A matéria escura
Faça o nosso melhor entendimento da gravidade, aplicá-lo para a rodada
de galáxias forma, e você verá rapidamente o problema: as galáxias
deveriam estar caindo aos pedaços. Matéria Galactic orbita em torno de um ponto central porque sua atração gravitacional mútua cria forças centrípetas. Mas não há massa suficiente nas galáxias para produzir a rotação observada.
Vera Rubin
, um astrônomo trabalhar no departamento da instituição de Carnegie do
magnetismo terrestre em Washington DC, visto esta anomalia no final de
1970. A melhor resposta de físicos era sugerir que há mais coisas lá fora do que podemos ver. O problema foi, ninguém conseguia explicar o que esta "matéria escura" era.
E eles ainda não podem. Embora os pesquisadores fizeram muitas sugestões sobre o tipo de partículas pode tornar-se matéria escura, não há consenso. É um buraco vergonhoso em nosso entendimento.
Observações astronômicas sugerem que a matéria escura deve fazer-se
cerca de 90 por cento da massa do universo, ainda somos espantosamente
ignorante o que é de 90 por cento.
Talvez não possamos descobrir o que é a matéria escura, porque não existe realmente. Isso é certamente o caminho Rubin gostaria que ele sair.
"Se eu pudesse ter a minha escolha, eu gostaria de saber que as leis de
Newton deve ser modificada, a fim de descrever corretamente interacções
gravitacionais a grandes distâncias", diz ela. "Isso é mais atraente do que um universo preenchido com um novo tipo de partícula sub-nuclear".
Update: Alguns cientistas estão tentando criar as coisas se. Veja Haja matéria escura .
Viking de metano
20 de julho de 1976. Gilbert Levin está na borda de seu assento.
Milhões de quilômetros de distância de Marte, as sondas Viking já pegou
um pouco de terra e misturado com carbono-14 com rótulo nutrientes.
Os cientistas da missão têm todos concordaram que se os instrumentos de
Levin a bordo das sondas detectam emissões de metano de carbono-14
contendo a partir do solo, então deve haver vida em Marte.
Relatórios Viking um resultado positivo. Algo está ingerindo os nutrientes, metabolizam-los, e depois expelindo gás misturado com carbono-14.
Então, por que nenhum partido?
Porque um outro instrumento, criado para identificar moléculas
orgânicas consideradas sinais essenciais da vida, não encontrou nada. Quase todos os cientistas da missão errou ao lado da cautela e declarou Viking da descoberta um falso positivo. Mas foi isso?
Os argumentos continuam a assolar, mas os resultados dos últimos rovers
da NASA mostram que a superfície de Marte era quase certamente úmido no
passado e, portanto, favorável à vida. E há evidências de que muito mais de onde veio, diz Levin. "Cada missão a Marte produziu provas que sustentam a minha conclusão. Nenhum desmentiu isso."
Levin está por sua afirmação, e ele não está mais sozinho. Joe Miller
, um biólogo celular da Universidade de Southern California em Los
Angeles, tem re-analisou os dados e ele acha que as emissões mostram
evidências de um ciclo circadiano. Isso é altamente sugestivo de vida.
Levin está pedindo a ESA ea NASA para voar uma versão modificada de sua missão para procurar "quiral" moléculas. Estes vêm em versões para a esquerda ou destro: eles são imagens de espelho um do outro.
Enquanto os processos biológicos tendem a produzir moléculas que
quiralidade um favor para os outros não-vivos processos criar versões
esquerda e direita com a mão em números iguais.
Se uma futura missão a Marte para descobrir que eram de Marte
"metabolismo" também prefere uma forma quiral de uma molécula para
outra, que seria a melhor indicação ainda de vida em Marte.
Update: Veja também nossos Top 10 peças controversos da evidência de vida extraterrestre .
Tetraneutrons
Quatro anos atrás, um acelerador de partículas na França detectou seis partículas que não deveriam existir (ver Ghost in the átomo ). Eles são chamados tetraneutrons: quatro nêutrons que são ligadas entre si de uma forma que desafia as leis da física.
Francisco Marques Miguel e colegas do acelerador Ganil em Caen estão agora se preparando para fazê-lo novamente. Se forem bem sucedidos, estes grupos podem nos obrigar a repensar as forças que mantêm os núcleos atômicos coesos.
A equipe disparou núcleos de berílio em um alvo de carbono pequena e
analisados os detritos que tiro em torno detectores de partículas. Eles esperavam ver evidências de quatro nêutrons separados bater os seus detectores. Em vez disso a equipe Ganil encontrado apenas um flash de luz em um detector. E a energia de que esse flash sugeriu que quatro nêutrons estavam chegando juntos no detector.
Claro, a descoberta pode ter sido um acidente: quatro nêutrons só
poderia ter chegado no mesmo lugar ao mesmo tempo, por coincidência. Mas isso é ridiculamente improvável.
Não é tão improvável quanto tetraneutrons, alguns podem dizer, porque
no modelo padrão da física de partículas tetraneutrons simplesmente não
pode existir.
De acordo com o princípio de exclusão de Pauli, nem mesmo dois prótons
ou nêutrons no mesmo sistema pode ter idênticas propriedades quânticas.
Na verdade, a força nuclear forte que segurá-los em conjunto é
sintonizado de modo a que ela não pode mesmo conter dois neutrões
isolados em conjunto, e muito menos quatro.
Marques e sua equipe estavam tão confusos com o seu resultado que eles
enterraram os dados em um trabalho de pesquisa que foi ostensivamente
sobre a possibilidade de encontrar tetraneutrons no futuro ( Physical Review C, vol 65, p 44.006 ).
E há ainda mais razões para duvidar da existência de tetraneutrons. Se você ajustar as leis da física para permitir quatro nêutrons para unir, todos os tipos de caos se instala ( Journal of Physics G, vol 29, L9 ).
Isso significaria que a mistura de elementos formados depois do Big
Bang era incompatível com o que hoje observamos e, pior ainda, os
elementos formados teria rapidamente tornar-se demasiado pesado para o
cosmos para enfrentar. "Talvez o universo teria entrado em colapso antes que tivesse qualquer chance de se expandir", diz Natalia Timofeyuk , um teórico da Universidade de Surrey, em Guildford, Reino Unido.
Existem, no entanto, um par de furos nesta raciocínio. Teoria estabelecida permite que o tetraneutron a existir - ainda que apenas como uma partícula ridiculamente curta. "Esta poderia ser uma razão para quatro nêutrons bater os detectores Ganil simultaneamente", diz Timofeyuk. E há outra evidência que suporta a idéia de matéria composta de nêutrons múltiplos: estrelas de nêutrons.
Estes organismos, que contêm um número enorme de nêutrons encadernados,
sugerem que ainda inexplicáveis forças entram em jogo quando nêutrons
se reúnem em massa.
A anomalia Pioneer
Este é um conto de duas espaçonaves. A Pioneer 10 foi lançada em 1972, a Pioneer 11, um ano depois. Até agora, tanto artesanais deverão ser à deriva rumo ao espaço profundo com ninguém assistindo. No entanto, suas trajetórias se revelaram demasiado fascinante para ignorar.
Isso é porque alguma coisa foi puxando - ou empurrando - sobre eles, levando-os a acelerar. A aceleração resultante é pequena, menos de um nanômetro por segundo por segundo.
Isso é equivalente a apenas um décimo de bilionésimo da gravidade na
superfície da Terra, mas é o suficiente para ter mudado Pioneer 10 cerca
de 400.000 quilómetros da pista.
NASA perdeu o contato com a Pioneer 11 em 1995, mas até que ponto ele
estava experimentando exatamente o desvio mesmo que sua sonda irmã. Então, o que está causando isso?
Ninguém sabe. Algumas explicações possíveis já foram descartadas, incluindo erros de software, o vento solar ou um vazamento de combustível. Se a causa for algum efeito gravitacional, não é aquele que sabe alguma coisa sobre.
Na verdade, os físicos são tão completamente perdido que alguns têm
recorrido a este mistério que liga com outros fenômenos inexplicáveis.
Bruce Bassett
, da Universidade de Portsmouth, Reino Unido, sugeriu que o enigma
Pioneer pode ter algo a ver com variações de alfa, a constante de
estrutura fina.
Outros têm falado sobre isso como decorrente de matéria escura - mas
desde que nós não sabemos o que é a matéria escura, que não ajuda muito. "Isso tudo é tão irritantemente intrigante", diz Michael Martin Nieto do Los Alamos National Laboratory . "Nós só temos propostas, nenhum dos quais foram demonstradas."
Nieto pediu uma nova análise dos dados iniciais da trajetória das embarcações, que ele diz pode fornecer pistas novas.
Mas, para chegar ao fundo do problema que os cientistas realmente
precisa é uma missão desenhada especificamente para testar os efeitos
gravitacionais incomuns nos confins do sistema solar.
Tal sondagem custaria entre US $ 300 milhões e US $ 500 milhões e
poderia pegar carona em uma missão de futuro para os confins do sistema
solar ( www.arxiv.org/gr-qc/0411077 ).
"Uma explicação será encontrada eventualmente", diz Nieto.
"Claro que eu espero que seja devido à nova física - como estupenda que
seria Mas uma vez que um físico começa a trabalhar com base na
esperança de que ele está caminhando para uma queda.".
Decepcionante que pareça, Nieto acha que a explicação para a anomalia
Pioneer acabará por ser encontrada em algum efeito prático, como uma
fonte de calor despercebido a bordo da embarcação.
Atualização: ver detetives computador tentar quebrar anomalia Pioneer .
A energia escura
É um dos problemas mais famosos e mais embaraçoso, na Física. Em 1998, os astrônomos descobriram que o universo está se expandindo a velocidades cada vez mais rápidas.
É um efeito ainda em busca de uma causa - até então, todos pensavam que
a expansão do Universo estava a abrandar depois do big bang. "Os teóricos ainda estão se debatendo em volta, procurando uma explicação sensata", diz o cosmólogo Katherine Freese , da Universidade de Michigan, Ann Arbor.
"Estamos todos esperando que as observações de supernovas próximas, de
aglomerados de galáxias e assim por diante nos dará mais pistas."
Uma sugestão é que alguma propriedade do espaço vazio é responsável - cosmologistas chamam de energia escura. Mas todas as tentativas de fixá-lo caíram lamentavelmente curta.
É também possível que a teoria de Einstein da relatividade geral pode
precisar de ser ajustado quando aplicado às escalas maiores muito do
universo. "O campo ainda está em aberto", diz Freese.
Atualização: ver Supercondutores inspirar teste quântica para a energia escura e energia escura: Buscando o coração das trevas .
A falésia de Kuiper
Se você viajar até a borda mais distante do sistema solar, para os resíduos frias além de Plutão, você vai ver algo estranho. De repente, depois de passar através do cinturão de Kuiper, uma região do espaço repleto de rochas geladas, não há nada.
Os astrônomos chamam esta limite da falésia de Kuiper, porque a densidade de rochas espaciais cai tão abruptamente. O que causou isso? A única resposta parece ser um planeta 10.
Nós não estamos falando de Quaoar ou Sedna: este é um objeto enorme,
tão grande como a Terra ou Marte, que tem varrido a área limpa de
detritos.
A evidência para a existência de "Planeta X" é convincente, diz Alan Stern , astrônomo do Southwest Research Institute em Boulder, Colorado. Mas, embora os cálculos mostram que tal órgão poderia explicar a falésia de Kuiper ( Icarus, vol 160, p 32 ), ninguém jamais viu este planeta lendário 10.
Há uma boa razão para isso. O cinturão de Kuiper é muito longe para nós para obter uma visão decente. Precisamos chegar lá e dar uma olhada antes de podermos dizer nada sobre a região. E que não será possível por uma década, pelo menos. NASA New Horizons sonda, que vai sair para Plutão e do Cinturão de Kuiper, está agendado para lançamento em janeiro de 2006.
Não vai chegar a Plutão, até 2015, então se você estiver procurando uma
explicação para o abismo, vasto vazio do penhasco Kuiper, assistir a
este espaço.
O sinal Wow
TI foi de 37 segundos de duração e veio do espaço sideral.
Em 15 de agosto de 1977 que causou o astrônomo Jerry Ehman, em seguida,
da Ohio State University em Columbus, para rabiscar "Wow!" na impressão do Big Ear , o telescópio de rádio de Ohio State, em Delaware. E 28 anos depois, ninguém sabe o que criou o sinal. "Eu ainda estou esperando por uma explicação definitiva que faz sentido", diz Ehman.
Vindo da direção de Sagitário, o pulso de radiação estava confinado a
uma estreita faixa de freqüências de rádio em todo 1420 megahertz.
Esta freqüência é em uma parte do espectro de radiofrequências em que
todas as transmissões são proibidas por acordo internacional.
As fontes naturais de radiação, como as emissões térmicas de planetas,
normalmente cobrem uma varredura muito mais ampla de freqüências. Então, o que causou isso?
A estrela mais próxima nessa direção é de 220 anos-luz de distância.
Se esse é o lugar onde se veio, ele teria que ser um evento muito
poderoso astronômico - ou uma civilização alienígena avançada usando um
transmissor surpreendentemente grande e poderoso.
O fato de que centenas de varreduras sobre o mesmo patch do céu ter
encontrado nada parecido com o sinal Wow não significa que não há
estrangeiros.
Quando você considerar o fato de que o telescópio Big Ear cobre apenas
um milionésimo do céu a qualquer momento, e um transmissor alienígena
também feixe provável ao longo de uma mesma fração do céu, as chances de
detectar o sinal novamente são remotas, para dizer o menos.
Outros acham que deve haver uma explicação mundana. Dan Wertheimer, cientista-chefe do SETI @ home
do projeto, diz que o sinal Wow foi quase certamente a poluição: a
interferência de rádio-frequência a partir da Terra com base em
transmissões. "Temos visto muitos sinais como este, e esses tipos de sinais sempre se mostrou interferência", diz ele. O debate continua.
Atualização: ver Top 10 peças controversos da evidência de vida extraterrestre .
Não tão constantes constantes
EM 1997 o astrônomo John Webb e sua equipe da Universidade de New South Wales em Sydney, analisou a luz que atinge a Terra a partir de quasares distantes.
Em sua viagem de 12 bilhões no ano, a luz passou através das nuvens
interestelares de metais como ferro, níquel e cromo, e os pesquisadores
descobriram esses átomos tinham absorvido alguns dos fótons de luz
quasar - mas não os que eles estavam esperando.
Se as observações estão corretas, a única explicação razoável é que
vagamente uma constante da física chamado a constante de estrutura fina,
ou alfa, tinha um valor diferente no momento em que a luz que passou
através das nuvens.
Mas isso é heresia. Alpha é uma constante extremamente importante que determina como a luz interage com a matéria - e não deve ser capaz de mudar. O seu valor depende, entre outras coisas, a carga sobre o electrão, a velocidade da luz e constante de Planck. Poderia um deles realmente mudaram?
Ninguém queria acreditar física das medições. Webb e sua equipe vêm tentando há anos para encontrar um erro em seus resultados. Mas até agora eles não conseguiram.
Webb não são os únicos resultados que sugerem que algo está faltando em nossa compreensão de alfa.
Uma análise recente do conhecido apenas reator nuclear natural, que era
ativo cerca de 2 bilhões de anos atrás onde hoje é Oklo no Gabão,
também sugere algo sobre a interação da luz com a matéria foi alterada.
O rácio de certos isótopos radioactivos produzidos dentro um tal
reactor depende alfa, e assim olhando para os produtos de fissão
deixadas para trás na terra à Oklo fornece uma maneira para trabalhar
com o valor da constante no momento da sua formação.
Usando este método, Steve Lamoreaux e seus colegas do Laboratório
Nacional Los Alamos, no Novo México sugerem que o alfa pode ter
diminuído em mais de 4 por cento desde Oklo iniciado ( Physical Review D, vol 69, p 121.701 ).
Há contradizentes que ainda disputam alguma mudança em alfa.
Patrick Petitjean, astrônomo no Instituto de Astrofísica de Paris,
liderou uma equipe que analisou quasar luz captada pelo Very Large
Telescope (VLT) no Chile e não encontrou nenhuma evidência de que o alfa
mudou.
Mas Webb, que está agora a olhar para as medições do VLT, diz que eles
exigem uma análise mais complexa do que Petitjean equipe tem realizado.
Grupo de Webb está a trabalhar nisso agora, e pode estar em uma posição
de declarar a anomalia resolvida - ou não - ainda este ano.
"É difícil dizer quanto tempo isso vai levar", diz o membro da equipa Michael Murphy, da Universidade de Cambridge. "Quanto mais olhamos para estes novos dados, as dificuldades mais vemos." Mas seja qual for a resposta, o trabalho ainda será valioso.
Uma análise da forma como a luz passa através de nuvens moleculares
distantes irá revelar mais sobre como os elementos foram produzidos no
início da história do universo.
de fusão a frio
Depois de 16 anos, ele está de volta. Na verdade, nunca a fusão a frio realmente foi embora.
Ao longo de um período de 10 anos, de 1989, os laboratórios da marinha
dos EUA já tem mais de 200 experimentos para investigar se as reações
nucleares que geram mais energia do que consomem - supostamente só é
possível no interior das estrelas - pode ocorrer em temperatura
ambiente. Numerosos pesquisadores, desde então, pronunciaram-se crentes.
Com a fusão a frio controlável, muitos dos problemas energéticos do
mundo derretesse: não admira que o Departamento de Energia dos EUA está
interessado.
Em dezembro, após uma longa revisão de provas, ele disse que estava
aberto a receber propostas de novas experiências de fusão a frio.
Essa é uma bela reviravolta.
O primeiro relatório do DoE sobre o assunto, publicada há 15 anos,
concluiu que os resultados originais da fusão a frio, produzido por Martin Fleischmann
e Pons Stanley, da Universidade de Utah e revelou numa conferência de
imprensa em 1989, eram impossíveis de reproduzir, e, portanto,
provavelmente falsa.
A reivindicação básica de fusão a frio é que dunking eléctrodos de
paládio em água pesada - em que o oxigénio é combinado com o isótopo
deutério de hidrogénio - pode liberar uma grande quantidade de energia.
Colocar uma tensão entre os eléctrodos supostamente permite núcleos de
deutério para entrar em rede molecular do paládio, que permitam superar a
sua repulsa natural e se fundem, liberando uma explosão de energia. O problema é que a fusão a temperatura ambiente é considerado impossível por toda teoria científica aceita.
Isso não importa, de acordo com David Nagel , engenheiro George Washington University em Washington DC. Supercondutores levou 40 anos para explicar, ele aponta, por isso não há motivo para descartar a fusão a frio. "O caso experimental é à prova de balas", diz ele. "Você não pode fazer isso ir embora."
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