1790: Resolvido o mistério escondido na fusão de gotas de água

CIÊNCIA

GLady / pixabay

Uma equipa de físicos e matemáticos britânicos usou um supercomputador para descobrir a verdade oculta na forma como as gotas de água se fundem e se unem.

Se já viu gotículas de água tocarem-se e fundirem, pode ter imaginado duas pequenas bolas de água a aproximar-se cada vez mais, até que as suas superfícies se sobrepusessem e a tensão superficial juntasse as bolas distintas num único e áspero todo. É o que é visível a olho nu.

Mas uma nova simulação com recurso a um supercomputador, publicado em 13 de Março na revista Physical Review Letters, mostra uma imagem muito mais complicada.

A simulação modelou duas gotículas de tamanho igual de água pura no espaço, até ao nível de moléculas de água individuais. Quando as gotículas se aproximaram, os cientistas encontraram pequenas ondas ultra-rápidas formadas nas superfícies das gotículas.

Os movimentos aleatórios das moléculas de água – chamados “flutuações térmicas” – fizeram as moléculas individuais saltarem e dançarem uma na direcção da outra à medida que se aproximavam.

Os investigadores chamam a este efeito ondulatório de superfície, que resulta das flutuações térmicas das moléculas, “ondas capilares térmicas”. As ondulações são muito pequenas e rápidas, neste caso, para ver numa experiência natural.

Mas a simulação mostrou que as ondas se estendem entre si, formando a ponta das gotas de água próximas. A tensão superficial das gotículas suprime as ondas, mas ainda estão presentes e ainda formam a borda de ataque das gotículas quando se aproximam umas das outras.

Os investigadores descobriram que as ondas se tocam, formando pontes entre as gotículas. Quando uma ponte se forma, a tensão superficial começa a trabalhar, selando mais ondulações “como o fecho de um casaco”.

Os investigadores simularam cerca de cinco milhões de moléculas de água, formando duas gotas de cerca de quatro milímetros de largura. A fusão completa acabou em alguns nano-segundos – demasiado rápido para qualquer câmara humana capturar.

Embora tenham simulado duas gotículas flutuando no espaço, um efeito semelhante provavelmente está a acontecer quando duas gotas se fundem numa superfície plana. Entender esse comportamento é importante porque poderia ajudar a explicar o comportamento da água dentro das nuvens e dentro das máquinas projectadas para condensar a água do ar.

ZAP // Live Science

Por ZAP
1 Abril, 2019

 

180: Nada de energia escura: matemáticos propõem nova explicação para aceleração cósmica

(dv) UC Davis

Matemáticos propuseram uma explicação diferente para a expansão acelerada do universo, que não necessita de energia escura.

De acordo com o estudo, publicado na Proceedings of the Royal Society A, as equações originais de Einstein para a relatividade geral já predizem a aceleração cósmica devido a uma “instabilidade”, e não precisam desse elemento alusivo.

Pouco depois de Albert Einstein ter escrito as equações para a relatividade geral, descrevendo a gravidade, o físico incluiu um factor “anti-gravidade” chamado de “constante cosmológica” para equilibrar a atracção gravitacional e produzir um universo estático.

Mais tarde, Einstein classificou a constante cosmológica como o seu maior erro.

Sabemos há algum tempo que o universo não é estático: Não só está em expansão, como essa expansão está a acelerar. Para explicar isso, os cosmólogos invocaram uma força misteriosa chamada “energia escura”.

Quando os cosmólogos modernos começaram a estudar a aceleração cósmica, trataram a constante cosmológica de Einstein como permutável com a energia escura, dado o novo conhecimento. Essa explicação, no entanto, não satisfazia os matemáticos Blake Temple e Zeke Vogler, da Universidade da Califórnia, e Joel Smoller, da Universidade de Michigan.

“Propusemo-nos a encontrar a melhor explicação possível para a aceleração anómala das galáxias dentro da teoria original de Einstein, sem a energia escura”, disse Temple.

De acordo com os autores, a teoria original deu previsões corretas em todos os outros contextos, e não há prova directa da energia escura. Então, por que adicionar um factor incerto, como a energia escura ou a constante cosmológica, a equações que já parecem corretas?

No artigo, os matemáticos argumentam que as equações estão de facto corretas, e é a hipótese de um universo com galáxias em expansão uniforme que está errada, com ou sem energia escura, porque essa configuração é instável.

Os modelos cosmológicos começam a assumir que toda a matéria está em expansão, mas distribuída uniformemente no espaço a todo momento. Isso é chamado de “Universo de Friedmann”, a partir de um conjunto de equações que governam a expansão métrica do espaço em modelos homogéneos e isotrópicos, dentro do contexto da teoria da relatividade geral.

Temple, Smoller e Vogler resolveram as equações da relatividade geral sem invocar a energia escura. As soluções mostram que o espaço-tempo de Friedmann é na verdade instável: qualquer perturbação – por exemplo, se a densidade da matéria é um pouco menor do que a média – empurra o espaço-tempo para um universo acelerado.

Temple compara isso a um pêndulo invertido. Em posição normal, é estável no ponto mais baixo. Mas se o virar ao contrário, o pêndulo pode se equilibrar se for correctamente centrado, no entanto, qualquer rajada pequena irá fazê-lo cair.

Isso diz-nos que não devemos esperar medir um universo de Friedmann, porque é instável. O que devemos medir, em vez disso, são espaços-tempos locais que aceleram mais rápido.

Notavelmente, esses espaços-tempos locais criados pela instabilidade exibem precisamente a mesma gama de acelerações cósmicas obtidas em teorias de energia escura.

De acordo com Temple, o que isso mostra é que a aceleração das galáxias pode ter sido predita na teoria original da relatividade geral, sem invocar a energia escura ou constante cosmológica.

“A matemática não é controversa, a instabilidade não é controversa. O que não sabemos é se a nossa galáxia está próxima do centro de uma grande região de sub-densidade da matéria no universo”, disse Temple.

Segundo os autores, a hipótese inclui previsões testáveis que distinguem o modelo dos de energia escura.

 

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