O observador observado – como a física redefine nossa visão de mundo

Nós brasileiros somos um povo que coloca a crença e cultura como elementos definidores de nossa visão de mundo; entretanto, esse pensamento precisa evoluir e superar os erros e absurdos culturais e educacionais que atrapalham nosso crescimento para o século XXI e principalmente em decorrência dos avanços atuais de nossa civilização. Não se trata de ideologias, falácias, apegos a ideias reprováveis dos costumes atuais e passados, principalmente o politicamente incorreto do dia a dia, a questão colocada aqui é séria e irreversível. A ciência venceu todas as batalhas em direção ao esclarecimento.

Existe algo não físico em nosso Universo?

A resposta é: não há nada que não esteja de acordo com as leis da física, mesmo coisas que ainda não sabemos sobre o cosmos, diria que nosso universo alcança uma precisão física extrema de tudo o que podemos saber a esse respeito. Nossa constituição: orgânica, inorgânica, neural, corporal, ambiental, espacial, subespacial, temporal, gravitacional, etc., estão sujeitas às leis da física, e até ao presente momento não descobrirmos nada que esteja fora dessa dinâmica, não há nenhum bit de informação que possamos usar e mostre algo oculto, arbitrário, desconhecido, sobrenatural, espiritual, etc.

Posso afirmar com toda segurança que as coisas (ditas ou citadas) fora do mundo físico são inexistentes! Acompanhe abaixo como atingi esse raciocínio.

Sistemas e modelos na abordagem contemporânea

A nossa insistência no papel de observador exige um esclarecimento do papel do método científico no estudo de sistemas abertos e na gestão de uma abertura lógica, mesmo na construção de modelos científicos. Sobre este ponto, lembramos que o método científico é baseado em: (1) o observador, seus conhecimentos e propósitos; (2) o modelo adotado, realizado pelo observador com base em seus conhecimentos e objetivos e caracterizado por sua capacidade de explicar e prever; e (3) dados experimentais, respostas a perguntas sobre a natureza dos experimentos, obtidas do contexto usado no modelo e a linguagem do observador.

Uso do objeto Operador (O)

Aplicando um operador adequado O1 (representando o fato de executar um experimento) para o observador no momento n, produz um modelo correspondente.

Tal processo pode ser descrito em termos formais pela expressão:

modelo (n) = O1(observador(n));

Outro operador O2 pode então representar a avaliação da correspondência entre os dados experimentais (n) obtidos durante o processo de validação do modelo (n). Esta avaliação pode ser descrita em termos formais pela expressão:

dados experimentais (n) = O2(modelo(n));

No entanto, os dados experimentais mudam o conhecimento do observador e também podem influenciar seus objetivos. Um operador O3 pode mostrar que o estado sucessivo do observador depende dos dados experimentais obtidos.

Isso pode ser representado pela expressão:

observador (n + 1) = O3(dados experimentais(n));

Considerando a combinação das três circunstâncias, obtemos:

modelo(n+1) = O1(observador(n+1) = O3(O2(O1(n)))

Ao introduzir a abreviatura O = O1, O2, O3, é possível gerar uma expressão mais simples:

modelo (n) = On(modelo(0));

Onde On indica n interações do operador O

Previamente expressada como:

Obs n = COORDENADA n(obs0)

Onde

Obs n, representa o estado de variáveis observáveis relativas à ação do observador e objetos no passo n.

COORDENADA, representa a coordenada inferencial relacionada às ações do observador e os objetos.

Mesmo na fórmula recursiva, modelo(n) = On(modelo(0)), é possível, como proposto por Von Foerster em sua abordagem, considerar como auto modelos (modelos próprios), aqueles definidos por:

modelo (∞) = lim On(modelo(0))

n → ∞

e considerando que ∞ (infinito) não tem significado prático, podemos ver como o processo, desencadeado pela aplicação do método científico, pode convergir para dois pontos de chegada:

1 – Modelos logicamente fechados ou com um grau de liberdade finito.

2 – Impossibilidade de encontrar um modelo próprio definitivo.

O espaço de fase

A evolução temporal de um sistema dinâmico pode ser representada em um espaço multidimensional denominado “espaço de fase”. Nele estão representadas as trajetórias no espaço cujas coordenadas são dadas por suas variáveis. No espaço de fase de um sistema dinâmico, todos os possíveis estados instantâneos do sistema são representados por “pontos” neste espaço. Este conceito foi desenvolvido no final do século XIX por Boltzmann, Gibbs e Poincaré, é amplamente utilizado no domínio científico. O espaço de fase é um espaço abstrato onde cada variável do sistema é associada a um eixo de coordenadas. É possível representar graficamente este espaço (onde n é o número de variáveis) somente nos casos especiais em que n = 2, 3. O comportamento temporal do sistema pode ser considerado e representado pelo movimento de um ponto ao longo de uma trajetória em tal espaço. Por exemplo, o espaço de fase de um pêndulo é constituído por duas variáveis: a variável angular p que identifica a posição e que se move em um círculo e a variável de velocidade v que podem variar ao longo de uma linha reta. O espaço de fase assume assim a forma de um cilindro (Nolte, D. D. (2010). The tangled tale of phase space. Physics Today, 63(4), 33–38.).

Sobre coerência entre sistemas e análises sistêmicas

Segundo Thagard, 1989, 2000, 2012; (Thagard e Verbeurgt, 1998). Em suma, dentro de um domínio cujos elementos são proposições, Thagard substitui a rede espaço-temporal de relações com uma rede de restrições, cada uma delas consistindo de uma relação de coerência mútua (restrição positiva) ou de incoerência mútua (restrição negativa) entre duas proposições. Como cada restrição está associada ao valor numérico que representa o seu peso, podemos introduzir uma rede neural conexionista e descrever a evolução dinâmica do sistema de relações entre as proposições pertencentes ao conjunto em consideração.

Qual a precisão de nossos modelos e experimentos atuais?

Créditos: Física Nuclear

Vou citar como exemplo o experimento LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser). Antes preciso explicar qual é a medida do próton (composto por outras partículas chamadas de quarks (são dois quarks do “tipo” up e um quark do tipo down). Segundo as medidas obtidas por Randolf Pohl, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, em Garching, Alemanha, e seus colaboradores, utilizaram um laser para sondar átomos exóticos de hidrogênio produzidos em laboratório nos quais partículas elementares conhecidas como múons orbitam os núcleos de um único próton, substituindo os usuais elétrons. A energia do laser fez com que os átomos exibissem uma fluorescência em comprimentos de onda característicos de raios X. Essa frequência mostrou uma série de efeitos sutis, incluindo o pouco conhecido fato de que uma partícula em órbita – seja um múon ou um elétron – frequentemente passa direto através do próton. Isso é possível porque os prótons são compostos de partículas elementares menores (geralmente três quarks), e a maior parte do espaço dentro de um próton está vazio. Ao calcularem os efeitos do raio do próton nessas trajetórias através do núcleo, os pesquisadores puderam estimar o raio do próton como 0,84184 femtômetro (1 femtômetro é 1 quadrilionésimo de 1 metro). Esse número é menor que todas as medidas realizadas anteriormente, que variavam entre 0,8768 e 0,897 femtômetros. De qualquer forma, o próton é muito menor até mesmo que um átomo de hidrogênio. Se o átomo fosse do tamanho de um campo de futebol, o próton teria o tamanho de uma formiga. Ao lidar com dimensões tão pequenas a possibilidade de erro sempre existe. Entretanto, após 12 anos de esforços meticulosos, os membros da equipe estão seguros de que nenhuma sutileza imprevista arruinou suas medições. Teóricos também conferiram os cálculos envolvidos na interpretação do comportamento dos múons e na previsão do tamanho do próton, que são relativamente simples.

A primeira Observação das Ondas Gravitacionais

Com isso chegamos na precisão do experimento LIGO que é da ordem de 10.000 vezes o tamanho de um próton. Essa é a extrema precisão para podemos detectar as ondas gravitacionais, propostas pelas equações da relatividade geral de Albert Einstein.

Na minha opinião: o modo de provarmos algo é por meio de: modelagem matemática, lógica e física. Não conheço nenhum outro modo de provar as coisas existenciais.

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Referências Bibliográficas

A vida do elétron está na casa dos 66000 Yotta anos (6.6×10^28 anos) – Physicsworld – Laboratório Borexino Itália

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O detector Borexino compreende 300 toneladas de um líquido orgânico que é focalizado por 2212 fotomultiplicadores. (Cortesia: Borexino Collaboration).

A melhor medida conseguida da vida do elétron sugere que uma partícula existente hoje provavelmente ainda estará presente nos próximos 66.000 yotta-anos (6.6 × 10^28 anos), que é cerca de cinco quintilhões (10^18*U) de vezes a idade atual do universo. Essa é a conclusão de físicos que trabalham no experimento Borexino na Itália, que procuram evidências se o elétron decai para um fóton e um neutrino; um processo que viole a conservação da carga elétrica e aponte para uma física ainda não descoberta para fora do Modelo Padrão. O elétron é o transportador menos massivo de carga elétrica negativa conhecida pelos físicos. Se fosse decaído, a conservação de energia significaria que o processo envolveria a produção de partículas de baixa massa, como os neutrinos. Entretanto, todas as partículas com massas inferiores ao elétron não têm carga elétrica e, portanto, a carga do elétron deve “desaparecer” durante qualquer processo de decaimento hipotético. Isso viola a “conservação de carga“, que é um princípio integrante do Modelo Padrão da Física de Partículas. Como resultado, o elétron é considerado uma partícula fundamental que nunca se deteriora. No entanto, o Modelo Padrão não explica adequadamente todos os aspectos da física, e, portanto, a descoberta de decomposição eletrônica pode ajudar os físicos a desenvolver um modelo novo e melhorado da natureza. Esta última busca por decomposição eletrônica foi realizada usando o detector Borexino, que é projetado principalmente para estudar neutrinos.

Borexino-descrição
Layout do detector Borexino e localização aproximada das fontes neutrinas e anti-neutrinas nas três fases: Fase A com uma fonte de neutrino 5151Cr em um poço pequeno logo abaixo do centro do detector; Fase B com uma fonte anti-neutrina 144144Ce-144144Pr situada logo abaixo da esfera inoxidável e dentro do tanque de água; Finalmente, Fase C, com uma fonte anti-neutrina 144144Ce-144144Pr localizada dentro do volume do cintilador.

Localizado no fundo de uma montanha no Laboratório Nacional Gran Sasso  para protegê-lo dos raios cósmicos e compreende 300 toneladas de um líquido orgânico que é focalizado por 2212 fotomultiplicadores. Chamados de caçadores de fótons, a equipe do Borexino se concentrou em um processo de decaimento hipotético específico no qual um elétron no líquido orgânico decai para um neutrino de elétrons e um fóton com energia de 256 keV (256000 eV (eletronvolts). Este fóton continua a interagir com elétrons no líquido para produzir um flash de luz distinto que é detectado pelos fotomultiplicadores. Os físicos verificaram todos os sinais fotomultiplicadores registrados de janeiro de 2012 a maio de 2013, procurando assinaturas de um fóton de 256 keV. Para fazer isso, eles primeiro tiveram que subtrair os sinais de uma série de processos não relacionados que ocorrem no detector e produzem quantidades similares de luz como um fóton de 256 keV. Estes incluem os decaimentos radioativos de vários isótopos de traço no detector, bem como a luz das colisões de neutrinos que o Borexino foi projetado para detectar. Depois de ter levado em consideração esses sinais de fundo, a equipe conseguiu afirmar que “não ocorreram decadências” de elétrons durante a corrida de 408 dias. O líquido orgânico do Borexino contém uma grande quantidade de elétrons (cerca de 10^32), e o fato de não ocorrer nenhuma decomposição de elétrons durante a pesquisa permitiu que a equipe estimasse um valor mínimo para a vida média do elétron. O tempo de vida mínimo estipulado foi de 6,6 × 10^28 anos, é mais de 100 vezes superior ao limite inferior anterior de 4,6 × 10^26 anos. Isso foi medido em 1998 pelo Borexino Counting Test Facility, que era um precursor da experiência atual. Canais invisíveis – Gianpaolo Bellini, é porta-voz da Borexino, disse à physicsworld, se o detector pudesse ser mais purificado para eliminar praticamente todas as radiações de fundo, a medida mínima de vida útil poderia ser aumentada para mais de 10^31 anos. Ele ressalta que o Borexino também poderia ser usado para procurar decadência no “canal invisível” pelo qual um elétron é convertido em três neutrinos, ou poderia mesmo procurar o “desaparecimento” de um elétron em dimensões extras. Victor Flambaum, da Universidade de Nova Gales do Sul, disse à physicsworld que as buscas pela violação de simetrias aparentes são muito importantes, porque mesmo uma pequena violação pode ter implicações profundas na nossa compreensão do universo. Flambaum, que não é membro da equipe do Borexino, ressalta que a descoberta experimental de que a simetria de paragem de carga (CP) é violada foi feita observando os decaimentos de kaons. A violação do CP desempenha um papel importante na nossa compreensão atual de por que há muito mais matéria do que antimatéria no universo. A pesquisa é descrita em Physical Review Letters. Sobre o autor: Hamish Johnston é editor de physicsworld.

Fonte: Physicsworld Wikipedia

O universo a partir do nada (A Universe From Nothing) – Lawrence Krauss

Michael Shermer

Por que existe algo em vez de nada? Essa é uma daquelas questões profundas difíceis de responder. Ao longo de milênios, os humanos simplesmente disseram “Foi Deus quem fez”: um criador precedeu o Universo e o criou a partir do nada. Mas isso levanta a pergunta de quem criou Deus – e se Deus não precisar de um criador, a lógica dita que o Universo também não precisa. A ciência lida com causas naturais (não sobrenaturais) e por isso permite várias maneiras de explorar de onde é que o “algo” veio.

Universos múltiplos

Há muitas hipóteses de multiversos que nos mostram como o Universo poderia ter nascido a partir de outro. Nosso Universo pode ser, por exemplo, apenas um entre vários universos-bolha com diferentes leis naturais, que produziriam estrelas, com algumas delas colapsando em buracos negros e tendo peculiaridades que dariam origem a novos universos – de maneira similar à singularidade que os físicos acreditam ter dado origem ao Big Bang.

Teoria-M

No livro The Grand Design (O grande projeto), escrito em 2010 com Leonard Mlodinow, Stephen Hawking elege a “Teoria-M” (uma extensão da teoria de cordas que inclui 11 dimensões) como “a única candidata à teoria completa do universo. Se for finita – e isso ainda terá que ser provado – será o modelo de um universo que cria a si mesmo”.

Origem a partir da espuma quântica

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Clique na imagem para download em Epub! (divulgação).

O “nada” do vácuo espacial na verdade é feito de turbulências espaço-temporais subatômicas em distâncias extremamente pequenas, mensuráveis na escala de Planck – a distância na qual a estrutura do espaço-tempo é dominada pela gravidade quântica. Nessa escala, o princípio da incerteza de Heisenberg permite que a energia decaia brevemente em partículas e antipartículas, produzindo “algo” a partir do “nada”. O nada é instável. Em seu novo livro, A Universe from Nothing, o cosmólogo Laurence M. Kraus tenta ligar a física quântica à teoria da relatividade geral de Einstein para explicar a origem de um Universo dessa maneira: “Na gravidade quântica, os universos podem aparecer espontaneamente, e de fato sempre o farão. Esses universos não precisam estar vazios, mas podem conter matéria e radiação desde que sua energia total, incluindo a energia negativa associada à gravidade (contrabalanceando a energia positiva da matéria), seja zero”. Além disso, “para universos fechados que podem ser criados a partir desses mecanismos para durar mais do que intervalos infinitesimais de tempo, algo como a inflação se faz necessário”. As observações mostram que o Universo é de fato plano (há matéria suficiente para desacelerar sua expansão, mas não detê-la), tem energia total zero e passou por uma rápida inflação, ou expansão, logo após o Big Bang, como descrito pela cosmologia inflacionária. “A gravidade quântica não apenas parece permitir que universos sejam criados a partir do nada – ou seja, da ausência de espaço e tempo –, ela pode precisar que seja assim. O ‘nada’ – nesse caso a ausência de espaço, de tempo, de tudo! – é instável”.

As outras hipóteses também são testáveis. A ideia de que novos universos possam surgir de buracos negros em colapso pode ser esclarecida a partir de conhecimentos adicionais sobre as propriedades de buracos negros, que estão sendo estudadas. Outros universos-bolha podem ser detectados nas sutis variações de temperatura da radiação cósmica de fundo deixada pelo Big Bang de nosso Universo. A Sonda Anisotrópica de Micro-ondas Wilkinson (WMAP, em inglês) está coletando dados sobre essa radiação. Além disso, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO, em inglês) foi projetado para detectar ondas gravitacionais excepcionalmente fracas. Se existem outros universos, talvez rugas em ondas gravitacionais indiquem sua presença. Talvez a gravidade seja uma força relativamente tão fraca (se comparada ao eletromagnetismo e às forças nucleares) porque parte dela “vaza” para outros universos. Mesmo que Deus (segundo os teólogos) seja visto como o criador das leis da Natureza que fizeram o Universo (ou multiverso) surgir a partir do nada – se essas leis forem determinísticas –, então Deus não teve escolha na criação do Universo, e por isso não foi necessário. De qualquer forma, por que deveríamos nos voltar para o sobrenatural quando nossa compreensão do natural ainda está em seus estágios iniciais? Seríamos sábios ao seguir esse princípio cético: antes de dizer que algo não é deste mundo, certifique-se de que não seja deste mundo.

Créditos: Scientific American Brasil

Fonte: Kikass.to

Exploring Quantum Mechanics (explorando a mecânica quântica) – ePub

Download o livro no formato Epub clicando sobre a foto. {Divulgação)
Download o livro no formato Epub clicando sobre a foto. (Divulgação)

Uma série de revoluções tecnológicas seminais levou a uma nova geração de dispositivos eletrônicos miniaturizados para essas escalas minúsculas onde as estranhas leis da física quântica entram em jogo. Não há dúvida de que ao contrário de cientistas e engenheiros do passado, líderes de tecnologia do futuro contarão com a mecânica quântica em seu trabalho diário. Isso faz com que o ensino e a aprendizagem do assunto sejam de suma importância para o progresso. Dominar a física quântica é uma tarefa nada trivial e sua profunda compreensão só pode ser alcançada através do trabalho na resolução dos problemas da vida real. É notoriamente difícil avançar com novos problemas de mecânica quântica que seriam solucionáveis com um lápis e papel, e dentro de um período de tempo finito. Este livro notável apresenta alguns problemas originais, mais de 700 na mecânica quântica, juntamente com soluções detalhadas que cobrem cerca de 1000 páginas sobre todos os aspectos da ciência quântica.

Os problemas foram recolhidos ao longo de cerca de 60 anos, primeiro pelo autor, o falecido Prof. Victor Galitski, ao longo dos anos, novos problemas foram adicionados e o material polido pelo professor Boris Karnakov. Finalmente, o professor Victor Galitski Jr., ampliou o material com novos problemas particularmente relevantes para a ciência moderna.


Sobre os autores

Victor Galitski, (1924 – 1981), no decorrer de sua carreira de investigação ao longo de 30 anos em física teórica, coautor de 77 trabalhos em uma incrível variedade de campos que abrangem a física nuclear e a física da matéria condensada. Seus resultados famosos incluem a derivação do que hoje é chamado de equações Galitski – Feynman, a primeira teoria da supercondutividade não convencional, e no desenvolvimento de métodos de cálculos esquemáticos em física da matéria condensada. De 1961 até sua morte, em 1981, Victor Galitski, era o chefe do Departamento de Física Teórica no Moscou Instituto de Física e Engenharia. De 1972 a 1981, ele também foi o diretor do Departamento de Física Nuclear do Instituto Kurchatov de Energia Atômica, em Moscou.

Dr. Boris Karnakov é Professor Emérito do Moscou Instituto de Física e Engenharia. Seus interesses de pesquisa incluem a física nuclear, onde tem mais de 50 publicações.

Dr. Vladimir Kogan é um professor emérito do Moscou Instituto de Física e Engenharia. Seus interesses estão principalmente no ensino da física e mecânica quântica. Ele foi o coautor da primeira edição e de livros publicados com soluções em conjunto com Victor Galitski, em 1956.

Dr. Victor Galitski Jr., é neto do primeiro autor do livro. Seus interesses na pesquisa incluem vários aspectos da física da matéria condensada teóricas e átomos frios, com o foco em supercondutividade, fases topológicas da matéria, e transporte de spin. Galitski Jr., é atualmente Professor Associado de Física da Universidade de Maryland, College Park. Ele é membro do Joint Quantum Institute e membro do Centro de Nanophysics e Materiais Avançados.

Fonte: Internet

Física Moderna – Aulas de Mecânica Quântica e Teoria da Relatividade

Considero importante que compreendamos a Mecânica Quântica por meio do tratamento matemático adequado e esta é uma oportunidade para isso. Resolvi postar os vídeos aula sobre os principais temas abordados. É graças à Mecânica Quântica que hoje temos à nossa disposição dispositivos como Chips, telas Led e Oled, e principalmente os Computadores e Smartphones. A comunicação em tempo real pelo mundo a fora também é possível em razão de dominarmos os cálculos e equações de Fourier que tratam a transmissão de informações por meio das ondas eletromagnéticas.

A Teoria da Relatividade de Einstein é importante principalmente para a compreensão de nosso universo.

As aulas são ministradas pelo professor Jorge Sá Martins da Universidade Federal Fluminense.

Hipótese Atômica Introdução

Comportamento Ondulatório da Matéria

A Unidade de Massa Atômica

Conversão massa-energia

O Átomo de Rutherford

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Garrett Lisi – Sobre sua teoria do todo

O físico e surfista Garrett Lisi apresenta um controverso novo modelo do universo que — talvez — responda a todas as grandes questões. Mesmo que não, é o mais belo modelo octodimensional de partículas e forças elementares que você já viu.

Para ver a legenda em português: clique ao lado do botão play e escolha o idioma “Portuguese (Brazil)”.

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