O documento discute o desenvolvimento do modelo cosmológico Big Bang ao longo do tempo, começando com as primeiras observações e teorias de Friedmann e Lemaitre e culminando no modelo cosmológico padrão moderno. Aborda questões como a natureza dinâmica versus estática do Universo, a descoberta da radiação cósmica de fundo e suas implicações, e as hipóteses simplificadoras usadas no modelo do Big Bang.

2. Prólogo
Augustin-Louis Cauchy (1789-1857)
Princípio de Cauchy
“Ao se realizar uma experiência, obtém-se um certo número de informações
sobre dado processo físico. Com a repetição das observações amplia-se o
conhecimento das propriedades associadas ao fenômeno, só então pode-se
descrevê-lo por uma teoria que permita conhecer a evolução temporal e
fazerem-se previsões.”
Observação – teoria – observação
“Se, por alguma razão, em determinado momento, não for possível medir
quantidades físicas finitas, esse procedimento não terá validade.”

3. Prólogo
Augustin-Louis Cauchy (1789-1857)
Princípio de Cauchy
“Ao se realizar uma experiência, obtém-se um certo número de informações
sobre dado processo físico. Com a repetição das observações amplia-se o
conhecimento das propriedades associadas ao fenômeno, só então pode-se
descrevê-lo por uma teoria que permita conhecer a evolução temporal e
fazerem-se previsões.”
Observação – teoria – observação
“Se, por alguma razão, em determinado momento, não for possível medir
quantidades físicas finitas, esse procedimento não terá validade.”

4. 1. Questões fundamentais dos modelos cosmológicos
O Universo é estático ou dinâmico?
(de 1920 a 1930)
A evolução do Universo é estacionária ou varia não - uniformemente
com o tempo?
(1930 a 1960)
Houve um começo em um tempo finito do passado ou o Universo é
eterno?
(a partir de 1960)

5. Rµv – 1/2gµv R - Λgµv = - 8π/c2
G Tµv
constante cosmológica
2. A consolidação do modelo Big Bang
1915 – Albert Einstein : força gravitacional = estrutura do espaço-tempo
1917 – Albert Einstein : Modelo cosmológico finito e estático

6. 1924 – Alexander Friedmann : modelo cosmológico
aonde o volume do Universo (homogêneo e isotrópico)
aumenta indefinidamente
1927 George Lemaitre : modelo cosmológico que
representa o Universo (homogêneo e isotrópico) em
expansão a partir de um átomo primordial

7. 1941 – Andrew McKeller detectou uma radiação no espaço (2,3º
K) : Mar de fótons
1929 – Edwin Hubble estabelece o afastamento das galáxias distantes

8. 1948 - George Anthony Gamow : Universo em expansão
com fase primordial (T ↑↑) produzindo H, He.

9. 1964 – Arno Penzias & Robert Wilson : Radiação Cósmica de Fundo (Mar de fótons)
comportamento de equilíbrio térmico
Conservação de energia : volume ↑ temperatura ↓
Temperatura do gás de fótons foi maior no passado

10. “Aquilo que a descoberta da RCF realizou de mais
importante foi nos forçar a considerar seriamente a idéia de
que houve efetivamente um começo do Universo”
Steven Weinberg
T = ∞
T
T
Em um tempo finito (poucos bilhões de anos no passado) a temperatura atinge o infinito
tempo

11. A partir de “Os 3 primeiros minutos do Universo” de Weinberg
Nos primórdios da expansão as partículas foram expostas a altas energias
CERN
FERMILAB

12. A aceitação (popular) imediata da teoria Big Bang
Cosmogonia mesopotâmica: Marduk domina Tiamat e cria o mundo
“Completamente compatível com a existência de Deus”
Papa Pio XII

13. 3. O modelo cosmológico atual (Big Bang)
1948 – O significado da Relatividade; Albert Einstein
“A teoria da relatividade se baseia na divisão da realidade física em um
campo métrico (a gravitação), por um lado, e o campo eletromagnético e a
matéria, por outro. Na realidade, o espaço provavelmente terá caráter
uniforme, e a teoria atual somente será válida como um caso limite. Para
grandes valores do campo e da densidade de matéria, as equações e suas
poucas variáveis não possuem significado real. Conseqüentemente não se
pode concluir destas equações que o início do Universo se identifique com
uma singularidade matemática. Tudo que devemos reconhecer é que minhas
equações não são aplicáveis nestas regiões.”

14. Premissas do modelo cosmológico-padrão (breves comentários)
A) Existe um tempo cósmico global que contém: espaço (tridimensional) + tempo (unidimensional)
y
x
z
futuro
Passado (impossível atingi-lo)
Uma solução encontrada por Kurt Godel
permite, ao desconsiderar que existe um
tempo cósmico global

15. B) A força gravitacional é descrita pela relatividade geral.
A intensidade da força gravitacional é
medida pela curvatura espaço-tempo.
Até hoje não foi possível detectar a
“onda gravitacional” predita pela
Relatividade Geral.

16. C) Fonte da curvatura = fluido perfeito (distribuição contínua de energia/matéria)
Não existe evidência direta da
totalidade de matéria e energia
existentes.
Fluido perfeito = ideal simplório

17. D) Universo é homogêneo e isotrópico
Generalização das observações locais para
todo o Universo. (Princípio estendido de
Copérnico segundo o qual não ocupamos
local privilegiado no Cosmos).

18. Publicação de artigos científicos – o sistema de arbitragem
Jornal de Física
Revista encaminha o trabalho para um ou mais cientistas que avaliam a publicação.
Final dos anos 1920, Friedmann encaminha uma solução dinâmica
para o Universo.
Revista submete o artigo a Albert Einstein que por mais de um ano
é contrário à publicação, pois vai de encontro ao seu Universo
estático.
1920 – Friedmann submeteu ao “Jornal da Física” uma
solução cosmológica exibindo um Universo dinâmico em
evolução.
Submetido a Einstein o artigo levou mais de um ano para ser
publicado, pois contrariava o modelo estático, e só
recomendou se fosse inserido uma nota sua na qual apontava
um erro de cálculo.
Muito mais tarde admitiu que o erro era seu.

19. Hipóteses simplificadoras do modelo de Friedmann (base do BigBang)
A curvatura do espaço-tempo é a medida do campo gravitacional segundo a RG
A curvatura é um fluido contínuo de densidade de energia E e pressão P
P = s E com 0 < s < 1
P; E – só dependem do tempo global (Universo homogêneo)
Universo tem uma singularidade inicial aonde E = ∞
Universo em expansão uniforme

20. 4.A pergunta que a Cosmologia deveria fazer
Pode a ciência produzir racionalidade se o Universo for singular e tiver um começo singular?
Big Bang = singularidade matemática
Volume = 0 E, m = ∞ T = ∞
Resposta : Não, pois as quantidades descritas são imensuráveis