Pergunte a Ethan nº 61: até onde chega a gravidade?
Apesar da reputação do poder com uma gama infinita de ações, a situação real no Universo impõe restrições a ele.
Nos meus sonhos e visões, vejo uma linha, do outro lado da qual existem campos verdes, lindas flores, lindas damas brancas estendendo as mãos para mim através dessa linha, mas não consigo alcançá-las. Eu sempre caio antes de chegar à linha.
- Harriet Tabmen
E, novamente, no final da semana, o que significa que escolho perguntas entre as que você enviou. Um dos meus leitores, que acompanha minhas publicações desde 2008, quando eu comecei este blog, Frank Barge, pergunta:Se o Universo não é infinito, o que dizer da gama de forças gravitacionais e eletromagnéticas?Uma pergunta muito difícil, se você pensar sobre isso. Vamos primeiro examinar o que sabemos sobre gravidade e eletromagnetismo.
Consideramos não a magnitude das forças, ou a natureza da atração / repulsão, mas o fato de que a longas distâncias essas forças mudam de acordo com a lei do quadrado inverso, ou seja, quando a distância entre dois objetos é dobrada, a força de sua interação diminui em 4 vezes. Essa é uma relação especial, que não apenas a gravidade e o eletromagnetismo obedecem, mas também outras propriedades físicas importantes - como luz, som e radiação.Por que é tão especial? Considere como qualquer uma das propriedades físicas - por exemplo, luz das estrelas - se propaga à medida que você se afasta da fonte.
Eles se propagam radialmente para fora, formando uma esfera; portanto, o impulso - da mesma luz, por exemplo - se propaga em uma casca esférica em constante expansão. O que há de tão especial nisso? O fato é que a superfície da esfera é considerada pela fórmula A = 4πr 2 , onde o "r 2 " é uma parte importante .Afinal, se a área se expandir como r 2 , e a força cair como r -2, o fenômeno físico terá um escopo infinito. Podemos desenhar uma esfera de qualquer tamanho com o centro no objeto - uma fonte de gravidade (massa), uma fonte de eletricidade (carga), uma fonte de luz (estrela) etc. - e a quantidade total de uma determinada substância que participa da interação na superfície da esfera, seja uma força ou uma corrente, será a mesma se resumirmos todas as partes da esfera. Isso permanece verdadeiro não apenas para toda a esfera, mas também para qualquer ângulo sólido dela!
Isto é o que se entende por alcance infinito da força.Mas o Universo - pelo menos a parte visível acessível a nós - não é infinito. Pelo contrário, apesar de vermos luz de bilhões de galáxias, esse número não é tão grande. A vista é linda e incrível (sério, reserve um tempo para olhar). Mas, apesar de todo o seu esplendor, não se deve confundir vastidão com infinito.
Claro, tudo isso parece muito grande. Mas se você pensar sobre isso, há bilhões de vezes mais grãos de areia nas praias da Terra do que galáxias no Universo observável - e então não parece mais tão grande. Devido ao fato de o Universo não ser eterno, mas existir apenas 13,8 bilhões de anos a partir do momento do Big Bang, não podemos ver mais do que vemos - a luz (e a gravidade) simplesmente não nos alcançaram.
Mais precisamente, não consegui cobrir uma distância maior, propagando-me esfericamente a partir da fonte. O mesmo acontece para nós - a gravidade de cada partícula de um corpo, de um planeta, de uma galáxia, se propaga esfericamente com uma velocidade de gravidade (igual à velocidade da luz) com uma força caindo proporcionalmente ~ 1 / r 2 (mas propagando com uma área crescente ~ r 2 ) com desde o início do "nosso universo".
Não confunda a parte observável do Universo - aquela que é alcançável pela luz, gravidade, outros fenômenos com velocidade finita - de todo o Universo, enorme (possivelmente infinito), incluindo a parte que não está incluída no observável.
O ponto vermelho à esquerda é a parte observada do universo imediatamente após a inflação. À direita está o Universo inteiro no mesmo momento (campo vermelho).Temos todos os motivos para acreditar que o Universo inteiro é muito maior que as partes observadas, mas nossos sinais não o alcançarão, porque nós os emitimos por um período finito de tempo, e sua velocidade de propagação também é finita.Mas isso não é um bug do Universo, mas um recurso!
Imagine se os sinais se propagassem infinitamente rapidamente, ou pudéssemos sentir a gravidade, ver a luz ou de alguma forma perceber coisas muito maiores do que podemos ver agora.Iríamos, e de fato muitas partes do Universo, catastroficamente empurrados em direções diferentes, atraídos por forças incompreensíveis. Todo o céu noturno estaria cheio de fontes de luz que não deveriam alcançar nossos olhos.
Nós mesmos emitiríamos muito mais poder do que o permitido na física. As leis da física quebrariam, GR não descreveria nosso mundo, uma catástrofe ocorreria devido a um excesso de densidade de energia no Universo e - graças à energia gravitacionalmente ligada - o Universo entraria em colapso rapidamente.
Citando Egan de Os Caça-Fantasmas: "Isso seria ruim."Em vez disso, a gravidade, o eletromagnetismo e todas as outras forças de "ação ilimitada" podem agir a distâncias que cobrem, viajando à velocidade da luz no Universo 13,8 bilhões de anos, expandindo-se de acordo com nossa história única de 46 bilhões de anos-luz . E isso - porque a velocidade da gravidade e da luz são idênticas - é exatamente igual ao tamanho do Universo observado em todas as direções.É assim que as forças gravitacionais e eletromagnéticas se estendem. Obrigado pela pergunta difícil, mas interessante, e se você quiser uma resposta, envie-a .Source: https://habr.com/ru/post/pt395419/
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