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Durante muitas décadas, os efeitos muitas vezes estranhos e contra-intuitivos da teoria da relatividade especial de Einstein, incluindo a contracção do comprimento e a dilatação do tempoforam conhecidos. No entanto, uma nova teoria está prestes a revelar outro dos seus aspectos incomuns: a sua influência há muito escondida nos fluidos.
O efeito, apelidado de “espessamento de fluido”, é detalhado num novo artigo do físico Alessio Zaccone, que descreve uma teoria microscópica única envolvendo a viscosidade do fluido e a sua influência sob condições relativísticas. Ao empregar uma estrutura que combina elementos de equações relativísticas com a teoria atual subjacente ao deslocamento de partículas, a teoria de Zaccone mostra como a viscosidade do fluido pode se comportar sob condições próximas da velocidade da luz.
A pesquisa inovadora pode ajudar a preencher a lacuna entre os conceitos existentes que envolvem a hidrodinâmica relativística e o comportamento clássico dos fluidos e pode até apontar para a necessidade de uma nova lei fundamental da física.
Relatividade e Dinâmica de Fluidos
Com a chegada da teoria da relatividade especial de Einstein em 1905, foi introduzida uma série de conceitos que começaram a desvendar os elementos mais estranhos dos efeitos relativísticos. Entre eles estava a contração do comprimento, o fenômeno que faz com que objetos que viajam perto da velocidade da luz pareçam mais curtos ao longo de sua direção de movimento.
Embora tais efeitos estejam bem estabelecidos na física há décadas, as implicações da teoria da relatividade para outras áreas da física ainda não foram totalmente desenvolvidas, incluindo os seus efeitos na espessura do fluido, também conhecida como viscosidade.
Isto é, até agora. Zaccone, físico da Universidade de Milão, Itália, produziu o primeiro trabalho que aborda esta questão com o desenvolvimento de um modelo microscópico para a viscosidade que pode explicar os seus efeitos a velocidades relativísticas.
Viscosidade Relativística, Explicada
Empregando a equação relativística de Langevin, que trata do movimento de um sistema que experimenta certas variedades de força aleatória, e a teoria da resposta linear não afim, uma estrutura que pode ser usada para derivar uma fórmula microscópica para a viscosidade de sólidos e líquidos, Zaccone apresenta uma fórmula geral. teoria da viscosidade dos gases em um novo artigo publicado em Revisão Física E.
Segundo Zaccone, a teoria recentemente proposta pode explicar o comportamento da viscosidade dos gases em condições cotidianas, considerando fatores como massa, temperatura e tamanho das partículas, uma explicação que permanece consistente mesmo quando os gases não se movem perto da velocidade da luz. Além disso, a teoria também revela a forma como a viscosidade muda à medida que os fluidos se aproximam de velocidades extremas.
A teoria de Zaccone também leva em conta fluidos a temperaturas muito quentes movendo-se perto da velocidade da luz, com uma fórmula simples que descreve como a sua viscosidade aumenta em proporção à temperatura. Estes efeitos da relatividade anteriormente negligenciados, diz Zaccone, são consistentes com pesquisas anteriores envolvendo substâncias densas e quentes, como o plasma de quarks e glúons, uma forma de matéria altamente energizada que se acredita ter existido logo após o Big Bang.
Fundamentalmente, a nova estrutura de Zaccone leva em conta o movimento de partículas com fluxo e seu desvio resultante de colisões e interações com outras partículas, o que dá origem a movimentos “não afins” responsáveis por uma quantidade significativa de dissipação de momento.
Momento adequado
De particular importância na teoria de Zaccone é o conceito de “momento próprio”, que é o momento relevante para o movimento relativo de um objeto visto por um observador. Isto é essencialmente definido pelo momento normal de uma partícula multiplicado pelo fator de Lorentz (um número sempre maior que um e que se torna extremamente grande quando se aproxima de velocidades próximas à da luz).
Este fator desempenha um papel crucial na forma como a perda de momento – e, portanto, de viscosidade – é percebida sob condições relativísticas em fluidos.
Ao verificar sua teoria juntamente com os cenários clássicos, Zaccone ficou surpreso ao descobrir que ela parece recuperar com precisão as dependências conhecidas da viscosidade com a temperatura, massa e tamanho das partículas, e a constante de Boltzmann, em relação aos gases clássicos. Segundo Zaccone, isso é consistente com observações experimentais, bem como com a teoria cinética.
Enquanto isso, no final do espectro que envolve fluidos de alta energia movendo-se a velocidades muito altas (como no caso do plasma de quark e glúon), a teoria de Zaccone prevê uma dependência cúbica da temperatura que é uma boa correspondência com as evidências atuais e oferece uma compreensão unificada de comportamento fluido de condições normais a extremas.
Significativamente, Zaccone diz que o novo modelo apoia a introdução de “uma nova lei fundamental da física”, que, segundo ele, pode unir “as constantes fundamentais mais importantes da natureza”.
Um efeito oculto da teoria da relatividade de Einstein?
Uma observação adicional intrigante que Zaccone faz envolve o que parece ser a revelação de um efeito anteriormente não reconhecido da teoria da relatividade de Einstein.
O efeito, que o físico chama de “espessamento de fluido”, representa uma contrapartida aos efeitos estranhos observados anteriormente, que incluem contração de comprimento e dilatação de tempo, mas em relação aos fluidos.
Segundo Zaccone, a revelação deste efeito, que sugere que os fluidos se comportam de forma diferente em altas velocidades, poderia desempenhar um papel crucial para ajudar os físicos a compreender os plasmas relativísticos e o seu significado em contextos astrofísicos e em experiências de física de altas energias.
Fundamentalmente, a descoberta oferece uma melhoria significativa à nossa compreensão do alcance da relatividade especial, ao mesmo tempo que estabelece as bases para estudos futuros envolvendo dinâmica de fluidos de alta velocidade e alta energia.
Zaccone’s papel“Teoria relativística da viscosidade de fluidos em todo o espectro de energia”, apareceu em Revisão Física E.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe seu trabalho em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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