De onde vem a matéria? Por Marcelo Geliser (4ª Parte)

Dr. Marcelo Gleiser, Professor associado de Física e Astronomia em Darthmouth, é o autor de "A Dança do Universo: dos mitos da criação ao Big Bang", que foi um best-seller em seu país, Brasil, e foi publicado em outubro de 1997 nos Estados Unidos.

À primeira vista, solucionar essa questão parece impossível. Como nós podemos entender o mecanismo que seleciona a existência de matéria mais favoravelmente que a anti-matéria durante os estágios iniciais de evolução do universo? Em 1968, Andrei Sakharov, mais conhecido por ser o pai da bomba soviética, propôs uma receita para gerar mais matéria que anti-matéria em um universo em expansão.

Ele sugeriu que três condições devem ser satisfeitas para que seja produzida matéria em excesso. Primeiro, deve haver uma forma de criar tanto mais matéria do tipo que são importantes para nós, isso é, o tipo que faz os átomos serem como são. Então deve haver um mecanismo para que ocorra a criação de mais matéria do que anti-matéria. E finalmente, uma vez tendo-se um excesso de partículas de matéria sobre suas contraparte de anti-matéria, nós devemos estar certos de que esse excesso não seja apagado quando o universo continuar expandindo.

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De onde vem a matéria? Por Marcelo Geliser (3ª Parte)

Dr. Marcelo Gleiser, Professor associado de Física e Astronomia em Darthmouth, é o autor de "A Dança do Universo: dos mitos da criação ao Big Bang", que foi um best-seller em seu país, Brasil, e foi publicado em outubro de 1997 nos Estados Unidos.


Como qualquer explicação científica, nós precisamos de alguns "ingredientes básicos", um mínimo de conhecimento a partir do qual construimos nossos modelos. O primeiro ingrediente que precisamos é o modelo do Big Bang da Cosmologia. De acordo com esse modelo, uma reduzida fração de segundo após o 'início', muitos tipos de partículas e suas anti-partículas, em quantidades iguais, vagavam e colidiam entre si, imersas em um enorme calor, na sopa cósmica primitiva.



Nessa quente fornalha cósmica, muitos diferentes tipos de partículas formam 'cozinhados', não necessariamente os familiares quarks (os constituintes de prótons e nêutros) ou elétrons. À medida que o universo expandia-se e resfriava-se, um certo tipo de mecanismo de seleção não apenas tendia à criação de quarks e elétrons sobre os outros tipos de partículas, mas também gerava um número excessivo de matéria sobre anti-matéria. Sobrevivendo a aniquilação com sua primas anti-matéria, essas partículas excedentes organizaram-se em estruturas mais complexas, até eventualmente tornarem-se átomos, em maioria hidrogênio, que foram formados no universo quando ele tinha quase 300.000 anos de idade. Esse mistério, então, consiste em entender que tipo de física poderia ter gerado essa tendência de favorecer a matéria.

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De onde vem a matéria? Por Marcelo Geliser (2ª Parte)

Dr. Marcelo Gleiser, Professor associado de Física e Astronomia em Darthmouth, é o autor de "A Dança do Universo: dos mitos da criação ao Big Bang", que foi um best-seller em seu país, Brasil, e foi publicado em outubro de 1997 nos Estados Unidos.

Assim, o negativamente carregado elétron possui seu "anti-elétron", chamado pósitron, o que é carregado positivamente; o próton possui seu anti-próton, e desse modo se segue. Agora segue a parte interessante. De acordo com as leis da física de partículas, matéria e antimatéria deveriam estar presentes no universo em quantidades iguais. Porém, até agora, nossas amplas observações apontam para que, ao menos no grande volume que nos circunda e estende-se além de nossa galáxia, há muito mais matéria que antimatéria.

Quando partículas colidem com suas anti-partículas, os efeitos são devastadores; ambos são desintegrados em radiação eletromagnética, sua energia é levada por nêutrons e partículas chamadas fótons. Em outras palavras, se há tanta matéria quanto antimatéria no universo, nós não poderíamos estar aqui para perguntar nossas grandes questões. O universo é, de certa forma, não balanceado, tendendo no sentido da existência de mais matéria do que antimatéria. Um dos maiores desafios da cosmologia moderna é revelar as raízes dessa imperfeição cósmica.

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De onde vem a matéria? Por Marcelo Geliser (1ª Parte)

Dr. Marcelo Gleiser, Professor associado de Física e Astronomia em Darthmouth, é o autor de "A Dança do Universo: dos mitos da criação ao Big Bang", que foi um best-seller em seu país, Brasil, e foi publicado em outubro de 1997 nos Estados Unidos.

É dito que, e corretamente até então, que a cosmologia é um ramo da física que pergunta as maiores questões. Depois de tudo, poucas questões dentro da ciência podem ter um impacto tão grande quanto: "De onde veio o universo?" ou "Qual é o destino do universo?" ou "De onde veio a matéria que somos feitos?".
Mas talvez mais excitante do que perguntar essas questões é o justamente recente poder que nós temos em respondê-las, ao menos parcialmente, através do estudo racional da natureza.

A maioria de nós aprende no ensino médio que a matéria é feita de átomos e que átomos são feitos de prótons, nêutrons e elétrons. O que nós não aprendemos usualmente na escola que cada partícula possui uma contraparte, uma "anti-partícula", que é essencialmente igual à uma partícula, porém com carga elétrica oposta.

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A Viagem no Tempo é Possível ? - Por Michio Kaku (7ª Parte - FINAL)

English: The current TARDIS seen at BBC TV Centre and taken by me Zir (talk) 23:04, 20 January 2009 (UTC) Please credit © zir.com if used outside of Wikipedia Category:Doctor Who images (Photo credit: Wikipedia)

Dr. Michio Kaku, Professor de Física Teórica na Universidade da Cidade de New York, sendo o autor de Visões: Como a Ciência irá Revolucionar o Século XXI e o best-seller Hiperespaço.

Devido a enorme quantidade de trabalho feito pelos físicos teóricos nos últimos cinco anos ou mais, Hawking mudou de ideia desde então, e agora acredita que a viagem do tempo é possível (apesar de não necessariamente prática). Além do mais, talvez nós simplesmente não somos tão interessantes para esses turistas do futuro. Qualquer um que possa usar o poder de uma estrela iria considerar-nos extremamente primitivos. Imagine seus amigos vindo através de um formigueiro. Eles iriam parar e curvarem-se para as formigas, entregando brinquedos, livros, medicamentos e poder? Ou simplesmente alguns de seus amigos iriam tem a estranha necessidade de pisar em algumas delas ?

Em conclusão, não vire as costas para alguém que bater a sua porta algum dia e dizer que é seu futuro tatara-tatara-tatara-neta. Ela pode estar falando a verdade.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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A Viagem no Tempo é Possível ? - Por Michio Kaku (6ª Parte)

Dr. Michio Kaku, Professor de Física Teórica na Universidade da Cidade de New York, sendo o autor de Visões: Como a Ciência irá Revolucionar o Século XXI e o best-seller Hiperespaço.

Há também o problema da estabilidade. O buraco negro rotativo de Kerr, por exemplo, pode ser instável se alguém cair através dele. Similarmente, efeitos quânticos podem construir e destruir um buraco de minhoca antes de entrar nele. Infelizmente, nossa matemática não é potente o suficiente para responder a questão da estabilidade, devido ser necessária uma 'teoria do tudo', a qual combina tanto as forças quânticas quanto a gravidade. No presente, a teoria das cordas é o candidato líder para ser tal teoria. (Na verdade, é o único candidato, ela realmente não possui rivais no geral. Mas a teoria das supercordas, que por acaso é minha especialidade, ainda é muito difícil de resolver completamente. A teoria é bem-definida, mas ninguém na Terra é inteligente o suficiente para resolvê-la.

De forma interessante, Stephen Hawking era opositor da ideia de viajar no tmepo. Ele mesmo argumentou que ele possuía uma evidência 'empírica' contra ela. Se a viagem no tmepo fosse possível, ele disse, então nós seríamos visitados por turistas do futuro. Nós não vemos turistas do futuro. Conclusão: viagem no tempo não é possível.


Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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A Viagem no Tempo é Possível ? - Por Michio Kaku (5ª Parte)

Dr. Michio Kaku, Professor de Física Teórica na Universidade da Cidade de New York, sendo o autor de Visões: Como a Ciência irá Revolucionar o Século XXI e o best-seller Hiperespaço.

Recentemente, tentativas de adicionar a teoria quântica à gravidade (e consequentemente criar uma "teoria do tudo") trouxe-nos uma visão sobre o problema do paradoxo.
Na teoria quântica, nós podemos observar múltiplos estados de um objeto. Por exemplo, um elétron pode existir simultaneamente em diferentes órbitas (um fato responsável por fornecer-nos as leis da química). Similarmente, o famoso gato de Schröndinger pode existir simultaneamente em dois possíveis estados: vivo ou morto. Então se formos ao passado e alterar o passado, podemos meramente criar um universo paralelo. Então nós estamos alterando o passado de outra pessoa quando salvamos, por exemplo, Abraham Lincoln de ser assassinado no Teatro Ford, mas nosso Lincoln continuaria morto. Dessa forma, o rio do tempo separa-se em dois rios. Mas isso não significa que seremos capazes de saltar na máquina de H.G. Wells, girar os controles, e avançar vários milhares de anos no futuro para uma Inglaterra qualquer ?
Não, ou ao menos, não agora. Existem diversos obstáculos difíceis para superar. Primeiro, o maior problema é a energia. De mesma forma que um carro precisa de gasolina, uma máquina exige uma quantidade fabulosa de energia. Nós poderíamos aproveitar a energia de uma estrela, ou encontrar algo chamado 'matéria exótica' (a qual cai para cima, ao invés de para baixo) ou encontrar uma fonte de energia negativa (físicos consideram que a energia negativa seja impossível. Entretanto, pequenas quantidades de energia negativa foram verificadas experimentalmente para algo chamado efeito Casimir, isto é, energia criada por duas placas paralelas). Todos esses são difíceis de obter-se em grandes quantidades, ao menos pelos próximos séculos.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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A Viagem no Tempo é Possível ? - Por Michio Kaku (4ª Parte)

Dr. Michio Kaku, Professor de Física Teórica na Universidade da Cidade de New York, sendo o autor de Visões: Como a Ciência irá Revolucionar o Século XXI e o best-seller Hiperespaço.

O anel, por sua vez, age como um espelho de Alice. Qualquer um andando através do anel poderia não morrer, mas poderia passar através do anel para ir a um universo paralelo. Desde então, centenas de outros 'buracos de verme' surgiram como soluções para as equações de Einstein. Esses buracos de verme (ou minhoca) conectavam não apenas duas regiões do espaço (por isso o nome) mas também duas regiões do tempo. Em princípio, poderia ser usados como máquinas do tempo.

O "rio do tempo" agora possuia redemoinhos nos quais o tempo poderia revolver-se em um círculo. A solução de Gödel foi criativa: Ele postulou que um universo preenchido com tempo que fluisse como fluido circulando. Qualquer um andando sobre aquela direção da rotação poderia encontrar-se no ponto de início, mas no passado.
Em suas memórias, Einstein escreveu que ele estava perturbado com suas equações contendo soluções que permitissem viagem no tempo. Mas ele finalmente concluiu que se o universo não tivesse esse tipo de rotação, ele expandiria (como na teoria do Big Bang) e consequentemente, a solução de Gödel poderia ser descartada por razões físicas. (Aparentemente, se o Big Bang fosse rotacional, então a viagem no tempo poderia ser possível através de todo o universo!)
Então, em 1963, Roy Kerr, um matemático neo-zelandês, descobriu uma solução nas equações de Einstein para um buraco negro em rotação, o qual possuia bizarras características. Esse buraco negro poderia não entrar em colapso em um ponto (como antes pensado), mas iria rodar em um anel (de neutrons). O anel poderia estar circulando tão rápido que a força centrífiga poderia mander o anel contra a força gravitacional tentando colapsá-lo.



Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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A Viagem no Tempo é Possível ? - Por Michio Kaku (3ª Parte)

Dr. Michio Kaku, Professor de Física Teórica na Universidade da Cidade de New York, sendo o autor de Visões: Como a Ciência irá Revolucionar o Século XXI e o best-seller Hiperespaço.

Não surpreendente, a viagem no tempo tem sido considerada impossível. Além disso, Newton acreditava que o tempo era como uma flecha; uma vez lançado, seguia um caminho em linha reta, sem desvios. Um segundo na Terra era um segundo em Marte. Relógios sobre todo o universo seguiam o mesmo ritmo.

Einstein trouxe-nos uma ideia mais radical. De acordo com Einstein, o tempo era como um rio, o qual circundava estrelas e galáxias, aumentando sua velocidade de fluxo ou a reduzindo quando passava por objetos mais massivos. Um segundo na Terra não era um segundo em Marte. Relógios através do universo seguiam seu próprio ritmo.


Entretando, antes de Einstein morrer, ele foi confrontado com um problema embarassante. O vizinho de Einstein em Princeton, Kurt Gödel, talvez o maior matemático (da área da lógica) dos últimos 500 anos, descobriu uma nova solução para as equações de Einstein que permitiam viajar no tempo!

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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A Viagem no Tempo é Possível ? - Por Michio Kaku (2ª Parte)

Dr. Michio Kaku, Professor de Física Teórica na Universidade da Cidade de New York, sendo o autor de Visões: Como a Ciência irá Revolucionar o Século XXI e o best-seller Hiperespaço.

Há também o paradoxo do homem que também é sua própria mãe (minhas desculpas ao escritor de ficção científica Robert Heinlein).

Jane é deixada no orfanato como uma criança abandonada. Quando Jane é uma adolescente, ela apaixona-se por um viajante, que a abandona e a deixa grávida. Ocorre um desastre, ela quase morre, porém dá a luz a uma criança, que é misteriosamente sequestrada. Os médicos acham que Jane está sangrando gravemente, porém, estranhamente, ela era possuia ambos orgãos sexuais. Então, para salvar sua vida, os médicos convertem Jane em Jim.

Jim, subsequentemente, torna-se um bêbado vagante, até que conhece um amigável bartender (que na verdade é um viajante do tempo disfarçado) que manda Jim de volta para o passado. Jim conhece uma bela adolescente, e acidentalmente, a engravida. Fora de culpa, ele sequestra a criança, uma garota, e a deixa em um orfanato. Depois, Jim junta-se ao grupo de viajantes do tempo, levando uma vida disfarçado, e tem um último sonho: disfarçar-se de bartender para ver um certo bêbado chamado Jim, no passado. Então ele é a mãe de Jane, pai, irmão, irmã, avô, avó e neto/neta ?

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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A Viagem no Tempo é Possível ? - Por Michio Kaku (1ª Parte)

Dr. Michio Kaku, Professor de Física Teórica na Universidade da Cidade de New York, sendo o autor de Visões: Como a Ciência irá Revolucionar o Século XXI e o best-seller Hiperespaço.

No romance de H.G. Wells, A Máquina do Tempo, nosso protagonista saltou em uma cadeira especial com luzes piscando, ajustou alguns mostradores, e encontrou-se atirado várias centenas de milhares de anos no futuro, onde a Inglaterra já havia desaparecido há muito, e agora era habitada por criaturas estranhas, os Morlocks e os Eloi.
Isso pode ter sido transformado em grande ficção, porém físicos sempre estiveram zombando da ideia de viagem no tempo, considerando isso como um reino de excêntricos, místicos e charlatões, e com uma boa razão. Entretanto, grandes e notáveis avanços na gravidade quântica tem revivido a teoria; viagem no tempo tem tornado-se um jogo justo para físicos teóricos escrevendo nas páginas da revista PHISICAL REVIEW.
Um problema atrelado à viagem no tempo é o enigma sobre diferentes tipos de paradoxos. Por exemplo, há o paradoxo do homem sem pais: O que ocorreria quando você volta antes no tempo e mata seus pais antes que você nascesse? Se seus pais morreram antes de você nascer, como eles poderiam ter tido você que iria matá-los, em primeiro lugar?
Também há o paradoxo do homem sem passado. Por exemplo, digamos que um jovem inventor está futilmente tentando construir uma máquina do tempo em sua garagem. Repentinamente, um ancião aparece do nada e fornece o segredo para construção da máquina do tempo. O jovem inventor então torna-se imensamente rico com ações no mercado, corridas e eventos esportivos por saber o futuro. Então, quando envelhecer, ele decido fazer sua última viagem de volta ao passado e entrega o segredo da máquina do tempo ao seu eu mais jovem. De onde veio a ideia da máquina do tempo?

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Singularidade

O destino de toda a matéria que cai em um
buraco negro é ser esmagada a um ponto de
volume zero e infinita densidade— uma
singularidade. A relatividade geral também
 implica que nosso universo em expansão
originou-se de uma.

Uma singularidade é uma região no espaço-tempo em que as forças gravitacionais são tão fortes que mesmo na relatividade geral, a bem-provada teoria gravitacional de Einstein, e a melhor teoria que usamos para descrever a estrutura do universo, quebra-se nesse caso.
Uma singularidade marca um ponto onde a curvatura espaço-temporal é infinita, ou, em outras palavas, possui volume zero e densidade infinita. A relatividade geral demanda que singularidades surjam em duas circunstâncias. Primeiro, ela deve-se formar durante a criação de um buraco negro. Quando uma estrela massiva alcança seu fim, seu núcleo, que foi previamente mantido pela pressão da fusão nuclear que ocorria, colapsa-se e toda sua matéria nuclear é esmagada para fora da existência, na singularidade. Segundo, a relatividade geral mostra que sob certas suposições razoáveis, um universo em expansão como o nosso pode ter começado como uma singularidade.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Universo do Big Bang

Como realmente o universo começou ? A maioria dos astrônomos poderia dizer que o debate já acabou: o universo começou com uma explosão gigante, chamada de Big Bang. A teoria do Big Bang iniciou-se com as observações de Edwin Hubble que demonstraram que o universo está expandindo. Se você imaginar que a história do universo como um filme de longa-metragem, o que ocorreria se o filme fosse rebobinado ? Todas as galáxias iriam aproximar-se cada vez mais, até que eventualmente esmagassem-se em um único ponto, uma esfera maciça ocupando um minúsculo ponto. Foi esse tipo de pensamento que levou ao conceito de Big Bang.
O Big Bang marca o instante que o universo começou e o espaço-tempo começaram à existir e toda a matéria do cosmos começou à expandir-se. Incrivelmente, teóricos tem deduzido a história do universo datando para quase 10^-43 segundos (10 milhões de trilhões de trilhões de trilionésimo de segundos) após o Big Bang. Antes desse tempo, as quatro forças fundamentais, a gravidade, eletromagnetimo e forças nucleares fraca e forte, estavam unificadas, porém a física ainda não possui uma teoria funcional que possa descrever essas condições.
Durante o primeiro segundo ou quase do universo, prótons, nêutrons e elétrons - os blocos de montagem dos átomos - formaram-se quando fótons colidiram e converteram sua energia em massa e as quatro forças adquiriram suas identidades separadas. A temperatura do universo também esfriou-se durante esse tempo, de quase 10³² ( 100 milhões de trilhões de trilhões) de graus para 10 bilhões de graus. Aproximadamente três minutos após o Big Bang, quando a temperatura caiu para os gelados bilhões de graus, prótons e nêutrons combinaram-se em núcleos de alguns elementos pesados, mais notoriamente, o hélio. O grande passo após isso foi quase 300.000 anos após o Big Bang, quando o universo resfriou-se para uma temperatura não tão confortável de 3.000 graus. Nessa temperatura, elétrons poderiam combinar-se com o núcleo atômico para formar átomos neutros. Sem elétrons livres sobrando para espalhar fótons de luz, o universo tornou-se transparente para radiação (Que atualmente é a luz que vemos como radiação cósmica de fundo). Estrelas e galáxias começaram a formar-se quase um bilhão de anos após o Big Bang, e desde então, o universo tem simplesmente continuado à crescer e esfriar, criando condições que levaram à vida.
Existem três excelentes motivos à favor da teoria do Big Bang. A primeira, e mais óbvia, é que o universo está expandindo. Segunda, a teoria prediz que 25% da massa total do universo deve ser hélio que formou-se durante os primeiros minutos iniciais, uma quantidade compatível com as observações. Finalmente, e mais convincente, é a presença de radiação cósmica de fundo. A teoria do Big Bang prediz essa radiação remanescente, que agora pisca a uma temperatura de apenas 3 graus acima do zero absoluto, sendo predita bem antes dos radio astrônomos terem dado por conta de sua existência.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Universo de Friedmann

Universo fechado: o momentum gerado pelo
Big Bang é retido pela gravidade, produzindo
Big Crunch.

No início da década de 1920, o físico russo e matemático Alexander Friedmann tornou-se a primeira pessoa a aderir à ideia de que as equações da relatividade geral de Einstein previam uma movimentação para o universo. Einstein (e a maioria dos cientistas, para esse assunto) acreditavam que o universo era estático, e ele modificou suas equações para incluir uma constante cosmológica para mantê-los.

Universo aberto: não há matéria suficiente para parar a
expansão do universo, a qual será eterna.

Friedmann fez duas suposições simples sobre o universo: que ele, quando visto de suficientemente grandes escalas, ele parece o mesmo em qualquer direção à partir de qualquer ponto. Com base nessas suposições (o princípio cosmológico, como é chamado) e as equações de Einstein, ele desenvolveu o primeiro modelo de um universo em movimento. O universo de Friedmann começa com o Big Bang e continua expandindo-se por não contados bilhões de anos, chegando no estado que está agora. Mas depois de muito tempo, a atração gravitacional mútua de toda a matéria desacelera a expansão até que cesse. O universo então inicia uma queda sobre si mesmo, retrocedendo a expansão do universo. Eventualmente, toda a matéria irá colapsar em uma singularidade, no que o físico John Wheeler gosta de chamar de Big Crunch.

Universo plano: expansão irá ficar lenta até que a taxa chegue
a um zero.

Apesar de Friedmann encontrar apenas essa solução, chamada de universo fechado, devido o tamanho finito do universo, não há matéria suficiente para levar o universo à uma parada. Galáxias continuam a separar-se umas das outras, apesar de mais lentamente com o passar do tempo. Eventualmente, todas as estrelas irão acabar, e o universo irá tornar-se frio e escuro. Intermediariamente entre o universo aberto e o fechado, há o universo plano. Nesse caso, o universo irá expandir-se para sempre, mas a velocidade em que as galáxias irão separar-se chegará, eventualmente, a um zero. Que tipo de universo vivemos? Observações da densidade do universo eventualmente podem responder isso, mas ainda não há acurácia suficiente para distinguir entre essas três possibilidades.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Stephen Hawking

O físico teórico britânico Stephen Hawking (1942-) devotou grande parte de sua vida pesquisando o espaço tempo descrito pela relatividade geral e as singularidades onde ele deixa de funcionar. E ele fez grande parte de seu trabalho enquanto confinado em sua cadeira de rodas, devido sua doença neurológica progressiva, a esclerose lateral amiotrófico, ou doença de Lou Gehrig. Hawking era Professor Lucasiano de Matemática em Cambridge, posto um dia ocupado por Isaac Newton. *
No final da década de 1960, Hawking provou que se a relatividade geral é verdadeira e que o universo está expandindo, uma singularidade deve ter ocorrido no surgimento do universo. Em 1974, ele foi o primeiro a perceber as verdadeiras propriedades marcantes de buracos negros, objetos que eram supostamente tidos como lugares de onde nada poderia escapar. Mas devido considerar a mecânica quântica, ele foi capaz de demonstrar que buracos negros podem irradiar partículas criadas em sua vizinhança. Mas talvez sua mais marcante façanha tenha sido escrever o bestseller internacional UMA BREVE HISTÓRIA DO TEMPO. O livro ficou por mais de quatro anos na lista de livros mais vendidos do London Sunday Times, o maior período de tempo para qualquer livro na história.
Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

* Nota do Tradutor: assim como em outros segmentos de traduções, eu modifiquei o tempo verbal devido o Professor Hawking ser atualmente professor emérito, devido ter passado da idade limite para a função.

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Edwin Hubble

Talvez mais do que qualquer outra pessoa, Edwin Hubble (1889-1953) expandiu nossa visão do universo. No amanhecer do século 20, a maioria dos astrônomos pensavam que a Galáxia Via Láctea fosse o universo, e ela media apenas alguns milhares de anos-luz em de comprimento. Na década de 1910, Harlow Shapley mostrou que a galáxia na verdade estendia-se por quase 100.000 anos-luz, e Henrietta Leavitt determinou que as Grande e Pequena Nuvens de Magalhães (duas galáxias acompanhantes da nossa, visíveis no hemisfério sul) residiam um pouco fora dos limites da Via Láctea. Mas uma maior questão ainda restava sobre a natureza de ondulados caminhos de luz conhecidos por nebulosas.
Em 1923 e 1924, Hubble usou o maior telescópio do mundo, o Telescópio Hooker de 100 polegadas em Mt. Wilson, para examinar a nebulosa de Andrômeda. O advogado-que-virou-astrônomo treinado em Oxford detectou, pela primeira vez, estrelas similares às de nossa galáxia. Por meio da comparação do brilho das estrelas com quanta luz elas realmente emitiam, ele estimou a distância da nebulosa como um milhão de anos-luz, claramente transformando-a em uma galáxias por conta própria.
Hubble então começou a procurar as distâncias entre várias outras galáxias, eventualmente levando as fronteiras do universo para centenas de milhões de anos-luz. Ele então comparou as distâncias com as velocidades que as galáxias estavam movendo-se, e então deduziu que quanto mais distante a galáxias, mais rápido ela iria mover-se. Essa relação, conhecida por Lei de Hubble, foi a prova observacional de que o universo estava expandindo. Apropriadamente, o famoso telescópio Hubble foi nomeado em sua honra.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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Universo Antrópico

Enquanto outros universos
expandiram-se muito rapidamente e
aplainaram-se (topo) ou
fecharam-se antes que a vida
pudesse evoluir (os três abaixo),
nosso universo (o segundo)
parece perfeitamente pronto
para suportar a vida.

Por que o universo é da forma que parece? Alguns cientistas pensam que nossa própria existência é a resposta. Para eles, muitas das propriedades do universo parecem adequadas para a produção de vida. Por exemplo, se a força relativa das quatro forças fundamentais fossem um pouco diferentes, estrelas poderiam nunca ter formado-se e a vida como conhecemos poderia ser impossível. Ou se o universo tivesse expandido um pouco mais rápido do que expandiu-se, a matéria poderia espalhar-se tão rápido que não poderia coalescer em qualquer objeto significante. Reciprocamente, se a expansão tivesse sido um pouco mais lento, o universo poderia já ter colapsado de volta em um 'Big Crunch'.
Essas e outras 'coincidências' cósmicas levaram alguns cientistas a especular que o universo é da forma que é por estarmos aqui para observá-lo. Esse princípio antrópico possui duas versões básicas, uma fraca e uma forte. A versão fraca, desenvolvida por Robert Dicke no início da década de 1960, declara que em um universo grande, vida inteligente pode existir somente em uma curta janela de tempo. Nós não poderíamos estar surpresos que o universo que nós vemos porque não estaríamos aqui ainda para vê-lo em um tempo significativamente diferente. O princípio antrópico forte vai muito além. Proposto por Brandon Carter no final da década de 1960, ele declara que dentro de todas os universos possíveis que poderiam existir, apenas alguns poucos especiais possuem as condições adequadas que poderiam permitir o surgimento de vida inteligente. As coincidências cósmicas são então, não apenas alguns aspectos fundamentais da forma como as leis da física operam, mas também um pré-requisito para o desenvolvimento da vida. Se o princípio forte do universo antrópico é verdadeiro, então alguns poderiam argumentar que o universo foi criado com esse propósito. Se ele for falso, então uma futura teoria do tudo poderia ser capaz de explicar que essas aparentes coincidências que criam a vida não são realmente coincidências.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Universo sem limites

Um universo que é finito em tamanho mas não começa
com uma singularidade é o resultado de uma tentativa de
combinar os aspectos da relatividade geral e mecânica
quântica. A história desse universo sem limites em
tempo imaginário é como a superfície da Terra, com
o Big Bang equivalente ao polo norte da Terra e
o tamanho do universo aumenta com o tempo imaginário
enquanto um observador segue em direção ao sul, através
do meridiano**.

(Estado de Hartle-Hawking)

Como uma proposição avançada de Stephen Hawking e Jim Hartle, o universo sem limites é um universo que não inicia-se em uma singularidade. Ele utiliza uma proposição do físico americano Richard Feynman de tratar a mecânica quântica como uma soma de histórias, significando que uma partícula não possui uma única história no espaço-tempo, mas ao invés disso, segue todos os caminhos possíveis para alcançar o estado atual. Pelo somatório de todas essas histórias, um processo difícil que deve ser feito tratando-se o tempo como imaginário, pode-se descobrir a probabilidade de uma partícula passar por um certo ponto.
Hawking e Hartle então casaram essa ideia com a visão da relatividade geral de que a gravidade é uma consequência do espaço-tempo curvado. Sob a relatividade geral clássica, o universo tem que ser infinitamente velho ou ter iniciado-se em uma singularidade. Mas as proposições de Hawking e Hartle abriram uma terceira possibilidade para o universo ser finito mas sem ter iniciado-se em uma singularidade para produzir seus limites (por isso o nome).
A geometria do universo sem limites poderia ser similar a geometria da superfície de uma esfera, exceto por possuir quatro dimensões ao invés de três*. Você pode viajar completamente em torno da superfície da Terra, por exemplo, sem nunca chegar a uma borda. Essa analogia, desdobrada sobre o tempo imaginário, terá o polo norte representando o Big Bang, marcando o início do universo. (Mas nem o polo norte ou o Big Bang são singularidades).

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

*Nota do Tradutor¹: Correção - no texto original colocava-se duas dimensões.
**Nota do Tradutor²: Correção - no texto original estava equador.

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Arno Penzias e Robert Wilson

The Holmdel Horn Antenna on which Penzias and Wilson discovered the cosmic microwave background. (Photo credit: Wikipedia)

Um par de radioastrônomos que estavam trabalhando nos Laboratórios Bell. Arno Penzias (1933-) e Robert Wilson (1936-) são acreditados pela descoberta da radiação cósmica de fundo (microodas). Usando uma antena originalmente projetada para detectar sinais de eco de satélites, os dois por acaso, detectaram um incômodo silvo de rádio vindo de todo lugar. Depois de terem analisado e removido todas as possibilidades de erro, inclusive excrementos deixados por pombos dentro da antena, eles concluíram que estavam escutando sinais vindos de todas as direções do espaço. Após discutirem seus achados com o físico Robert Dicke de Princeton, eles perceberam que estavam detectando o restante do eco do Big Bang, predito por Geroge Gamow e seus colegas na década de 1940, agora brilhando suavemente à uma temperatura de quase três graus acima do zero absoluto. Por essa descoberta, Penzias e Wilson dividiram em 1978 o Prêmio Nobel de Física.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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Universo Oscilante

Big Crunch overview (Photo credit: Wikipedia)

Uma das implicações da  teoria do Big Bang é que o universo um dia poderá terminar, ou ao menos, qualquer vida no universo chegará ao fim. Se o universo é aberto ou plano, significando que ele irá expandir-se eternamente, ele irá sobreviver por um período de tempo indefinido. Mas eventualmente, toda a matéria em todas as estrelas que estaria sendo usada como combustível irá acabar, e o universo irá tornar-se frio e escuro. Em um universo fechado, no qual a expansão eventualmente irá cessar e consequentemente irá ocorrer uma contração, o final estará longe de ser frio e escuro, pois à medida que estiver próximo o Big Crunch, o universo ficará quente e brilhante, tornando-se uma singularidade e sendo obliterado de sua existência.
Mas isso seria o que poderia ocorrer? Alguns cientistas especulam que o Big Crunch poderia não ser um sinal do fim do universo. Talvez um outro Big Bang possa ocorrer, criando um novo universo de possibilidades. A ideia de que Bangs são subsequentes à Crunchs em um ciclo sem fim é conhecido por universo oscilante. Apesar de nenhuma teoria ter sido desenvolvida para explicar como isso poderia ocorrer, essa ideia possui um certo atrativo filosófico para pessoas que gostam da ideia de um universo sem fim

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Universo Kepleriano

Kepler modificou o modelo de Copérnico colocandoos planetas em uma órbita elíptica ao invés de circular.

Kepler adotou  a visão heliocêntrica de Copérnico sobre o universo e removeu o requisito dos planetas moverem-se em órbitas circulares e velocidades constantes. Isso, é claro, não foi feito sem que antes esgotasse todas as possibilidades de movimento circular que ele poderia pensar.
Baseando seu trabalho nas excessivamente precisas e meticulosas observações à olho nu do astrônomo dinamarquês Tycho Brahe, Kepler testou por mais de uma década colocar as posições de Marte em algum tipo de órbita circular. Apenas após acabarem as possibilidades, ele tentou colocar as observações em um outro tipo de curva, a elipse, a forma mais simples após o círculo. Ele descobriu que as posições de Marte praticamente ficavam perfeitas com uma trajetória elíptica, e que os outros planetas também serviam-se bem dessa trajetória.
Isso tornou-se a primeira de suas três leis dos movimentos planetários. Depois ele atacou o problema dos planetas estarem movendo-se em velocidades não constantes. Ele determinou que os planetas viajavam mais rápido quando ficavam mais próximos ao Sol e moviam-se mais lentamente quando iam mais distantes. Sua terceira e última lei fornece uma relação precisa entre a distância de um planeta ao Sol e quão rápido ele irá completar uma órbita.


Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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E = mc²

Albert Einstein (Photo credit: Wikipedia)

A mais famosa das equações de Einstein, E = mc² diz que energia (E) e massa (m) são equivalentes. Em outras palavras, massa pode ser convertida em energia e vice-versa. O fator de conversão é a velocidade da luz, uma valor enorme que equivale a  299 792 458 metros por segundo. 
Isso indica que uma pequena quantidade de matéria pode transformar-se em uma imensa quantidade de energia. Esse é o segredo das estrelas, onde altas temperaturas e densidades permitem átomos leves fundirem-se em alguns mais pesados. Cada átomo pesa menos que os que a soma dos que formaram esse e a diferença é convertida em energia que mantém as estrelas brilhando. O processo pode ser trabalhado de forma reversa: energia pode ser transformada em massa. Cosmologistas pensam que como a matéria no universo primordial - no primeiro segundo após o Big Bang, fótons de incrível energia colidiram entre si, criando pares de partículas e antipartículas.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Marie e Pierre Curie

Pierre e Marie Curie no laboratório
(Photo credit: Wikipedia)

Nascida na Polônia durante a dominação russa do território, Marie Skolodowska (1867-1934) não teve nenhuma oportunidade real para educação após o ensino médio. Ela guardou, com muito custo, dinheiro para ajudar à pagar os estudos em Medicina de sua irmã mais velha em Paris e, então, à seguiu para a França em 1891, estudando em Sorbonne. Em 1894, ela conheceu o químico francês Pierre Curie (1859-1906), e eles casaram-se um ano depois. Apesar de Pierre já ter reconhecimento por si só, sua colaboração provou-se muito mais produtiva que sua carreira solo.
Eles gastaram muito de suas carreiras estudando radioatividade (um termo cunhado por Marie), examinando os blocos que compunham a matéria. Eles estabeleceram que o elemento pesado tório era radioativo e eles descobriram dois novos elementos: polônio e rádio. Eles refinaram as técnicas de obtenção de rádio à partir de minerais.
Marie ganhou o Prêmio Nobel tanto em física quanto química por seu trabalho (Pierre foi incapaz de compartilhar o segundo simplesmente porque estava morto.). Apesar de terem vivido próximo à pobreza, eles gastaram a maior parte de seu dinheiro em pesquisa, eles eram idealistas o suficiente para recusarem a possibilidade de patentear suas descobertas potencialmente lucrativas. Pierre foi morto quando ele foi atropelado por uma carruagem. Marie morreu de leucemia, quase que certamente como resultado de uma vida de exposição à altos níveis de radiação. Ironicamente, uma das aplicações de seu trabalho foi a descoberta do tratamento de câncer com radiação.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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Projeto Soma

Por que Projeto Soma?

Somar, reunir, adicionar conhecimentos, acrescentar fragmentos do saber daqueles que o querem partilhar, conjugar o conhecimento em sua plenitude. Foi assim que surgiu a ideia e o projeto: Soma.

Nesta edição inicial o Tema a ser abordado será Tórax em todas as suas vertentes. A edição seguinte e as próximas e os respectivos assuntos serão o produto da SOMA da ativa participação de acadêmicos, professores e funcionários de nossa Universidade.
Endereço do Site: http://projetosomauit.blogspot.com.br/

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O Big Bang

Basicamente pode ser descrito como o início explosivo do Universo. Ela baseia-se na ideia de grandes estrelas da cosmologia. O primeiro era um clérigo católico, Georges Lemaitre. Ele pensava que o Universo estava em um contínuo movimento de afastamento, isso faz-se ver que ao voltar-se ao passado, sua ideia sustentava que nos primórdios do universo toda matéria e energia estavam concentradas em um único ponto, até que houve uma explosão que desencadeou uma expansão do Universo.  Isso origina o nome Big Bang.

A Teoria da Relatividade apresentava uma ideia de expansão, o que fez que Albert Einstein, acreditando inicialmente em Universo estático, adicionasse uma constante, a Constante Cosmológica. Posteriormente considerou isso como um de seus grandes erros.

O outro responsável pela teoria foi Edwin Hubble, por suas observações e sua lei que relatava com mais precisa este afastamento do Universo.

A teoria, em certo ponto, não descreve completamente o início das galáxias, pois o máximo que se sabe é alguns décimos, ou milésimos de segundo, após o início. Ela ainda não define o que teria iniciado este processo de separação. 

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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A Lei de Hubble

Por volta de 1920, ao observar o céu pelo gigantesco telescópio de MT. Wilson, o astrônomo Edwin Hubble percebeu um fator interessante nos espectros de luz das galáxias quando comparava com as distâncias estimadas. Percebeu que as galáxias quando em movimento de afastamento emitiam luz avermelhada, como explica o Efeito Doppler. Isso o fez pensar que a velocidade era diretamente proporcional a distância e o fez chegar a conclusões que levaram a ser criada a Lei de Hubble e também o Big Bang, uma das principais teorias sobre a origem do Universo.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Johannes Kepler

Johannes Kepler (1610), autor desconhecido
(http://pt.wikipedia.org/wiki/Johannes_Kepler)

Johannes Kepler (1571-1630) pegou a ideia heliocêntrica básica de Copérnico e a transformou em um sistema que funcionava. Usando posições extremamente precisas medidas pelo astrônomo dinamarquês Tycho Brahe, Kepler formulou as três leis dos movimentos planetários. Primeiro, as órbitas dos planetas são elipses com o sol em um dos focos (uma elipse é uma curva fechada que pode variar de um circulo perfeito a um muito longo e oval). A segunda lei descreve como um planeta viaja mais rapidamente em torno de seu caminho eliptico quando aproxima-se do sol. E a terceira lei fornece uma relação precisa entre o tamanho da órbita de um planeta e o período de tempo que um planeta leva para orbitar o sol. Por ter abandonado o conceito clássico de que o movimento deveria ser circular e possuir velocidades constantes, Kepler demonstrou que o universo comporta-se por suas próprias leis e não necessariamente irá seguir nossos conceitos arbitrários.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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Dmitri Mendeleev

O Químico Russo
Dmitri Mendeleev
(Photo credit: Wikipedia)

Nascido na Sibéria, sendo o último de 14 crianças, Dmitri Mendeleev (1834-1907) revolucionou nossa compreensão das propriedades dos átomos e criou uma tabela que provavelmente adorna qualquer sala de química no mundo. Depois de seu pai ficar cego e não mais poder sustentar a família, a mãe de Mendeleev iniciou uma fábrica de copos para fazer frente às despesas. Mas logo Mendeleev terminou o ensino médio, seu pai morreu e a fábrica queimou. Com a maioria de seus outros filhos vivendo por conta própria, sua mãe o enviou para São Petersburgo, trabalhando incansavelmente e com sucesso, para enviá-lo para a faculdade.
No final da década de 1860, Mendeleev começou à trabalhar em sua maior proeza: a tabela periódica dos elementos. Por organizar todos os 63 elementos então conhecidos por peso atômico, ele tentou organizá-los em agrupamentos com propriedades similares. Onde houvesse vaga na tabela, ele previu que um novo elemento poderia ser encontrado e deduzidas suas propriedades. E ele estava certo. Três desses elementos foram encontrados durante sua vida: gálio, escândio e germânio. Ele forneceram o mais forte suporte para a tabela periódica, pedra basal tanto em química quanto em nossa compreensão de como o universo é construído.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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Universo Copernicano

O Sol era o centro do universo de Copérnico,
sendo circundado por Mercúrio, Vênus, Terra, Marte,
Júpiter e Saturno.

Copérnico fez um grande passo adiante por perceber que o movimento dos planetas poderia ser explicado colocando-se o Sol no centro do universo ao invés da Terra. Nesse ponto de vista, a Terra era simplesmente um de muitos planetas orbitando o sol, e o movimento diário das estrelas e dos planetas eram apenas reflexões da Terra girando em torno de seu eixo. Apesar do astrônomo grego Aristarco ter desenvolvido a mesma hipótese mais de 1.500 anos antes, Copérnico foi a primeira pessoa a argumentar sobre seus méritos nos tempos modernos.
No modelo copernicano centrado no sol (heliocêntrico) do cosmos, os planetas ocasionalmente movendo-se para trás, ou retrogradamente, foram explicados pela combinação dos movimentos da Terra e dos planetas. Como a Terra orbita em torno do sol em uma órbita mais rápida, periodicamente ela ultrapassa os planetas mais externos. Como um corredor mais lento em uma faixa mais externa, os planetas mais distantes pareciam ser deixados para trás em relação ao cenário de fundo.
O modelo copernicano também explica porque os dois planetas mais próximos ao sol, Mercúrio e Vênus, nunca vagueiam para longe do sol nos céus. E isso permitiu Copérnico calcular a escala aproximada do sistema solar pela primeira vez. Isso não quer dizer, necessariamente, que o modelo de Copérnico não possui problemas: ele ainda estava agarrado à ideia que os planetas moviam-se em órbitas circulares à velocidades constantes, como Ptolomeu, ele fez uma gambiarra de círculos com círculos dentro para predizer a posição dos planetas com razoável precisão.
Apesar da verdade básica de seu modelo, Copérnico não provou que a Terra movia-se ao redor do Sol. Isso foi deixado para astrônomos posteriores. A primeira evidência direta veio das Leis da Mecânica de Newton, que diziam que quando um objeto orbitava um outro, o objeto mais leve moveria-se mais que o objeto mais pesado. Devido o sol ser 330.000 vezes mais pesado que a Terra, nosso planeta deveria estar fazendo quase todo o movimento. Uma observação direta do movimento da Terra veio em 1838, quando o astrônomo alemão Friedrich Bessel mediu um pequeno deslocamento, ou paralaxe, de uma estrela relativamente próxima às estrelas mais distantes. O pequeno desvio refletiu nosso planeta mudando seu ponto de vantagem à medida que orbita o sol durante o ano.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Terra Plana

Não tanto uma teoria do universo, mas uma simples imagem do planeta que chamamos de casa, o modelo da Terra plana enunciava que a superfície da Terra era aplainada. Apesar da experiência cotidiana fazer parecer uma proposição sensata, observações diretas da natureza mostram que o mundo real não é tão simples. Por exemplo, quando um navio está chegando à um porto, a primeira parte vista é a plataforma do vigia, depois aparecem as velas, e então o arco do navio. Se a Terra fosse plana, o navio inteiro seria visto quando fosse visível chegando próximo à costa.
O filósofo grego Aristóteles mencionou outras duas razões para a Terra ser redonda. Primeiro, ele percebeu que a sombra da Terra sobre a Lua durante um eclipse era circular, o que seria possível apenas se a Terra fosse esférica (Se a Terra fosse um disco, sua sombra iria aparecer como uma elipse alongada ao menos durante parte do eclipse). Segundo, Aristóteles sabia de pessoa que viajaram para o norte viam a Estrela do Norte ascender alto aos céus, enquanto os que dirigiam-se para o sul viam a mesma estrela descender. Em uma Terra plana, a posição das estrelas não iriam variar com a localização da pessoa.
Apesar desses argumentos, os quais venceram a maior parte dos cidadãos educados do mundo, a crença em uma Terra plana persistiu entre muitos outros. Não antes dos exploradores realizarem a circunavegação ao mundo no século XVI, essas crenças não morreram. Incrivelmente, ainda hoje existe um núcleo de pessoas que persistem acreditando em uma Terra plana, mesmo depois das Missões Apollo e as gloriosas imagens da Terra esférica suspensa contra o espaço negro.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Nicolau Copérnico

Nicolau Copérnico
Wikipédia

Apesar de treinado em direito e medicina, Nicolau Copérnico (1473-1543) era mais interessado em astronomia e matemática. Por volta do início de 1500, ele percebeu que o sistema de Ptolomeu para calcular as posições dos planetas era muito incômodo. Ele decidiu que os cálculos poderia ser bem mais simples se o Sol fosse o local no centro do universo ao invés da Terra, e ele trabalhou os detalhes. Apesar dele compartilhar suas ideias com vários intelectuais europeus, ele esperou algum tempo antes de publicar seu trabalho, provavelmente uma ideia inteligente, visto que ele era cônego em uma catedral, onde suas ideias explosivas não poderiam ser populares.
Seu livro detalhando o modelo heliocêntrico "DE REVOLUTIONIBUS ORBIUM COELESTIUM", ou "A Revolução dos Corpos Celestes" finalmente foi impresso em 1543, ano em que morreu. Ele dedicou seu livro ao Papa Paulo III, e um prefácio foi adicionado (sem conhecimento de Copérnico) dizendo que a teoria tinha por objetivo apenas fazer o cálculo do movimento dos planetas mais fácil e não impor-se como uma afirmação da realidade. Isso deve ter funcionado, tendo em vista que não foi adicionado na lista de livros banidos até 1616. O título também ajudou dando um novo significado à palavra revolução, que anteriormente referia-se apenas ao movimento de corpos celestes, mas desde então, tomou conotação política.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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