Buraco negro: Albert Einstein estava certo sobre o universo mais de 100 anos atrás?

Buracos negros que se fundem em um produzem ondas poderosas na tela espaço-tempo, conhecidas como ondas gravitacionais, que Albert Einstein previu de uma maneira incrível à mais de 100 anos? Os buracos negros permanecem um dos maiores mistérios do cosmos, mesmo 103 anos depois que o físico Karl Schwarzschild previu sua existência. Os buracos negros não podem ser vistos ou avaliados por métodos convencionais e, até alguns desenvolvimentos recentes, permaneceram como um cenário hipotético.

Em 2015, os cientistas detectaram o efeito secundário de fundir dois buracos negros, que aparentemente deram razão a uma das mentes mais brilhantes do século XX, Albert Einstein. Veremos mais a frente que não é bem assim com todo o respeito devido a Einstein. Os buracos negros fechados em órbita ao redor uns dos outros – os buracos negros binários – acabam se aproximando e se fusionando.

O enorme poder de impacto gera as chamadas ondas gravitacionais, que, segundo a Agência Espacial Europeia (ESA), são

“flutuações no tecido do espaço-tempo”.

Buracos negros e ondas gravitacionais foram resolvidos pela teoria da relatividade geral de Einstein, que o físico alemão apresentou em 1915. A relatividade geral permanece até hoje a melhor teoria explicando os mecanismos internos do universo. ESA disse:

“Karl Schwarzschild derivado as equações de buracos negros em 1916, mas eles permaneceram bastante uma curiosidade teórica por várias décadas, até que as observações de raios-X feitas com telescópios espaciais poderia Finalmente, entender a emissão altamente energético da matéria na vizinhança desses objetos extremos. “

O enorme poder de impacto gera as chamadas ondas gravitacionais, que, segundo a Agência Espacial Europeia (ESA), são

“flutuações no tecido do espaço-tempo”.

Buracos negros e ondas gravitacionais foram resolvidos pela teoria da relatividade geral de Einstein, que o físico alemão apresentou em 1915.

” A primeira imagem da silhueta escura de um buraco negro, cercada pela luz da matéria em seu ambiente imediato, só foi recentemente tomada pelo telescópio horizonte de eventos e publicada no mês passado. ”

“Quanto às ondas gravitacionais, foi o próprio Einstein quem previu a sua existência a partir de sua teoria, também em 1916, mas demorou mais um século para finalmente observar essas flutuações.”

Uma outra teoria de Einstein, entretanto, foi provada somente alguns anos depois que a relatividade geral emergiu. Em 1919, um eclipse solar total produziu evidências de flexão da luz ou lente gravitacional. A teoria sugere que a luz se curva e se dobra quando passa perto de uma grande fonte de massa ou gravidade, como um planeta ou um buraco negro. Na prática, isto significa que a luz de uma estrela distante, por exemplo, chegará à terra segundo um ângulo a partir do seu ponto de origem. A relatividade geral permanece até hoje a melhor teoria explicando os mecanismos internos do universo.

ESA disse:

“Karl Schwarzschild derivado as equações de buracos negros em 1916, mas eles permaneceram bastante uma curiosidade teórica por várias décadas, até que as observações de raios-X feitas com telescópios espaciais poderia Finalmente, entender a emissão altamente energética da matéria na vizinhança desses objectos extremos. “

A ESA disse:

“no contexto da relatividade geral, qualquer objecto de massa dobra o tecido do espaço-tempo, desviando a trajectória de tudo o que passa nas proximidades, incluindo a luz.”

“Uma visão artística desta distorção, também conhecida como a lente gravitacional, é descrita nesta representação de dois buracos negros que se fundem.”

“Há cem anos, os astrónomos se comprometeram a testar a relatividade geral, observando se sim e até que ponto a massa do Sol desvia a luz das estrelas distantes.”

“Essa experiência só poderia ser realizada obscurantizando a luz do Sol para revelar as estrelas que a cercam, o que é possível durante um eclipse solar total.”

Os astrónomos ainda não observaram directamente uma fusão de buracos negros, mas experimentos como a experiência da ESA LISA esperam detectar ondas gravitacionais em órbita. Outro projecto da ESA, o Observatório de Radiologia Athena, será lançado ao lado de LISA nos anos 2030.

ESA disse:

“Nós não sabemos o que está acontecendo em tal choque cósmico, então essa experiência, assim como o eclipse de 1919 que provou pela primeira vez a teoria de Einstein, revolucionara a nossa compreensão da gravidade e do universo.”

Bem isso é tudo muito bonito mas:

“Einstein nunca acreditou na existência de buracos negros “

Em realidade Albert Einstein estava errado em relação à existência de buracos negros, explica o historiador das ciências e membro do Observatoire de Paris Jean Eisenstaedt.

Digital. Este artigo é extraído da pasta “buracos negros, as chaves do universo ” do mensal Sciences et Avenir n ° 825, publicado em 2015.

Sciences et Avenir: Einstein considerou a existência de possíveis buracos negros?

Jean Eisenstaedt: não, porque os buracos negros foram concebidos no contexto da relatividade geral somente dos anos 1960-1970. Para conseguir isso, dois bloqueios tiveram que ser superados. Primeiro aceitando, contrariamente à opinião que Einstein compartilhou com a maioria dos estudiosos da época, que “o horizonte “, ou seja, a superfície do que é agora chamado de buraco negro, não é considerado singular e impenetrável. Em seguida, que a estrela possa desmoronar através deste horizonte.

Quando é que esses bloqueios foram ultrapassados?

Em 1933, o belga Canona Georges Lemaître — considerado o pai da teoria do Big Bang — demonstrou que esta suposta singularidade não era impenetrável. Seu trabalho foi perseguido, no final dos 1930 anos, no Instituto de estudo avançado de Princeton pelo cosmologista norte-americano Howard Robertson, cujo escritório estava perto do de Einstein. Ele tentou em vão convencê-lo. É precisamente a solução de Lemaître que permitiu ao físico americano Robert Oppenheimer construir um modelo massivo de colapso estelar em 1939. Ele abriu o caminho para o conceito de um buraco negro.

Como Einstein viu esses avanços?

Einstein campa essencialmente em suas posições… Em Outubro 1939, ele desenvolveu no que é, sem dúvida, um artigo muito ruim -que podemos perdoá-lo! — um modelo constituído por partículas que giram em círculos em torno de uma estrela. Sua conclusão é que “a matéria não pode ser arbitrariamente concentrada.” Assim, evitou a hipótese de uma queda radial, correspondendo ao colapso. No entanto, sabíamos então que órbitas circulares só eram possíveis além da “singularidade”… Para ele, o que chamamos de buraco negro não poderia existir. Esta história ilustra a importância de ideias preconcebidas na ciência. Os pesquisadores não estão faltando, porque é necessário ter ideias, mesmo que seja para descartá-las, a seguir e “acreditar”, a fim de avançar.

Na minha opinião, se Einstein achava que os buracos negros não podiam existir, seria necessário um pouco mais de respeito. Em electrostática temos a lei de Coulomb em 1/d ^ 2, como na gravitação, mas com cargas eléctricas positivas e negativas. Por que não haveria “massas negativas ” que seriam empurradas pelas “massas positivas ” originalmente e por isso não poderíamos ver”, muito parecidas com os buracos negros. Infelizmente, não tenho idade ou habilidades para desenvolver uma nova teoria da relatividade nesta suposição. E então eu acho que Einstein deve ter pensado nisso ele mesmo, porque é tão simples, não é?

É certo que o conhecimento científico evoluiu desde que Einstein morreu e que a ciência está progredindo através da refinação de teorias e postulados. Ainda é difícil entender a adequação da relatividade geral e o princípio da incerteza de Heisenberg, o bóson de Higgs, a chamada energia negra, a massa em falta do universo, a eventual massa do Neutron etc… A contribuição de Einstein é fundamental e seus pressupostos têm sido amplamente verificados pela experiência, mas não é o fim do conhecimento, isso é o que faz o encanto da ciência…

A publicação de uma imagem de buraco negro ainda era inimaginável há alguns anos. Muitos pesquisadores do Event Horizon Telescope elogiaram seu pai espiritual, Albert Einstein, cujo trabalho ainda é de actualidade.

“Talvez as observações mostrarão em algum momento que as coisas estão começando a distorcer, mas por enquanto, Einstein estava certo.” pesquisador do prestigiado Instituto alemão Max Planck, Eduardo Ros não ocultava sua emoção ao apresentar a primeira foto jamais feita de um buraco negro, quarta-feira, 10 de Abril, em uma conferência de imprensa simultânea em seis cidades. Nesta ocasião, os cientistas do projecto Event Horizon Telescope não deixam de homenagear o pai da teoria da relatividade geral, cujas equações alteraram permanentemente nossa concepção do universo.

“Esta é a prova definitiva de sua existência”: por que a foto sem precedentes de um buraco negro constitui uma façanha.

“Eu nunca pensei ter a oportunidade de ver tal imagem na minha vida”,

diz Etienne Klein, físico e filósofo no Comissariado para a energia atómica e energias alternativas (CEA). Entusiasticamente, ele decifra o incrível legado de Albert Einstein, um precursor brilhante que não acreditava propriamente na existência dos buracos negros portanto anunciados em suas obras.

Qual é a ligação entre Albert Einstein e os buracos negros?

Etienne Klein: ”

A teoria de Albert Einstein da relatividade geral data de 1915. Um ano depois, o pesquisador usa suas famosas equações para prever a existência de ondas gravitacionais. Um pouco mais tarde, uma das soluções que ele traz para suas equações mostra uma estrutura chamada “buraco negro “. Não era uma solução física, mas uma solução matemática, a fim de responder a paradoxos em cálculos em torno da velocidade da luz”.

As equações de Albert Einstein dão a seguinte solução, no caso de um objecto esférico de muito alta densidade dominado pela gravitação: [por causa de sua grande massa], este vai curvar de uma forma extremamente forte o espaço-tempo em sua vizinhança . A linha reta clássica de um fóton [partícula elementar de luz] emitida por este objecto será grandemente perturbada por esta curvatura. A luz não aparecerá mais emitida por este objecto e o último aparecerá como preto para um observador distante.

Ironicamente, o próprio Albert Einstein não acreditava em buracos negros…

Em 1939, Albert Einstein publicou um artigo na revista americana Annals of Mathematics, onde ele mostrou uma forma de inversão emocional sobre o assunto. Ele explica que um buraco negro estático-sem rotação-levaria a uma excedencia da velocidade da luz para as partículas localizadas fora. Ele conclui que tal fenómeno não pode existir na realidade física. Albert Einstein, portanto, nunca ficou convencido pela existência dos buracos negros. É certo que é bastante clássico na física: por vezes há equações cujas soluções não correspondem às realidades físicas.

Mas por que Albert Einstein não acreditava ele mesmo nesses buracos negros? Isso pode envolver um pouco de subjectividade. No final, eu não sei nada.

Finalmente, esta imagem ainda é consistente com esta “solução matemática” imaginada mais de um século atrás?

Em primeiro lugar, deve-se lembrar que esta não é uma imagem directa, mas que foi obtida por interferometria [vários feixes de luz são combinados antes do processamento do computador dos dados colectados]. O buraco negro produz efeitos sobre a trajectória das estrelas. Os cientistas, portanto, colectaram esta luz para identificar, por contraste, o buraco negro. Esta imagem, que não é muito clara, confirma as previsões de Albert Einstein sobre buracos negros. No passado, alguns já haviam simulado a forma desses objectos a partir das equações da teoria da relatividade geral. Eu penso por exemplo no trabalho de Jean-Pierre Luminet em 1979, que tinha colocado à mão em um gráfico todos os pontos obtidos. Já era um pouco a mesma forma, uma vez que esse tipo de aparente assimetria é confirmado na imagem disseminada pelo projecto EHT.

Esta nova imagem valida totalmente as equações de Einstein?

Para descobrir, medidas mais precisas devem ser tomadas sobre como o buraco negro interage com o material circundante. Isto exige que os telescópios refinem ainda mais a imagem dos efeitos produzidos nos jatos da matéria ou da luz. Agora, vamos ter que verificar que a curvatura do espaço-tempo, inferido a partir da medição dos raios de luz que vêm para nós, está bem em consonância com as previsões de Albert Einstein. Conhecemos a massa do buraco negro e conhecemos a distância. Por outro lado, não se sabe a sua velocidade de rotação, e a estrutura métrica de um buraco negro depende da sua velocidade de rotação. Esta não é a primeira vez que uma observação em grande escala confirma os cálculos de Albert Einstein, uma vez que ele também previu as ondas gravitacionais, detectadas em 2015…

Albert Einstein oscilou um pouco sobre o assunto. Ele prevê a sua existência em um primeiro artigo de 1915, volta um pouco a trás, mas finalmente redigiu vários outros artigos. Estes são fenómenos que causam variações extremamente pequenas em comprimentos de onda. Ao contrário dos buracos negros, Einstein acreditava em sua existência, mas ele estava convencido de que eles nunca poderiam ser detectados.

Que de caminho percorrido…

Seria realmente interessante ter a reacção de Albert Einstein após a difusão desta imagem, assim como teria sido interessante ter sua reacção após a primeira detecção de ondas gravitacionais. Lembro-me também que as ondas observadas na época eram precisamente o resultado da fusão de dois buracos negros, que provaram as duas coisas ao mesmo tempo!

Você ainda está em admiração por Albert Einstein hoje?

É uma situação que eu não consigo entender e que é muito real. As previsões das equações de Albert Einstein são sempre absolutamente consistentes com detecções quando descrevemos fenómenos dominados pela gravitação (mecânica celestial no sistema solar, buracos negros, ondas gravitacionais…). Melhor, essas equações até permitiram prever a existência de novos tipos de objectos físicos.

A teoria da relatividade geral, no entanto, não permite explicar tudo…

As equações de Albert Einstein descrevem a gravitação, mas há outras forças no universo – electromagnética ou nuclear, por exemplo. Estas são descritas na física pela mecânica quântica. Mas o espaço-tempo usado pela mecânica quântica não é de todo o mesmo que o da relatividade geral. O espaço-tempo da física quântica é estático e rígido; Não é afectado pelos fenómenos que acontecem dentro dela. O espaço-tempo da relatividade geral, por outro lado, é em si um objecto físico deformado pelo que ele contém.

Em resumo, temos duas física com dois espaços de tempo diferentes. Essa contradição, normalmente, deve ser percebida quando se observa certos fenómenos. No entanto, a observação dos fenómenos quânticos é uma confirmação constante da física quantizada – o último caso espectacular é o bóson de Higgs em 2012. A mesma coisa no campo da relatividade geral. Estamos numa física de dois pilares que não são compatíveis. Por quanto tempo? Mistério.

Poderia o estudo dos buracos negros, na verdade, permitir a construção de uma ponte entre esses dois físicos?

Quando se percebe um casamento entre a física quântica e a relatividade geral nas fronteiras de um buraco negro, os cálculos de Stephen Hawking mostram que deve haver uma evaporação do buraco negro mais rápida sendo que o buraco negro seja menos massivo. Neste caso, é um buraco negro que atinge vários biliões de massas solares, cuja vida é quase infinita. Nunca o veremos evaporado. No entanto, pode haver o início de outra astronomia através da observação de outros pequenos buracos negros. Nesse momento, poderemos ver fenómenos quânticos se curvando na borda de um objecto de outra forma dominado pela gravitação.

Esgotámos o tesouro das equações de Albert Einstein?

Um problema permanece e pode ameaçá-los: que é a matéria escura. Vamos tomar a dinâmica das galáxias-a maneira como elas se transformam em si mesmos e se movem em relação uns aos outros. As equações de Albert Einstein descrevem perfeitamente todas estas situações, em uma condição: deve-se supor que estes objectos são realmente dez vezes mais maciços do que sua massa hoje calculada pela luz emitida. Para Albert Einstein estar certo, a massa real desses objectos teria que ser muito mais importante do que essa massa visível.

Será que ele cometeu um erro? Como vamos sair deste impasse?

Quando há uma contradição entre uma teoria física, neste caso a relatividade geral, e a observação, há duas soluções possíveis. O primeiro é “ontológico”: diremos que há coisas nunca antes vistas, cuja existência restauraria o acordo entre a teoria e a observação. Aqui, muitos cientistas, portanto, assumem a existência de uma questão de natureza desconhecida, chamada “matéria escura”, que constituiria a massa ausente [para respeitar a teoria da relatividade geral]. Se acreditarmos nesta matéria escura, é porque confiamos nas equações de Albert Einstein. Pesquisas estão sendo realizadas para descobrir do que esta matéria é feita, especialmente no CERN, mas eles ainda não conseguiram. Inversamente, as equações poderiam talvez ser modificadas para dar conta do movimento de galáxias sem invocar a existência de um material adicional. Esta é a segunda solução, “legislativa”: mudamos a teoria. As pessoas trabalham em ambos os sectores, mas são mais susceptíveis de estarem no primeiro caso. Quem vai ganhar? Será até à natureza decidir.

Então você está feliz em subscrever a homenagem de Einstein pelos cientistas do projecto telescópio horizonte de eventos?

Estamos falando de um físico que escreveu equações cujas soluções continham formas – os buracos negros – as quais ele não acreditava em si mesmo, apesar de existirem. Esta homenagem é plenamente justificada. Alguns críticos podem argumentar que a relatividade limitada de 1905 estava no ar do tempo, mas a relatividade geral era uma teoria que não tinha necessidade no tempo de Albert Einstein. Se ele não tivesse essa ambição elegante na maneira de entender a gravitação, talvez ainda não tivéssemos essa teoria.

Fontes e referências:

Express.co.uk,

-Nouvelordremondial.cc,

Sciences et Avenir,

France Info

Tradução Mistérios da mente humana
21 de maio de 2019