1) O documento discute a evolução histórica dos modelos cosmológicos, começando pelos gregos e sua esfera celeste, passando pelo sistema ptolomaico e copernicano, até chegar às teorias de Newton e Einstein e ao modelo do Big Bang. 2) É destacado o papel de figuras como Ptolomeu, Copérnico, Tycho Brahe, Kepler, Galileu e Newton no desenvolvimento destes modelos. 3) O documento também aborda conceitos fundamentais como a relatividade, expansão do Universo e nucleoss

1. Ciências da Natureza
Módulo I
Cosmologia

2. Observando o céu ao longo de uma
noite

4. Um “modelo”: a esfera celeste

6. • Para os gregos, a esfera celeste seria um
objeto material, com as estrelas fixas em
sua superfície, girando [a esfera] em torno
da Terra a cada 24 horas, com velocidade
constante.
• A esfera seria o limite do Universo – não
há nada fora dela.
• Mas o que fazer com o Sol e a Lua, que
giram de modo aparentemente
independente das estrelas?
– Talvez cada um deva ter a sua própria esfera.

8. E se agora observarmos o céu por
várias noites sucessivas?

10. Introduzindo os planetas no
“modelo”: rumo a um sistema de
mundo
• A olho nu, além do Sol e da Lua, há cinco
outros corpos que parecem girar com
alguma independência em relação à
esfera das estrelas: Mercúrio, Vênus,
Marte, Júpiter e Saturno.
• Cada um poderia ter sua própria esfera,
então?

12. Claudio Ptolomeu (c. 83 – c. 161)
Representação de Ptolomeu em iluminura de Giovanni
Rhosos (?), c. 1453, frontispício
de manuscrito da Geographica

13. O sistema ptolomaico (Petrus Apianus, Cosmographia, 1524)

14. Sistema ptolomaico
• Objetivos: explicar o que se vê, prever o que será
visto no céu
• Principal sistema cosmológico-astronômico
ocidental (Europa e mundo árabe) entre o século II
e o século XVI
• Sucesso empírico, capacidade de adaptação à
cultura da antiguidade greco-romana tardia, do
cristianismo, islamismo...

15. Bases do sistema ptolomaico
• Física aristotélica:
– Diferença entre o mundo sublunar (4
elementos, mutabilidade) e supralunar (5o
elemento, imutabilidade)
– Centralidade da Terra
• Matemática e cosmologia platônicas:
– Movimentos celestes devem ser circulares e
uniformes

16. Detalhes
O problema dos planetas

19. O problema dos planetas consiste, na
verdade, em uma dois sub-problemas
• Se cada planeta girar em sua própria esfera,
com velocidade uniforme, como explicar o
movimento de vai-e-volta (retrogradação)?
• Os planetas aumentam e diminuem o brilho ao
longo do tempo – será que se aproximam e se
afastam da Terra? Mas se a Terra está no
centro da esfera, isso não é possível.

22. Nicolau Copérnico (1473-1543)
Retrato anônimo, início do séc. XVI

23. Contexto
• Novas relações de produção
• Reforma
• Formação de estados nacionais
• Novo Mundo
• Imprensa
• Crise do sistema educacional
• ...

24. Hipóteses copernicanas (c. 1514)
• O centro da Terra não coincide com o
centro do Universo.
• O Sol não se movimenta.
• A Terra se move ao redor do Sol e do seu
próprio eixo.

25. Ilustração no interior do livro
Copérnico, De revolutionibus, 1543

26. Natureza do copernicanismo
• O sistema de Copérnico não é heliocêntrico,
mas heliostático (o Sol está parado, mas não
fica exatamente no centro).
• Copérnico mantém a firme crença na existência
das esferas celestes, e na finitude do Universo.
• O sistema de Copérnico ainda exige o uso de
excêntricos e epiciclos, como o de Ptolomeu.
• Como provar o movimento da Terra?
• Relação muito complexa com as instituições
religiosas.

27. Tycho Brahe (1546-1601)
Gravura em madeira de 1586 (anôn.)

28. Ilustração de Cassiopéia com a supernova de 1572, extraída de
De stella nova, 1573

29. Desenhos do cometa de 1577, do próprio punho de Tycho Brahe

30. O sistema de Tycho Brahe. Ilustração de De mundi, 1588

31. Johannes Kepler (1571-1630)
Kepler, tela a óleo anônima, c. 1620

33. Mapa astral de Hans Hannibal Hütter von Hütterhofen (n. 1586),
feito por Kepler

34. Kepler, Mysterium cosmographicum, 1596

35. Astronomia nova (1609)
• Dezenas de tentativas frustradas de
explicar os dados de Tycho Brahe para
Marte através de combinações de
movimentos circulares (ptolomaicos e
copernicanos).
• Descoberta das duas primeiras leis
(empregando cálculos incorretos): órbitas
elípticas e velocidades variáveis.

36. Galileu Galilei (1564-1642)
Galileu, óleo de Justus Sustermans (década de 1630)

37. Aquarela de 1609, do próprio
Galileu, representando uma
observação lunar (Biblioteca
Primeiros telescópios feitos por Nazionale Centrale di Firenze )
Galileu (Museu de História da Ciência
de Florença)

38. Mapas astrais para 15h30 e 16h de
16 de fevereiro de 1564
(nascimento de Galileu), feitos por
ele mesmo

39. • Crítica à física aristotélica: não há
diferença entre o mundo terrestre e o
celeste (caso da Lua)
• Defesa do sistema de Copérnico com base
no princípio (não demonstrado) da inércia
(para explicar o movimento imperceptível
da Terra) e nas observações telescópicas
• Transição do qualitativo para o quantitativo
• O caso Galileu como modelo de conflito
entre a ciência e a religião: o que
realmente se sabe?

40. Isaac Newton (1643-1727)
Newton, em óleo de Godfrey Kneller (1702)

41. Frontispício da primeira edição dos Principia.

42. O newtonianismo
• Mecanicismo: todo o Universo deve ser
explicável através das leis do movimento e
da lei da gravitação
• Universalismo: a natureza deve ser a
mesma em qualquer lugar
• Idealização: reduzir os problemas ao
fundamental
• Substituição do porquê pelo como
• Impactos em todas as ciências, inclusive
nas humanidades

43. Página de um manuscrito alquímico de Newton (data desconhecida)

44. De Newton ao início do século XX
• Ascensão do newtonianismo como modelo
ideal de ciência (incluindo grande influência
sobre as ciências humanas)
• Relação mais complexa entre teoria e
experimentação
• Acúmulo de descobertas telescópicas,
resultando na consolidação da visão
newtoniana de um Universo infinito e
eterno
• Por volta de 1890: sensação de fim da
ciência

45. Albert Einstein (1879-1955)

46. Questionando a cosmologia newtoniana
• Teoria da relatividade especial (1905) e geral
(1915): razões exclusivamente teóricas
(verificação experimental posterior)
• Novos conceitos de tempo, espaço, matéria e
energia, com conseqüências para a cosmologia
(finito/infinito, buracos negros, tempo fechado...)
• Inúmeros novos sistemas possíveis para a
descrição do Universo
– Entre eles, um sistema correspondente a um
Universo finito e em permanente expansão

47. A expansão do Universo
• Espectroscopia galáctica: o desvio para o
vermelho (Hubble, Humason, Slipher, Keeler... c.
1920)
• Explicação: sistema cosmológico de tipo
einsteiniano, previamente proposto
• Conseqüência lógica da expansão presente:
compactação no passado
• Desenvolvimento do modelo do Big Bang,
incluindo a nova física nuclear: nucleossíntese,
radiação de fundo, matéria escura...
• Big Bang, “Big Science”