O Que é a cosmologia? neste post vamos entender a história e o que é a cosmologia...
O que veremos na postagem:
-Cosmologia Grega
-Cosmologia Newtoniana
-Cosmologia Moderna
-Relatividade Geral
-Big Bang
-Teoria Inflacionária
-Problemas em aberto
Mitos de Criação
Procuram dar uma explicação para a origem do Universo. Utilizam uma linguagem metafórica, baseada em símbolos que tem significado dentro da cultura geradora do mito. Na religião Judaico-Cristã o mito de criação está descrito na Bíblia.Essa situação perdurou até o nascimento da ...
Filosofia Ocidental: Nasceu na Grécia ao redor de 600 AC. Buscavam explicar todas as coisas através de um ou poucos princípios. Compreender a natureza sem apelar para o misticismo. Os principais filósofos eram Sócrates, Platão, Aristóteles.
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| Modelo Geocêntrico do universo |
Cosmologia Grega 350 AC.
Geocêntrica: o Sol, a lua e os planetas giram ao redor da Terra enquanto as estrelas formam um fundo fixo.
O Universo é finito e os corpos celestes têm seus movimentos regidos rigorosamente pelas leis naturais baseadas na geometria.
Cosmologia Grega
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| Modelo Ptolomaico do cosmos |
Cláudio Ptolomeu considerava a Terra imóvel e rodeada de esferas transparentes de cristal que giravam
a sua volta, e o Sol, a lua e os planetas eixos nessas esferas. A cosmologia grega perdurou por quase 2000 anos.
Idade Média
Problemas com o movimento retrógrado dos planetas foram resolvidos com os epiciclos de Ptolomeu em cerca de 100 AD. Esta teoria foi adotada por Santo Tomás de Aquino no século XIII, e esta concepção do cosmo foi seguida até o século XVI.
Renascença
Nicolau Copérnico em 1514 propôs o modelo heliocêntrico em que os corpos celestes giravam ao redor do Sol, e não da Terra. Johannes Kepler descobriu que as órbitas dos astros do sistema solar são elípticas ao redor de 1590.
Galileu Galilei
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| Galileu Galilei |
Na primeira metade do século XVII, reforçou a teoria heliocêntrica com o uso do recém-inventado telescópio.
Descobriu que a Via Láctea é formada por uma infinidade de estrelas, a existência de satélites ao redor de Júpiter, além de observar Saturno e seus anéis, e as fases de Vênus.
Isaac Newton, 1687
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| Isaac Newton |
Descobriu a lei da gravitação universal. F = G -----
r²
Cosmologia Newtoniana: Universo infinito.
Avanços na Cosmologia
Ao redor de 1700 Herschels identificou a estrutura em forma de disco da Via Láctea mas ainda colocava o sistema solar em seu centro.
Em 1918 Shapley descobriu que o sistema solar não estava no centro mas a cerca de 2/3 do raio da Via Láctea. Mas ainda considerava a Via Láctea no centro do Universo.
Em 1923 Hubble mostrou que a via Láctea era uma galáxia ordinária como qualquer outra.
O Princípio Cosmológico
Nosso lugar no Universo não parece ser especial.
Consequências:
- O Universo é o mesmo em qualquer lugar: homogeneidade.
- O Universo parece o mesmo em qualquer direção: isotropia.
O Paradoxo de Olbers, 1826
Assuma o seguinte sobre o Universo:
- sua extensão é infinita,
- sua idade é infinita,
- é estático,
- as estrêlas (ou galáxias) estão distribuídas ao acaso nele.
- Considere uma camada esférica ao redor de um observador.
- Estrêlas nessa camada irradiam luz com um fluxo proporcional à 1/r2.
- O volume da camada é 4πr2dr.
- Portanto, o fluxo total é proporcional à 4πdr! Independente da distância.
- A radiação que atinge o observador é a integral em r desse fluxo sobre todo o Universo.
- O resultado é infinito !!!
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| O céu não deveria ser negro mas deveria brilhar com intensidade | infinita! |
Objeção: poeira poderia absorver parte da radiação. Mas a poeira deve esquentar e depois reemitir a radiação.
Relatividade Restrita
Formulada por Einstein em 1905. A velocidade da luz é a mesma em qualquer referencial inercial.Contração de Lorentz: comprimentos dependem do observador.
Dilatação temporal: intervalos de tempo dependem do observador.
A relatividade restrita muda a geometria: geometria de Minkowski. Na geometria Euclidiana: comprimentos são constantes.
Na relatividade restrita: comprimentos e intervalos de tempo dependem do observador. Há alguma quantidade é contante e não depende do observador?
Intervalo
Gravitação na Relatividade Restrita
A força gravitacional Newtoniana propaga-se instantâneamente.Einstein demorou 10 anos para compatibilizar a relatividade restrita com a gravitação.
E o resultado é:
Relatividade Geral, 1915
- Não há força gravitacional.
- A gravitação devido à curvatura do espaço.
- Matéria causa a curvatura do espaço.
- A curvatura determina o movimento da matéria.
- Objeto fundamental: métrica gμ v
- Determina todas as propriedades locais do espaço curvo.
Espaços Curvos
- O que é um espaço curvo?
- Geometria Euclidiana: soma dos ângulos internos de um triângulo é 180 graus.
- Geometria Riemanniana: a soma pode ser diferente!
- Sem curvatura: igual à 180 graus.
- Curvatura positiva: maior que 180 graus.
- Curvatura negativa: menor que 180 graus.
Cosmologia Relativística
Friedmann encontra soluções da relatividade geral que mostram uma universo em expansão em 1922.
Na época acreditava-se que o Universo era estático! Einstein modifica suas equações para obter um universo estático.
Introduz a constante cosmológica!
Em 1923 Hubble descobriu que as galáxias estão se afastando de nós e portanto o Universo está em expansão!
Einstein afirma que cometeu o maior erro de sua vida!
Lei de Hubble
A velocidade de recessão é proporcional à distância da galáxia.
Descreve o comportamento médio das galáxias.
Como as galáxias estão se afastando uma das outras elas deveriam estar mais próximas no passado.
Portanto, no passado, aconteceu o ...
Big Bang
A explosão inicial, estimada há cerca de 13.7 bilhões de anos atrás.
Cosmologia do Big Bang. Em 1949 Gamow prevê a existência da radiação cósmica de fundo
deixada pelo Big Bang.
A Radiação Cósmica de Fundo
Em 1965 a radiação cósmica de fundo é descoberta por Penzias e Wilson.
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| Instrumento utilizado por Penzias e Wilson |
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| WMAP |
Hoje em dia utilizam-se satélites: WMAP
Detecta a radiação de fundo à 2.7K e diferenças de temperatura de micro-Kelvin.
Problemas ...
Como podem estar a mesma temperatura?
Universo Plano
Topologia do Universo.
Depende da densidade do Universo. Na densidade crítica: Universo plano;
acima: Universo fechado; abaixo:
Universo aberto.
Hoje o Universo é quase plano.
Se no Big Bang a densidade fosse um pouco diferente da densidade crítica não seria plano hoje.
Como isso é possível? Solução dos problemas ...
Teoria Inflacionária, 1981
O Universo passou por umafase de expansão exponencial.
Dobrava de tamanho a cada 10-34 s.!!!
A inflação foi gerada pelo inflaton.
Resolve o problema do horizonte.
Resolve o problema do Universo plano.
Outro problema: curvas de rotação
Em 1933 o aglomerado de galáxias de Coma é estudado.
O movimento das galáxias não pode ser explicado pela atração gravitacional.
O mesmo acontece com estrelas na borda das galáxias.
Matéria escura
Propostas que provém do modêlo de partículas elementares: axions, WIMPs, neutralino, outras partículas supersimétricas. Há vários experimentos tentando detectar tais partículas. Matéria escura constitui 23% do conteúdo do Universo. Matéria comum constitui apenas 4% do Universo. Ainda faltam 73% !!!
Expansão acelerada
Lente gravitacional
COSMOLOGIA
By: Victor O. Rivelles
evolução do Universo.
Qual o destino do cosmos?
A gravitação será tão fraca que não manterá unida a Via Láctea. e outras galáxias. Depois o sistema solar não estará mais ligado pela gravitação. Estrelas e planetas serão ... E finalmente os átomos serão destruídos.
[Instituto de Física da USP]
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