a117

Apenas com massas positivas, a equação de Einstein é:

(95)

S = c
T

onde S é um tensor geométrico e T o tensor "energia-matéria". Podemos expressá-la numa forma onde r (densidade de matéria) e p (pressão) aparecem explicitamente. Na relatividade clássica ambos são positivos.

Agora chamemos r+ e p+ às contribuições devidas às massas positivas. Chamemos T+ ao tensor construído com essas quantidades.

Densidade de massa negativa r- < 0 e pressão negativa p- < 0, devidas a massas negativas, dariam um tensor T-.

Então a equação de campo correspondente torna-se:

(96)

S = c (T+ + T-)

Os problemas não resolvidos da astrofísica e da cosmologia atuais.

Há muitos problemas não resolvidos nestes dois campos. Não vamos recordar aqui toda a história da astronomia e da cosmologia. O método espectroscópico, combinado com medições do efeito Doppler, forneceu dados importantes sobre composições químicas e temperatura das cromosferas estelares.

As Cefeidas, usadas como padrões de distância, tornam possível a avaliação de distâncias até dezenas de milhões de anos-luz.

As ferramentas da geometria diferencial deram uma nova visão sobre a cosmologia (equação de campo, métrica) e explicaram o fenômeno do desvio para o vermelho e a radiação cósmica de fundo.

A física nuclear produziu modelos estelares, tanto para a sua origem, funcionamento e evolução (mas vimos numa secção precedente que o défice de neutrinos solares levanta um sério problema acerca destes modelos estelares).

A física nuclear explica a presença e a abundância relativa de hélio primitivo no universo.

Mas:

• Não temos nenhum modelo teórico que explique a dinâmica galáctica. Neste campo a nossa abordagem é ainda totalmente empírica.

• Não sabemos como as galáxias se formam e porque têm massas tão específicas, nem como mudam no tempo. A estrutura espiral não é realmente compreendida. A sua verdadeira origem permanece controversa.

• Todas as galáxias deveriam ter explodido há milhares de milhões de anos (efeito de massa em falta). A curva de rotação, com grandes velocidades periféricas, é ainda um mistério.

• O mesmo problema de massa em falta quanto aos enxames de galáxias.

• Muitas galáxias são muito irregulares. Há anos, o astrónomo britânico Sir James Jeans costumava dizer:

Quando vemos tais padrões distorcidos, não conseguimos resistir à ideia de que alguma força poderosa, subjacente e completamente desconhecida, causa isso.

• Parece haver um problema quanto à idade do universo, a partir da medição da constante de Hubble, comparada com a idade estimada das estrelas mais antigas da nossa galáxia (que pertencem a enxames globulares, como o enxame de Hércules).

• A VLS (estrutura de muito grande escala) do universo é ainda um problema não resolvido. Não sabemos porque as galáxias se dispõem em torno de grandes vazios, com 100 anos-luz de extensão.

• A fonte de energia dos quasares é ainda desconhecida.

• Halton Arp encontrou muitos sistemas de galáxias cujos desvios para o vermelho violam a lei de Hubble.

• Natureza dos "clarões gama": Desconhecida.

• As estrelas de neutrões foram previstas e muitas centenas foram encontradas. Este modelo possui uma massa crítica: cerca de 2,5 massas solares. Nenhuma estrela de neutrões poderia existir, com massa superior, pois a força de pressão interna já não poderia equilibrar a força gravitacional, de modo que o objeto colapsaria.

Tais condições devem existir, em algum lugar do universo. Por exemplo, como resultado da fusão de um par de estrelas de neutrões. A "resposta clássica" é o chamado buraco negro. Alguns astrónomos "explicam" todos os tipos de fenómenos com tais objetos. Buracos negros gigantes devem estar presentes no centro das galáxias ou no centro dos enxames de galáxias. Eles "explicam" o fenómeno dos QSO. Eles "explicam" quase tudo.

Mas as observações diretas parecem muito raras. Porque tão poucos candidatos?

Quando um objeto realmente existe, após algum tempo, os astrónomos encontram muitos. Exemplo: supernovas, estrelas de neutrões em rotação (pulsares). Porque tão poucos candidatos a buraco negro?

Além disso, a geometria do buraco negro é uma solução da equação de Einstein quando o segundo membro se anula, quando T = 0. O que significa que esta solução descreve uma porção do universo onde nenhuma energia-matéria está presente. A equação de campo reduz-se a:
(97)

S = 0

• Voltando ao modelo padrão, porque o universo primordial (cuja imagem é dada pela radiação cósmica de fundo) parece tão uniforme? A partir do modelo, no tempo primordial, as partículas do universo não podiam interagir, pois o "horizonte" ct era menor que a distância média entre elas. Então, o que causou a notável homogeneidade hoje observada da rcf?

• O que é o "tempo", perto de "t=0"? Esta questão faz algum sentido?

Recuando ao passado mais distante, os físicos atingem condições de alta energia, e os problemas que encontram parecem ser comparáveis à crise atual da física de alta energia:

- De que falamos?

• Quem sabe que a equação de Einstein, que sustenta o Modelo Padrão, não tem em conta o fenómeno eletromagnético? A ligação entre a gravitação e a teoria da luz ainda não está construída. A mesma lacuna entre o mundo quântico e a gravitação (o que é um gravitão?).

Cinquenta anos de física nula.

Este título parece muito provocador. O progresso tecnológico atual é muito impressionante. Os físicos teóricos sonham com a "Teoria de Tudo" (TOE)". O sucesso da mecânica quântica ilude os investigadores. Sabe que não temos maneira de prever as massas das partículas. O modelo dos quarks parece o sistema ptolemaico.

Séculos atrás, Ptolomeu encontrou um sistema capaz de descrever as trajetórias dos planetas no céu, através de um complexo sistema de círculos. Isto era muito eficiente, para prever eclipses, por exemplo. No final este modelo usava 48 círculos. Antes da era copernicana. Quando o jovem Rei de Espanha aprendeu o modelo ptolemaico com o seu professor, disse:

- Meu Deus, se o Senhor me tivesse pedido conselho antes de criar tudo isso, eu teria recomendado algo mais simples!

Coisas falsas podem funcionar eficientemente durante séculos. É por isso que o défice de neutrinos solares, evocado numa secção precedente, é tão fascinante: a mecânica quântica não o consegue explicar. É a primeira vez que a maquinaria quântica encrava.

Alguns olham na direção da teoria das supercordas, que se baseia na teoria dos grupos. Os homens das supercordas pensam que tudo no mundo poderia corresponder a diferentes estruturas de uma entidade de 10 dimensões, o "espaço". Em 1714 o filósofo e matemático alemão Gottfried Wilhem Leinitz propôs algo semelhante no seu livro, Monadologia. Leibnitz pensava que "tudo era feito de "mónadas". O mundo deveria ser uma espécie de sistema organizado de mónadas, mas ele não conseguiu desenvolver a sua ideia.

Os homens das supercordas procuram a sua moderna mónada de dez dimensões.

Tudo isto dá origem a trocas verdadeiramente surrealistas em colóquios, como o que recentemente teve lugar em Aspen, Colorado. O jornal Scientific American relatou-o na sua edição de Janeiro de 1996, num artigo intitulado "Explaining everything", de Madhusree Mukerjee, redatora.

Procurando este objeto mágico supostamente destinado a organizar o universo de dez dimensões, algumas pessoas falam de "esferas cravejadas", ouriços eriçados de vetores, ou "lagartas peludas", membranas com cinco dimensões (Duff, do Imperial College de Londres), capazes de se enrolar sobre si mesmas "como a pele de uma salsicha."

Schwarz, do Caltech (um dos pioneiros da teoria), acrescenta: "Eu devia ter sido camionista!"

Outros falam de "buracos negros com massa zero."

Jeffrey A. Harvey, da Universidade de Chicago, exclamou:

"Isso significa que os seus buracos negros têm massa zero? Movem-se à velocidade da luz?"

"Não, não têm nada, nenhum momento", responde Gary T. Horowitz, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara.

"Oh, tretas!" Foi Leonard Susskind, de Stanford.

"Não têm energia, não têm momento -- não há nada ali!" protesta Harvey.

Strominger: "Em algum lugar do universo podem existir porções de espaço em forma de pequenas gotas, entrando nas quais os buracos negros se transformariam em cordas, e vice-versa. No nosso ambiente estas pequenas gotas poderiam parecer navegar em universos virtuais, que existiriam por um período infinitesimal de tempo, pois desapareceriam imediatamente, antes de poderem ser observados.

Susskind: "Pessoalmente acho que é uma grande porcaria."

Em 1986 alguém pediu a um investigador que resumisse a "Teoria de Tudo" em sete palavras, e ele respondeu:

• Oh, Senhor, porque me abandonaste?

Tudo isto é interessante, mas não acabou, como podemos ver. Nunca na história da física um corpo de teoria deu origem a tais convulsões como agora, quando dez artigos são publicados sobre o assunto todos os dias. E não podemos dizer se a montanha dará à luz um rato ou o rato uma montanha.