Post on 11-Nov-2018
Mecânica e Ondas MEEC 2013-2014
Prof. Pedro Abreu
abreu@lip.pt 25ª Aula
Princípio de Equivalência
(introdução à ) Relatividade Geral Questões em aberto no nosso Universo
“Eu não sei com que armas os homens se debaterão numa 3ª guerra mundial. Mas sei quais é que usarão numa 4ª: pedras e paus!”
Albert Einstein (1879-1955)(Prémio Nobel 1921)
Albert Einstein Ulm [, Alemanha] 14 de Março, 1879
18 de Abril, 1955 Princeton, NJ, USA
1905 - O ano milagroso de Einstein !
§ Efeito fotoeléctrico!!≈Mecânica Quântica !
§ Explicação do movimento Browniano ≈ átomos e moléculas!!!§ Teoria da Relatividade!! ≈novo espaço-tempo#
Restrita (1905) è Referenciais em movimento rectilíneo e uniforme
Equivalência Massa-Energia: E=mc2
Princípio da Relatividade
Não se pode realizar nenhuma experiência, de qualquer natureza, que nos permita distinguir se um referencial (em movimento rectilíneo e uniforme) está ou não em movimento!
Não existem referenciais absolutos!
TUDO É RELATIVO !
Relatividade Geral:
Apresentação Academia Prussiana
1915
Artigo 1916
E para referenciais acelerados ?!
Princípio de Equivalência:
Relatividade Geral Não se pode realizar nenhuma experiência, de qualquer natureza, que nos permita distinguir um referencial acelerado e um referencial sujeito à gravidade! Então e se ligar uma
...lanterna ?!
g Im m m= =
R.G. : Luz é atraída pela gravidade!
Medições da MESMA estrela, separadas de 6 meses, e uma das medições efectuadas num eclipse solar total
(Ilha do Príncipe, Sir Arthur Eddington, 1919;
Sobral [Brasil], 1918-19)
Caso limite: Buraco Negro!
A vida de uma estrela (função(massa) !)
A estrela típica (Sol)
Uma estrela gordinha (>3 M¤)
Torna-se uma ESTRELA DE NEUTRÕES...
18 km
ou algo mais...
Uma estrela de quarks ?!
Uma estrela bem gorda (>25M¤) ...torna-se um buraco negro!
...nem a luz escapa!
Detecção indirecta de B.Negros
Equações da Relatividade Geral (1):
Equações da Relatividade Geral (2):
Equações da Relatividade Geral (3):
Observações da Rel. Geral (1)
Observ. Relatividade Geral (2) [HST]
O UNIVERSO INVISÍVEL
©2014 Jorge Dias de Deus
(Sol em ) neutrinos Raios Cósmicos de Energia Extrema
©2014 Sofia Andringa
Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 21/34
O Problema da Matéria Escura
Maior fracção de massa não brilha! O que será?!
©A.De Angelis
SPIRAL GALAXIES
VELO
CID
AD
E
DISTÂNCIA ao centro
30 de Maio 2014
vORB =GMR
Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 22/34
Matéria Escura presente na nossa própria Galáxia!
• Distribuída na Galáxia, não agrupada!
• Nenhuma forma de matéria conhecida!
©Anglo-Australian Observatory
© COBE M100 ≈ Milky Way Milky Way
Distance
Velo
cida
de
30 de Maio 2014
Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 23/34
Matéria Escura na Colisão de Aglomerados de Galáxias ©
CH
AN
DRA
X-R
AY
OBS
ERVA
TORY
30 de Maio 2014
Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 24/34
Matéria Escura na Colisão de Aglomerados de Galáxias ©
CH
AN
DRA
X-R
AY
OBS
ERVA
TORY
30 de Maio 2014
Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 25/34
Matéria Escura na Colisão de Aglomerados de Galáxias ©
CH
AN
DRA
X-R
AY
OBS
ERVA
TORY
Normal matter Dark Matter
(Reconstructed) Dark Matter (Reconstructed)
30 de Maio 2014
Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 26/34
O Problema da ‘Energia Escura’ Cientistas estudam supernovae distantes para medir a evolução da expansão do Universo.
Esperavem que a taxa de expansão diminuísse desde o Big-Bang.
30 de Maio 2014
Oops…
30 de Maio 2014 27/34 Pedro Abreu - Aula de Relatividade Geral e o Universo
Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 28/34
Oops…não está a diminuir! • A Expansão do Universo está acelerando!!!
• Algo se está a sobrepôr à gravidade
• Cientistas chamam-lhe ‘Energia Escura’
30 de Maio 2014
Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 29/34
Uma fotografia do Universo bébé (idade de 380 000 anos)
?
13.7
A Radiação Cósmica de Fundo do Universo (hoje)
380000
Expansão do Universo está Acelerando!
Verificação Independente!
©PLANCK 2013
30 de Maio 2014
De que é que feito o Universo?!
??! ÁTOMOS
Universo
Energia Escura
Matéria Escura
Matéria Ordinária
?
??
Matéria Ordinária:
4,9%
Matéria Escura: 26,8%
Energia Escura: 68,3%
©2014 PLANCK
pedro abreu - E.S. Batalha 30/34 23 de Abril 2014
No final do Séc. XIX com a natureza descrita pela mecânica, termodinâmica, e electromagnetismo, a Física parecia completa:
“Não há nada fundamentalmente novo para ser descoberto. Tudo o que há a fazer é medir com mais precisão…”#
! ! ! ! !(Lord Kelvin, 1900)!
William Thomson (Lord Kelvin)
Mensagem à British Association for the Advancement of Science, 1900 :!
Mas Lord Kelvin também mencionou ‘duas nuvens’ no horizonte da Física:!1) Radiação do Corpo Negro!2) Experiências de resultado nulo de (Albert )Michelson – (Edward )Morley!
“Tudo o que falta fazer em Física resume-se a preencher o valor da 6ª casa decimal”
(Albert Michelson, 1894)
Elas levaram às 2 grandes revoluções da Física no séc. XX: Relatividade e Mec.Quant.!!
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No final do Séc. XX com a nova natureza descrita pela Teoria Quântica de Campos e pelo {partículas elementares} constituindo o Modelo Padrão das partículas e interações fundamentais, também aqui a Física parece resolvida:
“Com a descoberta iminente do bosão de Higgs, não há nada fundamentalmente novo para ser descoberto. Tudo o que há a fazer é medir com mais precisão…” (trad. livre, adaptado)#
! ! ! (Stephen Hawking, 1998)!
Mas ainda há algumas questões a resolver no horizonte da Física:!1) Matéria e energia escuras!2) Experiências de resultado nulo na pesquisa de sinais de nova física até ~1 TeV (e Origem da enorme e pequeníssima assimetria matéria-antimatéria)!
A que revoluções da Física no séc. XXI nos levarão estas questões? Ideias por favor!!!
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Temos bosão de Higgs! …e agora?
• Procurar Supersimmetria: o melhor candidato para a Matéria Escura será a partícula supersimétrica mais leve, estável e produzida em grandes quantidades no Big Bang
• Procurar Weakly Interactive Massive Particles, que se existirem em grandes quantidades = Matéria Escura
• Procurar dimensões extra (>=5D), etc!
• Estudar o sector do Higgs em grande detalhe: Propriedades detalhadas, se há mais do que um, etc…
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…e temos muitas Nuvens!!!
• (Matéria e Energia Escuras! )
• Onde pára a Antimatéria (ou a Assimetria M-aM ?)
• Porquê 3 famílias ?
• Porque é que as massas das partículas elementares são o que são?
• Porque é que os neutrinos são muito mais leves do que os leptões carregados e os quarks?
• Será que as 3 (ou 4) forças se unificam a alguma escala?
• Será que as partículas elementares são mesmo elementares?
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