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EM BUSCA DO INFINITO - 05
POR PROF G. Venkataraman
OS MISTERIOSOS BURACOS NEGROS
Om Sai Ram amoroso e saudações! Na América do Norte, quando se
descreve coisas incomuns, às vezes se diz, “Vocês não viram nada, ainda!”
Isto parece muito verdadeiro para nós, pois você realmente tem que se
agarrar na cadeira e se preparar para o que vem a seguir. Em outras
palavras, eu vou apresentar-lhes os objetos astrofísicos mais exóticos,
chamados Buracos Negros. A coisa engraçada sobre Buracos Negros é que
eles não podem ser vistos diretamente; nenhum instrumento pode ser
projetado para permitir ao homem vê-los diretamente como se vê as
galáxias e as estrelas. Mas, ainda assim, todos os astrônomos e astrofísicos
juram que os Buracos Negros existem! Sim, às vezes a verdade é realmente
mais estranha que a ficção. Assim, estejam prontos para ouvirem algo que
poderia parecer puro desvario, mas que pode ser de fato a verdade de
Deus!
Supernova - a origem das estrelas
de nêutrons
Anã Branca - uma das três últimas
fases
Antes de começarmos a falar sobre os Buracos Negros, vamos recapitular o
que já sabemos sobre Anãs Brancas e Estrelas de Nêutrons, que nós
discutimos nas duas matérias anteriores. Como você recorda, ambas falam
sobre o destino das estrelas que cessam a reação termo-nuclear e começam
a se desmoronar e encolher devido à força inexorável da gravidade. Nós
aprendemos que, dependendo da massa da estrela original, há três
possíveis finais diferentes, claro que com três diferentes cenários a eles
associados. Para estrelas que têm relativamente “pouca” massa, o ponto
final é uma Anã Branca. Em seguida é a estrela de nêutrons, e o último
deste trio é o buraco negro, o assunto de nossa presente digressão. A
propósito, você poderia observar o quadro que apresentei no final do último
artigo.
OK, assim nós temos uma estrela defunta, uma estrela mãe, em nosso
jargão atual, com uma massa excedendo, digamos, 15 vezes a massa solar.
Esta estrela findou a queima termo-nuclear e começou a se desmoronar. Os
elétrons tentam parar o colapso invocando a pressão de degeneração dos
elétrons, mas eles não são suficientemente capazes para isso; eles então
desistem. Em seguida os nêutrons tentam erguer uma defesa, mas eles
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também são incapazes para isso porque a massa da estrela mãe é muito
grande; a gravidade implacavelmente esmaga a estrela, cada vez mais. O
que acontece então? Isso é o que nós veremos agora.
Crucial para entender a existência de
buracos negros é o fato que a luz pode
ser afetada pela gravidade. Logo após
Newton ter proposto a sua descoberta
da força da gravidade, as pessoas
acreditaram a que luz pudesse ser
afetada pela gravidade. Aceitando esta
visão, no ano de 1784, o geólogo
inglês John Mitchell sugeriu que se
houvesse um objeto suficientemente
volumoso e se tivesse o tamanho
certo, sua força gravitacional seria tão
forte que luz não poderia escapar da
sua superfície.
A idéia de Mitchell é simples. Suponha
que você joga para cima uma pedra;
você sabe o que acontece; cai. Por isso
se diz que tudo o que sobe, desce. Mas
não sempre! Tudo depende da
Isaac Newton
velocidade com que a pedra é jogada
para cima. Se a velocidade for suficientemente alta o objeto poderia
escapar de fato da terra. A velocidade mínima necessária para isto é
conhecida como velocidade de fuga e hoje até os estudantes secundários
sabem ser aproximadamente 11.2 km/sec. Este fato é utilizado por
cientistas de foguetes que querem enviar astronaves à Lua, Marte, e assim
por diante. O que Mitchell disse foi: “Escute. Se este objeto for do tamanho
certo, a força da gravidade pode ser tão alta que a luz emitida de sua
superfície não pode escapar!” Eu deveria acrescentar que Mitchell
acreditava, como sugerido por Newton, que a luz é composta de partículas
[tendo massa, portanto]. Desenvolvendo esta idéia, Mitchell escreveu um
ensaio que enviou ao então reputado cientista Cavendish para publicação
pela Sociedade Real de Londres. Naquele estudo, disse Mitchell:
Se metade do diâmetro de uma esfera da mesma densidade do Sol o
excedesse na proporção 1:500, um corpo que caísse para a sua superfície
teria uma velocidade maior que a da luz. Por conseguinte, supondo ser a luz
atraída pela mesma força, em proporção à sua massa inercial, como todos
os corpos, toda a luz emitida de tal um corpo voltaria a ele, atraída por sua
própria gravidade.
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Em 1796, Laplace, na França,
promoveu a mesma idéia, mas não
avançou as conclusões porque a
idéia que luz era composta por
partículas foi substituída pela teoria
que luz era composta de fato por
ondas; e na teoria ondulatória da
luz, não há matéria nenhuma a ser
puxado pela gravidade. Assim a
idéia de Laplace não prosperou e
todo mundo se esqueceu destas
duas pessoas, Laplace e Mitchell. As
coisas permaneceram assim durante
mais de cem anos, até que Einstein
propôs em 1915 a sua famosa teoria
da gravitação. Ela era revolucionária
e não só suplantou a teoria de
Newton, como também apresentou
O matemático e astrônomo,
muitos conceitos novos e ousados.
Laplace
O mais atordoante era que a luz
poderia ser desviada pela força gravitacional. A história de como os
cientistas descobriram o curvamento da luz é excitante em si mesma,
apresentando, a propósito, Eddington, a quem você já foi apresentado. Esta
história é contada separadamente, em parte porque é importante e em
parte porque foi esta descoberta sensacional que deu a Einstein quase uma
fama de pop star!
Voltando ao ponto principal, você poderia perguntar “Escute. A teoria da
gravitação de Einstein é uma teoria clássica; no entanto não há nela
nenhum espaço para a luz ter uma natureza dual, isto é como uma partícula
e como uma onda, uma possibilidade contemplada pela mecânica quântica
[mais sobre isto em uma palestra posterior]. Na teoria clássica acredita-se
que luz é uma onda, uma onda eletromagnética, na realidade, como
afirmado por Maxwell e provado por tantas experiências. Então, como pode
uma onda ser defletida pela gravidade, idéia rejeitada anteriormente?” Boa
pergunta!
Veja você, o que a teoria de Einstein disse era que o espaço é deformado
quando a matéria estiver presente.
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Mostrado aqui por duas grades dimensionais o conceito de deformação
espacial [de fato é deformação do espaço-tempo]. De acordo com a teoria
de Einstein da relatividade geral, o espaço permanece indeformado quando
vazio, isto é, livre de matéria. Porém, quando a matéria estiver presente o
espaço é deformado. Embora nós ilustremos aqui a idéia com um desenho
bidimensional, nós temos que nos lembrar que nosso espaço é realmente
tri-dimensional. O ponto é este: Matéria deforma Espaço. Na realidade, a
pessoa pode dizer até mesmo que a matéria é uma “corcunda” ou pode ser
uma “covinha” no espaço! O Professor Wheel descreve a relação entre a
deformação do espaço e a matéria de um modo interessante. Ele diz: “A
matéria diz ao espaço-tempo como se encurvar, e o espaço-tempo diz à
matéria como se mover!”
E quando a luz viaja por espaços deformados, ela se deforma também! É
assim que a gravidade afeta a luz na teoria de Einstein da relatividade
geral. O resto da história de como esta predição incrível foi verificada é
apresentado separadamente. [Veja o fim deste artigo com a história de
Eddington].
Movimentemo-nos agora para ver quais coisas especiais acontecem quando
uma estrela mãe com uma massa da ordem de digamos 15 vezes a massa
solar começa a se contrair devido à atração gravitacional. Como eu já
expliquei, primeiro os elétrons tentam oferecer alguma resistência; eles
falham e então desistem. É então a vez dos nêutrons; eles também falham
e também desistem. O que acontece agora? Ah, é aqui que a história fica
mais interessante e, em suas fase posterior, talvez até mesmo estranha!
Considere raios de luz emergindo da superfície de um objeto do tipo que
nós estamos considerando. Por causa do puxão gravitacional, o objeto
tentará puxar para baixo a luz que tenta escapar. Por causa do puxão, a luz
“cai.” Para raios que são emitidos quase em paralelo à superfície da estrela,
eles acabarão caindo à superfície da estrela. Com algum raciocínio pode se
ver facilmente que isso resulta em um cone; luz emitida dentro deste cone
escaparia enquanto que luz emitida fora do cone voltaria à superfície. Este
cone é chamado o cone de saída.
Acima temos uma estrela, e o desenho dos caminhos dos raios de luz que
são emitidos de um ponto na superfície. Como sabemos nós, a luz será
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atraída pela massa da estrela. Os raios que forem emitidos quase em
paralelo à superfície da estrela acabarão voltando à superfície. Nós
desenhamos um cone de saída; a luz emitida dentro do cone escapa da
estrela, e a luz emitida fora volta à estrela.
Lembre-se deste fato importante e prossigamos através das modificações
do cenário na medida em que o objeto encolhe a um tamanho cada vez
menor. A massa do objeto em contração obviamente continua a mesma ao
longo do processo, mas como o raio do objeto fica cada vez menor, o puxão
gravitacional à superfície fica cada vez mais forte. Isto significa que quando
certo raio for atingido, o cone de saída simplesmente desaparece; isto
significa que todos os raios de luz que deixam a superfície, a ela voltarão.
Em outras palavras, nenhuma luz pode escapar deste objeto. Esse é o
ponto importante que eu tenho tentado elucida. Por favor, note que isto só
pode acontecer quando a estrela mãe tiver uma massa grande o bastante;
até mesmo para tal objeto, o cone de saída não desaparece imediatamente;
isso só acontece quando o raio fica suficientemente pequeno, tornando a
gravidade realmente poderosa e suprema. O raio do objeto quando o cone
de saída desaparece é chamado Raio de Scwarzchild, que foi o primeiro
cientista a investigar este fenômeno. O limite exterior de tal objeto é
chamado o horizonte de evento.
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Pergunta: “o que acontece depois
que a estrela mãe encolhe ao raio
de Schwarzchild? Continua a
encolher?” Nós pensamos que
sim, pois não existe razão para
acreditar que o processo de
contração pararia. “Nós podemos
ver isto?” Não! “Por que não?”
Simples! A luz já não pode
escapar daquele objeto e nos
trazer a informação!
Incidentemente, esta é a razão
por que tal objeto é chamado um
Buraco Negro. Como deveria ser
óbvio, um horizonte de evento é
associado com todo buraco
negro. A propósito, o termo
buraco negro foi primeiro usado
pelo Professor John Wheeler em
1967; antes disso, esses objetos
Professor John Wheeler
eram chamados estrelas escuras.
Continuemos com a “história do encolhimento” se eu posso chamar assim!
A estrela mãe deixou de enviar luz para o mundo externo e se amortalhou
com um horizonte de evento. Continua encolhendo, assim nós acreditamos;
nenhuma razão existe para acreditar no caso contrário. OK, o que acontece
agora? Irá o encolhimento durar eternamente? Obviamente não, porque a
algum ponto o objeto teria um raio ZERO! O que acontece então?
Esse negócio de raio zero se tornou a parte embaraçosa da história. Objetos
físicos têm um tamanho finito; isto é verdade para todos os objetos que nós
conhecemos, de galáxias a átomos, núcleos e objetos até menores. Se um
objeto com uma massa finita tiver tamanho zero, então a sua densidade
seria infinita, e os físicos não podem aceitar esse tipo de situação.
Densidade infinita representa o que eles chamam uma singularidade, e
singularidades [de qualquer tipo] simplesmente horroriza os físicos; eles
simplesmente não podem suportá-las! Por exemplo, ao trabalhar com as
suas equações gravitacionais Einstein descobriu que o Universo poderia ter
tido um começo a partir do “nada”, e isso simplesmente o chocou; ele não
pôde aceitar que Deus tenha começado o Universo com uma singularidade.
Eu só menciono tudo isso porque quando nós começarmos a imaginar o que
poderia estar acontecendo dentro de um buraco negro, nós terminamos
com uma situação onde poderia haver uma singularidade. Mas isso não é
permitido [!] e muito debate ocorre sobre como a Natureza poderia evitar a
singularidade e assim por diante. Antes de falar sobre isso, eu gostaria de
apresentar a vocês um excerto de uma conferência que o Prof.
Chandrasekhar deu em Ahmedabad muitos anos atrás. Ele começou com
uma pergunta e então continuou como segue:
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O que acontece a estrelas com uma
massa muito grande, digamos, dez
vezes a massa solar? Este problema é
de grande significação teórica. Para tal
estrela, a contração não pode ser
impedida, seja na fase de anã branca
ou na fase de estrela de nêutrons. Ela
pode continuar a se contrair, tanto, na
realidade, que o campo gravitacional
ficará forte o bastante para que nem
sequer a luz possa escapar. E quando
luz não puder emergir, nada mais pode
e, por conseguinte, ficará invisível. Este
é o denominado buraco negro.
Prof Chandrasekhar
A maneira pela qual a estrela em
contração “desaparece” vale a pena
descrever. Digamos que há uma estrela
se desmoronando que nós observamos
daqui da terra. Vamos supor que de
alguma maneira nós conseguimos pôr
um amigo na superfície da estrela
distante que está encolhendo
rapidamente em tamanho. Este
companheiro fará uma descrição
constante e nós aqui estaremos
recolhendo os sinais e seguindo os
eventos de perto. Chamemos nosso
amigo de observador A e nós mesmos
de observadores B. Vejamos como
Chandra descreve o que acontece. Isto
é o que ele diz [em sua palestra de
Ahmedabad]:
Observador A envia sinal para observador B a intervalos regulares de
digamos, 1 segundo. Inicialmente, o observador B receberá os sinais com
aproximadamente os mesmos intervalos de tempo. Mas, com o avançar do
colapso, o observador B perceberá que o intervalo entre os sinais começa a
aumentar, e eventualmente, o aumento será exponencial, i.e., a cada
milissegundos, o intervalo aumentaria por um fator de cerca de 2,5; e
dentro de um minuto o intervalo se prolongaria muito consideravelmente.
Assim, estritamente falando, para o observador B, o processo de colapso
levará um tempo infinitamente longo... Logo o objeto se desmoronando
ficaria invisível para todos os propósitos práticos.
Assim nós perdemos nosso amigo observador A! Claro que, na prática nós
não podemos ter um observador como A dando um relatório constante.
Melhor nós observarmos a estrela daqui. Digamos que observamos por
telescópio uma volumosa estrela que está em desmoronamento. A figura
abaixo mostra esquematicamente o que a pessoa veria.
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Assim o que veria um observador dentro do buraco negro? Com nosso
conhecimento de física, nós podemos visualizar o que aconteceria a ele. Ele
estaria sujeito ao que é chamado forças de marés. Você deve ter ouvido
falar da maré alta e da maré baixa nos mares, e como elas surgem. Por
exemplo, elas são produzidas pelas forças que a Lua exerce sobre a terra.
Tais forças também agem em nosso corpo e em princípio, nossos corpos
também deveriam exibir um alongamento. Desde que nossos pés estão
mais próximos da terra que a nossa cabeça, o puxão da terra seria mais nos
pés que na cabeça. Essencialmente, nós deveríamos nos afundar um pouco
pela terra. Na prática, este tipo de alongamento é desprezível. Porém, para
um observador dentro do buraco negro, o jogo é bem diferente.
Para começar, como as forças são muito fortes, os efeitos também seriam
dramáticos, como o esboço abaixo mostra. Enquanto isso, o próprio objeto
está em colapso, se desmoronando, e nosso amigo cada vez mais perto e
mais perto do centro. Eventualmente, quando o objeto se desmoronar em
um ponto geométrico, nosso amigo também desapareceria em nada!
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Isto nos traz de volta ao assunto da singularidade, e a pergunta agora é: “o
buraco negro pode terminar como uma singularidade?” Como eu lhe falei
antes, singularidade é uma palavra “ruim” em física, e muitas pessoas
simplesmente não puderam aceitar que o destino final de um buraco negro
fosse singularidade; “isso seria excessivamente anti-fisica”, eles
protestaram. Em 1965, Roger Penrose, um brilhante matemático inglês e
Stephen Hawking [que você já conhece], cuidadosamente examinaram o
assunto das singularidades dentro da estrutura da teoria da relatividade
geral de Einstein [na qual a teoria da gravitação é baseada]. Eles chegaram
então à conclusão que se a teoria da relatividade geral está correta - e nós
acreditamos que é assim ao nível clássico - então singularidades são
inevitáveis. Em troca, isto significa que o buraco negro tem que terminar
em uma singularidade. Os físicos foram pegos agora em um difícil dilema. O
sentimento interno deles era que singularidades não tinham nenhum lugar
na física; buracos negros simplesmente não poderiam terminar como
singularidades. Por outro lado, Penrose e Hawking disseram, “Nós também
sentimos desse modo, mas, desculpe-nos. Se aceitamos a teoria da
relatividade geral de Einstein como sendo correta e isto prevalece até os
dias de hoje, então a singularidade é inevitável.” Isto trouxe a idéia de
“censura cósmica!” Eu não sei como está o negócio de filmes hoje, mas há
muitos anos atrás nós tivemos os chamados Censores. Eles assistiam a um
filme antes de ser liberado ao público, e se eles achassem algumas cenas
que eram, na opinião deles, censuráveis, então essas cenas eram
simplesmente cortadas fora; isso era censura. Alguns físicos disseram,
“Escute, nós realmente não sabemos o que acontece atrás do horizonte de
eventos. Quem sabe o que realmente acontece no centro de um buraco
negro quando fica realmente pequeno?” Assim, o horizonte de eventos foi
visto como alguma amável cortina que cobriu o enredo indesejável dentro
do buraco negro! Isto é censura cósmica!
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Alguns anos depois de Penrose e
Hawking terem publicado seu famoso
estudo sobre singularidades, Hawking
examinou a física dos buracos negros
em outro contexto, o da entropia do
buraco negro. Eu não quero entrar em
todos aqueles detalhes técnicos, mas
o resumo disso é que Hawking teve
que invocar a mecânica quântica para
discutir aquele assunto. Assim as
pessoas começaram a dizer agora,
“Hei, espere um minuto, talvez a
mecânica quântica possa intervir e
possa poupar o buraco negro de
terminar em uma singularidade!”
Físico e Matemático inglês, Sir
Aparentemente isso é definitivamente Roger Penrose
possível, como parece a partir do
trabalho de Hawking na entropia dos buracos negros. Os físicos deram um
suspiro de alívio; e logo eles começaram a argumentar, e com boa razão
também, que quando se começa a lidar com dimensões muito pequenas
[como se tem de fazer ao se considerar uma singularidade], então a física
clássica falha totalmente. Em outras palavras, o estado final de um buraco
negro simplesmente não pode ser discutido dentro dos parâmetros
[clássicos] da teoria da gravitação de Einstein. Ao invés, teria de se usar
uma versão quântica dela. Uma teoria quântica da gravidade não está ainda
disponível, mas as pessoas já sabem que espaço-tempo, que é o aspecto
central da teoria da gravidade, fica flexível e descontínuo quando se lida
com distâncias inacreditavelmente pequenas, como se tem de lidar para se
discutir singularidades cuidadosamente. E nessa fase, não poderia haver
nenhuma singularidade, afinal de contas! Enquanto isto, surgiram outras
possibilidades surpreendentes que poderiam poupar o buraco negro de
terminar em uma singularidade. Neste cenário o foco está no espaçotempo, o tecido que forma o pano de fundo à teoria geral da relatividade.
Este espaço-tempo pode ser visualizado como uma folha de borracha com
linhas traçando uma grade retangular, com espaçamento igual. Quando nós
falamos de tal folha de borracha, nós podemos ter dois tipos, uma lisa e
uma entortada. Uma folha de borracha lisa corresponde ao espaço-tempo
que não foi transtornado, enquanto uma entortada representa um espaçotempo transtornado. Você já foi apresentado a esta idéia no contexto da
famosa experiência de encurvamento da luz de 1919. Aqui nós procuramos
alguns outros aspectos dessa deformação, com particular ênfase em como
um buraco negro poderia evitar a singularidade. Suponha que um buraco
negro seja esmagado a um ponto geométrico, resultando em uma
singularidade. Neste caso, as deformações seriam extremas como na figura
(a). Como eu já falei, os físicos não gostam de singularidades e assim eles
disseram, “Hei”, espere um minuto. Pode ser que quando esta situação
extrema se aproxima, a Natureza busque um caminho alternativo como na
figura (b). Aqui nós temos o que é chamado um buraco de verme (worm
hole), que de fato conecta dois universos diferentes! Assim se nós temos o
observador A que está caindo ao centro de um buraco negro, ele deslizaria
de fato pelo buraco de verme (worm hole) e emergiria em outro Universo!
Parece ficção científica, não parece? Realmente parece, mas estas são
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algumas idéias sérias que muitos cosmólogos têm estudado
matematicamente! Assim, a verdade realmente pode ser mais estranha que
a ficção!
Talvez você não goste da idéia de nosso observador A desaparecer em um
universo completamente novo. Nenhum problema, nós poderíamos mantêlo em nosso próprio universo através de conectividades como nas figuras
(c) e (d)! Quer dizer, nosso observador desapareceria em uma parte do
universo e apareceria em outra. Buracos de verme receberam um pouco de
atenção, mas devido ao fato que a gravidade quântica pode oferecer
caminhos de contorno diferentes para a [clássica] singularidade, não se
precisa imaginar que o buraco de verme seja o único caminho de saída. O
que você precisa entender é que há mistérios notáveis na Natureza para os
quais nos nunca encontraremos respostas. Mas eles estão lá, sem dúvida, e
nós temos que nos dar o tempo para nos maravilharmos com eles.
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Algumas perguntas remanescem ao terminar este volume. Primeira
pergunta: Quantos tipos de buracos negros existem? São reconhecidos três
tipos básicos. Os super buracos negros, os buracos negros normais, e o
míni [ou micro] buracos negros. Ate aqui, eu tenho falado essencialmente
sobre buracos negros normais que resultam quando estrelas mortas com
uma massa dez massas a solar ou ao redor disso, encolhem devido à
gravidade. Os super buracos negros formam uma categoria completamente
diferente. Espera-se que eles tenham milhões de vezes a massa do nosso
Sol. Por que cargas dagua nós temos que “inventar” tais buracos negros
enormes, e se eles existem, onde eles estão? Mas, voltemos à primeira
pergunta.
Tudo começou com a descoberta de objetos conhecidos como quasars. A
palavra quasar é derivado de QUASi-estelar fonte de radio, o nome pelo
qual estes objetos estranhos foram chamados quando descobertos nos
anos1950s. A descoberta foi feito usando grandes radio telescópios há
pouco operacionais. Ninguém soube o que estes objetos eram, mas duas
coisas ficaram claras: 1) O que quer que fossem, eles estavam emitindo
uma enorme quantidade de energia. 2) Evidências espectroscópicas
sugerem que estes objetos movem-se a velocidades fantásticas, algo como
uma fração significativa da velocidade da luz. Isso significava que algo
estava acontecendo lá fora e que isso não só gerava enormes quantidades
de energia, mas também fazia esses objetos moverem-se com uma
velocidade espantosa.
Os dados científicos eram de
confundir a mente e os
cientistas tiveram que propor
uma história realmente boa para
colocá-los todos juntos em uma
teoria harmônica. Isso
aconteceu anos depois, e a
hipótese atualmente aceita é
que em meio a muitas galáxias,
galáxias ativas de fato, deve
haver super buracos negros
volumosos que agem como os
motores que propulsionam os
quasares. Eu estou dando só as
manchetes, claro, espero que
isso não o faça pensar que eu
estou apresentando um grupo
de especulações vagas. Na verdade, há uma boa razão para acreditar nesta
hipótese; caso contrário, os cientistas que normalmente são cépticos em
relação a idéias revolucionárias, não brincariam com a idéia de buracos
negros super volumosos que agem como motores dos quasares. A
propósito, ate hoje foram identificados mais de cem mil quasares no céu!
Voltemos aos buracos negros “normais” com que nós começamos, isto é,
aqueles resultantes do colapso de estrelas com massa ao redor de dez
vezes a massa do nosso sol. Como nós sabemos que eles existem? Há
qualquer prova observada? Bem, se a pergunta é posta desse modo, então
deveria ser óbvio que por sua própria natureza o buraco negro é mesmo
“reservado”, significando que não permite a informação fluir para fora, nem
mesmo à sua superfície. OK, mas realmente não há nenhum modo de
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detectar um buraco negro? Felizmente há, e esse método explora o fato que
buracos negros são na realidade gananciosos, muito gananciosos!
Você deve pensar que eu estou brincando; mas não estou não! O que às
vezes acontece é o seguinte. Pode ser que nas imediações do buraco negro,
haja outro objeto. Por exemplo, nós temos o que é chamado estrelas
binárias; são gêmeas e orbitam uma a outra. Suponha que um desses
binários se torne um buraco negro. A força gravitacional do buraco negro
que é enorme, começaria a puxar matéria de toda a vizinhança. Em outras
palavras, o “faminto” buraco negro começaria chupando matéria para si
mesmo. No processo é formado um disco de crescimento. Um disco de
crescimento é um disco de matéria difusa, formado ao redor de um buraco
negro [a propósito, até mesmo uma estrela de nêutrons poderia se envolver
em um disco de crescimento, mas aqui nós estamos falando sobre o disco
de crescimento formado ao redor de um buraco negro]. O material do
objeto companheiro que é chupado pelo buraco negro forma um disco ao
redor do mesmo devido ao seu movimento de rotação. Tecnicamente nós
dizemos que é o resultado do momentum angular do buraco negro. Quando
a matéria mergulha no turbilhão giratório do buraco negro, é muito
acelerada e no processo emite radiação, freqüentemente na forma de raiosX. Essas emissões assinalam a presença do buraco negro e é assim que os
astrônomos tentam descobrir a presença de buracos negros, observando
padrões de emissão de raios-x lá fora no espaço.
Estão sendo construídos detectores especiais que um dia trarão prova
incontroversa sobre a existência do buraco negro [cuja existência não é
hoje colocada em dúvida]. Qual é a idéia atrás destes detectores? Bem, é
algo assim: buracos negros não estão lá sentados e quietinhos; eles
interagem com outros objetos lá no espaço, através das forças
gravitacionais, naturalmente. Por exemplo, um buraco negro poderia colidir
com outro. Ou nós poderíamos ter uma situação onde um buraco negro está
nascendo. Ou então, poderia ser um caso de buraco negro que ingere o seu
almoço! Em todo caso, seriam emitidas ondas gravitacionais, com
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assinaturas características. Os detalhes destas assinaturas podem ser
fontes de informações; a teoria hoje é inteligente o bastante para fazer
isso.
A teoria é inteligente, mas e quanto aos experimentos? Eles são inteligentes
o bastante para detectar estas ondas? Bem, este realmente é um trabalho
duro, mas a tecnologia está se tornando tão boa que dentro de alguns anos
as ondas gravitacionais poderão ser detectadas de fato, quase um século
depois de Einstein ter predito que eles existem. E, nós poderemos ter
detectores na verdade muito inteligentes, orbitando lá fora no espaço,
fazendo essa descoberta. Tudo custa muito dinheiro, não? Seguramente! A
astronomia moderna e a astrofísica não são baratas!
Nós falamos então sobre dois tipos de buracos negros, o super volumoso e
o normal. Eu também falei brevemente em como poderiam ser descobertos
buracos negros. E quanto ao terceiro tipo? Estes às vezes são chamados de
mini buracos negros e são inacreditavelmente pequenos. Como assim
pequenos? Oh é difícil dizer, mas só para lhe dar uma idéia eu diria tão
pequeno quanto um elétron, o que significa realmente pequeno!
Por que os físicos propuseram a idéia de ultra pequenos buracos negros?
Porque eles acreditam que isso pode ter acontecido quando o Universo era
muito minúsculo, quer dizer, em seguida ao nascimento, muitos desses tais
mini buracos negros poderiam ter se formado. Eles não param aqui com tal
especulação. Eles dizem: “Escute, nós podemos de fato criar tais mini
buracos negros no laboratório!” E assim, nós estamos agora nos movendo
do estudo de objetos astronômicos chamados buracos negros ao estudo do
que poderiam
ser chamados
de buracos
negros
produzidos em
laboratório!
Como se
produz tais
mini buracos
negros em
laboratório?
Não é fácil, e
até agora, há
um só
laboratório no
mundo onde
isto poderia
O CERN em Genebra
ser feito. E
isso é o CERN em Genebra onde, enterrado no chão, há um enorme
acelerador de partículas com uma circunferência de 25 a 30 km! Nele os
elétrons zumbem, circulando quase à velocidade da luz, cruzando no
processo um limite internacional entre a Suíça e a França! Eles fazem isto
milhões de vezes por segundo. Enquanto elétrons vão circulando e
circulando, anti-elétrons e positrons giram do mesmo modo, mas na direção
oposta. Naturalmente que às vezes eles colidem e quando isso acontece,
todos os tipos de coisas excitantes acontecem, as quais os físicos estudam
com grande interesse. Foram descobertas coisas surpreendentes com esse
processo, sobre o que eu falarei algo depois. Aqui eu desejo dizer só isto.
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Atualmente, este acelerador monstruoso em Genebra está sendo atualizado
de forma que em vez de elétrons e anti-elétrons, haverá prótons e antiprótons circulando.
Os prótons são muito, muito mais pesados, comparados a elétrons e
quando eles colidirem, fatos ainda não vistos, mas especulados, espera-se
que aconteçam. Especula-se que alguns destes processos possam produzir
mini buracos negros. Porém, eles teriam vida extremamente curta, mas os
físicos os pegariam rapidamente, antes de eles desaparecerem! E, acrediteme, os físicos são inteligentes o bastante para fazê-lo!
Tudo isso o deixa atordoado? Eu não me surpreenderia! Você sabe, se você
pensar calmamente nisto tudo, há duas coisas maravilhosas e também um
aspecto mais enigmático. O maravilhoso fato número um são os desafiantes
e surpreendentes mistérios com que Deus dotou o Universo O fato
surpreendente número dois é que o homem está podendo desvendar tantos
deles. E no caso da astronomia e astrofísica, ele pôde fazer isto sem deixar
a terra! Pode ser que ultimamente alguns instrumentos tenham sido
colocados no espaço, mas muito da observação foi feita da terra e claro que
todo o pensamento foi completamente produzido na terra. Isso mostra as
faculdades surpreendentes com Deus abençoou o homem. No Baghavad
Gita, particularmente no décimo capitulo, Krishna dá um vislumbre das
muitas bênçãos que Ele graciosamente conferiu ao homem. Mas o homem
hoje tem se distanciado para tão longe de Deus que começou até mesmo a
duvidar da existência do Criador. Este é o aspecto enigmático a que eu me
referi anteriormente..
Eu espero que tudo isso faça você pensar sobre o que exatamente é o
Infinito e por onde devemos tentar compreendê-Lo!
Boa Sorte com sua própria indagação pessoal. A todos o melhor, até que
nós possamos estar juntos novamente.
Om Sai Ram.
A HISTÓRIA DA LUZ SE CURVANDO
Essa história famosa começou com uma carta escrita por Einstein ao Prof.
Hale do famoso observatório de Monte Wilson na Califórnia. A carta era
assim:
Zurique, 14 de Outubro de 1913,
Colega altamente honrado,
Uma consideração teórica simples faz plausível assumir que raios de luz
possam se curvar em um campo gravitacional.
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À extremidade do Sol, o desvio total deveria ser 0.84 arcseconds, e deveria
cair como 1/R (R sendo a menor distância do centro do Sol).
Seria então do maior interesse saber quão perto do Sol estrelas fixas
poderiam ser vistas na luz do dia com a ampliação mais forte.
A conselho de meu colega, Professor [ Julius] Maurer, eu lhe peço então
que me informe o que você—com a sua rica experiência nessas coisas—
considere ser realizável com os melhores instrumentos modernos.
Seu muito respeitosamente, A. Einstein
Na ocasião em que Einstein escreveu esta carta, sua formulação da teoria
geral da relatividade não estava completa; como resultado, a estimativa
que Einstein deu do encurvamento da luz foi metade do que foi constatado
depois. Seguindo com a história, Hale escreveu de volta para dizer que
embota o encurvamento estivesse lá todo o tempo, durante um dia normal
não poderia ser visto porque o Sol é muito luminoso para permitir isso.
Porém, disse Hale, tal efeito poderia ser talvez observável na hora de um
eclipse solar total. O resto da história: uma equipe alemã teve a intenção de
medir o efeito na Rússia, durante um eclipse em 1914. Mas a erupção da
guerra interveio. De certo modo, isso foi afortunado, porque a equipe teria
comparado a medida com a primeira predição de Einstein, predição
incorreta. Em 1914 aconteceu um eclipse solar total na parte oriental da
Europa. Alguns astrônomos alemães planejaram usar aquela oportunidade,
mas faltaram os fundos. Eles tentaram a difícil tarefa de conseguir o
dinheiro. Einstein era tão interessado na experiência que contribuiu um
pouco, entretanto ele quase não podia dispor de nada. De qualquer
maneira, os astrônomos viajaram a um local em Kiev na Ucrânia,
considerado favorável para ver o eclipse que aconteceria no dia 21 de
agosto. Infelizmente a história interveio: no dia 01 de agosto de 1914 a
Alemanha declarou guerra à Rússia e os astrônomos alemães foram feitos
prisioneiros. As forças russas expulsaram os cientistas mais velhos e
seguraram os mais jovens como prisioneiros de guerra. Alguns americanos
que tinham se unido à equipe alemã tiveram autorização para observar o
eclipse, mas infelizmente no dia do eclipse o céu estava nublado e esse foi o
fim desta estória!
No ano seguinte, na plenitude da Primeira Guerra Mundial, Einstein publicou
a sua Teoria Geral da Relatividade. E Eddington a leu na Inglaterra. Olhe a
ironia disto. Aqui estava Einstein, um alemão publicando uma teoria, e
Eddington, um inglês, a lendo. A política separava a Alemanha e a
Inglaterra, quer dizer, eles eram inimigos, seus paises lutavam um contra o
outro na Primeira Guerra Mundial. Mas ciência unia estes dois cientistas;
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mais, Einstein e Eddington eram pacifistas e recusaram-se a se alistar como
soldados!
Eddington imediatamente captou a importância da teoria de Einstein; ele
seria um grande adepto dessa teoria. Um eclipse solar total estava previsto
em 1919 e sob as instâncias de Eddington, o astrônomo Real Britânico,
Frank Dyson, começou os planos para as observações. O eclipse de 29 de
maio de 1919 começaria perto da fronteira entre o Chile e Peru,
atravessaria a América do Sul, cruzaria o Oceano Atlântico e desceria pela
África central formando um arco.
A Inglaterra enviou duas expedições, uma delas encabeçada pelo próprio
Eddington e outra encabeçada por Dyson. Enquanto Eddington foi para a
minúscula ilha de Príncipe, aconchegada no Golfo da Guiné, África, Dyson
foi observar o eclipse de Sobral, no Brasil oriental. O grupo de Eddington
chegou a Príncipe no final de abril e, entre o calor e a chuva viram-se
debaixo de tal ataque de insetos que precisaram trabalhar debaixo de
mosquiteiros a maior parte do tempo. A chuva piorava conforme maio
avançava e o dia do eclipse começou com uma tremenda tempestade. A
chuva foi parando à medida que o dia avançava, mas a fase total do eclipse
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começaria às 2:15 da tarde e duraria somente 11 minutos. Eddington
escreveu:
Aproximadamente as 13.30, quando a fase parcial estava bem avançada,
nós começamos a ter vislumbres do Sol, as 1.55 nós podíamos ver o
crescente (através das nuvens) quase continuamente e grandes pedaços do
céu apareciam limpos. Nós tivemos que levar a cabo nosso programa de
fotografias com fé. Eu não vi o eclipse, exceto por um vislumbre para estar
certo de já ter começado, pois estava muito ocupado com as fotos... Nós
tiramos 16 fotos...
trombeteou o numero de 7 de Novembro do Times de Londres. “Nova
Teoria do Universo. Idéias de Newton Subvertidas.” Jornais na América
também destacaram as notícias, e imediatamente, Einstein tornou-se uma
celebridade mundial, desfrutando uma fama de rock star!
É justo dizer que nenhum cientista capturou desde então até este ponto a
imaginação pública, exceto Stephen Hawking talvez, quem em recentes
anos alcançou fama semelhante. Mas, lembre-se, Einstein recebeu tudo
aquilo em 1919, antes do
advento de TELEVISÃO,
internet, etc..
Sem dúvida uma experiência de
roer as unhas! De qualquer
maneira, para encurtar a
história, Dyson fez as
observações também no Brasil e
o seu time teve problemas.
Ambas as equipes voltaram e se
debruçaram sobre as fotografias
fazendo verificações e
cruzamentos. Finalmente, tudo
Físico Teórico Britânico Stephen
parecia estar OK. Einstein
Hawking
estava 100% correto. Os
resultados das observações nos eclipses confirmavam completamente as
predições de Einstein. No dia 6 de novembro, Dyson leu em voz alta os
resultados do eclipse em uma sessão rara da Sociedade Real e da
Sociedade Astronômica Real, juntas.
O presidente da Sociedade Real e o descobridor do elétron, J. J. Thomson,
chamou a teoria de Einstein, em uma citação que correu ao redor do
mundo, “um dos mais momentosos, se não o mais momentoso
pronunciamento do pensamento humano.” “REVOLUÇÃO NA CIÊNCIA,”
propósito, quando Eddington e Einstein estavam fazendo história, i.e., no
ano de 1919, Chandra era ainda uma mera criança de nove anos! Depois,
quinze anos mais velho ele colidiu com Eddington que era na realidade o
seu herói.
Essa história você já ouviu antes!
Om Sai Ram