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...

AstronomiaPor 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?

Afinal, como definir o tempo,

quando nada existia?

Hipótese de Gaia

Teoria do Estado Estacionário

• similar em todas as direções

• imutável no tempo• produção contínua de

matéria • densidade média

constante• Herman Bondi (1919-

2005)• Thomas Gold (1920-

2004)• Fred Hoyle (1915-

2001)

"Big Bang"• 1950 Fred Hoyle• 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 (1904-1968), 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 (1898-1974) 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.

Se têm muitas estrelas porque o Universo é frio e

escuro?

• 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.

• 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.htmhttp://astro.if.ufrgs.br/ssolar.htmhttp://www.oba.org.br/sisglob/sisglob_arquivos/downloads/Explorando_o_ensino_astronomia.pdf p.133http://www.oba.org.br/sisglob/sisglob_arquivos/2014/fascinio.pdf p.20http://staff.on.br/maia/Intr_Astron_eAstrof_Curso_do_INPE.pdf p.3-9