segunda-feira, 22 de março de 2021

Universo Dinâmico: A Física e as suas leis de conservação

International Journal of All Research Education and Scientific Methods (IJARESM), ISSN: 2455-6211 Volume 9, Issue 3, March -2021, Impact Factor: 7.429, Available online at: www.ijaresm.com


Universo Dinâmico: A Física e as suas leis de conservação

Sócrates Georges Petrakis

                          
                                               SEEMG, Belo Horizonte – MG, Brasil.
 
                                                          Físico  Licenciado  (UFMG).

                                               ORCID ID: 0000 – 0001 – 7549 – 1009

                                                       E-mail: sgeorgespp@gmail.com                                                                 
   
                                                                     Abstrato


Esta proposta visa demonstrar que o Universo é espacialmente dinâmico em uma dimensão temporal perpétua. Ao ser considerado o detentor de toda a existência (massa e energia) a cada instante, conceitos e as leis de conservação da Física são aplicadas para caracteriza-lo e equacionar seus estados lineares de contração e expansão extremas. Assim se conclui que tais estados podem ser máximos, mas nunca completos. Com uma transformação energética contínua (trabalho externo ausente), este resultado pode impor  uma  evolução  universal  constante  em  quaisquer  modelos.  As  análises  tornam-se  menos complexas quando a física quântica e a relatividade são relacionadas por meio do conceito de energia de repouso. Um exemplo de modelo complementar foi elaborado, respeitando o atual e mais aceito estado de  expansão  acelerada,  sem  a presença  de  numerosas  variáveis,  múltiplos  universos  ou dimensões extras.  A  apresentação  de  novos  argumentos  é  importante  porque  os  dados  cosmológicos  atuais, observacionais  ou  experimentais,  ainda  não  permitem  a  definição  de  qualquer  modelo  que  seja detalhado.

Palavras Chave: Conservação, Energia, Dinâmico, Universo  e  Entropia.


                                                                   Introdução



O estado do Universo depende da energia presente. Se o Universo (toda massa e energia) está em um estado extremamente contraído, com a escassez de espaço vazio, nenhum ambiente que promova a vida existiria. Em contraste, se o Universo estivesse em um estado bem expandido, as energias gerariam um espaço vazio muito extenso, sem aglutinações para formações planetárias ou seres vivos; portanto, o estudo da evolução universal [1] é importante.
Na Cosmologia, a evolução do Universo [2] é estudada por meio de observações astronômicas, experimentos com a colisão de partículas, análise computacional e cálculos relativísticos. Porém, seu completo entendimento é dificultado por fatores, como a natureza desconhecida de alguns de seus constituintes e seu tamanho real.
Nosso sistema solar tem bilhões de quilômetros de extensão e forma nossa galáxia junto com bilhões de sistemas semelhantes. O universo observável tem um número incrivelmente grande de estrelas e galáxias.
No entanto, a teoria mais aceita sobre a evolução do universo postula um certo estado inicial e uma sucessiva expansão acelerada. No entanto, a estrutura que gerou esse início expansivo ainda está em debate.
As investigações da expansão atual mostraram que, no início, tudo ocupava um volume mínimo.
Portanto, muitos estudos associam este estado inicial com as densidades extremas presentes nos buracos negros [3]. No entanto, estas teorias podem não ser precisas, porque essas estruturas não têm toda a massa e energia, ou os constituintes do universo, e sua composição não está bem definida. A maioria dos estudos indicou a existência de um componente interno, chamada de singularidade, mas outros excluíram essa possibilidade, por meio de cálculos relativísticos [4, 5].
Os instantes de contração universal extrema costumam estar relacionados à presença de grande concentração de energia.
Além disso, a existência de um universo expansivo, a quantidade atual massiva prevista e a entropia (S) são comumente associadas a uma futura morte térmica ou dissipação total. No entanto, esta conexão é inadequada, a menos que todos aspectos sejam verificados e todas as leis sejam respeitadas.
Alguns contextos são mais difíceis de sustentar porque para adaptar seus cálculos complexos à realidade, requerem  um excessivo número de elementos, como aqueles que descrevem a existência de multiversos ou várias dimensões extras.
O cumprimento da lei de conservação de energia [6] será usado como evidência de um universo dinâmico com uma constante variação de espaço.
Será demonstrado que pode haver uma contração máxima, tendendo a uma única dimensão espacial, mas não tão intensa a ponto de ser completa, tendendo a apenas um único ponto; da mesma forma; Assim, também  a expansão máxima pode ocorrer sem a existência de uma dissipação completa.

   
     
                                                               Desenvolvimento: 



O  Universo  pode  ser  considerado  como  a  máxima  região  delimitada  pela  presença  de  massa  e    energia [1]; Portanto, sendo o detentor de qualquer existência a cada instante, a energia universal total é igual em qualquer cenário (ausência de trabalho externo) [6].

Antes do início expansivo, o Universo precisava estar em repouso.
Para a expansão máxima, o Universo deverá estar em repouso.

Quando as interações energéticas internas de qualquer quantidade de massa em repouso (Mo) são desfeitas, todo o valor da energia potencial gravitacional (Eg), das interações energéticas: quânticas, atômica e eletromagnética (Eq), e da energia cinética interna (Ek) [7] são equivalentes à energia total de repouso (ET = Eo = Mo × c ² )  [8].
A massa total invariante (energia) é o análogo da massa de repouso. É definida como a energia total (dividida por c²) no centro do quadro de momento (determinado de forma que o sistema tenha momento total zero).

Assim, ET é expresso da seguinte forma:

                                                 ET = Eo = Eg + Eq + Ek = Mo × c ²                         (1)

Para estados de repouso universal (contração ou expansão máxima), os seguintes pontos são considerados:

                   ETmaxc = Egc + Eqc + Ekc, onde ETmaxc, Egc, Eqc e Ekc são a energia total de contração máxima, a potencial gravitacional, Eq, e as energias cinéticas, respectivamente, neste estado de mais extrema contração;

                   ETmaxe = Ege + Eqe + Eke, onde ETmaxe, Ege, Eqe e Eke são a energia total de expansão máxima, a potencial gravitacional, Eq, e as energias cinéticas, respectivamente, neste estado de mais  extrema expansão;

                     Ekc = 0 (para o estado de repouso completo e da contração máxima);

                     Eke = 0 (para o estado de repouso completo e  da expansão máxima);

                     Eqc = 0 (Ekc = 0. Apenas um estado estático:

(Energia quântica (Qe) = Constante de Planck (h) x Frequência (F) = 0 (F = 0; Ekc = 0))

e sem a presença atômica ou de interações eletromagnéticas;

                     Eqe = 0 (Eke = 0. Apenas estado estático (Qe = h x F = 0; F = 0):

                     sem presença atômica, ou de interações eletromagnéticas);

                     Com trabalho externo ausente:

                     ETmaxe = ETmaxc = Ege (valor máximo) + Eqe (= 0) + Eke (= 0) = 

                     Egc (valor máximo) + Eqc (= 0) + Ekc (= 0);

Nos estados extremos universais, a presença de partículas exclusivamente energéticas (sem massa), e a  propagação de ondas são impossíveis (movimento (Ek = 0);                                           
momentum (p) = 0; E² = (Mo × c²)² + p² × c² = 0) [9];

Para Ege máximo, a distância máxima (espaço vazio) entre as duas partículas massivas mínimas (unidimensionais), deve estar presente;

Para Egc, o valor máximo deve estar presente, mesmo com escasso espaço vazio.

Se toda a estrutura massiva máxima Universal for representada por apenas um único ponto (sem espaço vazio interno) Egc é zero, Eo não é caracterizado, e não há conservação de energia:
(ETmaxc = Egc + Eqc + Ekc = 0).

Para o início expansivo, a contração e sua energia universal são limitadas unidimensionais (espaço vazio entre as partes massivas precisa existir).

Para definir a estrutura universal na contração e expansão máximas, os seguintes pontos são considerados:

Mo + Mo = massa total do universo de uma contração completa se o espaço vazio interno não fosse necessário;

Mo - mo = massa mínima (onde, Mo > mo, e Mo ≅ mo) se o espaço vazio interno não fosse necessário;

2 (Mo - mo) x c² = parte de energia mínima em uma dimensão (com a presença mínima necessária de espaço vazio interno, Eo = Egc ≠ 0);

(Mo + Mo) x c² - 2 (Mo - mo) x c² = (mo + mo) x c² = energia total do universo em sua contração máxima (com a presença necessária de dois espaços vazios internos mínimos, correspondentes a incompletos e à máxima contração para a conservação de energia (Eo = Egc ≠ 0).

Assim, os estados universais extremos são representados da seguinte forma:

ETmaxc = Eo = Egc = (Mo + Mo) x c² - 2 (Mo - mo) x c² = (mo + mo) x c²                      (2)

ETmaxc = ETmaxe (conservação de energia).

ETmaxe = (Mo + Mo) x c² - 2 (Mo - mo) x c² = (mo + mo) x c²                                         (3)

(Duas massas mínimas (2 (Mo - mo)) são separadas ao máximo por um espaço vazio unidimensional (1D), correspondendo a Eo = ETmaxe = Ege).

Ege = (mo + mo) × c²

(equivalente às partículas massivas existentes em repouso: 2 (Mo - mo) não dissipadas (com a menor energia de expansão) para uma expansão máxima e incompleta (Eo ≠ 0).

Para contração máxima, dois espaços vazios mínimos tem que estar presentes, ou seja, a estrutura universal é composta por três partes maciças.

Para que Egc possa ter valor máximo, os seguintes pontos devem ser considerados:

A concentração máxima (tendência unidimensional) tem que ser distribuída em uma grande extensão  (Egc máximo);

Um espaço vazio dividiria a estrutura universal em duas partes (2R) (com centrifugação ou inércia, deformação, planificação e linearização justificando esta tendência);

As massas representando as duas partes devem ser iguais em quantidade; no entanto, para a existência de qualquer espaço vazio infinitesimal, deve haver uma diferença mínima entre tais. Dada esta diferença, uma destas estruturas atinge um estado completo em uma dimensão, enquanto a outra retém uma quantidade infinitesimal de massa (com a menor partícula possível) em duas dimensões, apresentando outro pequeno espaço vazio;

Ek, representado pelo movimento relativo, é zero. A aproximação entre as partes é nula, e o movimento da partícula é zero. Energia potencial máxima: Egc (partícula massiva e duas partes massivas).

Portanto, ETmaxc = ETmaxe (o valor da energia total é conservado),  o que pode ser expresso como:
 
                                                   (mo + mo) × c² = (mo + mo) × c²                                      (4)

Por ter massa e espaço, mesmo que um deles seja infinitesimal, o universo tende a não se expandir ou se dissipar completamente, mas ao máximo.

O momento angular (Ap) é zero, e o momento linear (Lp) é zero (estados extremos do Universo).

O aumento na entropia (S) do universo quando ele passa ou está no estado tridimensional (3D) é compensado (diminui) para quando ele retorna ao estado unidimensional (1D) no final da expansão ou contração; o número de estados e o total de S (entropia) são os mesmos nestas possíveis condições extremas (ΔS = 0).

Portanto, as expansões são seguidas por contrações de mesma intensidade.


Figs. 1-3 mostram que qualquer contração e expansão, embora intensas, não podem ser totalizadas em um modelo Universal dinâmico, com uma transformação constante e uma preservação da variação de energia (exemplo ou modelo elaborado para ilustração).

Se quiser encontrar mais detalhes, um conteúdo mais completo ou figuras mais nítidas,  clicar e descer  até a parte de figuras, no  endereço da revista científica que publicou este artigo a seguir: 


Figura 1. Cosmos

















    


          























                                                                   Conclusão: 


Esta proposta teve como objetivo mostrar que o Universo não pode se contrair ou expandir completamente e sim ao máximo, tornando-se dinâmico  e sempre existente.

A energia relativística de repouso (Eo) foi considerada, descartando assim o uso de certos cálculos relativísticos [15,16].

O Universo é o detentor de toda a existência (massa, energia e espaço vazio entre as massas); Ao expandir, como não há  nada externo a ele, o seu trabalho com a expansão é externamente ausente, e assim, a  sua energia total deve ser conservada.

O Universo tem energia finita (a contração e a expansão são limitadas). A energia é limitada à uma dimensão pela necessária presença de espaços vazios na contração máxima,  e massas na expansão máxima.

Para o início ou fim de qualquer movimento (expansão), tudo deve estar em repouso. O movimento relativo é nulo apenas no estados de máxima contração e expansão. Com o início expansivo, o Universo tem uma excessiva temperatura.

Foi possível formular uma equação que respeita a necessária preservação total da energia Universal:

                                                       (mo + mo) × c²  =  (mo + mo) ×  c²

O movimento atual do universo já representa uma variação energética e espacial.

Qualquer sinal de energia perceptível é absorvido no início de cada ciclo; portanto, o paradoxo de Olbers [17] pode ser desconsiderado.

Esta abordagem deriva da perspectiva da navalha Ockham e do princípio da parcimônia
(A melhor explicação deve assumir o menor número de premissas) [18].


                                                                    Referências 


[1]. Universe. Webster`s New World College Dictionary. Wiley Publishing, Inc.[S.I.: s.n.]. 2010 

[2]. Souza Y.L. Cosmologia (Cosmology). Infoescola (2018)

[3]. Stephen H., Bizi F., Ellis G.F.R.: The large-scale structure of space-time. Cambridge, Cambridge University Press (1973)

[4]. Petit J.P., d'Agostini G.: Cancellation of the central singularity of the Schwarzschild solution with natural mass inversion process Mod.Phys Lett A 30, 9 (2015)

[5]. Neves, J.C.S.: Bouncing cosmology inspired by regular black holes. Gen.Rel. Grav, 49,124 (2017)

[6]. Baptista J.P.: Os princípios fundamentais ao longo da história da física. Rev. Bras. Ensino Fís. 28, 541–553 (2006)

[7]. Jain C.M.: Textbook of engineering physics. S.I.: Phi learning ( 2009)

[8]. Vieira S., Barros A., Araújo I., Oliveira J.C.T.: A comparison among deductions of the equation E= m c 2 . Rev. Bras. Ensino Fís. 26, 93–98 (2004) 

[9]. Forshaw J.R., Smith A.G.: Dynamics and relativity (Dinâmica e Relatividade), Vol. 149. Wiley (2009)

[10]. The TK Collaboration, Constraint on the matter-antimatter symmetry- violating phase in neutrino oscillations. Nature. 580, 339-344 (2020)

[11]. Valentino, E.D., Melchiorri A., Silk J.: Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology. Nature Astronomy 4, 196–203 (2020)

[12]. Truesdell C.A.: The tragicomical history of thermodynamics, Springer, New York, (1980) 

[13]. Walker, J. Fundamentos de Física. 10th Ed. Rio de Janeiro, LTC (2016)

[14]. Ramalho N.T.: Os Fundamentos da Física – Moderna Plus. Vol. 01. Moderna. 11ª Ed. SP (2016)

[15]. O’Connor J.J., Robertson E.F.: General relativity. Mathematical Physics Index. 1996. Esc. Mat. Estatística Univ. St. Andrews (1996) 

[16]. Roberto B., Netto L.F.: What is the special theory of relativity. Science meeting. (O que é a Teoria da Relatividade Especial. Feira de Ciências (2009)

[17]. Souza R.E.: Introduction to cosmology (Introdução à Cosmologia). São Paulo, Edusp (2004)

[18]. Ariew R.: Ockham's razor: a historical and philosophical analysis of Ockham's principle of parsimony. Champaign-Urbana, University of Illinois (1976).



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