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Sugerido por Antonio Ateu
Do Inovação Tecnológica
Qual é a menor coisa que existe no Universo?
Andy Parker – BBC
A física tem um problema com as coisas pequenas. Ou, para ser mais preciso, com as coisas infinitamente pequenas.
Nós imaginamos que podemos nos mover qualquer distância que queiramos, não importando quão pequena ela seja.
Esta percepção foi explorada por Zeno em um de seus famosos paradoxos. Aquiles nunca poderia realmente chegar a qualquer lugar já que a distância que ele teria que cobrir seria reduzida à metade um número infinito de vezes – na metade do caminho, então a meio caminho de novo, e assim por diante. Ele teria que dar um número infinito de passos cada vez menores para alcançar seu objetivo.
Os matemáticos têm explicado esse aparente paradoxo, e eles ficam totalmente confortáveis com números infinitos, bem como com as distâncias e objetos infinitamente pequenos. As respostas a que eles chegam são usadas na física para descrever o mundo interior do átomo.
Mas a natureza não parece se sentir tão confortável com isso.
Quando tentamos descrever algo como um “ponto” – um objeto infinitamente pequeno – então surgem alguns dos problemas mais difíceis em física.
Como toda a física de partículas se baseia em partículas do “tipo ponto”, reagindo às forças em espaços minúsculos, pode-se perceber que os problemas surgem muito rapidamente.
Esses problemas aparecem sob a forma de respostas sem sentido quando as equações são usadas para as distâncias muito pequenas.
Desta forma, os físicos estão cada vez mais desconfiados dos pontos, e se perguntando se de fato a natureza tem um limite para o menor objeto possível, ou mesmo se há um menor espaço possível.
Cientistas acreditam que o superlaser ELI será suficiente para tornais reais as partículas virtuais. [Imagem: ELI]
Bonecas russas
A busca pelos menores blocos de construção da Natureza provavelmente remonta ao primeiro homem das cavernas que tentava fazer uma borda afiada em uma pedra.
Os gregos nos deram o conceito de átomos como bolas de bilhar que se unem para formar os materiais que vemos, e essa imagem continua na mente da maioria dos povos.
Mais de um século atrás, J.J. Thomson conseguiu extrair elétrons de átomos, e ele foi seguido em 1932 por Cockcroft e Walton, que separaram o núcleo atômico com um acelerador de partículas primitivo, mas inteligentemente concebido.
Estes acabaram por se mostrar serem apenas as primeiras bonecas russas.
Experimentos sucessivos, usando aceleradores mais e mais potentes, revelaram que o núcleo era composto de prótons e nêutrons, que por sua vez eram feitos de quarks.
Os sinais do bóson de Higgs gerados recentemente no LHC se tornaram a mais recente das bonecas russas.
Mas todas as tentativas para dividir quarks ou elétrons, mesmo usando o incrível poder do LHC, falharam.
Incomodamente, os chamados blocos básicos de construção da natureza parecem ser pontos – certamente menores do que 0,0000000000000000001 metro de diâmetro. 
A ignorância quântica estabelece que conhecer as partes não garante o conhecimento do todo. [Imagem: Vidick et al.]
Rumo ao infinito
Pode-se ver onde o problema surge. Todas as forças da natureza ficam mais fortes conforme as distâncias encurtam.
A famosa “lei do inverso do quadrado” da gravidade, de Newton, por exemplo, diz que a força da gravidade fica quatro vezes mais forte se você reduzir pela metade sua distância de um objeto.
Se imaginarmos partículas como sendo pontos, você pode fazer a distância entre duas delas tão pequena quanto queira, de forma que a força se torna infinita. Em última instância, isso iria quebrar o tecido do espaço, criando uma espuma de buracos negros, o que certamente faria Aquiles progredir ainda mais lentamente.
Os físicos normalmente conseguem contornar este problema usando a imprecisão contida na mecânica quântica, que permite que a matéria se comporte como partículas ou como ondas.
Você também pode ter ouvido falar do Princípio da Incerteza de Heisenberg, que não nos permite saber exatamente onde alguma coisa está. Assim, mesmo que uma partícula possa ser um ponto, a sua localização é incerta, e ela aparece nas equações como uma bola nebulosa – problema resolvido!
- Incertezas sobre Heisenberg: influência do observador é posta em dúvida
Alguns físicos propõem que o LHC pode se tornar a primeira máquina do tempo do mundo. [Imagem: Jenni Ohnstad/Vanderbilt]Descasamento problemático
Bem, quase. Nós realmente não sabemos como aplicar a mecânica quântica à gravidade, e por isso ainda ficamos às voltas com previsões absurdas, como o colapso total do espaço se tentarmos descrever campos gravitacionais fortes, como os que estão dentro dos buracos negros.
Acontece que a mecânica quântica e a teoria da gravidade de Einstein não se misturam.
Várias soluções engenhosas têm sido propostas para este problema.
A mais óbvia é que há uma outra boneca russa, e as menores partículas são pequenas bolas de bilhar. Se for assim, um dia, talvez usando o LHC, veremos o tamanho dos menores objetos que podem existir.
- Teoria de Tudo: Será Weinstein a superação de Einstein?
Mas os físicos teóricos preferem a ideia de que as partículas não são de fato redondas, mas pequenas “cordas”, parecidas com pedaços de elástico.
Elas teriam um comprimento finito, mas uma largura infinitamente pequena. Isso resolve o problema, já que você nunca pode estar à mesma distância de toda a corda – é por isso que a ideia é chamada de Teoria das Cordas.
Cordas podem vibrar, e isso nos permite explicar todas as estranhas partículas fundamentais que vemos como sendo diferentes vibrações das cordas – diferentes notas de um violino cósmico.
Parece simples, mas para explicar as partículas que conhecemos, as cordas precisam vibrar de muitas maneiras diferentes.
A Teoria das Supercordas permite que elas vibrem em um bizarro espaço com 11 dimensões – para cima, para baixo, para os lados, “transversalmente” e de 7 outras maneiras! Experimentos no LHC estão procurando sinais de que você possa se mover “transversalmente”. Se pudermos, poderia haver universos inteiros, tão grandes e maravilhosos como o nosso, bem ali na rua “transversal”. 
Recentemente, físicos bateram o recorde mundial do menor tempo já medido. [Imagem: Koke et al./Nature Photonics]
Questões de espaço e de tempo
Podemos ir mais longe ainda – talvez não devamos procurar pelo menor objeto, mas pela menor distância.
Se o espaço for composto por um monte de grânulos pequenos, então o problema pode ser resolvido desde que duas partículas não possam ficar mais perto uma da outra do que o tamanho de um grânulo.
Isso equivale a Aquiles podendo se mover ao longo de uma série de passos pequenos, mas finitos.
Olhando para as partículas que viajam distâncias enormes em todo o cosmos, podemos esperar ver o efeito acumulado de impactos sobre inúmeros pequenos grãos, e não o deslizar tranquilo através do espaço liso que se imagina.
No final, as respostas serão encontradas nos experimentos, não em nossas imaginações.
Talvez a coisa mais incrível que descobrimos seja o método científico, que nos permite colocar e responder questões como “Qual pequeno é o Universo?”.
Nada mal para homens das cavernas ligeiramente evoluídos.
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São tão crentes quanto religiosos
E depois ainda dizem que os religiosos é que são crentes..rsrs
A diferença é que, na média, cientistas são mais estudados, principalmente sobre principios que não podem chegar às massas..
Eta vontade de só ver o que você já acha a priori
Putz! O texto fala de questoes, dúvidas, possibilidades, hipóteses, e você vem com esse papo de crenças? Tudo porque as possibilidades aventadas nao sao compatíveis com o quadro religioso de sua mente? Haja!
“Desta forma, os físicos
“Desta forma, os físicos estão cada vez mais desconfiados dos pontos, e se perguntando se de fato a natureza tem um limite para o menor objeto possível, ou mesmo se há um menor espaço possível”:
Eu ja cheguei la primeiro mostrando o proton magnificavel infinitamente, isso eh, fractal. Ora, se eh infinitamente magnificavel nao existe “o menor” objeto. Por razoes linguisticas -evidentemente- parei em “atomo” porque eu nao quero ver a Terra segurada por um elefante que eh segurado por outro elefante que eh segurado por outro elef… Paradoxos assim so me fritam a paciencia.
Ah, tambem… se o principio
Ah, tambem… se o principio da incerteza declara que nao se pode saber ambos momentum e lugar de uma particula, entao o modelo matematico nao faz previsoes certas, isso eh, nao eh adequado. O problema NAO eh igual a que agua vai cair no pote mas voce nao sabe qual molecula vai estar em qual lugar. E o que os modelos preveem, essencialmente, eh… o espaco do pote, ou a tal “nuvem de probabilidades” e nao tem poder previsivo suficiente.
O modelo certo seria necessariamente lunatico. Eh meu modelo tambem. Nao, nao vai haver outro. Meu modelo ou modelo nenhum.
Pq o espanto?
Ora, os cientistas estão testando hipóteses novas…
Em geral uma teoria nova não invalida totalmente a anterior. Hoje em dia se sabe que existem efeitos quânticos e relativísticos, porém a antiga mecânica (dita clássica), fundada por galileu, Newton, e outros, continua uma ferramenta efetiva na descrição de uma gama de fenômenos macroscópicos (numa intervalo de muitas escalas – a MC descreve bem o movimento de um protozoário e de uma estrela)
Onde está a crença, Daniel?
Hipóteses são pensadas, trabalhadas e, posteriormente, testadas.. Se uma hipótese é confirmada e se incorpora a um bom modelos para descrever os processos naturais, ela é mantida. Caso contrário, a hipótese é descartada… sempre foi assim… Qual a novidade? Qual o problema?
O problema é que esta
O problema é que esta hipótese não pode ser testada…
Mas matemáticamente funciona.
acho sua explicação simplista demais e pode passar uma idéia errada. Não são apenas hipóteses. São hipoteses baseadas em cálculos matemáticos que levaram décadas para serem realizados. O trabalho de uma vida.
Sobre o trabalho de uma vida cria-se uma hipótese. Não é simplesmente criar uma hipótese e pronto.
Simples, simplista não!
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Exatamente.. Por favor, Athos, vamos ser razoáveis. Posso lhe garantir que não sou nenhum ingênuo… Não há espaço, nem razão para aprofundamentos demasiados aqui no blog…. Minha comentário, não foi simplista, foi simples e endereçado aos possíveis leigos. O fato de ter sido simples de forma alguma se relaciona com possíveis mal entendidos. Fui simples justamente para evitar ser mal interpretado. A objeção poderia ser de completude.. Mas neste caso, como apontei acima, não estamos num blog de físicos e qualquer comentário não pode e nem deve ser completo.
Meu comentário se fez em cima da aparente surpresa dos participantes. Mas você trouxe um ponto relevante:
A hipótese matemáticamente funciona, mas não pode ser testada…
Sim!! Isso é bastante comum! Modelos matemáticos podemos fazer um por dia.. Se eles vão descrever algum fenômeno com fidelidade é outro problema…..Mas há que se destacar alguns aspectos. Cito apenas dois aqui.
Existem hipóteses que não podem ser testadas diretamente num dado momento (mas que poderão vir a serem testadas diretamente no futuro). Essa situação é regra nas ciências naturais…. Creio que todas as ciências conviveram e convivem com essa problemática….
Existem, contudo, hipóteses que não se espera poder provar diretamente pois necessitaríamos de uma quantidade de energia tão grande que não alimentamos esperanças de tornar esse cenário possível. Essas hipóteses são muito interessantes e podem formar teorias que fugiriam dos moldes das ciências normais, digamos assim.
Eu acho interessantíssimo, pois abre toda uma nova discussão sobre a filosofia e o método científico. Pode ser que uma hipótese não possa ser testada diretamente, mas pode se mostrar válida dentro de um conjunto teórico. Sim! (Talvez seja preciso uma espécie de Gurgelianismo científico, pegar o conjunto “probatório” e não as hipóteses individualmente)…. Pode ser que a ciẽncia necessite expandir um pouco mais seus horizontes.. Enfim, é uma discussão longa e maravilhosa. Popper deve estar se debatendo no túmulo..
Gostaria de lembrar o caso que, tudo indica, foi resolvido recentemente: a descoberta experimental dos bosons de Higgs. As teorias eletro-fraca (descrevia o eletromagnetismo e alguns decaimentos radioativos de modo unificado, digamos assim) e o Modelo Padrão (que descreve, além das interações eletro-fracas, a dinâmica dos quarks e gluons) usavam um truque (hipótese) conhecida como mecanismo de Higgs. Esse ingrediente era colocado ad hoc nessas teorias. A razão de se usar o mecanismo de HIggs (MH) é que é necessário que as partículas portadoras das interações sejam descritas tendo massa (porque é um fato experimental a massa delas, as Z`s e W`s são massivas).
Todas as tentativas anteriores e posteriores ao MH falhavam! Se conseguia descrever partículas intermediárias massivas, mas se perdia uma importante simetria (a famosa simetria de gauge) sem a qual a teoria deixava de fazer sentido. O MH era perfeito, dava a massa para as partículas de interação e não quebrava a tal simetria de gauge, mas introduzia na teoria as partículas (os bósons de Higgs, como foram apelidadas) que, nos início dos anos 80, não tínhamos esperanças de encontra-las pelo fato de serem necessários aceleradores bem mais potentes do que os que havia naquela época. E havia muito cientista que achava que os Higgs não eram partículas reais, pois tudo não passava de um truque para fazer aparecer as massas…. Pois bem.. No ano passado, após uns 30 anos, com maquinas bem mais potentes e muitos mais $ investidos num consórcio internacional, foi possível detectar partículas compatíveis com os tais HIggs…
Athos, veja que a situação aqui é muitíssimo interessante. Observe.. temos um mecanismo ad hoc que funcionou perfeitamente e que, ao que tudo indica, resultou numa descrição acertada da natureza, inclusive prevendo corretamente uma partícula, o Higgs. Então, agora nos perguntamos: se tudo está realmente correto, então como entender essa hipótese ad hoc? Se ela descreveu tão perfeitamente e detalhadamente toda uma física bastante sutil, então não deve ser uma hipótese adicional meramente listada para fazer aparecer as partículas que faltavam, digamos assim. Deve ter alguma forma de entender isso de um ponto de vista mais fundamental. Novamente, apelo para o bom senso.. É claro que eu tenho notícias e imagino o que muita gente boa está pensando sobre esse tema e como acomoda-lo no corpo da teoria… Mas esse papo aqui não cabe.
O foco aqui é grifar o que você apontou. Podem haver hipóteses que não possam ser testadas e isso é algo que nos deixa desconfortáveis.. Mas nem tanto.. A fisica de particulas conviveu muito bem com o MH durante 30 anos, mesmo sem a confirmação da existência dos bósons de Higgs nesse tempo todo. E de fato, como apontei acima, a confirmação dessa hipótese, longe de ser um alento, nos coloca um outro desafio muito maior….
E quanto a
São hipoteses baseadas em cálculos matemáticos que levaram décadas para serem realizados. O trabalho de uma vida.
Sobre o trabalho de uma vida cria-se uma hipótese. Não é simplesmente criar uma hipótese e pronto.
Sim.. mas minha resposta simples não focalizou nem excluiu essa possibilidade.. e o fato de uma hipótese ter levado uma vida ou mesmo séculos, ou ter sido formulada numa tarde, não faz a menor diferença pra ciência. Obviamente, não se espera, com o atual nível de profundidade dos conhecimentos científicos, que hipóteses pertinentes sejam elaboradas numa tarde…
O princípal título que
O princípal título que permite a ciência se colocar na aspiração de princípios exatos sobre a prospectiva de medida da natureza, fazendo-a refletir, e reivindicar os espaços externos a fundo dos objetos considerados para fundamentar a existência de todos os níveis que se movem num certo domínio de distinção dos limites científicos do saber real – no sentido de que há uma proposição e o poder de constituir os fluxos de valor frente à física paralela, num ponto fora da reta – é aceitando o postulado do ambito interno de redimensionamento da representação da economia.
implicações
O principio da incerteza de Heisenberg é ,provavelmente, a teoria da física de maiores implicações filosóficas. A teoria elimina deste universo qualquer pretenção à oniciencia já que é impossível se conhecer com precisão o comportamento de uma particula. O Deus cristão ,por exemplo, é refutado cientificamente pelo principio da incerteza.
Deus não é particula de
Deus não é particula de painel epistemológico, Estamos falando de modelos naturais, em que as particulas no resultado do esclarecimento final, se manifestam refletidas numa caracterização do espaço fundado por seus cultores.
Os pesquisadores de caráter cognoscitivo não dominaram o saber absoluto com o pragmatismo da incerteza, a ponto de pretenderem eliminar para sempre as implicações que não conseguiram incluir no ambito de hipotese das competências.
Deus não é particula e tão
Deus não é particula e tão pouco pode conhecer o comportamento de suas particulas. O Deus cristão permanece refutado e pela sua afirmação também diria que vc refuta algumas filosofias orientais. Quem sabe cheguemos a alguma definição satisfatória para Deus.
“O principio da incerteza de
“O principio da incerteza de Heisenberg é ,provavelmente, a teoria da física de maiores implicações filosóficas”:
Desista. Considere o principio da incerteza como ele eh hoje perfeitamente assassinado. Por Ivan de Union.
Foi eu.