Por: Flávia Polati Ferreira
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Os slides dessa apresentação foram criados a
partir das aulas sobre história da cosmologia
ministradas no curso de História da Ciência.
Eles fazem parte da pesquisa de mestrado de
Alexandre Bagdonas Henrique, intitulada
“Discutindo a natureza da ciência a partir de
episódios da história da cosmologia”.
Para mais detalhes sobre essa pesquisa:
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Conteúdo
1. Cosmologia - o estudo do universo
2. O universo estático
A cosmologia Newtoniana; O universo finito e estático de Einstein; O universo
estático e vazio de W. de Sitter
3. O universo em expansão
O universo em expansão e contração de Friedmann; O universo em expansão de
Lemaître e Eddington; Evidências observacionais a favor do universo em
expansão: Hubble.
4. A teoria do Big Bang
A idade do universo; A formação dos elementos químicos; Analogias para entender o
Big Bang
5. A teoria do Estado Estacionário
Cosmologia - o estudo do universo
A figura foi retirada da palestra “Cosmologia”, de Wilton Dias,
ministrada no Observatório do CDCC-USP
Fonte: GREF,Mecânica 4
Cosmologia - o estudo do universo
Astronomia
Terra
Planetas
Cosmologia
Lua
Cometas
Estrelas
Meio
interestelar
Galáxias
Estudo do
universo
como um todo
A cosmologia de Isaac Newton (1643-1727)
Gravidade é uma
força de atração entre
corpos que têm massa
Problema: estabilidade
do universo
Espaço seria:
-Infinito
-Homogêneo
-Estático
Uma nova visão da gravidade
Gravidade não é uma força!
Newton - força que se propaga instantaneamente
Einstein – massas seguem a curvatura do espaçotempo
Figura: einstein.stanford.edu/
A cosmologia relativística
A grande maioria dos modelos cosmológicos atuais
foram obtidos a partir das equações da relatividade
geral.
Envolvem conjuntos de quatro coordenadas (três
espaciais e uma temporal) chamados tensores
Compreender quantitativamente os modelos
cosmológicos relativísticos exige muito tempo de
treinamento específico
Universo estático - A. Einstein em 1917
Resultados da
relatividade geral para o
universo como um todo:
o universo não poderia
ser estático.
Constante Cosmológica:
representa um tipo de
repulsão, equilibrando a
atração gravitacional.
Homogêneo, finito e ilimitado
(em um espaço curvo e fechado)
Constante cosmológica - W. de Sitter
(1917)
Acrescentou uma constante nas
suas equações: “força repulsiva”
Matemático, físico e astrônomo
holandês
Encontrou outra solução para as
equações de Einstein
Universo sem matéria
Fonte: The astronomy/cosmology
debates of the 1930's & 1940‘s
Universo em expansão (1922)
A. Friedmann
Alexander Friedmann
(1888-1925)
o que determina a
expansão do
universo é a sua
densidade de matéria
Modelos de Friedmann
UNIVERSO CÍCLICO
Universo alternando expansões e contrações.
Possibilidade matemática interessante para Friedmann
A figura foi retirada de Harrison 1981, p. 299
Universo em Expansão
Modelo de Lemaître - Eddington
Arthur Eddington
(1882-1944)
Georges Lemâitre
(1894-1966)
Universo em Expansão
Modelo de Lemaître - Eddington
Lemaître -Eddington
“Filosoficamente, a noção de um
início da ordem atual da natureza
me parece repugnante“
(Eddington, 1931)
Átomo primordial
Lemaître introduz um início do
universo: Primeiro universo
relativístico com um começo no
tempo (um “dia sem ontem”) !
Hubble a expansão do universo
Não aceitou a ideia de um
universo em expansão
Em uma carta a De Sitter em
1931, escreveu que ele e seu
colaborador Milton Humason
sentiam
Edwin Hubble
(1889-1953)
"que a interpretação (dos redshift das
galáxias) deve ser deixada para você e os
outros poucos que são suficientemente
competentes para discutir esta questão com
autoridade" (Hubble 1931 apud Kragh &
Smith 2003, p. 152).
A lei de Hubble
“[no eixo y vemos] velocidades radiais, corrigidas pelo movimento
solar e no eixo x as distâncias das galáxias estimadas a partir das
luminosidades médias das nebulosas no aglomerado”
(Hubble 1929, p. 172)
v radial  H0d
Movimento próprio
O BIG BANG
e velocidade de recessão
Efeito Doppler: movimento próprio no espaço
Redshift cosmológico: velocidade de recessão causada pelo movimento do espaço
Fonte: Efeito Doppler :Cool cosmos
Redshift cosmológico: Astronomy Ohio
OOBig
Bang
BIG BANG
George Gamow (1904–1968)
Ralph Alpher (1921-2007)
Robert Hermann (1920-1997)
Física de partículas e cosmologia
Alexander Friedmann (1888-1925)
Georges Lemaître (1894-1966)
Sir Arthur Eddington (1822-1944)
Modelos teóricos para
universo em expansão
Começo no tempo: o universo tem uma idade finita
Analogias para entender o Big Bang
São propostas duas analogias para entender melhor o conceito de
universo em expansão:
1)
Uma granada explodindo
2) Um balão inflando.
A grande explosão
Por que é inadequado ver o Big Bang como uma explosão?
Teoria do Estado
Estacionário
O BIG BANG
Trio de Cambridge: conversas começam no fim da
década de 1940
Hermann Bondi
Thomas Gold
Fred Hoyle
(1919-2005)
(1920-2004)
(1915-2001)
Matemática e lógica
Fã de Karl Popper
Discussões conceituais
“Contra o método”
Físico e astrônomo
Teoria mais quantitativa
Estacionário?
Um rio é estacionário,
mas não estático:
há movimento mas
ele mantém sua
aparência constante
Fonte: SOS Rios do Brasil
Estático: significa que o universo não está expandindo n
em contraindo (modelo de Newton, Einstein e De Sitter).
Estacionário: é invariável em larga escala com o tempo.
Em expansão (modelo de Hoyle, Bondi e Gold)
The nature of the universe
Série de palestras sobre
cosmologia para a BBC de Londres,
que foram posteriormente
transcritas e publicadas na forma de
um livro “The nature of the universe”.
Tiveram alguns milhões de
elespectadores, tornando o debate
público
Fred Hoyle
(1915-2001)
E. Estacionário: Universo invariável
O universo tem uma velocidade
de expansão constante (constante de Hubble).
Para que a densidade se mantenha constante é
preciso que haja criação de matéria!
10-43 g.s-1cm-3 - um átomo de hidrogênio criado a
cada bilhão de anos, em um volume de um litro
O que é mais estranho:
Uma criação contínua e lenta, ou que o universo, os
elementos químicos e a vida tenham sido criados
abruptamente?
Críticas ao Big Bang
Essa ideia do big bang me pareceu ser insatisfatória,
mesmo antes que um exame detalhado tenha mostrado
que ela leva a sérias dificuldades (Hoyle 1950, p.120).
- Problema da Idade do Universo:
Universo de cerca de dois bilhões de anos
Como explicar a formação das galáxias?
- A origem dos elementos químicos
Gamow, Alpher e Herman:
primordial (Alpher et al 1948)
no
universo
Hoyle, Burbidge: nas estrelas (Hoyle et al 1957)
Afinal: o universo teve um começo ou
sempre existiu?
• Não há respostas definitivas
• Há um número crescente de cientistas que propõe
abordagens alternativas (Alfvén, Hoyle, Assis, Arp,
Kanipe 1995)
• O Big Bang é o mais aceito, mesmo assim não é
garantido que houve um começo!
Obrigada!
Por: Flávia Polati Ferreira
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AGRADECIMENTOS
Alexandre Bagdonas Henrique (antigo monitor)