Qual é a coisa mais incrível sobre o universo?

As observações feitas com o Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul no Chile revelaram pela primeira vez que uma estrela orbitando o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea se move exatamente como previsto por Einstein

As observações feitas com o Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul no Chile revelaram pela primeira vez que uma estrela orbitando o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea se move exatamente como previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein. Sua órbita tem o formato de uma roseta e não de uma elipse, conforme previsto pela teoria da gravidade de Newton. Esse efeito, conhecido como precessão de Schwarzschild, nunca havia sido medido antes para uma estrela ao redor de um buraco negro supermassivo. A impressão desse artista ilustra a precessão da órbita da estrela, com efeito exagerado para facilitar a visualização. (Crédito da imagem: ESO / L. Calçada)

Paul M. Sutter é astrofísico da SUNY Stony Brook e do Flatiron Institute, anfitrião de Pergunte a um astronauta e Rádio Espacial , e autor de ' Como morrer no espaço . ' Ele contribuiu com este artigo para Vozes de especialistas do Space.com: Op-Ed e Insights .

Talvez o aspecto mais poderoso da física - e talvez a coisa mais surpreendente sobre o cosmos como um todo - seja a universalidade das leis e teorias físicas.



Algumas poucas equações - pequenas o suficiente para caber em sua camiseta favorita - podem explicar uma variedade de fenômenos de uma extremidade do universo a outra, e desde os primeiros momentos do Big Bang até o futuro insondável. Vamos ver como a física moderna pode ser poderosa.

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Jogos de gravidade

Albert Einstein teoria geral da relatividade é a nossa teoria moderna de como a gravidade funciona: a matéria e a energia dobram o espaço-tempo e, por sua vez, a curvatura do espaço-tempo diz à matéria como se mover. A matemática é um pouco complexa: é necessário um conjunto de 10 equações inter-relacionadas para descrever toda essa dobra, empenamento e movimento. Mas essas equações contêm um poder enorme.

Por exemplo, no limite da gravidade fraca, as equações de Einstein reduzem-se às expressões mais familiares da gravidade newtoniana, que é usada para explicar tudo, desde as trajetórias de bolas de beisebol até represas hidrelétricas. Além da superfície da Terra, Einstein assume mais controle, onde as equações da relatividade são utilizadas para fornecer posicionamento preciso com o sistema GPS e prever com precisão as órbitas de todos os planetas.

Essas mesmas equações, sem uma única modificação, passam a feitos maiores, revelando a existência de buracos negros e seu funcionamento, o crescimento das maiores estruturas do universo, a presença de matéria escura dentro das galáxias e o Grande explosão em si.

Tudo isso a partir de um conjunto de 10 equações, abrangendo tanto o espaço cósmico quanto o tempo cósmico - na verdade, mostrando que o universo tem uma idade finita em primeiro lugar.

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Energias nucleares

Quando os físicos começaram a decifrar o código nuclear na década de 1940, eles não tinham ideia de que suas maquinações acabariam por desvendar um dos mistérios mais desconcertantes da astronomia: como as estrelas funcionam . Antes dessa época, os cientistas haviam tentado todos os tipos de tentativas para reconciliar a idade da Terra revelada pela geologia e pela paleontologia (bilhões de anos) com todas as formas físicas conhecidas de manter o sol brilhando tão intensamente. Essas tentativas, via de regra, falharam miseravelmente, com até mesmo as melhores explicações alcançando apenas alguns milhões de anos.

Mas a física nuclear era um jogo totalmente novo, e uma vez que os físicos descobriram as condições necessárias para iniciar a fusão nuclear (ou seja, pressões, temperaturas e densidades insanamente altas), eles perceberam que tais condições nem sempre são feitas pelo homem (dentro bombas nucleares e reatores), mas podem ser encontrados na própria natureza: nos corações das estrelas.

A fusão nuclear do hidrogênio é como as estrelas se alimentam por bilhões de anos, e as equações que os físicos usam para entender esse processo são exatamente as mesmas que usam para transformar reações nucleares em energia utilizável. Dos menores átomos à maior das estrelas, a física nuclear - relativamente nova no mundo da física - une o cosmos de uma forma surpreendente.

Leis do movimento

Mas você não precisa usar equações esotéricas da relatividade ou cálculos complicados de reações nucleares para descobrir a universalidade da física. Pode ser tão simples e direto como, digamos, um acidente de carro.

Quando dois veículos colidem, as leis de conservação de energia e momentum se aplicam: a quantidade total de energia e momentum antes da colisão deve ser igual à quantidade total de energia e momentum após a colisão. Usando essas declarações simples, os investigadores podem reconstruir a cena do acidente, descobrindo qual motorista foi o culpado e o que levou à colisão.

E os carros não são a única coisa no universo que se chocam.

Estrelas em colisão. Mesclando galáxias. Misturando nuvens de gás. É raro encontrar um artigo de astronomia ou física que não mencione, de alguma forma, a conservação de energia e momento. Os cientistas usam esses princípios para compreender quase tudo no cosmos.

Por que essa nuvem de gás irradia energia? Conservação de energia e momentum. Por que essa estrela de nêutrons está mudando sua velocidade de rotação? Conservação de energia e momentum.

O que vai acontecer quando aqueles galáxias colidem ? Conservação de energia e momentum.

Na próxima vez que você sofrer um acidente de carro, pare um momento para pensar sobre o momentum e como ele se aplica a todo o universo, onde quer que você esteja.

Saiba mais ouvindo o episódio 'Qual é a coisa mais incrível do universo?' no podcast Ask A Spaceman, disponível no iTunes e na Web em http://www.askaspaceman.com. Obrigado a @ iva_987 pelas perguntas que levaram a esta peça! Faça sua própria pergunta no Twitter usando #AskASpaceman ou seguindo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter.