Encontrada solução exata para modelar o Big Bang
Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/12/2014
A solução se aplica a uma grande variedade de contextos da física, das colisões de partículas subatômicas às colisões de galáxias.[Imagem: Gabriel S. Denicol et al. - 10.1103/PhysRevLett.113.202301]
Exatidão física
Uma equipe internacional, da qual faz parte o físico Jorge Noronha, da USP (Universidade de São Paulo), acaba de apresentar uma solução exata para os primeiros momentos de vida do Universo.
Ao contrário da matemática, é raro encontrar soluções exatas aplicáveis em problemas de física, que costumam se contentar com aproximações.
O grupo apresentou a primeira solução exata que descreve um sistema que está se expandindo a velocidades relativísticas radial e longitudinalmente - como se acredita ter ocorrido no início da história do Universo, logo após o Big Bang.
A equação agora resolvida foi criada pelo físico austríaco Ludwig Boltzmann, em 1872, para modelar a dinâmica de fluidos e gases. Boltzmann estava bem à frente de seu tempo, uma vez que, quando propôs a equação, ele apenas supunha que a matéria era atômica por natureza e que a dinâmica daqueles sistemas poderia ser entendida apenas analisando os processos de colisões entre conjuntos de átomos - só bem mais tarde a comunidade dos físicos aceitou a existência dos átomos.
Hidrodinâmica com e sem equilíbrio
O modelo mais aceito para o início do Universo contempla uma rápida expansão de uma singularidade, no que é conhecido como Big Bang, quando o próprio espaço-tempo nasceu e expandiu-se, durante uma época conhecida como
inflação cósmica.
Nesse modelo, nos 20 a 30 microssegundos após a explosão, o Universo era um mar de plasma de quarks e glúons, com temperaturas e densidades muito elevadas. Os físicos acreditam que esse plasma tinha características de um fluido, e usam equações de hidrodinâmica para estudá-lo.
"Na última década, tem havido um monte de trabalho modelando a evolução do plasma de quarks e glúons usando a hidrodinâmica, nos quais esse plasma de quarks e glúons é considerado com tendo a consistência de um fluido," reafirma o orientador da equipe, professor Michael Strickland, da Universidade de Kent, nos Estados Unidos.
Segundo ele, a equação de Boltzmann não está limitada ao caso de um sistema que se encontra em equilíbrio térmico, ou mesmo próximo desse equilíbrio.
"Os dois tipos de expansão [com e sem equilíbrio] ocorrem em colisões de íons pesados relativísticos, e deve-se incluir ambos se se espera fazer uma descrição realista da dinâmica," continuou Strickland. "A nova solução exata tem os dois tipos de expansão e pode ser usada para nos dizer qual quadro hidrodinâmico é o melhor."
De partículas a galáxias
Segundo a equipe, a solução encontrada se aplica a uma grande variedade de contextos da física e ajudará os pesquisadores a criar modelos melhores das estruturas das galáxias, das explosões de supernovas e das colisões de partículas de alta energia, como as produzidas no LHC.
Nestas colisões de partículas, em especial, os aceleradores criam um plasma de quarks e glúons de alta temperatura e curta duração, muito similar ao que se acredita ter sido o estado do Universo milissegundos após o Big Bang.
Bibliografia:
New Exact Solution of the Relativistic Boltzmann Equation and its Hydrodynamic Limit
Gabriel S. Denicol, Ulrich Heinz, Mauricio Martinez, Jorge Noronha, Michael Strickland
Physical Review Letters
Vol.: 113, 202301
DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.202301
