Cinco do Diaperguntas sobre universo e física, com respostas explicadas

Base real

• Quanto tempo a luz do Sol leva para ir da superfície do Sol até a Terra? Resposta: cerca de 8 minutos e 20 segundos. A distância média entre a Terra e o Sol é de cerca de 150 milhões de km, e a luz leva cerca de 499 segundos para percorrê-la. O Sol que você vê é sempre o Sol de pouco mais de 8 minutos atrás.

• Qual é a temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas hoje? Resposta: cerca de 2,7 K. Cerca de 2,725 K. Ela nasceu quando o universo tinha 380.000 anos e cerca de 3000 K, e desde então a expansão do universo a esticou e a esfriou por um fator de cerca de 1100.

• Qual é, mais ou menos, a idade do universo? Resposta: cerca de 13,8 bilhões de anos. Cerca de 13,8 bilhões de anos. 4,6 bilhões de anos é a idade do Sistema Solar; 46 bilhões de anos-luz é o raio do universo observável, não uma idade.

• O universo tem apenas 13,8 bilhões de anos, mas o universo observável tem um raio de cerca de 46 bilhões de anos-luz. Por quê? Resposta: o universo continuou se expandindo enquanto a luz estava a caminho. A luz viajou por 13,8 bilhões de anos e, nesse tempo, o lugar de onde partiu foi empurrado ainda mais longe pela expansão. A velocidade da luz nunca mudou.

• Além do Sol, qual é a estrela mais brilhante do céu noturno? Resposta: Sirius. Sirius, a cerca de 8,6 anos-luz. A Estrela Polar ocupa só a 50ª posição em brilho; ela é famosa porque quase não se move.

• Quanto vive, aproximadamente, uma estrela de 20 massas solares? Resposta: cerca de 10 milhões de anos. Quanto mais massiva, mais intensa a queima: a vida é aproximadamente inversamente proporcional à massa elevada a 2,5. O Sol vive cerca de 10 bilhões de anos, e as menores anãs vermelhas vivem trilhões de anos.

• Qual é o elemento mais abundante do universo? Resposta: o hidrogênio. Pelo número de átomos, cerca de 92% é hidrogênio, e pela massa, cerca de 74%. A maior parte é sobra dos primeiros minutos depois do Big Bang.

• De onde, muito provavelmente, vieram os átomos de ouro das suas joias? Resposta: de eventos violentos como fusões de estrelas de nêutrons. Elementos mais pesados que o ferro precisam de muitos nêutrons para serem construídos. O evento de ondas gravitacionais GW170817, em 2017, permitiu ver diretamente pela primeira vez fusões de estrelas de nêutrons forjando elementos pesados.

• Qual é a estrela mais próxima do Sol? Resposta: Proxima Centauri. Proxima Centauri, a cerca de 4,24 anos-luz. É a menor anã vermelha do sistema triplo de Alfa Centauri, e um planeta foi encontrado ao redor dela em 2016.

• O que é o "horizonte de eventos" de um buraco negro? Resposta: a fronteira além da qual nem a luz escapa. O horizonte não é uma superfície física. Num buraco negro muito grande, quem cruza o horizonte pode não notar nada na hora, mas nunca mais consegue sair.

• Qual buraco negro apareceu na primeira imagem de um buraco negro, divulgada em 2019? Resposta: o buraco negro no centro da galáxia M87. O Event Horizon Telescope ligou radiotelescópios do mundo todo em um único telescópio "do tamanho da Terra". A imagem do buraco negro no centro da Via Láctea foi divulgada em 2022.

• Por que as estrelas "piscam"? Resposta: a turbulência da atmosfera da Terra. Massas de ar de temperaturas diferentes agem como lentes em movimento, deixando a luz das estrelas ora mais forte, ora mais fraca. Um planeta parece um pequeno disco, então pisca menos.

• Por que a Lua mostra sempre a mesma face para a Terra? Resposta: o período de rotação da Lua é igual ao seu período orbital. Isso se chama acoplamento de maré. A Lua gira uma vez em cerca de 27,3 dias, exatamente o tempo que leva para orbitar a Terra uma vez.

• Quantas estrelas, mais ou menos, há na Via Láctea? Resposta: cerca de 100 bilhões a 400 bilhões. A estimativa fica entre 100 bilhões e 400 bilhões. A faixa é tão ampla porque as anãs vermelhas fracas são difíceis de contar.

• No que o Sol vai se transformar no fim? Resposta: uma anã branca. O Sol não tem massa suficiente, então primeiro vai inchar até virar uma gigante vermelha, soltar uma nebulosa planetária e, por fim, deixar uma anã branca do tamanho da Terra.

• Por que o universo foi "opaco" nos primeiros 380.000 anos? Resposta: elétrons livres espalhavam os fótons o tempo todo. Estava quente demais e os elétrons ainda não tinham sido capturados pelos núcleos. Quando esfriou até cerca de 3000 K, os átomos se formaram e a luz pôde viajar livremente. Essa luz é a radiação cósmica de fundo em micro-ondas de hoje.

• Que fração de toda a matéria do universo é matéria escura, mais ou menos? Resposta: cerca de 85%. Cerca de 85%. Os átomos que conhecemos são apenas uma pequena parte da matéria, e a matéria escura só foi detectada até agora pela gravidade.

• O que Hubble publicou em 1929? Resposta: quanto mais distante uma galáxia, mais rápido ela se afasta de nós. Em 1924 ele mostrou pela primeira vez que Andrômeda fica fora da Via Láctea, e em 1929 publicou a relação de que a velocidade de recessão é proporcional à distância. Lemaître já havia deduzido essa relação em 1927.

• A que velocidade a Voyager 1 se move hoje, mais ou menos? Resposta: cerca de 17 km por segundo. Cerca de 17 km por segundo. Nessa velocidade, chegar a Proxima Centauri levaria cerca de 75.000 anos.

• Qual destes objetos não se formou no Sistema Solar? Resposta: ʻOumuamua. ʻOumuamua, descoberto em 2017, é o primeiro objeto interestelar conhecido. Veio de outro sistema estelar e agora está indo embora.

• O que significa "horizonte de eventos cosmológico"? Resposta: a luz emitida hoje por algumas galáxias nunca chegará até nós. O universo está se expandindo de forma acelerada, e galáxias suficientemente distantes se afastam tão rápido que a luz que emitem hoje nunca poderá nos alcançar. O universo lá não acabou.

• Qual é a maior diferença entre as primeiras estrelas (População III) e as estrelas de hoje? Resposta: elas não têm quase nenhum elemento mais pesado que o hélio. Ainda não havia elementos pesados no universo. Podem ter sido extremamente massivas e de vida extremamente curta, e nenhuma foi confirmada por observação direta até agora.

• Quanto pesa, mais ou menos, uma colher de chá de matéria de estrela de nêutrons? Resposta: bilhões de toneladas. A densidade de uma estrela de nêutrons é de cerca de 4×10¹⁷ kg por metro cúbico, então uma colher de chá (cerca de 5 mL) pesa cerca de 2 bilhões de toneladas.

• Quando as ondas gravitacionais foram detectadas pela primeira vez, em 2015, quanto mudou o comprimento dos braços de 4 km do LIGO? Resposta: cerca de um milésimo do diâmetro de um próton. Uns 10⁻¹⁸ m. Para medir uma mudança tão pequena, o LIGO precisa se isolar de terremotos, do trânsito e até da vibração das ondas do mar.

• Por que o céu é azul? Resposta: as moléculas do ar espalham mais facilmente a luz de comprimento de onda curto. Isso se chama espalhamento de Rayleigh. No pôr do sol, a luz atravessa mais atmosfera, a luz azul é espalhada para longe e sobram o vermelho e o laranja.

• Do que é feita a maior parte de um átomo? Resposta: de espaço vazio. O núcleo tem apenas cerca de um cem-milésimo do diâmetro do átomo. Se um átomo fosse do tamanho de um estádio de futebol, o núcleo seria como uma ervilha no centro do campo.

• Por que a água é H₂O e não HO? Resposta: um átomo de oxigênio precisa de mais dois elétrons para ficar estável. O oxigênio tem 6 elétrons na camada externa, e compartilhar mais 2 a completa, então ele compartilha um par de elétrons com cada um de dois átomos de hidrogênio.

• Por massa, qual é o elemento mais abundante na Terra? Resposta: o ferro. Contando o núcleo, o ferro responde por cerca de um terço da massa da Terra. Olhando só a crosta, o mais abundante é o oxigênio.

• Do que são feitos o diamante e a grafite? Resposta: de carbono. São os mesmos átomos de carbono arranjados de outro modo: no diamante cada átomo de carbono se liga a quatro vizinhos, e na grafite os átomos formam camadas de hexágonos.

• Qual foi o primeiro elemento feito artificialmente? Resposta: o tecnécio. Foi encontrado em 1937 em uma folha de molibdênio descartada de um cíclotron. O nome vem do grego para "artificial".

• Por que o ferro é o ponto final da fusão estelar? Resposta: fundir ferro não libera mais energia. Os núcleos próximos ao ferro-56 são os mais fortemente ligados. Fundir qualquer coisa mais pesada absorve energia, então, quando o núcleo de uma estrela massiva se enche de ferro, ele colapsa.

• Qual é, mais ou menos, a velocidade da luz no vácuo? Resposta: 300.000 km por segundo. O valor exato é 299.792.458 metros por segundo. Desde 1983, o metro é definido usando a velocidade da luz.

• O que diz E = mc²? Resposta: massa e energia podem se converter uma na outra. Converter 1 grama de matéria totalmente em energia dá cerca de 9×10¹³ joules, o equivalente a cerca de 20.000 toneladas de TNT.

• Onde o bóson de Higgs foi descoberto em 2012? Resposta: no Grande Colisor de Hádrons. O Grande Colisor de Hádrons do CERN. Sua descoberta confirmou o mecanismo pelo qual as partículas ganham massa, e o Nobel de Física de 2013 foi para os físicos que propuseram esse mecanismo.

• Quanto é o zero absoluto em graus Celsius? Resposta: −273,15 °C. −459,67 é em graus Fahrenheit. O zero absoluto pode ser abordado sem limite, mas nunca alcançado; essa é a terceira lei da termodinâmica.

• Quantos neutrinos solares atravessam uma área do tamanho da sua unha a cada segundo, mais ou menos? Resposta: cerca de 60 bilhões. Cerca de 60 bilhões por centímetro quadrado por segundo. Quase todos passam por você e pela Terra sem deixar vestígio.

• O emaranhamento quântico pode ser usado para enviar informação mais rápido que a luz? Resposta: não. Os resultados das medições nas duas pontas de um par emaranhado são correlacionados, mas cada ponta, sozinha, parece aleatória. É preciso comparar os dois conjuntos de resultados por um sinal comum antes de ver a correlação. Isso se chama teorema da não comunicação.

• O que o "gato de Schrödinger" queria mostrar originalmente? Resposta: levar a superposição quântica ao mundo macroscópico parece absurdo. Schrödinger o propôs em 1935 como crítica à interpretação da mecânica quântica então em voga, mas ele se tornou a imagem mais conhecida da mecânica quântica.

• O que diz a segunda lei da termodinâmica? Resposta: a entropia de um sistema isolado não diminui. O calor flui espontaneamente do quente para o frio, e não o contrário. Ela dá uma direção ao tempo.

• Por que a água ferve abaixo de 100 °C no alto de uma montanha? Resposta: a pressão do ar é baixa. Quanto menor a pressão, mais fácil as moléculas de água escapam. No cume do Everest, a água ferve a cerca de 70 °C.

• Por que um espelho troca a esquerda e a direita, mas não o em cima e o embaixo? Resposta: o que o espelho realmente inverte é a frente e o fundo. O espelho inverte a direção perpendicular à sua superfície. Imaginamos a pessoa no espelho como alguém que se virou para nos encarar, e é por isso que esquerda e direita parecem trocadas.

• Os prótons de um núcleo têm todos carga positiva, então por que não se repelem? Resposta: a interação forte os mantém unidos. Na escala do núcleo, a interação forte é muito mais intensa que a repulsão eletromagnética, mas seu alcance é extremamente curto, e fora do núcleo ela quase desaparece.

• O que é "meia-vida"? Resposta: o tempo que leva para metade dos núcleos decair. A meia-vida do carbono-14 é de cerca de 5.730 anos, então ele pode ser usado para datar material orgânico de até algumas dezenas de milhares de anos.

Pesquisas relacionadas

Estes estudos têm relação com o tema, mas não são prova direta do que está nesta página.

• O universo está se expandindo: Hubble descobriu que quanto mais longe a galáxia, mais rápido ela se afasta. O universo não é estático; está se expandindo.

  Fonte:Hubble, PNAS 1929, "A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae"

• O átomo primitivo: Lemaître propôs de forma independente que o universo se expande e depois imaginou que ele começou como um “átomo primitivo”, precursor da teoria do Big Bang.

  Fonte:Lemaître, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles 1927, "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant"

• Encontrando a partícula de Higgs: O Grande Colisor de Hádrons encontrou uma nova partícula em cerca de 125 GeV, confirmando uma previsão feita 48 anos antes.

  Fonte:ATLAS Collaboration, Physics Letters B 2012, "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"

• Radiação cósmica de fundo: Dois pesquisadores da Bell Labs não conseguiam eliminar o ruído da antena e por fim perceberam que era o brilho residual do Big Bang. Ganharam o Nobel de 1978.

  Fonte:Penzias & Wilson, The Astrophysical Journal 1965, "A measurement of excess antenna temperature at 4080 Mc/s"

• Sombra de um buraco negro: Radiotelescópios do mundo todo formaram um “telescópio virtual” do tamanho da Terra e fotografaram a sombra do buraco negro no centro de M87.

  Fonte:Event Horizon Telescope Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 2019, "First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The shadow of the supermassive black hole"

• Ondas gravitacionais: Dois buracos negros se fundiram há 1,3 bilhão de anos, e as ondulações no espaço-tempo foram enfim ouvidas por humanos, confirmando a previsão de Einstein de um século antes.

  Fonte:Abbott et al. (LIGO & Virgo), Physical Review Letters 2016, "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger"

• A receita do universo: O satélite Planck mediu as minúsculas flutuações da radiação cósmica de fundo: a matéria comum responde por cerca de 5% da energia total do Universo, a matéria escura por cerca de 27%, e o resto é energia escura.

  Fonte:Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"