O estudo da física é o estudo do universo – e mais especificamente, de como diabos o universo funciona. É sem dúvida o ramo mais interessante da ciência, porque o universo, ao que parece, é muito mais complicado do que parece à superfície (e já parece bastante complicado). O mundo funciona de maneiras realmente estranhas e, embora você possa precisar de um doutorado para entender o porquê, você só precisa de um sentimento de admiração para compreender como. Aqui estão dez das coisas mais incríveis que os físicos descobriram sobre o nosso universo:
De acordo com a Teoria da Relatividade Especial de Einstein , a velocidade da luz nunca pode mudar – ela está sempre estagnada em aproximadamente 300 milhões de metros/segundo, não importa quem a esteja observando. Isso por si só é incrível, visto que nada pode se mover mais rápido que a luz, mas ainda é muito teórico. A parte realmente legal da Relatividade Especial é uma ideia chamada dilatação do tempo, que afirma que quanto mais rápido você vai, mais devagar o tempo passa para você em relação ao ambiente. Sério: se você for dar uma volta de carro por uma hora, terá envelhecido um pouco menos do que se tivesse ficado sentado em casa diante do computador. Os nanossegundos extras que você ganha com isso podem não valer o preço da gasolina, mas, ei, é uma opção.
É claro que o tempo só pode desacelerar até certo ponto, e a fórmula funciona de modo que, se você estiver se movendo na velocidade da luz, o tempo não estará se movendo. Agora, antes de sair e tentar algum esquema para se tornar imortal rápido, observe que mover-se na velocidade da luz não é realmente possível, a menos que você seja feito de luz. Tecnicamente falando, mover-se tão rápido exigiria uma quantidade infinita de energia (e eu, pelo menos, não tenho esse tipo de energia por aí).
Tudo bem, acabamos de concordar que nada pode se mover mais rápido que a velocidade da luz, certo? Bem… sim e não. Embora isso ainda seja tecnicamente verdade, pelo menos em teoria, verifica-se que existe uma lacuna no ramo alucinante da física conhecido como mecânica quântica.
A mecânica quântica, em essência, é o estudo da física em escala microscópica, como o comportamento das partículas subatômicas. Esses tipos de partículas são impossivelmente pequenos, mas muito importantes, pois formam os blocos de construção de tudo no universo. Vou deixar os detalhes técnicos de lado por enquanto (fica bem complicado), mas você pode imaginá-los como bolinhas de gude minúsculas, giratórias e carregadas eletricamente. Ok, talvez isso também seja meio complicado. Basta rolar com ele (trocadilho intencional).
Então digamos que temos dois elétrons (uma partícula subatômica com carga negativa). O emaranhamento quântico é um processo especial que envolve emparelhar essas partículas de forma que se tornem idênticas (bolas de gude com o mesmo spin e carga). Quando isso acontece, as coisas ficam estranhas – porque a partir de agora esses elétrons permanecem idênticos. Isso significa que se você alterar um deles – digamos, girá-lo na outra direção – seu gêmeo reage exatamente da mesma maneira. Imediatamente. Não importa onde esteja. Sem você nem tocar. As implicações deste processo são enormes – significa que a informação (neste caso, a direção da rotação) pode essencialmente ser teletransportada para qualquer lugar do universo.
Mas vamos voltar à luz por um minuto e desta vez falar sobre a Teoria da Relatividade Geral (também de Einstein). Este envolve uma ideia chamada deflexão da luz , que é exatamente o que parece: o caminho de um feixe de luz não é totalmente reto.
Por mais estranho que pareça, isso foi provado repetidamente (Einstein até fez um desfile em sua homenagem por previ-lo corretamente). O que isso significa é que, embora a luz não tenha massa, seu caminho é afetado por coisas que a têm – como o sol. Portanto, se um feixe de luz proveniente, digamos, de uma estrela distante passar perto o suficiente do Sol, na verdade ele se curvará ligeiramente em torno dele. O efeito sobre um observador – como nós – é que vemos a estrela em um ponto do céu diferente daquele em que ela realmente está localizada (da mesma forma que os peixes em um lago nunca estão no local onde parecem estar). Lembre-se de que da próxima vez que você olhar para as estrelas, tudo pode ser apenas um truque de luz.
Graças a algumas das teorias que já discutimos (e a muitas que ainda não discutimos), os físicos têm algumas maneiras bastante precisas de medir a massa total presente no universo. Eles também têm maneiras bastante precisas de medir a massa total que podemos observar, e aqui está a diferença: os dois números não coincidem.
Na verdade, a quantidade de massa total no universo é muito maior do que a massa total que podemos realmente contabilizar. Os físicos foram forçados a encontrar uma explicação para isto, e a principal teoria neste momento envolve a matéria escura – uma substância misteriosa que não emite luz e representa aproximadamente 95% da massa do Universo. Embora não tenha sido formalmente provada a sua existência (porque não podemos vê-la), a matéria escura é apoiada por uma tonelada de evidências e tem de existir de uma forma ou de outra para explicar o universo.
É aqui que as coisas ficam um pouco complicadas e, para entender por quê, temos que voltar à Teoria do Big Bang. Antes de ser um programa de TV, a Teoria do Big Bang foi uma explicação importante para a origem do nosso universo. Na analogia mais simples possível, funcionou mais ou menos assim: o universo começou como uma explosão. Detritos (planetas, estrelas, etc.) foram lançados em todas as direções, impulsionados pela enorme energia da explosão. Como todos esses detritos são tão pesados e, portanto, afetados pela gravidade de tudo que está por trás deles, esperaríamos que a explosão diminuísse depois de um tempo.
Isso não acontece. Na verdade, a expansão do nosso universo está ficando mais rápida com o tempo, o que é tão louco quanto se você jogasse uma bola de beisebol que ficasse cada vez mais rápida em vez de cair de volta no chão (embora não tente isso em casa). Isto significa, com efeito, que o espaço está sempre a crescer. A única maneira de explicar isso é com a matéria escura, ou, mais precisamente, com a energia escura , que é a força motriz por trás dessa aceleração cósmica. Então, o que é energia escura no mundo, você pergunta? Bem, isso é outra coisa interessante…
É verdade – matéria e energia são apenas duas faces da mesma moeda. Na verdade, você sabe disso a vida toda, se já ouviu falar da fórmula E = mc^2 . O E é para energia e m representa massa. A quantidade de energia contida em uma determinada quantidade de massa é determinada pelo fator de conversão c ao quadrado, onde c representa – espere aí – a velocidade da luz.
A explicação para este fenómeno é realmente fascinante e tem a ver com o facto de a massa de um objecto aumentar à medida que se aproxima da velocidade da luz (mesmo quando o tempo diminui). É, no entanto, bastante complicado, por isso, para efeitos deste artigo, vou simplesmente assegurar-lhe que é verdade. Para provar (infelizmente), basta olhar para as bombas atômicas, que convertem quantidades muito pequenas de matéria em quantidades muito grandes de energia.
Falando de coisas que são outras coisas…
À primeira vista, partículas (como um elétron) e ondas (como a luz) não poderiam ser mais diferentes. Um é um pedaço sólido de matéria e o outro é um feixe radiante de energia, mais ou menos. São maçãs e laranjas. Mas acontece que coisas como a luz e os eletrões não podem realmente ser confinadas a um único estado de existência – agem tanto como partículas como ondas, dependendo de quem está a olhar.
Não, sério. Eu sei que isso parece ridículo (e parecerá ainda mais louco quando chegarmos ao número 1), mas há evidências concretas que provam que a luz é uma onda, e outras evidências concretas que provam que a luz é uma partícula (o mesmo vale para os elétrons). É só… ambos . Ao mesmo tempo. Não é algum tipo de estado intermediário entre os dois, veja bem – fisicamente ambos, no sentido de que pode ser qualquer um deles. Não se preocupe se isso não fizer muito sentido, porque estamos de volta ao reino da mecânica quântica e, nesse nível, o universo não gosta de ser compreendido de qualquer maneira.
Vamos acalmar as coisas por um segundo, porque a física moderna é muita coisa para absorver de uma só vez. Tudo bem – a física clássica também provou alguns conceitos muito legais.
Você seria perdoado por presumir que objetos mais pesados caem mais rápido do que os mais leves – parece senso comum e, além disso, você sabe com certeza que uma bola de boliche cai mais rapidamente do que uma pena. E isso é verdade, mas não tem nada a ver com a gravidade – a única razão pela qual isso ocorre é porque a atmosfera terrestre oferece resistência. Na realidade, como Galileu percebeu pela primeira vez há cerca de 400 anos, a gravidade funciona da mesma forma em todos os objetos, independentemente da sua massa. O que isto significa é que se você repetisse o experimento da pena/bola de boliche na Lua (que não tem atmosfera), elas atingiriam o solo exatamente ao mesmo tempo.
Tudo bem, termine. As coisas vão ficar estranhas novamente.
O problema do espaço vazio, você pensaria, é que ele está vazio. Parece uma suposição bastante segura – afinal, está no nome. Mas acontece que o universo está demasiado inquieto para aguentar isso, e é por isso que as partículas surgem e desaparecem constantemente por todo o lado. Elas são chamadas de partículas virtuais, mas não se engane – são reais e comprovadas. Eles existem apenas por uma fração de segundo, o que é longo o suficiente para quebrar algumas leis fundamentais da física, mas rápido o suficiente para que isso realmente não importe (como se você roubasse algo de uma loja, mas colocasse de volta na prateleira meio minuto). segundo depois). Os cientistas chamaram esse fenômeno de “ espuma quântica ”, porque aparentemente os lembrava das bolhas em movimento na cabeça de um refrigerante.
Então, lembra-se de algumas entradas atrás, quando eu disse que tudo era uma onda e uma partícula ao mesmo tempo? Claro que sim, você tem acompanhado meticulosamente. Mas aqui está outra coisa: você sabe por experiência própria que as coisas têm formas definidas: uma maçã na sua mão é uma maçã, e não uma coisa estranha de maçã ondulada. Então, o que faz com que algo se torne definitivamente uma partícula ou uma onda? Acontece que sim.
O experimento da fenda dupla é a coisa mais insana sobre a qual você lerá o dia todo, e funciona assim: os cientistas montaram uma tela com duas fendas na frente de uma parede e dispararam um feixe de luz através das fendas para que pudessem ver onde bateu na parede. Tradicionalmente, sendo a luz uma onda, ela exibiria algo chamado padrão de difração, e você veria uma faixa de luz espalhada pela parede. Esse é o padrão: se você configurar o experimento agora, é isso que você verá.
Mas não é assim que as partículas reagiriam a uma fenda dupla – elas simplesmente passariam direto para criar duas linhas na parede que correspondessem às fendas. E se a luz é uma partícula, por que não apresenta esta propriedade em vez de um padrão de difração? A resposta é que sim – mas apenas se quisermos. Veja, como uma onda, a luz viaja através de ambas as fendas ao mesmo tempo, mas como uma partícula, ela só pode viajar através de uma. Então, se quisermos que ela atue como uma partícula, tudo o que precisamos fazer é configurar uma ferramenta para medir exatamente por qual fenda cada pedaço de luz (chamado fóton) passa. Pense nisso como uma câmera: se ela tirar uma foto de cada fóton ao passar por uma única fenda, então esse fóton não pode ter passado pelas duas fendas e, portanto, não pode ser uma onda. Como resultado, o padrão de interferência na parede não aparecerá – em vez disso, as duas linhas aparecerão. A luz terá agido como uma partícula simplesmente porque colocamos uma câmera na frente dela. Mudamos fisicamente o resultado apenas medindo-o.
É chamado de Efeito Observador, em geral, e embora seja uma boa maneira de terminar este artigo, ele nem sequer arranha a superfície das coisas malucas que podem ser encontradas na física. Por exemplo, há um monte de variações do experimento da fenda dupla que são ainda mais insanas do que aquela de que falei aqui. Recomendo que você os procure, mas apenas se estiver preparado para passar o dia inteiro envolvido na mecânica quântica.
