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Força que tenta separar tudo que existe no Universo desafia os cientistas
Daniel Schultz, Monica Matsumoto e Shridhar Jayanthi
sobre os colunistas
Daniel Schultz é cientista, professor de microbiologia e membro do núcleo de ciências computacionais em Dartmouth (EUA). Estuda a dinâmica dos processos celulares, com foco na evolução de bactérias resistentes a antibióticos. É formado em engenharia pelo ITA, doutor em química pela Universidade da Califórnia San Diego e pós-doutorado em biologia sistêmica em Harvard. Possui trabalhos de alto impacto publicados em várias áreas, da física teórica à biologia experimental, e busca integrar essas várias áreas do conhecimento para desvendar os detalhes de como funciona a vida ao nível microscópico.
Monica Matsumoto é cientista e professora de Engenharia Biomédica no ITA. Curiosa, tem interesse em áreas multidisciplinares e procura conectar pesquisadores em diferentes campos do conhecimento. É formada em engenharia pelo ITA, doutora em ciências pela USP e trabalhou em diferentes instituições como InCor/HCFMUSP, UPenn e EyeNetra.
Shridhar Jayanthi é agente de patentes com registro no escritório de patentes norte-americano (USPTO). Tem doutorado em engenharia elétrica pela Universidade de Michigan (EUA) e diploma de engenheiro de computação pelo ITA. Atualmente, trabalha com empresas de alta tecnologia para facilitar obtenção de patentes e, nas (poucas) horas vagas, é estudante de problemas na intersecção entre direito, tecnologia e sociedade. Antes disso, teve uma vida acadêmica com passagens pela Rice, MIT, Michigan, Pennsylvania e no InCor/USP, e trabalhou com pesquisa em áreas diversas da matemática, computação e biologia sintética.
A força da gravidade é a mais fraca de todas as forças do universo. Quando você toma um cafezinho de manhã, suas mãos vencem a influência do planeta Terra em puxar a xícara para o chão. Mesmo sendo tão fraca, a gravidade é a força mais importante ao olharmos para o céu. Planetas girando em torno do Sol, galáxias se formando com bilhões de estrelas, todas essas estruturas surgem da inevitável atração da gravidade.
A força gravitacional sempre atrai corpos uns aos outros, com uma única exceção. O espaço vazio —o “vácuo”— também exerce força gravitacional sobre todos os outros corpos no universo. Essa força gravitacional vinda do nada escapa da nossa intuição do dia a dia, e seu próprio descobridor, Albert Einstein, considerava a ideia esdrúxula. A força gravitacional do vácuo tem um nome mais charmoso — a “constante cosmológica” — pois, não importa onde você estiver, essa influência gravitacional estará presente.
A grande surpresa da constante cosmológica é que ela pode ser tanto atrativa (como no caso do planeta Terra te puxando para o chão) como repulsiva. A constante cosmológica pode atuar como antigravidade, afastando você de tudo ao seu redor. Se tal força realmente existe, deve ser muito fraca, pois não observamos antigravidade no dia a dia.
Em 1998, astrônomos e físicos detectaram a constante cosmológica pela primeira vez, e para a surpresa de todos os cientistas no mundo, descobriram que a constante cosmológica é antigravitacional. Isso significa que, aos poucos, o vácuo está tentando separar todas as estrelas, planetas, etc. do universo uns dos outros. A descoberta foi um choque e ainda é causa de muita discussão e investigação hoje em dia.
Desde 1998, diferentes experimentos e métodos de medida da constante cosmológica confirmaram a existência dessa misteriosa fonte de antigravidade. Porém, recentemente, a precisão das medições ficou tão boa que o valor da constante cosmológica medido por métodos diferentes resulta em valores diferentes.
Por exemplo, nessa compilação feita pelo cientista Colin Hill, da Universidade Columbia, nos EUA, percebe-se que os valores inferidos não são consistentes uns com os outros. Em particular, o experimento Planck (primeira linha da figura) e o experimento SH0ES (oitava linha da figura) mostram que mesmo com intervalos de confiança de 99% em suas respectivas medições, os valores finais da constante cosmológica são incompatíveis.
Here is a slightly updated H0 compilation plot (many thanks for the feedback and discussion on v1!) Two further references follow below. All error bars are 1-sigma and all units km/s/Mpc. N.B.: the measurements are not all independent pic.twitter.com/ckXGmQEBc1
? Colin Hill (@jcolinhill) October 22, 2020
Isso seria um erro de medição ou uma dica que a natureza está nos dando, de que esquecemos de acrescentar algum ingrediente nas nossas teorias do universo?
Ninguém tem certeza do que causa essa discrepância, em parte porque nenhuma solução para o problema é atraente. As soluções teóricas envolvem vários novos ingredientes e não reconciliam completamente as diferentes medições da constante cosmológica. Ao mesmo tempo, as medições experimentais têm sido reanalisadas de vários ângulos diferentes, por diversos grupos, e nenhum problema foi encontrado.
Essa “tensão de Hubble“ [1] ainda deverá dar bastante pano pra manga nos próximos anos, com o advento de mais experimentos com maior precisão.
Independente da resolução final da tensão de Hubble, o maior enigma é o da origem da constante cosmológica, e do seu valor numérico.
Existem métodos teóricos para calcular o valor da constante cosmológica. O valor obtido é absurdo. Por exemplo, implicaria que a aceleração dos corpos ao seu redor é tão enorme que você não conseguiria ir da sua cama até a mesa de jantar para tomar café da manhã. A mesa e tudo ao seu redor ia se afastar de você muito mais rápido do que você poderia correr.
Essa previsão é tão catastrófica que, se fosse correta, seria impossível no nosso universo que estrelas e planetas se formassem; a repulsão do vácuo não permitiria que átomos e partículas se aglutinassem. Você pode desconfiar dos métodos para fazer essas contas, mas os mesmos métodos são usados em física de partículas com um sucesso estrondoso, em que valores teóricos e experimentais coincidem com precisão de uma parte em bilhões.
A expansão acelerada do universo vai continuar a fascinar astrônomos, físicos experimentais e teóricos por muitos anos. Talvez a natureza esteja nos fornecendo uma nova dica sobre os ingredientes que geram nosso rico universo.
Independente disso, ainda teremos bastante trabalho até entender por que podemos acordar e tomar café sem nos preocuparmos com a força antigravitacional do vácuo.
REFERÊNCIA
[1] O nome “tensão de Hubble” vem do fato que o astrônomo Edwin Hubble foi um dos pioneiros em indicar que o universo está em expansão. A grande revolução da constante cosmológica é um fato adicional, de que o universo está em expansão acelerada! As estrelas distantes vão continuar se afastando de nós cada vez mais rápido.
*Guilherme Pimentel é pesquisador no instituto de física da Universidade de Amsterdã na Holanda. Tem graduação em engenharia eletrônica e mestrado em física pelo ITA. Fez doutorado em física na Universidade de Princeton e trabalhou como pesquisador na Universidade de Cambridge. Sua pesquisa é focada em cosmologia e física de partículas; em particular, em propor novas teorias para explicar a expansão acelerada do universo.
Fonte: https://www.uol.com.br/tilt/colunas/para-onde-o-mundo-vai/2021/03/08/a-expansao-acelerada-do-universo----o-enigma-que-continua-a-surpreender.htm