A sintonia fina das quatro forças fundamentais
https://elohim.catsboard.com/t198-a-sintonia-fina-das-quatro-forcas-fundamentais
Força Forte: curto alcance, força 1
Eletromagnetismo: longo alcance, força 1/100
Força Fraca: muito curto, força de 1 / 100.000
Gravidade: longo alcance, força de 1/ 10^38
( 1/1000000000000000000000000000000000000000 )
O ajuste fino da força gravitacional
A força gravitacional é a força dominante em escala de tamanho astronômico.
Precisa de um equilíbrio de gravidade e expansão cósmica extremo para o universo ficar estável.
Se a gravidade fosse mais fraca por 1 em 10^60, o Universo se expandiria muito rapidamente, não haveria galáxias ou estrelas.
Se a gravidade fosse mais forte por 1 em 10^60, o universo entraria em colapso sem formar galáxias ou estrelas.
A gravidade é aperfeiçoada para 1 parte em 10^60
A força nuclear fraca detém nêutrons juntos.
Se fosse poucos % mais fraca, só haveria alguns nêutrons, pouco Hélio, poucos elementos pesados; mesmo estes ficariam presos dentro das estrelas.
Se fosse poucos % mais forte, haveria nêutrons demais, muito Hélio, também elementos pesados demais ; mas estes, também, ficariam presos dentro das estrelas.
A força fraca é sintonizada numa pequena percentagem.
( Michael Denton em: Nature's Destiny: How the Laws of Biology Reveal Purpose in the Universe )
É incrível a considerar que as forças fundamentais trabalham em conjunto para permitir que os átomos possam se formar. Existe um delicado equilíbrio entre a força nuclear forte, que se liga quarks, e seu efeito residual que permite que os prótons e nêutrons ficam juntos, competindo contra a força eletromagnética, que de outra forma empurraria o núcleo à parte. Da mesma forma, existem forças que impedem o colapso dos átomos, mantendo os elétrons fora do núcleo. O saldo misterioso não pára no átomo, mas vemos que todo o nosso universo é governado por leis que são finamente ajustadas para permitir a complexidade e a vida. A fim de que vida seja possível, uma quantidade suficiente de elementos essenciais deve estar disponível - o que significa que os átomos de vários tamanhos devem poder se formar. Para que isso ocorra, outros delicados equilíbrios devem existir entre as constantes da física - as forças nuclear forte e fraca, a gravidade e as energias do estado fundamental nuclear. 52
Imediatamente após o Big bang, as forças que sustentam e organizam o universo em que vivemos tiveram que ser finamente ajustadas, senão o nosso universo não existiria. Estas são as "quatro forças fundamentais" que são reconhecidas pela física moderna. 29 Toda a estrutura e movimento no universo é regido por estas quatro forças, conhecidas como a força gravitacional, a força eletromagnética, a força nuclear forte e a força nuclear fraca. As forças nucleares forte e fraca operam somente em escala atômica. As duas restantes, a força gravitacional e a força eletromagnética-governam conjuntos de átomos, em outras palavras "matéria". Estas quatro forças fundamentais estavam trabalhando no rescaldo do Big bang que resultou na criação de átomos e matéria.
Prótons foram identificados e caracterizados por volta de 1920 (embora eles foram descobertos mais cedo; o núcleo de um átomo de hidrogênio é simplesmente um único próton) e nêutrons foram descobertos em torno de 1933. O fato de que os prótons e os nêutrons
são muito semelhantes foi entendido quase que imediatamente. Mas o fato de que os prótons e nêutrons têm um tamanho mensurável, comparável em tamanho a um núcleo (cerca de 100.000 vezes menor do que um átomo de um diâmetro típico), não foi descoberto até 1954. Que eles são feitos de quarks, anti-quarks e glúons foi gradualmente compreendido em um período desde meados dos anos 1960 a meados dos anos 1970. No final de 1970 e início de 1980, o nosso entendimento de prótons e nêutrons e de que eles são feitos tinha estabilizado, e se manteve essencialmente inalterado desde então.
O ajuste fino da força gravitacional
A força gravitacional é a força dominante em escala de tamanho astronômico.
Precisa de um equilíbrio de gravidade e expansão cósmica extremo para o universo ficar estável.
Se a gravidade fosse mais fraca por 1 em 10^60, o Universo se expandiria muito rapidamente, não haveria galáxias ou estrelas.
Se a gravidade fosse mais forte por 1 em 10^60, o universo entraria em colapso sem formar galáxias ou estrelas.
A gravidade é aperfeiçoada para 1 parte em 10^60
Se a força da gravidade fosse mais fraca, as estrelas não se compactariam o suficiente de modo que a fusão nuclear pudesse ocorrer. A fusão é necessária para produzir os elementos mais pesados dos quais a vida depende (como carbono, nitrogênio e oxigênio) --- e sem fusão, haveria apenas hidrogênio e hélio em todo o universo. Por outro lado, se a gravidade fosse mais forte, estrelas iriam queimar tão quente que iriam queimar em cerca de um ano (ref. G. Easterbrook, citada, p.26)
Tão divergentes que essas forças são em força, alterações muito ligeiras em qualquer sentido seriam desastrosas.
O físico de Stanford Leonard Susskind observa em seu livro Cosmic Landscape, p. 9 :
"as propriedades da gravidade, especialmente sua força, poderiam facilmente ter sido diferentes. Na verdade, é um milagre inexplicável que a gravidade é tão fraca como é. "
Esta relação subjacente provável leva a uma expectativa natural que a gravidade poderia ser tão forte como a maior força. A força da gravidade é cerca de 40 ordens de magnitude mais fraca do que a força nuclear forte. Com base nessa expectativa de que a gravidade poderia ter a força da força nuclear forte, o nível de ajuste fino necessário para a vida é muito notável.
A intensidade da força da gravidade é um exemplo específico de ajuste fino cósmico. A gravidade é a mais fraca das forças, e a força nuclear forte é a mais forte, sendo um fator de 10^40 - ou dez mil bilhões, bilhões, bilhões, bilhões - vezes mais forte que a gravidade (Barrow e Tipler, 1986, pp 293 -. 295 ). Se a gravidade fosse muito mais forte do que é, criaturas complexas, como seres humanos, não poderiam existir. O ponto importante é a forma como a força da gravidade se compara com a intensidade da força eletrostática. Esta é a força que opera entre as coisas que têm cargas elétricas. Ela mantém os elétrons em suas órbitas nos átomos, e é responsável pelas ligações químicas entre átomos. A força eletrostática é um bilhão de bilhões de bilhões de bilhões de vezes mais forte do que a força da gravidade (1^36 vezes mais forte). Se você fosse um químico e você estivesse interessado em como os átomos reagem uns com os outros, você não precisaria se preocupar com a gravidade. Ela é fraca demais para fazer qualquer diferença.
Então, por que a gravidade parece tão forte para nós, aqui na superfície da Terra? As cargas elétricas podem ser positivas ou negativas. Cargas que têm o mesmo sinal se repelem, enquanto cargas de sinal oposto se atraem. As coisas que nos rodeiam contém números quase exatamente iguais de cargas positivas e negativas, por isso, quando você olha as coisas em grande escala, as forças eletrostáticas se anulam mutuamente. Mas a gravidade é sempre atraente. E há uma grande quantidade de átomos que compõem a Terra. A atração gravitacional de um único átomo é pequena demais para se notar, mas juntos, ela sobe. É por isso que a gravidade parece forte para nós, mesmo que seja muito mais fraca do que a força eletrostática. A força da gravidade parece estar bem afinada para tornar a vida como a nossa possível. O que aconteceria se fosse diferente? 31 Vamos supor que o universo tivesse a força da gravidade repulsiva ao invés de atrativa. Coisas voariam para longe, ao invés de cair em direção oposta, sendo atraídas. Nesse universo, você não iria ter galáxias ou estrelas ou planetas. Na verdade, é muito difícil imaginar qualquer tipo de estrutura complicada (como uma planta ou um animal) em um universo sem algum tipo de força atraindo coisas em grande escala. Poderíamos também imaginar um universo em que a gravidade era zero - não havia força da gravidade nem atraente nem repulsiva. Isso também parece excluir estruturas complicadas.
A força da gravidade não afeta a forma de como átomos e moléculas individuais se comportam - isto é controlado por forças eletrostáticas entre elas. Isto significa que a resistência dos materiais seria a mesma, se vigas de aço, concreto, ossos ou troncos de árvores. Mas em um mundo com forte gravidade, o peso que teriam que suportar seria muito maior. Como plantas ou animais ficam maiores, haveria um ponto critico, onde eles já não seriam capazes de suportar seu próprio peso. E, como a força da gravidade ficaria mais forte, este ponto chegaria mais cedo com animais menores: Como astrofísico Martin Rees observa, "Em um mundo imaginário de gravidade forte, até mesmo insetos precisariam pernas grossas para apoiá-los, e nenhum animal poderia ficar muito maior" (2000, 30 p.)
No livro de Martin Rees, apenas seis números, a receita para nosso universo, ele escreve : Podemos nos maravilhar, quase indefinidamente, do equilíbrio entre as forças nucleares e o poder incrivelmente frágil, mas em última análise, inexorável da gravidade, dando-nos N = valor de uma medição da intensidade das forças eléctricas que mantêm os átomos unidos, dividida pela força da gravidade entre eles. N é um número grande: 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000, 000, 000, 000. Se você está contando, isso é 1 seguido de 36 zeros. Se N tinha alguns zeros a menos, apenas um universo em miniatura de curta duração existiria. Nenhuma criatura poderia crescer mais do que um inseto, e não haveria tempo para a evolução biológica.
Quanto afinado é a gravidade ?
A força de gravidade tem de estar finamente ajustada dentro
0,00000000000000000000000000000000000001%
para que a vida possa existir no universo
Se a gravidade fosse mais forte em 1 em 10^40, o universo seria dominado por buracos negros sem estrelas.
A força da gravidade poderia ter qualquer uma dos 14 bilhões de bilhões de bilhões de configurações, mas só há uma configuração que é adequada para existir um universo com vida inteligente.
Para ilustrar: Imagine que você tivesse uma fita métrica com seções de 1cm se estendendo por todo o universo conhecido, que seria de 92 bilhões de anos-luz ( 1 ano luz tem aproximadamente de 10 trilhões de quilômetros /1016 metros ), e apenas um ou dois centímetros no meio é a força ideal para a gravidade. Se você mudasse a configuração-força para a direita ou esquerda apenas alguns centímetros, então a vida inteligente não poderia existir.
Considere também a seguinte analogia para ajudar a entender a improbabilidade de uma parte em 10^40. Suponha que um poderia fazer um monte de areia que abrange toda a Europa e Ásia, e a altura até 5 vezes a distância da terra para a lua ( 380.000,00 km x 5 = 1.900.000,00 km ) . Suponha que um grão de areia seria pintado de vermelho e colocado aleatoriamente em algum lugar dentro dessa pilha. Uma pessoa com os olhos vedados, então, selecionaria aleatoriamente um grão de areia nesta pilha. As chances de que ela iria escolher o grão de areia vermelho é um pouco melhor do que os 1 em 10^40 chances da força gravitacional permitir a vida tendo a força “ correta “. 32
A força eletromagnética
A palavra eletricidade vem da palavra grega para âmbar, Elektron, e, de fato, o magnetismo e eletricidade são simplesmente manifestações da mesma força.
Contexto histórico
Os antigos romanos observaram que um pente escovado iria atrair partículas, um fenômeno conhecido agora como a eletricidade estática e estudaram dentro do âmbito da eletrostática em física. No entanto, o entendimento romano de eletricidade não se estendia mais do que isso, e como foram feitos progressos na ciência da física, após um período de mais de mil anos, durante os quais a aprendizagem científica na Europa progrediu muito lentamente, se desenvolveu em áreas que tiveram nada a ver com a força estranha observada pelos romanos.
Os pais da física como uma ciência séria, Galileu Galilei (1564-1642) e Sir Isaac Newton (1642-1727), estavam preocupados com a gravitação, que Newton identificou como uma força fundamental no universo. Por quase dois séculos, os físicos continuaram a acreditar que havia apenas um tipo de força. No entanto, como os cientistas tornaram-se cada vez mais conscientes de moléculas e átomos, anomalias começaram a surgir em particular, o fato de que a gravitação por si só não pode explicar as forças fortes segurando átomos e moléculas em conjunto para formar matéria.
http://reasonandscience.catsboard.com/t1339-fine-tuning-of-forces-fundamental-for-the-universe
Faber, professor da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, estava se referindo à ideia de que há algo incrivelmente perfeito em nosso universo. As leis da física e os valores das constantes físicas parecem, como disse Goldilocks, “apenas certas”. Se mesmo uma de uma série de propriedades físicas do universo fosse diferente, estrelas, planetas e galáxias nunca teriam se formado. A vida teria sido quase impossível.
Tome, por exemplo, o nêutron. É 1,00137841870 vezes mais pesado que o próton, que é o que permite decair em prótons, elétrons e neutrinos - um processo que determinou as abundâncias relativas de hidrogênio e hélio após o big bang e nos deu um universo dominado pelo hidrogênio. Se a proporção de massa de neutrões para protões fosse mesmo ligeiramente diferente, estaríamos a viver num universo muito diferente: um, talvez, com demasiado hélio, em que as estrelas teriam queimado demasiado depressa para a vida evoluir, ou um em que os prótons decaíram em nêutrons, e não o contrário, deixando o universo sem átomos. Então, na verdade, nós não estaríamos vivendo aqui - nós não existiríamos.
Exemplos desse “ajuste fino” são abundantes. Ajustar a carga de um elétron, por exemplo, ou alterar a força da força gravitacional ou a força nuclear forte apenas um pouquinho, e o universo pareceria muito diferente e provavelmente sem vida. O desafio para os físicos é explicar por que esses parâmetros físicos são o que são.
Esse desafio tornou-se ainda mais difícil no final dos anos 90, quando os astrônomos descobriram a energia escura, a energia pouco compreendida que se acredita estar impulsionando a expansão acelerada de nosso universo. Todas as tentativas de usar as leis conhecidas da física para calcular o valor esperado dessa energia levam a respostas que são 10120 vezes mais altas, fazendo com que algumas a classifiquem como a pior previsão em física.
“O grande mistério não é porque há energia escura. O grande mistério é por que há tão pouco disso ”, disse Leonard Susskind, da Universidade de Stanford, em uma reunião de 2007 da Associação Americana para o Avanço da Ciência. “O fato de que estamos apenas no fio da existência, [que] se a energia escura fosse muito maior, não estaríamos aqui, esse é o mistério.” Mesmo um valor ligeiramente maior de energia escura teria causado o espaço-tempo expandir tão rápido que as galáxias não teriam se formado.
Naquela noite, no Havaí, Faber declarou que havia apenas duas explicações possíveis para o ajuste fino. "Um é que existe um Deus e que Deus fez desse jeito", disse ela. Mas para Faber, ateu, a intervenção divina não é a resposta.
"A única outra abordagem que faz algum sentido é argumentar que realmente existe um conjunto infinito, ou muito grande, de universos por aí e nós estamos em um", disse ela.
Este conjunto seria o multiverso. Em um multiverso, as leis da física e os valores dos parâmetros físicos, como a energia escura, seriam diferentes em cada universo, sendo cada um o resultado de alguma atração aleatória na máquina caça-níqueis cósmica. Acabamos de ter sorte em um universo que é propício à vida. Afinal, se o nosso canto do multiverso fosse hostil à vida, Faber e eu não estaríamos por perto para refletir sobre essas questões sob as estrelas.
Este "princípio antrópico" enfurece muitos físicos, pois implica que não podemos realmente explicar nosso universo a partir dos primeiros princípios. "É um argumento que às vezes eu acho desagradável, de uma perspectiva pessoal", diz Lawrence Krauss, da Arizona State University, em Tempe, Arizona, autor de A Universe From Nothing. "Eu gostaria de entender por que o universo é assim, sem recorrer a essa aleatoriedade."
E ele não é o único que se sente assim. Steven Weinberg, laureado com o Nobel da Universidade do Texas, em Austin, me disse uma vez: "Eu preferiria, e a maioria dos físicos, não ter que confiar em nada parecido com o princípio antrópico, mas na verdade ser capaz de calcular as coisas".
http://www.pbs.org/wgbh/nova/physics/blog/2012/03/is-the-universe-fine-tuned-for-life/
https://elohim.catsboard.com/t198-a-sintonia-fina-das-quatro-forcas-fundamentais
Força Forte: curto alcance, força 1
Eletromagnetismo: longo alcance, força 1/100
Força Fraca: muito curto, força de 1 / 100.000
Gravidade: longo alcance, força de 1/ 10^38
( 1/1000000000000000000000000000000000000000 )
O ajuste fino da força gravitacional
A força gravitacional é a força dominante em escala de tamanho astronômico.
Precisa de um equilíbrio de gravidade e expansão cósmica extremo para o universo ficar estável.
Se a gravidade fosse mais fraca por 1 em 10^60, o Universo se expandiria muito rapidamente, não haveria galáxias ou estrelas.
Se a gravidade fosse mais forte por 1 em 10^60, o universo entraria em colapso sem formar galáxias ou estrelas.
A gravidade é aperfeiçoada para 1 parte em 10^60
O ajuste fino da força eletromagnética
A força eletromagnética é tanto repulsiva quanto atraente, devido à existência de cargas positivas e negativas.
Cargas positivas e negativas devem ser quase exatamente iguais em número, ajustadas em uma parte em 10^40.
Apesar que prótons (+) e elétrons (-) são drasticamente diferentes em massa, eles pararam de mudar em momentos bastante diferentes no início do universo.
Se não fosse por essa igualdade, forças eletromagnéticas iriam dominar a gravidade, por isso não haveria galáxias, nem estrelas, e sequer planetas.
Forças eletromagnéticas são finamente ajustadas em uma parte em 10^40.
O ajuste fino da força nuclear forte
A força nuclear forte mantém núcleo juntos.
Se fosse 50% mais fraca não háveria elementos estáveis, mas somente Hélio no universo
Se fosse 5% mais fraca, não haveria deutério, e estrelas não iriam queimar
Se fosse 5% mais forte, diprotons seriam estáveis, estrelas iriam explodir
A força forte é sintonizada em ± 5%, com base nestas considerações sozinhas.
O ajuste fino da força nuclear fracaA força nuclear forte mantém núcleo juntos.
Se fosse 50% mais fraca não háveria elementos estáveis, mas somente Hélio no universo
Se fosse 5% mais fraca, não haveria deutério, e estrelas não iriam queimar
Se fosse 5% mais forte, diprotons seriam estáveis, estrelas iriam explodir
A força forte é sintonizada em ± 5%, com base nestas considerações sozinhas.
A força nuclear fraca detém nêutrons juntos.
Se fosse poucos % mais fraca, só haveria alguns nêutrons, pouco Hélio, poucos elementos pesados; mesmo estes ficariam presos dentro das estrelas.
Se fosse poucos % mais forte, haveria nêutrons demais, muito Hélio, também elementos pesados demais ; mas estes, também, ficariam presos dentro das estrelas.
A força fraca é sintonizada numa pequena percentagem.
Combinando estes casos dão o ajuste fino melhor do que uma parte em 10^100
Quão grande é 10^100?
Não são estimados em cerca de 1^80 partículas elementares em nosso universo.
Então, precisamos chegar a 1^20 universos com 10^100 partículas.
Imagine as chances de escolher aleatoriamente uma síntese de partículas marcante de todos os universos!
O fato de que a força gravitacional é fantasticamente mais fraca do que a força nuclear forte por inimagináveis trinta e oito ordens de grandeza é fundamental para todo o esquema cósmico e particularmente para a existência de sistemas de estrelas estáveis e planetárias. Se, por exemplo, a força gravitacional era um trilhão de vezes mais forte, então o universo seria muito menor e sua história de vida muito mais curta. Uma estrela de média teria uma massa de um trilhão de vezes menor do que o sol e uma vida de cerca de um ano, muito pouco tempo para a vida complexa se desenvolver e florescer. Por outro lado, se a gravidade fosse menos poderosa, estrelas ou galáxias jamais teriam se formado. Como Hawking aponta, o crescimento do universo está tão próximo a fronteira do colapso e expansão externa que o homem não tem sido capaz de medi-la, tem sido de apenas a taxa adequada para permitir que as galáxias e estrelas se formar.( Michael Denton em: Nature's Destiny: How the Laws of Biology Reveal Purpose in the Universe )
É incrível a considerar que as forças fundamentais trabalham em conjunto para permitir que os átomos possam se formar. Existe um delicado equilíbrio entre a força nuclear forte, que se liga quarks, e seu efeito residual que permite que os prótons e nêutrons ficam juntos, competindo contra a força eletromagnética, que de outra forma empurraria o núcleo à parte. Da mesma forma, existem forças que impedem o colapso dos átomos, mantendo os elétrons fora do núcleo. O saldo misterioso não pára no átomo, mas vemos que todo o nosso universo é governado por leis que são finamente ajustadas para permitir a complexidade e a vida. A fim de que vida seja possível, uma quantidade suficiente de elementos essenciais deve estar disponível - o que significa que os átomos de vários tamanhos devem poder se formar. Para que isso ocorra, outros delicados equilíbrios devem existir entre as constantes da física - as forças nuclear forte e fraca, a gravidade e as energias do estado fundamental nuclear. 52
Imediatamente após o Big bang, as forças que sustentam e organizam o universo em que vivemos tiveram que ser finamente ajustadas, senão o nosso universo não existiria. Estas são as "quatro forças fundamentais" que são reconhecidas pela física moderna. 29 Toda a estrutura e movimento no universo é regido por estas quatro forças, conhecidas como a força gravitacional, a força eletromagnética, a força nuclear forte e a força nuclear fraca. As forças nucleares forte e fraca operam somente em escala atômica. As duas restantes, a força gravitacional e a força eletromagnética-governam conjuntos de átomos, em outras palavras "matéria". Estas quatro forças fundamentais estavam trabalhando no rescaldo do Big bang que resultou na criação de átomos e matéria.
Prótons foram identificados e caracterizados por volta de 1920 (embora eles foram descobertos mais cedo; o núcleo de um átomo de hidrogênio é simplesmente um único próton) e nêutrons foram descobertos em torno de 1933. O fato de que os prótons e os nêutrons
são muito semelhantes foi entendido quase que imediatamente. Mas o fato de que os prótons e nêutrons têm um tamanho mensurável, comparável em tamanho a um núcleo (cerca de 100.000 vezes menor do que um átomo de um diâmetro típico), não foi descoberto até 1954. Que eles são feitos de quarks, anti-quarks e glúons foi gradualmente compreendido em um período desde meados dos anos 1960 a meados dos anos 1970. No final de 1970 e início de 1980, o nosso entendimento de prótons e nêutrons e de que eles são feitos tinha estabilizado, e se manteve essencialmente inalterado desde então.
O ajuste fino da força gravitacional
A força gravitacional é a força dominante em escala de tamanho astronômico.
Precisa de um equilíbrio de gravidade e expansão cósmica extremo para o universo ficar estável.
Se a gravidade fosse mais fraca por 1 em 10^60, o Universo se expandiria muito rapidamente, não haveria galáxias ou estrelas.
Se a gravidade fosse mais forte por 1 em 10^60, o universo entraria em colapso sem formar galáxias ou estrelas.
A gravidade é aperfeiçoada para 1 parte em 10^60
Se a força da gravidade fosse mais fraca, as estrelas não se compactariam o suficiente de modo que a fusão nuclear pudesse ocorrer. A fusão é necessária para produzir os elementos mais pesados dos quais a vida depende (como carbono, nitrogênio e oxigênio) --- e sem fusão, haveria apenas hidrogênio e hélio em todo o universo. Por outro lado, se a gravidade fosse mais forte, estrelas iriam queimar tão quente que iriam queimar em cerca de um ano (ref. G. Easterbrook, citada, p.26)
Tão divergentes que essas forças são em força, alterações muito ligeiras em qualquer sentido seriam desastrosas.
O físico de Stanford Leonard Susskind observa em seu livro Cosmic Landscape, p. 9 :
"as propriedades da gravidade, especialmente sua força, poderiam facilmente ter sido diferentes. Na verdade, é um milagre inexplicável que a gravidade é tão fraca como é. "
Esta relação subjacente provável leva a uma expectativa natural que a gravidade poderia ser tão forte como a maior força. A força da gravidade é cerca de 40 ordens de magnitude mais fraca do que a força nuclear forte. Com base nessa expectativa de que a gravidade poderia ter a força da força nuclear forte, o nível de ajuste fino necessário para a vida é muito notável.
A intensidade da força da gravidade é um exemplo específico de ajuste fino cósmico. A gravidade é a mais fraca das forças, e a força nuclear forte é a mais forte, sendo um fator de 10^40 - ou dez mil bilhões, bilhões, bilhões, bilhões - vezes mais forte que a gravidade (Barrow e Tipler, 1986, pp 293 -. 295 ). Se a gravidade fosse muito mais forte do que é, criaturas complexas, como seres humanos, não poderiam existir. O ponto importante é a forma como a força da gravidade se compara com a intensidade da força eletrostática. Esta é a força que opera entre as coisas que têm cargas elétricas. Ela mantém os elétrons em suas órbitas nos átomos, e é responsável pelas ligações químicas entre átomos. A força eletrostática é um bilhão de bilhões de bilhões de bilhões de vezes mais forte do que a força da gravidade (1^36 vezes mais forte). Se você fosse um químico e você estivesse interessado em como os átomos reagem uns com os outros, você não precisaria se preocupar com a gravidade. Ela é fraca demais para fazer qualquer diferença.
Então, por que a gravidade parece tão forte para nós, aqui na superfície da Terra? As cargas elétricas podem ser positivas ou negativas. Cargas que têm o mesmo sinal se repelem, enquanto cargas de sinal oposto se atraem. As coisas que nos rodeiam contém números quase exatamente iguais de cargas positivas e negativas, por isso, quando você olha as coisas em grande escala, as forças eletrostáticas se anulam mutuamente. Mas a gravidade é sempre atraente. E há uma grande quantidade de átomos que compõem a Terra. A atração gravitacional de um único átomo é pequena demais para se notar, mas juntos, ela sobe. É por isso que a gravidade parece forte para nós, mesmo que seja muito mais fraca do que a força eletrostática. A força da gravidade parece estar bem afinada para tornar a vida como a nossa possível. O que aconteceria se fosse diferente? 31 Vamos supor que o universo tivesse a força da gravidade repulsiva ao invés de atrativa. Coisas voariam para longe, ao invés de cair em direção oposta, sendo atraídas. Nesse universo, você não iria ter galáxias ou estrelas ou planetas. Na verdade, é muito difícil imaginar qualquer tipo de estrutura complicada (como uma planta ou um animal) em um universo sem algum tipo de força atraindo coisas em grande escala. Poderíamos também imaginar um universo em que a gravidade era zero - não havia força da gravidade nem atraente nem repulsiva. Isso também parece excluir estruturas complicadas.
A força da gravidade não afeta a forma de como átomos e moléculas individuais se comportam - isto é controlado por forças eletrostáticas entre elas. Isto significa que a resistência dos materiais seria a mesma, se vigas de aço, concreto, ossos ou troncos de árvores. Mas em um mundo com forte gravidade, o peso que teriam que suportar seria muito maior. Como plantas ou animais ficam maiores, haveria um ponto critico, onde eles já não seriam capazes de suportar seu próprio peso. E, como a força da gravidade ficaria mais forte, este ponto chegaria mais cedo com animais menores: Como astrofísico Martin Rees observa, "Em um mundo imaginário de gravidade forte, até mesmo insetos precisariam pernas grossas para apoiá-los, e nenhum animal poderia ficar muito maior" (2000, 30 p.)
No livro de Martin Rees, apenas seis números, a receita para nosso universo, ele escreve : Podemos nos maravilhar, quase indefinidamente, do equilíbrio entre as forças nucleares e o poder incrivelmente frágil, mas em última análise, inexorável da gravidade, dando-nos N = valor de uma medição da intensidade das forças eléctricas que mantêm os átomos unidos, dividida pela força da gravidade entre eles. N é um número grande: 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000, 000, 000, 000. Se você está contando, isso é 1 seguido de 36 zeros. Se N tinha alguns zeros a menos, apenas um universo em miniatura de curta duração existiria. Nenhuma criatura poderia crescer mais do que um inseto, e não haveria tempo para a evolução biológica.
Quanto afinado é a gravidade ?
A força de gravidade tem de estar finamente ajustada dentro
0,00000000000000000000000000000000000001%
para que a vida possa existir no universo
Se a gravidade fosse mais forte em 1 em 10^40, o universo seria dominado por buracos negros sem estrelas.
A força da gravidade poderia ter qualquer uma dos 14 bilhões de bilhões de bilhões de configurações, mas só há uma configuração que é adequada para existir um universo com vida inteligente.
Para ilustrar: Imagine que você tivesse uma fita métrica com seções de 1cm se estendendo por todo o universo conhecido, que seria de 92 bilhões de anos-luz ( 1 ano luz tem aproximadamente de 10 trilhões de quilômetros /1016 metros ), e apenas um ou dois centímetros no meio é a força ideal para a gravidade. Se você mudasse a configuração-força para a direita ou esquerda apenas alguns centímetros, então a vida inteligente não poderia existir.
Considere também a seguinte analogia para ajudar a entender a improbabilidade de uma parte em 10^40. Suponha que um poderia fazer um monte de areia que abrange toda a Europa e Ásia, e a altura até 5 vezes a distância da terra para a lua ( 380.000,00 km x 5 = 1.900.000,00 km ) . Suponha que um grão de areia seria pintado de vermelho e colocado aleatoriamente em algum lugar dentro dessa pilha. Uma pessoa com os olhos vedados, então, selecionaria aleatoriamente um grão de areia nesta pilha. As chances de que ela iria escolher o grão de areia vermelho é um pouco melhor do que os 1 em 10^40 chances da força gravitacional permitir a vida tendo a força “ correta “. 32
A força eletromagnética
A palavra eletricidade vem da palavra grega para âmbar, Elektron, e, de fato, o magnetismo e eletricidade são simplesmente manifestações da mesma força.
Contexto histórico
Os antigos romanos observaram que um pente escovado iria atrair partículas, um fenômeno conhecido agora como a eletricidade estática e estudaram dentro do âmbito da eletrostática em física. No entanto, o entendimento romano de eletricidade não se estendia mais do que isso, e como foram feitos progressos na ciência da física, após um período de mais de mil anos, durante os quais a aprendizagem científica na Europa progrediu muito lentamente, se desenvolveu em áreas que tiveram nada a ver com a força estranha observada pelos romanos.
Os pais da física como uma ciência séria, Galileu Galilei (1564-1642) e Sir Isaac Newton (1642-1727), estavam preocupados com a gravitação, que Newton identificou como uma força fundamental no universo. Por quase dois séculos, os físicos continuaram a acreditar que havia apenas um tipo de força. No entanto, como os cientistas tornaram-se cada vez mais conscientes de moléculas e átomos, anomalias começaram a surgir em particular, o fato de que a gravitação por si só não pode explicar as forças fortes segurando átomos e moléculas em conjunto para formar matéria.
O ajuste fino da força eletromagnética
A força eletromagnética é tanto repulsiva quanto atraente, devido à existência de cargas positivas e negativas.
Cargas positivas e negativas devem ser quase exatamente iguais em número, ajustadas em uma parte em 10^40.
Apesar que prótons (+) e elétrons (-) são drasticamente diferentes em massa, eles pararam de mudar em momentos bastante diferentes no início do universo.
Se não fosse por essa igualdade, forças eletromagnéticas iriam dominar a gravidade, por isso não haveria galáxias, nem estrelas, e sequer planetas.
Forças eletromagnéticas são finamente ajustadas em uma parte em 10^40.
Átomos são compostos de prótons e nêutrons em seus núcleos e elétrons que orbitam o núcleo em alta velocidade. O número de prótons de um átomo determina o seu tipo. Por exemplo, um átomo com um único próton é hidrogénio; um átomo com dois é o hélio, e uma com 26 prótons é o ferro. O mesmo é verdade para todos os outros elementos. Os prótons no núcleo atômico tem uma carga elétrica positiva, ao passo que os elétrons têm uma carga negativa. Esta carga elétrica oposta cria uma atração entre prótons e elétrons, mantendo os elétrons em sua órbita ao redor do núcleo. A força que une os prótons e elétrons de carga elétrica oposta é chamada a força eletromagnética. A natureza da órbita dos elétrons ao redor do núcleo determina o tipo de ligações que podem existir entre átomos individuais e que tipo de moléculas que podem se formar. Se o valor da força eletromagnética tivesse sido uma fração menor, menos elétrons poderiam ter sido retidos em órbita em torno de núcleos atômicos. 35
Se a força eletromagnética (exercida pelos elétrons) fosse um pouco mais forte, os elétrons iriam aderir a átomos com tanta força que os átomos não compartilhariam seus elétrons um com o outro --- e o compartilhamento de elétrons entre os átomos é o que torna a ligação química possível, para que os átomos possam combinar em moléculas (por exemplo, água) e torna a vida possível. No entanto, se a força eletromagnética fosse um pouco mais fraca, então os átomos não exerceriam uma atração suficiente para elétrons causar qualquer ligação entre os átomos, e, assim, os compostos nunca poderiam estar grudados uns aos outros. Além disso, este ajustamento da força eletromagnética deve ser ainda mais rigorosa se mais e mais elementos devem ser capazes de se unirem em muitos tipos diferentes de moléculas. 33
A relação entre a força eletromagnética e a força gravitacional
Se a relação entre a força eletromagnética fosse um pouco mais forte em relação à força gravitacional apenas por uma parte em 10^40, então apenas pequenas estrelas se formariam. Por outro lado, se a relação entre as duas forças fosse mais fraca por uma parte em 10^40, apenas estrelas muito grandes se formariam. O problema é, que ambos os tipos de estrelas são necessárias para que a vida seja possível, porque as estrelas maiores são o lugar aonde os elementos essenciais da vida são produzidos pela fusão termonuclear, --- e as estrelas menores (como o nosso Sol) são necessárias porque apenas estas estrelas queimam o tempo suficiente, e de uma forma estável, para suportar a vida perto deles. (ref. H.Ross, citado, p.117).
A PROBABILIDADE: Conforme necessário para a fotossíntese, --- a relação entre a força eletromagnética não se pode variar em relação a força gravitacional por não mais de uma parte em 10^40, (Lembre-se: 10^40 é o número 1 seguido de 40 zeros.
Na mesma linha, o cosmólogo Paul Davies explica: "Se a gravidade fosse muito ligeiramente mais fraca, ou o eletromagnetismo muito ligeiramente mais forte, (ou o elétron ligeiramente menos massivo em relação ao próton), todas as estrelas seriam anãs vermelhas A correspondentemente pequena mudança do lado oposto, e todas as estrelas seriam gigantes azuis " (Ref. P. Davies, já referido, 82, p.73). --- O problema com as anãs vermelhas e gigantes azuis, é que o espectro de cores fora dado por qualquer cor dessas estrelas não poderia sustentar a vida porque a reação fotossintética seria inadequada. (ref. H. Ross, citado, p.139).
No entanto, a força eletromagnética é intrinsecamente muito mais fraca do que a força nuclear forte. Na verdade, é, cerca de cem vezes mais fraca. Isto é muito afortunado. Se a força eletromagnética não fosse intrinsecamente muito mais fraca do que a força nuclear forte, a energia elétrica dentro de um núcleo de hidrogênio teria sido tão grande a ponto de torná-lo instável. A "interação fraca", então, teria feito todo o hidrogênio no mundo decair radioativamente, com uma meia vida muito curta, em outras partículas. O mundo teria sido deixado desprovido de hidrogênio e, portanto, quase de certeza da vida. A água, que é indispensável para a vida, contém hidrogênio, assim como quase todas as moléculas orgânicas. Vemos, então, como a vida depende de um delicado equilíbrio entre as várias forças fundamentais da natureza, e em particular sobre a fraqueza relativa dos efeitos eletromagnéticos.
Afinação das forças fundamentais do universohttp://reasonandscience.catsboard.com/t1339-fine-tuning-of-forces-fundamental-for-the-universe
Faber, professor da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, estava se referindo à ideia de que há algo incrivelmente perfeito em nosso universo. As leis da física e os valores das constantes físicas parecem, como disse Goldilocks, “apenas certas”. Se mesmo uma de uma série de propriedades físicas do universo fosse diferente, estrelas, planetas e galáxias nunca teriam se formado. A vida teria sido quase impossível.
Tome, por exemplo, o nêutron. É 1,00137841870 vezes mais pesado que o próton, que é o que permite decair em prótons, elétrons e neutrinos - um processo que determinou as abundâncias relativas de hidrogênio e hélio após o big bang e nos deu um universo dominado pelo hidrogênio. Se a proporção de massa de neutrões para protões fosse mesmo ligeiramente diferente, estaríamos a viver num universo muito diferente: um, talvez, com demasiado hélio, em que as estrelas teriam queimado demasiado depressa para a vida evoluir, ou um em que os prótons decaíram em nêutrons, e não o contrário, deixando o universo sem átomos. Então, na verdade, nós não estaríamos vivendo aqui - nós não existiríamos.
Exemplos desse “ajuste fino” são abundantes. Ajustar a carga de um elétron, por exemplo, ou alterar a força da força gravitacional ou a força nuclear forte apenas um pouquinho, e o universo pareceria muito diferente e provavelmente sem vida. O desafio para os físicos é explicar por que esses parâmetros físicos são o que são.
Esse desafio tornou-se ainda mais difícil no final dos anos 90, quando os astrônomos descobriram a energia escura, a energia pouco compreendida que se acredita estar impulsionando a expansão acelerada de nosso universo. Todas as tentativas de usar as leis conhecidas da física para calcular o valor esperado dessa energia levam a respostas que são 10120 vezes mais altas, fazendo com que algumas a classifiquem como a pior previsão em física.
“O grande mistério não é porque há energia escura. O grande mistério é por que há tão pouco disso ”, disse Leonard Susskind, da Universidade de Stanford, em uma reunião de 2007 da Associação Americana para o Avanço da Ciência. “O fato de que estamos apenas no fio da existência, [que] se a energia escura fosse muito maior, não estaríamos aqui, esse é o mistério.” Mesmo um valor ligeiramente maior de energia escura teria causado o espaço-tempo expandir tão rápido que as galáxias não teriam se formado.
Naquela noite, no Havaí, Faber declarou que havia apenas duas explicações possíveis para o ajuste fino. "Um é que existe um Deus e que Deus fez desse jeito", disse ela. Mas para Faber, ateu, a intervenção divina não é a resposta.
"A única outra abordagem que faz algum sentido é argumentar que realmente existe um conjunto infinito, ou muito grande, de universos por aí e nós estamos em um", disse ela.
Este conjunto seria o multiverso. Em um multiverso, as leis da física e os valores dos parâmetros físicos, como a energia escura, seriam diferentes em cada universo, sendo cada um o resultado de alguma atração aleatória na máquina caça-níqueis cósmica. Acabamos de ter sorte em um universo que é propício à vida. Afinal, se o nosso canto do multiverso fosse hostil à vida, Faber e eu não estaríamos por perto para refletir sobre essas questões sob as estrelas.
Este "princípio antrópico" enfurece muitos físicos, pois implica que não podemos realmente explicar nosso universo a partir dos primeiros princípios. "É um argumento que às vezes eu acho desagradável, de uma perspectiva pessoal", diz Lawrence Krauss, da Arizona State University, em Tempe, Arizona, autor de A Universe From Nothing. "Eu gostaria de entender por que o universo é assim, sem recorrer a essa aleatoriedade."
E ele não é o único que se sente assim. Steven Weinberg, laureado com o Nobel da Universidade do Texas, em Austin, me disse uma vez: "Eu preferiria, e a maioria dos físicos, não ter que confiar em nada parecido com o princípio antrópico, mas na verdade ser capaz de calcular as coisas".
http://www.pbs.org/wgbh/nova/physics/blog/2012/03/is-the-universe-fine-tuned-for-life/
Última edição por Admin em Seg Dez 03, 2018 6:38 am, editado 6 vez(es)
