29 de junho de 2018

As 6 maiores contribuições de Stephen Hawking à ciência

O físico britânico inovou a cosmologia com suas ideias ousadas sobre o espaço e ajudou a entender a história do Universo

Hoje, dia 14 de março de 2018, morreu aos 76 anos o físico e cosmólogo britânico Stephen Hawking, um dos maiores cientistas da história. Hawking era portador de esclerose lateral amiotrófica e morreu devido a complicações de sua doença. Ele havia sido diagnosticado em 1963, quando tinha 21 anos, e na época foi-lhe dito que viveria por apenas mais dois anos.
Hawking se formou em física em 1962 na University College, em Oxford, e se tornou um dos cientistas mais conhecidos da área de cosmologia. Ao longo de sua carreira, ganhou prêmios como a Medalha Albert Einstein, a Ordem do Império Britânico e a Medalha Copley da Royal Society. Publicou diversos artigos e também livros de ciência para o público geral, como o aclamado O Universo Numa Casca de Noz, que vendeu mais de 9 milhões de cópias. Casou duas vezes e teve três filhos.

1) Determinou que o Universo começou como uma singularidade

Em 1970, Hawking publicou um estudo junto ao colega Roger Penrose propondo que, a partir da Teoria Geral da Relatividade elaborada por Einstein, o Universo precisava ter começado como uma singularidade. Ou seja, precisava ter começado como um pequeno ponto de infinita densidade.
Hoje, essa hipótese é largamente aceita, mas, na época, o assunto ainda gerava muitas dúvidas. Einstein havia proposto que um corpo com massa muito grande poderia colapsar devido à sua própria gravidade, criando um buraco negro (termo cunhado depois). Essa massa colapsaria até diminuir a um ponto minúsculo de altíssima densidade – uma singularidade. Hawking basicamente estava propondo que o Big Bang era como o colapso de um buraco negro em reverso.

2) Ele aplicou a segunda lei da termodinâmica aos buracos negros

Hawking determinou que a área total da superfície de um buraco negro jamais ficará menor – ela só aumentará ou ficará igual. Essa regra é análoga à segunda lei da termodinâmica, que determina que a entropia de um sistema fechado só aumenta, nunca diminui.

3) Criou a hipótese de que buracos negros podem se extinguir

A proposta do item anterior foi desbancada pelo próprio Hawking quando ele descobriu que, devido a efeitos quânticos, buracos negros criam e emitem partículas. Com isso, eles perdem massa e energia, o que significa que, se não ganharem massa devido a outro meio, eles acabarão diminuindo progressivamente até deixarem de existir. Mas é claro que esse seria um processo extremamente lento: para um buraco negro com a mesma massa do Sol evaporar, seria preciso mais tempo do que a atual idade do Universo.
Esse efeito é chamado de “radiação de Hawking”, ou então de “radiação de Bekenstein-Hawking” quando se leva em conta que Hawking trabalhou em cima de uma teoria proposta pelo cientista israelense Jacob Bekenstein. É talvez a maior contribuição de Hawking para a ciência.

4) Teorizou como o Universo se expandiu e as galáxias se formaram

Uma das maiores contribuições de Einstein com sua Teoria Geral da Relatividade foi a ideia de que o Universo teve um começo (embora esse termo seja polêmico, como veremos no próximo item), o que permitiu que outros cientistas formalizassem o conceito de Big Bang. Hawking pensou a respeito do que veio depois do Big Bang, ou seja, sobre o momento em que o Universo começou a se expandir.
Trabalhando em cima de uma proposta apresentada por Alan Guth em 1980, Hawking propôs que o Universo se expandiu da mesma forma como bolhas se formam – várias delas surgem quase ao mesmo tempo, mas a maioria estoura imediatamente, ou se expande pouco antes de estourar. Com o Universo, seria a mesma coisa – algumas partes dele teriam colapsado assim que surgiram, quando ainda eram microscópicas, e outras teriam colapsado durante a expansão. Outras partes, no entanto, permaneceram crescendo até ficarem estáveis.
Essa passagem de tempo, chamada pelo cientista de “período inflacionário”, foi quando variações de intensidade nas micro-ondas geradas pelo Big Bang, causadas por flutuações quânticas, geraram irregularidades na criação do Universo. Essas irregularidades significam que, conforme o Universo se expandia, algumas áreas ficaram mais densas que outras e, eventualmente, colapsaram (como as bolhas) por causa da atração gravitacional, gerando as galáxias e estrelas.

5) Pensou no que havia antes do Big Bang

O Estado de Hartle-Hawking é uma proposta feita em 1983 por Hawking e por Jim Hartle, da Universidade de Chicago. Ela é bem complicada de explicar tecnicamente, mas, numa simplificação extrema, ela tenta argumentar sobre o que havia “antes” do Big Bang.
Segundo Hawking, se fosse possível viajar no tempo até o início do Universo, seria possível chegar a um ponto em que o tempo ainda não existia. Isso porque no ponto de altíssima densidade onde tudo começou, chamado singularidade, as leis da física ainda não se aplicavam. Portanto, a ideia de “tempo” não existia. Para nós, é difícil entender essa ausência de tempo, já que ele faz parte das nossas vidas e nós estamos acostumados a entender o Universo como algo que está envelhecendo. Nós nos acostumamos a pensar o Big Bang como um começo. Mas, para Hawking, já existia algo antes dele acontecer.
A rigor, o que quer que tenha acontecido “antes” do Big Bang não pode ser medido (conforme já dito, porque as leis da física não existiam). Por isso, a ideia de um “começo” não se aplica para o Universo. Ele sempre esteve lá.
Essa ideia de que o Universo não tem princípio é o que se costuma chamar de “proposta sem fronteiras”, pois ele não tem um começo nem no tempo e nem no espaço. Ela é uma hipótese sobre como o Universo começou – existem outras, claro – e, embora não possa ser provada ainda, é uma das mais proeminentes sobre o assunto.

6) Ele propôs uma teoria para tudo

Em 2006, Hawking e Thomas Hertog, integrante do Cern (o laboratório que construiu o maior acelerador de partículas do planeta, o LHC) publicaram um estudo com uma hipótese bem maluca, porém, segundo eles, possível de ser provada. Os dois disseram que o Universo teve vários começos paralelos. A maioria deles se desfez sem criar um efeito notável, mas alguns se mesclaram e formaram o Universo que conhecemos hoje.
Essa hipótese se baseia na física quântica. Para entender, imagine uma partícula de luz viajando de uma lâmpada até seu olho. Você imagina que a partícula viajou em linha reta até chegar à sua retina, certo? Mas, para estudar a partícula corretamente, a física quântica precisa prever todas as formas sobre como a partícula pode atingir seu destino, inclusive a hipótese de ela ter rebatido nas paredes antes de chegar ao seu olho.
Admitir essas possibilidades é a única forma de explicar as propriedades estranhas das partículas quânticas, como sua aparente habilidade de estar em dois lugares ao mesmo tempo. No entanto, o grande X da questão é que apenas um desses comportamentos possíveis se torna dominante, subjugando os outros.
É isso que teria acontecido com o Universo: dentro de alguns poucos segundos após o Big Bang, uma das hipóteses já se tornou dominante, originando o cosmos como o conhecemos hoje. Mas, nos primeiros momentos do Big Bang, havia diversas hipóteses possíveis ocorrendo ao mesmo tempo, como se fossem várias faixas de uma pista de corrida.
Hertog e Hawking argumentam que essa hipótese pode ser provada observando as micro-ondas radioativas que existem no cosmos e que servem meio como um registro do Big Bang. Para os dois cientistas, sua teoria prevê os padrões existentes nessas micro-ondas, padrões esses que seriam registros congelados dessa mistura quântica inicial.
Essa proposta combina com a teoria das cordas, que propõe a existência de múltiplos Universos diferentes do nosso. O problema da teoria das cordas é que ela não explica por que nós vivemos no nosso especificamente. Para Hertog e Hawking, há um fator desconhecido, uma espécie de critério, que explica por que nosso Universo é do jeito que é e funciona do jeito que funciona. Foi esse fator que fez com que nosso Universo fosse o “escolhido” entre os múltiplos existentes e é esse fator que determina o modo como a natureza funciona, provavelmente. Isso é o mais próximo que a ciência já conseguiu chegar de uma “teoria de tudo”, ou seja, uma teoria que junte relatividade geral e física quântica em algo que se aplique a todas as coisas.
Fonte: Mundo Estranho

Moléculas orgânicas complexas são descobertas em Enceladus lua de Saturno


Tem tudo necessário para hospedar a vida alienígena!
Usando dados de espectrometria de massa da sonda Cassini, da NASA, cientistas do Southwest Research Institute (EUA) descobriram que moléculas orgânicas grandes ricas em carbono são ejetadas de fendas na superfície gelada da lua de Saturno, Enceladus.  Os pesquisadores acreditam que as reações químicas entre o núcleo rochoso da lua e a água quente do oceano abaixo da superfície estão ligadas a essas moléculas complexas.  

A descoberta reforça a hipótese de que Enceladus pode conter vida marinha simples, agrupada em torno de possíveis fontes hidrotermais do seu oceano. No ano passado, antes da sua missão ser finalizada, a sonda Cassini usou seus instrumentos para fazer medições tanto das plumas expelidas da superfície de Enceladus quanto do anel E de Saturno, o segundo mais externo do planeta, dentro do qual ela orbita. Ele é formado por partículas que escapam da gravidade da lua.

Os dados revelaram a presença de hidrogênio molecular nas plumas. Ao analisar as informações, os pesquisadores teorizaram que a água gelada do oceano da lua estava reagindo com suas rochas por meio de processos hidrotérmicos. Um processo semelhante é observado aqui na Terra, ao redor das fontes hidrotermais, aberturas vulcânicas no fundo do mar que expelem calor para a água circundante. 

Na Terra, fontes hidrotermais estão normalmente longe da luz solar, o que impede a fotossíntese, mas bactérias utilizam o calor das aberturas para realizar um processo diferente que também produz alimento: quimiossíntese. Os micróbios aproveitam a reação química entre o sulfeto de hidrogênio que sai das aberturas e o oxigênio da água do mar para gerar moléculas de açúcar. Uma vez que tal fonte potencial de alimento também pode existir em Enceladus, a próxima pergunta a ser respondida pelos pesquisadores era: “Qual a natureza dos orgânicos complexos no oceano?”. A resposta foi surpreendente.

Anteriormente, apenas moléculas orgânicas simples haviam sido detectadas na pequena lua. Estas continham em torno de 50 unidades de massa atômica e um punhado de átomos de carbono.  Agora, “[e]ncontramos moléculas orgânicas acima de 200 unidades de massa atômica. Mais de dez vezes mais pesadas que o metano. Com moléculas orgânicas complexas que emanam de seu oceano de água líquida, esta lua é o único corpo conhecido além da Terra que satisfaz simultaneamente todos os requisitos básicos para abrigar a vida como a conhecemos”, disse o geoquímico e cientista planetário Christopher Glein, do Southwest Research Institute. 

É possível que uma sonda futura possa mergulhar através das plumas equipada com um espectrômetro de massa de alta resolução para analisar essas moléculas em maior detalhe e com tecnologia mais avançada. Há uma série de missões propostas para investigar mais de perto a possibilidade de vida na lua, talvez até encontrá-la, mas nenhuma está em desenvolvimento ainda. Enquanto isso, os pesquisadores aqui na Terra podem observar e fazer experimentos com as fontes hidrotermais, na esperança de avançar nossa compreensão de como seria a vida em Enceladus.

“As descobertas do documento têm grande importância para a próxima geração de exploração. Devemos ser cautelosos, mas é animador pensar que essa descoberta indica que a síntese biológica de moléculas orgânicas em Enceladus é possível”, afirmou Glein.  Mesmo após o seu fim, a sonda Cassini continua ajudando a avançar o campo da astrobiologia em um mundo oceânico.
Fonte: https://www.sciencealert.com

A Explosão Mais Antiga do Universo

A luz de uma estrela que explodiu há 13 bilhões de anos foi detectada foi um satélite da Nasa, agência estadunidense de exploração espacial. A luz de raios gama da explosão foi observada por vários telescópios para que sua fonte e localização fosse identificada. A iluminação causada pela explosão da estrela viajava pelo universo desde apenas 630 milhões de anos depois do Big Bang.

A explosão da estrela, chamada de GRB 090423, já era esperada por especialistas da área, de acordo com Nial Tanvir, da Universidade de Leicester, no Reino Unido. “Vínhamos procurando por uma explosão como esta há muitos anos, e é claro que esperávamos vê-la um dia, mas foi incrível perceber que este era o momento”, afirma Tanvir.

Astrônomos esperam que a observação desta e de outras explosões de raios gama distantes possam ajudar na compreensão da era negra cósmica, quando as primeiras estrelas e galáxias ainda não tinham sido formadas. “Esta explosão nos dá uma visão sobre uma era em que o universo era muito jovem e ainda passava por mudanças drásticas”, afirma Dale Frail, o Observatório Astronômico Nacional dos Estados Unidos.

Os especialistas acreditam que as primeiras estrelas do universo eram mais claras, quentes e mais densas que as que se formaram depois. Apesar da incrível descoberta sobre a explosão da estrela mais antiga do universo, cientistas ainda necessitam analisar mais estrelas antigas para compreender mais esta época da formação das estrelas e do universo. 

Mas quanto tempo isso deve demorar? “Baseado em experiências anteriores, pode demorar alguns anos antes de haver outra explosão, mas eu não ficaria surpreso se isso acontecesse amanhã”, afirma Tanvir. 
Fonte: Live Science
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