Energia Escura como efeito do campo Gravitacional

A Energia Escura como efeito do campo Gravitacional
João Carlos Holland de Barcellos

Resumo: Colocaremos uma nova abordagem do efeito conhecido como "Energia Escura" através de um efeito do campo gravitacional.
Em um foguete acelerado as dimensões do espaço na direção do movimento , devido à 'Contração de Lorentz', está em continua redução.
Utilizando o princípio da equivalência podemos supor que num campo gravitacional ocorreria o mesmo.
E isso implicaria no 'efeito energia-escura'. Os cálculos mostram que uma contração de 7% a cada bilhão de anos explicaria nossa observação das galáxias em afastamento acelerado.


Contração de Lorentz

Se supusermos que o campo gravitacional contraia o espaço à sua volta (inclusive tudo que está contido nele) poderemos explicar o afastamento acelerado das galáxias através desta contração sem a necessidade de postularmos a 'energia-escura'.
A contração do espaço provocado pela gravidade provocaria uma espécie de 'ilusão de ótica', fazendo parecer, como veremos a seguir, que as galáxias se afastam aceleradamente.

A contração do espaço seria equivalente ao efeito relativístico que ocorre em uma nave espacial em M.R.U. em alta velocidade: Em relação a um observador num referencial inercial parado em relação à nave,O Observador e tudo o mais que está na nave, inclusive a própria nave, tem sua dimensão contraída na direção do movimento da nave em relação ao observador parado (Contração de Lorentz).
Isso significa que a 'régua' (instrumento de medida) dentro da nave é menor do que o observador fora da nave em movimento.
A consequência é que com esta 'régua reduzida' este observador em movimento mediria as coisas maiores do que mediria o observador fora da nave.


Um foquete acelerado e sua continua contração

Da mesma forma, se pensarmos num foquete acelerado, com velocidade cada vez maior, o seu comprimento na direção do movimento - em relação a um referencial inercial - irá ser cada vez menor, e a 'régua' dentro da nave irá continuamente diminuir de tamanho em relação à este observador.

Poderíamos pensar no "princípio da equivalência" para justificar que o campo gravitacional faria o mesmo efeito sobre as 'réguas' (instrumentos de medida) que um foguete acelerado faria dentro da navemas agora em todas as direções do campo gravitacional, e não , como no caso do foguete, apenas na direção da aceleração.

Ou seja, o campo gravitacional faria com que as réguas dentro do campo fossem continuamente diminuídas em relação a um observador fora do campo gravitacional eisto faria como veremos, com que estes observadores vissem as coisas fora do campo se afastarem aceleradamente.

De qualquer modo, mesmo que o "princípio da equivalência" não possa ser aplicado a um campo gravitacional para mostrar que o espaço esteja contraindo ao seu redor, poderemos tomar isso como um efeito novo dos campos gravitacionais e isso explicaria o "efeito energia-escura".

A "energia-escura" através da contração gravitacional:

Vamos pensar o que aconteceria com a luz emitida por uma estrela de uma galáxia distante até chegar ao nosso planeta:

Nossa galáxia, assim como as galáxias distantes, estaria em constante contração, como vimos antes, devido à gravidade.
Um fóton de luz emitida por uma estrela desta galáxia distante, após deixar a sua galáxia, percorreria um longo espaço “vazio”, sem muita influência gravitacional, até finalmente chegar à nossa galáxia e, por fim, ao nosso planeta.

Durante este longo percurso percorrido (às vezes de bilhões de anos) este fóton sofreria pouco efeito gravitacional e seu comprimento de onda pouco seria afetado.
Contudo, durante este tempo, nosso sistema (nossas réguas) continuariam diminuindo devido ao campo gravitacional, e quando finalmente este fóton chegasse aqui, nós mediríamos o seu comprimento de onda com uma “régua” bastante reduzida em relação à que tínhamos na época em que este fóton foi emitido pela galáxia.

Então, em nossa medição se constataria que este fóton sofreu um “Desvio para o Vermelho” (Red Shift), porque, com uma régua reduzida, mediríamos um comprimento de onda maior do que aquele que tinha quando foi emitido, e a explicação tradicional seria que este “Desvio para o Vermelho” se deveu ao efeito Doppler relativo à velocidade de afastamento da galáxia!


Fim da Energia Escura

Quanto mais afastada uma galáxia está do ponto de observação, mais tempo sua luz irá demorar para chegar até nós e mais encolhida estará nossa “régua” para medir este fóton desde que ele foi emitido, e assim tanto maior aparecerá seu comprimento de onda, o que nos induziria a pensar que maior seria a velocidade de afastamento da galáxia.
Esta aceleração ( nesta nova explicação, apenas aparente) das galáxias distantes levou os astrônomos a postularem a existência de uma “Energia Escura” que teria um efeito repulsivo, parecendo que elas estão se afastando cada vez mais rapidamente.

Mas se a aceleração é devido à nossa própria redução de escala, esta energia escura não seria mais necessária, pois o que nos faz perceber seu afastamento acelerado é, na verdade, nossa própria contração espacial. Seria o fim da energia escura.


Algumas Estimativas

Segue uma estimativas numéricas (não relativística) para estimar o efeito da taxa de contração de nosso sistema terráqueo em função do “Red Shift” observado.

Se F0 é a freqüência da luz de uma estrela que se afasta com velocidade V de um observador, então a freqüência F que este observador percebe esta freqüência é dada pela seguinte fórmula não relativística (c=velocidade da luz ):

F = F0 * (1 – V/c) (1)

Mas se L é o comprimento da onda, F sua freqüência e c sua velocidade, temos que:

L * F = c (2)

Se L é o comprimento da onda observada e L0 o comprimento da onda na fonte, de (1) e (2) temos que:

L = L0 / (1 -V/c) (3)

Agora vamos supor que a velocidade de afastamento da galáxia observada segue a fórmula de Hubble (onde d é a distância da galáxia a nós):

V = H * d (4)

Então, de (3) e (4) teremos:

L = L0 / (1-H*d/c) (5)

Agora, se detectamos dois comprimentos de ondas L1 e L2 de duas galáxias distantes d1 e d2 da Terra, (d2>d1) que emitem luz no mesmo comprimento de onda L0, podemos estimar a taxa de redução das dimensões “Fx”, por unidade de tempo, na data em que as medidas foram tomadas:

Tx = (L2 – L1)/L1/ T (6)

Tx é a taxa de redução por unidade de tempo, L2 e L1 os comprimentos de onda observado e T o tempo extra que a luz demora da segunda galáxia em relação à primeira para se chegar ao nosso planeta.

Normalmente a letra Z (red shift)[4] é designada para o fator (L2-L1)/L1:

Z = (L2-L1)/L1 (7)

T = (d2-d1) / c (

De (7) e ( temos:

Tx = Z*c/(d2-d1) (9)

Mas utilizando (4) e tomando os “red shifts” de cada galáxia isoladamente:

Z1 = (L1-L)/L e Z2 = (L2-L)/L (10)

Teremos:

Tx = [(Z2-Z1)/(Z1+1)]*H*c/(V2-V1) (11)

Podemos tomar a nossa própria galáxia como padrão e simplificar a fórmula acima já que o “red shift”
de nossa própria galáxia é zero:

Tx = Z * H * c/V (12)

Ou em distâncias

Tx = Z * c / d (13)

Onde :
Z é o “red shift” da galáxia
H é a constante de Hubble
d é a distância da galáxia
V a velocidade de afastamento aparente da galáxia
c é a velocidade da luz.



Vamos usar a fórmula (13) e os dados da tabela cosmológica [5] para a galáxia NGC3034 e calcular a taxa de compressão atual. Para esta galáxia:

È interessante notar que Z/d deve ser constante que reflete a taxa de compressão atual de nosso sistema de coordenadas !!

Tx = 0,000677 * 3E05 / (2,72 * 3E19) = 2,5E-18/s

A esta taxa de redução por segundo, em um milhão de anos a compressão seria de:

Tx * 1 milhão de anos = 2,5E-18 * 3E13 = 0,007%

Ou seja: 7% de contração a cada 1 bilhão de anos.

------------------------------
Joao Carlos Holland de Barcellos
Graduado em Física pelo IF-USP
Mestre em Engenharia pela POLI-USP
RG:9435335
CPF:051542628-83
F:(11)99302-2172

João Carlos, esta foi a melhor sugestão de teoria que já li em fóruns de física.
Você foi muito claro e objetivo. Parabéns!
Vou pensar melhor sobre seu post, e depois comento.
Gosto muito do Princípio de Equivalência, mas não pensei nele para resolver este problema. Tive uma outra ideia não tão óbvia coma a sua. Publiquei-a em: https://fisica2100.forumeiros.com/t1181-a-expansao-acelerada-do-universo-resulta-da-gravidade
Penso que seu artigo é tão bom para os propósitos deste fórum, que ele merece um lugar de destaque neste espaço. Quem sabe o Carlos (administrador) concorde com esta sugestão e crie um tópico específico para as melhores publicações, inaugurando com a sua genial proposta.
Acredite, penso ser muito difícil realizar proezas tais como esta que você acaba de fazer.

jocax escreveu:
Um foquete acelerado e sua continua contração

Da mesma forma, se pensarmos num foquete acelerado, com velocidade cada vez maior, o seu comprimento na direção do movimento - em relação a um referencial inercial - irá ser cada vez menor, e a 'régua' dentro da nave irá continuamente diminuir de tamanho em relação à este observador.

Poderíamos pensar no "princípio da equivalência" para justificar que o campo gravitacional faria o mesmo efeito sobre as 'réguas' (instrumentos de medida) que um foguete acelerado faria dentro da navemas agora em todas as direções do campo gravitacional, e não , como no caso do foguete, apenas na direção da aceleração.

Ou seja, o campo gravitacional faria com que as réguas dentro do campo fossem continuamente diminuídas em relação a um observador fora do campo gravitacional eisto faria como veremos, com que estes observadores vissem as coisas fora do campo se afastarem aceleradamente.

De qualquer modo, mesmo que o "princípio da equivalência" não possa ser aplicado a um campo gravitacional para mostrar que o espaço esteja contraindo ao seu redor, poderemos tomar isso como um efeito novo dos campos gravitacionais e isso explicaria o "efeito energia-escura".

Aqui temos um erro, ao se invocar o Princípio de Equivalência para este propósito, pois se a equivalência diz que um foguete acelerado se equipara a um campo gravitacional de aceleração idêntica, neste princípio também está subentendido, que um foguete que não apresenta nenhuma aceleração inercial, é semelhante ao foguete que cai num campo gravitacional.
Porém se está implícito que as leituras que indicam expansão acelerada das estrelas distantes, a principio não dependem do fato do observador estar caindo no campo gravitacional terrestre, estacionado na superfície da Terra, em órbita, ou abandonado no espaço, pois apresentariam sempre o mesmo valor em todas estas circunstâncias, então o motivo da expansão não pode ser justificado pelo Principio de Equivalência, pois penso que um observador a bordo de um foguete acelerado, ou não, obtém sempre a mesma medida da expansão acelerada universal.
Sinto aqui ainda a necessidade de se localizar devidamente a intensidade e a fonte de todo o campo gravitacional a que estamos de fato submetidos, e que é capaz de contrair nossos comprimentos e dilatar o nosso tempo, independente da nossa condição de movimento em relação a ele.
Quero dizer com isto que sofremos e acumulamos influência significativa da gravidade de um setor do cosmos, de um conjunto de galáxias, da Via Láctea, do Sol e finalmente da Terra, que podem nos levar erroneamente à impressão de expansão acelerada. E também que não importa se estamos caindo ou estacionados em relação ao estes campos.
Quero dizer também que penso que um observador situado significativamente próximo a um buraco negro, deve medir valores de expansão muito maiores que aqueles apontados na órbita terrestre, por exemplo.
Joâo Carlos, o campo gravitacional local pode justificar o fenômeno da expansão, mas para isto é necessário conjecturar que ele impõe este efeito, tanto nos corpos estacionados ou que caem em relação a ele.

Vc ta enganado pois a leitura das estrelas depende dos fotons que passaram
pelo campo gravitacional da galaxia toda , assim, *toda a galaxia esta em contracao*
e nao apenas os objetos que estao na superficie terrestre.

E todas as medidas feitas foram feitas dentro da nossa galaxia.

As medidas feitas por um foguete acelerado tem q ser feitas descontando a aceleracao
pois o movimento nao eh inercial e as medidas devem ser feitas com ajustes para
um movimento acelerado.

Vc disse : "..Joâo Carlos, o campo gravitacional local pode justificar o fenômeno da expansão, mas para isto é necessário conjecturar que ele impõe este efeito, tanto nos corpos estacionados ou que caem em relação a ele..."

Sim , mas esta eh a conjectura que proponho: "Os campos gravitacionais contraem o tecido espacial a sua volta de forma continua."

Para verificar se isso ocorre eh necessario mais experimentos que corroborem esta teoria. Eh apenas uma teoria que precisa ser verificada. Mas ela explicaria a energia escura como decorrente do campo gravitacional.

Conforme o Princípio de Equivalência, um astronauta é incapaz de discernir uma nave abandonada no cosmos de outra caindo num campo gravitacional. Isto significa que é impossível teoricamente, se detectar de forma absoluta, o valor total da gravidade a que se está submetido, motivo este, que impede justificarmos quantitativamente pela gravidade, o valor da "aparente" expansão acelerada, embora concorde que a gravidade por ser uma curvatura espaço tempo, impõe o tempo e o comprimento independente dos observadores estarem caindo, ou estacionados nela.

Acho oportuno dizer que penso que a gravidade é apenas uma história que se conta num livro cujas páginas são a própria gravidade, ou curvatura espaço tempo, e as letras que formam as palavras dos textos, são os fótons, mensageiros do campo eletromagnético a descreverem com detalhes, todos os eventos de uma origem específica.

Bosco escreveu:Acho oportuno dizer que penso que a gravidade é apenas uma história que se conta num livro cujas páginas são a própria gravidade, ou curvatura espaço tempo, e as letras que formam as palavras dos textos, são os fótons, mensageiros do campo eletromagnético a descreverem com detalhes, todos os eventos de uma origem específica.

Bosco, somos apenas fótons ?

Bosco, mesmo que o observador dentro do elevador nao saiba que esteja caindo ou em um campo gravitacional isso nao evita que a gravidade faca seus efeitos. POr exemplo se o elevador estiver caindo num buraco-negro ele sera despedacado pela gravidade. Da mesma forma a gravidade poderia , dentro da minha conjectura, encolher o espaco de forma continua.. Isso explicaria a energia escura. Mas eh algo que precisa ser melhor avaliado, nao da ainda pra bater o martelo.

Jonas Paulo Negreiros escreveu:Bosco, somos apenas fótons ?

Não, acho que somos um conjunto de campos gravitacionais que propiciam campos eletromagnéticos, que por sua vez contam nossa história através de seus fótons.

Não creio na força de maré provocando o efeito espaguete nas proximidades dos campos gravitacionais intensos, porque acho que a oferta de espaço próximo aos horizontes de eventos é descomunal, tanto que num local como este o planeta Terra cabe com folga dentro de uma bola de gude. É isto que justifica se dizer que a matéria é a responsável pelo surgimento do espaço.
Se em nossa dimensão de espaço tempo, na palma da mão cabe apenas um punhado de areia, numa região de singularidade de mesma dimensão ((Schwarzschild), caberia o Sol e todos os seus planetas.
Temos que considerar que junto ao horizonte de eventos o tempo pára e os comprimentos se anulam. Isto significa que em apenas um infinitésimo de milímetro cabe uma infinidade de réguas inteiras, e é esta nova dimensão de espaço e tempo, que impede o estiramento do objeto que cai num campo intenso.

Bosco escreveu:

Jonas Paulo Negreiros escreveu:Bosco, somos apenas fótons ?

Não, acho que somos um conjunto de campos gravitacionais que propiciam campos eletromagnéticos, que por sua vez contam nossa história através de seus fótons.

Ok, Bosco.

A gravidade ainda não foi provada. É necessário saber como detetar os grávitons.

Nao Bosco,
Quando a materia cai num buraco negro (BN) ele DESTROI sua estrutura pois as partes mais pertos do BN sao sugadas primeiro e de forma mais rapida que as partes mais afastadas dele. Acontece como um funil que sugaria primeiro seu péh e por ultimo sua cabeca. A estrutura toda eh comprimida e nem mesmo os moleculas ficariam iintactas pois tudo seria COMPRIMIDO na singularidade quebrando qqr forma de estrutura.

Veja a Wiki:
Em astrofísica, a espaguetificação1 é o alongamento vertical e compressão horizontal de objetos em formas estreitas e alongadas (tal como um fio de espaguete) em um campo gravitacional muito forte, sendo causado por forças de maré extremas. Na maioria dos casos, nas proximidades do buraco negro o alongamento é tão intenso que nenhum objeto pode manter sua integridade física, não importa a dureza de seus componentes. Em uma pequena região a compressão horizontal compensa o alongamento vertical de forma que pequenos objetos espaguetificados não experimentam nenhuma mudança no volume.
Em seu livro Uma Breve História do Tempo (1988), Stephen Hawking descreve o voo de um astronauta fictício que, ao passar pelo horizonte de eventos de um buraco negro, é "esticado como um epaguete" pelo gradiente gravitacional (diferença da força) da cabeça aos pés. No entanto, o termo espaguetificação fora estabelecido muito antes; Nigel Calder, por exemplo, o utiliza em seu livro A Chave para o Universo (1977), uma compilação duma cordao documentário da BBC The Key to the Universe.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Espaguetifica%C3%A7%C3%A3o

Eu acho que o efeito espaguete, causado pela força de maré, só ocorre em objetos estacionados num campo gravitacional, mas não sobre aqueles que caem verticalmente neste campo. Por exemplo, creio que se a Lua começasse a cair sobre a Terra numa vertical, as marés se anulariam logo em seguida (2 segundos).

Penso que se uma nave espacial fosse acelerada intensamente. ela tenderia ao efeito espaguete, mas assim que o astronauta desligasse os motores, ele estaria simulando um objeto que cai sobre um campo gravitacional intenso (conforme Princípio de equivalência), e comprovando que o efeito espaguete cessaria com a ausência da aceleração percebida.

É este raciocínio simples que me faz crer que não ocorre o estiramento de objetos, se estes estão em queda livre vertical, num campo gravitacional intenso.

Embora se encontre junto aos buracos negros, variações acentuadas de acelerações, em níveis distintos mas muito próximos, temos que considerar que a variação do tempo e do espaço nestes mesmos níveis, também são consideráveis, e acabam exercendo uma compensação dimensional, anulando o estrangulamento do objeto que está caindo.

Devo esclarecer no entanto, que sei que os estudiosos do assunto creem no efeito espaguete para corpos em queda vertical.

O efeito espaguete pode ser explicado pela excentricidade da Terra: centro geométrico e centro "gravitacional" podem estar em pontos diferentes. As marés do planeta Terra seriam apenas efeito do bamboleio, pelo "balanceamento" incompleto da "esfera terrestre".

Não sei de onde você tirou esta informação, porque o que o desenho mostra é a força de maré imposta pela Lua sobre a Terra. A seta do desenho mostra a direção da Lua (satélite). Isto não tem nada a ver com diferenças de centro geométrico e gravitacional.

Nao Bosco.
O Efeito espaguete acontece mesmo em corpos caindo verticalmente pois a gravidade
mais perto do centro de massa eh MAIOR do que a gravidade num ponto um pouco mais distante. E a diferenca eh tanto maior qto maior o campo gravitacional. Por isso o efeito espagueti existe mesmo em objetos caindo verticalmente. A parte mais proxima do BN vai cair mais rapido que a parte mais distante.

Me permita discordar, porque como disse anteriormente, embora mais próximo ao centro de massa a força é maior, o espaço neste ponto é bem mais contraído, e o tempo anda bem mais lento, e acho que isto compensa e anula o efeito espaguete.

O “efeito espaguete” é muito forte perto de um buraco negro. Devido a seu enorme campo gravitacional, a variação da intensidade do campo é muito grande em distâncias pequenas o que faz com que os objetos se estiquem dramaticamente. O “efeito espaguete” toma proporções gigantescas quando um objeto se aproxima de um buraco negro super massivo. A força da gravidade nesses corpos celestes é tão intensa, que pode chegar ao ponto de romper as ligações químicas do objeto, fazendo com que este se despedaçe.
Fonte: http://blog.matthen.com/


http://likeaphysicist.dihitt.com/n/ciencia/2011/07/29/a-gravidade-e-o-efeito-espaguete