O que um físico quântico, geólogo e matemático podem ter em comum? Claro, o desejo de resolver o enigma do universo! Os cientistas descobriram que observar o comportamento dos oceanos da Terra ajudará a explorar até mesmo os cantos distantes da galáxia.
Como todos sabemos, a ciência é cheia de surpresas e, às vezes, convergem nela fenômenos e conceitos que à primeira vista nada têm em comum. Ao que parece, qual é a conexão entre um certo tipo de ondas do mar que governa o ciclo climático El Niño e os materiais quânticos, cuja característica distintiva é sua capacidade de conduzir corrente apenas na superfície? Os físicos, entretanto, garantem-nos que esses dois fenômenos podem ser explicados pelos mesmos princípios matemáticos.
Como a física quântica afeta o clima do mundo
Brad Marston, físico da Brown University e principal autor do novo estudo, tentou provar uma teoria muito interessante. Em sua opinião, o uso de princípios topológicos pode explicar tanto o fenômeno de que as ondas oceânicas e atmosféricas no equador caem em uma espécie de "armadilha", quanto o fato de a física da matéria condensada (um grande ramo da física que estuda o comportamento de sistemas complexos e afirma que a evolução o sistema como um todo não pode ser "dividido" na evolução de suas partes individuais) pode ser igualmente útil tanto para a Terra quanto para explicar fenômenos em outros planetas e luas. Em termos simples: o objetivo principal do trabalho é provar que os princípios da física quântica são igualmente válidos para o nosso planeta e para outros corpos cósmicos.
Mas como provar essa teoria em grande escala? Para fazer isso, Marston se juntou a Pierre Delac, um especialista em física da matéria condensada, bem como ao geofísico Antoine Venail. Os cientistas aplicaram a teoria da matéria condensada a dois tipos de ondas gravitacionais, conhecidas como ondas Kelvin e Yanai, que viajam pelos mares e pelo ar ao redor do equador da Terra. Essas distorções ondulantes, de centenas e milhares de quilômetros de extensão, transmitem um impulso energético a leste do equador, que afeta fortemente o El Niño, o sistema de oscilações de temperatura das águas superficiais do Oceano Pacífico, do qual depende o estado do tempo e a quantidade de precipitação. Isso ocorre devido à interação de diversos processos físicos. Em primeiro lugar, a força da gravidade entra em oposição com a flutuabilidade,que causa resfriamento / aquecimento do ar e da água devido a gotículas independentes umas das outras. Em segundo lugar, a rotação da Terra para o leste cria o chamado efeito Coriolis, que faz com que os fluidos se movam pela superfície da Terra em direções opostas, dependendo do hemisfério.
Da teoria à … teoria
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Para ver como os efeitos interagem entre si e dão forma às ondas, Marston e seus colegas seguiram a mesma estratégia de Taro Matsuno, um cientista da Universidade de Tóquio que previu uma armadilha de ondas equatoriais em 1966. É aqui que entra a física quântica: os cientistas simplificam a estrutura de um oceano inteiro e se concentram em uma faixa estreita sobre a qual o efeito Coriolis permanece aproximadamente constante. Mas eles fazem todos os seus cálculos não para ondas equatoriais, mas para aquelas que são mais passíveis de análise. Os físicos também mudam para um problema mais simples para demonstrar que ele contém uma resposta à pergunta original, embora de forma implícita.
Marston e seus colegas estudam ondas não no espaço comum, mas no espaço abstrato de todas as ondas possíveis com diferentes comprimentos de onda e efeitos de Coriolis. As equações para ondas extremamente longas mostram dois pontos matemáticos especiais onde a amplitude da onda varia muito com seu comprimento. Esses pontos são chamados de "buracos matemáticos" e existem dois deles, já que a Terra tem dois hemisférios com forças de Coriolis de direção oposta. Como resultado, como observam os pesquisadores nas páginas do portal da Ciência, os hemisférios se comportam como duas peças de material isolante elétrico. Assim como a combinação de dois materiais isolantes elétricos permite que a corrente flua ao longo de sua superfície, a combinação dos dois hemisférios cria ondas em sua fronteira equatorial, que diminui com o aumento da latitude. E, como no caso do material, as ondas são estáveis ou,como dizem os físicos, "topologicamente protegido" pelas características do espaço abstrato.
O futuro: a física quântica nas mãos dos astrônomos
O que a astronomia tem a ver com isso? De acordo com Marston, o princípio dessas ondas é o mesmo para qualquer planeta em rotação. Os cientistas descobriram que, mesmo que tenha a forma de um donut, isso não mudará a situação. Em teoria, esse sistema pode ser aplicado a outros fenômenos cósmicos, por exemplo, discos de poeira e gás ao redor dos buracos negros, bem como às atmosferas de Vênus e Titã, nas quais também foram registradas ondas equatoriais. Assim, os cientistas têm em suas mãos uma ferramenta topológica poderosa que lhes permitirá aprender sobre a geofísica do planeta muito antes de uma sonda ou missão de expedição ser enviada a ela.
Vasily Makarov
