O que é espaço e subespaço? Em sentido amplo!

Ilustração de um buraco negro errante movendo-se rapidamente através de uma nuvem densa de gás. O gás é arrastado pela gravidade do buraco negro formando uma corrente estreita. Crédito: Keio University. Clique na imagem para acessar o artigo completo da Science.

Espaço e subespaço é a demarcação do conhecimento verdadeiro e justificado, não é possível existir algo que esteja fora de algum espaço ou subespaço, isso inclui a fenomenologia da mecânica quântica. Em matemática espaços são definidos em termos primitivos. Em física e cosmologia espaços são projeções vetoriais e escalares em múltiplas dimensões.

Eu defino espaços e subespaços como: possibilidades existenciais seja no sentido: matemático, físico, filosófico ou conceitual.

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Em nosso universo, para que algo (qualquer coisa) exista é necessário que deva estar em algum local ou não local; isto é, precisaria residir em algum espaço ou subespaço.

Espaço físico

Por espaço físico, quero dizer o espaço revelado a nós por artefatos de medição como réguas, antenas e aparelhos avançados de medição: radiotelescópios, satélites de GPS, microscópios eletrônicos, telescópios em terra ou em órbita, etc. O espaço físico é definido de forma objetiva; isto é, as propriedades do espaço físico são amplamente independentes do observador.

Galáxia de Andrômeda M31 – Créditos: Adam Evans – the Andromeda Galaxy (now with h-alpha) Wikipedia. Clique na imagem para vê-la em alta resolução.

Espaço visual

O espaço visual é definido de forma subjetiva; isto é, as propriedades do espaço visual podem depender criticamente de certos aspectos do observador, como localização no espaço físico, condições experimentais e a capacidade cognitiva perceptiva do observador (vieses e deficiências visuais). Por exemplo: é comum aos pilotos de aviões virem OVNIs (objetos voadores não identificados), isso não significa que sejam naves extraterrestres (até o momento inexistentes).

Espaço-tempo

Na física, espaço-tempo é o sistema de coordenadas utilizado como base para o estudo da relatividade restrita e relatividade geral. O tempo e o espaço tridimensional são concebidos, em conjunto, como uma única variedade de quatro dimensões a que se dá o nome de espaço-tempo. Um ponto, no espaço-tempo, pode ser designado como um “acontecimento”. Cada acontecimento tem quatro coordenadas (t, x, y, z); ou, em coordenadas angulares, t, r, θ, e φ quer dizem o local e a hora em que ele ocorreu, ocorre ou ocorrerá.

Simulação de espaço-tempo extremo (SXS) – fusão de dois buracos negros – Crédito: Projet www.black-holes.org – Caltech

A medição de um pulsar detecta arrasto de quadro

Concepção artística do arrasto de quadro onde duas estrelas giram e torcem espaço e tempo. Crédito: Mark Myers, OzGrav ARC Centre of Excellence

O arrasto de quadro é um fenômeno previsto na relatividade geral, pelo qual uma massa em rotação arrasta o espaço-tempo circundante com ela. O físico em radioastronomia Venkatraman Krishnan do Instituto Max Planck, analisou observações temporais do pulsar PSR J1141-6545, um jovem pulsar em uma órbita binária com uma anã branca. A modelagem dos tempos de chegada dos pulsos de rádio mostrou um desvio de longo prazo nos parâmetros orbitais. Depois de considerar as possíveis contribuições para essa deriva, eles concluíram que ela é dominada pelo arrastamento de quadros (o efeito Lense-Thirring) da anã branca que gira rapidamente. Essas observações verificam uma previsão da relatividade geral e fornecem restrições sobre a história evolutiva do sistema binário.

Espaço Virtual

É a infraestrutura cibernética que conhecemos pelo nome de Internet.

Espaço Matemático

Na Matemática os espaços/subespaços são os elementos que determinam as relações, funções, conjuntos, grupos e toda a abstração necessária para que exista coerência no uso da matemática. Exemplo:

Espaço Vetorial

Adição vetorial e multiplicação por escalar: um vetor v (azul) é adicionado a outro vetor w (vermelho, ilustração superior). Na imagem inferior, w está esticado por um fator de 2, acarretando a soma v + 2w.

Um espaço vetorial (também chamado de espaço linear) é uma coleção de objetos chamados vetores, que podem ser somados uns aos outros e multiplicados “escalonados” por números, denominados escalares.

Espaço da Mecânica e Física Quântica

São os mais complexos espaços e subespaços que conhecemos, correspondem ao tratamento da física de partículas. Todas as partículas subatômicas: bosons de higgs, fótons, neutrinos, elétrons, quarks, etc., residem nos subespaços quânticos cujos efeitos podem ser tratados e estudados com a utilização da matemática avançada da mecânica quântica.

Exemplo: Esfera de Block

Esfera de Bloch representando um qubit Wikipedia.

Na mecânica quântica e computação, a esfera de Bloch é uma representação geométrica do espaço de estado puro de um sistema mecânico quântico de dois níveis (qubit), em homenagem ao físico Felix Bloch. Portanto, Um bit quântico, ou qubit é uma unidade de informação quântica. A mecânica quântica é matematicamente formulada no espaço de Hilbert ou no espaço de Hilbert projetivo. Os estados puros de um sistema quântico correspondem aos subespaços unidimensionais do espaço de Hilbert correspondente (ou os “pontos” do espaço de Hilbert projetivo). Para um espaço de Hilbert bidimensional, o espaço de todos esses estados é a linha projetiva complexa ℂℙ1.

Qual a precisão das medidas espaciais e subespaciais hoje?

Essas medidas hoje possuem a máxima precisão possível dentro das perspectivas de medição utilizadas pela ciência. As réguas de luz utilizadas pelos laboratórios LIGO, conseguem uma precisão subespacial da ordem de 1/10.000 do núcleo atômico.

Ilustração de um átomo de hélio, na qual está representado o núcleo (em rosa) e a distribuição da nuvem de elétrons (em preto). O núcleo (canto sup. dir.) no hélio-4 é simétrico e assemelha-se muito à nuvem de elétrons, embora em núcleos mais complexos isto nem sempre se verifique. A escala gráfica corresponde a um ångström (10−10 m ou 100 picômetros ou ainda 1/1000.000.000.000 do metro).

Todos os nossos sistemas de medição hoje são subespaciais

Nesta imagem podemos ver a representação das 7 unidades fundamentais do sistema internacional de unidades – todas elas são subespaciais. Clique na imagem para baixar o manual explicativo sobre o novo SI – Sistema Internacional de Unidades. Em vigor desde 20 de maio de 2019. Assista ao vídeo explicativo abaixo.

A nova medida do Metro (1 dividido pelo segundo luz)

Hoje 1 metro vale = 1/SL (uma unidade subespacial do segundo luz). Corresponde ao espaço linear percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo correspondente a 1/299 792 458 de segundo (299 792 458 m/s-1, e que continua sendo o metro padrão na perspectiva dos avanços científicos atuais.

Segundo-luz é uma subunidade de comprimento utilizada em astronomia e corresponde à distância percorrida pela luz no vácuo em um segundo. Seu plural é segundos-luz. Para se calcular o valor de 1 segundo-luz em quilômetros é necessário saber que a velocidade da luz no vácuo é de 299.792.458 metros por segundo (m/s) e que o tempo utilizado na definição é o segundo. Assim temos que o segundo-luz vale 299.792.458 metros (aproximadamente 300 mil quilômetros); ou ainda 0,002 UA (Unidades Astronômicas).

Obs: quando a constante de medição contiver um expoente negativo, significa unidade subespacial.

Os benefícios para humanidade com a detecção das Ondas Gravitacionais

Na física, as ondas gravitacionais são ondulações na curvatura do espaço-tempo que se propagam como ondas, viajando para o exterior a partir da fonte. Elas são incrivelmente rápidas, viajam à velocidade da luz (299 792 458 quilômetros por segundo) e espremem e esticam qualquer coisa em seu caminho ao passarem. O Observatório de Onda Gravitacional de Interferômetro de Laser (LIGO), conta com ajuda de mais de 1 000 cientistas colaboradores, a construção de ambos observatórios um em Washington e o outro na Louisiana custaram cerca de US$ 1 bilhão e foram financiados pela National Science Foundation. Um novo ramo da ciência nasceu com esta descoberta, a Astronomia de Ondas Gravitacionais.

Os benefícios para a humanidade são ilimitados, agora sabemos com extrema precisão, como funcionam os espaços e subespaços e principalmente, validamos o último legado de Albert Einstein, sua teoria da relatividade geral se tornou completa. {RC}.

Referências bibliográficas