Chegou Outono

Na semana passada no dia 20 de março, iniciou-se o outono de 2025 no hemisfério sul. Às 06:01 ocorreu o equinócio, momento em que a duração do dia é exatamente igual à da noite. Devido à inclinação do eixo da Terra, existe diferença na duração do dia e da noite na maior parte do ano. Porém, em dois dias (equinócio de outono e equinócio da primavera) os raios solares incidem perpendicularmente na linha do equador (e nos paralelos geográficos) e o dia e a noite têm exatamente 12 horas - Figura, à esquerda 

A inclinação do eixo da Terra e o seu movimento de translação (em volta do Sol) irão fazer com que cada noite fique mais longa até às 23:43 do dia 20 de junho. Nessa data teremos a noite mais longa do ano no hemisfério sul, estaremos no solstício de inverno - Figura à direita.

Veja no gif https://images.app.goo.gl/ci3L a animação dos equinócios e solstícios.

Créditos: ciência todo dia 

Newton’s theory of light

In the early 1660s, a young Isaac Newton conducted a series of experiments that would forever change our understanding of light and color. Using a simple glass prism, Newton allowed a beam of sunlight to pass through it, observing the emergence of a vibrant spectrum of colors projected onto a wall. This observation led him to question the prevailing belief that white light was a singular, pure entity.

To delve deeper, Newton introduced a second prism into the path of the separated colors. Remarkably, when these dispersed colors passed through the second prism, they recombined to form white light once again. This critical experiment demonstrated that white light is, in fact, a combination of all the colors in the visible spectrum, and that prisms merely separate and recombine these inherent colors rather than creating them.

Eager to share his revolutionary findings, Newton composed a letter detailing his experiments and conclusions. This correspondence was published on February 19, 1672, in the Philosophical Transactions of the Royal Society, marking Newton's first scientific publication. In this paper, he articulated his "New Theory about Light and Colors," challenging long-held notions and setting the stage for modern optics. Newton asserted that colors are intrinsic properties of light itself, not modifications imparted by mediums or surfaces.

However, Newton's groundbreaking ideas were met with skepticism and debate within the scientific community. Notably, Robert Hooke, a prominent scientist of the time, critiqued Newton's conclusions, leading to a prolonged and intense intellectual dispute. Despite the controversies, Newton's meticulous experiments and compelling arguments gradually persuaded many of his peers, solidifying his theories as foundational principles in the study of light and color.

This pioneering work not only revolutionized the field of optics but also exemplified the power of empirical evidence and mathematical reasoning in scientific inquiry. Newton's insights laid the groundwork for future explorations into the nature of light, influencing countless scientific endeavors in the centuries that followed.

Image credit: Getty Images

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstl.1671.0072

Em português 

A teoria da luz de Newton

No início da década de 1660, um jovem Isaac Newton conduziu uma série de experiências que mudariam para sempre a nossa compreensão da luz e da cor. Usando um simples prisma de vidro, Newton permitiu que um feixe de luz solar passasse através dele, observando o surgimento de um espectro vibrante de cores projetado numa parede. Esta observação levou-o a questionar a crença prevalecente de que a luz branca era uma entidade singular e pura.

Para aprofundar, Newton introduziu um segundo prisma no caminho das cores separadas. Notavelmente, quando essas cores dispersas passaram pelo segundo prisma, elas recombinaram para formar luz branca mais uma vez. Esta experiência crítica demonstrou que a luz branca é, de fato, uma combinação de todas as cores no espectro visível, e que os prismas apenas separam e recombinam essas cores inerentes em vez de cria-las.

Ansioso para compartilhar suas descobertas revolucionárias, Newton escreveu uma carta detalhando suas experiências e conclusões. Esta correspondência foi publicada em 19 de fevereiro de 1672, na Philosophical Transactions of the Royal Society, marcando a primeira publicação científica de Newton. Neste artigo, ele articulou sua "Nova Teoria sobre Luz e Cores", desafiando noções de longa data e preparando o palco para a óptica moderna. Newton afirmou que as cores são propriedades intrínsecas da própria luz, não modificações transmitidas por meios ou superfícies.

No entanto, as ideias inovadoras de Newton foram recebidas com ceticismo e debate dentro da comunidade científica. Notavelmente, Robert Hooke, um proeminente cientista da época, criticou as conclusões de Newton, levando a uma prolongada e intensa disputa intelectual. Apesar das controvérsias, as experiências meticulosas de Newton e argumentos convincentes gradualmente persuadiram muitos de seus pares, solidificando suas teorias como princípios fundamentais no estudo da luz e da cor.

Este trabalho pioneiro não só revolucionou o campo da óptica, mas também exemplificou o poder da evidência empírica e do raciocínio matemático na investigação científica. As ideias de Newton lançaram as bases para futuras explorações sobre a natureza da luz, influenciando inúmeros esforços científicos nos séculos que se seguiram.

Crédito de imagem: Getty Images

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstl.1671.0072

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.2014.0213

A matéria escura veio do Big Bang?

Enquanto os físicos continuam sua luta para encontrar e explicar a origem da matéria escura, aproximadamente 80% da matéria no universo que não podemos ver e até agora não fomos capazes de detectar, os pesquisadores agora propuseram um modelo onde ela é produzida antes do Big Bang.

A ideia deles é que a matéria escura seria produzida durante uma fase inflacionária infinitesimalmente curta, quando o tamanho do universo se expandiu exponencialmente. O novo modelo foi publicado na Physical Review Letters por três cientistas do Texas, nos EUA.

Uma ideia intrigante entre os cosmólogos é que a matéria escura foi produzida por meio de sua interação com um banho termal de algumas espécies, e sua abundância é criada por "congelamento" ou "congelamento". No cenário de congelamento, a matéria escura está em equilíbrio químico com o banho nos primeiros momentos - a concentração de cada um não muda com o tempo.

Na imagem congelada, a matéria escura nunca entra em equilíbrio com o banho. Essa interação suprimida entre a matéria escura e o banho térmico pode ser devido a interações nas teorias quânticas de campo, seja o congelamento infravermelho ou o ultravioleta.

No congelamento UV, a temperatura do banho térmico é sempre menor do que as massas das partículas que conectam a matéria escura ao Modelo Padrão da física de partículas. (Massa e temperatura são proporcionais à energia e podem ser relacionadas por meio de constantes fundamentais.)

A teoria da inflação foi desenvolvida há cerca de 45 anos, propondo um período de expansão exponencialmente rápida no universo primitivo, onde o universo se expandiu por um fator de cerca de 1026 em 10-36 Segundos. (Depois que a inflação cessou, o universo continuou a se expandir, embora não exponencialmente.)

Bilhões de anos depois, a energia escura iniciou a aceleração que vemos hoje.) A ideia da inflação explica ordenadamente muitos quebra-cabeças da cosmologia, como o problema da planicidade, o problema da homogeneidade e o problema do monopolo, e explica a origem da estrutura no universo como flutuações quânticas que foram enormemente ampliadas.

Embora a inflação seja aceita principalmente pelos cosmólogos como parte do quadro do Big Bang com base em algumas evidências (embora haja dissidência significativa), o impulsionador da inflação ainda é desconhecido.

Os cosmólogos se referem a ele genericamente como o inflaton, um campo hipotético que abrange todo o espaço-tempo de alguma partícula escalar (spin zero), talvez o campo de Higgs. (Talvez não.) A inflação ocorre tão rapidamente que o universo está em uma expansão super-resfriada, onde a temperatura cai por um fator de aproximadamente 100.000.

Essa baixa temperatura persiste durante o estágio inflacionário. Quando a inflação termina, a temperatura retorna à temperatura pré-inflacionária, um processo chamado reaquecimento, e o campo de inflaton decai nas partículas do Modelo Padrão, incluindo fótons.

A pesquisa mostrou que o banho pode atingir temperaturas muito mais altas do que a temperatura de reaquecimento e, para o congelamento ultravioleta, a quantidade de matéria escura produzida depende da temperatura mais alta do banho termal.

Mas até o momento a pesquisa não considerou a possibilidade de que uma parte significativa da matéria escura pudesse ser produzida durante a expansão inflacionária e não ser diluída.

No modelo WIFI do artigo - Inflação Quente via Freeze-In ultravioleta - a matéria escura é criada por meio de pequenas e raras interações com partículas em um ambiente quente e energético. Ele contém um novo mecanismo em que essa produção ocorre pouco antes do Big Bang, durante a inflação cósmica, levando a matéria escura a ser formada muito mais cedo do que nas teorias existentes por meio do congelamento.

Embora pareça incomum, muitos cosmólogos agora pensam que a inflação aconteceu antes do Big Bang, já que a existência de uma singularidade do Big Bang com densidade infinita e curvatura infinita do espaço-tempo parece irreal.

Em vez disso, o universo teria um tamanho pequeno após a inflação, cerca de 10-26 metros de diâmetro, e a partir daí ocorreriam as etapas padrão de radiação e produção de partículas, então a nucleossíntese ocorreria para povoar o universo.

Os teóricos propuseram uma perspectiva diferente sobre o papel da inflação no papel da matéria escura por meio de um congelamento.

"O que é único em nosso modelo é que a matéria escura é produzida com sucesso durante a inflação", disse Katherine Freese, diretora do Instituto Weinberg de Física Teórica e do Centro de Cosmologia e Física de Astropartículas do Texas da Universidade do Texas em Austin e principal autora do artigo. "Na maioria dos [outros] modelos, qualquer coisa que é criada durante a inflação é então 'inflada' pela expansão exponencial do universo, a ponto de não sobrar essencialmente nada."

Nesse novo mecanismo, toda a matéria escura que observamos hoje poderia ter sido criada durante aquele breve período de inflação pré-Big Bang. O campo quântico que impulsiona a inflação, o inflaton, perde parte de sua energia para a radiação, e essa radiação, por sua vez, produz partículas de matéria escura por meio do mecanismo de congelamento. O que era antes da inflação? Os físicos não têm ideia.

O modelo WIFI ainda não pode ser confirmado por observações. Mas uma parte fundamental do cenário, a inflação quente, será testada na próxima década pelos chamados experimentos cósmicos de fundo em micro-ondas. Confirmar a inflação quente seria um passo significativo para o cenário de produção de matéria escura do modelo WIFI.

"Em nosso estudo, nos concentramos na produção de matéria escura, mas o WIFI sugere uma aplicabilidade mais ampla", disse Barmak Shams Es Haghi, co-autor do artigo junto com Gabriele Montefalcone, "como a produção de outras partículas que poderiam desempenhar um papel crucial na evolução do universo primitivo. Isso destaca novas oportunidades de exploração em pesquisas futuras.

🔹 MAIS INFORMAÇÕES: Katherine Freese et al, Produção de matéria escura durante a inflação quente via congelamento, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.211001

Informações da revista: Physical Review Letters 

🌏 Créditos/fonte/Publicação: por  David Appell, Phys.org

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