Como o Universo Terminará

“Há cerca de 13,7 bilhões de anos, um evento misterioso deu origem ao Universo como o conhecemos. Uma grande explosão, o Big Bang”.

Talvez você já tenha ouvido isso em algum documentário, mas, bem, não houve grande e não houve explosão. O “Átomo Primordial”, como era assim chamado por Georges Lemaître (padre, astrônomo e físico belga), era muito menor que um átomo, logo não foi grande. E não havia meio para que as vibrações se propagassem, logo sem explosão.

Temos uma teoria aceita por toda a comunidade científica e comprovada por Edwin Hubble que explica o surgimento do Universo. Mas, como ele vai acabar? Bem, existem diversas hipóteses para o fim do Universo em que habitamos. Explicaremos aqui quatro delas.

Big Chill:

O Universo está em constante expansão. Se o Universo tem uma densidade de massa-energia menor ou exatamente igual ao valor crítico, e os efeitos da energia escura forem cortados, o Universo poderá continuar a expandir-se numa taxa que cairá lentamente, mas nunca se esgotará. Ao longo de períodos de tempo inimaginavelmente longos, sofrerá uma prolongada morte fria, o “Big Chill”(Grande Frio). Se o Universo acabar em um Big Chill, seu fim demorará uma eternidade. No próximo trilhão de anos, as galáxias não poderão formar novas estrelas. Em cerca de 10²⁵ anos, a maior parte da matéria estará em estrelas mortas como buracos negros e anãs brancas apagadas, orbitando e caindo em buracos negros supermassivos. Em 10³² anos, prótons começarão a decair em radiação (fótons), elétrons pósitrons e neutrinos. Toda matéria fora de buracos-negros será despedaçada. Após mais 10⁶⁷ anos, os buracos negros começarão a evaporar. Em cerca de 10¹⁰⁰ anos, os buracos negros supermassivos evaporarão, o Universo termina em um enorme e frio mar de partículas fundamentais e energia.

Big Chill Modificado:

Se os efeitos da energia escura continuarem os mesmos do presente, o Universo expandirá a uma taxa acelerada, sem interferência de sua densidade. Estruturas que não estejam ligadas pela gravidade se separarão, ao final, à velocidades maiores que a da luz. O Universo novamente caba em uma morte fria e longa, Big Chill.

Big Rip:

Se a intensidade da Energia Escura aumentar, poderá superar todas as forças fundamentais e desintegrará totalmente o Universo num “Big Rip” (Grande Rasgão). Isso pode ocorrer entre 20 e 30 bilhões de anos. Primeiro as galáxias se dissolveriam, após, os sistemas solares. Passados alguns meses as estrelas, assim como os planetas, explodiriam. Então os átomos. O tempo acaba.

Big Crunch:

Caso o efeito da energia escura se reverta no futuro, a gravidade se fortalecerá e o Universo colapsaria numa singularidade. Este é o cenário menos provável e, caso ocorra, demoraria no mínimo bilhões de anos.

Leis da Dinâmica ou Leis de Newton

A tentativa de explicar o porquê de um movimento teve início com Galileu, mas foi Isaac Newton quem associou o movimento à ação de uma força, formulando três leis que levam o seu nome. Os estudos de Newton foram influenciados pelas ideias contidas nas obras de René Descartes, Galileu Galilei e Johannes Kepler.

Pense e responda: oque é mais fácil de se deslocar com um empurrão, uma caixa de papelão ou uma caçamba de entulho?

Na situação anterior, certamente é mais fácil empurrar a caixa de papelão, pois sua massa é menor do que a da caçamba. Pensando em uma questão semelhante a esta, Newton pôde constatar que o movimento da massa e das forças que agem sobre ele. Mas observe que, se retirarmos todo o atrito do solo, não teremos dificuldade em empurrar ambas as caixas com mínima força.

Podemos concluir que, quanto maior for  massa de um corpo, maior será a força para deslocá-lo, levando em consideração as forças que se opõem ao movimento.

Todas essas hipóteses foram consideradas por Isaac Newton que formulou as famosas leis de Newton.

A Primeira Lei de Newton - Inércia

Enquanto um carrinho de supermercado permanecer na mesma posição, ele estará em repouso em relação a uma prateleira. Existem forças atuando sobre o corpo, mas elas se anulam, estabelecendo o estado de repouso do corpo.

Quando a pessoa empurra o carrinho, faz com que ele entre em movimento; tem-se inicialmente um movimento acelerado.

Caso não houvesse atrito entre o carrinho e o chão e a resistência do ar osse desprezível, o carrinho passaria a realizar um movimento uniforme. Em outras palavras, ao se deslocar livre de forças contrárias ao seu movimento, em uma situação na qual todas as forças  envolvidas se anulam, zerando a aceleração, o movimento torna-se retilíneo e uniforme.

Para parar o carrinho, será necessária a aplicação de uma força contrária ao seu movimento. Nos dois exemplos anteriores, a força exerce papel fundamental para que o objeto primeiramente entre em movimento e, da mesma forma, pare, ao se eliminarem as forças que se opunham ao movimento. Então, a atuação de uma força que pare o carrinho implica desacelerá-lo, reduzindo a velocidade a zero.

Pensando assim, Isaac Newton constatou a interferência da força no movimento dos objetos, ou seja, o que determina o estado de repouso ou movimento de um corpo é a atuação de uma força sobre os objetos.

A partir desses estudos, Newton formulou sua primeira lei que afirma:

"Todo corpo tende a permanecer em repouso ou em Movimento Reilíneo e Uniforme enquanto uma força resultante não atuar sobre ele".

A Segunda Lei de Newton - Lei Fundamental da Dinâmica

Não há dúvidas de que um carrinho com maior quantidade de produtos oferece maior resistência ao movimento do que o carrinho vazio. Para uma criança, é bem mais fácil colocar em movimento o carrinho vazio.

Associamos a inércia o estado em que um corpo se encontra, ou seja, em repouso ou em movimento. Mas, neste exemplo, o que determina o estado de repouso do carrinho é a massa total do conjunto carrinho mais compras.

Sendo da mesma intensidade a força do menino para empurrar ambos os carrinhos, percebemos que o carrinho vazio adquire maior aceleração que o carrinho cheio.

Podemos expressar a Segunda Lei de Newton assim:

"A força resultante sobre um corpo produz aceleração proporcional a ela de mesma direção e sentido"

Ou:

F = m . a

F: Força [N]
m: massa [kg]
a: aceleração [m/s²]
Unidades expressas no S.I.

A Terceira Lei de Newton - Ação e Reação

Imagine um menino sobre um skate. Ele está ao lado de um poste e o empurra para entrar em movimento.

Na situação anterior, o menino empurra o poste, mas quem entra em movimento é o menino e não o poste. Quem empurrou o menino para ele entrar em movimento?

Esse exemplo é a maior evidência de que força é a interação entre dois corpos, ou seja, quem empurrou o menino para trás foi o poste. Para muitos, isso parece estranho, mas o menino empurra o poste para a direita e o poste o empurra, com a mesma força, porém em sentido oposto.

Não tem como o menino se mover sem interagir com outro corpo. Pense em outra maneira para o garoto entrar em movimento com o skate e verá que ele dependerá de outro corpo para interagir e surgir, assim, a força para movimentá-lo.

Foi pensando nesta questão que Isaac Newton formulou a Terceira Lei, que explica o movimento dos corpos, a ação e reação. As forças atuam sempre aos pares, desde as menores partículas até as maiores existentes no universo, ou seja, a força nunca surgirá isolada.

O enunciado da Terceira Lei de Newton pode ser expresso como:

"Dois corpos, A e B, interagindo entre si, produzem um par de forças de reação mútua, no qual A exerce sobre B uma força FAB e B reage com uma força FBA de mesma intensidade e direção, porém, em sentido oposto"

É válido lembrar que as forças de ação e reação nunca se anulam, pois são aplicadas a corpos distintos.

Frases mnemônicas

Bem, se você já de uma olhada nas equações do MRUV, provavelmente está pensando

'' Ferrou! ''

Eu pensei do mesmo jeito. Porém existem frases politicamente incorretas que te ajudam a lembrar, por que elas ficam na cabeça. Veja:

v = v₀ + a . t

Vovo comeu Vovo mais a titia

Fácil não? Bem, com a função horária da velocidade do MRUV é muito fácil. Com a dos espaços também! Veja:

S = S₀ + v₀ . t + a . t²/2 

Sentado no Sofá vendo televisão até meia noite

E a droga da equação de Torriceli?

v² = v₀² + 2.a.ΔS

Como ΔS é deslocamento, façamos assim:

v² = v₀² + 2 . a . D

Temos agora:

Vovo comeu Vovo mais duas amigas dela

Fácil não?

Confira as frases do professor Pachecão no Programa do Jô: