2. Plano da palestra
1) Faraday, Maxwell e a unificação da
eletricidade e do magnetismo
2) Einstein e a relatividade geral
3) Força forte e unificação eletrofraca
4) Supercordas: o derradeiro sonho
dos pitagóricos
5) O que é uma teoria científica
6) Marcelo Gleiser e a criação
imperfeita
2
4. Os primórdios: Sir Isaac Newton et al.
● 1666: fugindo da Peste,
refugia-se em Lincolnshire.
● 1687: publica “Philosophiæ
Naturalis Principia
Mathematica”, no qual
apresenta as leis do
movimento e a lei da
gravitação universal.
5. Gravitação Gravitação Radiação
Eletricidade Magnetismo
Terrestre Celeste (luz)
Teoria da
Gravitação
Universal 1687
6. Hans Christian Oersted (1777 – 1851)
● 1820: descoberta de que
uma corrente elétrica
influencia uma bússola
próxima.
● Uma semana depois o
fenômeno foi formalizado
por André-Marie
Ampère, na França.
6
11. Michael Faraday (1791 - 1867)
● 1821: invenção do
primeiro motor elétrico.
● 1831: descoberta da lei
da indução
eletromagnética.
11
12. Sim, magnetismo
pode produzir
eletricidade, desde
que este varie no
tempo.
13. Lei de Faraday
● Campos magnéticos variáveis no tempo
produzem forças eletromotrizes também
variáveis no tempo.
dλ
e = −
dt
14. Gravitação Gravitação Radiação
Eletricidade Magnetismo
Terrestre Celeste (luz)
Teoria da Eletricidade
Gravitação &
Universal 1687 Magnetismo 1831
15. James Clerk Maxwell (1831 - 1879)
● 1861: 20 equações
diferenciais a 20
incógnitas.
● 1864: a luz é uma onda
eletromagnética!
● 1873: formalização do
eletromagnetismo em 4
equações.
15
19. -2-
Albert Einstein,
relatividade geral e
o campo unificado
20. Albert Einstein (1879 - 1955)
● 1905: Teoria Especial da
Relatividade
(referenciais inerciais).
● 1917: Teoria Geral da
Relatividade
(referenciais não
inerciais, gravitação).
20
24. Theodor Kaluza (1885 – 1954)
● Tentativa de obter o
eletromagnetismo como o
efeito de uma quinta
dimensão do espaço-tempo.
● Einstein inicialmente gostou
da ideia. Porém...
● Por que a quinta dimensão
não é observada?
25. Oskar Klein (1894 – 1977)
● A dimensão extra não
pode ser observada
porque está escondida
(“compactada”) em um
comprimento muito
pequeno.
● Teorias de Kaluza-Klein.
32. A interpretação de Copenhagen (1927)
● Niels Bohr et al.:
dualidade onda-partícula.
● Erwin Schrödinger:
mecânica ondulatória.
● Werner Heisenberg:
mecânica matricial.
● Max Born: funções de
onda e probabilidades.
33. “Deus não joga dados com o Universo.”
(Albert Einstein, 1926)
34. Paul Adrien Maurice Dirac
● Um dos fundadores da
mecânica quântica e da
eletrodinâmica quântica.
● Prêmio Nobel de Física
em 1933, juntamente com
Erwin Schrödinger.
35. Consequências da equação de Dirac
● Existência da antimatéria.
● Elétron tem um momento magnético: como
calculá-lo?
36. A Eletrodinâmica Quântica (QED)
● 1948: Richard Feynman, Julian Schwinger,
Sin-Itiro Tomonaga (Nobel em 1965).
37. Gravitação Gravitação Radiação Força Força
Eletricidade Magnetismo
Terrestre Celeste (luz) Fraca Forte
Teoria da Eletricidade
Gravitação &
Universal 1687 Magnetismo 1831
Relatividade Eletro-
Geral 1917 1864 magnetismo 1948
Eletro-
dinâmica
Kaluza- Quântica
Klein
1920
38. Teorias de Gauge
● Transformações de gauge
(“calibre”) alteram as
propriedades das
partículas, mas não a física
por elas descrita.
● QED é um protótipo para
outras teorias quânticas de
gauge → Renormalização.
39. Cromodinâmica Quântica (QCD)
● 1964: Murray Gell-Mann,
Yuval Ne'eman e George
Zweig.
● Quarks com massa, sabor,
cor e carga, intermediados
por glúons sem massa,
mas com cor.
39
40. Gravitação Gravitação Radiação Força Força
Eletricidade Magnetismo
Terrestre Celeste (luz) Fraca Forte
Teoria da Eletricidade Cromodi-
Gravitação & nâmica
Universal 1687 Magnetismo 1831 1964 Quântica
Relatividade Eletro-
Geral 1917 1864 magnetismo 1948
Eletro-
dinâmica
Kaluza- Quântica
Klein
1920
43. O Modelo Padrão
● Hádrons (prótons,
nêutrons e mésons) são
formados por quarks.
● Léptons não são afetados
pela força forte.
● Bósons são partículas
de gauge (mediadoras).
● 19 constantes explicam,
por enquanto, todas as
interações subatômicas.
44. As quatro interações fundamentais
Interação Intensidade Partícula Comporta- Alcance
relativa mediadora mento
Forte 10 Glúon r-7 10-15 m
45. As quatro interações fundamentais
Interação Intensidade Partícula Comporta- Alcance
relativa mediadora mento
Forte 10 Glúon r-7 10-15 m
Eletro- 10-2 Fóton r-2 infinito
magnética
46. As quatro interações fundamentais
Interação Intensidade Partícula Comporta- Alcance
relativa mediadora mento
Forte 10 Glúon r-7 10-15 m
Eletro- 10-2 Fóton r-2 infinito
magnética
Fraca 10-13 Bósons r-5 a r-7 10-18 m
W+, W- e Z0
47. As quatro interações fundamentais
Interação Intensidade Partícula Comporta- Alcance
relativa mediadora mento
Forte 10 Glúon r-7 10-15 m
Eletro- 10-2 Fóton r-2 infinito
magnética
Fraca 10-13 Bósons r-5 a r-7 10-18 m
W+, W- e Z0
Gravitacional 10-42 Gráviton? r-2 infinito
49. Os primórdios das supercordas
● Gabriele Veneziano,
início dos anos 70.
● Yoichiro Nambu,
Leonard Susskind e
Holger B. Nielsen.
● Fórmula de Veneziano
equivalia a representar
hádrons como cordas
vibrantes.
51. Edward Witten
● 1995: Conjectura acerca da
existência da “Teoria M”.
● “O fato de que a gravidade
seja uma consequência da
teoria das cordas é um dos
maiores achados teóricos de
todos os tempos.”
52. Gravitação Gravitação Radiação Força Força
Eletricidade Magnetismo
Terrestre Celeste (luz) Fraca Forte
Teoria da Eletricidade Cromodi-
Gravitação & nâmica
Universal 1687 Magnetismo 1831 1964 Quântica
Relatividade Eletro-
Geral 1917 1864 magnetismo
Eletro-
dinâmica
Kaluza- 1948 Quântica
Klein
1920
Unificação
Eletrofraca 1979
Teoria
de Tudo ?
55. O problema de Hume (1711 - 1776)
● Relações causais não são
encontradas pela razão, mas
pela indução (experimental).
● Mas como justificar
experimentalmente a
indução?
● Circularidade!
55
56. O resposta de Hume
“Embora não existam meios para se
demonstrar a validade dos procedimentos
indutivos, a constituição psicológica dos
seres humanos é tal que não lhes resta
alternativa a não ser pensar em termos
indutivos.”
56
57. A resposta de Popper (1902 - 1994)
● Não importa quantos cisnes
brancos possamos ter observado
na vida, isso não justifica a
conclusão de que todos os cisnes
são brancos.
● Contudo, a observação de um
único cisne negro significa que
nem todos os cisnes são brancos.
57
58. O princípio da refutabilidade
● Teorias científicas devem
ser formuladas de
maneira a se exporem
abertamente à refutação.
● Uma teoria só deve ser
aceita enquanto não tiver
sido refutada.
58
59. Exemplo de enunciado irrefutável
O dragão de Sagan:
“Existe um dragão
indetectável morando na
minha garagem”.
(Carl Sagan, 1934 - 1996)
59
60. A Navalha de Occam
● Guilherme de Occam (1288 - 1348).
● Ao analisarmos duas hipóteses
concorrentes e que façam
as mesmas previsões,
devemos escolher a
mais simples delas.
60
61. Fatos e teorias
● A queda dos corpos
em presença de
campos gravita-
cionais é um fato.
● A relatividade geral
é uma teoria que
explica esse fato.
63. Marcelo Gleiser
● 1994: Presidential Faculty
Fellows Award.
● Prêmios Jabuti em 1998 e
2002.
● Professor do Dartmouth
College desde 1991.
● Autor de divulgação
científica desde 1997.
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64. Os Argumentos de Gleiser
1)A Ciência trata apenas daquilo que pode ser
medido.
65. Os Argumentos de Gleiser
1)A Ciência trata apenas daquilo que pode ser
medido.
2)Aquilo que é não é necessariamente igual
àquilo que gostaríamos que fosse.
66. Os Argumentos de Gleiser
1)A Ciência trata apenas daquilo que pode ser
medido.
2)Aquilo que é não é necessariamente igual
àquilo que gostaríamos que fosse.
3)A busca por simetrias e teorias finais é um
resquício do monoteísmo e do platonismo na
ciência.
68. Por que, afinal, devemos saber disso?
Ítalo Calvino (1923 – 1985):
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69. Por que, afinal, devemos saber disso?
Ítalo Calvino (1923 – 1985):
“A única razão que se pode
apresentar é que ler os clássicos
é melhor do que não ler os
clássicos.” (1981)
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70. Para saber mais
Marcelo Gleiser
“Criação imperfeita – Cosmo,
vida e o código oculto da
natureza”, Record, 2010.
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71. Para saber mais
Richard P. Feynman
“QED – a estranha teoria da
luz e da matéria”, Gradiva,
2002.
71
72. Para saber mais
Brian Greene
“O Universo elegante –
supercordas, dimensões
ocultas e a busca da teoria
definitiva”, Cia. das Letras,
2001.
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