“A verdade não é imóvel, mas sim… histórica… a maioria do que para nós vale como verdade a priori – tem caráter relativo – e depende do contexto – sempre refletindo,          segundo as condições do observador…novo modo de ver o mundo – em movimento.  Conhecer, portanto…é sob todas as circunstâncias – um designar, ou seja, tornar-se consciente das condições – e não, uma mera sondagem sobre a essência das coisas”.        (W. Stegmaier – “Do Pensamento de Nietzsche”)

Mario Novello – ‘CBPF’

Num seminário à moda antiga no auditório do Instituto de Astronomia, Geofísica…e Ciências Atmosféricas (‘IAG/USP’) – Mário Novello rabiscava furiosamente complicadas equações, cheias de letras gregas, dentro do retângulo de um ‘quadro branco’; ao fim da exposição disse:

“Então, para terminar… como eu sei        que astrônomos gostam de números, vou deixar um para vocês … 10¹²º“.

Esse nº gigantesco … segundo Novello,    representa a coisa que existe em maior quantidade no Universo… ‘grávitons‘.

Dez elevado a cento e vinte – em notação científica, fica mais elegante…mas, nem por isso menos absurdo…É apenas uma forma econômica de escrever “1” seguido por 120 “zeros“. Ao atribuir esse “nº astronômico” ao gráviton, Novello, em 1º lugar, propõe uma solução a um mistério – que o renomado físico Steven Weinberg – chamou de… “quebra-cabeça“.

BÓSONS – Partículas de spin inteiro, que não obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, e sim à estatística de Bose-Einstein, segundo a qual não existe limite para o nº de partículas que podem ter o mesmo momentum. São responsáveis pelo transporte das interações. O fóton, que transporta a força eletromagnética, é um bóson de massa nula, com interação de longo alcance. Os glúons, que transportam a força forte, são massivos e dotados de um nº quântico denominado cor – a interação forte é de curto alcance. Os bósons W transportam a força fraca, e sendo massivos, esta interação é também de curto alcance. O gráviton (ainda não detetado), é um bóson de massa nula, interagente gravitacional.

Em 2º, afirma que o gráviton, partícula associada à “força da gravidade”…possui massa. Uma afirmação audaciosa, sobre algo que os físicos … na verdade … ainda nem podem dizer… se – de fato … existe.

Aqui entra o conflito entre a relatividade geral, e a mecânica quântica, as 2 teorias fundamentais da “física contemporânea”.  A 1ª só diz respeito à gravitação, vista como “fenômeno geométrico”…derivado das características do “espaço-tempo“.  A 2ª abarca as 3 outras “forças naturais” que mantêm “núcleos atômicos” coesos, explicando os ‘processos radioativos’…e também… os “efeitos eletromagnéticos”.

Para a mecânica quântica… as forças são carregadas por partículas… Por exemplo, as ‘eletromagnéticas‘ são transmitidas por ‘fótons’, mínimos pacotes de energia, também chamados… “partículas de luz“.

A ideia do gráviton é justamente uma tentativa de conformar a gravidade ao esquema de mundo da mecânica quântica – esforço importante para entender objetos em que, tanto efeitos gravitacionais como quânticos são importantes – por exemplo… ‘buracos negros’.  Novello admite que a ‘relatividade geral’ (1915) não dá muito espaço ao gráviton em suas equações. Então, ele decidiu trabalhar com uma 2ª versão da teoria…elaborada em 1917.

Quando Einstein…em 1916, aplicou suas equações – ao universo inteiro…chegou à conclusão de que estas…só  representariam ao cosmos: ou expansão, ou contração.

Porém, isso não se ajustava com a visão que tinha do Universo – pois, para ele, o mundo era infinito e estático. Então, “reformulou” a relatividade… incluindo mais uma letra nas equações… – lambda – também conhecido por ‘constante cosmológica‘. Entretanto, em 1929, o astrônomo Edwin Hubble descobriu por observação, que as galáxias estavam todas se afastando umas das outras a grande velocidade, o que indicava um universo em expansão. – Einstein então, surpreendido por não acreditar na própria teoria; quando a concluiu pela 1ª vez (em 1915), repudiou a alteração de 1917…como o… “seu maior erro”.

Mas ideias einsteinianas teimam em não morrer, mesmo quando negadas pelo seu criador. E a formulação de 1917 foi várias vezes ressuscitada para explicar problemas cosmológicos. Houve quem a usasse para esclarecer detalhes da ‘inflação’ – período inicial do Universo em que sua expansão se deu mais rápido do que o possível… – em circunstâncias normais.  A “ressurreição” mais popular hoje de lambda é usada para explicar a energia escura… misteriosa força que faz o universo se expandir… – em ritmo acelerado. Novello apresenta outra situação em que a “constante cosmológica” pode ser aplicada… – Segundo ele… “lambda pode – perfeitamente – representar o valor da… massa do gráviton“.

Na teoria de 1915, lambda não existia, e todas as interpretações possíveis do gráviton a partir dela indicam uma massa zero. Mas, caso as equações de 1917 sejam as corretas… a massa do gráviton é diferente de zero; como afirmou Novello: “É um valor muito pequeno, mas ainda assim não-nulo”.

Essa conclusão, publicada pelo físico num artigo na revista científica “Classical and Quantum Gravity” – despertou a atenção da comunidade científica…como um dos trabalhos mais lidos…à época. – Agora, o físico brasileiro…que trabalha  no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas,  CBPF/RJ, acaba de dar um passo além… nesse esforço teórico. Em estudo ainda não publicado, associou um número, que Weinberg chamou de quebra-cabeça da constante cosmológica,    à hipótese dos grávitons com massa…Como diz Novello: “Weinberg chegou a esse número, que é uma razão entre 2 quantidades muito específicas na…‘teoria de campos‘, e ele achou…que esse número representaria alguma coisa real, com uma existência física. Todavia…ele não tinha a menor ideia do que era”.

Para o pesquisador brasileiro, esse número, 10¹²⁰, representa o número total de grávitons no Universo observável… – Caso suas conclusões sejam verdadeiras, grávitons são a coisa mais abundante existente em todo Cosmos… — Para que se tenha uma ideia… – os físicos estimam a quantidade de fótons em 10⁸⁰. – Em contraste … grávitons seriam cerca de 100 trilhões de bilhões de bilhões de bilhões (10⁴⁰) de vezes mais numerosos que “fótons”.

‘Texto base’  (abr/2005) ilustração: I Symposium ‘Mario Novello On Bouncing Models’  ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

‘Modelos põem em xeque necessidade científica de um início para o Universo‘  Poderá, aos físicos, o nascimento de um Universo ser considerado…’ocorrência ordinária’?

Quando se fala da origem do Universo, são poucos os que hesitam em dizer que ele surgiu numa grande explosão… há pouco mais de 13 bilhões de anos… e tem se expandido, desde então. – Mario Novello porém, recomenda cautela aos apressados. Talvez a questão esteja longe de ter uma resposta. O físico brasileiro apresentou suas ideias alternativas em uma conferência na Universidade Estadual do Rio de Janeiro (Uerj)… na 10ª ‘Reunião Marcel Grossmann’…de “Relatividade Geral“… – um dos principais eventos do tipo no mundo.

Até a pouco tempo atrás seria impensável imaginar que essa conferência, que desde 1975 reúne mais de 500 físicos relativistas no “Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas” (CBPF), situado no Rio de Janeiro fosse servir de abrigo a hipóteses contrárias ao Big Bang. Mas, de uns tempos para cá o cenário da cosmologia mudou muito — como diz o pesquisador:

“Há menos de 5 anos…isso seria um escândalo – e agora já é                          um tema convencional. Teremos uma sessão paralela… e até                            uma plenária, sobre essa tão polêmica questão cosmológica.”

A disputa tem precedência histórica. Em 1900, por exemplo…o célebre cientista britânico Lorde Kelvin apontou que o século 20 teria apenas ‘2 nuvens‘ no horizonte da física…uma  relacionada à ‘teoria do calor’ (termodinâmica)… e outra… à ‘propagação da luz’… Desses detalhes, nasceram a mecânica quântica e a relatividade…que revolucionaram a ciência, e deixaram o ‘céu de Kelvin‘ bem mais nebuloso. A ‘relatividade‘ por sua vez, gerou a teoria do Big Bang…hipótese que postula a partir do movimento expansivo do cosmos, que toda a matéria e energia já estiveram num instante passado reunidas num ponto infinitamente denso (‘singularidade‘)…no qual leis físicas distintas das conhecidas poderiam ocorrer. Antes disso não havia nem mesmo espaço, tempo ou leis físicas… – o que torna a questão do…’que veio antes‘, um “problema insondável“… – e incômodo para muitos físicos.

Na década de 1940, o físico George Gamow formalizou a teoria do ‘Big Bang’ prevendo a existência de um ‘eco detetável‘ desse evento – uma “radiação cósmica de fundo“.

Captada pela 1ª vez em 1965, ela é hoje considerada – como uma das mais fortes evidências…a favor da hipótese do universo – com início.

Mas, nem a versão de Gamow, nem posteriores atualizações puderam eliminar o paradoxo… ‘Como estudar um evento, que não respeita leis           da física… — instrumento básico … com o qual se pretende estudá-lo?’

Um pioneiro de uma ‘contra-reforma’ foi o britânico Fred Hoyle, que em 1948, propôs um modelo de ‘Universo estacionário’ (e “quase-estacionário” em 1993). E, no final da última década do século XX… o quadro de variáveis se ampliou… – com o surgimento de 2 novas incógnitas…energia escura, e matéria escura; elementos misteriosos que, aparentemente, respondem por até 95% de tudo que existe no Universo … como assim comentou Novello:

“Creio ser possível afirmar que a ideia de um início singular…’explosivo’ do Universo…determinando os limites nos quais a investigação científica deve ser interrompida, parece ser hoje menos atraente do que outras propostas”.

A ideia de aceitar condições iniciais não controláveis por leis físicas acessíveis — foi posta de lado. Em seu lugar, o físico aposta em modelos que apresentam o Universo sempre em processos de contração ou expansão, regidos por leis físicas tangíveis; mas sem um início ou fim definidos…E um sucesso recente de ideias como essa veio no ano passado, quando Paul Steinhardt da ‘Princeton University‘, propôs um modelo de universo cíclico que não só elimina o início ‘fiat lux‘, como também inclui a ‘energia escura‘ na evolução cósmica.

O próprio Novello já desenvolve um cenário de universo dinâmico e eterno no CBPF há 2 décadas, usando a relatividade, para sondar passado e futuro cósmicos… E, conforme outras ‘nuvens de Kelvin‘ emergem na física do século 21 – o debate deve ganhar novos contornos. De toda forma…a origem do Universo ainda deve permanecer…por um bom tempo na lista de…”mistérios a resolver”. (conferência no RJ…julho/2003) (texto base)  *********************************************************************************

Utopias científicas (Mario Novello)                                                                                                O formalismo com que descrevemos “leis físicas”…pode mudar em função da natureza humana, porém o objetivo final da ciência é atingir o cerne da lei e obter sua descrição completa…um objetivo que de tempos em tempos os cientistas pensam ter conseguido, para mais adiante se conscientizarem, de que novos fenômenos, até então, totalmente despercebidos, impõem – na prática…novas alterações em suas convencionais teorias.        A ‘contradição’ geralmente evocada entre ciência e utopia…não deveria ser vista como uma verdade isenta de críticas. A partir de exemplos cotidianos, ela se consolidou, por inércia, em certos discursos…Afirma-se que é utópico desejar a juventude eterna, bem como que um sonho não termine – desejos irrealizáveis, por violarem leis da natureza.

(“Blue Round”. Paloma Carvalho, 2015)

É possível ainda reconhecer utopias mais brandas, aquelas que… – mesmo não violando leis naturais, afastam-se da convenção dominante na sociedade, pela qual deve-se aceitar uma definição ‘universal’ e única da realidade…Essas são utopias da ‘ordem humana’, entendidas como um ideal de sociedade  a ser perseguido…e, com maior ou menor sucesso, realizado. Mas, existem também outras formas de utopia – incluindo configurações organizadas nos cânones científicos…Alguns desses exemplos, que satisfazem ‘leis físicas convencionais‘, constituem estruturas consideradas “irrealizáveis“…tal como processos que violam alguma destas ‘leis naturais’.

Ao longo do século 20…os físicos construíram modelos teóricos para a interpretação dos fenômenos…que permitem o desabrochar de configurações extraordinárias, inesperadas, algumas até mesmo fantasiosas, impossíveis de serem observadas no cotidiano. Embora organizadas no interior da… prática científica… — estas teorias exibem propriedades tão singulares…tão incomuns… que foram colocadas à margem do discurso convencional da ciência – como se fossem impossibilidades formais – o que… em verdade … elas não são.

Curiosamente, algumas dessas configurações povoam há muito o imaginário popular…como, por exemplo, a construção formal de              caminhos que levam ao passado, além de complexas formulações representando o universo como um átomo de um universo maior.

Essas formas são entendidas como utopias controladas, isto é, processos admitidos no esquema convencional da ciência – identificados como exemplos de…configurações de difícil realização…que, muito embora descritas no interior de teorias cientificas aceitas, produzem imagens conflitantes…não só com o senso-comum… – como também com o establishment cientifico…Como consequência, elas são colocadas no limbo, à parte das afirmações cientificas usuais. Mas, como a teoria que sustenta tais processos, as aceita totalmente como verdades, tornam-se parte integrante do mundo descrito pela ciência.

H. G. Wells é conhecido como o pai da ficção científica e escreveu livros que foram exaustivamente adaptados para o cinema devido à sua originalidade na descrição de  utopias ou distopias. Neste livro, lançado originalmente em 1905, dois viajantes ingleses descobrem um mundo alternativo governado como uma utopia pós-moderna’ (‘Obra’ ainda inédita no Brasil e Portugal).

Utopias controladas (Gödel, Markov e Tolman)

A “teoria da relatividade” de Poincaré e Einstein, a “teoria quântica”… de Schrodinger e Heisenberg, a ‘dinâmica expansionista’ do universo de Friedman e Hoyle, são alguns exemplos conhecidos, e que já fazem parte do ‘imaginário popular‘…construído a partir da ‘visão autoritária’ da ciência…No interior dessas teorias — há processos descritos que fazem surgir tais estruturas…que levam a imaginação…a empreender voos tão estranhos, quanto os sonhos mais esdrúxulos de Joseph K. São esses exemplos que costumamos denominar ‘utopias controladas’.

Uma característica comum de reação…a estas tais configurações extraordinárias é sua obsolescência pela comunidade científica, bem como a repulsa a considerá-las como temas convencionais…mesmo sendo essas propostas…consequências formais de teorias bem aceitas…De maneira contrária ao que costumava ocorrer no passado, todos aqueles que hoje se dedicam ao exame dessas ‘propostas’, não são excomungados, como Galileu – muito menos, colocados em fogueiras, como — Giordano Bruno.

Nos tempos atuais, na sociedade do espetáculo que vivemos, eles recebem um castigo maior, qual seja: são ostensivamente ignorados pelo establishment. Elimina-se assim, qualquer referência a esses projetos, a não ser em mínimas notas de pé-de-página em alguns poucos textos técnicos. Ou, até associados a fantasias delirantes, apresentadas como configurações heréticas, no limiar de irracionalismos…Aqui, nos limitaremos a considerar 3 dessas… – ‘utopias controladas’… – que pertencem ao domínio da ‘ação gravitacional’… – descritos pela teoria da “relatividade geral” de Einstein… – a saber:

• Estrutura causal em geometrias com curvas temporalmente fechadas (Gödel);
• Ciclos de evolução do universo (Tolman);
• Extensões analíticas para fora do universo (Markov).

O que essas configurações têm em comum?… – Primeiramente podemos afirmar que produzem desconforto formal…pois embora se apoiem em conceitos convencionais e teorias bem aceitas, elas tratam de exemplos que povoam a imaginação popular onde então se identificam a processos fantasiosos — como fosse impossível de se tornarem      parte integrante da ciência…mesmo solidamente apoiados em saberes da física atual.  Todavia, antes de tratarmos da descrição desses cenários científicos…um comentário      sobre a estrutura das leis físicas se faz necessário. Desde sempre…cientistas se viram            às voltas com as propriedades da “lei física“…que controla os fenômenos da natureza,          e embora sua forma possa variar – segundo o grau analítico de conhecimento obtido,      sua estrutura rígida… inabalável… – determina as configurações possíveis no mundo.

Ao longo do século 20 foi se acumulando evidências de um tipo de variação mais dramático, ao se reconhecer que essas leis não são as mesmas em todo o cosmos,          podendo variar com sua localização espacial e/ou temporal. – Num 1º momento,              tal variabilidade das leis apareceu como uma fantasia especulatória de cientistas renomados…assim como Dirac, Lattes, Hoyle e outros – que podiam se permitir interpretações pouco comum de alguns fenômenos — induzindo à possibilidade,                de tratar leis físicas como variáveis. – Essas análises… é bom que se diga, nunca            foram de agrado do…“establishment”, mas não eram tratadas com repulsa total.

Aos poucos, no entanto, diversas propriedades mereceram interpretação tão distinta      das convencionais, que a propriedade de variação das leis físicas em distintas regiões        do universo tornou-se importante área de investigação. Alertados dessa dependência cósmica das leis físicas, projetando a natureza histórica das próprias leis da natureza, independentemente de sua… “formulação científica”… podemos então empreender a tarefa de examinar os 3 exemplos de…“utopias controladas“…anteriormente citados:

• Utopia causal ou a volta ao passado;
• Utopia Gulliveriana (nosso universo como um átomo de um universo maior)
• Utopia dos vários ciclos pelos quais o universo passou.

CONE DE LUZ PARA UMA CTC

a) Utopia causal… ou, a volta ao passado  Uma curva temporal fechada (Closed Timelike Curve) é uma rota em loop que se conecta nela mesma…indo à frente, e retornando no tempo. 

O exemplo mais marcante de que propriedades da física local…na Terra… – e suas vizinhanças, podem não ser válidas globalmente nos confins do Universo … foi apresentado em 1949 — pelo matemático Kurt Gödel. – Em uma conferência em homenagem a seu amigo A. Einstein, Gödel apresenta um modelo de Universo — pelo qual, embora o ‘principio causal‘ seja válido em cada ponto desse universo, ele não vale globalmente.

Uma CTC pode se basear num buraco de minhoca no espaço-tempo,          por exemplo, que conecta… – um lugar e uma época no futuro, com          outro ponto… – no mesmo lugar… – em alguma época no passado.

Localmente, a existência de um limite máximo de propagação de informação identificado com a velocidade da luz permite construir configurações tipo ‘cones’ numa representação espaço-temporal, de tal modo que a luz se propaga sobre esses cones – e, toda e qualquer forma de matéria e energia só pode se propagar no interior deles. Isso significa que, para cada observador no mundo, existe associado um cone no espaço-tempo, que determina a distinção passado-futuro deste observador, definindo assim qualquer “causalidade local”.  Contudo, a força gravitacional atuando sobre fótons – distorce a orientação desses cones.

O resultado mais notável, descrito por Gödel, se refere à possibilidade dessa deformação impedir a veracidade global da sentença…“ao caminhar para o futuro, afasto-me de meu passado”. – Essa sentença que para nós, em nosso cotidiano, é uma verdade sem dúvida, deixa de sê-la…globalmente. Com efeito, Godel mostrou que em certas configurações do campo gravitacional (que não são as de nossa vizinhança terrestre), ao caminhar para o futuro; estaria me aproximando de meu passado. Ou seja, como se a imagem mental do tempo como uma linha reta pudesse ser transformada na imagem mental de um círculo.

Gödel assim, mostrou que a ideia utópica de volta-ao-passado não conflita com a lei física que descreve os processos gravitacionais…Ao mesmo tempo…ele conseguiu pela primeira vez uma demonstração simples e convincente…da razão pela qual não é possível na Terra termos a experiência de — “volta-ao-passado”… Porque o campo gravitacional produzido pela Terra…com características diferentes da configuração descoberta por Godel…é fraco.

b) Utopia “Multiverso” (nosso universo como um átomo de um universo maior)

O universo é um sistema fechado?…Sim, é a resposta convencional e óbvia, desde sempre…No entanto, o físico russo M. A. Markov ensinou que pode não ser assim. A demonstração disso … é muito técnica para ser apresentada aqui, contudo uma descrição compacta…de como Markov a construiu…é possível. Ela se desenvolve em quatro etapas…todas elas associadas  a ‘processos gravitacionais’, controlados pela “Teoria da Gravitação“ de Einstein.

1º movimento: estudo do campo gravitacional … gerado por uma estrela – um corpo compacto em geral… – Na região externa ao corpo … tem-se a solução das equações da gravitação da Relatividade Geral… – elaborada por Schwarzschild. – Assintoticamente,        muito longe da estrela, a ação gravitacional evanesce e a geometria passa a ser descrita idealmente pela métrica plana…sem curvatura…do espaço-tempo vazio de Minkowski.

2º movimento: Diferentemente da situação anterior, na região externa desse campo gravitacional constrói-se uma modificação da solução de Schwarzschild, de modo que, muito longe da estrela – a ação gravitacional não desaparece… mas se transforma, e a geometria é descrita (mais realista que na configuração anterior)…pela métrica de um universo em evolução como na geometria de Friedman. Mas, e quanto ao seu interior?

3º movimento: ao interior da estrela é associada uma estrutura métrica representada por um universo tipo Friedman em evolução. – Esse interior é então acoplado de modo continuo à solução do exterior da estrela de Schwarzschild… conforme o 1º movimento.

4º movimento: Na estrutura anterior do 3º movimento – a geometria de Friedman se estende para fora, identificada com uma geometria de Schwarzschild, que por sua vez, é continuada noutra geometria, tipificando outro universo do tipo Friedman em evolução.

O resultado dessa complexa sequência de soluções exatas de equações da ‘relatividade      geral’, pode ser visualizado como o interior de um corpo integrando-se solidariamente        a um Universo maior. Essa construção que Markov organizou, pode assim ser descrita como se um grande conjunto de estrelas e galáxias, formando um elemento compacto, estivesse imerso numa configuração maior, constituindo o que chamaríamos…“super-universo“. Como se nosso universo fosse como um átomo de um universo mais amplo.

E se é assim, poderíamos imaginar ações entre esses átomos-universos de modo a permitir que leis físicas pudessem ser extrapoladas para essas configurações… – Identificado nosso universo como um átomo…elemento de um mundo quântico, complexas e extraordinárias configurações então se abririam. – Mas só teríamos suas informações, dentro dessa utopia.

evolução do universo, com bouncing, sem singularidade

c) Utopia dos “ciclos cósmicos”

Nos últimos anos, após ultrapassar a “avalanche midiática“ que pretendia identificar o chamado Big-Bang: um cenário de descrição do Universo em sua fase extremamente concentrada; com o “início-de-tudo”…cosmólogos voltaram a examinar ‘conceitos‘ dos anos 1930/1940…discorrendo sobre  a possibilidade teórica de ‘ciclos de expansão/colapso do Universo‘.

A ideia original, descrita pelo físico Richard Tolman, examinava a possibilidade de…além da atual fase de expansão do Universo – onde o volume espacial total cresce com o tempo cósmico, ter existido uma fase anterior de “contração“, onde esse volume teria diminuído. A dificuldade em aceitar tal configuração esbarrava na impossibilidade de se considerar a continuidade analítica entre fases de colapso e expansão. – A razão é que no momento de passagem de uma fase à outra, a estrutura métrica exibiria uma “singularidade”…fazendo com que toda forma de matéria/energia existente assumisse um valor infinito. Na prática,  isso significaria — que nenhum tipo de informação poderia passar de uma fase para outra. Por essa razão… o cenário proposto por Tolman – foi relegado pela comunidade científica.

Essa dificuldade só foi sanada pela configuração de universos sem singularidades possuindo ‘bouncing‘, isto é, exibindo soluções analíticas onde na fase de colapso gravitacional – o volume espacial do universo teria atingido um…”valor mínimo”, diferente de zero – para em seguida iniciar seu processo atual de expansão…Essa propriedade… – permitiria a passagem de informação… – entre uma fase e outra.

Superada a dificuldade maior do cenário bigbang, esses cenários cósmicos permitiram então o exame de configurações mais sofisticadas e complexas…onde mais de um ciclo “colapso-expansão” teria acontecido. – Novas questões técnicas apareceram…as quais        se tornaram matéria…de uma intensa investigação científica – que continua…até hoje.

“Manifesto Cósmico”                                                                                                                  “Na natureza, tudo que não é proibido de acontecer…Acontece”.

O que podemos concluir de tais inesperados exemplos pinçados em configurações físicas pouco conhecidas, mas, satisfazendo as ‘leis convencionais’ da ciência? … Cada um deles possui uma versão popular… o qualificando como utópica. Todavia… possuem descrição científica — constituindo processo aceitável, não contraditório — de um ‘saber científico’.

Chamamos de “utópicos“…esses exemplos,            porque constituem situações que se afastam                          do experimentado em nosso cotidiano como          idealizações que preenchem o desejo latente                    que persiste em explodir…”amarras do real“.

Voltar fisicamente ao passado, dentro do cenário descrito no espaço-tempo da ciência,    não é impossível de ocorrer em nosso Universo. No entanto, a impossibilidade factual      de concretizar essa viagem em minha experiência pessoal…segue qualificando-o como utópico. Isso porque…a utopia, de fato, não está na minha relação com a natureza das      leis físicas, mas sim, na resistência a pensar… para além de uma ação física no mundo.  Contudo, será que o aval da ciência a essas ‘utopias controladas’… mesmo chocando o “senso comum”…é capaz de retirar do utópico, sua própria condição de “irrealizável”?

Podemos comparar essas dificuldades, com situações semelhantes que ocorreram na história recente da física. – Por exemplo, o físico Wolfgang Pauli, há mais de 70 anos, sugeriu a existência de um novo componente do mundo microscópico, uma partícula elementar que chamou “neutrino” (pequeno neutron)… Sua proposta “salvava” leis físicas sólidas, como a “conservação da energia”…Porém, a possibilidade de observar partícula com propriedades tão evasivas, parecia à época (e para seu próprio criador) praticamente impossível. No entanto, nos tempos atuais, o neutrino é observado em inúmeras experiências terrestres e observações astronômicas. Nesse mesmo sentido:  “Como experimentar um buraco negro?”… perguntavam-se os físicos nos anos 1970, quando então…o estudo da evolução de estrelas massivas consolidou a possibilidade          da existência desses fantásticos corpos…heranças de estrelas instáveis…no Universo.

Hoje, inúmeros astrônomos tratam a observação de certas configurações localizadas como características convencionais de “buracos negros”… — Será que podemos então esperar que um mesmo destino ocorra com os exemplos, aqui anteriormente citados?

Nesse momento devemos retornar a Giordano Bruno, e à sua prefiguração utópica, segundo a qual…o cientista ao produzir uma nova leitura do universo, institui uma alternativa à relação do homem com o cosmos…que pode resultar em significativas mudanças na ordem social…E a “atividade cosmológica“ nos tempos atuais…leva à constatação de um caminho semelhante ao sugerido por Bruno, bem diante de nós;        não somente nas ideias que estendem seu território de ação…mas na elaboração de          uma ordem utópica de sociedade – capaz de gerar uma autocrítica transformadora.

O ‘Manifesto Cósmico‘ recentemente tornado público foi o 1º passo                  para uma análise do Universo…ultrapassando o tradicional modo                  de interpretar, por ‘complementaridade’, a dicotomia local/global.

Finalmente, devemos lembrar que a ciência, como toda atividade humana, não está isenta da contaminação política…Isso não é inesperado. O que é menos explicito, até mesmo nas análises metodológicas das atividades dos cientistas — é o reconhecimento de que tal fato, não se restringe a aspectos institucionais – mas aparece… sub-repticiamente – na prática cotidiana, como na orquestração de uma “ordem cósmica”. A física permite disfarçar essa relação e seus aspectos irracionais, pois possui uma ação na sociedade, que a isenta desse pecado – a tecnologia que lhe é associada…A cosmologia porém, exibe nitidamente como se passa do discurso de ‘natureza cientifica’, à uma visão ideologia de mundo. (texto base) ************************************************************************************

Grávitons… um mistério à parte                                                                                            No atual modelo padrão da ‘física de partículas’ ainda não foi possível                                ajustar a “gravidade” às outras 3 forças fundamentais. — A Teoria da                                Relatividade (de Einstein) só consegue explicá-la… em largas escalas.

No mais profundo abismo do espaço – a gravidade arrasta matéria para formar galáxias, estrelas, buracos negros e outras coisas do gênero…Apesar de sua infinita influência, no entanto…a gravidade é a mais fraca de todas forças do universo. – Esta fraqueza a torna também a mais misteriosa, pois é quase impossível medi-la em laboratório, embora seja facilmente detetável seus efeitos sobre planetas e estrelas. — A repulsão entre 2 prótons positivamente carregados, p/ex… é 10^36 vezes maior do que sua ‘atração gravitacional’.

As 4 interações fundamentais da Natureza e suas partículas elementares, inclusive o gráviton (G), que deve existir, mas ainda não foi detectado. ‘Partículas Elementares’

Para Mark Jackson…físico teórico (Fermilab):  “A Gravidade é totalmente diferente daquelas outras forças do ‘modelo padrão’. — Quando calculamos pequenas interações gravitacionais; encontramos respostas absurdas. A matemática…não funciona”. 

Os números podem não ajudar, mas há entre            os físicos uma ‘premonição‘…sobre o aspecto incognoscível da “gravidade”. – Supõem eles, minúsculas partículas chamadas ‘grávitons‘,  emanando dos ‘campos gravitacionais‘. Cada            bit hipotético…carrega consigo, todo pedaço            de matéria do Universo…tão rápido quanto a velocidade da luz permite. – Mas, sendo eles            tão comuns no universo, por que motivo não            foi ainda possível aos físicos … encontrá-los?

Xavier Siemens, teórico gravitacional da ‘Universidade de Wisconsin’/EUA, e membro do Laser ‘Interferometer Gravitational-Wave Observatory’ (LIGO), responde que a presença de gravidade como onda deve acontecer primeiro: “Classicamente, podemos medir ondas, e ondas se formam por partículas. Na busca por evidências ondulatórias da gravidade, ao detetar ondas gravitacionais…haveria razões para supor que grávitons realmente existem, e começar a procurá-los. – Este momento se parece com ‘ficção científica’…Teoricamente, devemos ser capazes de detetar grávitons individuais. Mas, ‘como’, é a grande questão”.

Como disse o cosmólogo da ‘Universidade de Chicago‘, Michael Turner: “Podemos detetar partículas sem massa, tais como fótons, muito bem, mas grávitons interagem muito pouco com a matéria”. Turner, porém…não é descrente acerca da ‘homérica‘ busca por gravitons. Para ele…“acabaremos enlaçando algumas dessas ‘partículas formadoras’…escondendo-se nas sombras de outras mais facilmente detetáveis…Na verdade, se trata realmente de uma questão tecnológica”. Então…”aceleradores de partícula” poderiam descobrir o “gráviton”?

texto base: ‘Greatest Mysteries: What Causes Gravity?’ (ago/2007)      ****************************************************************

“Gráviton Nexus” pode explicar energia e matéria escuras (mar/2015)

Modelo matemático do Gráviton nexus-g. [S. Marongwe]

Na tentativa de estabelecer uma conexão entre a ‘Teoria Quântica’ e a ‘Relatividade Geral’, o físico cubano idealizou que esta ligação se manifestaria sob a forma de um… “gráviton Nexus” — partícula do espaço-tempo — com spin 2 — que, naturalmente…emergiria do processo de unificação entre as duas teorias. Uma característica notável deste “gráviton“, que o distingue do hipotético gráviton do “Modelo Padrão” da Cosmologia…ainda não achado, é que o gráviton Nexus não é uma partícula “mensageira”…ou virtual; induzindo um movimento de rotação constante em qualquer partícula com a qual entre em contato.

Citocinese

Partícula de matéria escura

O ‘gráviton Nexus’ também pode ser considerado como um glóbulo de ‘energia do vácuo‘, que pode    se fundir ou resultar da cisão de outros grávitons, num processo similar à “citocinese” da biologia celular… – a divisão da célula em 2 cópias iguais. Para Marongwe – o “gráviton Nexus” é a própria partícula da matéria escura, e constitui o espaço-tempo…Assim, a emissão de um gráviton menos energético, por um gráviton de energia mais alta, resulta na expansão do gráviton mais energético, conforme ele assume um estado de energia mais baixo, processo que se manifesta como “Energia Escura“, sobre toda a extensão do espaço-tempo.

Além de iluminar algumas das principais questões não respondidas da física atual,              a teoria de Marongwe inclui uma descrição quântica dos… “buracos negros” – que  consegue se libertar das “singularidades da relatividade de Einstein“. (texto base)  ****************************************************************************

Como pode o gráviton escapar de um buraco negro? (J.K.Cannizzo)                            Ainda não sabemos se a “gravidade quântica” será descrita em termos                          de grávitons, mas isso acontecendo, será mediada por ‘grávitons virtuais’,                        livres para ignorar o “horizonte de eventos“… de um ‘Buraco Negro‘.

Em um ponto de vista clássico, esta pergunta é baseada em incorreta imagem da ‘gravidade‘.  Gravidade é a exata manifestação da curvatura espaçotempo; e ‘buraco negro’ nada mais é, do que um tipo muito íngreme de “enrugamento”, que captura tudo o que chega — perto demais.  Flutuações na curvatura, viajam em pequenos pacotes ondulatórios, contudo, trata-se de um complemento opcional à gravidade…existente ao redor. Com efeito, buracos negros não têm necessidade de irradiar seus campos… — pois, sem interferências, eles… – simplesmente são.

Num ponto de vista quântico…porém, essa é uma boa questão. Ainda não temos uma boa “teoria quântica gravitacional”, e seria arriscado prever qual aspecto ela teria. Mas temos uma boa ‘eletrodinâmica quântica’; repetimos assim a pergunta para um BN com carga:

Como pode tal objeto atrair, ou repelir outros objetos carregados, se           os seus próprios fótons não podem escapar do horizonte de eventos?

O ponto-chave é que interações eletromagnéticas (e gravitacionais, se a gravidade quântica se tornar semelhante à eletrodinâmica quântica)…são mediadas pela troca de “partículas virtuais“. Isso permite uma exceção à regra – partículas virtuais podem, muito bem, fazer tudo o que desejarem (incluindo viajar mais rápido que luz), desde que desapareçam antes que violem o ‘Princípio da Incerteza’ de Heisenberg…O horizonte de eventos do buraco negro se situa onde a matéria ordinária (e forças) devem exceder à velocidade da luz, a fim de escapar…estando, portanto – aprisionadas… – Esse horizonte, contudo, não faz sentido à partícula virtual…com suficiente rapidez. O buraco negro eletricamente carregado, nesse sentido é uma fonte de…‘fótons virtuais’… livres para interagir com o resto do universo. ************************************************************************************

Investigando espalhamento de glúons e grávitons

Uma comparação…Gráviton/fóton (jan/2018)

Considerando que… — (1) o fóton não tem massa;  (2) é um mediador de interações eletromagnéticas; (3) a (força da) gravidade resulta da mediação do gráviton na interação entre … “corpos massivos”: a) como explicar o fato da luz alterar sua trajetória, na presença de uma estrela ou de um aglomerado? b) mediadores fóton e gráviton interagem entre si?

Prof. Michel Elile Marcel Betz – IF-UFRGS:

A pergunta está muito bem formulada e bastante pertinente. Embora o enfoque esteja principalmente nas partículas mediadoras das interações (visão quântica), vale a pena começar revisando alguns aspectos importantes das…’teorias clássicas’…da gravitação.    De acordo com a teoria da gravitação de Newton…a aceleração de um corpúsculo num campo gravitacional independe de sua massa, pois esta se encontra presente, em cada    lado da equação que expressa a lei fundamental da dinâmica newtoniana (F=m.a) do    lado direito – multiplicando a aceleração, e do lado esquerdo – na expressão da “força gravitacional”, proporcional ao produto das massas envolvidas. — Dessa maneira, um corpo de massa arbitrariamente pequena sofre aceleração…e é desviado pela presença        de corpos massivos…fontes de um “campo gravitacional”. Quando a interpretação corpuscular da luz era geralmente aceita…(no século 18), vários trabalhos de pesquisa foram dedicados ao estudo deste efeito. Naturalmente que…sendo a velocidade da luz muito grande, os desvios então previstos eram mínimos…e muito difíceis de observar.

Na 2ª década do século 20, Einstein propôs uma visão da gravitação bastante diferente, mas ainda baseada em conceitos clássicos (em oposição a quânticos) – conhecida como “Relatividade Geral”. Nesta teoria, a gravidade passa a ser vista como uma modificação    da geometria do espaço-tempo devida à presença de “matéria” e “campos”. Na equação fundamental da Relatividade Geral, está presente – de um lado, um objeto matemático, tecnicamente, um tensor de 2ª ordem… que representa as densidades e os fluxos      de energia e momento linear existentes num determinado ponto do espaço-tempo.

Naturalmente — massas presentes contribuem — pela relação “massa-  energia” de Einstein (E=mc²) para    esse “tensor de energia-momento”,    mas campos eletromagnéticos, por exemplo, também contribuem. Do      outro lado da equação… está outro      tensor (métrico) de 2ª ordem, que representa a geometria do ‘espaço-    tempo’ – que seria plano ou curvo,    com, ou sem…partículas e campos.

Como a gravitação determina a geometria do espaçotempo, ela influencia o movimento de todas as partículas. Na Relatividade Geral – entende-se por “partícula livre” uma partícula submetida apenas à gravidade. Tal partícula percorre no espaço-tempo…uma curva de um tipo particular, conhecida como ‘geodésica‘. A menos que sofra uma interação com alguma outra partícula, um fóton também se move sobre uma geodésica. Ao longo dela…é possível definir um intervalo entre pontos que…para uma partícula massiva, possui a interpretação de ‘intervalo de tempo próprio’ da partícula. No caso de uma partícula sem massa, como o fóton, tal intervalo é nulo, justificando assim a expressão ‘geodésica nula‘ para caracterizar uma geodésica percorrida por um fóton. – Vale notar que tem-se aqui a formalização mais precisa da citação intuitiva, atribuída a Einstein, de que…para quem pudesse acompanhar um raio de luz, o tempo pararia. – Resolvendo as equações da Relatividade Geral, pode-se determinar as…“geodésicas nulas“…no campo gravitacional produzido pelo Sol … e, como consequência, calcular o desvio dos raios de luz vindo das estrelas…passando perto do Sol.

A comparação dos resultados de tais cálculos com dados obtidos do    eclipse solar de 1919 – em especial, no Brasil… na cidade de Sobral, constitui-se em um dos 1ºs testes definitivos da Relatividade Geral.

Sobre a quantização da gravitação — não é possível fazer afirmações definitivas, pois não existe – no momento, uma teoria gravitacional quântica aceita como paradigma. – O procedimento padrão de quantização canônica, que seria elevar o tensor métrico ao nível de operador, satisfazendo determinadas relações de comutação, não tem êxito, devido ao surgimento de ‘grandezas infinitas’…que não são eliminadas pelo procedimento usual de “renormalização”. Várias propostas mais exóticas, que costumam juntar todas interações numa única teoria, podem ser vistas na literatura. Talvez o único aspecto comum a todas, seja a presença da partícula mediadora da gravitação, de massa nula/spin 2: o gráviton.

Teoria de Kaluza–Klein

Não seria possível fazer aqui uma revisão deste amplo e muito ativo campo de pesquisa…mas, como a pergunta indaga…sobre possíveis interações entre fóton e gráviton, vale mencionar teorias, nas quais poder-se-ia detetar grávitons nos mais potentes aceleradores… São teorias de espaçotempo além das    triviais…4 dimensões observadas.

Numa linha de pesquisa teórica iniciada pelo matemático Theodor Kaluza, e pouco depois também adotada pelo físico Oskar Klein, essas dimensões extra seriam compactificadas, e poderiam ser observadas apenas em experimentos com grande resolução espaçotemporal,  o que, pelas ‘relações de indeterminação’ de Heisenberg…requer valores altos de energia e momento linear. A noção de compactificação pode ser entendida considerando um espaço constituído de uma superfície cilíndrica de comprimento infinito mas raio muito pequeno. Apenas experimentos de alta resolução poderiam distinguir tal espaço (bidimensional) de uma simples linha reta (unidimensional). Muitas teorias postulam que a escala na qual as dimensões compactificadas poderiam ser observadas…e a intensidade da gravitação seria comparável às demais interações, é a escala de Planck, da ordem de 10^-35 m – o que, no entanto, são energias (10¹⁶ TeV) muito além do alcance de aceleradores atuais, ou futuros.

Mas certas propostas especulam que dimensões compactificadas alcançariam tamanho da ordem da escala onde ocorre a unificação das interações eletromagnéticas com as “fracas”, 10^-19 m ou 1 TeV, energia já alcançada (e ultrapassada) pelo LHC. Sendo assim, a produção de grávitons poderia ocorrer…com razoável probabilidade, neste acelerador. – Um evento, entre outros, que poderia resultar na produção de um gráviton seria a fusão de dois fótons. Todavia… apesar da procura intensa nos últimos tempos por tais eventos — até o presente momento, nenhum processo que supostamente pudesse ser interpretado manifestação da existência de — “dimensões extras” — foi experimentalmente identificado. (texto base)  ************************************************************************************

Gravitons realmente existem? (jul/2018)

A ‘teoria da relatividade‘ de Einstein descreve  a gravidade como uma distorção do espaço e do tempo, que se dobra e estica…conforme as massas de objetos dentro deles, bem como na energia liberada de determinados fenômenos.

No entanto, ao tomarmos consciência do confuso mundo da física quântica, descobrimos a existência de partículas muito pequenas, que poderiam afetar inclusive, os maiores, e mais poderosos fenômenos do universo. – Entre estas partículas…temos os bósons, portadores de 3 das 4 “forças fundamentais” que governam o universo…o campo eletromagnético tem fótons…a força nuclear forte tem glúons; e a força fraca é transportada pelos bósons W e Z.

Os físicos então, consideraram que, se as outras 3 forças fundamentais têm uma teoria quântica correspondente – também deveria haver uma partícula por trás da gravidade.      E assim…na tentativa de incluir a gravidade na teoria quântica, criaram uma partícula hipotética (gráviton), com spin-2, sem massa, estável, e viajando à velocidade da luz.

Sabemos da incompatibilidade matemática entre as teorias ‘quântica’ e ‘relatividade geral’. Tentando resolver esse impasse, os físicos de hoje – ao acreditar que a ‘mecânica quântica’ é a teoria mais fundamental — supõem que a gravidade precisa ser quantizada…e, sendo a “teoria das cordas” uma das solução possíveis…creem que, da mesma forma que os fótons, grávitons existem. O xis da questão, vem ao fazermos a pergunta: ‘posso detetar um único gráviton?’. A resposta parece ser…“não”. – Mas, seria essa uma razão para ele não existir?

A “improbabilidade” dos grávitons                                                                              Grávitons não foram observados… – e, é bastante improvável que sejam                observados tão cedo; isso porque a interação gravitacional é muito fraca.

What Are Gravitons?

A teoria da relatividade geral implica na existência de grávitons pois prevê a existência de ‘ondas gravitacionais’ clássicas. Tal condição está implícita, mesmo que uma … “teoria quântica”, subjacente ao… espaço-tempo… seja totalmente diferente da relatividade; por exemplo — a “teoria das cordas”, ou a… “gravidade quântica em loop”; pois qualquer teoria subjacente tem que reproduzir a teorias de Einstein.

Assim, um ‘gráviton‘ pode não ser uma partícula fundamental (assim como o pion é composto), mas tem que emergir ao mesmo tempo em que a relatividade geral surge          da teoria subjacente… — De fato, qualquer modificação razoável à relatividade geral,      que seja consistente com dados observacionais atuais…também implica a existência          de grávitons. – E, se estes não existirem, isso significaria que a gravidade não é uma  “teoria quântica de campos”. Isso é difícil (embora não necessariamente impossível)          de se reconciliar com o fato de que…todas as outras formas de matéria são descritas        por uma teoria quântica de campos; e isto é o Modelo Padrão da física de partículas.

Uma possível solução pode ser que (como suspeitamos) a Teoria Quântica de Campos é apenas uma teoria “efetiva” – e uma teoria subjacente mais profunda permite que esses campos quânticos e a gravidade coexistam… Outra possibilidade, é que a gravidade não seja um “campo fundamental”…mas, um “fenômeno emergente“…das propriedades estatísticas da matéria (“gravidade entrópica“)…e, portanto, não precisa ser quantizado.

Todavia, o graviton permanece hipotético, porque no momento, é impossível detectá-lo. Mesmo sendo forte em escala planetária, em escalas menores a gravidade é muito fraca. Tanto é assim que quando um imã atrai um clipe de papel ele puxa a força gravitacional  de todo o planeta, e ainda ganha. Isso significa que um único gráviton se existir é muito fraco. Um estudo até diz ser impossível detectar um único gráviton — a menos que seja medido em magnitudes de escala planetária, com um detector do tamanho do universo.

Teoria das Cordas, e a caça aos “GRAVITONS”                                                                “Na origem do Big Bang existe uma reinvenção da seta do tempo”. 

Gráfico esquemático da transformação de um campo vetorial para escalar, onde suas 3 dimensões iniciais se transformam em 9. Uma possível aplicação seria para exemplificar a emergência de um espaço de configuração a partir de um ponto G, originário de um “espaço virtual”.

A “teoria de Kaluza-Klein“… levantou a hipótese de que a gravidade pode, para nós… parecer fraca — porque ela tem a capacidade de atravessar…mais de três dimensões ao mesmo tempo – e assim, se dilui. Essa ideia…depois de décadas sendo amplamente ignorada…devido a inconsistências matemáticas – quando revisitada e refinada – resultou no que hoje é a… “teoria das cordas” — a mais viável ideia de uma “teoria quântica da gravidade”…É também a nossa melhor promessa de unificação…da “mecânica  quântica”, com a teoria da relatividade geral, o maior problema da física atual.

Na ‘teoria das cordas’…cálculos matemáticos apontam para um universo com 9 dimensões de espaço e uma de tempo, mas as dimensões adicionais de espaciais são pequenas demais para serem vistas, mesmo com microscópios. Enquanto isso, várias equipes de físicos hoje, estão à caça do gráviton – mas, até agora, todas as esperanças de encontrar esta hipotética partícula nos deixaram de mãos vazias…De fato, há muita coisa sobre a física quântica que não entendemos … porém, compreender as partículas, e as leis que as governam, pode nos ajudar a exercer a influência que os fenômenos quânticos aparentemente possuem. Provar a existência dessa partícula (‘gráviton‘) nos ajudaria a dar sentido a tudo isso. (texto base) ********************************(texto complementar)********************************

Teoria para um “Gráviton massivo”

Desde que a teoria da…’relatividade geral’ de Einstein reformulou a gravidade como curvas no espaço-tempo – pergunta-se se seu trabalho foi a…‘palavra final’. Ajustes para modificar – ou até mesmo substituir  a gravidade de Einstein, buscam modelos dentro de estreitos limites da observação.

Muitas dessas ideias tentam reformular a gravidade na linguagem da mecânica quântica, em que partículas hipotéticas chamadas grávitons carregam a força gravitacional. Tais grávitons não têm massa, e assim, em teoria, podem viajar uma distância infinita…como os fótons (portadores da força eletromagnética), podendo alcançar as bordas do cosmos.  Mas existe uma outra possibilidade…Na década de 1930, Wolfgang Pauli e Markus Fierz propuseram um…“gráviton com massa“…e a ideia se tornou mais plausível na década de 1970 … depois da descoberta de que partículas massivas carregam as forças forte e fraca. Mas então, nesse caso, por que a “força da gravidade” não funcionaria da mesma forma?

A verdade é que “fantasmas” logo atormentaram as teorias de gravidade massiva. Isso porque – em nosso mundo cotidiano, para mover um objeto, precisamos dar a ele um pouco de energia. Nos modelos de “gravidade massiva”, contudo, ao tentarmos mover        um objeto – obteremos energia de volta – o que contraria o princípio fundamental da “conservação de energia”, levando a todo tipo de problemas. – Para Claudia De Rham, física teórica do “Imperial College”/London: “Nesse caso, nada evitaria uma confusão geral no universo…porque custaria cada vez menos energia ficar cada vez mais louco”.

Diante dessa imperfeição essencial…os teóricos começaram a perder o interesse pela ‘gravidade massiva’…até que De Rham, junto com Andrew Tolley e Gregory Gabadadze publicou, em 2011, um radical artigo…abalando o “status quo”. Ao adicionar dimensões extras no modelo massivo de gravidade, De Rham e equipe foram capazes de evitar fantasmas … e reacender a esperança, de uma teoria … matematicamente … plausível.

Nesse sentido — é de se esperar que a adaptação dimensional dessa “teoria massiva da gravidade” possa resolver um dos maiores mistérios da cosmologia: a “energia escura”.      Um gráviton massivo (cujo alcance não se estende por todo universo) talvez explicasse    tal comportamento cosmológico. Para De Rham: “o mais empolgante é a possibilidade      de detetores de ondas gravitacionais testarem a ‘teoria massiva’…com relação a outras teorias da gravidade modificada; mas devemos para isto construir formas de previsões      que permitam testar sua validade”…A seguir, De Rham responde a algumas perguntas:

Você tem dedicado sua carreira ao estudo da gravidade. Por que isso é tão importante?

A gravidade é a força que governa toda evolução do universo…é realmente abrangente. Suas leis mostram como o universo responde à matéria e à energia. Se desligássemos a gravidade no início do Universo…tudo ainda seria como uma grande ‘sopa fervente‘ de partículas fundamentais. – Não haveria estrutura…nem galáxias, estrelas, planetas, ou vida. Então, num nível fundamental, pela teoria da relatividade geral de Einstein, toda noção de espaço e tempo vem da gravidade. Ou seja, tudo está embutido na gravidade.

A teoria da relatividade geral parece funcionar muito bem. Então, por que modificá-la?

Após o Big Bang o universo se expandiu e esfriou. Mas esperávamos que essa expansão diminuísse gradualmente…por conta do que o universo tem dentro dele, como galáxias, atraídas umas às outras, pela gravidade…Nas últimas décadas, entretanto, observações têm mostrarado exatamente o contrário – a expansão cósmica está se acelerando. E tal aceleração, representada pelo conceito abstrato de “energia escura“, indica que algo, talvez algum detalhe teórico — esteja faltando…em nossa descrição básica do Universo.

energia escura – a força misteriosa que governa o universo

A “energia escura” algumas vezes é vista como uma misteriosa fonte mágica de energia, acelerando a expansão do universo. Mas esta não pode ser a resposta real do problema. Imaginamos algo que represente a energia escura (assim como fazemos para a matéria escura)…e esperamos detetar isso mais tarde…Não é particularmente satisfatório, mas fazemos isso… Na verdade, o cerne do problema é que há uma incompatibilidade total        na quantidade natural de… “energia escura“ – necessária para resolver este problema.

A densidade dessa energia escura é tão ridiculamente pequena – que chega a ser desconcertante pensar que dependemos tanto de um ajuste tão preciso (cerca de                  120 casas decimais). É algo sem precedentes na história da ciência, nos forçando                    a reinvestigar cada suposição que fizemos ao longo do caminho … para chegar lá.

Tal como?

Podemos pensar em mudar as equações da “relatividade geral” de 2 maneiras.                      O lado direito das equações descreve o conteúdo do universo…qualquer coisa                    que tenha massa e energia. – Já no lado esquerdo, temos o que é chamado de                      tensor métrico – o parâmetro que descreve a “curvatura” do espaçotempo.

Quando pensamos em “energia escura”, estamos adicionando coisas novas no                      lado direito – que descrevem matematicamente…nossa falta de compreensão.                  Mas, quando modificamos a gravidade, estamos…no lado esquerdo, tentando                    voltar às raízes do que seria o…‘espaçotempo‘…e ver se há alguma alternativa                    que faça sentido. Estamos assim explorando a fundo a natureza da gravidade.

Qual tipo de modificação poderia fazer sentido?

Experimento para testar a gravidade quântica

Nesse caso, é útil fazermos uma analogia com o ‘eletromagnetismo’ – considerado como uma ‘força’ mediada pela partícula chamada fóton… O fóton não tem massa, portanto — o eletromagnetismo tem um alcance infinito. Todavia…isso não quer dizer que sentiremos essas forças a uma distância infinita … porque elas também diminuem com a distância, mas sem um corte abrupto; num decaimento gradual.

A “relatividade geral” trata o gráviton como uma partícula sem massa, portanto, a força gravitacional também possui um alcance infinito… Qualquer modificação da gravidade significaria que – em algum ponto – ocorre uma ‘transição‘. Essencialmente, esta força “desliga” a distâncias muito grandes, o que nos faz deduzir que, não haveria mais razão para esperar que, após um certo período de tempo, a expansão do universo diminuísse.

Você dedica boa de seu tempo às equações de Einstein. O que te atrai na “relatividade”? 

Quanto mais estudo essas equações, mais percebo sua beleza e profundidade. Einstein construiu a relatividade geral sobre alguns pilares – dos quais, um deles é o “princípio        da equivalência”…isto é, as leis físicas certamente não deveriam depender de quem as      está observando. Isso parece algo desejável no campo teórico…mas esta é uma grande suposição; postulada desde o início… — E só agora estamos percebendo…o quão mais fundamentais esses princípios são. Quando pensamos sobre a gravidade – em termos        de grávitons, descobrimos que esses pilares todos surgem apenas – ao exigirmos uma estabilidade da teoria. Para uma estrutura no Universo…que garanta nossa existência, também precisamos dessa bela simetria – que não haja qualquer observador especial.

Outra coisa que acho incrível sobre a ‘relatividade geral’ é que ela nos diz, exatamente,      onde termina seus domínios. – De suas leis surgem os buracos negros; do lado de fora, pensamos neles como objetos tão massivos, que nem a luz consegue escapar. — Então,        ao penetrá-los, descobrimos um ponto (“singularidade”)…onde o espaçotempo tem curvatura infinita. – Aqui, assim como no instante do…”Big Bang“ – a teoria deixa de funcionar. Na verdade, isso é apenas a relatividade geral nos dizendo: “OK, não confie mais em mim. Estou fora de controle”. E é justamente nessa ocasião, que percebemos          que a teoria da “relatividade geral” … está emergindo de algo ainda mais fundamental.

No entanto, a relatividade geral parece descrever o resto do universo muito bem, certo?

Desejamos modificar a gravidade de forma tal, que não seja necessário nos desfazer de todas previsões, e respectivas observações, que a relatividade geral alcançou até agora.

Portanto, qualquer mudança tem que ser mínima, e localizada?  

Certo. Por exemplo, se o gráviton tem massa, ela deve ser muito pequena…muito              menor do que a do… “neutrino” – a mais leve partícula massiva que conhecemos.

Como poderíamos testar a relatividade geral frente às teorias da gravidade modificada?

A princípio, poderíamos pensar sobre como pequenas modificações na gravidade afetam o movimento dos planetas no ‘sistema solar’. Entretanto, algumas das restrições mais fortes à tais modelos estão no próprio sistema solar…pois a gravidade se comporta bem por aqui.

E as ondas gravitacionais?

A partir da primeira detecção de ondas gravitacionais no LIGO – Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – já poderíamos estabelecer um limite para a energia      que o gráviton deve ter. Isso porque, quando 2 buracos negros ou estrelas de neutrons      se fundem, giram um em torno do outro…cada vez mais rápido, ficando cada vez mais próximos. E assim…a frequência das ondas gravitacionais criadas – que se relaciona à velocidade com que os dois objetos se movem – fica, cada vez, um pouco mais alta – à medida que se aproximam. – Na relatividade geral… as ondas devem viajar na mesma velocidade, independente da frequência…Contudo, na teoria da ‘gravidade massiva’, a velocidade da onda gravitacional depende da frequência…É um efeito muito pequeno,        mas as ondas gravitacionais têm sido observadas com tanta precisão, que já podemos      predizer que a massa do gráviton deve ser inferior a 10e-21 elétron-volts…cerca de 26 ordens de magnitude mais leve que um elétron…Isso é incrível! É muito mais preciso      do que o limite para a massa do fóton… – e temos estudado a luz há centenas de anos.

À medida que mais modelos são descartados, a relatividade geral parece mais atraente? 

Nos últimos 20 anos, aprendi que a teoria da gravidade de Einstein – é provavelmente a descrição correta do universo a baixas energias…e por isso então, talvez não devêssemos modificá-la. Mas para afirmar isso, necessitamos de alternativas, para poder compará-la com outras abordagens científicas…Não podemos afirmar que a “relatividade geral” seja    a descrição correta e definitiva do que está acontecendo – sem que possamos imaginá-la em uma classe maior de modelos. – Só então, seremos capazes de dizer que realmente a compreendemos – que sabemos ser ela a única descrição correta. (texto base) ago/2020