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Física & Química

Por que o espaço é em 3D? Físicos podem ter descoberto uma explicação plausível para essa pergunta

E ela também pode ser bem confusa.

Você pode talvez nunca ter parado para pensar na ideia de por que razão o universo tem somente três dimensões espaciais, mas esta questão tem mexido com físicos por muito tempo.

Uma ideia que mistura física de partículas com algo chamado ”teoria dos nós” pode não somente oferecer uma explicação para isto, como também pode prover uma luz sobre o que impulsionou a colossal expansão que o universo viveu apenas alguns instantes após sua origem, a tão falada Inflação.

O fato é que volumes estáticos de espaço tem três graus de liberdade – profundidade, largura e comprimento, o famoso direita/esquerda, frente/trás, acima/abaixo – o que parece ser muito fundamental, e torna difícil abstrair um universo que seja de outra maneira além desta aqui. Basta tentar imaginar um hipercubo quadridimensional como um objeto real e você instantaneamente sentirá seu cérebro sofrer uma pane! Natural!

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Nós não podemos descartar a possibilidade de que existem outras dimensões espaciais, dobrando-as em escalas tão diminutas que nós simplesmente não poderíamos experiencia-las. Modelos como o da Teoria das Cordas abrem portas para uma mentalidade de um universo com 9 (ou mais) dimensões.

Mas até que nós encontremos sólidas evidências de suas existências, três dimensões é tudo que nós precisamos nos preocupar na escala do meio-termo, habitado por humanos, outros animais e nossas construções (a nossa escala), e do macro, no belo reino da astronomia.

Um time internacional de físicos estiveram pesquisando uma razão por trás deste número mágico, o famigerado três, encontrando relações com o modelo chamado ”inflação dos nós”. Os pesquisadores começaram com uma física já bem estabelecidas chamadas de tubos de fluxo, dos qual tem suas raízes nos modelamentos de eletromagnetismo de James Clerk Maxwell no século XIX.

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Tubos de fluxo são mais ou menos maneiras de se descrever linhas imaginárias formadas através da força do magnetismo. Nós já estamos familiarizados com cargas elétricas positivas e negativas, e os pólos magnéticos Sul e Norte da Terra são projeções deste mesmo fenômeno, ocorrendo em escala planetária bem abaixo de nossos pés.

O mundo quântico também tem um mesmo tipo complexo de sistema. Estes mesmos tubos de fluxo podem ser usados na escala quântica para explicar porque tipos específicos de partículas chamadas quarks se juntam para formar as “grandes” partículas sub-atômicas como os prótons e os nêutrons, os chamados bárions.

Bem, dividindo um imã em dois nos dá dois imãs, cada um com seu Norte e Sul. O mundo quântico tem a sua própria resposta para isso também, apenas com uma mudança. Se você tentar separar um par de quarks colados, o tubo de fluxo se deforma até ricochetear de volta ao normal liberando toda a energia então fornecida. Tal energia é liberada na forma de um par de quark e antiquark.

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As vezes o par imediatamente se aniquila e a partícula cancela a sua antipartícula. Mas também ocorre de cada quark agarrar-se ao par original para fazer uma nova união.

Quarks eram a partícula predominante quando o Universo tinha apenas alguns microsegundos de idade. Então parece racional pensar que tubos de fluxo provavelmente eram um importante ator naquela época também.

“Nós pegamos o muito já bem conhecido conceito dos tubos de fluxo e chutamos isso para um nível maior de energia.” disse o pesquisador Thomas Kephart da Universidade Vanderbilt.

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Forçando um tubo de fluxo de quarks até este liberar um par de quark e antiquark deveria ser o fim da história, especialmente se o quark e o antiquark se aniquilam um ao outro.

Mas existe uma exceção peculiar ao processo. Estes tubos não são tecnicamente restritos a uma linha reta unidimensional. Complexas estruturas de tubos de fluxo podem ter diferentes estabilidades, algumas delas capazes de superar o par quark-antiquark que tal energia produz e se amarrar uma nas outras como um nó.

E as melhores configurações para estes nós? Sim, eles são mais estáveis em três dimensões. Qualquer coisa mais e eles rapidamente encontram um jeito de se partir. A medida que o Universo se expandia e os quarks iriam se juntando, o espaço vazio poderia ter sido preenchido por um oceano destes nós de tubos de fluxo.

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Os pesquisadores então fizeram a matemática e pelo que prece a energia contida por este tecido repleto de tubos de fluxo seria suficiente para disparar um período conhecido como – inflação.

Nosso Universo é muito parecido não importa para onde se olha. Isto faz cosmologistas pensarem que ele pode ter passado por uma dramática expansão bem após sua origem, levando-o do tamanho aproximado de um próton para o tamanho de uma uva em uma fração de segundo.

“Não apenas nossa rede de tubos de fluxo nos dá energia para disparar a inflação, como também pode explicar porque ela foi interrompida tão abruptamente.” – diz Kephart – “A medida que o universo foi se expandindo”, a rede de tubos de fluxo começou a decair e eventualmente se partiu, eliminando a fonte de energia que assim estava alimentando esta própria famosa inflação.”

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Pesquisadores já estão encontrando novas evidências em experimentos recriando o plasma de quarks e suas partículas associadas, os glúons, o estado da matéria que devia compor o Universo àquela altura.

Embora esta pesquisa seja um modelo puro, pode não demorar muito antes de termos uma evidência mais sólida de que nosso universo teve um histórico bastante contorcido. [ScienceAlert]

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Redação
Publicado por

A SoCientífica, abreviação para Sociedade Científica, nasceu em agosto de 2014 da vontade de decifrar as novidades no mundo científico e transmiti-las para uma sociedade que depende da ciência e tecnologia mas que sabe muito pouco sobre elas. Em um momento em que a desconfiança está se sobressaindo e novas ondas negacionistas de evidências surgem, a SoCientífica está empenhada em ajudar a trazer iluminação para a sociedade novamente.

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