Astronomia

A radiação pode afetar a gravidade?

A radiação pode afetar a gravidade?



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Eu queria saber se a radiação do sol afeta a gravidade quando passa pelo espaço? Como a radiação pode fortalecer ou enfraquecer a força da gravidade?


A radiação tem energia e a energia exerce gravidade. Você poderia dizer que "fortalece a força da gravidade" (definitivamente não enfraquecer ), mas seria mais apropriado dizer que contribui para o campo gravitacional total.

O efeito é imensamente pequeno, porém, e em quase todas as circunstâncias completamente insignificante em comparação com a gravidade de outras formas de massa / energia. Mas a maior parte da radiação no Universo é a chamada radiação cósmica de fundo e, como essa radiação é gradualmente desviada para o vermelho com o tempo, costumava ser mais energética e, portanto, exercer mais gravidade. É bastante fácil calcular que, até que o Universo tivesse cerca de 50.000 anos, a radiação realmente dominava o campo gravitacional.

Prólogo:

Como Zephyr aponta abaixo, o termo "exercer gravidade" não é realmente a maneira correta de descrever a gravidade. Na relatividade geral, os objetos são assumidos seguir linhas retas no espaço, a menos que uma força (por exemplo, eletromagnética) atue sobre eles. o que nós interpretar como "gravidade" é o desvio do que nós pense é "direto para a frente", causado por uma mudança geométrica no espaço (e tempo) - e, portanto, nas regras matemáticas que usamos para calcular, por exemplo, como as linhas paralelas se comportam, quantos graus existem em um triângulo, etc - em torno de um objeto massivo. A deformação do espaço é dada pelas equações do campo de Einstein, nas quais surge o chamado tensor tensão-energia. Este é um objeto matemático que consiste em 16 números, dos quais 1 número (o "$ T ^ {00} $ 'ésimo componente") mantém a densidade de energia de tudo, ou seja, radiação, matéria escura, energia escura, estrelas, planetas, bicicletas e - em particular - sua mãe.


Evolução Estelar

Em um estrela da sequência principal, com uma massa semelhante à do sol, a pressão de radiação que vem das reações nucleares em seu núcleo equilibra a imensa gravidade da massa total das estrelas.

Ao longo de sua vida, conforme ela se transforma em uma gigante vermelha, essas mesmas forças a mantêm unida, mas quando ela se reduz a uma anã branca e não faz mais a fusão, forças diferentes estão em ação.

O anã branca é o núcleo da antiga estrela e agora é uma estrutura cristalizada de oxigênio e carbono, densamente embalada com elétrons.

Enquanto antes os elétrons eram livres para se mover, agora eles estão restritos em seu movimento. A forte gravidade significa que os elétrons são mais compactos. Isso é chamado de pressão de degeneração de elétrons e mantém a anã branca estável.

O astrofísico Subrahmanyan Chandrasekhar percebeu que quanto maior a massa de uma anã branca, mais densa ela se torna e, portanto, menor é. Uma anã branca não pode ter mais do que 1,4 massas solares. Isso é chamado de Limite de Chandrasekhar.

Se a pressão não puder mais manter a gravidade após este ponto, ela se tornará uma estrela de nêutrons.

Em um Estrêla de Neutróns elétrons e prótons se combinam para formar nêutrons. A pressão de nêutrons mantém a imensa força gravitacional equilibrada.

Uma estrela supergigante que queimou seus elementos desenvolve um núcleo de ferro no ponto em que a pressão de radiação que mantém a força gravitacional no local colapsa. A gravidade consome o núcleo e colapsa, deixando um buraco negro.


A radiação pode afetar a gravidade? - Astronomia

Exploramos até que ponto modelos algébricos simples podem ser usados ​​para descrever regiões H II quando ventos, pressão de radiação, gravidade e fuga de fótons são incluídos. Nós (a) desenvolvemos modelos algébricos para descrever a expansão de regiões H II fotoionizadas sob a influência da gravidade e acreção em campos de densidade de lei de potência com ρ ∝ r-w, (b) determinamos quando os termos descrevem ventos, pressão de radiação, gravidade, e a quebra de fótons torna-se significativa o suficiente para afetar a dinâmica da região H II onde w = 2, e (c) resolver essas expressões para um conjunto de condições motivadas fisicamente. Descobrimos que o feedback de fotoionização de estrelas massivas é o principal modo de feedback em escalas de nuvens moleculares, conduzindo fluxos acelerados de nuvens moleculares em casos onde a estrutura de densidade de pico em torno de estrelas massivas jovens é considerada em raios entre ± 0,1 e 10-100 pc. Sob uma ampla gama de condições, o efeito dos ventos e da radiação na dinâmica das regiões H II é de cerca de 10 por cento da contribuição da fotoionização. O efeito dos ventos e da pressão da radiação é mais importante em altas densidades, seja perto da estrela ou em nuvens muito densas, como as da Zona Molecular Central da Via Láctea. Até ± 0,1 pc, eles são os principais condutores da região H II. Metalizações menores tornam o efeito relativo da fotoionização ainda mais forte, pois a temperatura do gás ionizado é mais alta.


O que acontece com o corpo de um astronauta no espaço

Narrador: Em 2016, o astronauta Scott Kelly voltou à Terra depois de quase um ano na Estação Espacial Internacional. Mas quando ele voltou, ele estava 5 centímetros mais alto. Então, o que exatamente aconteceu lá e o que isso significa para o futuro das viagens espaciais?

Narrador: Se você está planejando uma viagem para a Estação Espacial Internacional, esteja preparado para se sentir leve. A estação orbita o planeta a cada 90 minutos, movendo-se a mais de 17.000 milhas por hora. Isso é 30 vezes mais rápido do que um avião a jato comercial. Como resultado, os astronautas a bordo vivem em constante estado de queda livre ou ausência de peso.

Garrett Reisman: Estar lá na microgravidade é incrível. É, tipo, a coisa mais legal, porque é como se você tivesse o poder de voar.

Narrador: Esse é Garrett Reisman, um ex-astronauta da NASA que registrou 107 dias no espaço. Existem alguns efeitos colaterais imediatos, diz ele, quando você experimenta a microgravidade pela primeira vez.

Reisman: Então, a primeira coisa que você realmente sente é um pouco enjoado. Você não se sente muito bem nos primeiros dias. É como estar enjoado de ar ou de mar. Chamamos isso de doença da adaptação ao espaço. Seu sistema vestibular, seus órgãos que fornecem informações ao cérebro sobre sua rotação e aceleração, não funcionam muito bem sem estarem na gravidade.

Narrador: Sem a gravidade trabalhando em seu corpo, seus ossos e músculos também começam a se decompor. Na verdade, a densidade óssea cai mais de 1% ao mês. Em comparação, a taxa de perda óssea para homens e mulheres idosos é de cerca de 1% a 1,5% ao ano. E, como não é preciso muito esforço para flutuar no espaço, seus músculos perdem força e resistência muito rapidamente.

Reisman: Você tem que malhar todos os dias. Então, eles agendaram duas horas por dia praticamente todos os dias, enquanto eu estava na estação espacial para malhar. O que descobrimos foi que, se você fizer exercícios de resistência suficientes, poderá interromper os efeitos da perda óssea e da atrofia muscular.

Narrador: Sem a gravidade puxando-os para baixo, os fluidos se acumulam no corpo, levando-o a pensar que está carregando muita água. Como resultado, os astronautas precisam fazer xixi. muito. Isso facilita a desidratação e o desenvolvimento de cálculos renais.

Reisman: Então, você tem uma mudança em seu fluido. Muito do volume de sangue que normalmente desce em suas pernas acaba aqui, e seu peito meio que incha e seu rosto incha, e você pode ver. Se você olhar as fotos nossas na estação espacial, parece que engordamos ou algo assim e estamos todos inchados.

Narrador: O inchaço na parte superior do corpo também exerce pressão sobre os olhos, o que pode causar problemas de visão.

Reisman: Muitos de nós, inclusive eu, mudamos nossa visão enquanto estávamos no espaço. Você começa, estava tudo bem, e de repente as coisas ficam embaçadas. Pudemos ver os efeitos disso. Pudemos ver inchaço no nervo óptico, podíamos ver dobras na córnea, mas ainda não temos 100% de certeza do que está causando isso e como pará-lo.

Narrador: Com todos os desafios das viagens espaciais, um benefício é que você realmente fica mais alto.

Reisman: Então, sim, você fica mais alto quando vai para o espaço. Essa é a razão pela qual me inscrevi para este trabalho. Sua coluna está sendo comprimida pela gravidade. Então, quando você vai para o ambiente de microgravidade e não tem mais nenhum tipo de carga compressiva na coluna, ela se estica. Eu cresci cerca de um centímetro.

Astronauta: Woo-hoo!

Narrador: Sem a ação da gravidade contra ela, o coração não precisa trabalhar tanto para bombear o sangue por todo o corpo. Com o tempo, isso pode fazer com que o coração realmente diminua de tamanho.

Reisman: Há um efeito sobre o sistema cardiovascular em estar no espaço. Portanto, você obtém uma capacidade aeróbica reduzida. Você pode estar em ótima forma e, depois de ficar no espaço por alguns dias, pode subir na esteira e pode dizer: "Cara, eu não devo ter ido à academia."

Narrador: O sistema imunológico também é atingido. Os pesquisadores descobriram que a falta de gravidade enfraquece as funções das células T, que desempenham um papel crucial no combate a doenças.

Narrador: Outra preocupação é a radiação cósmica. Os astronautas da estação são expostos a mais de 10 vezes a quantidade de radiação que recebemos na Terra.

Reisman: A algumas centenas de quilômetros, estamos bem acima da atmosfera, mas ainda estamos bem abaixo do campo magnético da Terra. Mas ainda temos uma grande proteção desse campo magnético. Na verdade, você poderia dizer, porque quando você fecha os olhos, vê pequenos relâmpagos, e isso é na verdade o resultado de parte da radiação atingindo seus globos oculares e liberando fótons.

Narrador: A blindagem artificial da ISS protege apenas parcialmente os astronautas da forte radiação, deixando-os mais suscetíveis ao câncer e outras doenças mais tarde na vida.

Narrador: Finalmente, os astronautas também devem ser capazes de lidar com os desafios psicológicos de confinamento e isolamento.

Reisman: Então, há um aspecto psicológico em estar no espaço, tanto pelo fato de você estar isolado do resto da humanidade, era muito estranho estar olhando pela janela para bilhões de pessoas lá embaixo que não tinham como chegar para mim. Quando eu estava lá, eu só tinha dois companheiros de tripulação por vez na estação espacial, então se você não se dá bem com alguém, isso pode ser ruim, porque você não tem muitas opções lá para fazer novos amigos.

Narrador: E, sem um ciclo de sono de 24 horas, o ritmo circadiano do astronauta é prejudicado, o que pode causar mais estresse e levar a distúrbios do sono.

Reisman: Você está levando o jet lag a um outro extremo. Bem, o estranho é que você dá a volta no planeta uma vez a cada hora e meia. Portanto, a cada 45 minutos, o sol está nascendo ou se pondo. Então você não pode, tipo, dizer que horas são olhando pela janela.

Narrador: Então, o que tudo isso significa para o futuro das viagens espaciais? Bem, uma viagem a Marte exporia os astronautas a ainda mais perigos do que os da Estação Espacial Internacional. Eles enfrentariam níveis mais altos de radiação, campos de gravidade variáveis ​​e tempos de viagem mais longos, o que aumentaria todos os efeitos negativos do espaço sobre o corpo e a mente humanos.

Reisman: Acho que o maior problema com o qual temos de lidar é a radiação. Não sabemos exatamente o que essa radiação exata faz aos seres humanos. Mas o que fazem os raios gama ou os íons pesados, o que eles fazem no tecido humano? Nós realmente não sabemos.

Narrador: No momento, a NASA e outras organizações de pesquisa estão trabalhando para desenvolver uma tecnologia melhor que proteja os astronautas contra esses perigos, então talvez um dia os humanos possam chegar a Marte.

NOTA DO EDITOR: Este vídeo foi publicado originalmente em setembro de 2019.


Respostas e Respostas

Não há razão para nenhuma lei física fundamental.
Eu ficaria preocupado se houvesse 10 ou mais conjuntos de leis da gravidade. Elas não podem ser todas verdadeiras, a menos que sejam apenas maneiras diferentes de escrever as mesmas leis.

As próprias leis? De jeito nenhum.
Gravidade? Mova as massas.

Ainda em 2012 não há razão para a gravidade (que posso encontrar online) e apenas algumas leis da gravidade (Newton, Einstein). Não sou um cientista e não afirmo que sei muito sobre Física, mas sei o básico e quero que as pessoas ponham o básico de lado e pensem fora do quadrado sobre esta questão. & quothow podemos efetuá-lo na terra & quot

Outra questão é se objetos & quotlargar & quot com atribuição de massa causam gravidade no / no espaço-tempo (malha), há um mínimo e um máximo para os efeitos da gravidade e por que se colocamos algo no espaço (como uma nave espacial) isso faz não cria nenhuma gravidade própria? ou não? Eu acho que se você colocar algo no nada, isso criaria algo (mesmo que seja muito pequeno), já que cada ação tem uma reação.

Mais uma vez, não sou um cientista, então seja gentil e não responda dizendo que ainda não sabemos, fatos ou suas idéias serão uma boa resposta.

Não "colocamos o básico de lado e pensamos fora da caixa" aqui no PF. Verifique seus PMs e releia o link Regras no topo da página. O tópico está bloqueado.


Chandra detecta a primeira evidência possível do efeito da gravidade na radiação da estrela de nêutrons

Com o Chandra X-ray Observatory da NASA, os astrônomos detectaram características que podem ser a primeira evidência direta do efeito da gravidade na radiação de uma estrela de nêutrons. Esta descoberta, se confirmada, pode permitir aos cientistas medir o campo gravitacional das estrelas de nêutrons e determinar se elas contêm formas exóticas de matéria não vistas na Terra.

Uma equipe liderada por George Pavlov da Penn State University em University Park observou 1E 1207.4-5209, uma estrela de nêutrons no centro de um remanescente de supernova a cerca de 7.000 anos-luz da Terra. Os resultados foram apresentados em 6 de junho de 2002, na American Astronomical Society em Albuquerque, N.M.

O grupo de Pavlov encontrou duas quedas, ou características de absorção, no espectro de raios-X da estrela. Se essas quedas são devido à absorção de raios X perto da estrela por íons de hélio em um campo magnético forte, eles indicam que o campo gravitacional reduz as energias dos raios X que escapam de perto da superfície de uma estrela de nêutrons.

"Esta interpretação é consistente com os dados", disse Pavlov, "mas os recursos podem ser uma mistura de muitos outros recursos. São necessárias medições mais precisas, de preferência com o espectrômetro de grade do Chandra."

"Essas características de absorção podem ser a primeira evidência do efeito da gravidade na radiação perto da superfície de uma estrela de nêutrons isolada", disse Pavlov. "Isso é particularmente importante porque nos permitiria estabelecer limites para o tipo de matéria que compõe essa estrela."

Estrelas de nêutrons são formadas quando uma estrela massiva fica sem combustível e seu núcleo entra em colapso. Uma explosão de supernova ocorre e o núcleo colapsado é comprimido a um objeto quente com cerca de 12 milhas de diâmetro, com uma fina atmosfera de hidrogênio e possivelmente íons mais pesados ​​em um campo gravitacional 100 bilhões de vezes mais forte que o da Terra.

Esses objetos, que têm uma densidade de mais de 1 bilhão de toneladas por colher de chá, são chamados de estrelas de nêutrons porque se pensa que são compostos principalmente de nêutrons. Embora as estrelas de nêutrons tenham sido estudadas extensivamente por mais de três décadas, sua natureza exata ainda é desconhecida.

"Não temos certeza se as estrelas de nêutrons são compostas de nêutrons", disse Divas Sanwal, também da Penn State, e principal autor de um artigo que descreve os resultados da equipe. "Eles podem ser amplamente compostos de partículas subatômicas chamadas píons ou kaons, ou mesmo quarks livres."

Uma chave para estreitar o leque de possibilidades é medir a força da gravidade na superfície de uma estrela de nêutrons, observando seu efeito nos raios X muito perto da superfície da estrela. De acordo com a teoria da Relatividade Geral de Einstein, a atração de fótons pelo campo gravitacional de uma estrela resulta em uma energia mais baixa do fóton (comprimento de onda de radiação mais longo) quando detectado por um observador distante. A medição desse desvio para o vermelho gravitacional relaciona a massa ao raio da estrela e testará as teorias para as várias formas possíveis de matéria densa.

A equipe, que também inclui Slava Zavlin do Instituto Max Plank de Física Extraterrestre, Alemanha, e Marcus Teter, do Estado da Pensilvânia, considerou várias explicações possíveis para as características de absorção observadas em 1E 1207. A força e a energia de raios X das características o tornam improvável que sejam devido a material interestelar interveniente ou absorção devido a elétrons ou íons circulando em um forte campo magnético. A hipótese mais provável, eles concluem, é que as características são devidas à absorção por íons de hélio em um campo magnético cerca de cem trilhões de vezes mais intenso do que o campo magnético da Terra. Neste caso, o desvio para o vermelho gravitacional reduz a energia dos raios X em 17 por cento.

Pavlov e seus colegas observaram 1E 1027 com o Espectrômetro Avançado de Imagens CCD da Chandra em 6 de janeiro de 2000 e novamente em 5 de janeiro de 2002, cada vez por aproximadamente 30.000 segundos.

O instrumento ACIS foi construído para a NASA pela Penn State e pelo Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, sob a liderança de Gordon Garmire, da Penn State. O Marshall Space Flight Center da NASA, Huntsville, Alabama, gerencia o programa Chandra para o Office of Space Science, Washington, D.C. TRW, Inc., Redondo Beach, Califórnia, é o principal contratante da espaçonave. O Chandra X-ray Center do Smithsonian controla a ciência e as operações de voo de Cambridge.

As imagens associadas a este lançamento estão disponíveis na World Wide Web em:


Especiação marciana

Solomon explicou que novas espécies evoluem mais comumente quando uma barreira impede uma população de acasalar, como em um arquipélago insular, então espécies em ilhas Galápagos separadas evoluem ao longo de linhas separadas. Com a humanidade moderna, é claro, a tendência está indo na direção oposta, à medida que as pessoas se movem ao redor do planeta em uma velocidade sem precedentes na história humana. “Portanto, no planeta Terra seria necessária uma grande mudança para nos imaginarmos com populações isoladas por tempo suficiente para termos espécies distintas”, disse ele.

O abismo entre a Terra e Marte poderia representar essa barreira, se a colônia marciana fosse autossustentável e persistente. Por meio da seleção natural, os humanos e quaisquer organismos que eles tragam consigo, como as plantas, podem evoluir e se adaptar ao ambiente hostil e à baixa gravidade de Marte, que é apenas um terço da gravidade da Terra.

Leitura Adicional

Sem magnetosfera, Marte é bombardeado por um aumento da taxa de radiação, o que também favorece a especiação. A radiação ionizante causa mutação nos genes, o que forneceria uma fonte de novas variações genéticas. Isso pode acelerar o processo de adaptação. O lado negativo, disse Solomon, é que a radiação mais alta pode simplesmente matar pessoas. Ou pode fazer com que os colonos se amontoem perpetuamente em pequenos habitats e trajes espaciais, levando uma existência semelhante à de Morlock e enfrentando um destino evolucionário semelhante.

Em última análise, ainda pode levar muito tempo para que ocorra a especiação. O único ponto de dados sólidos que temos na Terra é a colonização das Américas, que foi colonizada por ondas de pessoas que se deslocaram pelo Estreito de Bering por volta do fim da última era do gelo. Essas populações foram então isoladas do resto do mundo por cerca de 10.000 anos. Quando os europeus chegaram, encontraram uma população distinta de nativos americanos, disse Solomon, mas certamente não uma espécie diferente. Isso sugeriria que, em um planeta com atmosfera e gravidade semelhantes à da Terra, uma população humana levaria mais de 10.000 anos para se especiar. Marte não é esse planeta, é claro.

Outro fator a ser considerado enquanto os humanos contemplam a colonização de outros mundos, disse Solomon, é o "efeito fundador", que significa simplesmente que quando um pequeno número de pessoas estabelece uma nova população a partir de uma população maior, os genes dos fundadores terão uma enorme influência sobre essa população avançando. Isso ocorreu com os pequenos bandos de humanos que se espalharam da África.

“Estou pensando em como pode ser o destino de nossa espécie a longo prazo”, disse Solomon. “Ao selecionar colonos, não acredito que devamos tentar selecionar quais atributos queremos em uma nova espécie de humanos. Mas é interessante pensar que se você pegasse apenas pessoas de certas populações, ou tentasse incluir uma diversidade de toda a humanidade, como esses resultados seriam muito diferentes para o potencial do que pode se tornar uma nova espécie de humanos. ”


Qual é o efeito da radiação no chumbo?

Eu ouvi sobre o radithor hoje, basicamente uma bebida dos 20 & # x27s que era para curar todos os seus males. Ele continha rádio 226 e rádio 228.

Uma pessoa morreu por ingestão de muito. Eles foram enterrados em um caixão forrado de chumbo. Exumado nos anos 50, ele ainda estava radioativo e provavelmente foi recolocado no caixão forrado de chumbo.

Minha pergunta é: o que acontecerá com o interior do caixão e especificamente com o chumbo. As partículas serão dissipadas no chumbo como calor? O chumbo desaparecerá lentamente até o nada?

Nada acontecerá com o chumbo da radiação. O chumbo se dissipará ao longo de milhares de anos em óxido de chumbo, mas não por causa da radiação. A radiação se dissipará com o passar dos anos, assim como o rádio se transmuta em gás radônio e depois em gás xenônio.

A radiação se dissipará com o passar dos anos, assim como o rádio se transmuta em gás rádon e depois em gás xenônio.

O rádio se decompõe em radônio, que decai em algumas etapas intermediárias para liderar. Nenhum xenônio envolvido (que é muito mais leve).

Um ponto de esclarecimento - a frequência com que ocorrem os decaimentos radioativos irá diminuir gradualmente, à medida que todos os átomos de rádio radioativos decaem para chumbo. Cada evento radioativo real dura apenas um breve momento, já que a energia ou partícula está se movendo muito rápido e transfere sua energia para os átomos com os quais colidiu quase que instantaneamente. Os átomos que colidem às vezes emitem raios-X conforme recuam das colisões, mas você está certo em pensar que a energia dos decaimentos será no final das contas calor (às vezes os níveis de radioatividade são dados em watts, correspondendo ao calor que eles gerar).

Quando cada átomo de rádio decai, ele se torna brevemente um átomo de radônio eletricamente carregado, que é um gás e flutuará onde quer que os gases estejam livres para se mover no caixão. Esse gás tem meia-vida de 4 dias, no caso do radônio-222, em que o rádio-226 se decompõe.

Todas as etapas na cadeia de decaimento depois disso são sólidas, então cada átomo de rádio irá, em algum ponto, decair e cair do ar, muitas vezes ligado a uma partícula de poeira, e você acabará com todo o rádio se transformando em gás, flutuou e se distribuiu uniformemente no interior do caixão como poeira.

O rádio-226 e o ​​rádio-228 seguem cadeias semelhantes, mas o tipo (isótopo) de gás radônio em que o rádio-228 se transforma (radônio-220) tem meia-vida de apenas um minuto, então teria menos tempo para flutuar antes de se tornar um sólido novamente.

Edit: gás radônio vazando do solo de pequenos pedaços de tório e urânio na sujeira pode entrar em porões ou se acumular em espaços rastejantes. O radônio no ar interno é a principal fonte de radiação para a maioria das pessoas.

Alfa, beta e gama radioativos podem ser interrompidos por uma pequena quantidade de sólidos como sujeira, então provavelmente a parte principal de proteger o ambiente da dose radioativa no caso deste caixão é torná-lo hermético, em vez de fazer com que suas paredes sejam absorvidas todas as partículas radioativas. Isso impediria que o radônio vazasse e se movesse para a superfície.


Maggie Aderin-Pocock, cientista espacial e locutor

Eu amo o método científico: fazer uma pergunta, fazer alguma pesquisa, criar uma teoria, reunir dados / experimentos para testar a teoria, tirar conclusões e compartilhar os resultados. Cem anos atrás, Einstein apresentou uma teoria que descreve as interações gravitacionais chamada relatividade geral. Ele previu uma série de fenômenos, mas o que ainda se destacou foi a detecção de ondas gravitacionais, ondulações na curvatura do espaço-tempo. O experimento Bicep2 parece ter encontrado uma impressão das ondas gravitacionais primordiais criadas nos primórdios do universo.

O fato de essas ondas terem sido encontradas poderia levar à verificação de outra teoria produzida por Alan Guth em 1980. Essa teoria previa a rápida expansão do universo primitivo, denominada "inflação cósmica", um pouco de fudge para explicar os primeiros eventos após o Big Bang. Uma das previsões da teoria era a geração de ondas gravitacionais, com assinatura distinta. Parece que o Bicep2 pode ter encontrado os ecos dessas ondas.

Enquanto se aguarda a verificação independente, se esses resultados forem considerados corretos, o trabalho em cosmologia continua em ritmo acelerado. Convergir em uma grande teoria unificada de tudo ainda é o Santo Graal, onde podemos entender a interação do universo na escala subatômica da mecânica quântica, bem como as interações gravitacionais que acontecem em uma escala cósmica, tudo em uma estrutura comum.


Ep 102: Gravidade

Você parece gostar de uma boa série, então aqui está uma nova em que estivemos pensando. Ao longo das próximas 4 semanas, iremos cobrir cada uma das forças básicas do Universo. E esta semana, vamos começar com a gravidade, a força com a qual você está mais familiarizado. A gravidade acontece quando as massas se atraem e podemos calcular seu efeito com uma precisão primorosa. Mas você pode se surpreender em saber que os cientistas não têm ideia de por que a gravidade acontece.

Mostrar notas

Uma história de nossa compreensão da gravidade:

Informações gerais sobre gravidade

Faça isso em casa: experimentos sobre a gravidade


Artigos que discutem experimentos de gravidade

Transcrição: Gravidade

Fraser Cain: Vamos continuar com o show então. Todos parecem gostar de nossa série, nosso passeio pelo Sistema Solar, nossas informações sobre Marte. Temos uma nova série para você. Acho que as pessoas ficam se perguntando quando vamos ficar sem tópicos. Bem, aqui está.

Vamos lidar com todas as forças do Universo e esta semana vamos lidar com a gravidade. Ainda não cobrimos esse show e aqui estão mais de cem shows. Vamos começar com a gravidade, que é uma força com a qual você está mais familiarizado. Sabemos que a gravidade acontece quando as massas se atraem e podemos calcular seu efeito com extrema precisão.

No entanto, você pode se surpreender ao saber que os cientistas não têm idéia de por que a gravidade acontece. Pamela, vamos voltar e imaginar que você está em sua classe e você estará apresentando a gravidade para as pessoas. Onde você normalmente começa?

Dra. Pamela Gay: Eu geralmente deixo cair algo alto porque isso chama a atenção deles. Mas não vou fazer isso com nossos ouvintes de pod cast porque [Risos] isso pode ser cruel com seus tímpanos se eles estiverem usando fones de ouvido.

Fraser: Preston, resista ao impulso de fazer um barulho alto. [Risos] Ele é nosso Editor. OK.

Pamela: A maneira que mais temos consciência da gravidade é que as coisas caem. Nós caímos. Nós caímos em cima, em baixo e você sempre cai em direção ao centro da Terra. Chaves caem, livros caem e eu caí dos cavalos. Cair é uma dessas coisas que as pessoas têm consciência desde que se levantaram.

A questão é por quê? Por que sempre caio em direção ao solo e não em direção ao céu? Por que é que as pessoas no Pólo Norte e no Pólo Sul permanecem aderidas à superfície do planeta e não voam para o Espaço Sideral?

Fraser: Você pode imaginar que a gravidade é uma força tão onipresente que os povos antigos quase nem pensavam nisso. Você sabe? Também é tipo: por que, quando respiro, há ar em meus pulmões?

É & # 8217s porque a gravidade está segurando a atmosfera ao lado do planeta. Mas não é algo que você consideraria. Então, quando as pessoas começaram a perceber que algo estava acontecendo?

Pamela: Freqüentemente, era tratada como uma questão filosófica. Por que descer e não subir? Por que não vamos para o céu? Isso se tornou ainda mais preocupante quando descobrimos que o planeta é redondo.

Galileu fez nossas primeiras investigações científicas sobre a gravidade. Todo mundo já ouviu as histórias de Galileu largando coisas da Torre Inclinada de Pisa. Ninguém sabe se isso realmente aconteceu. Se aconteceu, ele certamente não o documentou. Galileu foi uma dessas pessoas que documentou tudo.

Mas, o que ele fez foi rolar as bolas pelas ladeiras, o que não parece tão empolgante, mas antes das investigações de Galileu e # 8217 tínhamos Aristóteles e # 8217 governando os dias, dizendo que os objetos iniciados sempre param. Tudo pára.

Era assim que víamos o Universo, porque o atrito faz com que tudo no planeta Terra pare de maneira geral. Mas Galileu, por meio de investigações muito cuidadosas, percebeu que objetos de diferentes massas, formas e tamanhos só caem de forma diferente como resultado de como eles interagem com o ar.

Ele percebeu que se você tiver um objeto se movendo em uma superfície lisa o suficiente e descer uma inclinação, ele subiria exatamente na mesma altura do outro lado. Ele conseguiu começar dizendo, gravidade é essa coisa que está fazendo a bola descer a ladeira e subir pelo outro lado.

Fraser: Agora, pelo que me lembro, Galileu usou rampas como uma forma de desacelerar todo o processo. Isso era impossível de medir se você apenas soltasse as coisas, mas se você colocasse as coisas em inclinações muito inclinadas, havia uma maneira de ele realmente começar a medir quanto tempo as coisas estavam levando para cair.

Pamela: Ele estava realmente usando relógios de água. Esta foi uma maneira muito legal de dizer basicamente se você tem um balde cheio de água com um pequeno orifício e há uma área de superfície grande o suficiente para esse balde - porque a área de superfície desempenha um papel na forma como os fluidos fluem & # 8211 e é um período de tempo curto o suficiente, então você abre a ponta do balde e deixa a água começar a cair no equivalente Galileu de um cilindro graduado. Você mede o volume de água que sai enquanto a bola rola ladeira abaixo.

É um substituto para medir o tempo. Se você presumir que uma gota de água cai por segundo e você pode calcular o volume de uma gota de água, o volume se torna uma medida de tempo. Ele foi capaz de descobrir essa medida de aceleração de como as bolas caem. Eles têm essa velocidade para o primeiro segundo, essa velocidade muito maior para o segundo e uma velocidade ainda maior para o terceiro segundo.

Ele foi capaz de descobrir tudo isso relacionado ao ângulo de inclinação, todos os tipos de matemática muito legal. Ele fez tudo isso usando um relógio de água que basicamente ligou e parou ligando e parando a água.

Fraser: E assim a conclusão a que Galileu chegou foi que a força da gravidade é a aceleração. Acho que as pessoas sempre entenderam isso intuitivamente. Você cai de uma queda mais alta e vai se machucar ainda mais. [Risos] Mas eu não acho que eles perceberam exatamente como isso funcionava.

Pamela: Uma das coisas mais legais sobre o que Galileu fez foi reunir toda a noção de que quaisquer dois objetos devem cair na mesma taxa, uma vez que você leva em consideração a resistência do ar.

Isso tinha sido um pouco confuso antes, porque se você imaginar uma barra caindo, se a taxa em que algo cai é uma função da massa, então, se você substituir a barra no centro da barra por um pedaço de barbante, como isso saberá cair na mesma velocidade que as duas barras conectadas solidamente versus por que duas bolas sem um barbante entre elas cairiam em uma taxa completamente diferente.

Fraser: Right and you can always go back to that example of a ball versus a feather, right? I guess they thought that the feather was lighter and so it would fall more slowly while the ball would fall more quickly.

Pamela: Yes, and then you extend this idea out to small child falls slower than large man. Please don’t do that experiment. It didn’t really make sense though when you consider how does a man holding a child fall? Don’t do that experiment either.

Galileo basically determined it was just air, its okay and moved on. We still don’t know why though. This not knowing why was a problem that we continued to have for a while. Kepler came along and figured out equations to describe the motions of the planets. He didn’t know why they were doing it but we had equations.

Galileo described mathematically how objects go down inclines and go up the other side but didn’t know why. It was Newton who came along and according to the story saw an apple falls…

Fraser: Did this really happen – oh, he didn’t get hit on the head, right? [Laughter]

Pamela: No, apparently not. I mean, who knows? But according to the story Newton saw an apple fall, looked up and saw the Moon and decided that the Moon was falling. It was probably a more complicated train of logic.

He worked out that if the Moon was so far away and a certain size – well we don’t really need the size that much – but if the Moon is this far away, and the apple is this far away and we look at how they’re falling and the Earth is this size…..

Using lots of cool mathematics that you can actually do with basic algebra, he was able to figure out that the Moon was just falling around the planet and managing to miss it as it goes.

Fraser: I remember the thought experiment for this was where you imagine that you have a cannon and you’re firing it sideways and the ball hits the ground a few hundred meters away. Then you tilt the cannon back and you have much more powerful cannon and you shoot it and the ball will land further downfield.

You eventually get to the point where the cannon is strong enough that the ball just goes all the way around the Earth and lands back on the guy who fires it. Eventually you can keep shooting it harder and harder until the ball just goes all the way around and it’s falling but it’s like the Earth just keeps moving out of the way.

Pamela: Newton was able to take that idea and go: “Oh, Moon falling oh, Earth falling around Sun.” All of a sudden what we see is everything is falling but the curvature of its fall doesn’t allow it to ever make it to the object it is falling toward. That is a kinda neat image and he had really neat math to go with it.

Then unfortunately there are things like oh, the planet Mercury that screwed things up. It was all well and good we were able to find Uranus because of Newton’s applications.

There were two different scientists, two different mathematicians one in England who did lots of equations and threw out lots of possibilities and one in France, who basically did one calculation, threw out one possibility.

Then an observer went out and looked at the Frenchman’s coordinates and discovered a new planet. All of a sudden Uranus’ orbit made sense. But, Mercury’s didn’t so we waited around trying to figure out what is wrong with gravity.

Then Einstein came along. Einstein was able to give a reason for gravity existing. Look at gravity as a curvature to the Space Time Continuum.

Fraser: Whoa! Explain that.

Pamela: Yeah, I know, it’s a kinda big jump.

Fraser: Like I’m sure people thought well that was helpful. [Laughter] Thanks Einstein.

Pamela: Yeah, he just sorta reformulated how you’re supposed to visualize all of everything. He came along and said basically imagine Space as more dimensions such that the gridlines of our three-dimensional grid get tightly packed as you get closer to the Sun because you’re falling in toward the Sun.

Fraser: I think the analogy we always use is like a rubber sheet with a bowling ball on it.

Pamela: You can imagine that in our flattened Universe, our flattened Solar System, the Sun creates a deep pocket in our plastic sheet of Space. If you’ve ever seen crazy skateboarders, they can get themselves going around the edges of bowls.

If you watch crazy bicyclists, they’ll get themselves going around the inside of velodromes which are curved surfaces. You can imagine the planet Earth as it rolls along Space moving around the rim of some sort of Cosmic Velodrome where it is the Sun that defines the center of the particular curve that we’re orbiting around in.

Fraser: Just to backtrack for a second what exactly was the problem with Mercury?

Pamela: Its orbit wasn’t going at the correct rate. We have an entire show on Relativity that people can go back and listen to that brings this up. Basically the problem is that its orbit precesses in a way that we couldn’t fully account for.

Fraser: Ah, and the word precess?

Pamela: That means that it’s an ellipse and where the end of the ellipse is changes over time.

Fraser: Okay, no I see. You’ve got like an oval like a loop and Mercury is going around the loop and you’re sort of tracing this oval but the oval’s position is slowly rotating like a Spirograph.

Pamela: Yeah, the kid’s toy.

Fraser: Okay and so the position of where that oval of Mercury’s orbit was supposed to be didn’t match up what Newton had predicted. And Einstein said that’s because of Space Time Continuum and all that junk.

Pamela: Right and then some mathematician came along and beat them with a stick and said it’s an ellipse not an oval because mathematicians like to do that. So we have this problem with Newton’s understanding of gravity and Einstein came along and announced he had a new formulation. It’s all a curvature of Space. Gravity is nothing more than geometry.

The problem is gravity breaks at the beginning of the Universe and in centers of Black Holes. Things just get so dense that infinity signs start popping up and dividing by zeros starts popping up and much badness occurs.

About the time that people decided this is bad and math can’t handle this, we also started building a standard model of particle physics where we look at other forces – which we will talk about in succeeding shows – such as electricity and magnetism, which is the electromagnetic force.

We started looking at them and realized there were photons, particles of light! They carry these forces. They cause the electric force they cause the magnetic force. The electromagnetic is one force.

We realized other forces, the weak force, the strong force, also had little particles we call bosons that walk around at extraordinarily high speeds and carry the force with them and communicate from one point to another.

In this particle physics way of viewing Space and time in particle physics, people began to say there must be some particle, some boson – we called it a graviton – that is the little particle that carries the force of gravity that communicates gravity from one object to another.

This causes objects to realize that an object in one place has moved and the realization that this move affects the other objects to be affected differently by the one that has moved.

It raises all sorts of all interesting questions like how fast is gravity communicated. All these questions pointed at this little particle, this graviton that we can’t detect. This is one of the biggest annoyances in particle physics.

Fraser: Right, so we’ve moved on to the question that a 4 year-old would ask, right? Why is there gravity? [Laughter]

Pamela: And the answer if you listen to Einstein is it’s the curvature of Space and time.

Fraser: But why is there a curvature of Space and time?

Pamela: Because there is. Because mass for reasons that we can’t really explain causes the space around it to essentially grow hills and valleys that we can’t see except in the motions of objects.

Pamela: BECAUSE [Laughter] this is the way our Universe is ….

Fraser: [Laughter] The point you were saying is that the thought was maybe there are particles communicating back and forth somehow. And that’s the attraction, right, is our defining the curvature of Space and we have these gravitons.

Pamela: That’s the crazy thing though, once you invoke the gravitons you no longer need to invoke the curvature of Space. We now have two views.

Fraser: Right, the little rubber bands going almost going back and forth.

Pamela: Yeah and the crazy thing about this graviton notion is first of all it is a particle that has no mass because it moves at the speed of light as near as we can tell. There are gravitons flying through us all the time.

If we built a detector the size of Jupiter and planted it next to something like a neutron star we’d have to wait years before maybe one graviton caused something to happen in the detector. We couldn’t tell the difference between that event and what neutrinos cause.

Neutrinos really don’t interact with anything either so we can’t ever really detect gravitons, except maybe through radiation. This is one of the cool things about particle physics – particles are little blobs of stuff but they’re also waves.

We talked about the wave particle duality in a past episode. When we look out at things like pairs of neutron stars orbiting one another we see their orbits changing over time.

This is gravitational radiation at a certain level carrying energy away. This is gravity waves, something that LIGO and LISA are hoping to be able to detect. We are still working to get there.

Fraser: Okay so if the particle theory is right, if there are these gravitons then you have this gravitational radiation that would be given off. It should in some way be detected through some mechanism, right?

Pamela: Yeah through gravity waves.

Fraser: Right and that’s where we get the whole thing about gravity waves which I think we’ve done a show on that as well. So that’s the one camp and I guess would there be a way that you could detect these gravitons in a particle accelerator?

Fraser: No. Not at all? No chance?

Fraser: Not even theoretically? [Laughter] Okay, fine! I won’t go with that line of questioning anymore. Then the competing thought is that it’s just purely geometry. That is the way you might as well ask why are there triangles.

Pamela: The problem is that we know that our understanding of particle physics is incomplete and we know that the geometric understanding of gravity is incomplete because we can’t describe the insides of Black Holes without math breaking. We can’t describe the earliest moments of the Universe without math breaking.

Having gone from basically philosophical understandings of why things fall to mathematical descriptions of how things accelerate down inclines to Kepler’s equations describing planetary motion to Newton’s formulation of the Laws of Physics – or at least the Laws of Kinematics and Gravity – to Einstein’s formulations of Relativity, we’ve been building and building a more comprehensive view of gravity. But we’re still not complete.

We know that there still needs to be some way to unite Quantum Mechanics and gravity and actually be able to write down equations that describe the centers of Black Holes, to describe the earliest moments of the Universe.

We’re not there yet. There needs to be a new brilliant person born into the Universe, or at least born onto the planet Earth. Someone on another planet might already have figured this all out.

Fraser: Now how fast does gravity move? I know that Einstein made some predictions.

Pamela: The belief – and there is some evidence for this – is that gravity propagates at the speed of light. That if you suddenly blink the Sun into some other part of Space using a transporter beam technology that will never exist, the Earth would merrily continue happily orbiting as if nothing had happened for 8 minutes.

Then at the end of that time, we would cease to receive light and we would start moving in a straight line instead of on the orbit that we’re presently in because the Sun’s light would stop hitting us and the Sun’s gravitons would stop communicating with us that we should bend.

Fraser: What is the mechanism that they’re trying to test this out? I guess gravity waves is one?

Pamela: Gravity waves are one. A neat experiment that didn’t work – at least the theorists are saying the interpretation is wrong – was trying to look at how does light bend around objects?

And if that object that it’s bending around happens to be moving can we separate out the object’s motion and the rate at which light bends around it and learn anything meaningful?

There is a set of observations done in I believe 2002 where they looked at how Quasar light bent around Jupiter as Jupiter moved between a series of Quasars. The interpretations were messy.

The observations didn’t have high enough accuracy. People are trying to find new and interesting experimental ways and like you said, we’re looking for gravity waves.

Fraser: So the hope is that as a heavy object moves in front of some distant bright object you’ll get the light beam tweaked, not instantaneously but at the speed at which the gravity is propagating out from the planet itself.

Fraser: Okay, now I remember reading somewhere that gravity even though we think it is really strong, it’s actually kind of weak isn’t it?

Pamela: It is over large distances the force that tends to have the most affect on the Universe. On small scales, electrons and protons do not care about the gravitational pull of the one on the other.

All they care about is the electrical force. On small scales with small masses it’s extremely weak and the other three forces all dominate on the smallest scales.

Fraser: Sure, you could pick up an object from a table – pick up a coin from a table – and the nuclear force holding the atoms in your hand together vastly overpower the meager force of the entire Earth pulling on that coin on the table and just your fingers can overcome that just the force holding your fingers together.

Stick a fridge magnet on the fridge and bang you’ve got that little magnet completely overpowering the force of the Earth. It’s not until you get neutron stars in Black Holes where those forces are gone.

Pamela: An interesting thought experiment that basically came out of one of my classmate’s mathematical errors when I was in graduate school was to just sort out what is the self-gravity of the human body?

If you take a human body and pull all of its atoms apart so that it’s only held together with gravity all it would take is a breath to dispel all those atoms and shatter the human form.

So, it’s all the chemical bonds, all the molecular bonds, all these things that are because of the strong force, the weak force, the electromagnetic force, that hold you and I together and gravity that holds us on the planet.

Really, it takes a lot to tear apart a chemical bond and it’s only on the largest scales where chemistry no longer really has an effect that gravity has a chance to get noticed.

Fraser: Well, I think that covers our gravity side this week. Next week we will move on to the Electromagnetic Force and then we’ll do the Strong Nuclear Force and the Weak Force and then maybe on the last episode – the fifth episode of our four-part series – [Laughter] we’ll try and pull it all together.

We’ll talk about the search for the grand unified theory. Pamela if you figure it out – Nobel Prize.

Pamela: You know, it’s something to aim for but I don’t think we’re quite going to make it.

Fraser: Just do your research, [Laughter] get all your show notes prepared and if the solution seems to present itself then by all means put it in the show and we’ll look forward to a Nobel Prize. [Laughter]


Esta transcrição não corresponde exatamente ao arquivo de áudio. Foi editado para maior clareza. Transcription and editing by Cindy Leonard.


Will radiation stop astronauts from going to the Moon? Or Mars?

The new radiation limit will still allow for astronauts to go to the Moon on the Artemis mission.

During the Apollo mission, the moonwalkers were still only exposed to a few dozen milliSieverts of radiation, meaning future lunar explorers could still spend some time on the surface with little ill-effect.

The new limit might pose a problem for future missions to Mars, however, as these will subject astronauts to around 1000mSv of radiation, unless NASA are able to reduce the radiation through technologies such as shielding.