Domingo, 7 de Dezembro de 2008

A Idade define o Horizonte

 

 

Vamos começar a história do Universo por aquele momento cujo ocorrência nos é sugerida pelas características do Ruído Cósmico de Fundo: um momento em que a matéria se distribui de forma absolutamente isotrópica e uniforme”; faço uma pequena pausa para dar ao momento a solenidade que ele merece;
 
 “Admitamos que a matéria se encontra toda na sua forma mais simples, Hidrogénio, cujo átomo se compõe de 1 protão e 1 electrão. Primeira questão: a que forças, a que campo, está sujeito cada átomo?”
 
Bem, já estás a meter água... falta-te definir muitas coisas... se o Universo fosse assim tão simples, colapsava devido à atracção gravítica. Para evitar esse colapso é que o Einstein inventou o universo fechado, num espaço a 4 dimensões, mas essa solução é instável. A alternativa é a existência de algo que contrarie a atracção gravítica. E isso tem de estar incluído no teu modelo.”
 
Como uma energia negra? Bem, já estás a meter água com esse raciocínio pouco subtil...” Luísa solta logo uma gargalhada, o que manifestamente irrita o Mário. Apresso-me a esclarecer:
 
O Big Bang trouxe um progresso ao nosso entendimento do Universo, a ideia de que este Universo não existe desde sempre. Se a matéria existisse desde sempre, o que dizes estaria certo; mas não é assim, e o Ruído Cósmico de Fundo está aí para nos dizer que há um momento especial, um momento em que a matéria surge.”
 
E o que é que isso altera?”
 
Se a matéria tem uma idade que é finita, e se o campo se propaga à velocidade da luz...”
 
 “Ahh, estou a entender-te”, interrompe-me o Mário,o campo que actua em cada partícula é apenas o produzido numa esfera com um raio igual à idade da matéria em anos-luz... e como a distribuição é isotrópica, a partícula é atraída igualmente em todas as direcções; logo, as forças que actuam sobre ela anulam-se! As partículas estão em equilíbrio, não se movem para lado nenhum. É boa, não tinha pensado nisso, o campo de uma distribuição uniforme é nulo em toda a parte! Era isso que querias concluir?
 
Exactamente Mário! Como a matéria tem uma idade, e só podemos observar até uma distância igual à idade da matéria em anos-luz, o que se passa para além da esfera que essa distância define é irrelevante, por agora. Mais: devemos presumir que essa nossa esfera de observação é uma parte ínfima do Universo, e não podemos pensar que todo o Universo é igual ao bocadinho dele que observamos; seria como um aldeão presumir que todo o Mundo é igual ao vale onde vive e donde nunca saíu.”
 
 
 
 representação esquemática duma distribuição uniforme e isotrópica de partículas materiais (pontos negros); a circunferência azul marca o Horizonte da partícula azul no seu centro (raio igual à idade da matéria em anos-luz); a partícula azul  é igualmente solicitada em todas as direcções(setas vermelhas); para fora da circunferência azul, o Universo é desconhecido
 
 
Até posso aceitar isso, mas então tens um problema!” um sorriso maroto alegra a face do Mário Se o campo é nulo em toda a parte, se não há energias negras nem Inflacção, então nenhuma partícula se move e esse estado perpetua-se indefinidamente. Assim, como se formam as galáxias?
 
Estás a presumir uma coisa que eu não disse: eu não disse que os átomos estavam parados. Nesse instante particular, a distribuição é uniforme e isotrópica, mas os átomos têm movimento.”
 
Mário pensou um pouco. “Podem ter movimento mas chocam uns com os outros e a consequência é que a densidade média de átomos não sofre alteração significativa. A Inflação é indispensável à formação das estruturas materiais porque ela amplifica bruscamente as mínimas flutuações que existiram num dado instante no plasma inicial; depois de amplificadas pela Inflação, já não podem regredir, pelo contrário. Num processo lento de expansão, essas flutuações nunca passariam disso mesmo, de insignificantes flutuações. Sem Inflação não existiria nenhuma estrutura da matéria no universo!”
 
Cuidado com as presunções Mário. Sabes qual é a densidade média de átomos no Universo?”
 
De átomos, dizes tu? Pensando no átomo de Hidrogénio... ora a densidade da matéria é de cerca de ... eu não sei os últimos valores, quando estudei falava-se de 2x10-31g/cm3...” o Mário fecha os olhos por uns instantes, “ creio que ... cerca de 1 átomo por 10 m3... Será?”
 
Um átomo por 10 m3?? Isso é muitíssimo menos que o vácuo que as bombas de vácuo são capazes de produzir, enganaste-te nas contas Mário!!” A Luísa espanta-se, é natural, poucas pessoas têm ideia de como é rara a matéria.
 
Está certo Mário, é isso mesmo!” a Luísa empalidece, a face expressa incredulidade.É infima a percentagem de espaço ocupada com a matéria. O valor mais recente para a densidade do Universo, de acordo com os actuais modelos, determinado pela missão WMAP, é o dobro disso – cerca de dois átomos, ou uma molécula, de hidrogénio em cada 10 m3.”
 
Pois, eu sabia que era um valor muito baixo, embora nunca tivesse pensado em termos de átomos por m3...”
 
E sabes qual é o percurso livre médio com esta densidade de matéria?”
 
Percurso livre médio? O que é isso?”
 
É a distância média que uma molécula percorre antes de chocar com outra. Não sei mas posso fazer as contas...”
 
Não vale a pena”, interrompo,eu já as fiz; é de cerca de 1000 anos-luz, para o diâmetro que as moléculas têm hoje.”
 
Isso é hoje, mas na altura do CMB as distâncias eram muito menores, ou as moléculas eram muito maiores, segundo a tua teoria; já consideraste isso?”
 
Já; para uma variação de escala de 1000 vezes, como considera o Big Bang, o percurso médio é de dez milhões de quilómetros, com a unidade de comprimento atómica da altura; mesmo para uma variação de escala de 100000 vezes, ainda é de dez metros. Portanto, a tua presunção de que estaríamos perante um gás condenado a manter-se uniforme em consequência dos choques entre moléculas está errada.”
 
Seja como fôr, não vejo como uma distribuição uniforme de moléculas poderia, por si só, chegar à distribuição actual. Com choques ou sem eles, sem uma fase de Inflação não há hipótese de explicar a imensa macroestrutura actual do Universo.”
 
Vocês já falaram várias vezes dessa macroestrutura do Universo mas eu não sei ao certo a que se referem; a matéria organiza-se em estrelas e estas em galáxias, é isso?”
 
É muito mais do que isso.”

 

publicado por alf às 04:02
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32 comentários:
De antonio a 9 de Dezembro de 2008 às 10:21
Os nossos horizontes variam com a idade, por vezes inflacionados, quase sempre mais curtos do que o alcance da vista.

Quanto às interacções profícuas, daquelas a partir das quais nascem as estrelas e os sonhos, são realmente muito escassas, confirmo. Mas quando vamos começar a falar de coisas sérias das quais não sabemos nada?
De alf a 10 de Dezembro de 2008 às 02:11
antónio

Boa analogia com as «estrelas» e os sonhos... frutos da escassez e não da abundância.

Mas de que coisas sérias quer falar? De qualquer forma, antes falar de qq coisa séria de que não se sabe nada, é preciso estabelecer a credibilidade do autor... senão, quem o ouvirá?

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