O universo pode ser um lugar muito pegajosa, mas apenas como pegajoso é uma questão de debate. Isso porque durante décadas os cosmólogos tiveram dificuldade em conciliar a noção clássica de viscosidade com base nas leis da termodinâmica com a teoria geral da relatividade de Einstein. No entanto, uma equipe da Universidade Vanderbilt surgiu com uma fundamentalmente nova formulação matemática do problema que aparece para colmatar esta lacuna de longa data.
A nova matemática tem algumas implicações significativas para o destino final do Universo. Ele tende a favorecer um dos cenários mais radicais que os cosmólogos vieram acima com conhecido como o " Big Rip ". Ele também pode lançar nova luz sobre a natureza básica da energia escura.
A nova abordagem foi desenvolvida pelo Professor Assistente de Matemática Marcelo Disconzi em colaboração com professores de física Thomas Kephart e Robert Scherrer e é descrita em um artigo publicado no início deste ano na revista Physical Review D.
"Marcelo surgiu com uma formulação mais simples e elegante que é matematicamente correcto e obedece a todas as leis aplicáveis físicas", disse Scherrer.
O tipo de viscosidade que tem relevância cosmológica é diferente da forma familiar "ketchup" de viscosidade, que é chamada viscosidade de corte e é uma medida da resistência de um fluido a fluir através de pequenas aberturas, como o gargalo de uma garrafa de ketchup. Em vez disso, a viscosidade cosmológica é uma forma de viscosidade de massa, que é a medida da resistência de um fluido a expansão ou contracção. A razão pela qual muitas vezes não lidar com viscosidade a granel na vida cotidiana é porque a maioria dos líquidos que encontramos não podem ser compactados ou expandido muito.
Disconzi começou por abordar o problema de fluidos relativísticos. Objetos astronômicos que produzem esse fenômeno incluem supernovas (explosão de estrelas) e estrelas de nêutrons (estrelas que foram esmagados para baixo para o tamanho dos planetas).
Os cientistas tiveram sucesso considerável modelar o que acontece quando os fluidos ideais - aqueles sem viscosidade - são impulsionados a velocidades de quase-luz. Mas quase todos os fluidos são viscoso na natureza e, apesar de décadas de esforço, ninguém conseguiu chegar a uma maneira geralmente aceitos para lidar com fluidos viscosos que viajam a velocidades relativistas.No passado, os modelos formulado para prever o que acontece quando esses fluidos mais realistas são acelerados até uma fracção da velocidade da luz têm sido afligido com inconsistências: o mais evidente do que tem sido prever certas condições em que estes fluidos podem viajar mais rápido do que o velocidade da luz.
"Este é desastrosamente errado", disse Disconzi, "uma vez que está bem comprovada experimentalmente que nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz."
Estes problemas inspirou o matemático para re-formular as equações da dinâmica dos fluidos relativísticos de uma forma que não apresenta a falha de permitir mais rápido que a luz velocidades. Ele baseou sua abordagem em um que foi avançada em 1950 pelo matemático francês André Lichnerowicz.
Em seguida, Disconzi uniram-se com Kephart e Scherrer para aplicar suas equações a teoria cosmológica mais amplo. Isso produziu uma série de resultados interessantes, incluindo alguns potenciais novos insights sobre a natureza da energia escura misteriosa.
Na década de 1990, a comunidade da física ficou chocado quando medições astronômicas mostraram que o universo está se expandindo a um ritmo cada vez mais acelerado. Para explicar esta aceleração imprevista, eles foram forçados a levantar a hipótese da existência de uma forma desconhecida de energia repulsiva que se espalha por todo o universo. Porque eles sabiam tão pouco sobre isso, eles rotulado de "energia escura".
A maioria das teorias de energia escura, até à data não tenham tomado viscosidade cósmica em conta, apesar do fato de que ele tem um efeito repulsivo surpreendentemente similar à da energia escura. "É possível, mas não é muito provável, que a viscosidade poderiam ser responsáveis por toda a aceleração que tem sido atribuída a energia escuro", disse Disconzi. "É mais provável que uma fracção significativa da aceleração pode ser devido a esta causa mais vulgar. Como resultado, a viscosidade pode actuar como uma restrição importante nas propriedades da energia escura."
Outro resultado interessante envolve o destino final do Universo. Desde a descoberta da expansão run-away do universo, os cosmólogos vieram acima com um número de cenários dramáticos de que isso poderia significar para o futuro.
Um cenário, apelidado de " gelo grande ", prevê que, depois de 100.000.000 milhões ano ou assim o universo terá crescido tão grande que os fornecimentos de gás vai se tornar muito fino para formar estrelas. Como resultado, as estrelas existentes gradualmente queimar, deixando apenas buracos negros que, por sua vez, evaporar lentamente longe como o próprio espaço fica mais frio e mais frio.
Um cenário ainda mais radical é o "Big Rip". Ela se baseia em um tipo de "fantasma" energia escura que fica mais forte com o tempo. Neste caso, a taxa de expansão do universo torna-se tão grande que em 22.000 milhões ano ou objetos para materiais começam a desmoronar e átomos individuais desmontar-se em partículas elementares não ligados e radiação.
O valor da chave envolvidos neste cenário é a relação entre a pressão da energia escura e da densidade, que é chamado de sua equação de parâmetro estado. Se este valor for inferior a -1 então o universo acabará por ser separados. Os cosmologistas chamam isso de "barreira fantasma." Nos modelos anteriores com viscosidade o universo não poderia evoluir para além deste limite.
Na formulação Desconzi-Kephart-Scherrer, no entanto, essa barreira não existe. Em vez disso, ele fornece uma maneira natural para a equação do parâmetro estado a cair abaixo de -1.
"Nos modelos anteriores com viscosidade do Big Rip não era possível", disse Scherrer. "Neste novo modelo, a viscosidade realmente impulsiona o universo em direção a este estado extremo."
De acordo com os cientistas, os resultados dos seus-caneta e papel analisa desta nova formulação de viscosidade relativista são bastante promissores, mas uma análise mais profunda deve ser realizado para determinar a sua viabilidade. A única maneira de fazer isso é usar computadores poderosos para analisar as complexas equações numericamente. Desta forma os cientistas podem fazer previsões que podem ser comparados com a experiência e observação.
O Galaxy diário via Universidade Vanderbilt
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