Por: Flávia Polati Ferreira [email protected] 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: [email protected] 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. Compreender quantitativamente os modelos cosmológicos relativísticos exige muito tempo de treinamento específico Envolvem conjuntos de quatro coordenadas (três espaciais e uma temporal) chamados tensores 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 A figura foi retirada de Harrison 1981, p. 298 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) A figura foi retirada de Harrison 1981, p. 302 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? 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 Estático ou 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 nem expan dindo nem contraindo Pode ser estático (Newton, Einstein e De Sitter) Estacionário: é invariável em larga escala com o tempo. Em contração ou em expansão (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) 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) 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? Obrigada! Por: Flávia Polati Ferreira [email protected] AGRADECIMENTOS Alexandre Bagdonas Henrique (antigo monitor)