O Universo em expansão e a Teoria da Relatividade de Einstein

Enviado por Almeida

do Instituto Humanita Unisinos – IHU

A grande beleza do Universo em expansão e a Teoria da Relatividade de Einstein. Entrevista especial com Carlo Rovelli

“Espaço e tempo agora são entendidos como aspectos de um campo dinâmico, uma espécie de enorme água-viva em movimento na qual estamos imersos”, destaca o físico italiano.

O físico e o artista trilham caminhos diferentes, mas rumam para o mesmo lado: a grande beleza. No fundo, parece ser o belo que nos leva a construir uma ética que possa ser compatível com o nosso espaço-tempo. Pensar os fenômenos da física é pensar o ser humano.

“Acho que os ensinamentos mais importantes da física são (1) que não devemos acreditar muito na intuição direta: devemos estar prontos para mudar a mente, e (2) não devemos acreditar no que as gerações anteriores pensavam: elas sabiam muito pouco, menos ainda do que nós”, sustenta o professor e pesquisador Carlo Rovelli, em entrevista por e-mail à IHU On-Line.

Rovelli considera a Teoria da Relatividade a mais bela das teorias. “Em primeiro lugar, porque é uma ideia muito simples (espaço e tempo se curvam). Em segundo lugar, porque previu uma longa lista de fenômenos incríveis (buracos negros, big bang, as ondas de espaço-tempo, retardamento do tempo…), os quais todos se confirmaram depois”, avalia.

“Ela (a Teoria da Relatividade) nos deu um entendimento diferente da natureza do espaço e do tempo. Espaço e tempo agora são entendidos como aspectos de um campo dinâmico, uma espécie de enorme água-viva em movimento na qual estamos imersos”, complementa.

Carlo Rovelli é doutor em Física pela universidade de Pádua. Atualmente é professor no Centro de Física Teórica da Universidade de Marseille, na França, e diretor do grupo de pesquisa em gravidade quântica do Centro de Física Teórica de Luminy.

Dentre seus inúmeros livros destacamos Covariant Loop Quantum Gravity. An Elementary Introduction to Quantum Gravity and Spinfoam Theory (Cambridge: Cambrige University Press, 2014); Sette brevi lezioni di fisica (Roma: Adelphi, 2014) e La realtà non è come ci appare. La struttura elementare delle cose (Milano: Cortina Raffaello, 2014). A única obra do autor traduzida ao português é Anaximandro de Mileto – o Nascimento do Pensamento Científico (São Paulo: Edições Loyola, 2009).

Foto: padovacultura.padovanet.it

Confira a entrevista.

IHU On-Line – De que forma a Teoria da Relatividade transformou o nosso modo de ver e compreender o universo?

Carlo Rovelli – De duas formas. Primeiro, ela nos deu um entendimento diferente da natureza do espaço e do tempo. Espaço e tempo agora são entendidos como aspectos de um campo dinâmico, uma espécie de enorme água-viva em movimento na qual estamos imersos. Em segundo lugar e, diria eu, mais importante, a teoria nos lembrou de que a realidade é muito diferente da nossa ingênua visão que temos dela.

IHU On-Line – Quais são as principais diferenças entre a Teoria da Relatividade Restrita e a Teoria da Relatividade Geral?

Carlo Rovelli – Einstein [1] escreveu duas teorias: a teoria da relatividade especial [ou restrita], em 1905, e a teoria da relatividade geral, em 1915. A primeira esclarece o fato de que há uma velocidade-limite: a velocidade da luz. A segunda é uma teoria da gravitação e esclarece o fato de que espaço e tempo podem dobrar-se e curvar-se.

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IHU On-Line – Como a Teoria da Relatividade se tornou a mais bela das teorias?

Carlo Rovelli – Em primeiro lugar, porque é uma ideia muito simples (espaço e tempo se curvam). Em segundo lugar, porque previu uma longa lista de fenômenos incríveis (buracos negros, big bang, [2] as ondas de espaço-tempo, retardamento do tempo…), os quais todos se confirmaram depois.

IHU On-Line – Do que trata a mecânica quântica? Como ela ajuda a compreender os fenômenos contemporâneos?

Carlo Rovelli – A mecânica quântica é, atualmente, a melhor teoria disponível para se descrever como tudo se move. Sem ela não seríamos capazes de compreender e lidar com átomos, com eletrônica, com a física nuclear, com lasers.

IHU On-Line – Qual a importância dos estudos de Max Planck [3] com sua Teoria Quântica, que revolucionou a física?

Carlo Rovelli – Max Planck realmente não entendeu o que ele estava fazendo em 1900, ao escrever as primeiras equações sobre os “quanta”; mas ele abriu o caminho.

“A mecânica quântica é, atualmente, a melhor teoria disponível para se descrever como tudo se move”

IHU On-Line – Como esses estudos ajudaram a compreender as propriedades da luz?

Carlo Rovelli – Muitos fenômenos relativos à luz, como, por exemplo, as células fotoelétricas que usamos para abrir as portas automaticamente, seriam completamente inexplicáveis sem a mecânica quântica.

IHU On-Line – Como Niels Bohr [4] nos ajuda a compreender que a realidade somente existe por meio da interação? A partir da Física, o que isso significa?

Carlo Rovelli – Bohr foi o primeiro a entender que, quando observamos um fenômeno físico, somos obrigados a interagir com ele. Se o fenômeno é graúdo (tipo uma pedra), essa interação não o altera. Mas, para fenômenos minúsculos (como um átomo), ela o faz. Portanto, não há maneira de observar um átomo sem perturbá-lo um pouco.

IHU On-Line – O que são partículas subatômicas e como elas ajudam a entender a realidade?

Carlo Rovelli – Toda a matéria que nos cerca é feita dessas partículas. Mas essas partículas não são tipo “pedrinhas”. São estranhos objetos quânticos que saltam de um lugar para outro.

IHU On-Line – Qual a contribuição da confirmação do Bóson de Higgs [5] para os estudos da física?

Carlo Rovelli – Ela confirma que está correta a teoria das partículas elementares desenvolvida na década de 1970.

IHU On-Line – Do que trata a gravidade quântica? Quais são os desafios da física para explicá-la melhor?

Carlo Rovelli – É o problema de se compreender o comportamento quântico do próprio espaço-tempo. Espaço-tempo é como uma imensa água-viva. Mas é também um objeto quântico. Ou seja, ela é feita de pequenos “quanta”, como é a luz. A gravidade quântica procura entender isso.

“Toda a matéria que nos cerca é feita dessas partículas”

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Carlo Rovelli – Repito: Ela muda nossa descrição do que são espaço, tempo e matéria e lembra-nos de que a natureza é muito diferente da nossa ingênua intuição sobre ela.

IHU On-Line – Como a física ajuda a compreender o ser humano? De que maneira reproduzimos a lógica do universo — ao mesmo tempo, complexos e integrados?

Carlo Rovelli – Acho que os ensinamentos mais importantes da física são (1) que não devemos acreditar muito na intuição direta: devemos estar prontos para mudar a mente, e (2) não devemos acreditar no que as gerações anteriores pensavam: elas sabiam muito pouco, menos ainda do que nós.

IHU On-Line – Qual a grande beleza da natureza?

Carlo Rovelli – Ah, penso que todo mundo acha maravilhosos aspectos diversos na natureza. Para mim, surpreendente e encantadora é sua variedade.

Por Ricardo Machado | Tradução Walter O. Schlupp

*Entrevista publicada originalmente na revista IHU On-Line, Nº. 474, 05-10-2015.

Notas:

[1] Albert Einstein (1879-1955): físico alemão naturalizado americano. Premiado com o Nobel de Física em 1921, é famoso por ser autor das teorias especial e geral da relatividade e por suas ideias sobre a natureza corpuscular da luz. É, provavelmente, o físico mais conhecido do século XX. Sobre ele, confira a edição nº 135 da Revista IHU On-Line, sob o título Einstein. 100 anos depois do Annus Mirabilis, disponível em http://bit.ly/ihuon130 e a edição 141, de 16-05-2005, chamada Terra habitável: um desafio para a humanidade, disponível em http://bi.ly/ihuon141. A Unisinos produziu, a pedido do IHU, um vídeo de 15 minutos em função do Simpósio Terra Habitável, ocorrido de 16 a 19-05-2005, em homenagem ao cientista alemão, do qual o professor Carlos Alberto dos Santos participou, concedendo uma entrevista. (Nota da IHU On-Line)

[2] Big Bang: a teoria do Big Bang, ou Grande Explosão, foi sugerida primeiramente pelo padre cosmólogo belga Georges-Henri Édouard Lemaître (1894-1966), quando expôs uma teoria propondo que o Universo teria tido um início repentino. A teoria do Big Bang, entretanto, não implica em demonstrar que algo explodiu ou que uma explosão foi a causa dessa dilatação ainda hoje observável, já que as lentes dos modernos telescópios espaciais usados atualmente permanecem descrevendo um resultado de explosão (uma fuga cósmica). Embora a Teoria do Big Bang seja a mais aceita pelos cientistas para explicar o início do universo, algumas contradições se mantém. (Nota da IHU On-Line)

[3] Max Planck [Max Karl Ernst Ludwig Planck] (1858-1947): físico alemão, considerado o pai da Teoria Quântica. Em 1899, descobriu uma nova constante fundamental, chamada em sua homenagem Constante de Planck, que é usada, por exemplo, para calcular a energia do fóton. Um ano depois, descobriu a lei da radiação térmica, chamada Lei de Planck da Radiação.

Esta foi a base da Teoria Quântica, que surgiu dez anos depois com a colaboração de Albert Einstein e Niels Bohr. De 1905 a 1909, Planck atuou como diretor-chefe da Sociedade Alemã de Física. Como consequência do nascimento da física quântica, foi premiado, em 1918, com o Prêmio Nobel de Física. Após sua morte, o instituto KWG passou a chamar-se Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (MPG, Sociedade Max Planck para o Progresso da Ciência). (Nota da IHU On-Line)

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[4] Niels Bohr (1885-1962): físico dinamarquês que desenvolveu a teoria da natureza do átomo. O prêmio Nobel de Física que ganhou em 1922 deve-se ao seu trabalho sobre estrutura e radiação atômica. Com a idade de 28 anos, Bohr publicou sua teoria que explicava, através da teoria quântica de Max Planck, os problemas surgidos com a descoberta da radioatividade.

No dia 17 de maio de 2005, durante o Simpósio Internacional Terra Habitável, foi apresentada a peça Copenhagen. A trama do espetáculo remete a um misterioso encontro em 1941 entre Niels Bohr e Werner Heisenberg, alemão encarregado do programa nuclear de Hitler.

A montagem foi do Núcleo Arte Ciência no Palco, da Cooperativa Paulista de Teatro, com texto de Michael Frayn. Os protagonistas da peça, Carlos Palma (Werner Heisenberg), Oswaldo Mendes (Niels Bohr) e Selma Luchesi (Margarethe Bohr), foram entrevistados na edição 142ª da IHU On-Line, de 23-05-2005, disponível em http://bit.ly/ihuon142. (Nota do IHU On-Line)

[5] Bóson de Higgs: partícula elementar bosônica prevista pelo Modelo Padrão de partículas, teoricamente surgida logo após o Big Bang de escala maciça hipotética predita para validar o modelo padrão atual de partícula. Representa a chave para explicar a origem da massa das outras partículas elementares. Todas as partículas conhecidas e previstas são divididas em duas classes: férmions e bósons (partículas com spin inteiro).

O bóson de Higgs foi predito primeiramente em 1964 pelo físico britânico Peter Higgs, trabalhando as ideias de Philip Anderson. Entretanto, desde então não houve condições tecnológicas de buscar a possível existência do bóson até o funcionamento do Grande Colisor de Hádrons (LHC), em meados de 2008.

A faixa energética de procura do bóson vem se estreitando desde então e, em dezembro de 2011, limites energéticos se encontram entre as faixas de 116-130 GeV, segundo a equipe ATLAS, e entre 115 e 127 GeV de acordo com o CMS. A 4 de julho de 2012, cientistas da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear – CERN anunciaram que, ao fim de 50 anos de investigação, descobriram uma partícula nova que pode ser o bóson de Higgs.

Leia a edição 405 da revista IHU On-Line, intitulada O Bóson de Higgs e a elegância invejável do Universo, de 22-10-2012, disponível em http://bit.ly/18nGLSZ. (Nota da IHU On-Line)

Fonte: http://www.ihu.unisinos.br/entrevistas/547559-a-grande-beleza-entrevista-especial-com-carlo-rovelli

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4 comentários

  1. O antropocentrismo ainda é

    O antropocentrismo ainda é muito forte, até nas ciências exatas. A teoria da relatividade é mais um paço em direção a quebra do imaginário antropocêntrico. 

    Os seres humanos tem a limitação de seu ponto de vista, por isso tamanha dificuldade de entender algo em escalas inimagináveis. A relatividade é muito importante pois permite irmos além de nossa escala de percepção. Tempo e espaço são duas mediadas de um mesmo fenômeno. Um não pode existir sem o outro.

     

  2. Carlo Rovelli é um dos pais

    Carlo Rovelli é um dos pais da quantização canônica da gravitação. Em que consiste isso? A quantização canônica consiste em encontrar variáveis conjugadas na formulação hamiltoniana (por ex: momentum linear e posição de uma partícula) de uma teoria, que é a forma matemática em um espaço abstrato de dimensão par (2,4,6,8,…2n) de se escreve-la. Descobertas essas variáveis a quantização é feita identificando-as com operadores de mesmo nome que não comutam entre si, ou seja o produto AB – BA é diferente de zero. Esses operadores atuam em espaços infinitos em cada ponto do espaço-tempo. Em outras palavras a quantização consiste em introduzir em cada ponto do espaço-tempo um espaço infinito de possibilidades. Creio que se pode pensar isto como se estivéssemos trazendo a cada ponto a presença do Universo inteiro.

    Carlo Rovelli produziu seu trabalho pioneiro juntamente com Abiay Ashtekar e coroou um esforço imenso da comunidade de físicos que trabalham nesta área do conhecimento ao identificar estas variáveis. O projeto prosperou com Lee Smolin e outros na criação do programa de quantização da gravitação através das variáveis de “loop”. Quem se interessar pelo assunto há um excelente livro de divulgação em português de autoria de Lee Smolin: Três Caminhos para a Gravidade Quântica. 

  3. O Trem jocaxiano

    O Trem Jocaxiano
    Por Jocax Novembro/2016
    ===========================

    Resumo: Este artigo mostra duas situações bastante simples e análogas em relação ao experimento mental clássico
    (conhecido como o ‘Trem de Einstein’) que explica a dilatação temporal e depois aponta uma contradição entre elas.

    O Trem de Einstein
     
    É familiar a todo estudante de teoria da relatividade restrita a experiência mental que mostra
    a dilatação temporal ocorrendo quando se postula a invariancia da medida da velocidade da luz.
    Podemos ver, a seguir, alguns links de sites com exemplos:

    O trem de Einstein e a dilatação do tempo:

    1- http://acervo.novaescola.org.br/ciencias/fundamentos/einstein-teoria-relatividade-dilatacao-do-tempo-605460.shtml

    2- http://www.infoescola.com/fisica/dilatacao-do-tempo/

    3-http://alunosonline.uol.com.br/fisica/dilatacao-do-tempo.html

    Podemos ver, nestes exemplos clássicos,  que o observador que vê o feixe de luz ir e voltar pelo mesmo caminho em seu referencial,
    (nestes exemplos o observador que se encontra dentro do vagão onde também se encontra a fonte de luz)
    calcula um tempo menor  para o percurso da luz do que o observador que observa a luz fazendo um caminho mais longo,
    como parte de um “triângulo” (neste caso, o observador na estação).

    Por isso, o relógio do observador que está no vagão anda mais devagar em relação ao observador que o que está parado na estação
    (que mede um tempo maior para o percurso da luz), de modo que, para ambos, a velocidade da luz seja a mesma (=c).

    Este Fenômeno este é conhecido como “dilatação temporal”.
    ( Resumindo sofre dilatação temporal quem observa a luz fazer o menor caminho, neste caso, quem está dentro do trem em movimento ).

    Tudo muito didático e simples. Eis que então surge o Trem Jocaxiano .

    O Trem Jocaxiano

    O trem jocaxiano nada mais eh que o velho trem de Einstein com um belo furo no chão ! 🙂

    Quando o trem passa  , uma lanterna, parada no solo da estacao, emite um feixe de luz  através do furo e entra no trem em movimento bate no teto espelhado do trem
    e volta para a mesma lanterna que emitiu o feixe(se o furo for suficientemente grande).

    Ou seja, quando o trem jocaxiano passa, a luz entra pelo furo bate no teto e volta pra lanterna fazendo um vai e volta semelhante
    ao Trem de Einstein mas, quem está na estação agora é que observa  a luz ir e voltar pelo mesmo caminho (o caminho mais curto!).
     
    Já para o observador que está no vagão em movimento a luz faz um percurso mais longo,  como uma parte de “triângulo”.
    Ou seja, quem está no vagão em movimento observa um caminho *maior* do feixe de luz do que o observador parado na estação.

    Portanto , como os dois observadores devem medir a mesma velocidade para a luz, o tempo,  dentro deste Trem jocaxiano,
    passa mais rápido do que  para o observador que está parado na estação e vê a luz fazer o menor caminho.

    Assim, neste caso, sofre dilatação temporal quem está fora do trem, em repouso. Isto é o tempo passa mais rápido para o observador
    no trem em movimento: aquele que observa a luz fazer um caminho mais longo.
     
    Paradoxo

    Portanto este experimento mental mostra que temos um paradoxo na relatividade restrita, o mesmo trem físico,
    os mesmos observadores, sofrem uma dilatação temporal que depende de onde parte a luz , se de dentro do trem ou fora dele !!

    Referencias:
    O Paradoxo das Gemeas:
    https://social.stoa.usp.br/paradoxosrelat/blog/paradoxo-das-gemeas
     
     

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