As restrições da gravidade quântica confirmam o Criador Cósmico
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| Imagem gerada por IA (Mr Duda_F10z em NightCafé Studio) |
por Hugh Ross
10 de abril de 2023
Uma das crenças fundamentais da fé cristã é que o universo teve um começo, o que implica um Criador cósmico. Cientistas físicos que se opõem ao cristianismo admitem que evidências observacionais esmagadoras confirmam que o universo teve um começo, mas apontam que os astrônomos não possuem prova absoluta de um começo cósmico. Há espaço para especulação, alegam, na parte do universo onde faltam observações. Apresentarei os detalhes técnicos — especialmente uma série de testes de gravidade quântica — sobre o que as pesquisas mais recentes mostram. Mas primeiro explicarei como a busca por um começo impulsionou minha vida e carreira desde jovem.
Busca Pessoal
Não fui criado em um lar cristão, mas desde os sete anos de idade nutria uma intensa curiosidade pelo universo. Na metade da adolescência, percebi que, se o universo tivesse um começo, esse começo teria profundas implicações filosóficas e teológicas. Essa percepção me levou a investigar as principais religiões do mundo. Minha jornada espiritual no final da adolescência culminou em um estudo de 18 meses de uma Bíblia que me foi dada pelos Gideões. Lembro-me claramente da noite em que, à 1h06 da manhã, assinei meu nome na contracapa daquela Bíblia dos Gideões, consagrando minha vida a Jesus Cristo como meu Senhor e Salvador pessoal.
Um fator crucial para eu entregar minha vida a Cristo foi a crescente evidência em apoio ao modelo do Big Bang e a declaração bíblica de que o universo teve um início, que incluiu a criação de toda a matéria, energia, espaço e tempo. Eu estava ansioso para ver se as evidências de um início cósmico continuariam a se acumular.
Poucas semanas após aquela noite que mudou minha vida, fui admitido na Sociedade Astronômica Americana graças a uma recomendação por escrito do físico de Princeton, Robert Dicke. Minha filiação incluía uma assinatura do Astrophysical Journal.
Uma das primeiras edições que recebi incluía um breve artigo de Arno Penzias e Robert Wilson anunciando a descoberta de uma radiação cósmica de fundo de 3K onipresente. [1] Acompanhando esse artigo, havia um de Robert Dicke e sua equipe de alunos de pós-graduação que explicava a descoberta de Penzias e Wilson. [2] A equipe de Dicke destacou que a radiação onipresente descoberta por Penzias e Wilson era a radiação remanescente do evento de criação cósmica. Eis a evidência adicional de um início cósmico que eu esperava encontrar. Havia muito mais por vir.
Teoremas do Espaço-Tempo
Logo após a descoberta de Penzias e Wilson, físicos na Grã-Bretanha e na África do Sul começaram um estudo sobre a física do espaço e do tempo. Em 1970, os físicos Stephen Hawking e Roger Penrose publicaram o primeiro dos teoremas do espaço-tempo cósmico. [3] Eles mostraram que o início cósmico não é apenas o início da matéria e da energia, mas também do espaço e do tempo, assim como a Bíblia declarou há milhares de anos, por exemplo, em 2 Timóteo 1:9; Tito 1:2 e Hebreus 11:3.
Desde 1970, os físicos produziram mais de trinta teoremas do espaço-tempo. O mais famoso deles é o teorema de Borde-Guth-Vilenkin. [4] Arvind Borde, Alan Guth e Alexander Vilenkin demonstraram que, independentemente das condições de homogeneidade, isotropia e energia do universo, este deve estar sujeito a uma singularidade inicial do espaço-tempo. Dois anos depois, Vilenkin escreveu em seu livro Many Worlds in One (Muitos mundos em um): “Com a prova agora estabelecida, os cosmólogos não podem mais se esconder atrás da possibilidade de um universo eterno no passado. Não há escapatória, eles têm que encarar o problema de um início cósmico.” [5]
Gravidade Quântica
Sean Carroll contesta a afirmação de que não há como escapar de um início cósmico. Ele destaca que a prova de um início cósmico se baseia no que sabemos sobre os últimos 99,9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999% da história do universo. Carroll afirma que, antes de 10-43 segundos após o evento de origem cósmica (a era da gravidade quântica, na qual a mecânica quântica pode competir com a gravidade na determinação da dinâmica do universo), existe a possibilidade de flutuações ou espuma do espaço-tempo quântico terem sido suficientemente grandes para permitir uma fuga de uma singularidade inicial do espaço-tempo. [6]
Testes de Gravidade Quântica
A afirmação de Carroll sobre uma possível fuga de um início do espaço-tempo se baseia na incapacidade de astrônomos e físicos de realizar experimentos ou medições sobre o estado do universo durante essa era extremamente breve da gravidade quântica. Para reproduzir as condições de energia que existiram durante a era da gravidade quântica, os físicos precisariam construir um acelerador de partículas com um percurso de aceleração um bilhão de trilhões de vezes maior que os 27 quilômetros (17 milhas) do Grande Colisor de Hádrons do CERN. Ele se estenderia da Terra até os quasares mais distantes! Físicos e astrônomos podem sonhar em sondar diretamente a era da gravidade quântica, mas a possibilidade de os governos do mundo financiarem um acelerador de partículas de 12 bilhões de anos-luz de comprimento em um futuro próximo é remota.
A inviabilidade de construir um acelerador de partículas que alcance os quasares mais distantes não significa que não haja esperança de investigar a física da gravidade quântica. O que acontece na era da gravidade quântica nem sempre permanece na era da gravidade quântica. Vaza para além dela.
imagens borradas de quasares: Flutuações quânticas do espaço-tempo durante o primeiro minúsculo segundo dos 13,8 bilhões de anos de existência do universo acumulam-se ou crescem ao longo dos trajetos da luz. Ou seja, tornam-se mais "espumosas" em longos percursos pelo espaço. Tal acúmulo borraria as imagens de quasares e blazares observados à distância, em proporção ao tamanho das flutuações quânticas do espaço-tempo existentes durante a era da gravidade quântica. (Um blazar é um quasar onde o jato relativístico de matéria ionizada gerado fora do horizonte de eventos do buraco negro supermassivo do quasar aponta direta ou quase diretamente para a Terra.) Quanto maior a distância, maior o grau de borramento. Quanto menor o comprimento de onda da observação, maior o grau de borramento.
Até o momento, as observações em comprimentos de onda visíveis e ultravioleta feitas pelo Telescópio Espacial Hubble não detectaram nenhum embaçamento nas imagens de quasares distantes. [7] Em 2015, uma equipe de seis astrônomos liderada por Eric Perlman usou observações de raios X de quasares feitas pelo Telescópio Espacial de Raios X Chandra para estabelecer restrições mais rigorosas às especulações sobre gravidade quântica. [8] Eles também demonstraram como as observações de quasares em comprimentos de onda de raios gama com o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi e telescópios Cerenkov terrestres poderiam restringir as especulações sobre gravidade quântica em um grau muito maior.
desvios da invariância de Lorentz: A invariância de Lorentz (também conhecida como simetria de Lorentz) é a proposição de que as leis da física são as mesmas para todos os observadores no universo. Muitos modelos de gravidade quântica, em particular modelos com grandes flutuações quânticas do espaço-tempo e modelos de gravidade quântica em loop, preveem que a invariância de Lorentz será violada em altas escalas de energia, superiores à energia de Planck de 1,22 x 1019 GeV (1 GeV = Gigaelétron-Volt = 1 bilhão de elétron-Volts ou 1,602 x 10-10 Joules), e que pequenos desvios da invariância de Lorentz ocorrerão em escalas de energia mais baixas. Observações feitas com o Telescópio Espacial Fermi de uma intensa erupção de raios gama do blazar PKS 2155-304, a 1,5 bilhão de anos-luz de distância, estabeleceram que não houve violação da invariância de Lorentz para níveis de energia inferiores a 2,1 x 1018 GeV, assumindo uma dependência linear da velocidade do fóton com a energia, e inferiores a 6,4 x 1010 GeV, assumindo uma dependência quadrática da velocidade do fóton com a energia. [9]
Em 2018, uma equipe de oito astrônomos liderada por Carlo Romoli publicou sua análise de uma emissão de raios gama extremamente brilhante do blazar 3C 279 (ver Figura 1). [10] A equipe de Romoli alcançou limites de gravidade quântica quase tão rigorosos quanto os derivados da emissão de raios gama de PKS 2155-304. Eles determinaram que não houve violação da invariância de Lorentz para níveis de energia inferiores a 1,7 x 1017 GeV, assumindo uma dependência linear da velocidade do fóton com a energia, e inferiores a 2,0 x 1010 GeV, assumindo uma dependência quadrática da velocidade do fóton com a energia.
10 de abril de 2023
Uma das crenças fundamentais da fé cristã é que o universo teve um começo, o que implica um Criador cósmico. Cientistas físicos que se opõem ao cristianismo admitem que evidências observacionais esmagadoras confirmam que o universo teve um começo, mas apontam que os astrônomos não possuem prova absoluta de um começo cósmico. Há espaço para especulação, alegam, na parte do universo onde faltam observações. Apresentarei os detalhes técnicos — especialmente uma série de testes de gravidade quântica — sobre o que as pesquisas mais recentes mostram. Mas primeiro explicarei como a busca por um começo impulsionou minha vida e carreira desde jovem.
Busca Pessoal
Não fui criado em um lar cristão, mas desde os sete anos de idade nutria uma intensa curiosidade pelo universo. Na metade da adolescência, percebi que, se o universo tivesse um começo, esse começo teria profundas implicações filosóficas e teológicas. Essa percepção me levou a investigar as principais religiões do mundo. Minha jornada espiritual no final da adolescência culminou em um estudo de 18 meses de uma Bíblia que me foi dada pelos Gideões. Lembro-me claramente da noite em que, à 1h06 da manhã, assinei meu nome na contracapa daquela Bíblia dos Gideões, consagrando minha vida a Jesus Cristo como meu Senhor e Salvador pessoal.
Um fator crucial para eu entregar minha vida a Cristo foi a crescente evidência em apoio ao modelo do Big Bang e a declaração bíblica de que o universo teve um início, que incluiu a criação de toda a matéria, energia, espaço e tempo. Eu estava ansioso para ver se as evidências de um início cósmico continuariam a se acumular.
Poucas semanas após aquela noite que mudou minha vida, fui admitido na Sociedade Astronômica Americana graças a uma recomendação por escrito do físico de Princeton, Robert Dicke. Minha filiação incluía uma assinatura do Astrophysical Journal.
Uma das primeiras edições que recebi incluía um breve artigo de Arno Penzias e Robert Wilson anunciando a descoberta de uma radiação cósmica de fundo de 3K onipresente. [1] Acompanhando esse artigo, havia um de Robert Dicke e sua equipe de alunos de pós-graduação que explicava a descoberta de Penzias e Wilson. [2] A equipe de Dicke destacou que a radiação onipresente descoberta por Penzias e Wilson era a radiação remanescente do evento de criação cósmica. Eis a evidência adicional de um início cósmico que eu esperava encontrar. Havia muito mais por vir.
Teoremas do Espaço-Tempo
Logo após a descoberta de Penzias e Wilson, físicos na Grã-Bretanha e na África do Sul começaram um estudo sobre a física do espaço e do tempo. Em 1970, os físicos Stephen Hawking e Roger Penrose publicaram o primeiro dos teoremas do espaço-tempo cósmico. [3] Eles mostraram que o início cósmico não é apenas o início da matéria e da energia, mas também do espaço e do tempo, assim como a Bíblia declarou há milhares de anos, por exemplo, em 2 Timóteo 1:9; Tito 1:2 e Hebreus 11:3.
Desde 1970, os físicos produziram mais de trinta teoremas do espaço-tempo. O mais famoso deles é o teorema de Borde-Guth-Vilenkin. [4] Arvind Borde, Alan Guth e Alexander Vilenkin demonstraram que, independentemente das condições de homogeneidade, isotropia e energia do universo, este deve estar sujeito a uma singularidade inicial do espaço-tempo. Dois anos depois, Vilenkin escreveu em seu livro Many Worlds in One (Muitos mundos em um): “Com a prova agora estabelecida, os cosmólogos não podem mais se esconder atrás da possibilidade de um universo eterno no passado. Não há escapatória, eles têm que encarar o problema de um início cósmico.” [5]
Gravidade Quântica
Sean Carroll contesta a afirmação de que não há como escapar de um início cósmico. Ele destaca que a prova de um início cósmico se baseia no que sabemos sobre os últimos 99,9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999% da história do universo. Carroll afirma que, antes de 10-43 segundos após o evento de origem cósmica (a era da gravidade quântica, na qual a mecânica quântica pode competir com a gravidade na determinação da dinâmica do universo), existe a possibilidade de flutuações ou espuma do espaço-tempo quântico terem sido suficientemente grandes para permitir uma fuga de uma singularidade inicial do espaço-tempo. [6]
Testes de Gravidade Quântica
A afirmação de Carroll sobre uma possível fuga de um início do espaço-tempo se baseia na incapacidade de astrônomos e físicos de realizar experimentos ou medições sobre o estado do universo durante essa era extremamente breve da gravidade quântica. Para reproduzir as condições de energia que existiram durante a era da gravidade quântica, os físicos precisariam construir um acelerador de partículas com um percurso de aceleração um bilhão de trilhões de vezes maior que os 27 quilômetros (17 milhas) do Grande Colisor de Hádrons do CERN. Ele se estenderia da Terra até os quasares mais distantes! Físicos e astrônomos podem sonhar em sondar diretamente a era da gravidade quântica, mas a possibilidade de os governos do mundo financiarem um acelerador de partículas de 12 bilhões de anos-luz de comprimento em um futuro próximo é remota.
A inviabilidade de construir um acelerador de partículas que alcance os quasares mais distantes não significa que não haja esperança de investigar a física da gravidade quântica. O que acontece na era da gravidade quântica nem sempre permanece na era da gravidade quântica. Vaza para além dela.
imagens borradas de quasares: Flutuações quânticas do espaço-tempo durante o primeiro minúsculo segundo dos 13,8 bilhões de anos de existência do universo acumulam-se ou crescem ao longo dos trajetos da luz. Ou seja, tornam-se mais "espumosas" em longos percursos pelo espaço. Tal acúmulo borraria as imagens de quasares e blazares observados à distância, em proporção ao tamanho das flutuações quânticas do espaço-tempo existentes durante a era da gravidade quântica. (Um blazar é um quasar onde o jato relativístico de matéria ionizada gerado fora do horizonte de eventos do buraco negro supermassivo do quasar aponta direta ou quase diretamente para a Terra.) Quanto maior a distância, maior o grau de borramento. Quanto menor o comprimento de onda da observação, maior o grau de borramento.
Até o momento, as observações em comprimentos de onda visíveis e ultravioleta feitas pelo Telescópio Espacial Hubble não detectaram nenhum embaçamento nas imagens de quasares distantes. [7] Em 2015, uma equipe de seis astrônomos liderada por Eric Perlman usou observações de raios X de quasares feitas pelo Telescópio Espacial de Raios X Chandra para estabelecer restrições mais rigorosas às especulações sobre gravidade quântica. [8] Eles também demonstraram como as observações de quasares em comprimentos de onda de raios gama com o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi e telescópios Cerenkov terrestres poderiam restringir as especulações sobre gravidade quântica em um grau muito maior.
desvios da invariância de Lorentz: A invariância de Lorentz (também conhecida como simetria de Lorentz) é a proposição de que as leis da física são as mesmas para todos os observadores no universo. Muitos modelos de gravidade quântica, em particular modelos com grandes flutuações quânticas do espaço-tempo e modelos de gravidade quântica em loop, preveem que a invariância de Lorentz será violada em altas escalas de energia, superiores à energia de Planck de 1,22 x 1019 GeV (1 GeV = Gigaelétron-Volt = 1 bilhão de elétron-Volts ou 1,602 x 10-10 Joules), e que pequenos desvios da invariância de Lorentz ocorrerão em escalas de energia mais baixas. Observações feitas com o Telescópio Espacial Fermi de uma intensa erupção de raios gama do blazar PKS 2155-304, a 1,5 bilhão de anos-luz de distância, estabeleceram que não houve violação da invariância de Lorentz para níveis de energia inferiores a 2,1 x 1018 GeV, assumindo uma dependência linear da velocidade do fóton com a energia, e inferiores a 6,4 x 1010 GeV, assumindo uma dependência quadrática da velocidade do fóton com a energia. [9]
Em 2018, uma equipe de oito astrônomos liderada por Carlo Romoli publicou sua análise de uma emissão de raios gama extremamente brilhante do blazar 3C 279 (ver Figura 1). [10] A equipe de Romoli alcançou limites de gravidade quântica quase tão rigorosos quanto os derivados da emissão de raios gama de PKS 2155-304. Eles determinaram que não houve violação da invariância de Lorentz para níveis de energia inferiores a 1,7 x 1017 GeV, assumindo uma dependência linear da velocidade do fóton com a energia, e inferiores a 2,0 x 1010 GeV, assumindo uma dependência quadrática da velocidade do fóton com a energia.
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| Figura 1: Blazar 3C 279 fotografado em comprimentos de onda de raios gama pelo Observatório Compton (Imagem de NASA via Reasons to Believe) |
Em 2021, quatro astrônomos liderados por Qi-Qi Zhou utilizaram 37 grupos de medições de polarização em múltiplos comprimentos de onda, coletadas de cinco blazares, abrangendo uma faixa de distância de 1,5 a 4,7 bilhões de anos-luz, para estabelecer restrições rigorosas sobre possíveis violações da invariância de Lorentz. [11] Se a invariância de Lorentz for violada, as velocidades de grupo de fótons polarizados circularmente à esquerda e à direita, emitidos pela mesma fonte astrofísica, devem diferir ligeiramente, levando à birrefringência do vácuo. A equipe de Zhou utilizou as medições de polarização dos cinco blazares para calcular o parâmetro de birrefringência, h. Se não houver nenhuma violação da invariância de Lorentz, então h = 0. Zhou e seus colegas estabeleceram, com um nível de confiança de 95%, que h deve ser menor que 8,91 x 10-7 (ou 0,000000891).
Os físicos Fabian Kislat e Henric Krawczynski analisaram dados de polarização óptica de 72 núcleos galácticos ativos e explosões de raios gama para estabelecer um limite excepcionalmente rigoroso para uma grande categoria de modelos de gravidade quântica. [12] Sua análise estabeleceu um limite inferior para a escala de energia da gravidade quântica que é um milhão de vezes maior que a energia de Planck, “limitando severamente o espaço de fase para qualquer teoria [de gravidade quântica] que preveja uma rotação da polarização do fóton quadrática em energia.” [13]
Outros modelos de gravidade quântica preveem que, em níveis de energia muito abaixo da energia de Planck, a velocidade de propagação dos raios gama de altíssima energia se desviará da velocidade da luz. Especificamente, fótons de diferentes energias emitidos simultaneamente por uma fonte em uma galáxia distante chegariam em momentos diferentes. A Colaboração Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) mediu os tempos de chegada dos fótons mais energéticos já detectados, aqueles provenientes do evento de explosão de raios gama GRB 190114C, com duração de 25 segundos (ver Figura 2), em uma galáxia a 4,5 bilhões de anos-luz de distância. Ela determinou que qualquer desvio da velocidade da luz causado pelos raios gama da GRB 190114C deve ser menor que 1,7 x 10-17 (novamente, um número muito pequeno). [14]
Os físicos Fabian Kislat e Henric Krawczynski analisaram dados de polarização óptica de 72 núcleos galácticos ativos e explosões de raios gama para estabelecer um limite excepcionalmente rigoroso para uma grande categoria de modelos de gravidade quântica. [12] Sua análise estabeleceu um limite inferior para a escala de energia da gravidade quântica que é um milhão de vezes maior que a energia de Planck, “limitando severamente o espaço de fase para qualquer teoria [de gravidade quântica] que preveja uma rotação da polarização do fóton quadrática em energia.” [13]
Outros modelos de gravidade quântica preveem que, em níveis de energia muito abaixo da energia de Planck, a velocidade de propagação dos raios gama de altíssima energia se desviará da velocidade da luz. Especificamente, fótons de diferentes energias emitidos simultaneamente por uma fonte em uma galáxia distante chegariam em momentos diferentes. A Colaboração Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) mediu os tempos de chegada dos fótons mais energéticos já detectados, aqueles provenientes do evento de explosão de raios gama GRB 190114C, com duração de 25 segundos (ver Figura 2), em uma galáxia a 4,5 bilhões de anos-luz de distância. Ela determinou que qualquer desvio da velocidade da luz causado pelos raios gama da GRB 190114C deve ser menor que 1,7 x 10-17 (novamente, um número muito pequeno). [14]
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| Figura 2: Imagem do Telescópio Espacial Hubble do brilho residual da GRB 190114C. As cores azuis além do sinal central revelam a presença de estrelas jovens e quentes, indicando que a galáxia hospedeira da GRB 190114C provavelmente é uma grande galáxia espiral. (Imagen de NASA via Reasons to Believe) |
Quatro outros astrofísicos usaram dados de atraso espectral do satélite Burst and Transient Source Experiment (BATSE) para analisar múltiplos eventos de explosões de raios gama provenientes de múltiplas galáxias distantes. [15] Eles estabeleceram que, com um nível de confiança de 95%, não houve violação da invariância de Lorentz para níveis de energia inferiores a 3,7 x 1018 GeV, assumindo novamente uma dependência linear da velocidade do fóton com a energia. Eles também apontam que a detecção de eventos de explosões de raios gama com energias superiores a 100 GeV se tornará rotineira em um futuro próximo, o que possibilitará testes diretos da invariância de Lorentz em níveis de energia superiores à energia de Planck. Embora ainda não sejam rotineiros e frequentes, os experimentos High Energy Stereoscopic System (HESS), MAGIC e Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) detectaram raios gama em níveis de energia de 200 a 500 GeV provenientes de MAXI J1820+070, uma estrela binária de raios X em que um dos membros é um buraco negro. [16]
Os astrofísicos, entretanto, já realizaram um teste definitivo em energias acima da energia de Planck. Uma equipe de nove astrofísicos, liderada por Vlasios Vasileiou, analisou a emissão de quatro explosões de raios gama brilhantes observadas pelo Telescópio Espacial Fermi. [17] A equipe determinou que, com um nível de confiança de 95%, não houve violação da invariância de Lorentz para níveis de energia inferiores a 7,6 vezes a energia de Planck, assumindo novamente uma dependência linear da velocidade do fóton com a energia. Em um artigo subsequente, Vasileiou e seus colegas declararam: “Nossos resultados estabelecem uma restrição fundamental a ser considerada por qualquer modelo de gravidade quântica que apresente quantização do espaço-tempo.” [18]
O esforço mais recente é de uma equipe de 18 astrofísicos que está desenvolvendo um projeto para coletar a maior amostra de fontes de raios gama em galáxias distantes, provenientes das colaborações HESS, MAGIC e VERITAS, a fim de obter a restrição mais rigorosa sobre a escala de energia da gravidade quântica. Até o momento, eles desenvolveram todos os métodos estatísticos necessários para o processamento dos dados e otimizaram seus métodos por meio de simulações computacionais. [19] Em um artigo a ser publicado, eles divulgarão suas restrições sobre a gravidade quântica.
propriedades dos buracos negros: Diferentes modelos de gravidade quântica afetam as propriedades dos buracos negros de maneiras distintas. Por exemplo, os físicos Carlo Rovelli e Francesca Vidotto demonstraram que, se buracos negros primordiais existirem, eles poderiam produzir sinais fortes, detectáveis pelos atuais telescópios de raios gama, que revelariam a natureza da física da gravidade quântica. [20] (Buracos negros primordiais são buracos negros hipotéticos que se formaram logo após o Big Bang, quando a densidade da matéria era tão grande que buracos negros com massa muito menor do que os buracos negros estelares podem ter se formado e, portanto, poderiam evaporar em menos tempo do que a idade do universo.) Os físicos Carlos Barceló, Raúl Carballo-Rubio e Luis J. Garay mostraram que certos modelos de gravidade quântica preveem ecos no decaimento de ondas gravitacionais provenientes de eventos de fusão de buracos negros que seriam detectáveis pelos telescópios de ondas gravitacionais atualmente existentes. [21]
Os físicos Hal Haggard e Carlo Rovelli calcularam onde, em relação aos horizontes de eventos de buracos negros supermassivos, os fenômenos de gravidade quântica não perturbativa seriam detectáveis ao máximo pelo Telescópio do Horizonte de Eventos (Event Horizon Telescope, EHT), uma rede global de radiotelescópios de ondas milimétricas que se estende da Ásia ao Havaí, passando pela Alemanha, e do Polo Sul à Groenlândia. [22] Em 2013, o físico Steven Giddings explicou como — em alguns modelos de gravidade quântica — as flutuações quânticas do espaço-tempo poderiam distorcer ou suprimir o anel de fótons ou a borda da sombra de buracos negros supermassivos. [23] Em 2023, os físicos Arundhati Dasgupta e José Fajardo-Montenegro demonstraram maneiras adicionais pelas quais os efeitos observáveis de certos modelos de gravidade quântica poderiam ser detectados ou restringidos pelo EHT. [24] Embora a imagem inicial do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea produzida pelo EHT (ver Figura 3) ainda não seja detalhada o suficiente para testar modelos de gravidade quântica, imagens futuras do EHT poderão ser.
Os astrofísicos, entretanto, já realizaram um teste definitivo em energias acima da energia de Planck. Uma equipe de nove astrofísicos, liderada por Vlasios Vasileiou, analisou a emissão de quatro explosões de raios gama brilhantes observadas pelo Telescópio Espacial Fermi. [17] A equipe determinou que, com um nível de confiança de 95%, não houve violação da invariância de Lorentz para níveis de energia inferiores a 7,6 vezes a energia de Planck, assumindo novamente uma dependência linear da velocidade do fóton com a energia. Em um artigo subsequente, Vasileiou e seus colegas declararam: “Nossos resultados estabelecem uma restrição fundamental a ser considerada por qualquer modelo de gravidade quântica que apresente quantização do espaço-tempo.” [18]
O esforço mais recente é de uma equipe de 18 astrofísicos que está desenvolvendo um projeto para coletar a maior amostra de fontes de raios gama em galáxias distantes, provenientes das colaborações HESS, MAGIC e VERITAS, a fim de obter a restrição mais rigorosa sobre a escala de energia da gravidade quântica. Até o momento, eles desenvolveram todos os métodos estatísticos necessários para o processamento dos dados e otimizaram seus métodos por meio de simulações computacionais. [19] Em um artigo a ser publicado, eles divulgarão suas restrições sobre a gravidade quântica.
propriedades dos buracos negros: Diferentes modelos de gravidade quântica afetam as propriedades dos buracos negros de maneiras distintas. Por exemplo, os físicos Carlo Rovelli e Francesca Vidotto demonstraram que, se buracos negros primordiais existirem, eles poderiam produzir sinais fortes, detectáveis pelos atuais telescópios de raios gama, que revelariam a natureza da física da gravidade quântica. [20] (Buracos negros primordiais são buracos negros hipotéticos que se formaram logo após o Big Bang, quando a densidade da matéria era tão grande que buracos negros com massa muito menor do que os buracos negros estelares podem ter se formado e, portanto, poderiam evaporar em menos tempo do que a idade do universo.) Os físicos Carlos Barceló, Raúl Carballo-Rubio e Luis J. Garay mostraram que certos modelos de gravidade quântica preveem ecos no decaimento de ondas gravitacionais provenientes de eventos de fusão de buracos negros que seriam detectáveis pelos telescópios de ondas gravitacionais atualmente existentes. [21]
Os físicos Hal Haggard e Carlo Rovelli calcularam onde, em relação aos horizontes de eventos de buracos negros supermassivos, os fenômenos de gravidade quântica não perturbativa seriam detectáveis ao máximo pelo Telescópio do Horizonte de Eventos (Event Horizon Telescope, EHT), uma rede global de radiotelescópios de ondas milimétricas que se estende da Ásia ao Havaí, passando pela Alemanha, e do Polo Sul à Groenlândia. [22] Em 2013, o físico Steven Giddings explicou como — em alguns modelos de gravidade quântica — as flutuações quânticas do espaço-tempo poderiam distorcer ou suprimir o anel de fótons ou a borda da sombra de buracos negros supermassivos. [23] Em 2023, os físicos Arundhati Dasgupta e José Fajardo-Montenegro demonstraram maneiras adicionais pelas quais os efeitos observáveis de certos modelos de gravidade quântica poderiam ser detectados ou restringidos pelo EHT. [24] Embora a imagem inicial do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea produzida pelo EHT (ver Figura 3) ainda não seja detalhada o suficiente para testar modelos de gravidade quântica, imagens futuras do EHT poderão ser.
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| Figura 3: Imagem inicial do Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT) do buraco negro supermassivo da Via Láctea {Sagitário A*}. O núcleo escuro mostra o horizonte de eventos, dentro do qual nenhuma luz consegue escapar da gravidade do buraco negro. O anel brilhante externo ao horizonte de eventos é onde a matéria atraída para o buraco negro está sendo convertida em energia com uma eficiência de 10 a 42%. (Imagem de Colaboração EHT via Reasons to Believe) |
nanodiamantes: Em 2021, uma equipe de dez físicos liderada por Yair Margalit construiu e demonstrou com sucesso o funcionamento de um interferômetro de efeito Stern-Gerlach para experimentos com átomos individuais. [25] Em 2023, dois físicos israelenses demonstraram como um interferômetro de Stern-Gerlach poderia ser usado para levitar e manipular nanodiamantes em um campo magnético fraco. [26] Nanodiamantes são diamantes com diâmetros entre um bilionésimo e um décimo milionésimo de metro. O número de átomos de carbono individuais em nanodiamantes varia de algumas centenas a vários milhares. Os dois físicos mostraram como medições precisas das rotações de nanodiamantes em um interferômetro de Stern-Gerlach poderiam fornecer testes fundamentais ou restrições a modelos de gravidade quântica.
Implicações da Criação Cósmica
Sem exceção, todas as observações relevantes para a era da gravidade quântica realizadas até o momento corroboram um início espaço-temporal para o universo. Os diversos testes de gravidade quântica realizados pelos astrônomos demonstram que, quanto mais os cientistas aprendem sobre o universo, mais evidências científicas acumulam de que um Deus além do espaço e do tempo criou o universo de matéria, energia, espaço e tempo. Cem por cento das evidências empíricas sustentam um início cósmico em todos os detalhes que a Bíblia declarou há milhares de anos.
Será que os astrônomos eliminaram todas as especulações possíveis sobre um universo sem começo? Não. Para isso, precisariam possuir um conhecimento exaustivo e completo de todas as características do universo. Como as observações e experimentos dos astrônomos são limitados pelas dimensões do espaço-tempo cósmico e pelas leis da física, eles jamais poderão acumular um conhecimento completo sobre o universo. O que eles podem fazer é reduzir progressivamente as especulações ateístas sobre o universo a um nicho cada vez menor de especulação possível. Graças aos testes de gravidade quântica realizados por astrônomos do século XXI, o nicho restante para especulações ateístas é agora incrivelmente pequeno. Em contrapartida, esses testes fornecem evidências científicas cada vez mais robustas para um começo cósmico, consistente com os textos bíblicos.
Notas de Fim
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- Stephen Hawking e Roger Penrose, “The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology”, Proceedings of the Royal Society A 314, n.º 1519 (27 de janeiro de 1970): 529–548, doi:10.1098/rspa.1970.0021.
- Arvind Borde, Alan H. Guth e Alexander Vilenkin, “Inflationary Spacetimes Are Incomplete in Past Directions”, Physical Review Letters 90, n.º 15 (15 de abril de 2003): id. 151301, doi:10.1103/PhysRevLett.90.151301.
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- Yair Margalit et al., “Realization of a Complete Stern-Gerlach Interferometer: Toward a Test of Quantum Gravity”, Science Advances 7, n.º 22 (28 de maio de 2021): id. abg2879, doi:10.1126/sciadv.abg2879.
- Yonathan Japha e Ron Folman, “Quantum Uncertainty Limit for Stern-Gerlach Interferometry with Massive Objects”, Physical Review Letters 130, n.º 11 (17 de março de 2023): id. 113602, doi:10.1103/PhysRevLett.130.113602.
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Traduzido de Quantum Gravity Constraints Affirm Cosmic Creator (RTB)
Etiquetas:
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