Einstein e o nascimento da Cosmologia

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1 Einstein e o nascimento da Cosmologia
Alexandre Bagdonas Henrique

2 Índice 1- A vida de Einstein 2- A Física na época de Einstein
3 - A Teoria da relatividade a) Relatividade restrita b) Relatividade geral 4 - O início da Cosmologia 5 - Um pouco mais sobre Einstein

3 1) Albert Einstein Nasceu em 1879, em Ulm, Alemanha
Boatos de que era mau aluno são infundados Foi estudar na Suíça e naturalizou-se para evitar o serviço militar na Alemanha Era autodidata e criticava métodos de ensino tradicionais Formou-se em física em 1900, e foi trabalhar num escritório de patentes

4 3) A Relatividade Restrita
Postulados: As leis físicas valem em todos os referenciais sem aceleração A velocidade da luz é constante

5 Fim do espaço e tempo absolutos
“Tudo é relativo” não é relatividade Mas a base da relatividade é que a velocidade da luz não é relativa. Nada pode se mover mais rápido que a luz

6 Problemas com a gravitação
Nada pode se propagar com velocidade maior que a da luz Relatividade restrita não vale para referenciais acelerados

7 Instabilidade gravitacional
Modelo de como os átomos de hidrogênio presentes na nebulosa se juntam devido a instabilidade gravitacional, dando origem a formação das estrelas.

8 Universo não é estável com gravidade
Newton já havia percebido esse problema. Argumentou que o espaço seria infinito, com infinitas estrelas cercando cada uma. No entanto, se a força da gravidade é sempre atrativa, é um problema explicar a estabilidade do Universo. O que impede o colapso gravitacional de toda a matéria no Universo? Newton já havia percebido este problema, e propôs que o Universo é infinito, com infinitas estrelas cercando um certo corpo. Assim, a força gravitacional total se anularia.

9 Instabilidade gravitacional

10 Instabilidade gravitacional
Modelo de como os átomos de hidrogênio presentes na nebulosa se juntam devido a instabilidade gravitacional, dando origem a formação das estrelas.

11 Instabilidade gravitacional
Modelo de como os átomos de hidrogênio presentes na nebulosa se juntam devido a instabilidade gravitacional, dando origem a formação das estrelas.

12 Instabilidade gravitacional
Modelo de como os átomos de hidrogênio presentes na nebulosa se juntam devido a instabilidade gravitacional, dando origem a formação das estrelas.

13 Tentativas de modificar a gravidade
Von Neuman e Seeliger: Universo finito Densidade de estrelas tende a zero para d ~ 8000 anos luz Einstein conhecia essa tentativa Houve também tentativas em que F seria repulsiva a grandes distâncias Houve alguns autores que propuseram alterarações na fórmula matemática da força gravitacional, como Von Neuman, e Seeliger, que propuseram uma queda exponencial da força gravitacional com a distância

14 Relatividade Geral Einstein passa a buscar equações de movimento para quaisquer referências, estender a relatividade para todas as situações possíveis Em geral na física há modelos ou imagens antes dos cálculos matemáticos Isso não aconteceu na R.G. Explicações não matemáticas são artificiais De um modo geral, na costrução de uma teoria física, o modelo ou imagem surge antes do cálculo matemático e, por isso, ele pode ser explicado sem o acompanhamento matemático. No entanto, há casos em que ocorre o contrário. Às vezes, a matemática leva a determinados resultados e, depois disso, é preciso tentar entender o que significam os cálculos.         Foi o que aconteceu com a teoria da relatividade geral. Nem Einstein, nem ninguém, começou “imaginando” um espaço curvo para depois fazer cálculos baseados nessa idéia. O trabalho partiu de um formalismo matemático que, para dizer a verdade, o próprio Einstein não compreendia bem, e esses cálculos é que acabaram levando à teoria. Por isso, nesse caso em particular, qualquer explicação que não utilize matemática é artificial, e não pode dizer direito o que é o conteúdo da teoria.

15 Matemática da R.G. Foi ajudado por seu amigo Grossman
1913 – artigo conjunto Einstein –Grossmann Einstein cometeu um erro, então não acharam as equações corretas 1915 – Einstein discute suas idéias com Hilbert, e este encontra as soluções que Einstein procurava alguns dias antes de Einstein, mas o próprio Hilbert reconheceu que o mérito (pela idéia) era de Einstein

16 Motivação: massa inercial e massa gravitacional
Queda dos corpos Corpos caem sempre com a mesma aceleração Massa inercial: resistência dos corpos a aceleração Massa gravitacional: relacionada com a intensidade da força gravitacional Coincidência: são iguais Uma das motivações para a RG foi o conhecido fato de que os corpos de massas diferentes tem o mesmo tempo de queda, se for desconsiderado o efeito da resistência do ar. Isso foi ilustrado se jogando um martelo e uma pena na Lua, e verificou-se que o tempo de queda era igual.

17 Princípio de equivalência
Gedanken Queda livre e ausência de gravidade são equivalentes, assim como nave acelerando com a=g e campo gravitacional terrestre. A passagem da antiga teoria da relatividade para a nova utilizou o chamado “princípio de equivalência”. A idéia desse princípio é muito antiga: já se encontrava nas obras de Newton. O princípio de equivalência afirma que, se vários corpos estiverem caindo livremente, juntos, pela força da gravidade, aquilo que acontece entre eles não é influenciado por essa força nem pela aceleração que os corpos têm: tudo se passa, entre esses corpos, como se eles estivessem em um local sem gravidade, sem aceleração. Por exemplo: se um avião, a grande altitude, perdesse de repente suas asas e começasse a cair livremente, os passageiros dentre dele sentiriam como se não existisse gravidade: poderiam flutuar dentro do avião.  Se, nessa situação, um passageiro jogar um objeto para outra pessoa, esse objeto parecerá se mover em linha reta, ou seja, não vai se desviar para baixo. Assim, para os passageiros, os objetos possuem um movimento de acordo com a lei da inércia: retilíneo e uniforme, como se não estivessem sendo atraídos pela Terra. presente de Eric Rogers : O objeto presenteado a Einstein consistia de um quebra-cabeça envolvendo Física e derivado de um antigo brinquedo de crianças, aquele que tem uma bola atada à extremidade de um cordão cuja outra extremidade está amarrada no centro de um copo. O desafio é a criança lançar a bola e pegá-la de volta no copo. O globo e o tubo transparente não podiam ser abertos; A bola era feita de bronze; A mola já estava inicialmente esticada e tensa, mas não o suficiente para puxar sozinha a bola para dentro do copo; O bastão era bastante longo em comparação com a bola de metal; Havia um método infalível de resolver o problema e que não deveria ser confundido com possíveis soluções casuais obtidas agitando-se aleatoriamente o brinquedo. Rogers recorda que Einstein ficou encantado com aquele pequeno brinquedo recebido de presente e tratou imediatamente de resolver o problema realizando com sucesso e alegria um experimento com o mesmo. A solução consiste em deixar o brinquedo cair. "Ao deixá-lo cair , disse ele, de acordo com o Princípio da Equivalência não haverá força gravitacional. Assim, a mola será suficientemente forte para puxar a bolinha para dentro do copo de plástico" EINSTEIN, A FÍSICA DOS BRINQUEDOS E O PRINCÍPIO DA EQUIVALÊNCIA+* Alexandre Medeiros SCIENCO Cleide Farias de Medeiros Departamento de Educação UFRPE Recife PE presente de Eric Rogers Explicação: espaço é curvo!

18 Geometria euclidiana Espaço infinito Soma dos ângulos =180°
Retas paralelas não se cruzam Séc. XIX- descobertas geometrias não euclidianas Todos nós já estudamos um pouco de geometria plana no colégio (ou fomos forçados a estudar). Há várias propriedades que julgamos valer sempre, como o fato de a soma dos ângulos internos de triângulo ser 180°, ou que retas paralelas não se cruza. No entanto, estas propriedades só valem para espaços planos. O espaço plano infinito é chamado Euclidiano em homenagem ao matemático grego Euclides. János Bolyai  ( ) Nicholas Lobatschewsky ( ) Georg B. Riemann ( )

19 Espaço curvo 2D Superfície da terra.
Quase plana para pequenas distâncias Soma dos ângulos >180° Geodésicas: menor distância entre dois pontos Na geometria euclidiana, a soma dos ângulos internos de um triângulo é sempre igual a 180o, ou dois ângulos retos. Nas outras geometrias, a soma dos ângulos internos ode um triângulo pode ser sempre maior do que 180 ou sempre menor do que 180o.           Para entender isso, é necessário mais uma vez pensar no caso da superfície terrestre. Imagine duas “retas” traçadas do pólo Norte até o Equador terrestre (ou seja: dois meridianos terrestres); suponha que as duas “retas” formam entre si um ângulo de 90o, no pólo Norte. Qual será o ângulo formado por cada uma delas com o Equador? É fácil ver que elas serão perpendiculares ao Equador, ou seja, formarão um ângulo reto (90o) com ele. Assim, o triângulo formado por esses meridianos e pelo equador terá três o ângulos retos, com um total, portanto, de 270o, ao invés de 180o. Na verdade, qualquer triângulo traçado sobre uma superfície esférica terá a soma dos ângulos internos sempre maior do que 180o. O valor exato da diferença dependerá do tamanho do triângulo. Em uma superfície de curvatura negativa, pelo contrário, a soma dos ângulos internos de um triângulo é sempre menor do que 180o.

20 Espaço curvo 3D 2D é fácil de entender pois podemos “olhar de fora”
Há outros tipos de espaços como selas de cavalo Espaço 3D curvo é impossível de imaginar, assim como espaço –tempo 4D Pode-se utilizar essa analogia para pensar em um espaço curvo em três dimensões. Deve-se pensar em uma reta como alguma linha que não se entorta para nenhum lado. Se uma reta for prolongada sempre, em um espaço tridimensional curvo, que seja análogo à superfície esférica, essa reta retorna ao ponto de partida. Haverá um limite para o tamanho dos círculos que podem ser traçados nesse espaço; e podem não existir retas paralelas entre si. Esse espaço “esférico” tem um volume finito, e nele só pode caber um número finito de objetos de determinado tamanho. No entanto, esse espaço não tem um limite ou fronteira: não se chega nunca ao lugar onde ele termina. E não se pode dizer que ele está encurvado para um lado ou para o outro. A comparação com a superfície esférica é falha, neste ponto.

21 Princípio da equivalência: espaço curvo
Efeito semelhante ao do experimento anterior, mas com uma dimensão a mais Localmente nosso espaço parece ser plano, mas ele é curvo Corpos caem sempre com a mesma aceleração

22 Uma nova visão da gravidade
Gravidade não é uma força É um conjunto de ações e comportamentos observados. Newton - força que se propaga instantaneamente Einstein – massas seguem a curvatura do espaço tempo Gravidade não é uma força, é uma experiência. É um conjunto de ações e comportamentos observados. O papel da ciência é formular uma teoria para explicar coerentemente o que está por trás dessas observações e experiências. Newton propôs uma explicação: uma força que se propaga instantaneamente, inerente a massa. Einstein propôs uma explicação alternativa, a curvatura do espaço-tempo.

23 Espaço tempo curvo Corpos se movem em linha reta no espaço-tempo, mas parecem mover-se em curvas pois o espaço é curvo Na teoria de Newton, a atração gravitacional é uma força entre dois corpos, causada pelas suas massas. Na relatividade geral, um objeto cria em sua volta um campo gravitacional, que é uma deformação do espaço-tempo. Esse campo gravitacional não depende só da massa do objeto; depende da energia, das pressões e movimentos de matéria que existem em seu interior. A deformação do espaço-tempo criada pelo objeto vai influenciar o movimento de outros corpos, fazendo com que eles se desviem. Espaço-tempo afeta o movimento dos corpos assim como o movimento dos corpos afeta o espaço-tempo

24 Princípio da equivalência
Luz Aceleração Suponha que um raio de luz entra por uma janela de um elevador que está se movendo, de maneira acelerada, para cima... A luz atinge a outra parede, num ponto inferior ao que ela entrou. Se alguém vê a luz dentro do elevador, vai parecer que ela fez uma curva.

25 Para ângulos muito pequenos.
Deflexão da luz l Luz gl2 2c2 X tan  ~  ~ g l 2c2 Para ângulos muito pequenos. Suponha que um raio de luz movendo-se horizontalmente entra por uma janela numa sala sujeita a um forte campo gravitacional.... A luz atinge a outra parede, num ponto inferior ao que ela entrou. Gravidade Gravidade A luz atinge a outra parede, num ponto inferior ao que ela entrou.

26 Idéias anteriores sobre a curvatura da luz
John Michell Luz afetada pela gravidade Imagina os buracos negros Considerando a luz como partículas com massa, e que portanto seria afetada pela gravidade, imagina que haveria corpos muito densos, cuja atração gravitacional impediria que a luz escapasse: os buracos negros. Soldner: calcula ângulo de deflexão usando mecânica clássica α= 0.875 Einstein α= (curvatura do espaço-tempo)

27 A confirmação da Relatividade
Expedição inglesa confirmando teoria Alemã (inimigos na I Guerra ) Eddington foi mandado para a expedição para não ser preso

28 Expedição ao Brasil Sobral -CE Eclipse: fotos das estrelas α=1.98±0.12
Ilha do Príncipe α=1.61±0.31 Valor esperado α= 1.75 (Einstein) α= (Newton)

29 Esperiências futuras Problemas nas observações: turbulência na atmosfera erro~ valor da medida Radioastronomia: Quasares, erro < 1%

30 Lentes gravitacionais
Efeito da relatividade geral que vem sendo muito estudado Detecção de exoplanetas

31 Times de Londres " Revolução na ciência: nova teoria do Universo,
idéias newtonianas descartadas" Espaço e tempo absolutos abandonados. Influência sobre idéias absolutas na moral, filosofia, música e artes.

32 4) Universo de Einstein Homogêneo, finito e ilimitado
Espaço curvo: reta prolongada para sempre volta no mesmo ponto Análogo a uma geodésica numa esfera O “universo de Einstein” tinha uma estranha característica: as equações levavam ao resultado de que o tamanho total do universo não devia ser infinito, e sim finito. Isso ocorria porque o espaço-tempo é deformado pela presença de matéria e energia, e essa deformação, no caso, levava à criação de um espaço “curvo”, análogo à superfície de uma esfera: se uma reta for prolongada sempre, nesse espaço, ela deve retornar ao ponto de partida, depois de percorrer uma distância finita. A distância entre dois pontos quaisquer desse espaço é sempre finita. No entanto, esse espaço não é limitado: ele não tem uma superfície ou barreira onde tudo termina. A partir de um ponto qualquer desse espaço, é sempre possível caminhar em linha reta para qualquer direção. Todos os pontos são iguais entre si, não há nenhuma região diferente das outras. O espaço é finito, mas é ilimitado. O modo mais fácil de se pensar nesse tipo de espaço é por comparação com a superfície de uma esfera. Nessa superfície, uma “reta” prolongada sempre acaba retornando ao ponto de partida. E pode-se, de um ponto qualquer da esfera, traçar “retas” em qualquer direção. Mas há uma diferença importante. A superfície esférica é encurvada em uma direção determinada, em uma outra dimensão. O espaço tridimensional não é encurvado para lado nenhum, e não é preciso supor que exista uma outra dimensão na qual o espaço se encurve. A noção de espaço curvo é totalmente independente desse tipo de suposição. É um conceito matemático abstrato, que só pode ser representado de modo imperfeito, pela analogia da superfície de uma esfera. Universo com Relatividade Geral não é estável (mesmo problema de Newton)

33 Constante cosmológica
Acrescentou uma constante nas suas equações Repulsão entre os corpos, para contrabalançar a atração gravitacional Sem conseqüências testáveis, inserida artificialmente para explicar universo estático Como foi dito, inicialmente Einstein não conseguiu obter um modelo em equilíbrio, e por isso ele fez uma alteração na teoria da relatividade geral. Qual foi essa mudança? Ela consistiu, basicamente, em introduzir um fator chamado “constante cosmológica”, que representa um tipo de repulsão gravitacional.         É fácil compreender que, se existir uma repulsão, ela pode anular a atração gravitacional e fazer com que o universo fique em equilíbrio. Assim, o que Einstein fez foi introduzir um “truque” na teoria, que não tinha justificativa física nenhuma, pois jamais se havia observado nenhum tipo de repulsão associado à gravitação. Não havia justificativa física para introduzir essa idéia.         Nesse sentido, a introdução da “constante cosmológica” não foi muito bem recebida. No entanto, como era uma alteração aceitável, do ponto de vista matemático, acabou sendo admitida – não como uma realidade, mas como uma possibilidade a ser investigada. Modificações “ad hoc” Acréscimos de postulados para proteger teorias de falsificações potenciais que não tenham conseqüências testáveis devem ser eliminados Ex: Galileu vs. Aristóteles, crateras da Lua

34 Universo em expansão Hubble descobre as Galáxias
Descobre que elas estão se afastando Universo está em expansão Einstein se arrepende de sua Constante Cosmológica Energia escura - a volta da constante cosmológica Galáxia de Andrômeda distância: 2 milhões de A.L.

35 O Nascimento da Cosmologia
Lemaître Friedmann De Sitter Passaram a investigar as soluções das equações da RG Havia a possibilidade de Universos em expansão e contração, que não foi levada em conta por Einstein Alguns pesquisadores continuaram a investigar as conseqüências da teoria, mais como um exercício matemático do que como uma tentativa de descrever a realidade. Dentre eles, podemos citar Alexander Friedmann e Robertson e Walker. Havia várias possibilidades de universos além do estático, de acordo com a relatividade geral, tais como universos em expansão ou contração.

36 A fama de Einstein Grande exposição na mídia Estereótipo de físico
Envolvimento em causas políticas Nazistas: 100 autores contra Einstein Carta para o presidente dos EUA Convidado para ser presidente de Israel Em 1952, David Ben-Gurion, então o primeiro-ministro de Israel, convida Albert Einstein para suceder a Chaim Weizmann no cargo de presidente do estado de Israel. Einstein agradece mas recusa, alegando que não está à altura do cargo.

37 O mito de Einstein A crença de que Einstein mudou radicalmente a física em 1905 é falsa e prejudicial A mídia teve um papel fundamental na formação da imagem de Einstein e do estereótipo de um gênio. O uso de imagens como estereótipos é um artifício comum na comunicação, principalmente na mídia publicitária, que visa a compreensão rápida e direta do receptor. “Com a aparição excessiva, a imagem do físico passou a aludir à genialidade, diretamente”, diz o pesquisador de semiótica Luciano Guimarães, da Universidade Estadual Paulista (Unesp). De acordo com ele, Einstein não foi o único a ter sua imagem estereotipada e generalizada: o mesmo acontece com a imagem de Sigmund Freud, representando os psiquiatras. “Quase sempre quando aparece um psiquiatra num filme, ele será calvo, grisalho e com óculos redondos, em alusão direta ao Freud”, ressalta.

38 O mito de Einstein A idéia de um “grande gênio” que mudou toda a física em um ano é falsa Ela é reforçada pelo desejo infantil de acreditar em “ídolos” e seres sobrenaturais

39 O mito de Einstein Mito prejudicial:
Dá uma indicação errada, aos jovens, sobre como podem participar do desenvolvimento científico Transmite uma visão errônea sobre a natureza da pesquisa e da ciência

40 Ciência só para gênios Não se deve pensar que a teoria da relatividade seja uma coisa incompreensível Bastam vontade e tempo para se dedicar a aprender essa teoria Não se deve pensar que a teoria da relatividade seja uma coisa incompreensível. Ela pode ser compreendida e dominada por qualquer pessoa que tenha uma inteligência normal, que seja capaz de ingressar em um curso universitário da área de ciências exatas e que disponha de vontade e tempo para se dedicar a essa teoria. Para uma pessoa nessas condições, pode-se dizer que é mais fácil aprender a teoria da relatividade do que aprender a tocar piano, ou aprender a dançar balé, por exemplo. Não é impossível compreender a teoria da relatividade; mas é impossível compreendê-la sem o uso da matemática adequada. Pode-se dizer que é mais fácil aprender a teoria da relatividade do que aprender a tocar piano, ou aprender a dançar balé, por exemplo Só impossível sem a matemática adequada

41 Autores da relatividade
Poincaré Fotos: Poincaré, Einstein e Lorentz Não se deve pensar que a teoria da relatividade tenha sido criada por Einstein. Ele foi uma das pessoas que colaborou no desenvolvimento dessa teoria, e acabou se tornando o mais famoso. No entanto, essa teoria foi o resultado de estudos desenvolvidos por diversos cientistas, sendo os mais importantes deles Hendrik Lorentz ( ), Henri Poincaré ( ) e Albert Einstein ( ). Provavelmente Einstein não conseguiria fazer o que fez se antes dele não existisse o trabalho de Lorentz e de Poincaré; e provavelmente as suas contribuições à teoria da relatividade teriam sido feitas por outras pessoas, se ele nunca tivesse nascido. A ciência não é a obra isolada de indivíduos, mas um trabalho coletivo, em que muitos contribuem para o resultado final. Einstein Lorentz Provavelmente Einstein não conseguiria fazer tudo sozinho e as suas contribuições à teoria da relatividade teriam sido feitas por outras pessoas, se ele nunca tivesse nascido

42 Einstein e a Cosmologia
Einstein não fez grandes contribuições, mas estabeleceu as bases matemáticas para o desenvolvimento futuro A. EinsteiA. Einstein, A.S. Eddington, P. Ehrenfest, H.A. Lorentz, W. de Sitter em Leiden (1920) n, A.S. Eddington, P. Ehrenfest, H.A. Lorentz, W. de Sitter em Leiden (1920) Einstein, A.S. Eddington, P. Ehrenfest, H.A. Lorentz, W. de Sitter em Leiden (1920)

43 Bibliografia Livros O Universo - Roberto Martins
Einstein estava certo? - Clifford Will O Universo numa casca de noz - S. Hawking Uma breve história do Tempo - S. Hawking História e Filosofia das Ciências: subsídios para aplicação no ensino médio - Cibelle Silva Cosmology and Controversy -Helge Kragh Slides: Palestra de Roberto Martins, ministrada no IFSC em 2007. Carlos Alexandre Wuensche, INPE.

44 Bibliografia Sites cosultados einstein.stanford.edu/
Contém slides e outros materiais para ensino Wikipedia Artigos: Einstein, Relatividade, Cosmologia Livro: O Universo - R. Martins Google imagens Artigos Einstein, a física dos brinquedos e o princípio da equivalência, A. Medeiros, C. F. De medeiros, UFRPE; Cad. Brás. Ens. Fís., v. 22, n. 3: p , dez. 2005 100 anos de cosmologia e desafios para o século xxi. I. Waga, RBEF, março de 2005 Nury Isabel Jurado Herrera (Mestrado em Física, Unicamp) A dinâmica do universo: Sir Arthur Eddington e as cosmologias relativísticas”

45 Bibliografia Figuras gallery.hd.org

46 Extras

47 Espaço-tempo intervalo relativístico Não é relativo
As mudanças que a teoria da relatividade introduziu nos conceitos de espaço e de tempo são as mais importantes. O movimento influencia tanto o tamanho dos objetos como a duração dos fenômenos. No entanto, nem tudo é relativo: a teoria indica que há uma outra grandeza, que depende tanto do espaço como do tempo, que não se altera pelo movimento. Essa grandeza é o “intervalo relativístico” s, que é uma combinação de distância L e de intervalo de tempo t. Pode-se dar uma comparação para facilitar o entendimento dessa idéia. Um círculo, dependendo do ângulo de que é observado, pode parecer uma elipse, ou um círculo, ou uma reta. Essas aparências (ou projeções) dependem do observador, mas o círculo em si mesmo é uma realidade que é sempre a mesma, independentemente do ângulo do qual ele é observado. Da mesma forma, o espaço-tempo seria uma realidade, mas o espaço e o tempo seriam apenas projeções dessa realidade e, por isso, dependem do observador.

48 Igualdade da massa inercial e massa gravitacional
Na relatividade geral essa igualdade não é mais coincidência, é necessária Experimentos: Newton - sacos de trigo, pedras, etc.. Eotvos - 1 parte em 100 milhões Dicje e Braginsky - 1 parte em 1 milhão Missão espacial STEP - 1 parte em um trilhão

49 1) Precessão do periélio
Newton arcsecs Atual arcsecs 2) No such thing as coincidence Balance b/w inertia~acceleration 3) Qual é a velocidade da gravidade? “propagação instantânea” (Newton) or “velocidade da luz” (Einstein)

50 Gravity Probe -B

51 Was Einstein right? Find out in 2006…

52 Animação de uma "cefeida", estrela pulsante que ajudou os cientistas a calcular distâncias entre as estrelas e nós.

53 1905: Annus Mirabilis Trabalhos publicados Quantum de luz
Teoria da relatividade Movimento browniano Albert Einstein

54 2) A Física do século XIX Praticamente tudo o que ensinamos no 2° grau já havia sido descoberto mecânica clássica óptica termologia eletricidade e magnetismo

55 1900: O fim da física? recomendou que os jovens não se dedicassem à física “Os grandes princípios da física já estão estabelecidos. As futuras verdades da física terão que ser procuradas na 6ª casa decimal” Em 1900 alguns físicos pensavam que a física estava praticamente completa. Lord Kelvin recomendou que os jovens não se dedicassem à física, pois só faltavam alguns detalhes pouco interessantes, como o refinamento de medidas. Michelson

56 As duas nuvens de Kelvin
-Michelson e Morley (Relatividade) Radiação de corpo negro (Mecânica Quântica) Lord Kelvin, no entanto, mencionou que havia “duas pequenas nuvens” no horizonte da física: os resultados negativos do experimento de Michelson e Morley, e a dificuldade em explicar a distribuição de energia na radiação de um corpo negro. Lord Kelvin

57 Busca pelo éter Meio necessário para a propagação da luz Harvard
Sabe-se que ondas mecânicas, como o som ou as ondas na água precisam de um meio para se propagar. Nessa época acreditava-se na existência de um meio chamado éter, necessário para a propagação da luz. Este meio seria muito difícil de ser detectado, tanto que foi criado na universidade de Harvard um laboratório cujo prédio não continha nenhum prego de ferro, para evitar a influência do magnetismo sobre os experimentos sensíveis para detectar o éter. No entanto, os cientistas se esqueceram que os tijolos do prédio contém ferro em sua composição. Harvard

58 Michelson-Morley Experimento buscava medir a velocidade da luz c
No século XIX achava-se que a luz precisava de um meio para poder se propagar, assim como as ondas mecânicas. Buscava-se indícios da existência desse meio, chamado éter. No caso do experimento de Michelson-Morley o objetivo era medir a velocidade da luz em relação ao interferômetro, ou seja, em relação a Terra, pois assim seria mostrado que a Terra se move em relação ao éter. O aparato experimental é mostrado na figura, semelhante ao já descrito nos slides anteriores. Numa primeira situação, será observado um padrão de interferência causado pela diferença de caminho óptico dos feixes separados em D. Um deles percorre a distância DB, paralela a velocidade da Terra, e outro percorre a distância DA, perpendicular a velocidade da Terra. Isso causa uma diferença no tempo levado para percorrer o trajeto, e portanto uma defasagem dos feixes quando chegam ao ponto de observação T. Girando o aparato de 90° e repetindo o experimento, os feixes “trocam de papel”, o que andava paralelo à velocidade da Terra anda perpendicular, e vice versa. Isso deveria causar diferenças no padrão de interferências. No entanto, nenhuma diferença foi encontrada. O experimento falhou em detectar o éter, o que causou desapontamento em Michelson. Porém, esse resultado experimental ficou bastante famoso na época, e influenciou o trabalho de diversos cientistas como Fitzgerald, Lorentz, Poincaré e Larmor, o que acabou culminando com a descoberta da Relatividade Restrita por Einstein. Acredita-se que Einstein não foi diretamente influenciado pelo experimento de Michelson-Morley, mascom certeza houve influência indireta, e esse resultado experimental foi muito importante para a acaitação da Relatividade Restrita. Não foi detectado qualquer deslocamento de franja ao rodar o experimento em 90° Michelson ficou inicialmente desapontado

59 Velocidade relativa

60 Transformações de Lorentz
Velocidade da luz é constante Dilatação do tempo Contração dos comprimentos Surgiram várias conseqüências estranhas, como a descoberta de que um corpo que se move deve se contrair na direção do movimento; e que um relógio que se move deve se atrasar em relação a um relógio parado  . No entanto, esses efeitos só são notados e medidos por um observador que não esteja se movendo junto com o objeto ou com o relógio: um observador que se desloque juntamente com o objeto ou o relógio não vai notar nenhuma mudança neles. Ou seja: esses efeitos dependem do observador, não são absolutos e sim relativos. Lorentz

61 Viajando com v=0.95c

62 Habitantes do mundo 2D Edwin Abbott - Flatland
Experimentos para medir a soma dos angulos internos réguas de platinas S=195° Edwin Abbott escreveu um romance em que os habitantes viviam num mundo bidimensional, chamado Flatland. Fipótese: força curvando réguas. Réguas menores: S=187° Efeito universal, causado pela natureza de Flatland réguas muito pequenas s=180°