Diga-me, quais são os conceitos envolvidos?
Pode ser uma célula?
Pode ser neurônios?
Pode ser uma ilusão de ótica ou photoshop?
Mágica?
Cuidar o Referencial
São germes?
A ação humana?
Ou pode ser...
Astronomia
Por que estudar Astronomia?
•Utilizar o Universo como laboratório, deduzindo de
sua observação as leis físicas que poderão ser
utilizadas em coisas muito práticas.
• Prever as marés e estudar a queda de asteróides.
• Construir
reatores
nucleares,
analisar
o
aquecimento da atmosfera por efeito estufa causado
pela poluição.
“Em
uma noite sem nuvens, em um local
distante das luzes da cidade, o céu noturno
pode ser visto em todo o seu esplendor, e é
fácil entender porque desperta o interesse das
pessoas.” http://astro.if.ufrgs.br/
•Depois do Sol, necessário à vida, a Lua é o objeto
celeste mais importante, continuamente mudando de
fase. Quantas fases existem?
•As estrelas aparecem como uma miríade de pontos
brilhantes no céu. Elas brilham?
•Os planetas se destacam por seu brilho e por se
moverem entre as demais. Eles brilham?
“No Big Bang, que deu início ao Universo, toda a
matéria estava concentrada em um único ponto,
com temperaturas tão altas que os prótons e
nêutrons que formam os átomos ainda não
existiam. Existia um mar de energia, matéria e
antimatéria. [...]” http://astro.if.ufrgs.br/
Afinal, quem somos nós?
De onde viemos e para onde vamos?
Big Bang... Origem do Universo...
Qual referencial:
estamos no Universo ou
Universo está em nós?
Hipótese de Gaia
Afinal, como definir
o tempo, quando
nada existia?
• similar em todas as
direções
• imutável no tempo
• produção contínua de
matéria
Teoria do • densidade média
Estado
constante
Estacionário • Herman Bondi (19192005)
• Thomas Gold (19202004)
• Fred Hoyle (19152001)
• 1950 Fred Hoyle
"Big Bang" • iniciou-se a expansão e
contínua
“Tryon propôs em 1973 (Nature, 246, 396) que o Big Bang
ocorreu por uma flutuação quântica do vácuo. Já qual será o
destino do Universo tem duas possibilidades: o Universo se
expandirá para sempre, ou a expansão parará e haverá novo
colapso ao estado denso. O Universo colapsará novamente
somente se a atração gravitacional da matéria (e energia)
contida nele for grande o suficiente para parar a
expansão. Como a matéria e energia escura do Universo
parece chegar a quase 96% da energia total, aparentemente
o Universo está se expandindo com velocidade maior do que
a velocidade de escape, isto é, o Universo continuará se
expandindo para sempre.” http://astro.if.ufrgs.br/
Centro?
Em 1964, a descoberta acidental da radiação de microondas do
fundo do universo, uma radiação que vinha de todas as direções,
pelos rádio-astrônomos. Com a antena corneta de Holmdel,
descobriram o excesso de energia devido à radiação cósmica do
fundo do Universo. É o sinal eletromagnético proveniente das regiões
mais distantes do Universo (a 13,7 bilhões de anos-luz) e que havia
sido predita desde 1948 por Ralph Asher Alpher (1921-2007) e
Robert Herman (1922-1997), associados de George Gamow (19041968), como a radiação remanescente do estado quente que o
Universo se encontrava quando se formou (na verdade quando ele
ficou transparente, 380 mil anos depois do Big Bang).
O Universo tornou-se transparente quando a temperatura caiu
para T=3000 K e os elétrons se combinaram com os prótons,
formando átomos de hidrogênio e hélio.
Formas do Universo
“A teoria do Big Bang leva em conta que se as galáxias
estão se afastando umas das outras, como observado
por Edwin Hubble em 1929, então no passado elas
deveriam estar cada vez mais próximas, e num
passado remoto, cerca de 13,7 bilhões de anos
atrás, deveriam estar todas num mesmo ponto,
muito quente, uma singularidade espaço-tempo, que
se expandiu no Big Bang. O Big Bang, ou Grande
Expansão, criou não somente a matéria e a radiação,
mas também o próprio espaço e o tempo. Este é o
início do Universo que podemos conhecer.”
http://astro.if.ufrgs.br/
“Independentemente de Lemaître, o matemático e
meteorologista russo Alexander riedmann (1888
1925) descobriu toda uma família de soluções das
equações da teoria da relatividade geral. Embora
nossos gráficos do Universo sejam bi-dimensionais,
o Universo é tri-dimensional. O problema é que não
temos como representar um universo curvo em três
dimensões e portanto reduzimos uma dimensão
somente para poder desenhar.” http://astro.if.ufrgs.br/
Alexander riedmann, ..., Pais da Cosmologia
• As soluções possíveis das equações da
relatividade geral incluem expansão eterna ou
recolapso.
• Se a constante cosmológica for nula (energia do
vácuo nula), os modelos se dividem em três
classes. Se a densidade de matéria for alta
suficiente para reverter a expansão, o Universo
é fechado, como a superfície de uma esfera mas
em três dimensões, de modo que se uma nave
viajasse por um tempo extremamente longo em
linha reta, voltaria ao mesmo ponto.
• Se a densidade for muito baixa, o Universo
é aberto e continuará se expandindo para sempre.
O terceiro caso, chamado de Universo plano, é o
limite entre o Universo aberto e o fechado. O
Universo neste caso se expande para sempre, mas
a velocidade das galáxias seria cada vez menor,
chegando a zero no infinito, ainda desconsiderando
a energia do vácuo. Neste caso, o Universo é
Euclidiano, isto é, tridimensionalmente reto.
• Qual destes modelos representa o Universo real
continua um dos cernes da cosmologia moderna,
mas as observações recentes indicam que o
Universo é plano (Euclidiano nas três dimensões
espaciais).
• Outro ítem importante na cosmologia é a chamada matéria
escura, postulada pela primeira vez por Fritz Zwicky (18981974) em 1937 (Astrophysical Journal, 86, 217).
• A matéria escura têm implicações importantes nos modelos
de Big Bang, como o do Universo Inflacionário.
• Como a liberação do calor latente (energia do vácuo) é que
faz o Universo se expandir inflacionariamente.
• Enquanto no modelo inicial de Guth nosso Universo seria
composto de muitas bolhas que se expandem
exponencialmente, o que é inconsistente com a
uniformidade da radiação do fundo do Universo, nos novos
modelos inflacionários de Linde e Steinhardt nosso Universo
é apenas uma bolha de um possível mega-Universo
(megaverso) de bolhas.
• A Teoria de Tudo precisa combinar a teoria de relatividade
geral (gravitação) com a teoria quântica. Dimensões.
• A matéria escura não emite radiação eletromagnética
e, portanto, somente podemos detectá-la através da
força gravitacional que ela exerce sobre os objetos. A
detecção da existência de matéria escura vem do
estudo do movimento de estrelas individuais em
galáxias e o movimento de galáxias em cúmulos de
galáxias, mas também pelo seu efeito em lentes
gravitacionais. Quando aplicamos a lei da gravitação a
estes movimentos, detectamos que a massa é muito
maior que a massa visível em estrelas e gás.
Se têm muitas
estrelas porque o
Universo é frio e
escuro?
• Seria praticamente impossível haver a formação
de estruturas observadas, como galáxias, estrelas,
planetas e, portanto, da Terra e de nós mesmos,
sem que houvessem variações de temperatura na
radiação do fundo do Universo.
• Com o esfriamento do Universo, eventualmente a
matéria se condensa em galáxias, estrelas se
formam, evoluem e morrem.
• Os elementos mais pesados, como carbono,
oxigênio, silício e ferro foram gradualmente sendo
sintetizados nas estrelas, e espalhados ao meio
em explosões de supernovas. Este gás é depois
concentrado em outras estrelas, em planetas, e
possivelmente em corpos de seres humanos, em
alguns destes planetas!
Tempo do Universo
• Podemos então estimar a idade máxima do
Universo to, calculando o tempo que as galáxias
distantes, movendo-se à mesma velocidade de
hoje, levaram para chegar aonde estão, isto é,
assumindo energia escura nula.
• Isto é, se o Universo está se acelerando, pela
presença de energia escura, ele estava se
expandindo mais lentamente no passado e,
portanto, levou mais tempo para chegar ao
presente. O valor de 13,78 Giga-anos leva em
conta esta correção.
Química do Universo
• O deutério é um hidrogênio pesado, pois seu núcleo contém um
próton e um nêutron. Embora observado no gás interestelar, no
sistema solar e mesmo nos espectros de quasares, o deutério não
pode ser formado nas estrelas. Quando uma estrela se forma por
colapso de uma nuvem de gás interestelar, qualquer deutério
nesta nuvem é destruído (convertido em hélio) mesmo antes da
estrela se tornar quente o suficiente para iniciar a fusão do
hidrogênio. Portanto o deutério, como a maior parte do hélio, é um
fóssil do Big Bang. Quando o Universo está esfriando,
quanto maior o número de átomos em um volume no espaço
(densidade), menor a quantidade de deutério que sobrevive,
porque a maior parte se converte em hélio.
• Desde a formação das estrelas mais velhas, somente 10% da
massa de hidrogênio inicial pode ter sido convertida em hélio, por
fusão nuclear no centro das estrelas. A maior parte deste hélio
ainda está no interior das estrelas. Portanto, os 25% de hélio
observados no gás interestelar e na atmosfera das estrelas foram
necessariamente formados no Big Bang.
Viagem no tempo
• Na teoria da relatividade geral de Einstein, o tempo se acelera e
desacerela quando passa por corpos massivos, como estrelas e
galáxias. Um segundo na Terra nãoé um segundo em Marte.
Relógios espalhados pelo Universo se movem com velocidades
diferentes.
• Pontes de Einstein-Rosen, mas agora chamadas de redemoinhos ou
buracos de minhoca (wormholes). Estas pontes unem regiões do
espaço-tempo distantes. Viajando pela ponte, pode-se mover mais
rápido do que a luz viajando pelo espaço-tempo normal.
• Antes da morte de Einstein, o matemático Kurt Gödel (1906-1978),
trabalhando na Universidade de Princeton, como Einstein, encontrou
uma solução para as equações da relatividade geral que permitem a
viagem no tempo. Esta solução mostrava que o tempo poderia ser
distorcido por rotação do Universo, gerando redemoinhos que
permitiam que alguém, movendo-se na direção da rotação, chega-se
ao mesmo ponto no espaço, mas atrás no tempo. Einstein concluiu
que como o Universo não está em rotação, a solução de Gödel não
se aplicava
• A maior dificuldade é a energia: uma máquina do tempo
necessita de uma quantidade fabulosa de energia. Seria
preciso usar-se a energia nuclear de uma estrela, ou
antimatéria. O segundo problema é de estabilidade. Um
buraco negro em rotação pode ser instável, se acreta
massa. Efeitos quânticos também podem acumular-se e
destruir o redemoinho. Na verdade a teoria prevê que os
redemoinhos (buracos de minhoca) sobrevivem somente
uma fração de tempo tão curta que nem a luz consegue
atravessá-lo. O outro grande problema de usar um buraco
negro como ponte é que a força de maré de um buraco
negro estelar é tão grande que despedaçaria qualquer corpo
que se aproximasse do seu horizonte. Portanto, embora
teoricamente possível, uma viagem no tempo não é
praticável.
Sistema Solar
http://astro.if.ufrgs.br/grao.htm
http://astro.if.ufrgs.br/ssolar.htm
http://www.oba.org.br/sisglob/sisglob_arquivos/downloads/Explorando_o_ensino_astronomia.pdf p.133
http://www.oba.org.br/sisglob/sisglob_arquivos/2014/fascinio.pdf p.20
http://staff.on.br/maia/Intr_Astron_eAstrof_Curso_do_INPE.pdf p.3-9