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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