Poeira das Estrelas - Parte 01 - programa Fantástico - TV Globo
Pelos quatro cantos do mundo, todas as culturas já tentaram, de alguma forma, explicar o início de tudo: a origem do Universo. Todos já se fizeram "a grande pergunta": De onde viemos?
No vídeo:
O sítio arqueológico de Stonehenge
os druidas celtas
A tradição judaico-cristã
os babilônios e os egípcios.
os índios ianomâmi, do Brasil, e os maori, da Nova Zelândia.
Poeira das Estrelas - Parte 02 - programa Fantástico - TV Globo
De onde viemos? Como surgiu o universo? E o nosso planeta, como nasceu?
Cada cultura, cada religião buscou suas próprias respostas. Mas houve um momento na história da humanidade em que a curiosidade falou mais alto e os dogmas religiosos passaram a ser questionados.
O nascimento da ciência é o tema do capítulo de hoje. Os gregos antigos foram os primeiros a tentar entender a origem do universo sem a ajuda ou interferência da religião.
Em torno de 650 antes de Cristo, aquele que é apontado como o primeiro filósofo, Tales de Mileto, se perguntou: "Do que tudo é feito?". Repare: a indagação de Tales não era sobre a 'criação', a origem, mas dizia respeito à 'composição' das coisas.
Esse é um questionamento essencialmente científico. Tales de Mileto talvez não soubesse, mas, para entender a origem do mundo, cientificamente, é preciso antes desvendar a composição das coisas.
Em torno do ano 400 antes de Cristo, dois outros gregos, Leucipo e seu discípulo, Demócrito, disseram que tudo o que existe no mundo é feito de pequenas partículas indivisíveis, batizadas de átomos. Em grego, átomo quer dizer "aquilo que não pode ser cortado".
Para Leucipo e Demócrito, os átomos eram infinitos em número e podiam combinar-se para formar a matéria do mundo.
Hoje sabemos que existem muitas partículas menores que o átomo, como prótons, nêutrons e elétrons, para ficar só nas mais conhecidas.
Sabemos também que os átomos não são infinitos. Na escola, você já deve ter ouvido falar na tabela periódica dos elementos, que inclui os 92 tomos existentes naturalmente no universo.
Mesmo assim, a noção de que a matéria é composta por pequenos tijolos fundamentais foi uma sacada brilhante dos gregos, e essa idéia permanece viva até hoje.
No vídeo:
Aristóteles
geocentrismo
renascença
o papel da igreja
Nicolau Copérnico
Giordano Bruno
Galileu Galilei
Torre de Pisa
O método científico ("ver para crer")
telescópio
A Igreja Católica retratando-se.
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UMA NOVA ASTRONOMIA
Poeira das Estrelas - Parte 03 - programa Fantástico - TV Globo
No capítulo de hoje, a convivência tumultuada de dois gênios: Kepler e Brahe.
Praga, a bela capital da República Tcheca. Contra todas as expectativas, na cidade, aconteceu um encontro que mudou a história da astronomia. Duas cabeças que pensavam de maneira bem diferente acabaram provando que o modelo do cosmo proposto por Copérnico estava certo: não é o Sol que gira em torno da Terra, e sim, o contrário.
No vídeo:
Tycho Brahe.
Johannes Kepler
ASSIM NA TERRA COMO NO CÉU
Poeira das Estrelas - Parte 04 - programa Fantástico - TV Globo
Isaac Newton foi talvez o cientista mais importante de todos os tempos. O interessante é que ele nasceu em 1642, o mesmo ano da morte de Galileu. Foi como se um tivesse passado a coroa pro outro. O grande mérito de Newton foi ter explicado a física do nosso dia a dia. Pra ele, tudo no universo era uma conseqüência de ação de forças.
Você é capaz de já ter ouvido falar na história de que uma maçã caiu na cabeça de Newton enquanto ele tirava um cochilo debaixo de uma árvore. Se a história é verdadeira, não importa. O fato é que Newton concluiu que, se a maçã cai no chão, é porque existe algo que a puxa para baixo: uma força.
Poeira das Estrelas - Parte 05 - programa Fantástico - TV Globo
Anos atrás, uma cidade brasileira deu uma contribuição fundamental para a obra do físico Albert Einstein, um dos maiores gênios da humanidade.
Gravidade: a força que nos mantém presos ao chão. Sem ela, sairíamos flutuando pelo espaço. Os planetas não girariam em torno do Sol. A Lua se desprenderia da Terra, e nunca mais veríamos uma noite de Lua cheia. Para Newton, a gravidade era algo que agia à distância.
Mais de 200 anos depois, no início do século 20, um físico alemão, talvez o cientista mais genial nascido depois de Newton, reinventou o conceito de gravidade. Seu nome: Albert Einstein.
Ele era o próprio retrato do cientista dos filmes em preto e branco: sotaque alemão, cabelos desgrenhados, tocava violino para buscar inspiração. Einstein não passava essa imagem por acaso. A verdade é que a figura do cientista excêntrico do cinema foi criada a partir dele.
Einstein propôs uma nova maneira de se pensar sobre o espaço, sobre o tempo e sobre a gravidade: para ele, a gravidade é resultado da curvatura do espaço provocada pela massa dos corpos.
No vídeo:
Albert Einstein
Sobral - CE
o tamanho do Universo
o Universo não é estático
Monte Wilson
Edwin Hubble
o Universo em expansão
O CIENTISTA ESQUECIDO
Poeira das Estrelas - Parte 06 - programa Fantástico - TV Globo
Imagine que você é cientista e descobre a resposta para uma das perguntas mais antigas da humanidade: como foi que tudo começou? E, quando chega a hora do reconhecimento, como você se sentiria se toda a glória e todos os prêmios fossem para outra pessoa? Essa história é verdadeira.
Em ciência, muitas vezes, grandes descobertas nascem por acaso. E nem sempre a comunidade científica reconhece o mérito daqueles que tiveram uma grande idéia primeiro. Para uns, a glória; para outros, o esquecimento.
O ano era 1929. No observatório de Mount Wilson, ao norte de Los Angeles, havia sido construído o telescópio mais potente de todos os tempos.
O astrônomo americano Edwin Hubble apontou o telescópio para o céu e viu gigantescos conjuntos de estrelas -- as galáxias -- se afastando umas das outras. Era o universo em expansão, crescendo cada vez mais.
As conseqüências dessa descoberta foram profundas. Se as galáxias estão se afastando, isso significa que, no passado, elas já estiveram mais próximas. E mais: em um passado muito distante, as galáxias -- e as estrelas que elas contêm -- estavam tão próximas que ocupavam todas o mesmo espaço. Trata-se de uma região minúscula, menor do que a cabeça de um alfinete. O universo, então, tinha uma origem. Mas que origem era essa?
No vídeo:
Georges Lemaître.
"átomo primordial"
George Gamow.
Robert Hermann
Ralph Alpher
o "som" do Big Bang (vestígios): radiação cósmica de fundo
O NASCIMENTO DAS ESTRELAS
Poeira das Estrelas - Parte 07 - programa Fantástico - TV Globo
De onde vieram o Sol, a Lua e as estrelas? E nós, habitantes de um planeta tão pequeno diante da imensidão do Universo? Como foi que nós surgimos e hoje podemos estar aqui, tentando entender a origem de tudo?
De onde vieram o Sol, a Lua e as estrelas? E nós, habitantes de um planeta tão pequeno diante da imensidão do Universo? Como foi que nós surgimos e hoje podemos estar aqui, tentando entender a origem de tudo? O nascimento das estrelas é o nosso assunto de hoje.
Berçários cósmicos
Uma das descobertas mais bonitas da Ciência moderna é de que tudo o que existe na Terra, na Lua e nos outros planetas foi gerado nas estrelas. As pedras, os metais, o carbono dos seres vivos, o oxigênio que a gente respira, tudo. É por isso que somos todos "poeira das estrelas". Mas como isso aconteceu?
No vídeo:
resfriamento de universo
O nascimento das estrelas
formação dos elementos químicos
número de estrelas
fusão nuclear, bomba atômica
fissão nuclear, bomba de hidrogênio
A CRATERA DE UM VULCÃO ATIVO
Poeira das Estrelas - Parte 08 - programa Fantástico - TV Globo
O Fantástico agora convida você para fazer uma viagem no tempo: vamos conhecer um lugar igualzinho ao nosso planeta de 4,5 milhões de anos atrás.
No vídeo:
vulcões
nosso planeta há 4,5 milhões de anos
a formação da Terra
Pangéia
A INFÂNCIA VIOLENTA DA TERRA
Poeira das Estrelas - Parte 09 - programa Fantástico - TV Globo
Você pode até não acreditar, mas o nosso planeta já foi um lugar muito mais perigoso para se viver. E, se hoje estamos vivos para contar essa história, devemos muito à sorte.
No vídeo:
infância da Terra
bombardeio de asteróides
formação da Lua
ORIGEM DA VIDA
Poeira das Estrelas - Parte 10 - programa Fantástico - TV Globo
Será possível que os primeiros organismos vivos tenham chegado ao nosso planeta de carona num asteróide?
A busca pela origem do Universo é apenas uma das muitas dúvidas existenciais que já nos fizeram perder noites de sono. Se hoje aceitamos a teoria do Big Bang como a versão da Ciência para o princípio de tudo, ainda esperamos por respostas para muitas outras perguntas.
A Terra é um planeta cheio de vida. É impressionante a variedade de animais que vemos vê na terra, no mar, no ar. Quem é que nunca se perguntou de onde veio isso tudo? De onde surgiu a vida e quando?
Vida é uma dessas coisas que é mais fácil identificar do que explicar. Até hoje, não existe uma definição única para vida. Mas sabemos que:
- seres vivos interagem com o mundo à sua volta, absorvendo nutrientes e energia;
- seres vivos crescem e se reproduzem;
- ao se reproduzir, passam suas características de geração para geração;
- características podem mudar acidentalmente. Essas mudanças são as mutações genéticas. São elas que permitem que seres vivos se adaptem a ambientes novos.
Portanto, a vida está ligada à transformação e à reprodução. Mas, se olharmos à nossa volta, e procurarmos pelo que existe de mais antigo na história da Terra, encontraremos matéria sem vida. Pedras são feitas de minerais, como o silício e o quartzo, que compõem a areia da praia. Água é feita de hidrogênio e oxigênio. Nada disso é vivo. Como, então, que num passado distante, durante a infância da Terra, essa matéria se agrupou e veio a dar origem a seres vivos? Essa passagem do inanimado ao animado é o grande mistério da origem da vida.
No vídeo:
origem da vida
experiência de Miller
origem dos aminoácidos
teoria da evolução de Charles Darwin
EM BUSCA DE NOVOS MUNDOS
Poeira das Estrelas - Parte 11 - programa Fantástico - TV Globo
Desde que o italiano Galileu Galilei teve a idéia de apontar seu telescópio para o céu, no século 17, a astronomia evoluiu muito. Nos tempos de Galileu, as lentes mal eram capazes de enxergar todos os planetas do nosso Sistema Solar.
Hoje, telescópios gigantes estão descobrindo novos mundos, bem longe de nós. Esses observatórios privilegiados ficam no alto de um vulcão extinto no Havaí.
De nada adianta ter lentes poderosas, capazes de enxergar longe, se o tempo não colabora. Em noites de céu nublado, astrônomos não têm o que fazer. Por isso, desde o início do século passado, cientistas começaram a montar telescópios em montanhas cada vez mais altas.
De observatórios os astrônomos podem testemunhar o nascimento e a morte de estrelas, a muitos bilhões de anos-luz da Terra.
Um ano-luz é a distância que a luz leva um ano para percorrer. Como a luz viaja a 300 mil quilômetros por segundo, dá para entender que estamos falando de objetos muito, mas muito distantes da Terra.
No vídeo:
telescópios cada vez mais altos
observando o passado do Sol
novos mundos: planetas extra-solares
A REALIDADE SOBRE OS ETs
Poeira das Estrelas - Parte 12 - programa Fantástico - TV Globo
Vivemos em um planeta nem muito grande, nem muito pequeno, que gira em torno de uma estrela, o Sol. O Sol é apenas uma das cerca de 300 bilhões de estrelas que compõem a nossa galáxia, a Via Láctea. E a Via Láctea é apenas uma das bilhões de galáxias que existem no universo conhecido.
Será que estamos sozinhos? Não é muita pretensão nossa acreditar que a Terra é o único planeta com vida?
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Em 1949, o matemático austríaco Kurt Gödel encontrou uma solução para as equações da Relatividade Geral de Einstein que demonstrava a existência das chamadas curvas fechadas do tipo-tempo que existiriam graças às deformações do espaço-tempo provocadas pela gravitação.
Kurt Gödel em 1925. Nasceu em 1906. Faleceu em 1978.
Ainda que a situação originalmente pensada por Gödel (Universo em rotação) não fosse possível, ele abriu as portas para o estudo de situações nas quais curvas fechadas no tempo eram possíveis. Outros estudos teóricos que mostram a possibilidade é envolvendo wormholes, cordas cósmicas, etc.
Entretanto ainda que wormholes e cordas cósmicas possam existir, ainda não puderam ser detectados. E mesmo que fossem detectados não seria simples usá-los: são situações particulares envolvendo eles.
Kip Stephen Thorne nasceu em 1940. Um dos descobridores da possibilidade teórica da existência de wormholes e de como usá-los para viajar no tempo.
Assim do ponto de vista experimental não se tem tecnologia e não se sabe gerar tanta energia para tal. Por exemplo, envolvendo wormhole teria que ter uma das entradas dele se movendo próximo a velocidade da luz. Com cordas cósmicas a situação é análoga.
O problema é que eles tem muita massa o que torna praticamente impossível acelerá-los até velocidades próximas a da luz. Prepará-los para usá-los seria impossível. A esperança seria que já estivessem prontos.
Ou ainda outra forma: em vez de a pessoa viajar a pessoa mandar mensagens para o passado. Foi até comentado certa vez no canal Discovery Channel.
As possibilidades de viajar ao passado aqui descritas impedem voltar no tempo antes da construção da máquina do tempo. Sobre a idéia de mandar mensagens ao passado que passou no programa da Discovery Channel foi postada por um usuário no Youtube:
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Bósons são partículas de spin inteiro. Exemplo, fótons, W, Z.
Quanto mais baixa a energia de um sistema de bósons, maior a probabilidade que as partículas estejam no mesmo estado. Bósons não seguem o Príncipio da Exclusão de Pauli. Eles se comportam seguindo a Estatística de Bose-Einstein (BE).
Sistemas de spin total inteiro também seguem a Estatística de BE, ainda que seus constituintes sejam feitos por partículas de spin semi-inteiro. Ex.: hélio líquido (o átomo de hélio é formado por férmions). Clique aqui se não encontrou o seu problema resolvido ou um assunto que queira ver.
Férmions: tem spin semi-inteiro. Exemplo: elétrons, quarks, neutrinos. Prótons e nêutrons, formados de 3 quarks, tem como spin total, valor semi-inteiro também. Seguem a Estatística de Fermi-Dirac (FD)e o Princípio da Exclusão de Pauli.
Tanto a Estatística de BE quanto a de FD tratam de partículas indistinguíveis (devido a propriedades quânticas).
Um sistema constituído de entes distinguíveis (ou clássicos) é tratado segundo a Estatística de Maxwell-Boltzmann.
O que são os bosons da força fraca?
São as partículas que intermediam a força fraça. Exemplo de processo no qual a força fraca participa: o decaimento do nêutron.
Quem intermedia a força elétromagnética entre partículas de carga elétrica?
O fóton
Quem intermedia a força fraca entre partículas de carga de sabor?
O Z e os W+ e W-.
Curiosidade: fóton não tem massa (a não ser massa efetiva mais isto tem a ver com outra coisa: fenômeno de blindagem, etc).
W+, W- e Z tem massa.
Qual a utilidade deles na astronomia?
No estágio conhecido como Supernova, no qual uma estrela explode ejetando imensas quantidades de matéria pelo espaço, e se transforma numa estrela de nêutrons, é a interação fraca que vai participar do processo de transformar prótons em nêutrons em tal estrela. Clique aqui se não encontrou o seu problema resolvido ou um assunto que queira ver.
De fato, esta propriedade entre os quarks é bastante intrigante, o chamado confinamento: não existem quarks livres tais como um elétron ou um próton. Quarks sempre aparecem formando pares ou triplas. Ao tentarmos separar um dos quarks de um par de quarks, de forma a isolá-lo, acabamos criando mais um par. Clique aqui se não encontrou o seu problema resolvido ou um assunto que queira ver.
Este fenômeno não é raro na natureza: o mesmo acontece com ímãs. Quando você tenta dividir um ímã ao meio, você obtém dois ímãs. Não dá para separar o pólos norte e sul de um ímã. Você sempre terá dois ímãs. Algo do cotidiano que também podemos fazer analgia é com as pontas em uma corda: quando você corta a corda, sempre surgirá 2 novas pontas. "Não existe ponta de corda isolada" seria equivalente a "não existe quark isolado".
A imagem que usamos para representar o par de quarks é a de dois quarks ligados por uma mola. (O grafo de Feynman, na QCD, para o glúon é uma "mola"). A energia gasta para expandirmos a mola até ela quebrar é usada para criar um novo par de quarks (E=mc²). Assim teremos no final do processo 2 molas e 2 pares de quarks.
Quarks com liberdade assintótica
A QCD descreve como os quarks interagem entre si: eles trocam partículas chamadas glúons, que mantém os quarks unidos nos prótons, nêutrons, etc. Essa teoria prevê que a distâncias muito pequenas e energias muito altas, os quarks se comportam como partículas livres, num processo chamado de liberdade assintótica. Essas distâncias podem ser atingidas das seguintes maneiras:
ou frações de segundo após o Big-Bang (quando a fase era de altíssimas temperatura e densidade)
ou em colisões entre núcleos atômicos a altíssimas energias. Nessas condições, formaria-se o plasma de quark-glúons.
e, hipoteticamente, em estrelas de quarks, que se situeam entre as estrelas de nêutrons e os buracos negros em termos tanto de massa como densidade. Para observar tal estrela, espera-se que o "deconfinamento" libere imensas quantidades de energia, talvez sendo as mais energéticas explosões existentes. Algumas grandes erupções de raios gama evidenciadas pela astronomia sejam "novas quark" (estágio no qual uma estrela de quarks seria formada).
Unificar é preciso!
A mecânica quântica é a teoria do microcosmo. Ela é a que melhor explica o comportamento de partículas. Já o macrocosmo, é a Relatividade Geral. Grosso modo, a mecânica newtoniana, e o eletromagnetismo de Maxwell, jaz entre estes cosmos. As teorias quânticas, como eletrodinâmica quântica, ou ainda a Relatividade Geral, foram tão testadas e seu grau de precisão foi tão grande que seria como se a teoria dissesse qual é a distância entre Rio de Janeiro e São Paulo, e ela ficasse de acordo com erro menor que a espessura de um fio de cabelo. Entretanto, existe um cenário no qual as duas não conseguem descrever bem: como seria um sistema de microescala mas com densidades, temperaturas, massas, etc, altíssimos? Teria que ser uma teoria que unifique as duas: tanto quântica quanto relatividade.
A primeira grande unificação da física ocorreu quando o inglês Isaac Newton demonstrou que a força da gravidade que faz com que uma maçã caia no solo é a mesma que faz com que os planetas girem em torno do Sol.
A segunda grande unificação veio no século 19, com James Clerk Maxwell que mostrou que a óptica e os fenômenos elétricos e magnéticos são manifestações de uma única força, a força eletromagnética.
Uma terceira grande unificação veio em 1916, com Einstein que mostrou que a força gravitacional pode ser interpretada como uma distorção no espaço (e no tempo) em torno de um objeto com massa, unificando a geometria e a gravidade. Ele passou os últimos 30 anos de sua vida procurando uma formulação de sua teoria que unificasse o eletromagnetismo de Maxwell e a força gravitacional. Einstein entretanto rejeitava a mecânica quântica na unificação.
Com o estudo cada vez mais refinado, duas outras forças foram descobertas, as forças nucleares forte e fraca.
Uma quarta grande unificação foi entre 1960 até 1980, físicos teóricos construíram uma teoria unificada das forças eletromagnética e fraca, criando a força eletrofraca.
Supercordas eliminando pontas soltas?
Os modelos que visam unificar a força forte com a eletrofraca prevêem energias da ordem milhões de bilhões de vezes maiores que as energias nucleares. E como unificar a força gravitacional? Com Einstein vimos a unificação da força gravitacional com a geometria do espaço. Com a mecânica quântica, que é a base da unificação das outras três forças, vimos que no microcosmo nada é contínuo: tudo se manifesta em pequenos pacotes, os "quanta". Para unificar a gravidade, ela também deve ser "quantizada". Já que a gravitação está ligada com a geometria do espaço e com a passagem do tempo, quantizar a gravitação significa quantizar o espaço e o tempo! Ou seja, no nível quântico os conceitos de espaço e tempo deixam de fazer sentido.
Entre as teorias candidatas a unificação, as supercordas são as mais estudadas. Segundo ela, cordas geram (em dimensões extras, além das 3 do espaço e 1 do tempo as quais estamos acostumados) geram todas as partículas e forças, vibrando com energias diferentes. Entretanto até o momento a teoria ainda não foi terminada e longe de ser testada.
O Universo então, após um início superquente e superdenso, expandiu e resfriou originando as 4 forças fundamentais da natureza. Bem como as partículas (como os quarks e glúons). Uma analogia é com um substântica mudando de fase. Estaríamos agora na fase na qual a substância está fria, cristalizada. Nesta fase surgem partículas que causam, por exemplo, a vibração da rede no cristal. Tais partículas só existem nesta fase. Podemos descrever bem a interação entre os sítios desta rede intermediado por tais partículas, mas só entenderemos a origem delas se pudermos analisar a substância também na fase quente. Clique aqui se não encontrou o seu problema resolvido ou um assunto que queira ver.
1) Quais os benefícios de montar um acelerador tão caro quanto o LHC?
Resposta
Um dos benefícios serão: aumentar a compreensão do Universo, que é um dos objetivos da Ciência, sendo a Tecnologia, um subproduto do avanço na compreensão.
Mas existem outros benefícios:
Graças a um outro acelerador de partículas, o Cern, surgiu a internet (inventou o World Wide Web, www). Agora, desenvolveu o Grid, um sistema de computadores interligados no mundo inteiro, uma tecnologia impensável há apenas dez anos.
Várias tecnologias periféricas envovendo engenharia, computação, etc, surgem, muitos dos quais imprevisíveis. Clique aqui se não encontrou o seu problema resolvido ou um assunto que queira ver.
2) O LHC pode ser usado como arma de destruição de massa?
Resposta
Uso bélico? Vale lembrar que o orçamento militar é decidido pelos políticos. São os políticos, que elegemos, que votam orçamentos. E o orçamento somado pelo mundo passa dos trilhões de dólares por ano. Bem, todo este dinheiro sendo investido para criar armas de destruição em massa (ou escudo para tais armas) fatalmente chegará em descobertas neste sentido.
Se as descobertas do acelerador em particular poderão ser usadas, é que ainda não se sabe. De qualquer forma, as bombas nucleares, H, de nêutrons, etc, e ainda as armas bacteriológicas, armas químicas, já dão para acabar com a vida (dos seres humanos, pelo menos) várias vezes na Terra.
3) O LHC pode destruir a Terra?
Resposta
Colisões como as que acontecerão no LHC, acontecem milhares de vezes por dia na atmosfera da Terra e nada de terrível acontece. Então ao invés de os militares construírem aqui túneis como o LHC, talvez seja mais fácil capturar os feixes que prótons que bombardeiam nossa atmosfera milhares de vezes todos os dias.