MECÂNICA GRACELI - ESTATÍSTICA QUÂNTICA TENSORIAL DE CAMPOS [540]

Na corrente principal da física atual, a Teoria de Tudo poderia unificar todas as interações fundamentais da natureza, que são consideradas como quatro: gravitação, a força nuclear forte, a força nuclear fraca e a eletromagnética. Porque a força forte pode transformar partículas elementares de uma classe a outra, a teoria de tudo deveria produzir uma profunda compreensão de vários diferentes tipos de partículas como de diferentes forças. O padrão previsível das teorias é o seguinte:

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

//////

Teoria de Tudo

Gravidade

Força Eletronuclear (GUT)

Adicionalmente às forças listadas aqui, a moderna cosmologia requer uma força inflacionária, energia escura, e também matéria escura composta de partículas fundamentais fora da cena do modelo padrão.

O problema de hierarquia é um enigma, em física teórica, causado pela não-existência de uma explicação sobre os motivos da existência da grande discrepância entre os aspectos da força nuclear fraca e gravidade.^[1]

Existem várias maneiras diferentes de descrever essa hierarquia, cada uma destaca uma característica diferente do problema. Aqui está um exemplo:

A massa do mais pequeno possível buraco negro, define o que é conhecido como o massa de Planck. Uma maneira mais precisa seria a definição é como uma combinação de constante gravitacional de Newton ( $�$ ), quantum constante h (leia "h-barra") de Planck e a velocidade da luz $�$ . A massa de Planck é a raiz quadrada de h-barra vezes $�$ dividido por $�$ .^[2]

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

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m_{\text{P}}={\sqrt {\frac {\hbar c}{G}}}

≈ 1.2209×10¹⁹ GeV/c² = 2.17651(13)×10⁻⁸ kg=21.7651 µg=1.3107×10¹⁹ amu.^[3]

As massas das partículas W e Z, as portadoras da força nuclear fraca, são cerca de 10 000 000 000 000 000 vezes menores que a massa de Planck. Assim, há uma enorme hierarquia nas escalas da massa de forças nucleares fracas e gravidade.

Mas ao tentar descobrir uma possível explicação para o problema acima, os físicos na década de 1970 perceberam que havia realmente um problema sério, até mesmo um paradoxo, por trás desse número. A questão, agora chamada do problema da hierarquia, tem a ver com o tamanho do campo de Higgs diferente de zero, o que por sua vez determina a massa das partículas W e Z.^[4]^[5]

Na teoria invariante de Lorentz, as mesmas fórmulas aplicadas para partículas ordinárias mais lentas que a velocidade da luz (as vezes chamados de "bradions" em discussões de táquions) devem ser aplicadas para táquions. Em particular a relação energia-momentum:

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

//////

E² = (pc)² + (mc²)²

(onde p é o momentum relativista do brandion e m é sua massa restante) deveria ainda aplicar-se com a fórmula da energia total de uma partícula:

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

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E = mc² . (√1 - v²/c²)^-1.

Esta equação mostra que a energia total de uma partícula (brandion ou táquion) contém uma contribuição de sua massa restante e uma contribuição de seu movimento, a energia cinética. Quando v é maior que c, o denominador na equação para a energia é "imaginário", como o valor abaixo do radical é negativo. Pois a energia total deve ser real, o numerador deve também ser imaginário; i.e. a massa restante m deve ser imaginária, como um puro número imaginário dividido por outro puro número imaginário resulta em um número real.

Note que em algumas formulações modernas da teoria, a massa dos táquions é reconhecida como real.^[14]^[15

A eletrodinâmica quântica é uma teoria abeliana de calibre, dotada de um grupo de calibre U(1).

O campo de calibre que media a interação entre campos de spin 1/2, é o campo eletromagnético, que se apresenta sob a forma de fótons.

A descrição da interação se dá através da lagrangiana para a interação entre elétrons e pósitrons, que é dada por:

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

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{\mathcal {L}}=\psi ^{*}(i\gamma ^{\mu }D_{\mu }-m)\psi -{\frac {1}{4}}F_{\mu \nu }F^{\mu \nu }

onde $\ \psi$ e sua adjunta de Dirac $\psi ^{*}$ são os campos representando partículas eletricamente carregadas, especificamente, os campos do elétron e pósitron representados como espinores de Dirac.

A equação da difusão é uma equação em derivadas parciais que descreve flutuações de densidade em um material que se difunde. É também usada para descrever processos exibindo um comportamento de difusão.

Equação

A equação é geralmente escrita como:^[1]

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

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{\frac {\partial \phi }{\partial t}}=\nabla \cdot (D(\phi ,{\vec {r}})\nabla \phi ({\vec {r}},t))

Nesta expressão $\phi$ é a densidade do material que difunde, $�$ é o tempo, e $�$ é o coeficiente de difusão coletivo, ${\vec {r}}$ é a coordenada espacial e o símbolo nabla (∇) representa o vetor operador diferencial del. Se o coeficiente de difusão depende da densidade, então a equação não é linear; de outra maneira seria linear. Se D é constante, então a equação se reduz à seguinte equação linear:

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

//////

{\frac {\partial \phi }{\partial t}}=D\nabla ^{2}\phi ({\vec {r}},t)

Mais geralmente, quando D é uma matriz simétrico definida positiva, a equação descreve uma difusão anisótrica.

Dedução

A equação de difusão pode ser deduzida a partir da equação de continuidade. A mesma expressa que uma alteração na densidade em um sistema é devido a um fluxo em entrada ou a um fluxo em saída de material do sistema. Ou seja, não pode haver nem criação nem destruição de matéria.

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

//////

{\frac {\partial \phi }{\partial t}}+\nabla \cdot {\vec {j}}=0

Nesta expressão ${\vec {j}}$ é o fluxo de material que difunde. A equação de difusão pode ser obtida facilmente desta relação quando é combinada com a Lei de Fick, que assume que o fluxo do material que difunde em qualquer parte do sistema é proporcional ao gradiente local de densidade:

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

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{\vec {j}}=-D(\phi )\nabla \phi ({\vec {r}},t)

Difusão molecular de gases

Transporte de material em fluido estagnado ou através de linhas de fluxo de um fluido em fluxo laminar ocorre por difusão molecular. Duas compartimentos adjacentes, separados por partição contendo gases puros A e B podem ser previstos. Movimento aleatório de todas as moléculas de modo a que, após um período, moléculas são encontradas distante das suas posições originais. Se a partição é removida, algumas moléculas de A movem-se em direção à região ocupada por B, seu número depende do número de moléculas no ponto considerado. Simultaneamente, moléculas de B difundem-se para os regimes anteriormente ocupado por A puro.

Finalmente, a mistura completa ocorre. Antes deste ponto no tempo, uma variação gradual na concentração de A ocorre ao longo do eixo, designado x, o qual une os compartimentos originais. Esta variação, expressa matematicamente -dC_A/dx, onde C_A é a concentração de A. O sinal negativo surge porque a concentração de A diminui à medida que a distância x aumenta. Similarmente, a variação na concentração de gás B é -dC_B/dx. A taxa de difusão de A, N_A, depende do gradiente de concentração a a velocidade média com a qual as moléculas de A movem-se na direção x. Esta relação é expressa pela lei de Fick

$equação Graceli estatística tensorial quântica de campos$

$1 /$ $\psi ^{*}$ $V(r)={\frac {U(r)}{\hbar c}}=-{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\hbar c}}{\frac {1}{r}}$ /

$G_{\mu \nu }\$ $T_{\mu \nu }$ G $T^{\nu }{}_{\alpha }$ $P^{\mu }\!$ /

$G_{\mu \nu }\$

$\psi ^{*}$

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N_{A}=-D_{AB}{\frac {dC_{A}}{dx}}

onde D é a difusividade de A em B, proporcional à velocidade molecular média e, portanto, dependente da temperatura e de pressão dos gases. A taxa de difusão N_A, é geralmente expressa como o número de moles em difusão através de da unidade de área na unidade de tempo. Tal como acontece com a equação básica de transferência de calor, indica que a taxa de força é diretamente proporcional à força motriz, que é o gradiente de concentração.

Esta equação básica é aplicada a diversas situações. Restringindo o debate exclusivamente para o estado de equilíbrio, em que nem dC_A/dx ou dC_B/dx altera-se com tempo, a contradifusão equimolecular é considerada primeiro.

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