Em algum lugar de um universo alternativo, baseado no
MWI , eu me tornei um gênio da física. Mas em nosso universo, acabei de ler publicações profissionais em física, tentando me manter atualizado, enquanto trabalhava
como entregador de pizza como DBA. Devido a um conhecimento um pouco mais profundo do assunto, é quase impossível assistir ao canal Discovery e outros programas de TV populares e vídeos do YouTube. Não vejo nada além de simplificações exageradas, mentiras e meias-verdades e não posso apreciar os shows.
Decidi compilar uma lista dos equívocos mais populares. E o vencedor é ...., é claro, este:
O big bang
Geralmente é retratado da seguinte maneira:
Essa imagem é geralmente seguida por uma frase: "quando o universo era do tamanho de um átomo ..." Aqui está faltando uma palavra muito importante: "quando o universo
visível era do tamanho de um átomo". Universo visível é uma área que pode ser (metade) atravessada pela luz desde o momento t = 0. Em outras palavras, é a esfera, com os limites, expandindo-se à velocidade da luz (na verdade ainda mais rápida). Obviamente, existem infinitas esferas desse tipo com diferentes centros.
Ainda mais, se um universo é espacialmente infinito agora, era espacialmente infinito desde o início (mas há algumas letras pequenas aqui). Infinito e homogêneo. E essa foto (e, claro, vídeos com a explosão) não tem nada a ver com o Big Bang. Não há nenhum ponto em que a explosão aconteceu, jogando o material no vazio ao redor. Quanto mais chegamos ao passado, mais perto do Big Bang, mais homogêneo o Universo era na época.
E, a propósito, a teoria do Big Bang
NÃO é uma teoria sobre o Big Bang (t = 0). É uma teoria sobre o que aconteceu
após o Big Bang (t> 0). Essa teoria não responde à pergunta sobre a origem dela. E mesmo o nome, “Big Bang”,
originalmente pretendia que isso fosse pejorativo , mas o nome foi cunhado tão bem que agora todos nos acostumamos.
Buracos negros
Esta é, provavelmente, a principal fonte dos equívocos. Vamos começar com o filme "Interestelar":
Então, tenha uma dilatação extrema no tempo que um planeta deve pairar em cerca de 0,003% do raio de Schwarzschild. E com base em como observamos o buraco negro:
O planeta está a pelo menos 10Rs do horizonte de eventos. Não vamos nem falar sobre o fato de que esse planeta é definitivamente o pior candidato possível para um planeta favorável à vida por várias razões óbvias. É claro que é um filme e, ao assistir, fazemos uma "suspensão da descrença", como fazemos ao assistir Guerra nas Estrelas. Não julgamos Star Wars pelo som de explosões no vácuo. Mas a Guerra nas Estrelas nunca fingiu ser cientificamente precisa, enquanto a equipe "Interestelar" fez afirmações ousadas de que o cenário havia sido verificado e aprovado pelos cientistas.
E para fechar o caso do "Interestelar", baseado em nossos modelos atuais de buracos negros, não há biblioteca dentro deles.
A dilatação do tempo dentro dos buracos negros é infinita
Este é um caso interessante de meia verdade seguido de conclusões incorretas. Tudo começa com uma afirmação correta de que, quando um observador pairando se aproxima do horizonte de eventos, a dilatação do tempo chega ao infinito. Isso é verdade No entanto, as seguintes conclusões estão incorretas:
- Para um observador, caindo em um buraco negro, a dilatação do tempo é infinita
- Portanto, ele veria o futuro distante do universo externo, e o mundo exterior pareceria acelerado para ele.
- Observadores em queda são "congelados" perto do horizonte - porque o tempo também é congelado para eles devido à extrema dilatação do tempo
- Pode-se pular em um buraco negro para alcançar esses observadores "congelados", não importa quanto tempo tenha passado
- Ainda mais, os observadores em queda nunca cruzariam o horizonte de eventos, pois levaria um tempo infinito
- Ainda mais, como nada pode cair em um buraco negro, podemos concluir que eles não podem se formar - leva um tempo infinito para a matéria entrar em colapso.
Todas essas conclusões são derivadas da primeira da lista, que está incorreta. No entanto, intuitivamente, parece tão óbvio que, no início do século XX, confundiu muitos cientistas. Então, temos uma sequência de pontos pairando cada vez mais perto do horizonte, e a dilatação do tempo chega ao infinito quando a aproximamos, e como quando você cai em um buraco negro, sua trajetória cruza todos esses pontos, sua dilatação do tempo também vai para infinito! Correto? Não.
A dilatação do tempo é uma propriedade de uma
trajetória , não um
ponto no espaço . Portanto, o que é verdade para um observador flutuante (com uma linha do mundo paralela ao horizonte) não é verdade para um observador em queda. Mesmo o próprio Einstein não foi capaz de encontrar uma solução completa das equações da Relatividade Geral, cobrindo não apenas o volume fora do horizonte, mas também o interior por causa dos infinitos no horizonte. O progresso foi feito com um truque matemático para mudar para coordenadas diferentes. Intuitivamente, foi baseado na idéia de usar uma "chuva", caindo livremente em um buraco negro. Existem muitos sistemas de coordenadas que evitam o problema do infinito no horizonte.
Ainda mais, com base na análise, ficou claro o que hoje é chamado de “Sem Drama” - para um observador em queda livre, nada de especial acontece no horizonte de eventos, nenhuma música perturbadora, sem flashes verdes, sem faíscas no equipamento.
Para obter mais detalhes sobre esses sistemas de coordenadas, você pode começar pelas
coordenadas de
Eddington - Finkelstein
Esse sistema de coordenadas é útil porque você pode responder a maioria das perguntas literalmente apenas desenhando algumas linhas no diagrama e movendo o dedo sobre ele. Voltar à nossa lista de equívocos:
- O observador em queda livre atinge o horizonte de eventos e, em seguida, a singularidade central muito rapidamente (ele está caindo quase na velocidade da luz). Se, perto do horizonte de eventos (mas ainda acima dele), ele mudar de idéia e colocar os motores em marcha à ré,
ele seria atingido por uma enorme gravidade , levaria muito tempo para ele voltar e, no caminho de volta, acumularia enorme dilatação do tempo. - Quando o observador em queda livre olha para o Universo que ele deixou, para ele é mais lento e o espectro da luz muda para vermelho. O mundo lá fora ainda é visível, mesmo que ele esteja profundamente dentro do buraco negro, mas a vista é reduzida a um ângulo pequeno.
- "Congelar no horizonte" nada mais é do que um efeito óptico
- Pode-se tentar alcançar uma nave espacial suicida, decidida a mergulhar no buraco negro há muito tempo, mas quando você se aproxima do horizonte, o primeiro navio “descongela” e você não o encontra próximo. Se você perguntar a um observador pairando perto do horizonte, você será informado (de uma maneira muito dilatada pelo tempo) de que a primeira nave espacial cruzou o horizonte “há muito tempo”, se o observador pairando estiver ciente de sua própria dilatação do tempo. Com base no seu próprio relógio, esse intervalo de tempo pode ser bastante curto.
- Leva um tempo infinito para que um buraco negro se forme - também não faz sentido.
As forças das marés rasgam tudo perto de um buraco negro
Com base em cálculos (ainda precisamos de voluntários para testar o módulo de Young de um corpo humano), o corpo humano é dilacerado uma fração de segundo antes de atingir uma singularidade. Em termos de espaço, isso acontece a alguns milhares de quilômetros da singularidade. Para um buraco negro de tamanho estelar (20 a 30 km), o pobre astronauta é dividido muito acima do horizonte de eventos.
Por outro lado, existem
buracos negros supermassivos s, bilhões de massas solares em peso, com um raio do tamanho da órbita de Urano. Nesses buracos negros, você tem horas desde o momento em que cruza o horizonte de eventos até o momento em que morre. De fato, você pode cair nesses buracos negros mesmo sem perceber.
Para obter um buraco negro, você precisa apertar uma questão até uma densidade extrema
Novamente, pode ser verdade, mas apenas para buracos negros de tamanho estelar pequeno. O raio do horizonte de eventos é proporcional à massa de um corpo. E isso é bastante surpreendente, porque se pode esperar algo diferente: para o corpo com densidade constante, a massa é proporcional ao cubo de raio.
O raio gravitacional da nossa Terra é inferior a 1 centímetro. Se aumentarmos o raio da Terra em um fator de 10 (mantendo a mesma densidade), essa super-terra seria 1000 vezes mais pesada. O raio gravitacional aumentaria em 1000, e o volume interno aumentaria em 1 bilhão (!!!) de vezes. Agora você deve colocar 1000 vezes mais matéria em um volume 1.000.000.000 maior, por isso precisamos compactá-la 1 milhão de vezes menos.
Portanto, aumentando a escala de qualquer corpo, sempre chegamos a um ponto em que o raio gravitacional alcança o real. Portanto, podemos fazer um buraco negro de
qualquer material sem sequer comprimi-lo - de água, gás ou mesmo gás interestelar que preenche o Universo. Com uma densidade média do nosso Universo, o raio gravitacional é de cerca de 10 bilhões de anos-luz.
Esta é uma razão, a propósito, porque nenhuma solução estática do Universo na Relatividade Geral é possível - qualquer Universo estático, que é grande o suficiente, se tornaria um buraco negro. Mas não é o caso do nosso Universo, pois ele está se expandindo, e o momento conta na Relatividade Geral.
Para continuar ...