10 Mistérios que a Física não explica

No começo do século passado, o físico britânico Lord Kelvin disse:

“Não há nada novo a ser descoberto na física agora. Tudo o que resta são medições mais precisas”.

Ele não imaginava que a relatividade de Einstein e a mecânica quântica revolucionariam completamente a área. Hoje, nenhum cientista ousa dizer que o nosso conhecimento do universo está concluído ou quase. Ao contrário, cada nova descoberta parece desbloquear uma caixa de questões físicas ainda mais profundas.

Nesse artigo, listamos 10 dos maiores mistérios não-resolvidos da física.

 

O que é a energia escura?

 

Antigamente, pensava-se que a gravidade deveria atrair mais e mais as galáxias para perto de si, até que todas elas se fundissem. No entanto, o tecido do espaço-tempo está se expandindo mais e mais, aumentando o espaço entre as galáxias. Parece haver alguma força desconhecida que está neutralizando e até superando a força da gravidade, e expandindo cada vez mais o universo. Os físicos chamaram essa força misteriosa de energia escura. Conforme o espaço se expande, mais e mais espaço é criado. Observando a velocidade de expansão atual do universo, os físicos estimam que a energia escura deve fazer parte de mais de 70% do conteúdo total do universo. O problema é que ninguém sabe o que ela é.

 

O que é a matéria escura?

 

Como você deve ter notado no gráfico do primeiro item, 22% da composição total do universo é a matéria escura, que forma cerca de 84% de toda a matéria do cosmo. Ela recebe esse nome pois não absorve ou emite luz, e só sabemos de sua existência através de sua interação gravitacional com a matéria bariônica (a matéria comum composta de átomos e tudo o que vemos no universo) – ela nem ao menos foi diretamente detectada. No entanto, há uma série de candidatos a matéria escura, a maioria dos quais são partículas hipotéticas e massivas que interagem fracamente, ou WIMPs. Embora os físicos estejam trabalhando em diversos detectores dessas partículas elusivas, nenhuma até agora foi encontrada.

 

Por que há uma seta do tempo?

 

O tempo avança pois existe uma propriedade do universo chamada “entropia”, mais ou menos definida como o nível de desordem do sistema. O fato de que a entropia aumenta é uma questão de lógica: Há arranjos mais desordenados de partículas do que ordenados, e assim, conforme as coisas mudam, elas tendem a se desorganizar. Mas a questão subjacente aqui é, por que a entropia era tão baixa no passado? Dito de outro modo, por que o universo existia de modo ordenado no seu início, quando uma enorme quantidade de energia estava amontoada em uma pequena quantidade de espaço?

 

Existem universos paralelos?

 

Seria o nosso universo apenas um entre infinitos outros? Muitos físicos pensam que sim, e com base na mecânica quântica, sugerem que existem universos quase idênticos ao nosso, onde a história aconteceu da mesma maneira exceto por pequenas diferenças, como o World Trade Center nunca ter sido destruído ou Hitler ter ganho a Segunda Guerra. Isso porque as leis da física quântica ditam que há apenas um número finito de possíveis configurações de partículas dentro de cada universo (10 ^ 10 ^ 122 possibilidades distintas). Desse modo, com um número infinito de universos, as configurações vão se repetir. Ou seja, podem existir universos por aí exatamente iguais ao nosso, outros que mudam pequenos detalhes, e outros completamente diferentes.

 

Por que há mais matéria do que antimatéria?

 

Antimatéria, como o próprio nome sugere, é o oposto da matéria. A antimatéria é composta de antipartículas, que possuem a mesma característica das partículas (massa e rotação), mas com carga elétrica contrária. Quando a matéria e a antimatéria colidem, elas se aniquilam, liberando uma grande quantidade de energia. Todos os modelos sugerem que, durante o Big Bang, havia a mesma quantidade de matéria do que antimatéria. Mas se isso tivesse acontecido, tudo seria aniquilado. Por alguma razão desconhecida, houve um excesso de matéria produzida em relação a antimatéria, e por isso a matéria sobreviveu. Se não fosse isso, não estaríamos aqui hoje. E ninguém sabe o motivo.

 

Qual é o destino do universo?

 

O destino do universo depende muito de um fator desconhecido: Ω, uma medida da densidade de matéria e energia em todo o universo. Se Ω for maior do que 1, então o espaço-tempo seria “fechado” como a superfície de uma esfera enorme. Se não houver energia escura, o universo ia parar de se expandir e, então, começaria a se contrair e eventualmente entrar em colapso em um evento chamado Big Crunch. Se o universo for fechado, mas houver energia escura, o universo esférico se expandiria para sempre.

Por outro lado, se Ω for inferior a 1 e, em seguida, a geometria do espaço for “aberta”, como a superfície de uma sela, o seu destino final seria um grande congelamento, seguido do “Big Rip”: em primeiro lugar, a aceleração rasgaria galáxias e separaria estrelas, deixando toda a matéria gelada e sozinha. Em seguida, a aceleração iria crescer tanto que iria sobrecarregar os efeitos das forças que mantêm os átomos unidos, e tudo seria arrancado aos pedaços.

Se Ω = 1, o universo seria plano, estendendo-se como um plano infinito em todas as direções. Se não houver energia escura, o universo se expandiria para sempre, mas a uma taxa de desaceleração contínua, aproximando-se de um impasse. Se houver energia escura, o universo plano em última instância iria experimentar a expansão levando também ao Big Rip.

 

A teoria das cordas está correta?

 

Como você deve saber, a física moderna é sustentada por dois pilares fundamentalmente distintos: a relatividade geral de Einstein e a mecânica quântica. Ambas as teorias foram provadas corretas, porém são completamente incompatíveis entre si. A relatividade explica o mundo do muito grande: a gravidade, planetas, estrelas, galáxias, etc. A mecânica quântica explica o mundo do muito pequeno – as partículas subatômicas que fundamentalmente formam tudo no universo e as forças fundamentais. Quando colocamos as duas teorias para explicar alguma coisa, como o interior dos buracos negros ou o início do universo (muita massa comprimida em um pequeno espaço), o resultado é catastrófico. Como alternativa, um conjunto de físicos vem trabalhando durante anos para chegar a uma teoria que concilie esses dois pilares. Diversas ideias foram levantadas e o mais próximo que os físicos chegaram da chamada “Teoria do Tudo” é a chamada Teoria das Cordas. O problema é que a teoria das cordas exige a existência de 10 dimensões espaciais e uma dimensão de tempo. Essas dimensões extras estariam compactadas e seriam do tamanho de um bilionésimo de trilionésimo do tamanho de um núcleo atômico. Além disso, a teoria das cordas pressupõe que as partículas fundamentais são formadas de unidades ainda mais fundamentais, as chamadas cordas, que, conforme vibram, determinam a característica de cada partícula. Só que até agora os físicos não encontraram nenhum modo prático de testar essa teoria para que ela possa ser confirmada ou descartada.

 

Existe ordem no caos?

 

Os físicos não conseguem resolver exatamente o conjunto de equações que descreve o comportamento dos fluidos, da água ao ar a todos os outros líquidos e gases.

De fato, não se sabe se existe uma solução geral para as chamadas equações de Navier-Stokes. Como consequência, a natureza do caos não é bem compreendida.

Físicos e matemáticos se perguntam: o tempo é meramente difícil de prever, ou inerentemente imprevisível? A turbulência transcende a descrição matemática, ou tudo faz sentido se for abordado com a matemática correta?

 

O que acontece dentro de um buraco negro?

 

O que acontece com as informações de um objeto se ele é sugado por um buraco negro? De acordo com as teorias atuais, não há maneira de recuperar qualquer uma delas.

Isso é porque a gravidade de um buraco negro é tão forte que sua velocidade de escape é mais rápida do que a luz – e a luz é a coisa mais rápida que existe. No entanto, a mecânica quântica diz que a informação quântica não pode ser destruída.

A informação quântica é um pouco diferente da informação que armazenamos como 1s e 0s em um computador, ou os dados em nossos cérebros. Isso porque as teorias quânticas não fornecem informações exatas sobre, por exemplo, a localização de um objeto, e então não podemos calculá-la da mesma maneira que podemos calcular a trajetória de uma bola de beisebol com a mecânica.

Em vez disso, essas teorias revelam o local mais provável ou o resultado mais provável de alguma ação. Como consequência, todas as probabilidades de vários eventos devem somar 1, ou 100%. Se você sabe como um sistema termina, pode calcular como ele começou.

Para descrever um buraco negro, tudo que você precisa é massa, momento angular e carga. Nada sai de um buraco negro, exceto por uma lenta liberação de radiação térmica chamada de radiação Hawking. Até onde sabemos, não há nenhuma maneira de fazer o cálculo reverso para entender o que o buraco negro realmente devorou. A informação é destruída. No entanto, a teoria quântica diz que a informação não pode estar completamente fora de alcance. Aí reside o “paradoxo da informação”.

Stephen Hawking e Stephen Perry notavelmente sugeriram em 2015 que, ao invés de ficar armazenada dentro das garras profundas de um buraco negro, a informação permanece em seu limite, chamado de horizonte de eventos. Muitos outros cientistas já tentaram resolver o paradoxo, mas, até agora, os físicos não podem concordar com uma explicação.

 

As forças do universo se fundem em uma só?

 

O universo experimenta quatro forças fundamentais: eletromagnetismo, força nuclear forte, força nuclear fraca e gravidade. Até agora, os físicos sabem que se você aumentar a energia o suficiente – por exemplo, dentro de um acelerador de partículas – essas forças se “unificam”.

Os físicos já conseguirem ver a força eletromagnética e a nuclear fraca se unificarem. Em energias mais elevadas, a mesma coisa deveria acontecer com a força nuclear forte e, eventualmente, com a gravidade.

Mas, até agora, nenhum acelerador de partículas atingiu energias suficientemente elevadas para unificar a força forte com o eletromagnetismo e a fraca. A inclusão da gravidade significaria ainda mais energia.

Não está claro se os cientistas poderiam um dia construir tal máquina tão poderosa; o Grande Colisor de Hádrons (LHC), perto de Genebra, pode fazer partículas se chocarem com energias nos trilhões de elétrons-volts. Para alcançar a energia de unificação, as partículas precisariam se chocar a pelo menos um trilhão de vezes mais potência.

Há também a possibilidade de que isso não dependa de um acelerador de partículas suficientemente potente – os físicos podem apenas estar errados sobre como o universo funciona.

 


E existe muitos mais mistérios que a física ainda não explicou. Quer saber de mais mistérios? Deixe seu comentário que faremos mais listas como essa!

 

 

Fonte: Livescience.com

Posted by Paloma

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