Se o espaço-tempo é como um líquido - um conceito alguns físicos dizem que pode ajudar a resolver um desentendimento de confusão entre duas teorias dominantes na física - deve ser um líquido muito especial. Um estudo recente comparou observações astrofísicas com previsões baseadas na noção de espaço-tempo fluido, e achou a ideia só funciona se o espaço-tempo é incrivelmente suave e fluindo livremente - em outras palavras, um superfluido.
Pensando em espaço-tempo como um líquido pode ser uma analogia útil. Nós muitas vezes imaginar o espaço eo tempo como cenários fundamentais para o universo. Mas e se eles não são fundamentais, e construído em vez de ingredientes menores que existem em uma camada mais profunda da realidade que não pode sentir? Se esse fosse o caso, as propriedades do espaço-tempo seria "emergir" da física subjacentes de seus componentes, assim como as propriedades da água emergir das partículas que o compõem. "A água é feito de moléculas individuais, discretas, que interagem uns com os outros de acordo com as leis da mecânica quântica, mas a água líquida parece contínuo e fluente e transparente e refração", explica Ted Jacobson, um físico da Universidade de Maryland, College Park . "Estas são todas as propriedades emergentes '' que não podem ser encontrados nas moléculas individuais, embora, em última instância resultar das propriedades das moléculas.
Os físicos têm vindo a considerar essa possibilidade, desde a década de 1990 em uma tentativa de conciliar a teoria dominante da gravidade em larga escala - a relatividade geral - com a teoria que rege os muito pequenos pedaços de a mecânica do universo-quântica. Ambas as teorias parecem funcionar perfeitamente dentro dos respectivos domínios, mas o conflito um com o outro em situações que combinam o grande e pequeno porte, tais como buracos negros (massa extremamente grande, o volume extremamente pequeno). Muitos físicos têm tentado resolver o problema "quantização" gravidade - dividindo-o em pedaços menores, assim como a mecânica quântica quebra muitas quantidades, tais como os níveis de energia das partículas, em pacotes discretos. "Há muitas tentativas de Quantize teoria gravidade cordas e loop gravidade quântica são abordagens alternativas que podem ambos afirmam ter ido uma boa perna para a frente", diz Stefano Liberati, um físico da Escola Internacional de Estudos Avançados (SISSA), em Trieste, Itália. "Mas talvez você não precisa quantificar a gravidade.
Liberati, juntamente com o seu colega Luca Maccione de Ludwig Maximilian University, em Munique, recentemente explorou como essa idéia afetaria luz viajando através do universo. Um espaço-tempo emergente, que agiu como um fluido, não seria imediatamente distinguível do espaço-tempo de qualquer outra teoria. Mas, em situações extremas, como por partículas de luz muito enérgicos, Liberati e Maccione descobriu que algumas diferenças seria perceptível. De fato, examinando observações de fótons de alta energia que voam através do universo da Nebulosa do Caranguejo, os físicos foram capazes de afastar certas versões do espaço-tempo emergente, achando que, se é um fluido em tudo, ele deve ser um superfluido. Os pesquisadores publicaram seus resultados na Physical Review Letters 1 , em abril.
Nesta analogia partículas que viajam através do espaço-tempo como ondas em um oceano, e as leis da mecânica dos fluidos - se aplicaria - física da matéria condensada. Anteriormente físicos considerados como partículas de diferentes energias iria dispersar no espaço-tempo, assim como as ondas de diferentes comprimentos de onda dispersar, ou viajar em velocidades diferentes, em água. No último estudo Liberati e Maccione levou em conta um outro efeito fluido: dissipação. Como as ondas viajam através de um meio, eles perdem energia ao longo do tempo. Este efeito negativo também acontecer com os fótons que viajam através do espaço-tempo, os pesquisadores descobriram. Embora o efeito é pequeno, fótons de alta energia que viajam distâncias muito longas devem perder uma quantidade considerável de energia, dizem os pesquisadores.
Um exemplo real é a Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de supernova cerca de 6.500 anos-luz da Terra, que emite raios-x de alta energia e luz de raios gama. No momento em que essa luz chega aos nossos telescópios, sua energia deveria ter se dissipado um pouco, se o espaço-tempo tem propriedades líquidas. Observações da Nebulosa do Caranguejo, no entanto, não mostram nenhum sinal de tal efeito. "Nós mostramos o espectro seria gravemente afetado por esta perda de energia, mesmo que seja um efeito muito pequeno, porque ele viaja por tanto tempo", diz Liberati. A falta de um sinal de dissipação permitiu aos investigadores a colocar fortes constrangimentos nos efeitos líquidos que possam estar presentes no espaço-tempo, mostrando que eles devem ser extremamente pequena, se estiverem presentes de todo. "Isso não está dizendo que esta ideia é completamente descartada", diz Liberati. Os resultados, no entanto, limitar as possibilidades de espaço-tempo liquidlike somente os líquidos com viscosidades muito baixas que provocam quase nenhum amortecimento - superfluídos.
Mesmo defensores da idéia do espaço-tempo fluido dizem que o conceito não é muito popular, e talvez improvável. Mas isso pode ser verdade? "Eu não tenho absolutamente nenhuma idéia", diz Renaud Parentani, um físico da Universidade de Paris-Sud, que originalmente sugeriu a idéia de considerar os efeitos de dissipação. "Minha opinião sincera é que ninguém tem a menor idéia. Tudo o que podemos fazer é modelo as várias possibilidades. "
Se é verdade que o espaço-tempo é um superfluido e que os fótons de diferentes energias viajam em velocidades diferentes ou se dissipar ao longo do tempo, isso significa que a relatividade não é titular em todas as situações. Um dos principais princípios da relatividade, a invariância de Lorentz, afirma que a velocidade da luz é imutável, independentemente da estrutura de um observador de referência. "A possibilidade de que o espaço-tempo como nós o conhecemos surge de algo que viola a relatividade é um bastante radical", diz Jacobson. Ele, no entanto, abrir um caminho potencial para corrigir alguns dos problemas que surgem quando se tenta combinar relatividade ea mecânica quântica. "Violar relatividade abriria a possibilidade de eliminar quantidades infinitas que surgem na teoria presente e que parecem um pouco improvável que seja fisicamente correta."
Então, se o espaço-tempo é um superfluido, então é ressaca acima para os físicos teóricos.
Fonte: Scientific American
Pensando em espaço-tempo como um líquido pode ser uma analogia útil. Nós muitas vezes imaginar o espaço eo tempo como cenários fundamentais para o universo. Mas e se eles não são fundamentais, e construído em vez de ingredientes menores que existem em uma camada mais profunda da realidade que não pode sentir? Se esse fosse o caso, as propriedades do espaço-tempo seria "emergir" da física subjacentes de seus componentes, assim como as propriedades da água emergir das partículas que o compõem. "A água é feito de moléculas individuais, discretas, que interagem uns com os outros de acordo com as leis da mecânica quântica, mas a água líquida parece contínuo e fluente e transparente e refração", explica Ted Jacobson, um físico da Universidade de Maryland, College Park . "Estas são todas as propriedades emergentes '' que não podem ser encontrados nas moléculas individuais, embora, em última instância resultar das propriedades das moléculas.
Os físicos têm vindo a considerar essa possibilidade, desde a década de 1990 em uma tentativa de conciliar a teoria dominante da gravidade em larga escala - a relatividade geral - com a teoria que rege os muito pequenos pedaços de a mecânica do universo-quântica. Ambas as teorias parecem funcionar perfeitamente dentro dos respectivos domínios, mas o conflito um com o outro em situações que combinam o grande e pequeno porte, tais como buracos negros (massa extremamente grande, o volume extremamente pequeno). Muitos físicos têm tentado resolver o problema "quantização" gravidade - dividindo-o em pedaços menores, assim como a mecânica quântica quebra muitas quantidades, tais como os níveis de energia das partículas, em pacotes discretos. "Há muitas tentativas de Quantize teoria gravidade cordas e loop gravidade quântica são abordagens alternativas que podem ambos afirmam ter ido uma boa perna para a frente", diz Stefano Liberati, um físico da Escola Internacional de Estudos Avançados (SISSA), em Trieste, Itália. "Mas talvez você não precisa quantificar a gravidade.
Liberati, juntamente com o seu colega Luca Maccione de Ludwig Maximilian University, em Munique, recentemente explorou como essa idéia afetaria luz viajando através do universo. Um espaço-tempo emergente, que agiu como um fluido, não seria imediatamente distinguível do espaço-tempo de qualquer outra teoria. Mas, em situações extremas, como por partículas de luz muito enérgicos, Liberati e Maccione descobriu que algumas diferenças seria perceptível. De fato, examinando observações de fótons de alta energia que voam através do universo da Nebulosa do Caranguejo, os físicos foram capazes de afastar certas versões do espaço-tempo emergente, achando que, se é um fluido em tudo, ele deve ser um superfluido. Os pesquisadores publicaram seus resultados na Physical Review Letters 1 , em abril.
Nesta analogia partículas que viajam através do espaço-tempo como ondas em um oceano, e as leis da mecânica dos fluidos - se aplicaria - física da matéria condensada. Anteriormente físicos considerados como partículas de diferentes energias iria dispersar no espaço-tempo, assim como as ondas de diferentes comprimentos de onda dispersar, ou viajar em velocidades diferentes, em água. No último estudo Liberati e Maccione levou em conta um outro efeito fluido: dissipação. Como as ondas viajam através de um meio, eles perdem energia ao longo do tempo. Este efeito negativo também acontecer com os fótons que viajam através do espaço-tempo, os pesquisadores descobriram. Embora o efeito é pequeno, fótons de alta energia que viajam distâncias muito longas devem perder uma quantidade considerável de energia, dizem os pesquisadores.
Um exemplo real é a Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de supernova cerca de 6.500 anos-luz da Terra, que emite raios-x de alta energia e luz de raios gama. No momento em que essa luz chega aos nossos telescópios, sua energia deveria ter se dissipado um pouco, se o espaço-tempo tem propriedades líquidas. Observações da Nebulosa do Caranguejo, no entanto, não mostram nenhum sinal de tal efeito. "Nós mostramos o espectro seria gravemente afetado por esta perda de energia, mesmo que seja um efeito muito pequeno, porque ele viaja por tanto tempo", diz Liberati. A falta de um sinal de dissipação permitiu aos investigadores a colocar fortes constrangimentos nos efeitos líquidos que possam estar presentes no espaço-tempo, mostrando que eles devem ser extremamente pequena, se estiverem presentes de todo. "Isso não está dizendo que esta ideia é completamente descartada", diz Liberati. Os resultados, no entanto, limitar as possibilidades de espaço-tempo liquidlike somente os líquidos com viscosidades muito baixas que provocam quase nenhum amortecimento - superfluídos.
Mesmo defensores da idéia do espaço-tempo fluido dizem que o conceito não é muito popular, e talvez improvável. Mas isso pode ser verdade? "Eu não tenho absolutamente nenhuma idéia", diz Renaud Parentani, um físico da Universidade de Paris-Sud, que originalmente sugeriu a idéia de considerar os efeitos de dissipação. "Minha opinião sincera é que ninguém tem a menor idéia. Tudo o que podemos fazer é modelo as várias possibilidades. "
Se é verdade que o espaço-tempo é um superfluido e que os fótons de diferentes energias viajam em velocidades diferentes ou se dissipar ao longo do tempo, isso significa que a relatividade não é titular em todas as situações. Um dos principais princípios da relatividade, a invariância de Lorentz, afirma que a velocidade da luz é imutável, independentemente da estrutura de um observador de referência. "A possibilidade de que o espaço-tempo como nós o conhecemos surge de algo que viola a relatividade é um bastante radical", diz Jacobson. Ele, no entanto, abrir um caminho potencial para corrigir alguns dos problemas que surgem quando se tenta combinar relatividade ea mecânica quântica. "Violar relatividade abriria a possibilidade de eliminar quantidades infinitas que surgem na teoria presente e que parecem um pouco improvável que seja fisicamente correta."
Então, se o espaço-tempo é um superfluido, então é ressaca acima para os físicos teóricos.
Fonte: Scientific American
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