Observatório do CDCC - USP/SC Setor de Astronomia (OBSERVATÓRIO) (Centro de Divulgação da Astronomia - CDA) Centro de Divulgação Científica e Cultural - CDCC Universidade de São Paulo - USP Endereço: Av. Trabalhador São-Carlense, n.400 São Carlos-SP Tel: 0-xx (Observatório) Tel: 0-xx (CDCC) Localização: Latitude: 22° 00' 39,5"S Longitude: 47° 53' 47,5"W Imagem: O Inicio do Observatório

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 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 Estado Estacionário

Cosmologia - o estudo do universo Fonte: GREF,Mecânica 4Mecânica 4 Fonte: GREF,Mecânica 4Mecânica 4 A figura foi retirada da palestra “Cosmologia”, de Wilton Dias, ministrada no Observatório do CDCC-USPObservatório do CDCC-USP A figura foi retirada da palestra “Cosmologia”, de Wilton Dias, ministrada no Observatório do CDCC-USPObservatório do CDCC-USP

Cosmologia - o estudo do universo Astronomia Estrelas Lua Meio interestelar Planetas Cometas Galáxias Terra Cosmologia Estudo do universo como um todo

Gravidade é uma força de atração entre corpos que têm massa Problema: estabilidade do universo Espaço seria: -Infinito -Homogêneo -Estático Gravidade é uma força de atração entre corpos que têm massa Problema: estabilidade do universo Espaço seria: -Infinito -Homogêneo -Estático A cosmologia de Isaac Newton ( )

Gravidade não é uma força! Newton - força que se propaga instantaneamente Einstein – massas seguem a curvatura do espaçotempo Gravidade não é uma força! Newton - força que se propaga instantaneamente Einstein – massas seguem a curvatura do espaçotempo Figura: einstein.stanford.edu/ Uma nova visão da gravidade

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 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 A cosmologia relativística

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) Homogêneo, finito e ilimitado (em um espaço curvo e fechado)

Acrescentou uma constante nas suas equações: “força repulsiva” Matemático, físico e astrônomo holandês Encontrou outra solução para as equações de Einstein Universo sem matéria 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‘sThe astronomy/cosmology debates of the 1930's & 1940‘s Fonte: The astronomy/cosmology debates of the 1930's & 1940‘sThe astronomy/cosmology debates of the 1930's & 1940‘s Constante cosmológica - W. de Sitter (1917)

A figura foi retirada de Harrison 1981, p. 298 Alexander Friedmann ( ) Alexander Friedmann ( ) Universo em expansão (1922) A. Friedmann Modelos de Friedmann o que determina a expansão do universo é a sua densidade de matéria

A figura foi retirada de Harrison 1981, p. 299 Universo alternando expansões e contrações. Possibilidade matemática interessante para Friedmann Universo alternando expansões e contrações. Possibilidade matemática interessante para Friedmann UNIVERSO CÍCLICO

Arthur Eddington ( ) Arthur Eddington ( ) Georges Lemâitre ( ) Georges Lemâitre ( ) Universo em Expansão Modelo de Lemaître - Eddington

A figura foi retirada de Harrison 1981, p. 302 Átomo primordial Lemaître -Eddington “Filosoficamente, a noção de um início da ordem atual da natureza me parece repugnante“ (Eddington, 1931) “Filosoficamente, a noção de um início da ordem atual da natureza me parece repugnante“ (Eddington, 1931) Lemaître introduz um início do universo: Primeiro universo relativístico com um começo no tempo ( um “dia sem ontem”) ! Universo em Expansão Modelo de Lemaître - Eddington

Edwin Hubble ( ) Edwin Hubble ( ) 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 "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). 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 "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). Hubble a expansão do universo

“[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) “[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) A lei de Hubble

O BIG BANG Efeito Doppler: movimento próprio no espaço Redshift cosmológico: velocidade de recessão causada pelo movimento do espaço Fonte: Efeito Doppler :Cool cosmosCool cosmos Redshift cosmológico: Astronomy Ohio: Astronomy Ohio Movimento próprio e velocidade de recessão

O BIG BANG Alexander Friedmann Alexander Friedmann ( ) Georges Lemaître Georges Lemaître ( ) Sir Arthur Eddington ( )Sir Arthur Eddington Alexander Friedmann Alexander Friedmann ( ) Georges Lemaître Georges Lemaître ( ) Sir Arthur Eddington ( )Sir Arthur Eddington George Gamow George Gamow (1904–1968) Ralph Alpher Ralph Alpher ( ) Robert Hermann Robert Hermann ( ) George Gamow George Gamow (1904–1968) Ralph Alpher Ralph Alpher ( ) Robert Hermann Robert Hermann ( ) Começo no tempo: o universo tem uma idade finita Física de partículas e cosmologia Modelos teóricos para universo em expansão O Big Bang

São propostas duas analogias para entender melhor o conceito de universo em expansão: 2) Um balão inflando. 1)Uma granada explodindo Analogias para entender o Big Bang

Por que é inadequado ver o Big Bang como uma explosão? A grande explosão

O BIG BANG Hermann Bondi ( ) Hermann Bondi ( ) Thomas Gold ( ) Thomas Gold ( ) Fred Hoyle ( ) Fred Hoyle ( ) Trio de Cambridge: conversas começam no fim da década de 1940 Matemática e lógica Fã de Karl Popper Matemática e lógica Fã de Karl Popper Discussões conceituais “Contra o método” Discussões conceituais “Contra o método” Físico e astrônomo Teoria mais quantitativa Físico e astrônomo Teoria mais quantitativa Estado Estacionário

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) 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) Um rio é estacionário, mas não estático: há movimento mas ele mantém sua aparência constante Um rio é estacionário, mas não estático: há movimento mas ele mantém sua aparência constante Fonte: SOS Rios do BrasilSOS Rios do Brasil Fonte: SOS Rios do BrasilSOS Rios do Brasil Estático ou Estacionário?

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 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 The nature of the universe Fred Hoyle ( ) Fred Hoyle ( )

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 A origem dos elementos químicos Gamow, Alpher e Herman: no universo primordial (Alpher et al 1948) Hoyle, Burbidge: nas estrelas (Hoyle et al 1957) 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 A origem dos elementos químicos Gamow, Alpher e Herman: no universo primordial (Alpher et al 1948) Hoyle, Burbidge: nas estrelas (Hoyle et al 1957) Críticas ao Big Bang

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! 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? 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! 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? E. Estacionário: Universo invariável