Os 9 Maiores Mistérios não resolvidos da Física

Em 1900, o físico britânico Lord Kelvin disse: “Não há nada de novo a ser descoberto na física agora. Tudo o que resta são medições mais precisas”. Dentro de três décadas, a mecânica quântica e a teoria da relatividade de Einstein revolucionaram o campo. Hoje, nenhum físico ousaria afirmar que o nosso conhecimento físico do universo está quase concluído. Ao contrário, cada nova descoberta parece desbloquear questões de física ainda mais profundas.

Aqui estão os 9 mistérios da física:

O que é a energia escura?

 

Não importa como os astrofísicos triturem os números, o universo simplesmente não faz sentido. Mesmo que a gravidade esteja puxando para dentro o espaço-tempo – o “tecido” do cosmos – ele continua se expandindo cada vez mais rápido. Para explicar isso, astrofísicos propuseram um agente invisível que neutraliza a gravidade, separando o espaço-tempo. Eles chamam isso de energia escura. No modelo mais aceito da energia escura, ela é uma “constante cosmológica”: uma propriedade inerente do próprio espaço que age como uma “gravidade negativa”, separando cada vez mais as galáxias e expandindo o universo. Conforme o espaço se expande, mais espaço é criado e, com ele, mais energia escura. Com base na taxa observada de expansão, os cientistas sabem que a soma de toda a energia escura deve formar mais de 70% do conteúdo total do universo. Mas ninguém sabe o que ela é exatamente.

O que é a matéria escura?

 

Cerca de 84% da matéria do universo não absorve ou emite luz. “Matéria escura”, como é chamada, não pode ser vista diretamente, e ela ainda não foi detectada por meios indiretos,  tampouco. Em vez disso, a existência e as propriedades da matéria escura são inferidas a partir de seus efeitos gravitacionais sobre a matéria visível, a radiação e a estrutura do universo. Pensa-se que esta substância sombria permeia os arredores de galáxias, e pode ser composta de “interação fraca partículas massivas”, ou WIMPs. Em todo o mundo, existem vários detectores à procura para a matéria escura, mas ela nunca foi encontrada.

Entropia

 

O tempo se move para a frente porque existe uma propriedade do universo chamada “entropia”, mais ou menos definida como o nível de desordem; ela só aumenta, e por isso não há uma maneira de reverter um aumento na entropia após ele ter ocorrido. O fato de que a entropia aumenta é uma questão de lógica: Existem mais arranjos desordenados de partículas do que arranjos ordenados, e assim como as coisas mudam, elas tendem a cair em desordem. Mas a questão fundamental aqui é: por que a  entropia era tão baixa no passado? Dito de outro modo, por que o universo era ordenado no seu início, quando uma enorme quantidade de energia estava amontoada em uma pequena quantidade de espaço?

Existem universos paralelos?

 

Dados astrofísicos sugerem que o espaço-tempo pode ser “plano”, ao invés de curvo. Se assim for, então a região que podemos ver (o que nós pensamos como “o universo”) é apenas uma ponto em um infinitamente grande “multiverso.” Ao mesmo tempo, as leis da mecânica quântica ditam que há apenas um número finito de configurações possíveis das partículas dentro de cada universo (10 ^ 10 ^ 122 possibilidades distintas). Assim, com um número infinito de universos, os arranjos de partículas dentro deles são forçados a se repetir – infinitas vezes. Isto significa que há um número infinito de universos paralelos: alguns exatamente iguais ao nosso (contendo alguém exatamente como você), bem como universos que se diferenciam apenas por uma partícula, outros por alguns eventos, e assim por diante… até universos que são totalmente diferentes do nosso.

Por que há mais matéria do que antimatéria?

 

No momento do Big Bang, quantidades iguais de matéria e antimatéria deveriam ter sido criadas. Mas, se isso tivesse acontecido, teria havido uma total aniquilação de ambas. Como você deve saber, quando a matéria entra em contato com a antimatéria, elas se aniquilam em uma explosão energética. Se isso tivesse acontecido, o universo seria um mar energético brilhante. Por alguma razão, houve um excesso de matéria que não foi aniquilado, e aqui estamos nós.

Qual é o destino do universo?

 

O destino do universo depende fortemente de um valor desconhecido: Ω, uma medida da densidade de matéria e energia em todo o cosmos. Se Ω for maior do que 1, então o espaço-tempo seria “fechado”, como a superfície de uma esfera enorme. Se não houver energia escura, tal universo acabaria por parar de se expandir e, em vez disso, começaria a se contrair, eventualmente entrando em colapso sobre si mesmo em um evento chamado de “Big Crunch”. Se o universo for fechado, mas houver energia escura, o universo esférico se expandirá para sempre.

Alternativamente, se Ω for inferior a 1, e se a geometria do espaço for  “aberta” como a superfície de um selim, o seu destino final é o “Big Freeze”, seguido do “Big Rip”: primeiro, a aceleração da expansão do universo destruiria galáxias e separaria estrelas, deixando toda a matéria gelada e sozinha. Em seguida, a aceleração cresceria tanto que iria sobrecarregar os efeitos das forças que mantêm os átomos unidos, e tudo seria despedaçado.

Se Ω = 1, o universo seria plano, estendendo-se como um plano infinito em todas as direções. Se não houver energia escura, o universo se expandiria para sempre, mas a um ritmo desacelerado, aproximando-se um impasse. Se houver energia escura, o universo plano, em última instância, iria também sofrer um Big Rip.

Colapso da função de onda

 

No reino estranho de elétrons, fótons e outras partículas fundamentais, a mecânica quântica é lei. As partículas não se comportam como esferas pequenas, mas como ondas que se espalham por uma grande área. Cada partícula é descrita por uma “função de onda”, ou distribuição de probabilidade, que diz a sua localização, velocidade e outras propriedades, mas não o que essas propriedades são. A partícula tem um intervalo de valores para todas as propriedades, até que ao experimentalmente medirmos uma delas – a sua localização, por exemplo – há um colapso da função de onda e ela adota apenas um local.

Mas como e por que medir uma partícula faz isso? O problema, conhecido como o problema de medição, pode parecer esotérico, mas a nossa compreensão do que é a realidade, ou se ela existe, se baseia nessa resposta.

A teoria das cordas é a correta?

 

Quando os físicos assumem que todas as partículas elementares são laços unidimensionais, ou “cordas”, cada uma das quais vibra em uma frequência diferente, a física fica muito mais fácil. A teoria das cordas permite que os físicos reconciliem as leis que regem as partículas (mecânica quântica), com as leis que regem o espaço-tempo (relatividade geral), além de unificar as quatro forças fundamentais da natureza em uma única estrutura. Mas o problema é que a teoria das cordas só pode trabalhar em um universo com 10 ou 11 dimensões: três grandes espaciais, seis ou sete dimensões espaciais compactadas, e uma dimensão de tempo. As dimensões espaciais compactadas – assim como as próprias cordas vibrantes – tem cerca de um bilionésimo de trilionésimo do tamanho de um núcleo atômico. Não há maneira concebível para detectar qualquer coisa desse porte, e então não há nenhuma maneira conhecida para validar experimentalmente ou invalidar a teoria das cordas.

Existe ordem no caos?

 

Físicos não podem resolver exatamente o conjunto de equações que descrevem o comportamento de fluidos, desde a água até o ar, e todos os outros líquidos e gases. Na verdade, não se sabe se uma solução geral das chamadas equações de Navier-Stokes existe, ou, se há uma solução, se ela descreve fluidos de todos os lugares, ou inerentemente contem pontos de singularidades desconhecidas. Como consequência, a natureza do caos não é bem compreendida. Físicos e matemáticos se perguntam, o tempo é simplesmente difícil de prever, ou inerentemente imprevisível? A turbulência transcende a descrição matemática, ou será que tudo isso faz sentido quando você enfrenta com a matemática correta? 

Fonte:[LiveScience]