A dilatação do tempo

A teoria da relatividade prevê que o tempo irá passar mais lentamente para objetos que se deslocam em maior velocidade ou que são submetidos a forte gravidade. Portanto, se você permanecer parado e a alturas mais distantes do solo (menor gravidade) tudo ocorrerá mais rápido e você poderá envelhecer mais rapidamente. Obviamente em pequenas escalas tal efeito é infinitesimalmente pequeno para ser percebido diretamente por nós! Porém, a dilatação de tempo foi constatada experimentalmente a partir de velocidades inferiores a 10 metros por segundo e em alturas de menos de 1 metro. A detecção nessa pequena escala foi possível comparando as medidas de tempo por meio de relógios altamente precisos.

RELÓGIO DE ALTÍSSIMA PRECISÃO – Em tal experimento foi utilizado um relógio atômico, baseado em um único átomo de alumínio que não atrasa ou adianta um segundo ao longo de 3,7 bilhões de anos.

AJUSTE DO SEU CELULAR – Você e o seu corpo podem não perceber esses pequenos efeitos de distorção temporal, mas o seu celular pode. O sinal de GPS captado pelo seu celular é vital para uma série de funções. Os satélites GPS orbitam em alta velocidade e estão submetidos a menor força gravitacional, devido a grande distância da Terra. Assim, ocorrem pequenas distorções de tempo, que são corrigidas com o uso de relógios atômicos simultâneos no interior do satélite e na Terra.

Sem as correções dessa distorção temporal, as incertezas nas posições fornecidas pelos celulares teriam imprecisões de até 10 quilômetros por dia.

REFERÊNCIAS

Chou CW, Hume DB, Rosenband T, Wineland DJ. 2010. Optical Clocks and Relativity. Science 329: 1630-1633. https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.1192720?fbclid=IwAR02xBHuAQyDbiYRE12lQwMvqXJvB28WPurveZ6_TF3OtbtA0nU4KDfTrpQ

https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=905055&fbclid=IwAR3cb6OdwySjyTeg3xLAYe_YzqkPOrF6gUPfLguRjzOh7PJ0oSTTB1N5_aE

https://newatlas.com/worlds-most-precise-clock/14088/

https://www.astronomy.ohio-state.edu/pogge.1/Ast162/Unit5/gps.html?fbclid=IwAR0YUGH39CB0izh04ftVbflLPIFNed94Q8QIaOCSAPOf_tuHzZUO05fLp3I

A experiência de Eratóstenes

No século V a.C., era amplamente aceito que a Terra era uma esfera. Este é um ponto crítico, pois existe um equívoco generalizado de que os povos antigos pensavam que a Terra era plana.

A realização mais famosa de Eratóstenes é a medição da circunferência da Terra. Ele registrou os detalhes dessa medição em um manuscrito que hoje está perdido, mas sua técnica foi descrita por outros historiadores e escritores gregos.

Eratóstenes tinha ouvido falar de viajantes sobre um poço em Syene (hoje Aswan, Egito) com uma propriedade interessante: ao meio-dia do solstício de verão, que ocorre por volta de 21 de junho de cada ano, o sol iluminava todo o fundo deste poço, sem lançar sombras. , indicando que o sol estava diretamente acima. Eratóstenes então mediu o ângulo de uma sombra projetada por uma vara ao meio-dia no solstício de verão em Alexandria e descobriu que ela formava um ângulo de cerca de 7,2 graus, ou cerca de 1/50 de um círculo completo. Ao conhecer a distância entre Syene e Alexandria através da ajuda de topógrafos profissionais, ele foi capaz de relatar que a circunferência da Terra era de 250.000 estádios ou entre 24.000 e 29.000 milhas.

A natureza da energia escura

Cientistas afirmam ter encontrado 'a primeira evidência observacional que apoia a teoria das cordas', o que pode finalmente revelar a natureza da energia escura!

Físicos propuseram um novo modelo do espaço-tempo que pode fornecer a "primeira evidência observacional que apoia a teoria das cordas", sugere uma nova pré-impressão.

Físicos afirmam que podem ter encontrado uma explicação muito esperada para a energia escura, a força misteriosa que está impulsionando a expansão acelerada do universo, sugere um novo estudo de pré-impressão.

Seus cálculos sugerem que, nas menores escalas, o espaço-tempo se comporta de uma forma profundamente quântica, diferindo drasticamente da estrutura suave e contínua que vivenciamos na vida cotidiana. De acordo com suas descobertas, as coordenadas do espaço-tempo não "comutam" — o que significa que a ordem em que aparecem nas equações afeta o resultado. Isso é semelhante a como a posição e a velocidade de uma partícula se comportam na mecânica quântica.

Uma das consequências mais marcantes desse espaço-tempo quântico, conforme previsto pela teoria das cordas , é que ele naturalmente leva à aceleração cósmica. Além disso, os pesquisadores descobriram que a taxa na qual essa aceleração diminui ao longo do tempo se alinha notavelmente bem com as últimas observações do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI).

"Visto através das lentes do nosso trabalho, você pode pensar no resultado do DESI como a primeira evidência observacional que apoia a teoria das cordas e talvez as primeiras consequências observáveis ​​da teoria das cordas e da gravidade quântica", disse o coautor do estudo Michael Kavic, professor da SUNY Old Westbury, à Live Science por e-mail.

O mistério da expansão do universo.

Em 1998, duas equipes independentes — o Supernova Cosmology Project e o High-Z Supernova Search Team — descobriram que a expansão do universo não estava diminuindo, como se pensava anteriormente, mas sim acelerando. Eles chegaram a essa conclusão estudando supernovas distantes, que pareciam mais fracas do que o esperado. Essa aceleração implicava a presença de uma entidade misteriosa permeando o espaço, mais tarde apelidada de energia escura.

No entanto, a origem da energia escura permaneceu elusiva. Uma hipótese popular sugere que ela surge de flutuações quânticas no vácuo, semelhantes às vistas no campo eletromagnético. No entanto, quando os físicos tentaram calcular a taxa de expansão com base nessa ideia, eles chegaram a um valor que era demasiado grande — 120 ordens de magnitude — uma discrepância impressionante.

Observações recentes do DESI complicaram ainda mais o quadro. De acordo com o Modelo Padrão de partículas elementares , se a energia escura fosse simplesmente uma energia de vácuo, sua densidade deveria permanecer constante ao longo do tempo. No entanto, os dados do DESI indicam que a taxa de aceleração não é fixa, mas que diminui ao longo do tempo — algo que o Modelo Padrão não prevê.

Resolvendo o mistério com a teoria das cordas.

Para lidar com essas inconsistências, os pesquisadores recorreram à teoria das cordas, uma das principais candidatas para uma teoria quântica da gravidade. Ao contrário do Modelo Padrão, que trata partículas elementares como pontos, a teoria das cordas propõe que elas são, na verdade, objetos minúsculos, vibrantes e unidimensionais, chamados cordas. Essas cordas, dependendo de seus modos de vibração, dão origem a diferentes partículas — incluindo o gráviton, o hipotético portador quântico da gravidade.

Em um novo artigo publicado no banco de dados de pré-impressão arXiv, mas que não foi revisado por pares, os físicos Sunhaeng Hur, Djordje Minic, Tatsu Takeuchi (Virginia Tech), Vishnu Jejjala (University of the Witwatersrand) e Michael Kavic aplicaram a teoria das cordas para analisar o espaço-tempo no nível quântico.

Ao substituir a descrição de partículas do Modelo Padrão pela estrutura da teoria das cordas, os pesquisadores descobriram que o próprio espaço-tempo é inerentemente quântico e não-comutativo, o que significa que a ordem em que as coordenadas aparecem nas equações é importante.

Esse afastamento radical da física clássica permitiu que eles derivassem as propriedades da energia escura não apenas de dados experimentais, mas diretamente de uma teoria física fundamental. Seu modelo não apenas produziu uma densidade de energia escura que corresponde de perto aos dados observacionais, mas também previu corretamente que essa energia deveria diminuir ao longo do tempo, alinhando-se com as descobertas do DESI.

Um dos aspectos mais impressionantes do resultado é que o valor da energia escura depende de duas escalas de comprimento muito diferentes: o comprimento de Planck, a escala fundamental da gravidade quântica, que é de cerca de 10⁻³³ centímetros; e o tamanho do universo, que tem bilhões de anos-luz de diâmetro. Tal conexão entre as menores e maiores escalas no cosmos é altamente incomum na física e sugere que a energia escura está profundamente ligada à natureza quântica do próprio espaço-tempo.

"Isso sugere uma conexão mais profunda entre a gravidade quântica e as propriedades dinâmicas da natureza que deveriam ser constantes", disse Kavic. "Pode acontecer que um equívoco fundamental que carregamos conosco seja o de que as propriedades básicas definidoras do nosso universo são estáticas, quando na verdade não são."

Testes experimentais e perspectivas futuras.

Embora a explicação da equipe sobre a expansão acelerada do universo seja um avanço teórico significativo, testes experimentais independentes são necessários para confirmar seu modelo. Os pesquisadores propuseram maneiras concretas de testar suas ideias.

Uma linha de evidência "envolve a detecção de padrões complicados de interferência quântica, o que é impossível na física quântica padrão, mas deveria ocorrer na gravidade quântica", acrescentou Minic.

A interferência ocorre quando ondas, como ondas de luz ou matéria, se sobrepõem e amplificam ou cancelam umas às outras, criando padrões característicos. Na mecânica quântica convencional, a interferência segue regras bem compreendidas, envolvendo tipicamente dois ou mais caminhos quânticos possíveis. No entanto, a interferência de ordem superior — prevista por alguns modelos de gravidade quântica — sugere interações mais complexas que vão além desses valores padrão. Detectar tais efeitos no laboratório seria um teste inovador da gravidade quântica.

"Esses são experimentos de bancada que poderão ser realizados em um futuro próximo — dentro de três a quatro anos."

Enquanto isso, os pesquisadores não estão esperando por confirmações experimentais. Eles continuam a refinar sua compreensão do espaço-tempo quântico, bem como explorando caminhos adicionais para testar sua teoria.

Se confirmadas, suas descobertas representariam um grande avanço não apenas na explicação da energia escura, mas também no fornecimento da primeira evidência tangível da teoria das cordas — um objetivo há muito buscado na física fundamental.

Jumar Vicenth 

(Créditos de imagem: Terranaut via Pixabay)

Diamante x Grafite

O diamante e o grafite possuem exatamente a mesma composição química. Ambos são formados de carbono. Entretanto, as suas propriedades são muito distintas. O diamante é o mineral mais duro que conhecemos, tem aparência transparente e é isolante elétrico. Já o grafite é mole, escuro e bom condutor de eletricidade.

Tais diferenças devem-se as suas estruturas moleculares. No diamante, os átomos de carbono se ligam fortemente entre si formando uma grande e rígida estrutura espacial. Nesse tipo de ligação, chamada covalente, os carbonos compartilham os seus elétrons, ficando fortemente unidos. Essa estrutura rígida permite que o diamante risque facilmente materiais duros como o vidro. Já no grafite os carbonos se ligam covalentemente formando uma estrutura plana, que formam várias camadas como folhas sobrepostas. Essas camadas são ligadas entre si por interações eletrostáticas muito fracas (chamadas de Van der Waals). Isso faz com que o grafite seja facilmente desfeito. Quando desenhamos com um lápis algumas dessas camadas ficam simplesmente aderidas ao papel.

O Méson de Yukawa

Em 1943, numa cave do Liceu Virgílio em Roma, uma série de investigações sobre raios cósmicos começaram e culminaram com as famosas "Experiências Conversi-Pancini-Pigeon" (1946).

Isto marcou uma fase muito importante na história da física. Luis Alvarez, em sua palestra com o Nobel em dezembro de 1968, escreveu:

"Na minha opinião pessoal, gostaria de dizer que a física de partículas moderna começou nos últimos dias da Segunda Guerra Mundial, quando um grupo de jovens físicos italianos, Conversi, Pancini, Piccioni, que estavam em Roma escondidos pelas forças de ocupação alemãs, começou uma experiência de extraordinária importância. "

Nos anos 30, um interesse particular foi dirigido ao estudo dos raios cósmicos ( alta - partículas de energia que se movem no espaço) e foi nesses anos que Hideki Yukawa, um jovem físico então pouco conhecido, publicou um artigo que se tornou um clássico neste campo: "Sobre a interação de Elementary" Partículas". Aqui ele previu a existência de uma partícula, o méson, mediador de fortes interações nucleares. Tal partícula, de acordo com os cálculos de Yukawa, não podia ser observada diretamente em interações nucleares porque a energia necessária para a sua produção não estava disponível em nenhum laboratório do mundo. Uma fonte de energia alta é na verdade os raios cósmicos. Então, em 1937 Neddermeyer e Anderson descobriram, com a ajuda de uma câmara de nevoeiro, que as partículas penetrantes da radiação cósmica tinham uma massa intermediária entre a de um elétron e a de um próton. Eles tinham acabado de descobrir o mesotrone ou, como é chamado hoje, muone. Estimativas teóricas de massa e vida média feitas por Yukawa levaram-no a identificar o mesotron dos raios cósmicos com o méson que ele teorizou, e por algum tempo confirmou esta suposição incorreta.

A lua poderia ter carga elétrica positiva ou negativa e já em 1940 entendeu-se que se tratava de uma partícula instável com uma vida média de poucos microssegundos (o microssegundo corresponde a um milionésimo de segundo), mas eles não tinham sido capazes de obter uma medida direta desta vez. Entretanto, na Itália, Marcello Conversi e Oreste Piccioni começaram a trabalhar juntos, construindo com as próprias mãos novas ferramentas para realizar as medidas necessárias. Em particular, os dois desenvolveram circuitos eletrônicos rápidos e coincidência, usando contadores Geiger para revelar a passagem de partículas. Lembrei-me do Conversi:

“Pigeons e eu, quando no final de 1941 decidimos trabalhar juntos, tivemos entretanto a determinação direta da vida média do mesotrono. Piccioni, com alguns anos a mais de experiência do que eu, tinha um profundo conhecimento e um grande entusiasmo pela eletrônica, e a maior parte do desenvolvimento que se seguiu deveu-se à sua grande competência e engenho neste campo. ”

Mesmo que o mérito seja dividido igualmente em dois, como Piccioni lembrou por sua vez: “Marcello (Conversi) fez eletrônica com cuidado e competência supremos”.

Tudo isto aconteceu no pano de fundo da Segunda Guerra Mundial. Em julho de 1943, Roma foi declarada cidade aberta, mas os alemães resistiram até o fim e os aliados bombardearam a cidade com vários tiros. Todo o equipamento de Conversi e Pombos foi, portanto, transferido com uma carroça para um porão do Virgílio Liceo, um lugar mais próximo do Vaticano e, portanto, considerado mais seguro de possíveis ataques. Eduardo Amaldi, que estava na função de diretor do laboratório de física, deu “uma mensagem de encorajamento e teste de amizade” ajudando no transporte daqueles bens preciosos que mais tarde foram utilizados para a descoberta da família de um novo grupo de partículas elementares: os léptons. Roubando as palavras de Giorgio Salvini: "Meus queridos amigos, poder de entender, hoje, que carroça foi essa?! ”.

É nesse clima de tensão constante, com o risco de ser pego e deportado para os campos alemães, que as buscas continuam. Na primavera de 1944, eles conseguiram medir a vida média dos mortos. Na Itália, foi a primeira demonstração da existência da partícula prevista por Yukawa. Dada a impossibilidade de comunicar com os colegas, mesmo depois de Bruno Rossi, um dos maiores especialistas na área dos raios cósmicos, ter conseguido obter um valor um pouco mais preciso. Rossi mais tarde comentou:

“Depois da guerra, aprendi que enquanto Nerenson e eu estávamos trabalhando confortavelmente nas proximidades da Universidade Cornell, dois colegas italianos, Marcello Conversi e Oreste Piccioni, desafiando as condições duras prevalecentes em Roma sob ocupação alemã, conseguiram completar uma experiência cuidadosamente projetada e extremamente elaborada para medir, Como nós, a vida média de mesotrons em repouso. O resultado deles foi absolutamente correto, dentro dos limites da incerteza estatística. ”

Os dois foram posteriormente juntados por Ettore Pancini, que tinha estado envolvido nos anos anteriores na frente da Resistência, que propôs algumas melhorias no aparelho experimental que levaram a uma nova descoberta: a teoria de capturar Tomonaga e Araki. Esta teoria fortaleceu ainda mais a teoria de que o múon era na verdade o méson teorizado pelo físico japonês, estava satisfeito com o ferro. Essencialmente, Tomonaga e Araki concluíram que, devido à carga elétrica positiva do nuclear, a captura das luas e o declínio espontâneo dependeriam da sua carga. Em outras palavras, os múons positivos, devido à repulsão colombiana, não interagem com o núcleo e têm tempo para decair, enquanto os múons negativos devido à atração colombiana são imediatamente absorvidos. E isto deve ser válido para qualquer núcleo em que o múon é formado, sejam elementos pesados ou leves.

Conversi, Pancini e Pigeons então repetiram o experimento usando carbono em vez de ferro e perceberam que ambas as luas, não apenas as positivas, mas também as negativas, escaparam da captura nuclear de carbono e decaíram em elétrons. Foi simplesmente maravilhoso.

As notícias, através de Amaldi, chegaram imediatamente a Fermi, que começou a confrontar outros físicos teóricos, como Weisskopf e Teller, concluindo que o múon não poderia ser a partícula de Yukawa. Os três italianos tinham identificado "um convidado inesperado" na selva de partículas elementares, abrindo o caminho para o estudo da nova família chamada leptons. A reação do físico Isaac Isidor Rabi, que saudou esta descoberta com a pergunta "quem encomendou isto? ”.

Em junho de 1947, Marshak e Bethe vieram a suposição vencedora: o méson Yukawa é produzido na atmosfera alta e durante décadas numa nova partícula, o múon, que é observada ao nível do mar. O primeiro é aquele que hoje é chamado de pione ou meson Pi e cuja descoberta também foi tomada por Beppo Occhialini.

Essa foto, muito desfocada, retrata um verdadeiro pedaço da história: Marcello Conversi e Oreste Piccioni no porão da escola Virgílio alta Créditos por INFN mi