Os problemas pendentes em astrofísica e cosmologia

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Os problemas pendentes na astrofísica e na cosmologia contemporâneas.

...Essas duas disciplinas estão literalmente sobrecarregadas pela massa de problemas não resolvidos. Historicamente, o estudo do cosmos passou por várias etapas. Não vamos recontar aqui a história da astronomia. A espectroscopia permitiu obter dados importantes sobre a composição e a temperatura de objetos, e a medição do efeito Doppler permitiu obter campos de velocidades e determinar massas de estrelas, a distâncias que ultrapassam vários ordens de grandeza o diâmetro do sistema solar. A descoberta de padrões de distância (estrelas variáveis cefeidas) permitiu estender essas medições de distância até escalas cosmológicas (50 milhões de anos-luz).

...A aplicação das ferramentas da geometria diferencial à cosmologia (equação de campo) permitiu olhar de forma diferente para certos fenômenos (expansão cósmica, fenômenos relativísticos locais).

...A descoberta da física de núcleos permitiu construir modelos de estrelas. Mas, como já vimos, de forma repentina, o domínio que o homem acreditava ter sobre o funcionamento das estrelas foi subitamente posto em dúvida.

...Essa mesma física nuclear permitiu retroceder mais no passado e explicar, por exemplo, a abundância de hélio.

Mas:

• Não dispomos de nenhum modelo teórico de galáxia. Nesse campo, não ultrapassamos o estágio do empirismo.

• Não sabemos como esses objetos se formam, por que têm tal massa e não outra, nem como evoluem. A forma da curva de rotação das galáxias, que apresenta uma alta velocidade periférica, permanece um mistério.

• As teorias da estrutura espiral, baseadas exclusivamente em simulações numéricas, permanecem muito contestadas.

• Existe um desacordo considerável entre as medições de massa e os campos de velocidade observados (fenômeno da massa faltante).

• Mesma discrepância em relação aos aglomerados de galáxias.

• Existem muitas galáxias muito irregulares, sobre as quais o astrônomo inglês Sir James Jeans disse: "Quando se vê formas assim, não se pode resistir à ideia de que são devidas a forças consideráveis, que atuam no cosmos, cuja natureza ignoramos".

• No plano da cosmologia, existe um certo desacordo entre a idade do universo, estimada a partir das estrelas mais antigas de nossa galáxia e a partir de medições sobre a expansão (lei de Hubble, constante de Hubble).

• Não sabemos explicar a estrutura em grande escala, lacunar, do universo, com as galáxias se distribuindo em torno de enormes vazios.

• Foram identificados muitos pares de galáxias que violam a lei de Hubble (a mais próxima apresenta um deslocamento para o vermelho maior que o da segunda, situada no plano de fundo).

• Foram descobertas fontes com deslocamento para o vermelho extremamente alto, cujo tamanho não ultrapassa o do sistema solar, mas que emitem tanta energia quanto uma galáxia inteira (quasares). Fonte de energia desconhecida. Alguns astrônomos pensam que essas fontes são núcleos de "galáxias ativas" (galáxias de Seyfert). Mas quando se pergunta a definição de uma "galáxia ativa", cujo núcleo parece estar em explosão, respondem: "que abriga um quasar em seu centro".

• Em média, um flash de raios gama é registrado por dia pelos astrônomos. Mecanismo, distância e natureza da fonte: desconhecidos.

• Os efeitos de lente gravitacional, relacionados às galáxias e aos aglomerados de galáxias, não correspondem às massas desses objetos.

• A teoria previu a existência de resíduos de estrelas massivas, as estrelas de nêutrons. Geralmente, quando um objeto é previsto por um teórico visionário (como as supernovas pelo americano Fritz Zwicky em 1931), são rapidamente descobertos vários, depois centenas: as estrelas de nêutrons (que, em rotação rápida, produzem o que chamamos de pulsares). Esses objetos são frequentemente associados a outra estrela que, ao transferir-lhes massa, deve, necessariamente, de vez em quando fazê-las ultrapassar sua "massa crítica", estimada em 2,5 massas solares. Nessas condições, os nêutrons que as compõem, empurrados uns contra os outros, já não conseguem mais contrabalançar a força da gravidade e o objeto colapsa sobre si mesmo. Não sabemos descrever esse colapso. O modelo do buraco negro, chamado para resolver a equação de campo, apresenta uma falha incômoda. É solução de:

**S **= 0

ou seja, de uma equação onde T = 0, descrevendo uma região do espaço onde a densidade de energia-matéria é nula. Além disso, o que milita contra esse modelo é a raridade dos candidatos a buracos negros, desde há trinta anos, apesar de usarmos esses objetos, aplicando-os a tudo, para "explicar" qualquer coisa e qualquer outra coisa.

• Voltando à cosmologia, ao modelo padrão, chamado de "Big Bang", este não consegue explicar a notável homogeneidade dessa "fossa fóssil" do universo primitivo que é o fundo de radiação a 2,7 K. Segundo esse modelo, na infância do universo, duas partículas vizinhas se afastavam uma da outra com velocidade superior a c. Logo, não podiam interagir. O universo primitivo era, portanto, não colisional. Então, por que era tão homogêneo?

• É impossível definir o tempo a partir de certo estágio, ao voltar no passado. De qualquer forma, a descrição do universo em seu estado extremamente denso e extremamente quente é prejudicada pela crise atual na física de altas energias.

• O modelo padrão, baseado numa solução da equação de Einstein, não consegue levar em conta fenômenos eletromagnéticos. Mais geralmente, o vínculo entre a física de partículas e o comportamento em grande escala do cosmos não está estabelecido. Embora exista uma revista chamada "Classical and quantum gravity", o método de quantificação não pôde ser estendido à gravitação. Não sabemos definir um possível gravitão.

Cinquenta anos de não-física.

...A crise científica é, na verdade, total e não se limita à astrofísica e à cosmologia. Os sucessos preditivos da mecânica quântica são enganosos. Muitas áreas da teoria permanecem no domínio do semi-empírico. Por exemplo, não temos nenhum meio de relacionar as massas e as cargas elétricas das partículas. Não sabemos prever as massas das partículas. O modelo dos quarks parece desfavoravelmente semelhante ao dos epiciclos de Ptolomeu. A mecânica quântica é impotente para explicar o déficit de neutrinos solares.

...Embora a maioria dos físicos teóricos esteja atualmente voltada para o mundo das supercordas (por falta de uma ideia diferente), essa "nova disciplina" provou, nos últimos trinta anos, incapaz de explicar qualquer observação ou sugerir qualquer experiência. Há alguns anos, mostrando-me as atas de um colóquio internacional sobre supercordas, ele me leu um trecho do discurso de abertura do responsável por esse colóquio:

• Embora a teoria das supercordas até hoje não tenha predito nenhum fenômeno nem permitido interpretar qualquer experiência ou observação...