Quarta-feira, 29 de Julho de 2009

As Espirais Galácticas

 

"Porque é que o Sol roda ao contrário da espiral galáctica não precisas de explicar, não é mistério nenhum! A espiral não é um movimento global da matéria da galáxia, é apenas uma onda de densidade que se propaga do centro da galáxia para a periferia.” 

 

 Grandes palavras Mário... mas o que é isso de uma onda de densidade? As estrelas atravessam os braços da espiral sem perturbação, o que significa que essa «onda» não é como as ondas do mar ou do som. Por isso lhe chamam «onda de densidade». Mas descrever o que se passa não é explicar. A questão permanece: o que é e como se origina essa «onda de densidade»?”

 

Meu caro, eu não sei e suponho que ninguém saiba, mas a seu tempo se encontrará a explicação; perceber que se trata de uma «onda de densidade» já é um grande passo!”

 

Sem dúvida Mário! Mas agora vais ter a oportunidade de dar mais um passo e perceber tão misterioso fenómeno.”

 

Bem, lá começas tu... estou ansiosamente à espera de te ouvir...”

 

Sabes uma coisa curiosa? A explicação das espirais está na capa de um livro que tu certamente já manuseaste dúzias de vezes!”

 

Na capa de um livro?? Não me lembro de nenhum livro com esse assunto na capa!”

 

O assunto não é esse, de facto; mas no desenho da capa está a solução, embora quem fez a capa não estivesse a pensar em nada disso.”

 

Tu mais os teus mistérios.” Mário solta um riso fresco e protector. “Desembucha lá, de que livro se trata?”

 

"Einstein's Theory of Relativity, do Max Born, conheces?"

 

 

Se conheço?? Amo esse livro! É um dos dois livros que me entusiasmaram para a Física!”
 
E como é a capa?”
 

A capa? Fazes cada pergunta... eu presto lá atenção às capas... creio que são umas ovais... um daqueles desenhos que qualquer programa de matemática faz e que são muito decorativos...”

 

Eu tenho aqui a capa digitalizada, queres ver?” Abro a foto da minha edição do livro do Max Born.

 

 

 

(clicar para ver com detalhe)

  

Olha para esse desenho e pensa no movimento da matéria na galáxia.” Mário foi literalmente sugado para o monitor do computador, a casca professoral vaporizada pelo entusiasmo de ver algo novo, como um miúdo a olhar para os embrulhos de Natal. O zumbido dos excitados neurónios parecia quase audível e manteve-nos em venerando silêncio. Finalmente, com voz expectante, começou a expor um raciocínio:

 

Isto são elipses sucessivamente mais pequenas e com o eixo sucessivamente rodado... como as órbitas da matéria na galáxia... a matéria tem órbitas aproximadamente elípticas, mas as elipses vão rodando com uma velocidade que depende do seu tamanho... esta precessão das elipses vai originando a zona de maior densidade em espiral, que roda ao contrário da matéria!” termina, maravilhado. É intensa a sensação de beleza que nos assola quando desvendamos segredos que presumíamos indecifráveis.

 

Espera aí, deixa ver se eu percebi.” A Luísa interrompe o momento. “Então, a princípio, as órbitas seriam todas elipses concêntricas, com o eixo maior alinhadinho; mas estas elipses rodam, com uma velocidade que depende do eixo maior; em consequência, elas vão estabelecer uma linha de cruzamentos que tem a forma de uma espiral. Estou certa até aqui?”

 

Isso mesmo Luísa.” Responde o Mário ainda entusiasmado. E continua: “Na linha de cruzamento das órbitas a densidade da matéria é muito maior, mas a matéria segue apenas a respectiva órbita elíptica; as estrelas atravessam os braços da espiral sem perturbação. O desenho espiral é estável porque toda a matéria fora da zona central tem a mesma velocidade. A barra central tem um comportamento diferente porque aí as velocidades variam com a distância ao centro galáctico.”

 

Mário continuava maravilhado a olhar para capa do livro.Nesta saíste-te bem, Jorge... já na explicação da formação das galáxias...”

 

Ainda estou a trabalhar nessa. Mas de uma coisa estou certo: nesta fase do Universo tudo se explica com o recurso à simples leis da Gravidade. A explicação para a formação das galáxias será simples, elegante, nada caótica, porque as densidades são muito baixas e não há choques entre as moléculas. E sobretudo, não dependerá de nenhumas forças ocultas, entes negros ou energias desconhecidas. A única dificuldade reside na nossa falta de inteligência para descobrir como é; depois de descoberto, uma criança poderá perceber.”

 

Isso é que é fé na simplicidade divina!” A Luísa desatou a rir, trocista.

 

Não é Fé, eu sou um conhecedor da personalidade subtil e serena de Deus!” Não resisti à provocação, e a Luísa e eu rimo-nos, divertidos com o ar perplexo dos outros dois. Mas aproveitei para continuar com ar mais sério:Repara que não há nada de caótico em todas as sucessivas etapas de organização da matéria até agora: a uniformidade inicial origina cascas esféricas, que originam anéis, que originam galáxias, que originam estrelas; e, como vamos ver, também a formação de estrelas é um processo preciso e determinístico.”

 

Preciso e determinístico? Saíste-me cá um poeta... então as estrelas não resultam de processos caóticos de condensação de nuvens de matéria?” 

 

Pois, também pensavas que sabias tudo sobre os braços espirais das galáxias e, afinal, não sabias...”

 

 

 

 

Nota: o anonimodenome chamou-me a atenção de que esta explicação já foi apresentada por Lin e Shu e está na wikipedia aqui; não fazia ideia, já tive esta ideia há muitos anos e esta teoria não é referida na minha bibliografia; antes de publicar fiz uma pesquisa rápida na net, nomeadamente na wikipedia, mas devo ter-me ficado pela versão portuguesa ou não devo ter corrido a inglesa até ao fim. De qualquer maneira, convém registar que as ideias que aqui apresento, quando acontece não serem originais, verifica-se que são certas... logo, é possível que as originais também o sejam...

 

publicado por alf às 16:57
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13 comentários:
De Metódica a 29 de Julho de 2009 às 23:27
Viva!! :D

Post interessante...
É engraçado como muitas vezes as respostas que queremos e de que precisamos está bem à nossa frente e não a vemos. Muitas vezes olhamos para elas tds os dias...

Desenhos decorativos... puf... uma imagem matemática pode acalentar muitos segredos

Humm... fiquei interessada no livro :)
É a explicação da relatividade geral por Max Born? É q andei a ver s encontrava um resumo mas não achei grande coisa...
já agora onde o poderia encontrar? é que na bertrand, fnac e wook n ha :S
fiquei msm cuirosa :P

Eu diria que o Jorge é um disciplo de Einstein!
De alf a 30 de Julho de 2009 às 02:19
Olá Metódica!

Já dizia o Galileu que para compreendermos o Universo temos de compreender a linguagem em que ele está escrito, que é a da Geometria! E isto é muto mais verdadeiro do que se pensa.

O livro é um clássico fascinante! Começa do zero em física e vai até à relatividade geral, sempre concentrado nos conceitos e nas ideias e não nas fórmulas. Recomendo vivamente a quem se interessa por física.

Suponho que obtive o meu exemplar na Amazon.

O Jorge é um seguidor das ideias de Poincaré, Lorentz e Einstein. Mais do que um seguidor, um continuador. Um discípulo dedicado dessas figuras, sem dúvida!
De Metódica a 30 de Julho de 2009 às 13:24
Então tenho mesmo que ver se o arranjo.
Aproveito para procurar alguma coisa de Poincaré... gostava de ler alguma coisa da autoria dele mas tb acho q não há muito... ^.-

Vou à caça ;P

Obrigada
De alf a 30 de Julho de 2009 às 15:15
Do Poincaré tem em português «O Valor da Ciência», da Contraponto Editora. É um livro muito interessante para quem quiser meditar e compreender as bases do nosso conhecimento.

Boa caçada
De curioso a 30 de Julho de 2009 às 01:42
Boas.

Simplesmente espectacular...
O Alf continua a surpreender...
Se bem percebi todas as estrelas da galáxia tem uma precessão no periélio (semelhante à prevista para mercurio por Einstein) e isso faz com se formem as espirais que rodam no sentido contrário às estrelas, na zona de maior densidade... simples e subtil.

Curioso.
De alf a 30 de Julho de 2009 às 02:42
Olá curioso

Fico feliz que tenha gostado. Eu também acho isto fascinante e farto-me de olhar para a capa do livro, que nem refere quem é o autor do desenho. Mas, se não fosse ele, quem iria lembrar-se duma coisa assim?

É tal como diz. Os movimentos orbitais nunca são curvas fechadas excepto no caso limite de serem circunferências perfeitas.

As órbitas planetárias são quase circulares e isso revela que elas não podem resultar de um processo de condensação de uma nuvem de matéria. As órbitas que se originam num processo de condensação são fortemente elípticas, cujo eixo tem um acentuado movimento de precessão.
De Peter15 a 30 de Julho de 2009 às 15:57
Um belo texto, bem trabalhado, acessível e suficientemente desenvolvido.
Irei tentar adquiri-lo qd voltar de férias. Entretanto yenho aqui um "comentário de pobre" ao texto anterior:

Pondo de parte a incerteza em relação à matéria negra, foi proposto um certo número de diferentes teorias sobre a formação de galáxias e a sua distribuição espacial.
A massa do universo primitivo era praticamente uniforme, mas apresentava ligeiras concentrações esporádicas, como pequenas ondas na superfície de um lago. Num lugar onde a massa estivesse concentrada, a gravidade seria um pouco mais intensa, fazendo com que a massa próxima se concentrasse mais e atraísse o gás circundante. A gravidade intensificar-se-ia e o processo continuaria até à formação de uma forte concentração de massa.
As pequenas ondas e os “grumos” iniciais viriam a produzir galáxias individuais, as maiores produziram grupos e aglomerados de galáxias e assim por diante, segundo uma hierarquia de estruturas.
As localizações actuais das galáxias no espaço seriam então explicadas pelas localizações e pelos tamanhos das ondas iniciais, juntamente com a posterior acção da gravidade.
De alf a 30 de Julho de 2009 às 16:48
Peter

Obrigado pelas suas palavras amáveis.

Essa teoria parece muito lógica mas não é, há inúmeras evidências de que não pode ser assim, a começar logo pela disposição das galáxias em anéis ou em «muros»; é por isso que todos os grandes nomes que se dedicam à estrutura em grande escala do universo, pelo menos os que eu conheço, favorecem a hipótese das bolhas.

Por outro lado, as anisotropias iniciais que supostamente se encontraram são ínfimas e incapazes de originar um processo de condensação de matéria num universo em expansão. E digo «supostamente se encontraram» porque o valor destas anisotropias diminui à medida que aumenta a precisão das medidas e das análises. O facto relevante não é a anisotropia mas exactamente o oposto, a espantosa isotropia inicial, inexplicável pela física actual no quadro do Bigbang e que obrigou a hipóteses tão fantásticas como a da Inflação.

Temos, portanto, a hipótese da Inflação para explicar porque a distribuição de matéria surge tão absurdamente isotrópica, mas depois usamos uma hipótese da anisotropia inicial para explicar como se formam as galáxias.

Temos é de encontrar uma explicação que não careça nem de anisotropia nem de Inflação. Nem de matéria negra nem de energia negra.

Boas férias e obrigado

De manuel gouveia a 31 de Julho de 2009 às 17:12
O lado de artista gráfico de Deus! A criação do universo foi algo lúdico, este é um Deus que gosta de brincar, deviamos meditar sobre a densidade desta descoberta.
De anonimodenome a 4 de Agosto de 2009 às 00:12
Fantástico.
Fiquei muito surpreso pela simplicidade.

O observador estava atento, foi o único a observar.

Deve ter dado um prazer sublime ao alf. Isso deve.
Mesmo que aparentemente o Acaso tivesse uma quota parte no evento.
Não estivesse o alf preparado e a capa cairia em saco roto.

Agora, quando olhar para as fotos do grande céu já estou mais iluminado.

O prazer do alf vai sendo repartido.
obrigado.
De alf a 4 de Agosto de 2009 às 19:47
Aproveito o teu entusiastico comentário para chamar a atenção para este aspecto dos processos de Inteligência:
a nossa capacidade de geração de hipóteses é muito limitada! Temos de buscar fontes externas que nos induzam novas hipóteses. Temos de usar métodos para isso, treinarmo-nos a fazê-lo.

Se leres os comentários entre a Metódica e eu no último post do «outramargem», lá encontrarás este problema e a razão de algumas dificuldades da ciência actual.
De anonimodenome a 20 de Agosto de 2009 às 01:50
afinal já existia um gráfico semelhante na wikipedia, desde 2006:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Spiral_galaxy_arms_diagram.svg
acessível pelos links:
http://en.wikipedia.org/wiki/Spiral_galaxy
e http://en.wikipedia.org/wiki/Density_wave_theory
De alf a 20 de Agosto de 2009 às 17:26
anonimodenome

Tens razão! Desconhecia em absoluto esse gráfico e, qd fui à wiki buscar o link sobre galáxias espirais, nada na descrição da teoria de ondas de densidade, aí referida, me levou sequer a suspeitar que poderiam estar a referir-se à precessão das órbitas elípticas.

(já agora: esta minha explicação é muito anterior a 2006, embora seja posterior à teoria do Lin e Shu, que é de 64)

Mas interrogo-me: na página da Wiki que apresenta esta teoria e onde está este gráfico, também em parte alguma se fala de precessão de órbitas elípticas; apenas se apresenta uma confusa descrição e uma comparação pouco esclarecedora com o trânsito automóvel; se não tivesses lido este post terias percebido a base da teoria?

Porque é que na página da Wiki não se apresentam as coisas de forma mais clara? Se não fosse esse gráfico, quem perceberia a teoria? E, mesmo assim, quem, a não ser quem leu este post, entende a importância do gráfico? Sim, porque em lado nenhum se refere que as elipses rodam e sem isso não se pode entender que as espirais se formem e rodem, não é verdade?

E já agora: como é que esta teoria se compatibiliza com a matéria negra? Provavelmente é incompatível, se não o fosse, seria referido. Nem faço ideia como poderão ser as órbitas com a distribuição de campo da matéria negra.

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