John A. Wheeler, o patriarca dos físicos relativistas, morre aos 96 anos 26/04/08

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John Archibald Wheeler (9 de Julho de 1911, 13 de Abril de 2008) foi um físico teórico americano notável. Um dos últimos que conviveu cientificamente com Albert Einstein
Albert Einstein(1879-1955). Albert Einstein nasceu em Ulm, na Alemanha. Como físico teórico, revolucionou a nossa compreensão do Universo. A sua contribuição para o avanço da Física Moderna foi única. Doutorou-se em 1905 pela Universidade de Zurique (Suíça), no mesmo ano em que interpretou o efeito fotoeléctrico, o movimento browniano, e lançou a Teoria da Relatividade Restrita. Publicou em 1916 a sua Teoria da Relatividade Geral e foi galardoado com o Prémio Nobel da Física em 1921. , tendo procurado prosseguir o seu sonho da construção de uma teoria do campo unificado. Recordemos as suas palavras em 1962: “Are
are (a)O are (a) é uma unidade de área equivalente a cem metros quadrados: 1 a = 1 dam2 = 100 m2.fields and particles foreign entities immersed in geometry, or are they nothing but geometry?” There is nothing in the world except empty curved space. Matter, charge, electromagnetism, and other fields are only manifestations of the bending of space. Physics is geometry.” A forma como conclui esta frase, a física é geometria, é bem um testemunho das ideias que o levaram a envolver-se com Charles Misner e outros colegas num projecto de geometrização da física, que designava por Geometrodinâmica, que se identifica com a visão física de Albert Einstein e da sua teoria da gravitação, a teoria da Relatividade Geral Teoria da Relatividade GeralA Teoria da Relatividade Geral foi formulada por Albert Einstein em 1916 como expansão da Teoria da Relatividade Restrita (formulada em 1905) de forma a incluir o efeito da gravitação no espaço-tempo. Esta teoria propõe que o espaço-tempo é uma estrutura quadri-dimensional cuja curvatura é determinada pela presença de matéria. Neste sentido, a gravitação manifesta-se como curvatura do espaço-tempo, e não como uma força entre duas massas. .
John Wheeler é conhecido por ter sido o físico que difundiu o termo “buraco negro buraco negroUm buraco negro é um objecto cuja gravidade é tão forte que a sua velocidade de escape é superior à velocidade da luz. Em Astronomia, distinguem-se dois tipos de buraco negro: os buracos negros estelares, que resultam da morte de uma estrela de massa elevada, e os buracos negros galácticos, que existem no centro das galáxias activas.” para caracterizar o estádio final de colapso de uma estrela estrelaUma estrela é um objecto celeste gasoso que gera energia no seu núcleo através de reacções de fusão nuclear. Para que tal possa suceder, é necessário que o objecto possua uma massa superior a 8% da massa do Sol. Existem vários tipos de estrelas, de acordo com as suas temperaturas efectivas, cores, idades e composição química.de grande massa massaA massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.(mais do que 3 massas solares massa solarMassa solar é a quantidade de massa existente no Sol e, simultaneamente, a unidade na qual os astrónomos exprimem as massas das estrelas, nebulosas e galáxias. Uma massa solar é igual a 1,989x1030 kg.), do qual nem mesmo a luz pode escapar. Antes de Wheeler ter criado esta designação, dizia-se que o colaps gravitacional colapso gravitacionalProcesso pelo qual uma estrela ou outro objecto celeste implode por acção do seu prório campo gravítico, resultando num objecto que é muito menor e muito mais denso do que o objecto original. O colapso gravitacional é o processo pelo qual se formam estrelas e aglomerados de estrelas, a partir de nuvens interestelares de gás e poeira, galáxias, ou ainda buracos negros. de uma estrela dava origem ao que se designava por estrelas congeladas (“frozen stars”), expressão que era especialmente popular entre a comunidade dos físicos soviéticos, liderados por Yakov B. Zeldovich. De início John Wheeler não acreditava na possibilidade do colapso gravitacional de uma estrela dar origem a esses objectos estranhos, estrelas mortas como uma densidade densidadeEm Astrofísica, densidade é o mesmo que massa volúmica: é a massa por unidade de volume. tão grande que nos seus centros o espaço se tornava infinitamente curvo. Nesses pontos singulares todas as leis físicas são violadas, e por isso nada se conserva. Assim, após o colapso toda a massa desaparece na singularidade, mas o campo gravítico, a curvatura do espaço-tempo curvatura do espaço-tempoDesigna-se por curvatura do espaço-tempo a deformação nele introduzida pela presença de matéria, no contexto da Teoria da Relatividade Geral., permanece indefinidamente. No caso mais simples de um buraco negro com simetria esférica, após o colapso fica um campo gravítico estático e eterno. A princípio, John Wheeler resistiu a esta conclusão apresentada em 1939 por aquele que seria mais tarde o seu chefe no Projecto Manhattan, J. Robert Oppenheimer, e um dos seus alunos Hartland Snyder. Aliás, a recusa de Wheeler em aceitar na altura as ideias de Oppenheimer não é surpre-endente. O próprio Einstein nesse mesmo ano de 1939 escreveu um artigo onde procurou mostrar a impossibilidade de uma estrela colapsar ao ponto de atingir um raio igual ou inferior ao chamado raio de Schwarzschild raio de SchwarzschildRaio em torno de um dado objecto, com uma determinada massa, para o qual a velocicade de escape se torna igual à velocidade da luz. No caso de um buraco negro sem rotação, este raio é a distância do horizonte de eventos à singularidade central., 2GM, que define a dimensão de um buraco negro de massa M. Mas o argumento de Einstein estava errado. Mais tarde, em 1958, numa conferência na Bélgica, Wheeler, manteve uma forte discussão com Oppenheimer, por considerar que a teoria do colapso não poderia estar certa pois “não dá uma resposta aceitável” para o destino da matéria da estrela. Para ele não era razoável que as leis da física conduzissem a uma singularidade, onde essas leis eram violadas. Em resumo, para Wheeler isso significaria que a aplicação da física levaria à sua auto-destruição. Esse mesmo raciocínio esteve na origem da recusa de outros grande físicos teóricos, como A. Eddington e L. Landau, em aceitar a ideia de um colapso gravitacional completo.
(Nebulosa de reflexão M 78 (NGC 2068) M 78 faz parte da grande região de Orionte, uma zona de formação de estrelas situada à volta de M 42 e M43. É a nebulosa de reflexão mais brilhante que se conhece, sendo relativamente fácil de observar com um par de binóculos. O seu brilho resulta, tal como o seu nome indica, da reflexão da luz emitida por estrelas jovens existentes na sua vizinhança. Situa-se a cerca de 1600 anos-luz de distância, tendo cerca de 4 anos-luz de extensão. Esta imagem foi obtida através de combinação de várias imagens captadas com o CCD instalado no telescópio de 0.9 m do Observatório de Kitt Peak, no Arizona, EUA.)
John Wheeler começou a sua vida científica como físico nuclear, tendo estudado com Niels Bohr em Copenhaga, na Dinamarca. Quando Bohr chegou aos Estados Unidos em 1939 e lhe confidenciou que os cientistas alemães tinham conseguido a cisão dos átomos átomoO átomo é a menor partícula de um dado elemento que tem as propriedades químicas que caracterizam esse mesmo elemento. Os átomos são formados por electrões à volta de um núcleo constituído por protões e neutrões. de urânio, Wheeler dispôs-se imediatamente a trabalhar no assunto com Bohr e dentro de poucas semanas tinham arquitectado um esboço de uma teoria de como funcionava a fissão nuclear. Nos anos seguintes Wheeler iria trabalhar na construção das primeiras bombas atómicas na equipa liderada por Oppenheimer. E após o lançamento das bombas em Hiroshima e Nagasaki, Wheeler aceita colaborar na investigação que conduziria à bomba de hidrogénio, já depois de Oppenheimer se ter desligado dessa corrida, horrorizado com as consequências do lançamento das bombas atómicas. É só em 1952 que Wheeler começa a ensinar a teoria de Einstein da gravitação, não muito popular na altura, pois a grande maioria dos físicos estava empenhada nas aplicações da Mecânica Quântica à Física Atómica e Molecular, à Física Nuclear e às teorias Quânticas de Campo. Recorde-se que a teoria da Electrodinâmica Quântica, por exemplo, tinha sido desenvolvida no final dos anos 40 pelo físico japonês Sin-Itiro Tomonaga e pelos americanos Julian Schwinger e Richard Feynman, este último um antigo aluno de John Wheeler. Ao promover o estudo da Relatividade Geral, Wheeler terá um papel importante durante os anos 60, no ressurgimento desta teoria introduzida por Einstein em 1915. Nesses mesmos anos 60, Dennis Sciama, na Universidade de Cambridge, Hermann Bondi, na Universidade de Londres e Yakov Borisovich Zeeldovich, Universidade de Moscovo, muito contribuiriam para um verdadeiro renascimento da Relatividade Geral. É claro que este renascimento foi naturalmente suscitado pelos importantes desenvolvimentos teóricos iniciados nos anos 60, bem como pelas retumbantes observações astronómicas que se verificaram no mesmo período. Recordo aqui os principais. A 9 de Março de 1960, o corpo editorial da Physical Review Letters recebe o artigo de Pound e Rebka, intitulado “O Peso Aparente dos Fotões". O artigo descreve a primeira medida laboratorial bem sucedida da mudança de frequência frequênciaNum fenómeno periódico, a frequência é o número de ciclos por unidade de tempo.da luz por influência do campo gravítico da Terra. Alguns meses mais tarde, no número de Junho de 1960 da revista Annals of Physics surge um artigo assinado pelo físico-matemático inglês Roger Penrose intitulado “Tratamento Spinorial da Relatividade Geral”. Embora se tratasse de um artigo com um formalismo matemático pesado, delineava uma técnica de cálculo extremamente elegante para resolver alguns problemas de relatividade geral. Este foi um dos primeiros passos dados no sentido de tornar mais simples muitos dos morosos e complexos cálculos relativistas.
(Região central da galáxia irregular NGC 1705
A região central da galáxia irregular NGC 1705, situada na constelação do Pintor, está repleta de milhares de estrelas jovens e velhas, tal como é visível nesta imagem. Esta galáxia constitui um laboratório ideal para estudos de formação de estrelas. Estrelas jovens, azuis e quentes concentram-se no seu centro, enquanto que estrelas velhas, vermelhas e frias se distribuem mais pela periferia. NGC 1705 é considerada uma galáxia irregular devido ao facto de ser pequena e não possuir nenhuma forma regular em particular. Pensa-se que as galáxias irregulares foram os primeiros sistemas estelares a se formarem. Estima-se que NGC 1705 possa ter 13,5 mil milhões de anos de idade e que se situe a cerca de 17 milhões de anos-luz de distância.) Ainda em 1960 têm início as observações levadas a cabo pelos astrónomos americanos Thomas Mathews e Allan Sandage, com o telescópio de 200 polegadas polegada (in)A polegada (in) é uma unidade de comprimento do sistema inglês, equivalente a 2,54 cm. de Monte Palomar na Califórnia, da fonte de rádio rádioO rádio é a banda do espectro electromagnético de maior comprimento de onda (menor frequência) e cobre a gama de comprimentos de onda superiores a 0,85 milímetros. O domínio do rádio divide-se no submilímetro, milímetro, microondas e rádio.3C48. Estavam interessados em estudar a radiação visível radiação visívelA radiação visível é a região do espectro electromagnético que os nossos olhos detectam, compreendida entre os comprimentos de onda de 350 e 700 nm (frequências entre 4,3 e 7,5x1014Hz). Os nossos olhos distinguem luz visível de frequências diferentes, desde a luz violeta (radiação com comprimentos de onda ~ 400 nm), até à luz vermelha (com comprimentos de onda ~ 700 nm), passando pelo azul, anil, verde, amarelo e laranja.emitida por esta fonte e, para isso, tiraram uma chapa fotográfica da zona do céu à roda da 3C48. Esperavam encontrar um enxame de galáxias
enxame de galáxiasUm enxame, ou aglomerado, de galáxias é um conjunto de galáxias gravitacionalmente ligadas. A Via Láctea pertence ao aglomerado chamado Grupo Local de galáxias. O enxame de galáxias mais próximo de nós é o Enxame da Virgem.com a localização da fonte de rádio, mas não foi isso que observaram. A análise da chapa fotográfica parecia indicar que o objecto afinal tinha as dimensões de uma estrela, mas não era uma estrela vulgar, pelo menos nada comparável a qualquer estrela conhecida. O seu espectro tinha cores bastante invulgares, e apresentava grandes e rápidas variações de brilhoO brilho de um astro refere-se à quantidade de luz que dele provém, ou seja, a quantidade de energia por ele emitida por unidade de área por unidade de tempo. Dado que o brilho observado, ou medido, depende da distância ao objecto, distingue-se o brilho aparente (quando medido a uma determinada distância), do brilho intrínseco (conceptualmente medido na supefície do próprio astro). . Era pois uma fonte de rádio, que parecia do tipo “estelar” (apesar das estrelas ordinárias não serem fontes intensas de rádio) mas que pelo tipo e variabilidade do seu espectro não parecia ser exactamente uma estrela. Daí que fosse designada fonte de rádio quase estelar ou quasar.Os quasares são objectos extragalácticos extremamente brilhantes e compactos. Hoje acredita-se que são o centro de galáxias muito energéticas ainda num estado inicial da sua evolução (são, pois, núcleos galácticos activos - NGAs) e a sua energia provém de um buraco negro de massa muito elevada. Os seus desvios para o vermelho indicam que se encontram a distâncias cosmológicas. O seu nome, quasar, vem do inglês quasi-stellar object, ou seja, objecto quase estelar, devido à semelhança da sua imagem em placas fotográficas com a imagem de uma estrela.. A descoberta dos quasares catapultou a relatividade geral imediatamente para a fronteira da astronomia. Foram entretanto descobertos objectos semelhantes, como o 3C273. E em 1963 Martin Schmidt do Observatório de Monte Wilson descobriu que as riscas do espectro de emissão do 3C273 apresentavam um deslocamento de 16 por cento no sentido dos comprimento de onda.Designa-se por comprimento de onda a distância entre dois pontos sucessivos de amplitude máxima (ou mínima) de uma onda.mais altos. Para o 3C48 foi medido posteriormente um deslocamento para vermelho ainda maior, da ordem dos 30%. Os grandes deslocamentos para o vermelho dos espectros dos quasares mostram que eles se afastam de nós com grandes velocidades, cerca de 30 por cento da
velocidade da luz.A velocidade da luz é a rapidez com que se propagam as ondas luminosas (ou radiação electromagnética). No vácuo, é igual a 299 790 km/s, sendo independente do referencial considerado.no caso do 3C48, a que corresponde uma distância da ordem de 6 mil milhões de anos-luz ano-luz (al)O ano-luz (al) é uma unidade de distância igual a 9,467305 x 1012 km, que corresponde à distância percorrida pela luz, no vácuo, durante um ano. . Estando os quasares tão distantes seria de esperar que fossem objectos com fraco brilho. Mas, pelo contrário, os quasares são objectos extremamente brilhantes, tanto na parte visível como na das ondas de rádio do espectro. Portanto, a sua luminosidade.A luminosidade (L) é a quantidade de energia que um objecto celeste emite por unidade de tempo e em determinado comprimento de onda, ou em determinada banda de comprimentos de onda. intrínseca deve ser enorme. O 3C48 é cerca de 100 vezes mais luminoso que a nossa galáxia.Um vasto conjunto de estrelas, nebulosas, gás e poeira interestelar gravitacionalmente ligados. As galáxias classificam-se em três categorias principais: espirais, elípticas e irregulares.. Qual a origem de uma fonte tão poderosa? Como se explicam as suas rápidas variações de brilho? À escala cósmica, a gravidade é a interacção dominante, por isso é provável que a resposta a estas perguntas esteja na existência de campos gravitacionais extraordinariamente intensos, o que pode implicar concentrações imensas de massa, talvez com milhões de vezes a massa solar, confinadas a uma região do espaço que não deve ultrapassar uma hora-luz (aproximadamente igual ao diâmetro da órbita.A órbita de um corpo em movimento é a trajectória que o corpo percorre no espaço.Júpiter é o quinto planeta mais próximo do Sol. Com um diâmetro cerca de 11 vezes maior do que a Terra e uma massa mais de 300 vezes superior, é o maior planeta do Sistema Solar e o primeiro dos planetas gigantes gasosos.). A descoberta dos quasares deu origem à criação de uma nova área da física. Em Dezembro de 1963, em Dallas, Texas, teve lugar o primeiro simpósio sobre esta nova disciplina designada Astrofísica Relativista. Para esta conferência foram convidados astrónomos, físicos e matemáticos, de modo a proporcionar um debate alargado, capaz de reunir as experiências e os conhecimentos diversificados destas três áreas do saber. Um dos resultados teóricos aí discutidos foi a chamada solução de Kerr que hoje sabemos descrever um buraco negro em rotação. Porém só foi possível que a comunidade científica aceitasse a ideia de colapso gravitacional associado ao buraco negro depois de uma outra descoberta. No final do ano de 1967, os astrónomos da Universidade de Cambridge Jocelyn Bell e Anthony Hewish descobriram um novo tipo de estrela, chamada pulsar devido à emissão regular de impulsos de rádio. Os pulsares deveriam ser estrelas muito compactas, tão densas que os seus diâmetros não ultrapassam algumas dezenas de quilómetros, e que podem rodar muitas vezes num segundo. A compactificação nestas estrelas é tão grande que destrói os seus átomos e os reduz a um mar de neutros.Partícula que, juntamente com o protão, constitui os núcleos atómicos. Exceptuando o hidrogénio, todos os átomos têm neutrões, e é o número de neutrões que determina o isótopo de determinado elemento químico. Os neutrões têm carga eléctrica neutra. Os neutrões são formados por três quarks (dois "d" e um "u"), são bariões (e hadrões) e o seu spin é um número semi-inteiro. Os neutrões livres declinam por decaímento beta, com um tempo de semi-vida de 10,8 minutos, originando um protão, um electrão e um neutrino. No núcleo atómico, o neutrão é tão estável quanto o protão. . Estasestrela de neutrõesUma estrela de neutrões é o remanescente de uma estrela de massa elevada que explodiu como supernova. Trata-se de um objecto muito compacto constituído essencialmente por neutrões, com apenas cerca de 10 a 20 km de diâmetro, uma densidade média entre 1013 e 1015 g/cm3, uma temperatura central de 109 graus e um intenso campo magnético de 1012 gauss. parecem encontrar-se à beira de um espectacular acidente catastrófico. A gravidade à superfície da estrela é tão grande, que se uma estrela de neutrões tiver uma massa maior que três massas solares será incapaz de encontrar uma estrutura de equilíbrio, colapsando numa fracção de segundo e desaparecendo totalmente do Universo. A explicação deste intrigante fenómeno reside na violenta curvatura do espaço que traduz a crescente intensidade da gravidade numa estrela em colapso. à medida que o raio da estrela se reduz, a curvatura do espaço à superfície da estrela rapidamente se torna suficientemente forte para encurvar os raios luminosos e retê-los em torno da estrela. Quando nem a própria luz consegue escapar ao campo gravítico da estrela esta transforma-se num verdadeiro buraco negro no espaço. No interior do buraco negro, a matéria continua a ser inexoravelmente atraída para o centro do buraco: nenhuma força do Universo parece ser capaz de parar este processo de colapso. É interessante constatar que é precisamente em 1967 que Wheeler assume claramente o conceito de buraco negro com tudo o que isso implica. Embora seja justo recordar que pelo menos desde 1965, John Wheeler estava já a trabalhar nas consequências do colapso gravitacional na sequência de trabalhos desenvolvidos na companhia de Kip Thorne, B. Harrison e M. Wakano. Muito mais havia a dizer sobre as contribuições de John Wheeler para a física teórica, mas é a altura de terminar esta pequena homenagem à memória deste grande físico. Porém deixem-me ainda referir o livro que muitos consideram a Bíblia dos relativistas, “Gravitation”, escrito em colaboração com dois dos seus antigos alunos Charles Misner e Kip Thorne, em 1973. É sem dúvida um dos livros que maior influência teve na formação dos relativistas nos últimos 35 anos e ainda hoje será fácil encontrá-lo nas livrarias.
(Centro da Via Láctea
Nesta imagem, o centro da nossa Galáxia é a região brilhante no centro. O plano da galáxia estende-se horizontalmente. A imagem foi obtida no infravermelho (comprimento de onda que nos permite ver além das densas nuvens escuras do meio interestelar). Deste modo, podemos ver muito mais longe do que nos comprimentos de onda do óptico, região do espectro electromagnético em que se observa com os telescópios e detectores "tradicionais".)