Constantes da Física e a Escala de Planck | GPET Física
A Física é rodeada de mistérios referentes à natureza, os quais o homem se vê determinado a compreender. Um fato extremamente intrigantes é a existência das constantes físicas [1].
Quando se fala de constantes físicas há 3 tipos: o primeiro refere-se às que dizem respeito a algo mais específico. como a característica de algum material (por exemplo, o calor específico do cobre), o segundo são números que aparecem frequentemente e utiliza-se de uma convenção para facilitar (por exemplo, a carga do elétron) e, então, temos as que são ditas como "fundamentais", as quais, geralmente estão relacionadas a algum fenômeno da natureza e alguma teoria física (por exemplo, a velocidade da luz) [2].
Quando estudamos a eletricidade, é necessário utilizar a constante de Coulomb (k) para calcular a força elétrica, porém k depende da permissividade no vácuo (ε) também constante, a qual, por sua vez, que depende da velocidade da luz (c). Sendo assim, já podemos perceber que é algo um tanto quanto curioso, pois relaciona diferente áreas da Física.
Uma das constantes mais impactantes da ciência foi a constante de Planck (h), que foi uma das protagonistas da física moderna. Essa constante foi responsável pela quantização da energia das radiações eletromagnéticas, suposição feita por Max Planck para a resolução do problema do corpo negro e que rendeu ao cientista o prêmio Nobel de Física de 1918 [3].
Essa ideia de Planck foi de grande importância para toda a Física, mas aqui vamos conversar um outro conceito, a escala de Planck. A escala tinha como premissa a utilização de unidades naturais, para descrever parâmetros como massa, comprimento, tempo, temperatura e carga elétrica [3,4].
A escala seria feita utilizando cinco constantes fundamentais e realizando a análise dimensional delas, as constante são: Planck reduzida (h cortado), velocidade da luz (c), constante gravitacional (G), constante de Coulomb (k) e a constante de Boltzmann (kB).
Utilizando essa análise, foram obtidas as unidades de Planck, sendo elas:
Massa de Planck= 2,2×10^-8kg
Comprimento de Planck= 1,6×10-35m
Tempo de Planck= 5,4×10^-44s
Energia de Planck= 1,956×10^9J
Temperatura de Planck= 1,4×10^32K
Como a teoria ainda não tinha um significado físico, não recebeu muito destaque no meio científico. No entanto, com todo o desenvolvimento da física quântica e da relatividade geral e restrita, as quais estavam relacionadas com as constantes de Planck, gravitacional e a velocidade da luz, respectivamente, a teoria ganhou maior notabilidade [3, 4].
Com o passar dos anos foram encontrados padrões com a escala de Planck, os quais partem de trabalhos teóricos e diferentes abordagens sobre a natureza.
Em alguns modelos cosmológicos, teoriza-se que assim como existe uma temperatura mínima (zero absoluto) existe uma temperatura máxima, dada pela temperatura de Planck. Acredita-se também, que momentos após o Big Bang (conhecido como Era Planck), mais especificamente 10^-44s (tempo de planck), toda a matéria estaria com a temperatura de Planck e teríamos um amontoado de quarks (Plasma de Quark-glúons). A radiação proveniente dessa temperatura teria comprimento de onda de 1,6×10-35m, ou seja, o comprimento de Planck [5].
Essas constantes também aparecem em outras teorias da Física, algumas idealizando sobre os "limites" da natureza, como a teoria das cordas.
As constantes da escala apresentam valores muito distantes da precisão dos nossos aparelhos de medição, o que torna inviável realizar experimentações e medidas, preservando esse mistério da Física .
Texto por: Vinicius Andrade de Oliveira
[1] LÉVY-LEBLOND, J.-M. On the conceptual nature of the physical constants. La Rivista del Nuovo Cimento (1971-1977), v. 7, n. 2, p. 187-214, 1977.
[2] Introduction to the constants for nonexperts. The NIST reference on Constants, Unit, and Uncertainty. Disponível em: https://physics.nist.gov/cuu/Constants/introduction.html
[3] TIPLER, P.A. e Llewellyn R. A., Física Moderna, Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2001
[4]SANTOS, Caio Matheus Fontinele dos et al. Uma proposta didático-matemática para o uso da escala de Planck: dos fótons aos buracos negros. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 42, 2020.
[5] SCHOMBERT, James. Astronomy 123 Cosmology, Lecture 20, Birth of The Universe. Disponível em: http://abyss.uoregon.edu/~js/cosmo/lectures/lec20.html
18 de março de 2021 | Geral | Tags: Blog 2021, Constante de Planck, Constantes, Curiosidade, Curiosidades, Max Planck, Vinicius Andrade