Cosmologia

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Cosmologia

  1. 1. Ciências da Natureza Módulo I Cosmologia
  2. 2. Observando o céu ao longo de uma noite
  3. 3. Um “modelo”: a esfera celeste
  4. 4. • 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.
  5. 5. E se agora observarmos o céu por várias noites sucessivas?
  6. 6. 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?
  7. 7. Claudio Ptolomeu (c. 83 – c. 161) Representação de Ptolomeu em iluminura de Giovanni Rhosos (?), c. 1453, frontispício de manuscrito da Geographica
  8. 8. O sistema ptolomaico (Petrus Apianus, Cosmographia, 1524)
  9. 9. Sistema ptolomaico• Objetivos: explicar o que se vê, prever o que serávisto no céu• Principal sistema cosmológico-astronômicoocidental (Europa e mundo árabe) entre o século IIe o século XVI• Sucesso empírico, capacidade de adaptação àcultura da antiguidade greco-romana tardia, docristianismo, islamismo...
  10. 10. 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
  11. 11. DetalhesO problema dos planetas
  12. 12. 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.
  13. 13. Nicolau Copérnico (1473-1543) Retrato anônimo, início do séc. XVI
  14. 14. Contexto• Novas relações de produção• Reforma• Formação de estados nacionais• Novo Mundo• Imprensa• Crise do sistema educacional• ...
  15. 15. 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.
  16. 16. Ilustração no interior do livroCopérnico, De revolutionibus, 1543
  17. 17. 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.
  18. 18. Tycho Brahe (1546-1601) Gravura em madeira de 1586 (anôn.)
  19. 19. Ilustração de Cassiopéia com a supernova de 1572, extraída de De stella nova, 1573
  20. 20. Desenhos do cometa de 1577, do próprio punho de Tycho Brahe
  21. 21. O sistema de Tycho Brahe. Ilustração de De mundi, 1588
  22. 22. Johannes Kepler (1571-1630) Kepler, tela a óleo anônima, c. 1620
  23. 23. Mapa astral de Hans Hannibal Hütter von Hütterhofen (n. 1586), feito por Kepler
  24. 24. Kepler, Mysterium cosmographicum, 1596
  25. 25. 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.
  26. 26. Galileu Galilei (1564-1642)Galileu, óleo de Justus Sustermans (década de 1630)
  27. 27. 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)
  28. 28. Mapas astrais para 15h30 e 16h de 16 de fevereiro de 1564(nascimento de Galileu), feitos por ele mesmo
  29. 29. • 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?
  30. 30. Isaac Newton (1643-1727) Newton, em óleo de Godfrey Kneller (1702)
  31. 31. Frontispício da primeira edição dos Principia.
  32. 32. 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
  33. 33. Página de um manuscrito alquímico de Newton (data desconhecida)
  34. 34. 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
  35. 35. Albert Einstein (1879-1955)
  36. 36. 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
  37. 37. 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”

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