Atualizando a descrição do blog: Tive a intenção de criar este blog para divulgar conceitos, fatos históricos, curiosidades e outros temas sobre a grande ciência física. Existem muitos outros blogs sobre o assunto, mas a minha intenção principal é tentar escrever sobre assuntos de física vistos na graduação ou de pesquisa física para o público geral. Minhas ideias sobre temas para as colunas surgem de textos e artigos que vou lendo ao longo do meu trabalho acadêmico. Discussões são sempre bem vindas!
Abraço a todos!

terça-feira, 31 de janeiro de 2012

Conceito de Tempo




Na física, existem muitos temas que podem gerar discussões fervorosas, sem ser necessário usar algum formalismo matemático. Um dos temas que adormece nas mentes dos físicos mais teóricos é o caso de o tempo sempre avançar, nunca retroceder. De maneira rígida, se define o tempo em física como o intervalo entre dois acontecimentos quaisquer. Tais acontecimentos, por mera observação do cotidiano, possuem uma ordem especifica para ocorrer, ou seja, alguns fenômenos acontecem de maneira espontânea para um sentido do tempo, porém não ocorrem da mesma forma no sentido inverso do tempo.

            Em nosso dia-a-dia, com grandezas que estamos acostumados a lidar, como velocidades muito menores que a velocidade da luz, massas muito maiores que a massa de um elétron ou um próton, o tempo assume invariavelmente um sentido único, o sentido do presente para o futuro. Com tais características, os físicos definem este mundo de mundo clássico. Este é mundo onde vivemos e o mundo que foi usado durante milênios para construir idéias, pensamentos e formular teorias que explicassem experimentos conhecidos até então. Foi nesse contexto que Galileu, Newton, e muitos outros cientistas construíram suas teorias em especial sobre mecânica e termodinâmica. Para Newton, por exemplo, o tempo era algo absoluto, totalmente independente do problema abordado e de qualquer escala utilizada no problema.

            No entanto, o século passado mostrou a necessidade de se construir novas teorias que fossem capazes de explicar os mais recentes resultados experimentais, resultados estes que o conhecimento construído com base em nosso mundo acessível não era capaz de explicar. Podemos dizer que o fato de se querer explicar como a luz viajava entre o Sol e a Terra foi o motivo que se levou a construir a Teoria da Relatividade Especial, teoria que afirma que as equações que eram usadas em escalas de velocidades conhecidas entre nós não eram válidas quando tal velocidade se aproximava da velocidade da luz, a velocidade máxima permitida para qualquer objeto. Paralelamente a isso, Planck também notou que as equações da termodinâmica clássica não podiam explicar os resultados experimentais de quando se mede a radiação emitida por um corpo aquecido. Desse problema, surgiram as primeiras idéias que levariam a nova mecânica, a mecânica do muito pequeno, chamada mecânica quântica.

            Vemos então que nosso Universo, o Universo em que vivemos, não é um caso geral, e sim um caso muito particular de sistema que pode ser tratado com leis, teorias e idéias muito limitadas. O mais interessante, porém, está no fato do conceito de tempo, e no que se chama “flecha do tempo”. Em nosso dia-a-dia, presenciamos apenas a “flecha do tempo” no sentido positivo, ou seja, os fatos ocorrem do passado para o futuro, passando é claro pelo presente. Nas teorias construídas para explicar outras porções do mesmo Universo, a porção em que as velocidades são próximas à velocidade da luz e a porção em que massas e distâncias são muito pequenas quando comparadas com as que podem ser medidas, o conceito de tempo como o conhecemos perde totalmente o sentido, inclusive a unicidade do sentido da “flecha do tempo”. É sobre esse tema que tratarei nos próximos textos, abordando a questão da irreversibilidade de certos experimentos e a questão da “flecha do tempo”, presente na segunda Lei de Newton.

sábado, 7 de janeiro de 2012

Ondas Gravitacionais – parte 3





Como já vimos, as ondas gravitacionais, previstas pela teoria da relatividade geral de Einstein, são análogas às ondas eletromagnéticas, da teoria eletromagnética clássica. Vimos também que tais ondas são geradas quando uma quantidade muito grande de massa, ou matéria, é oscilada ou colocada em um movimento acelerado. Por fim, mostramos que a detecção de ondas gravitacionais é impossível hoje em dia, devido à característica muito fraca da interação gravitacional, quando comparada com as outras interações físicas, como a eletromagnética. Nesta última parte sobre ondas gravitacionais, vamos tentar entender uma outra fonte de ondas gravitacionais, uma fonte que teoricamente nos permite ter acesso aos primeiros momentos após o Big Bang.

            Durante os primeiros estágios de evolução do universo, este passou por um período de expansão muito rápida, chamado de período inflacionário. Neste período, toda massa ainda estava concentrada em uma pequena região do espaço, ocasionando assim uma alta densidade de matéria. Com a expansão muito acelerada do universo, ondas gravitacionais foram então geradas. Estas ondas, por terem sido geradas nos primeiros estágios de evolução do universo, recebem o nome de ondas gravitacionais primordiais.

            Após ter terminado o período inflacionário, o universo passou a se expandir de maneira normal. Por outro lado, as ondas gravitacionais primordiais geradas passaram-se então a se propagar ao longo do espaço. Essas ondas, assim como qualquer outra onda gravitacional, interagem muito fracamente com a matéria, o que permite a ela carregar toda sua informação original sem alteração ao longo do espaço-tempo. Essa característica especial permite aos físicos, ao menos teoricamente, que estudem os primeiros momentos do universo através das ondas gravitacionais primordiais, uma vez que elas carregam informações sobre o período inflacionário. Com isso, do mesmo modo que a detecção da radiação cósmica de fundo permitiu que os cientistas “observassem” o universo aos 300.000 anos de idade, a detecção de ondas gravitacionais primordiais seria tão surpreendente quanto, uma vez que iria nos permitir “olhar” para os primeiros estágios do universo. Uma detecção direta dessas ondas seria útil também para testar vários modelos inflacionários existentes e, além disso, verificar os valores de algumas constantes fundamentais em física.           

            As ondas gravitacionais primordiais são de grande importância em física teórica e em cosmologia, pelos aspectos descritos acima. Embora uma detecção direta seja atualmente impossível, esperanças existem para um futuro a médio e longo prazo. De fato, é certo que a esperança se resguarda mais devido ao caráter teórico do que experimental, uma vez que estamos ainda muito longe de poder medir uma onda gravitacional diretamente. Apesar disso, o caráter ondulatório da gravitação e o grande sucesso da relatividade até o momento é um grande refugio para os que tem convicções de que tais ondas serão detectadas algum dia.