Modelos de universo Contedo 1 Cosmologia o estudo

Modelos de universo

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 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 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 Lua Estrelas Cometas Meio interestelar Galáxias Cosmologia 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)

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

O Big Bang O 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: no universo primordial (Alpher et al 1948) 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-1 cm-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?