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)

Leia mais

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)

Leia mais

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.

Leia mais

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)

Leia mais

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)

Leia mais

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)

Leia mais

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)

Leia mais