segunda-feira, 20 de novembro de 2017

Três dimensões - Por que nosso universo é assim?







Disseminando conhecimentos - Exercício de tradução
Damos como certo o fato de vivermos em um mundo de três dimensões, governado pelas leis da física, e muitas vezes não nos perguntamos o porquê. Mas um grupo de físicos acaba de criar uma nova teoria que, segundo eles, pode explicar o nosso universo tridimensional.
Os físicos pensam que seu novo modelo também poderia explicar a dilatação, ou seja, a expansão exponencial que o universo começou a experimentar logo após o Big Bang.
Thomas Kephart, da Universidade Vanderbilt, e quatro de seus colegas, quiseram descobrir a causa de nosso universo aparentar ter apenas três dimensões, especialmente porque, como eles escreveram, "cenários de gravidade quântica, como a teoria das cordas, assumem nove ou dez dimensões espaciais no nível fundamental."
Eles combinaram a física das partículas com a teoria dos nós matemáticos para tentar resolver isso, emprestando o conceito de "tubos de fluxo", que são fios flexíveis de energia que unem partículas elementares.
Quarks, as partículas elementares que compõem prótons e nêutrons, são mantidas unidas por outro tipo de partícula elementar chamada glúon, que "cola" os quarks juntos. Glúons unem os quarks positivos com os correspondentes antiquarks negativos, utilizando para isso esses fios de energia (tubo de fluxo).
Normalmente, o tubo de fluxo que liga um quark ao antiquark desapareceria quando as duas partículas entrassem em contato - eles se auto-aniquilam. Mas, a equipe divulgou numa publicação feita no European Physical Journal C, que se dois ou mais tubos de fluxo se aninham, tornam-se estáveis. Se os tubos tomam a forma de um nó, eles se tornam ainda mais estáveis ​​e podem sobreviver às partículas que os criaram.

"Um nó, ou a ligação entre dois tubos de fluxo, é classificado como estável, apenas se eles não puderem se cruzar, reconectando-se, ou passar um pelo outro", escreveram os pesquisadores. "Essas intercomunicações levam ao bem conhecido comportamento de escala em redes de cordas cósmicas, já observado em vários exemplos de cordas que não interagem."
Em momentos de transição, como o que aconteceu durante o Big Bang, as partículas ligadas se separariam e o tubo de fluxo ficaria mais longo, até chegar ao ponto de ruptura. Quando isso acontece, é liberada energia suficiente para formar um segundo par quark-antiquark, que se divide, e se liga às partículas originais, produzindo dois pares de partículas ligadas.
Os físicos equipararam isso com o processo em que se quebra uma barra de imã na metade, produzindo dois imãs menores, e ambos possuindo pólos norte e sul.
Se os tubos se aninharem, poderiam se expandir e multiplicar rapidamente. A equipe calculou a energia presente nessa rede de tubos de fluxo, e descobriu que seria o suficiente para impulsionar um novo período de expansão cósmica.
Embora isso pareça um movimento muito grande para ocorrer em um curto período de tempo - a teoria da expansão sugere que o universo expandiu-se exponencialmente em milissegundos - Kephart disse ao site Seeker que os tubos de fluxo se formam naturalmente durante os períodos de transição.
"Tubos de fluxo formam-se em transições de fase onde formas complexas de matéria podem surgir", explicou ele por e-mail. "Por exemplo, o vapor de água é estruturalmente simples, mas se ele é rapidamente arrefecido, você recebe uma enxurrada de flocos de neve - todos parecem diferentes, e a nova fase muito mais complexa."
Em um ambiente de energia extremamente alta, segundo os cientistas, o plasma quark-glúon teria sido o ambiente ideal para a formação rápida dos tubos de fluxo no período inicial do universo.
Mas, fundamentalmente, eles observaram que isso só funcionaria se o universo existisse em três dimensões. Se você adicionar mais dimensões, o processo torna-se instável.
"De todas as possibilidades de características dimensionais do espaço, nosso mecanismo escolhe três como o único número de dimensões em que pode haver expansão, tornando-se grande", escreveu a equipe. "Este modelo pode explicar por que vivemos em três grandes dimensões espaciais, uma vez que os tubos aninhados / ligados são topologicamente instáveis ​​em espaços de dimensões superiores."
Isso concordaria tecnicamente com um modelo criado em computador, a partir de 2012, onde cientistas japoneses descobriram que, no momento do Big Bang, o universo tinha 10 dimensões, mas apenas três dessas dimensões espaciais se expandiram. Assim, o espaço tridimensional que experimentamos poderia ter se formado a partir de 10 dimensões, como a teoria das supercordas postula.
Essa nova teoria também concordaria com determinadas teorias de medição, usadas por físicos que descrevem os limites das leis da física, e como eles se aplicam às transformações simétricas.
Kephart observou que essa nova teoria do tubo de fluxo também abrange o que aconteceu após a expansão.
"Não só a nossa rede de tubos de fluxo forneceu a energia necessária para impulsionar a expansão, mas também explica porque esse movimento parou tão abruptamente", declarou. "À medida que o universo começou a expandir, a rede do tubo de fluxo começou a decair e eventualmente se separou, eliminando a fonte de energia que estava alimentando a expansão."
Os pesquisadores dizem que, quando a rede se desfez, encheu o universo com um gás de partículas subatômicas e radiação, permitindo que a evolução do universo continuasse e se transformasse no que vemos hoje.
"Esse entendimento combinado sobre as teorias de medição e a possibilidade de que uma configuração uniforme inicial pode ter se concentrado em tubos de fluxo", disse Kephart ao Seeker, vai ao encontro do fato de que os nós e as conexões para as cordas só podem ser estáveis ​​em 3D, e do atual estágio da teoria do Universo inicial e a necessidade de uma modo natural de expansão. "
Embora tudo isso seja teórico, ainda segundo Kephart, o próximo passo seria continuar a desenvolver sua teoria até que ela possa fazer algumas previsões possíveis de serem testadas sobre a natureza do universo.
Originalmente publicado emSeeker.

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Texto original (em inglês), clique aqui

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