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!

quarta-feira, 26 de dezembro de 2012

O Princípio Cosmológico




Nos últimos cem anos, a cosmologia obteve diversos e significativos avanços em direção a tentar compreender melhor a evolução do nosso universo. Neste contexto, os avanços teóricos foram muito maiores do que os avanços experimentais. Um dos motivos é que, para estudar os momentos iniciais de evolução do universo, uma quantidade enorme de energia é necessária para reproduzir os cenários imediatamente após o Big Bang. A quantidade de energia disponível hoje para ser usada em um acelerador de partículas é imensamente menor do que a necessária. Deste modo, tendo a relatividade geral provado sua importância como ferramenta a ser usada, é óbvio que a física teórica pôde avançar muito além dos experimentos. Entretanto, muitos modelos físicos ainda precisam da validação ou reprovação, e isso apenas se faz com métodos experimentais.

Por causa da imensidão do nosso universo observável, é natural que, em cosmologia, se façam alguma hipóteses e aproximações. Assim, uma hipótese importante é de que, em grandes escalas de distância, nosso universo universo é isotrópico e homogêneo. Por isotrópico entende-se que as características do universo são independentes da direção de observação escolhida. Já homogêneo quer dizer que a distribuição de matéria se dá, em grande escalas, de maneira aproximadamente uniforme. A principal aproximação é que de a relatividade geral, provada com sucesso em escalas astrofísicas, seja também válida em escalas cosmológicas, tanto de espaço quanto de tempo. Aquela hipótese e a aproximação formam o chamado Princípio Cosmológico, algo muito importante para a construção do modelo cosmológico padrão atual.

Como já dito, experimentos para compreender nosso universo primordial, como é chamado o universo imediatamente após o Big Bang, são atualmente incapazes de serem realizados. Entretanto, medidas indiretas (como a radiação cósmica de fundo) são possíveis de serem feitas a fim de verificar a validade de uma certa teoria ou parte dela. Essas medidas são de grande importância para a cosmologia atual. De fato, atualmente muitos sistemas de detecção direta de sinais chamados "relíquias", do universo primordial, não são sensíveis o suficiente para captar dados, sendo que a maioria dos dados obtidos dessa época do universo segue de medidas indiretas.

Abraço a todos!

quarta-feira, 19 de dezembro de 2012

Perspectivas

Matéria escura, energia escura e inflação...as duas primeiras coisas, de tanto não sabermos do que se trata, agora os físicos estão questionando sobre sua existência, argumentando supostas alterações em leis ditas fundamentais na física; Quanto a terceira, observações tem mostrado que seria muito mais provável um universo como o nosso surgir sem um período inflacionário do que através de um. É provável que venham muitas mudanças pela frente!

Abraço a todos!

terça-feira, 18 de dezembro de 2012

Entropia e estados possíveis

Dentre as diversas áreas da física, certamente a termodinâmica é uma das que menos sofreu alterações nos últimos tempos. Claro que alguns tópicos da termodinâmica sofreram alterações pontuais para serem aplicados em problemas também específicos, mas em termos gerais, os conceitos básicos da termodinâmica mantiveram-se inalterados perante mudanças radicais causadas pela mecânica quântica e a teoria da relatividade. Essa característica se deve principalmente pelo fato de que a termodinâmica foi desenvolvida com base em dados puramente empíricos. 
A primeira lei da termodinâmica afirma que a energia de um sistema físico isolado se conserva. Por sistema físico isolado entendemos qualquer sistema que não interage trocando energia com o resto do meio ambiente. Já a segunda lei diz que a Entropia de um sistema isolado não se altera se ele realiza um processo reversível, e aumenta se ele realiza um processo irreversível. Em termos gerais, um processo reversível é qualquer processo no qual através de pequenas alterações no sistema físico, é possível voltar ao estado inicial. Já um processo irreversível não permite isso. O que seria então a entropia? Uma maneira simples de entender a entropia sem entrar em equações e fórmulas e dizer que a entropia mede nada mais que o grau de desordem de um sistema físico isolado. Se o sistema possui baixa entropia, então ele está em um nível elevado de organização; já se sua entropia é alta, então há muita desordem entre os constituintes deste sistema físico.


Vamos dar um exemplo. Suponha que nosso sistema físico seja uma xícara com café, colocada em cima de uma mesa. Temos a energia potencial gravitacional, devido ao fato da xícara estar a uma altura x do chão, temos a energia de ligação das moléculas na xícara e também no café. Está claro que todo conteúdo do café está contido na xícara, e por isso podemos afirmar que existe uma quantidade A de configurações possíveis que irá resultar no nosso sistema físico xícara+café sobre a mesa. Se agora, derrubarmos a xícara no chão, veremos que ela se quebra em diversos pedaços, além de o café agora se espalhar por boa parte do chão. A energia potencial gravitacional foi transformada em energia cinética; entretanto, uma vez que a quantidade de café não mais está limitada ao volume da xícara, logo notamos que existe uma quantidade B de configurações no qual o café pode se espalhar pelo chão. Além disso, o número de configurações possíveis no qual as moléculas da xícara podem se arranjar agora é muito maior do que quando ela estava inteira. Deste modo, vemos rapidamente que B é muito maior que A. Dizemos que a entropia do sistema xícara+café é agora muito maior. Logo, o valor da entropia é proporcional ao número de estados possíveis do respectivo sistema físico.
Para finalizar, vamos dar outro exemplo, que servirá para uma próxima discussão tentando relacionar entropia e o fluxo de tempo. O modelo padrão cosmológico assume que num dado momento, toda energia do universo estava concentrada em um único ponto e que toda essa energia começou a se expandir, formando nosso universo atual. Portanto, existem muito mais maneiras possíveis de se arranjar nosso universo hoje do que no momento inicial do Big Bang (quando toda energia estava fortemente compactada), segundo a lógica do exemplo anterior. Logo, hoje a entropia do universo como um todo é muito maior do que antes, e de acordo com os dados observacionais, continua a aumentar.
Espero ter introduzido o conceito de entropia como a quantidade de estados possíveis em que um sistema físico pode para uma energia fixa. Tentaremos a seguir conectar isso ao conceito de fluxo de tempo.