negra.
A busca por estas partículas revolucionou os campos da física de partículas e astrofísica.
Este artigo foi originalmente publicado pela Business Insider .
O Big Bang é a pedra angular da cosmologia, mas o que exatamente ele significa?
Os Astrônomos Edwin Hubble e Milton Humason no início do século 20 descobriram que as galáxias estão se afastando da Via Láctea. Mais direto ao ponto: Cada galáxia está se afastando de qualquer outra galáxia, em média, o que significa que todo o universo está se expandindo. No passado, então, todo o cosmos deve ter sido muito menor, porém quente e denso.
Essa descrição, conhecida como o modelo do Big Bang, foi contra as novas descobertas e teorias concorrentes por cerca de um século. Então, o que é toda essa coisa "Big Bang"?
O Big Bang aconteceu em todos os lugares ao mesmo tempo.
O universo não tem nenhum centro ou da borda, e cada parte do cosmos está se expandindo. Isso significa que, se correr o relógio para trás, podemos descobrir exatamente quando tudo estava amontoado: 13,8 bilhões de anos atrás. Uma vez que cada lugar que podemos mapear no universo hoje ocupou o mesmo lugar 13,8 bilhões de anos atrás, não podemos dizer que houve um local para o Big Bang: Ele aconteceu em todos os lugares ao mesmo tempo!
O Big Bang não descreve realmente o início de tudo.
O "Big Bang" em geral refere-se a teoria da expansão cósmica e início do universo quente. No entanto, por vezes, até mesmo os cientistas usam o termo para descrever um momento no tempo, quando tudo foi embalado em um único ponto. O problema é que não temos qualquer observação ou teoria que descreva esse momento, que é adequadamente (se desajeitadamente) chamado "singularidade primordial".
A singularidade primordial é o ponto de partida para o Universo que observamos, mas pode ter havido algo antes.
A dificuldade é que a expansão muito quente, rápida e precoce chamada "inflação", que provavelmente aconteceu logo após a singularidade dizimar a maioria, se não todas, as informações sobre qualquer história que precedeu o Big Bang. Os físicos continuaram pensando em novas maneiras de verificar se há sinais de um universo anterior, e embora nós não tenhamos evidências de nenhum deles até o momento, não podemos descartá-los ainda.
A teoria do Big Bang explica de onde veio todo o hidrogênio e hélio no universo.
Na década de 1940, Ralph Alpher e George Gamow calcularam que o universo primitivo era quente e denso o suficiente para fazer praticamente todo o hélio, lítio e deutério (hidrogênio com um nêutron) presente no cosmos hoje; Estudos posteriores mostraram que o hidrogênio primordial realmente veio do início do Cosmos. Isto é conhecido como "nucleossíntese do Big Bang", e que se destaca como uma das previsões mais bem sucedidas da teoria. Os elementos mais pesados (como oxigênio, ferro e urânio) foram formados em estrelas e explosões de supernovas.
A melhor evidência para o Big Bang é na forma de microondas. Logo no início, todo o Universo era denso o suficiente para ser completamente opaco. Mas em um momento cerca de 380.000 anos após o Big Bang, a expansão espalhou a matéria suficientemente para fazer com que o universo ficasse transparente.
A luz emitida a partir dessa transição, conhecida como radiação cósmica de fundo (CMB), ainda existe. Ela foi observada pela primeira vez em 1960 por Arno Penzias e Robert Wilson. Essa descoberta consolidou a teoria do Big Bang como a melhor descrição do universo; desde então, observatórios, tais como o WMAP e Planck usaram a CMB para nos dizer muito sobre a estrutura total, o teor do cosmos.
Uma das primeiras pessoas a pensar cientificamente sobre a origem do universo era um padre católico.
Além de sua formação religiosa e de trabalho, Georges Lemaître foi um físico que estudou a teoria da relatividade geral e trabalhou em alguns dos primeiros estudos do cosmos nos anos 1920 e 30. Suas metáforas preferida para a origem do universo era o "ovo cósmico" e o "átomo primordial", mas elas nunca pegaram, o que é muito ruim, porque...
Parece que ninguém gosta o nome de "Big Bang".
Até os anos 1960, a ideia de um universo com um começo foi controversa entre os físicos. O nome "Big Bang" foi na verdade inventado pelo astrônomo Fred Hoyle, que foi o principal proponente de uma teoria alternativa, onde universo continua para sempre sem um começo.
Sua abreviação para a teoria pegou, e até hoje todos usam esse cunho, "Big Bang", para se referir à teoria.
O Big Bang é a pedra angular da cosmologia, mas isso não é toda a história. Os cientistas ainda tentam refinar a teoria do universo, motivados pela nossa observação de todo o material estranho lá fora. A matéria escura (que detém as galáxias juntas) e a energia escura (que faz com que a expansão do universo acelere) são os maiores mistérios que não são descritos pela teoria do Big Bang por si só.
A nossa visão do Universo, como o próprio cosmos, continua a evoluir à medida que descobrimos mais e mais coisas novas. Mas em vez de desvanecer, o Big Bang continua sendo a nossa melhor explicação do por que as coisas são do jeito que são - o fogo no início do universo.
Traduzido e adaptado de Symmetry Magazine
O mundo pode fazer mais sentido se tivesse existido outros universos?
A nossa visão de universo, desde os gregos até os dias atuais, foi se expandindo. Antes pensávamos que a Terra e os cinco planetas constituíam o Universo, hoje, sabemos que ele vai muito além e nos perguntamos se o nosso próprio Universo é o único, com a criação da Teoria do Multiverso. Um físico da Massachusetts Institute of Technology hipotetizou que existem não só um, mas quatro tipos de multiverso, cada um com suas leis da física diferentes, e que podem ser explicados pela mecânica quântica.
A expansão do Universo, começando com o Big Bang, é um fenômeno físico bem atestado. Mas nos últimos 400 anos, o Universo também sofreu um tipo diferente de expansão — uma mental. Tudo começou com um big bang, a quebra das esferas de cristal, conceitos desenvolvidos no início do século XVII pelos astrônomos como Galileo Galilei e Johannes Kepler que até então supostamente seria a explicação para que os corpos celestes (planetas) ficassem em seus rumos corretos no firmamento.
Isso levou pessoas a perceberem que as chamadas estrelas fixas, o cenário celestial, em que o movimento dos planetas é jogado para fora, são vastamente mais distantes do que imaginava antes. Isso conduziu, por sua vez, um entendimento de que a Via Láctea, a faixa branca que pode ser vista no céu noturno, é na verdade a vista da Terra de um sistema gigantesco de estrelas, do qual o Sol é um único membro humilde.
Por um tempo, acreditou-se que a galáxia, que ficou conhecida mais tarde como Via Láctea (do grego, caminho de leite), seria todo o Universo. Então, cerca de 100 anos atrás, a medida que os telescópios cresceram em tamanho e poder, os astrônomos perceberam que é a galáxia era apenas um de muitos outros grupos de estrelas, e a imagem mental expandiu-se novamente, para onde é hoje — ou seja, uma galáxia cheia espaço que remonta a 13,8 bilhões de anos, e cuja evolução através desse período é compreendida agora, com algum detalhe.
Mas a questão do que constitui a universalidade não descansou. Alguns físicos suspeitam que, assim como a galáxia — no qual uma vez pensava-se ser a única — é apenas um exemplo de um fenômeno geral, então, da mesma forma, o Universo também não pode ser a fronteira final da realidade. A ideia deles é que não há só um Universo tanto quanto não há só um multiverso. Na verdade, pode haver mais de um tipo de multiverso. Estas são ideias grandes e difíceis de testar. Mas, se forem verdade, elas podem resolver algumas das perguntas mais intrigantes da existência.
Um dos principais proponentes do multiverso é Max Tegmark do Massachusetts Institute of Technology. Dr Tegmark sugere uma classificação quádrupla de tipos possíveis de Multiverso. Tem que ser dito que apenas três desses quatro parecem compreensíveis para meros mortais. Mas eles são um bom lugar para começar.
Mundos dentro de mundos
O Multiverso de Tegmark mais simples é uma extensão infinita do familiar. Os telescópios modernos podem ver um longo caminho, mas a velocidade finita da luz e a idade finita do universo fazem com que eles possam perscrutar apenas as coisas dentro de um raio limitado. O espaço estático, neste horizonte, conhecido como o raio de Hubble, seria de 13,8 bilhões anos-luz de distância. Na verdade, por causa da expansão do espaço após o Big Bang, o raio de Hubble hoje é de 42 bilhões de anos-luz.
Ninguém sabe o que há além do raio de Hubble. Mas algumas teorias sugerem que ele se estica até o infinito. Se isso fosse verdade, então todos os arranjos de matéria poderão existir em algum lugar. Eles até podem existir em números infinitos. Pode haver um número infinito de Terras, assim como os leitores que estão lendo esse artigo, sobre elas. Com efeito, estes lugares, delimitados uns dos outros por seus próprios raios de Hubble, seriam universos isolados, termo compreendido atualmente pela ciência.
Isso pode parecer incompreensível, mas é trivial em comparação com o segundo tipo de Tegmark Multiverso. O primeiro tipo pressupõe que as leis da física são as mesmas em todos os lugares. O segunda sugere que elas [as leis da física] podem variar de um universo para outro. Mexer com as leis da física iria mudar a natureza da realidade, então estes universos seriam diferentes — Talvez muito diferentes — um do outro.
O terceiro tipo de Multiverso Tegmark, assim como o primeiro, diz que as leis da física são as mesmos de um para outro. Neste tipo, porém, os universos que o compõem são continuamente separados uns dos outros a medida que o tempo passa. A cada momento dentro de tal multiverso, todos os futuros possíveis permitidos pelas incertezas da mecânica quântica realmente acontecem em algum lugar, e esse lugar constitui um novo universo.
O tipo final do Multiverso que Dr Tegmark propõe que todos e quaisquer sistemas coerentes da matemática descrevem uma realidade física de algum tipo. O que isso se traduz na prática é difícil de conceber. É mais uma província de metafísica do que física. Mas os outros três tipos de multiverso, embora empurrem os limites da teoria física, não ultrapassam-as. Além disso, se o segundo e terceiro tipo se tornarem verdade, cada um iria resolver um problema profundo da realidade que é difícil de lidar: se o nosso Universo é o ser todo poderoso e único do cosmos, ou seja, se existem ou não outros universos por aí.
Em um Multiverso de tipo 2, cada um dos universos dentro dele começaram com algo parecido com o Big Bang que deu origem ao universo familiar aos seres humanos. A característica definidora do Big Bang foi um fenômeno chamado inflação. Pouco tempo depois que o universo veio à existência, ele foi submetido a uma expansão muito grande em um tempo muito curto (cerca de um trilionésimo de um trilionésimo de um trilionésimo de segundo).
A idéia de inflação foi proposta em 1979 por Alan Guth. Nos anos após Dr Guth publicar sua ideia, Andrei Linde a estendeu para sugerir que o Universo emergiu o que ele chamou de um campo inflacionário. Mas se este campo pôde gerar os seres humanos do Universo, não há razão porque ele não pudesse gerar outros. Não há, também, nenhuma razão para os universos gerados terem as mesmas leis da física. Na verdade, há uma boa razão para eles não terem.
Esta razão foi trabalhada uma década ou mais atrás por vários físicos, incluindo Leonard Susskind, da Universidade de Stanford e Martin Rees, astrônomo real britânico da Grã-Bretanha. Eles observaram que as equações da teoria das cordas, o tipo mais profundo de explicação no qual a matéria e energia são organizadas em partículas e campos, e que possui uma vasta gama de soluções possíveis. Alguns correspondem ao que a realidade observável tem para oferecer. A maioria não o faz. Mas Dr Susskind e Lord Rees sugerem que essas outras soluções descrevem a realidade em outros universos.
Esta ideia é intelectualmente agradável porque tem um problema intrigante: por que as condições no universo observável finalmente se ajustaram com as necessidades da humanidade? Mexa apenas ligeiramente com algumas constantes da física, tais como a força do eletromagnetismo ou a potência da força que vincula núcleos atômicos, e o universo resultante seria incapaz de sustentar os seres humanos, ou qualquer coisa parecida com eles (ver gráfico).
A zona de cachinhos dourados. Região no qual a vida pode se originar dentro de uma gama de possibilidades físicas.
O problema de ajuste fino, nome no qual este quebra-cabeça é conhecido, é resolvido por alguns pela invocação de um criador que fez coisas apenas coisas certas para que as pessoas evoluem (o velho argumento do deus das lacunas). Se universos são comuns, embora, e as regras que governam eles variam, então o problema de regularização — e, portanto, a necessidade de um criador de amigável — desaparece. Não é mais um golpe de sorte que pelo menos um universo tenha as condições para vida inteligente surgir, uma vez que também existem zilhões que não podem. E é inevitável que qualquer vida inteligente que evoluir, observaria que viveu em um universo cujas leis físicas estavam ajustadas para apoiar a sua existência.
Multiversos do tipo 2, no entanto, oferecem uma resposta para o problema de ajuste fino. Tipo três multiversos da mesma forma lidam com um dos problemas da física século 20, a chamada interpretação de Copenhague da teoria quântica. Na verdade, eles foram criados precisamente para este fim.
Antes de 1900, os físicos tinham amplamente dividido o universo em partículas e ondas. Esta divisão era aplicada particularmente a coisas fundamentais como luz (ondas) e átomos (partículas). Em meados do século XX, porém, tornou-se aparente que as ondas de luz, às vezes, se comportam como partículas e partículas às vezes se comportam como ondas. Esta "dualidade onda - partícula" é uma das bases da mecânica quântica e é descrita, matematicamente, pelo que é conhecido como uma função de onda.
Como Werner Heisenberg mostrou na década de 1920, em seu conhecido princípio de incerteza, que uma função de onda está ajustada com possibilidade de onde a partícula realmente está, e, portanto, o que ela pode fazer em seguida. Alguns resultados são mais prováveis do que outros. Mas a observação mostra, claro, acontece que existe apenas um resultado. Em colaboração com Niels Bohr, Erwin Schrödinger, sugeriu que o que ela está, de alguma forma, fixada pela observação. No jargão, o ato de observação "colapsa" a função de onda para um único resultado.
Embora o comportamento quântico fosse descoberto através do estudo individual de partículas elementares e luz, ele aplica-se a todos os objetos, por mais que sejam. Schrödinger ilustrou isso com um experimento de pensamento famoso em que um gato é colocado em uma caixa contendo um dispositivo letal, desencadeado com um decaimento de um único átomo radioativo. O decaimento radioativo sendo um fenômeno governado-pela-função-de-onda, isso transforma o gato, também, em uma criatura regulada pela mecânica quântica. Sua função de onda faz com que o gato esteja em um estado de vivo e morto até a caixa ser aberta, o gato observado, e a função de onda colapsa de uma maneira ou de outra. Bohr e Schrödinger trabalharam em Copenhagem, na época, e a cidade tornou-se homônimo para suas idéias.
Na década de 1950, no entanto, um americano chamado Hugh Everett ofereceu que uma interpretação diferente do que está acontecendo. O próprio universo, observado por Everett, pode ser descrito por uma função de onda. Ele raciocinou que, em vez da função de onda — seja ele de uma partícula, de um gato em uma caixa ou mesmo de todo o universo — entrando em colapso, todos os resultados que estas funções de onda permitem realmente irão ocorrer. Como conseqüência, o universo está constantemente passando por fissão múltipla em universos-filhos, cada um com sua própria realidade (o gato está morto; o gato está vivo). Qualquer observador, embora (ou, pelo contrário, qualquer versão futura do mesmo observador em um destes universos) verá apenas um resultado. Do seu ponto de vista, a função de onda aparecerá desmoronada. Mas não é o que realmente aconteceu.
Aposta a sua vida?
Intelectualmente, isto é uma explicação mais satisfatória do que a interpretação de Copenhague, porque ninguém foi capaz de explicar claramente apenas como o ato de observação faz com que uma função de onda se colapse. Mas isso é verdade?
Isso, claro, é a pergunta crucial para todas as versões da teoria multiversal. E há algumas idéias sobre como isso pode ocorrer. Stephen Feeney do Imperial College, em Londres, por exemplo, questiona se universos em um multiverso de tipo 2 podem bater uns contra os outros, deixando marcas no espaço do outro, como adjacentes bolhas de sabão. Tais impressões, argumenta ele, apareceria na radiação cósmica de fundo criada logo após o Big Bang (ver diagrama) — embora nenhuma ainda foi encontrada.
Se ocorresse uma colisão dentre dois universos, uma "ferida" iria se originar no outro universo, podendo ser captada facilmente pela radiação cósmica de fundo.
Há também uma experiência que, embora não prove a realidade de um multiverso de tipo três, certamente iria testar a crença do experimentador nele. Esta experiência é uma roleta russa quântica, uma versão do gato de Schrödinger, no qual o experimentador fica no lugar do infeliz animal. Em alguns futuros, ele será morto. Em alguns, ele permanecerá vivo. Mas uma vez que, do ponto de vista dele, ele vai estar ciente apenas deste último, ele sempre irá perceber que ele está vivo, evidentemente. Algum voluntário?
Traduzido e adaptado deThe Economist
Medidas feitas pelo Telescópio Espacial Hubble com estudos de radiação que sobraram de Big Bang alimentaram teorias da "energia escura" e partículas misteriosas. O dados ainda mostram que o universo está se expandindo mais rápido do que qualquer um já havia medido ou calculado a partir dessas teorias.
Esta é uma descoberta que poderia testar parte da teoria da relatividade de Albert Einstein, um dos pilares da cosmologia que tem resistido a desafios por um século.
Nasa e a Agência Espacial Europeia anunciaram conjuntamente que o universo está se expandindo de 5% a 9% mais rápido do que o previsto, uma descoberta que chegaram depois de usar o telescópio espacial Hubble para medir a distância de estrelas em 19 galáxias além da Via Láctea .
A taxa de expansão não encontrou previsões com base em medições de radiação que sobraram do Big Bang que deu origem ao universo conhecido 13,8 bilhões de anos atrás.
O físico e principal autor Adam Riess disse: "Você começa em duas extremidades, e você espera encontrar no meio se todos os seus desenhos estiverem certos e suas medidas, corretas.
"Mas agora as extremidades não estão muito reunidas no meio e nós queremos saber o porquê."
Os pesquisadores chegaram a uma nova taxa de expansão de 73,2 quilômetros por segundo por megaparsec. O megaparsec é 3,26 milhões de anos-luz. A consequência desse ajustamento, no qual é difícil imaginar velocidades em distâncias inimagináveis, é que a distância entre objetos cósmicos vai dobrar em mais 9,8 bilhões de anos. O problema é que essas velocidades não correspondem a previsões para uma taxa de expansão de outras observações feitas do Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) da Nasa, ou o Telescópio Espacial Planck. Ambos entraram em órbita para estudar o brilho do Big Bang, no qual o tempo, o espaço e a matéria foram criados. E ambos descobriam - cada um deles com uma medida diferente - previsões para a expansão cósmica, o primeiro, com 5% e o segundo, com 9%.
A mais recente descoberta também agita hipóteses sobre o que seria a coisa que não emite luz e nenhuma radiação e que preenche 95% do Universo.
Uma possibilidade para a discrepância é que o universo tem partículas subatômicas desconhecidas, semelhantes aos neutrinos, que viajam quase tão rápido quanto a velocidade da luz, a cerca de 186.000 milhas (300,000 km) por segundo.
Outra ideia é que a chamada "energia escura", uma misteriosa força anti-gravitacional descoberta em 1998, pode estar empurrando galáxias para longe uma da outra com mais força do que o inicialmente estimado.
"Isso pode ser uma pista importante para entender as partes do universo que compõem 95% de tudo e que não emitem luz, como a energia escura, matéria escura e radiação escura", disse Riess, no Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland.
Riess dividiu o prêmio Nobel de Física de 2011 pela descoberta de que a expansão do universo estava acelerando.
O universo mais rápido também levanta a possibilidade de que a teoria geral da relatividade de Einstein, que serve como o andaime matemático para o cálculo como os blocos de construção básicos da matéria interagem, está incompleta.
"Nós sabemos muito pouco sobre as partes escuras do universo, é importante medir como eles empurram e puxam o espaço ao longo da história cósmica", disse um membro da equipe, Lucas Macri do Texas A & M University.
A partir da esquerda: Hubble é usado para medir as distâncias de estrelas chamadas variáveis cefeidas. Seu brilho significa que eles podem ser usadas como pontos de referência cósmicos para medir distâncias a galáxias. Os astrônomos então observando galáxias que contêm Cefeitas e supernovas de tipo Ia, e determinar sua distância. Eles, então, procuram supernovas em galáxias mais remotas. O brilho de supernovas distantes são comparados para medir a distância que a expansão do universo podem ser vistos (a direita). Estas medições são comparadas com a forma com que a luz de supernovas é esticada pela expansão do espaço. Ilustração: A. Riess (STScI / JHU) e A. Feild (STScI) / NASA / ESA
Tal pesquisa tem uma longa história de revisão e atualização. Cálculos originais de Einstein para a relatividade geral pareciam prever que o universo estava se expandindo e - no qual ele supostamente descreveu mais tarde como seu maior erro - ele criou a chamada Constante Cosmológica para corrigir o que ele pensava ser seu maior erro. Em 1923, o grande astrônomo americano Edwin Hubble olhou através do que seria então o maior telescópio do mundo no que ele pensava que era uma nebulosa - nuvem de poeira - no céu da noite e percebeu que ele estava observando outro sistema estelar distante: o universo ilha da galáxia de Andrômeda. E dentro de dois anos, ele havia observado a assinatura de luz de galáxias se afastando, e propôs que em todo o universo, as galáxias mais distantes estavam se afastando umas das outras, a uma taxa maior.
Mas todas as observações astronômicas dependem da capacidade de calcular distâncias e de dar estimativas cada vez mais precisas de recessão galáctica. Quando o telescópio espacial Hubble foi lançado pela primeira vez em 1990, as estimativas da taxa de expansão cósmica variou por um fator de dois. Observações contínuas pareciam reduzir o intervalo com estimativas cada vez mais precisas.
Até 1998, os astrônomos pensavam que tinham capturado uma grande imagem. O universo estava se expandindo a uma taxa constante, mas ainda podia ser possível que a expansão pudesse travar, ou mesmo que o universo pudesse se contrair. Uma equipe de astrônomos observando uma classe de estrelas chamadas supernovas tipo 1a através de enormes distâncias percebeu que as mais distante não estavam apenas se afastando à taxa prevista: elas estavam acelerando como se estivesse sendo impulsionadas por uma força misteriosa apelidada brevemente de "antigravidade".
Esse foi o primeiro indício da chamada - por falta de um termo melhor - energia escura: uma força inexplicável que é susceptível de manter o universo em expansão para sempre. E foi nesse momento que os cosmólogos começaram a perceber que todo o gás, poeira, planetas, estrelas, galáxias e buracos negros somavam apenas cerca de 4% do universo.
Ele também levantaram a possibilidade de que, em um número inimaginável de anos no futuro, todas as outras galáxias se recuarão sobre algum horizonte cósmico, deixando a Via Láctea sozinha no universo visível, e sem objetos distantes para fornecer qualquer prova para acelerar expansão cósmica.
O mais recente avanço na velocidade de expansão universal baseia-se em todos estes elementos em um século de descoberta cosmológica. Riess e seus colegas fizeram a descoberta através da construção de um melhor critério cósmico para calcular distâncias. Eles usaram o Telescópio Espacial Hubble para medir um tipo particular de estrela, conhecida como variáveis cefeidas - as estrelas que deram Edwin Hubble e e seus colegas ao primeiro sinal de um universo em expansão - em 19 galáxias além da nossa própria Via Láctea.
O quão rápido essas estrelas pulsam está diretamente relacionado com o quão brilhante que elas são, o que por sua vez pode ser usada para calcular as distâncias. Eles também usaram o supernovas do tipo 1a como "velas padrão" e esta tem sido a classe de objetos que não só tem sido responsável por mais um avanço na velocidade, mas também tem especulado sobre a energia escura.
A pesquisa será publicada na próxima edição do Astrophysical Journal.
Via: The Guardian
Os cientistas querem conectar as forças fundamentais da natureza em uma Grande Teoria Unificada.
Os anos 1970 foi uma época inebriante na física de partículas. Novos aceleradores nos Estados Unidos e na Europa transformam partículas inesperadas que os teóricos tentam explicar e por sua vez previu novas partículas elementares que iriam por vir nos experimentos. O resultado foi o Modelo Padrão de partículas e interações, uma teoria que é, essencialmente, um catálogo dos bits fundamentais da matéria e as forças que os regem.
Enquanto o Modelo Padrão é uma boa descrição do mundo subatômico, alguns aspectos importantes - como partículas e suas massas - saíram de experimentos ao invés de teorias.
"Se você notar, o Modelo Padrão, francamente é uma bagunça", diz John Ellis, um físico de partículas do Kings College London. "Você tem um monte de parâmetros, e todos eles parecem arbitrários. Você não pode me convencer de que é a teoria final! "
A ideia seria criar uma grande teoria unificada, ou GUT, que elegantemente explicar como o universo funciona, ligando três das quatro forças conhecidas juntas. Os físicos primeiramente ligaram a força eletromagnética, que determina a estrutura dos átomos e o comportamento da luz e a força nuclear fraca, que está na base como as partículas de decaimento.
Mas eles não pararam por aí. Os cientistas começaram a trabalhar para vincular essa teoria eletrofraca com a força forte, que liga quarks para formar coisas como os prótons e nêutrons em nossos átomos. (A quarta força que conhecemos, a gravidade, não tem uma teoria quântica completa, por isso é relegada ao reino das Teorias de Tudo, ou, do inglês, Theories of Everthyng - ToE's )
A ligação entre as diferentes forças em uma única teoria não é fácil, uma vez que cada uma se comporta de maneira diferente. O Eletromagnetismo é uma força de longo alcance, a força fraca é de curta distância, e a força forte é fraao em ambientes de alta energia, como no universo primordial e forte, onde a energia é baixa. Para unificar essas três forças, os cientistas têm de explicar como elas podem ser aspectos de uma única coisa e ainda manifestar-se em formas radicalmente diferentes no mundo real.
A teoria eletrofraca unificada das forças eletromagnética e fraca, propõe que aspectos de uma única interação que está presente apenas em altas energias, como em um acelerador de partículas ou muito cedo universo. Acima de um determinado limiar conhecido como a escala eletrofraca, não há diferença entre as duas forças, mas a unidade é quebrada quando a energia cai abaixo de um certo ponto.
Os GUTs desenvolvidas em meados da década de 1970 para incorporar a força forte previu novas partículas, assim como a teoria eletrofraca fez antes. Na verdade, a primeira GUT mostrou uma relação entre as massas das partículas que permitiram físicos fazerem previsões sobre a partícula mais pesado antes de ter sido detectada experimentalmente.
"Calculamos a massa do quark bottom antes de ser descoberto", disse Mary Gaillard, um físico de partículas da Universidade da Califórnia, Berkeley. Os cientistas do Fermilab viriam a encontrar a partícula em 1977.
GUTs também previu que os prótons deve decair em partículas mais leves. Havia apenas um problema: Experimentos não viram esse decaimento.
O problema com prótons
A GUT previu que todos os quarks poderiam potencialmente mudar em partículas mais leves, incluindo os quarks que formam os prótons. Na verdade, a GUT disse que prótons seria instáveis durante um período muito mais do que o tempo de vida do universo. Para maximizar as chances de ver esse decaimento de prótons raros, os físicos precisaram construir detectores com muitos átomos.
No entanto, o primeiro experimento de Kamiokande no Japão não detectou qualquer decaimento de prótons, que significava uma vida de prótons mais curta do que o previsto pela teoria do GUT mais simplória. O GUT surgiu com tempos de vidas mais previstas para prótons – assim como interações mais complicadas e partículas adicionais.
GUT's mais modernas se misturam em Supersimetria (SUSY), uma forma de pensar sobre a estrutura do espaço-tempo que tem profundas implicações para a física de partículas. SUSY usa interações extras para ajustar a força das três forças no modelo padrão, para que eles se encontrem em uma energia muito alta, conhecida como a escala das GUT's.
"A Supersimetria dá mais partículas envolvidas através de efeitos quânticos virtuais no decaimento do próton," diz JoAnne Hewett, um físico do departamento de energia do SLAC National Accelerator Laboratory. Ela estende a vida útil prevista do próton além do que experiências anteriores foram capazes de testar. Ainda baseadas na SUSY, a GUT também teve alguns problemas.
"Eles são meio bagunçadas", disse Gaillard. Particularmente, estas teorias prevêem mais partículas Higgs e o bóson de Higgs do modelo padrão deve se comportar de maneiras diferentes. Por essa razão, Gaillard e outros físicos são menos apaixonados com a GUT do que eram na década de 1970 e 80. Para piorar a situação, nenhuma partícula supersimétrica foi encontrada ainda. Mas a caçada continua.
"A base filosófica que impulsionou a grande unificação ainda não morreu, e é tão importante quanto nunca," diz Ellis. "Eu ainda amo a Suzy, e também estou apaixonado com a GUT"
Hewett concorda que a GUT ainda não está morta.
"Acredito firmemente que uma observação de decaimento do próton afetaria como cada pessoa iria pensar sobre o mundo", diz ela. "Todo mundo poderia entender que somos feitos de prótons e' Oh uau!' Eles decaem!'"
Experiências recentes como o Hyper-K propostas no Japão e o experimento de Neutrino subterrâneo profundo nos Estados Unidos serão a sonda de decaimento de prótons de maior precisão do que nunca. Ver um decaimento de prótons nos dirá algo sobre a unificação das forças da natureza, e se nós, finalmente, poderemos confiar em nossas entranhas.
Traduzido e adaptado de Symmetry Magazine
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