a física e o universo - rodrigo horst

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Page 1: A Física e o Universo - Rodrigo Horst
Page 2: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Este livro é destinado aos muitos e muitos jovens, e para aqueles que se interessam pela física. Comecei a estudar física, porque queria entender a natureza. Queria entender como funcionam as coisas. Como funciona o tempo, como funciona a matéria, tudo. Um enorme desafio. Um objetivo tão grande, que pareceu muitas vezes inatingível. O agravante era que a física não explica quase nada, ela apenas descreve a natureza. Hoje posso dizer que consegui atingir meu objetivo, de modo geral. A física é apenas um modelo teórico. Qualquer modelo que descrevesse tudo no Universo, seria muito complicado, e inútil, por isso, o importante é saber as ideias gerais ou básicas. A física nunca ficará totalmente pronta ou acabada, pois a criatividade e a observação são quase infinitas. Espero que este livro possa fornecer valiosos subsídios. Se o livro puder colaborar no entendimento da física, então seu objetivo terá sido atingido, e sua finalidade alcançada.

Page 3: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

“Anteanau,oquesemoveéocontinente”

MichelFoucault

Page 4: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Apresentação

Este livroédestinadoaosmuitosemuitos jovens,eparaaquelesquese

interessampelafísica.

Comecei a estudar física, porque queria entender a natureza. Queria

entendercomofuncionamascoisas.Comofuncionaotempo,comofuncionaa

matéria,tudo.Umenormedesafio.Umobjetivotãogrande,quepareceumuitas

vezesinatingível.Oagravanteeraqueafísicanãoexplicaquasenada,elaapenas

descreve a natureza. Hoje posso dizer que consegui atingir meu objetivo, de

modogeral.

A física é apenas ummodelo teórico.Qualquermodelo que descrevesse

tudo no Universo, seria muito complicado, e inútil, por isso, o importante é

saberasidéiasgeraisoubásicas.

Afísicanuncaficarátotalmenteprontaouacabada,poisacriatividadeea

observação são quase infinitas. Espero que este livro possa fornecer valiosos

subsídios. Se o livro puder colaborar no entendimento da física, então seu

objetivoterásidoatingido,esuafinalidadealcançada.

RodrigoHorst

Page 5: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Mecânica

“Todapalavraéumaformade imposição. Já fuibastantecastigadopor

livrosepalestras…”

Os primeiros ensaios conhecidos, de Ptolomeu e de Aristóteles, eram

satisfatórios na tentativa de estabelecer relações entre a realidade, dentro do

contexto em que viviam, mas insuficientes para explicar questões mais

abrangentes.Admitir-sequeaTerraestánocentrodoUniverso,éválido,desde

quetome-secomolimiteparaesse“Universo”emtornodaprópriaTerra.Eisto

éumexemplodeumaleidafísicaapenaslocal,quefuncionalocalmente.

Isaac Newton nasceu emWoolsthorpe, Lincolnshire, na Inglaterra, no mesmo

ano em que faleceu Galileu, l642, o que não significa nada, além de uma

curiosidade. Informações parciais e sugestivas, ou até mesmo desconexas,

formamtodaa

históriadopensamentohumanoatravésdos séculos,nabuscade respostaspor

mentesque sãomuitasvezesbrilhantese sempredispostas a encontrá-las,nos

trazendoatéestaspáginas.

OtrabalhodeNewtonéumorgulhonãosóinglês,masdetodaahumanidade.

Newtonfoitalvezomaiorgênionacomposiçãodeummodeloquedescrevesse

a natureza tal e qual a percebe nossos sentidos, tão eficiente e conciso que

permanece vivo nas páginas dos livros impressos hoje, não como um caso

particular,mascomoumaalternativaúnica.

As hipóteses de Newton concordavam tão bem com o senso comum, que

assaram a ser consideradas leis do movimento. Sua obra é datada de 1666,

consideradaumacontribuiçãoparaahistóriadaciência.

EmPrincípiosMatemáticosdaFilosofiaNatural,Newtonsintetizaasobrasdos

queo antecederam; amecânica deGalileu e a astronomiadeKepler, alémde

apresentar suas contribuições. O núcleo central do livro são três leis

fundamentais.

AprimeiraleideNewtondescreveque“todocorpopermaneceemseuestado

derepouso,oudemovimentouniformeemlinhareta,amenosquesejaobrigado

Page 6: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

amudardeseuestadoporforçasimpressasnele”.Asegundaleidescreveque“a

mudançadomovimentoéproporcionalàforçaimpressaesefazsegundoalinha

retapelaqualseimprimeessaforça”.Aterceiraleidizque“àumaaçãosempre

existeumareaçãoigualeessassedirigemapartescontrárias”.Aconcepçãoque

Newton tinha para o funcionamento de suas leis da mecânica a respeito do

Universo,eraabsolutista.

NewtonviaoUniversodotadodeespaçoetempoabsolutos.Emsuaspalavras,

“oespaçoabsolutopermanececonstantementeigualeimóvel,emvirtudedesua

natureza,esemrelaçãoalgumacomnenhumobjetoexterior;oespaçorelativo,

ao contrário, é uma medida ou uma parte móvel do primeiro, que nossos

sentidos assinalam graças à sua situação em relação a outros corpos e que,

geralmente, se confunde comopróprio espaço imóvel, por erro (…)o tempo

absoluto,verdadeiroematemático,porsimesmoeporsuapróprianatureza,flui

uniformemente sem relação com nada externo; por isso mesmo é chamado

duração”.

Newton permaneceu fiel às suas hipóteses básicas. As dificuldades nunca

chegaram a comprometer a funcionalidade local das leis de Newton, aqui na

superfíciedaTerraporexemplo.

Como local, o modelo de Newton é perfeito, mas quando se expande o seu

alcance,problemasvãoaparecendoemfunçãodaspremissasquelhedãoorigem,

ao ponto de tornar-se inútil para velocidades muito altas e massas muito

pequenas.

“Inferir os movimentos verdadeiros de suas causas, de seus efeitos e de suas

diferenças aparentes, ou, inversamente, deduzir dos movimentos, quer

verdadeirosqueraparentes,suascausaseefeitos…Éparaessefimquecompus

estetrabalho”escreveuNewton.

Comonoefeitodominó,afundamentaçãoabsolutistaqueNewtonadotoupara

o tempo e para o espaço, comprometeu toda a seqüência da aplicação de sua

obra,pois esta serveparadescrever apenasumsistema local e fechado,deum

único referencial inercial. A explicação que Newton formulou para toda a

natureza,explicaapenasumpequenopedaçodessa,éumcasomuitoparticular

Page 7: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

deumaexplicaçãomaioroumaiscompleta.

A cada dia são ampliadas as fronteiras da ciência, e fatos novos são

acrescentados à teoria do conhecimento. Portanto estranho seria se tivesse

acontecido de outra forma. Em O Peso e o Equilíbrio dos Fluidos, Newton

elaborou algumas definições, que devem ser consideradas válidas hoje também

apenaslocalmente.

DefiniçãoI:Lugaréumapartedoespaçoqueumcorpoenche.

DefiniçãoII:Corpoéaquiloqueencheumlugar.

DefiniçãoIII:Repousoéapermanêncianomesmolugar.

DefiniçãoIV:Movimentoéamudançadelugar.

Essas definições só fazem sentido se tomadas em relação a um único

referencial.

Dois observadores em referenciais diferentes não chegam às mesmas

conclusõessobreummesmofato,apesardessefatoserúnico.

NewtonatacouateoriadeRenéDescartes,afirmandoqueDescartesincorria

emcontradições.“Comefeito,afirmaeleque,emsefalandoemsentidopróprio

eemconformidadecomosentirfilosófico,aTerraeosdemaisplanetasnãose

movem.AlegaigualmentequeaquelequeafirmarqueaTerrasemovedevidoà

suamudançacomrespeitoàsestrelasfixas,falacontraosditamesdarazão(…)

Entretanto,maisadianteatribuiàTerraeaosdemaisplanetasumatendênciaa

se afastaremdo sol comodeumcentro em tornodoqual giram, tendência em

virtude da qual são equilibrados nas suas devidas distâncias do sol por algo

semelhante ao turbilhão em rotação. Afinal, onde está a verdade? (…)

Dificilmente sepodeconsiderarcoerenteconsigomesmoo Filósofo.”Esegue

Newton questionando por algumas páginas o texto de Descartes. Observa

Newton: “Descartes afirma que a Terra e os demais planetas, bem como as

estrelas fixas, estão em repouso, falando em sentido próprio, e não obstante

mudamassuasposiçõeselativas.”

Page 8: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Por esta observação é possível compreender toda a fúria e inquietação de

Newton, porque ele partia da crença no espaço e tempo absolutos, colidindo

comoraciocíniojárelativistadeDescartes.SegueNewton:“Finalmente,para

evidenciar aomáximo o absurdo da posição deDescartes, direi que ela leva a

concluirqueumcorpoemmovimentonãotemnenhumavelocidadedeterminada

e nenhuma linha definida na qual se move. (…) não se pode afirmar que a

velocidadedeumcorpoquesemovesemresistênciasejauniforme,nemsepode

dizerqueéretaa linhanaqualseefetuaoseumovimento.Pelocontrário,não

pode haver movimento, pois não pode existir movimento sem uma certa

velocidadeedeterminação.”

EinsteinformulouasuateoriadaRelatividadepartindodedoispostulados

muitosimples:

1.Omovimentoabsolutouniformenãopodeserdetectado.

2.Avelocidadedaluzéindependentedavelocidadedafonte.

Conseqüênciasouinterpretaçõespossíveisdessesdoispostulados:

1.Omovimentoabsolutouniformenãoexiste,paratodososefeitos.

Todafontedeluzestásempreemrepousopróprio.

Einstein sugeriu a inutilidade da busca por referenciais absolutos,

necessários para Newton, concluindo que todo referencial é relativo a seus

observadores, e não apenas isso, que toda observação relativa é igualmente

válida. Houve uma revolução. O fato dos dois postulados de Einstein

encontrarem total evidência prática, demoliu a concepção absolutista sobre

espaço e tempo, trazendo como conseqüências a dilatação do tempo e a

contração do comprimento. Mas o que aconteceria com todo o conhecimento

acumuladosobrefísicaatéentão?AsequaçõesclássicasdeNewtonfuncionavam

muitobemparasistemas locais,enãopoderiamsimplesmenteserabandonadas

ouesquecidas.

Page 9: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Procurou-se inconscientemente a formamenos traumática de transição,

adaptando-se as velhas fórmulas clássicas locais e incompletas, para algo um

pouco mais abrangente, produzindo-se assim as noções de momento

relativístico, energia relativística, massa relativística e outras, com sucesso

renovado. Como nas trocasmatemáticas, o espaço e o tempo que antes eram

fixos, passaram a ser variáveis, e a velocidade da luz que antes era variável,

passouaserfixa.Assim,afísicaclássicapermaneceuvivacomalgunsretoques

de relatividade, pois observou-se logo que os efeitos dos índices relativísticos

erammuitopequenos,atédesprezíveiscomosugeridoporNewton,emrazãoda

velocidadeda luz sermuitograndequandocomparada comasvelocidadesdos

corposmateriais.

Estava resolvida a Mecânica Moderna. No entanto, as equações

clássicasforamadaptadasdeformaaatenderaosegundopostuladodeEinstein,

e não objetivando necessariamente o primeiro. Ironicamente, voltamos a uma

situaçãoaquijávistadahistória.

ComotodasasequaçõesrelativísticasdeEinsteinnãopassamdeequações

clássicas adaptadas ou corrigidas, cai-se na mesma ressalva utilizada para a

localidadedasleisdeNewton.

Se analisamos as equações relativísticas (dadas em função do segundo

postulado)deumaformalocal,estasrespondemcomperfeição,masnãoservem

paraaanálisedeumtodomaisgeraloumaisamplo.

Selevamosemconsideraçãooprimeiropostuladoquedizqueomovimento

absoluto uniforme não pode ser detectado, fica claro que alguns conceitos

clássicoseatéosadaptadospelaRelatividade têmqueobrigatoriamenteperder

osseussignificados.

Richard Feynman escreveu que “a causa para o movimento retilíneo e

uniforme, no caso de não existirem forças, não é conhecida. Não se conhece

nenhumaexplicaçãoparaque as coisas sigamem frente…A leida inércianão

temqualquerorigemconhecida.”

Existe uma explicação bem razoável, dada pelo primeiro postulado de

Einstein.

Page 10: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Comotodoreferencialparaomovimentoérelativo,enãoexistemnoUniverso

referenciaisabsolutosparaomovimento,todoequalquerreferencial,apesarde

existir,énulo.

Quandoseperguntaqualéavelocidadedeumautomóvel,porexemplo,

pode-se responder que são todas. Em relação a estrada, é uma, em relação a

outroautomóvel,éoutra,emrelaçãoaluaéaindaoutra,eassimpordiante.De

cada referencial relativo é observada uma velocidade relativa diferente para o

automóvel.

Masentãoqualé,deformaverdadeira,comodiriaNewton,avelocidadedo

automóvel?

Aconclusãomaispura,partindo-sedoprimeiropostuladodeEinstein,éque

o automóvel está sempre em repouso. Curioso? Uma visão da realidade

totalmenteadmissível.

Comonenhumreferencialéabsoluto,todososreferenciaispodementãoser

consideradosinsuficientesnadeterminaçãodavelocidade,poisnãohánadaque

sepossautilizarparamediravelocidadedoautomóvelde formaverdadeiraou

absoluta, sendoperfeitamente natural e possível sob o olhar do conhecimento,

inclusiverelativístico,admitirqueomesmoencontra-sesempreemrepouso,em

sentidopróprio,comodefiniuDescartes.

Asconclusõesaquesechegapartindo-sedessapremissasãomaisgeraisdo

que as fechadas e locais conclusões clássicas e relativísticas que partem do

segundopostuladodeEinstein.

SegueaindaNewtonsobreaobradeDescartes:“…vistoqueoespaçonão

temnenhuminícionempartesintermediárias,conclui-sequenãohouvenenhum

espaçopercorrido, conseqüentemente,nenhummovimentodeterminado (…)o

movimento cartesiano não é movimento, pois não tem velocidade, nem

definição,nãohavendotampoucoespaçooudistânciapercorridosporele…”

TodaaobradeNewton,ébaseadanaidéiadeumespaçoinvariável,ouque

ésempreomesmoparatodososobservadores.QuandonadefiniçãoIeleescreve

que Lugar é uma parte do espaço que um corpo enche, e na definição IV ele

Page 11: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

escrevequeMovimentoéamudançadelugar,aconceituaçãoqueNewtonfaza

respeitodelugarédealgototalmentedefinido,fixo,comoseoespaçopudesse

serdemarcadocomestacasqueindicassemopontoA,opontoB,aretaAB,o

quadradoeo cubo.Essa é adefiniçãode lugarparaNewton.Eo conceitode

movimentocomosendo“mudançadelugar”,implicaemalterarasdistânciasem

relaçãoàqueleconjuntodeestacas.

QuandoatravésdaRelatividadedescobre-sequetaisestacasnãoexisteme

que jamais poderão ser fixadas, o conceito de lugar bem como o conceito de

simultâneopassaaserdefinidopelosobservadores individualmente,queobtêm

medidasdiferentesparaummesmofato.

Não necessariamente, observadores diferentes concordarão a respeito da

definiçãodeummesmolugar,nemsobreummesmomovimento.

A definição de movimento como sendo mudança de lugar, não pode

encontrarsustentaçãoemumsistemanão-absoluto,poisumcorponãopassade

umaparteparaoutradoespaço,pelaausênciatotaldetais“partes”.

Adificuldadeprincipalaquiresidenofatodetentar-sedefiniralgoisolando-

se este do todo. Amaneira humana de entender o Universo, é quebrá-lo em

partes do tamanho que possam ser compreendidas. Nossas definições em sua

grandemaioria,sãocapazesdefalartudosobrealgodemaneiraanãofalarnadaa

respeitodetodoomaisrestante.Assimtambémacontececomasdefiniçõesde

Newton.

Mas como afirmar que todas as coisas estão em repouso, interpretação

perfeitamenteadmissível,seasdistânciasentreelasvariam?

Esteaparenteparadoxopodesersuperadosesãosuperadasasdiferençasque

nos fazem distinguir os corpos em corpo 1 e corpo 2 e assim defini-los, por

exemplo.

Novamente nossas limitações humanas, bem como nossos sentidos, nos

transmiteminformaçõesquecomcertezanãosãodefinitivas.

Se admitimos que não existemdiferenças que nãopossam ser superadas

entreoscorposeopróprioespaço,notamosqueasdistânciasquevariamnãosão

tangíveis,massimumapercepçãohumanadanatureza,equeessas“distâncias”

Page 12: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

não correspondem necessariamente a algo. Todas as coisas, vistas como uma

mesmarealidadeúnica,nãosemovem.

AcoesãodomodelodeEinsteinlevaaconcluirque,paraodesesperodo

modelodeNewton,oespaçoeotempopossuemcaracterísticasmuitodiferentes

dasimaginadaspelosensocomum.

É uma característica do espaço (e tambémdo tempo) apresentar-se sem

divisõesoupartesintermediárias,ouqualqueroutraespéciequepossaviraservir

dereferencialquandodatomadadeposiçãoparaadeterminaçãodomovimento

doscorpos.

Oespaçoeotempopossuemessaadmiráveleinteressantecaracterística,de

permitiràmatériatransitarsemqueistosignifiqueumefetivodeslocamentoem

relaçãoaopróprioespaço-tempo.

O espaço-tempo é em sua natureza indefinido, contínuo. Apesar das

distânciasentreoscorposvariarem,éperfeitamentepossívelafirmar-sequecada

corpopermaneceemrepouso,porquenãoexisteomovimentoabsoluto.

Oconjuntodoespaçocomotempoformaoespaço-tempo,poisotempo

seriaapenasmaisumadimensãoaliadaastrêsoutrasdoespaço.

Idêntico a qualquer uma dessas três dimensões do espaço, o tempo na

realidadenãoflui,nãoescoa,nãopassa,nemsedeslocaparalugaralgum.

Comooespaço,o tempodeveservistosemdevaneiosmais temperados.

Discorrer sobre viagens no tempo para o passado é inútil, pois como nenhum

corpo é capaz de deslocar-se efetivamente em relação ao espaço, ou, como é

perfeitamentepossíveladmitir-sequetodocorpoestáemrepousoemrelaçãoao

espaço,tambémoestáemrelaçãoaotempo,conseqüentemente(nãoemrelação

aostemposrelativos,obviamente).

Todomovimentoretilíneouniforme,deacordocomoprimeiropostuladode

Einstein,é tambémumasituaçãoderepouso.Nãohárazõesparasesuporque

os movimentos acelerados difiram em essência dos movimentos retilíneos

uniformes,sendotodooconjuntodosmovimentos,relativos,ouseja,nenhum

sedádeformaabsoluta.

Apesardoenvolvimentodeforças,aRelatividadeGeraldeEinsteinmostra

Page 13: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

que não se pode afirmar que um corpo se movimenta acelerando de forma

absoluta,pois istoécompletamenteequivalenteaumcampogravitacionalpor

exemplo.

SegundoaRelatividadedeEinstein,umamesmaquantidadedemassa,em

repouso em um referencial R1, é diferente se medida a partir de um outro

referencial,R2.

AmediçãodamassaapartirdoreferencialR1apresentacomoresultadoo

valor m1, enquanto a medição da mesma massa a partir do referencial R2

apresentacomoresultadoovalorm2.

QuandoamassaestáemrepousoemR1,ovalorencontradom2émaiorque

ovalorencontradom1.

Éinteressantenotarque,seocorrerapassagemdessamassadoreferencial

R1paraoreferencialR2(dorepousoemR1paraorepousoemR2),observadores

localizados em R1 medem um aumento na massa de m1 para m2, enquanto

observadores localizadosemR2medemumadiminuiçãonamassadem2 para

m1. Um observador que acompanha o translado damassa de R1 para R2, no

entanto,nãomedealteraçãoalgumanessamassa.

OaumentoauferidopelosobservadoresdeR1énumericamente iguala

diminuição auferida pelos observadores de R2, sendo essas variações

quantitativamente iguais,porémopostas.Oresultadoglobaldessasvariaçõesé

portantoigualazero.

DuranteotransladodamassadeR1paraR2,observadoreslocalizadosem

R1 medem um aumento da Energia Cinética, exatamente proporcional a

diminuiçãodaEnergiaCinéticamedidapelosobservadoreslocalizadosemR2.A

EnergiaCinéticatotalé,portanto,igualazero.

TodososobservadoresconcordamqueháumavariaçãodeEnergiaCinética

no processo, no entanto, se observada globalmente, não é produzido efeito

algum,ouseja,osomatóriodasobservaçõesénulo.

SeprocurássemoshojeconceituaraEnergiaCinéticanosmoldesdotrabalho

deIsaacNewton,levandoemconsideraçãotodooconhecimentoacumuladoaté

hoje,umadefiniçãocoerente,chegaríamosàconclusãodequeaEnergiaCinética

Page 14: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

éalgoquenãoexiste,ou,queéapenasaparente.Elaésim,umeficienteartifício

matemático.

Como toda e qualquer outra forma de energia pode ser convertida em

EnergiaCinética, inclusiveamatéria,quepodeserconvertidaemenergia,nem

matérianemenergiasãorealidadesdefinitivasouindestrutíveis.

Aleidaconservaçãodamatéria-energiaétambémlocal,comoqualquerlei

conservativa,sófuncionadentrodelimites,localmente.

A total inexistência de referenciais absolutos para a definição do

movimento, possibilita admitir que a idéia mais coerente da situação de cada

corpomaterialéorepouso.

O movimento absoluto jamais poderá ser detectado, assim, podemos

considerarquetudoestáemrepouso,emsentidopróprio,oquedesfazoconceito

daEnergiaCinéticacomosendo“algo”,emqualquersituação.

Conseqüentemente,eliminaaindestrutibilidadeouconservaçãodequalquer

outraformadeenergia,bemcomoadamatéria.

Emnão existindo referenciais absolutosparaomovimento, tambémnão

existeadiferençaentrerepousoemovimento,paraoUniverso,paraotodo.

Essadistinçãoérelativa,esóexisteparaobservadoresrelativos,localmente.

Amassanãoéalgoqueexisteporsisó.

Aconclusãoarespeitodoconceitodemassa,équeestanãoéalgomaisdo

queumaformademanifestaçãomaiscomplexaeorganizadadeenergia,queé

maissimplesqueamassa,eporissomesmoestatisticamentemaisestável.

Aenergianãoéasituaçãomaissimplesqueexiste.

Oespaçoémaissimples(estatisticamentemaisestável)doqueaenergia,e

existeembemmaiorquantidadenoUniverso.Tambémoespaçopossuialgumas

regras,localmente.

O espaço é o que nos interessa (caímos, aqui, em limites relativísticos)

dentro do Universo conhecido. O nada absoluto não existe porque seria

necessariamenteextremamenteorganizado(sóexisteumasituaçãopossívelpara

aexistênciadonadaabsoluto:onada,absoluto),assimcomotambémnãoexiste

Page 15: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

o espaço “vazio”. Tais conceitos não são maleáveis, não são elásticos, não

admitemvariações.Porissonãoexistem.Nãoexisteenãopodeexistirnenhuma

definição fechada em si mesma, ou auto-suficiente, independente, ou isolada,

comoastrabalhavaNewton.Taisdefiniçõessãosemprerelativas.

Aleideconservaçãodamassa-energia,élocal,enãopossuiindependência

ouautonomiasempre,podendoserampliadapara leideconservaçãodamassa-

energia-espaço-tempo, o que não mudaria, para efeitos práticos, os resultados

locais de cálculos relativísticos obtidos, mas, ampliaria as margens do

conhecimentosobreoUniverso.

A massa, como tudo o mais que existe, não possui um “isolamento”

conservativo (ou possui, mas apenas localmente), e pode ser obtida por um

processo inverso ao da “perda” da Energia Cinética, que pode ser obtida de

qualqueroutraformadeenergia,eglobalmenteésemprenula.

Page 16: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Tempo

“Qualquerconceitopessoaldetempo,paraoastronauta,quasecertamente

chegaráaofimjuntocomele(…)”StephenHawking

EscreveuHawkingsobreanaturezadotempo:“…nossavisãodanatureza

do tempo se modificou no decorrer dos anos. Até o início deste século, as

pessoasacreditavamnotempoabsoluto,ouseja,quecadaacontecimentopodia

ser rotulado por um número único e diferenciado chamado “tempo” (…)Mas

comadescobertadequeavelocidadeda luzéamesmapara todoobservador,

(…)tivemosqueabandonaraidéiadequehouvesseumtempoúnicoeabsoluto.

Emlugardisso,cadaobservadorteriasuaprópriamedidadotempo,(…)Assim,

o tempo passou a ser um conceitomais pessoal, relativo ao observador que o

media.”

Descobriu-se que não existe umpadrão único de tempo.Em vez disso,

cadaobservadortemseuprópriotempo.Otempocontinuasendoumconceito

não explicado, apenas descrito, para a maioria, e por isso mesmo produz

interpretaçõesdasmaisconfusas.

Otemponadamaisé,queumamedida-padrãodedeslocamentonoespaço.

Umdia,éumamedida-padrão,demarcadapelarotaçãodoplanetaTerraem

torno do seu próprio eixo imaginário, e os tempos de todos os demais

deslocamentosqueocorrememrelaçãoasuperfíciedaTerra,sãopartesdadasem

relaçãoàqueledeslocamentopadrão.

Otemponãoéalgotangível,enãopossuiumanaturezaprópriadiferenteda

utilizada por nós como medida de deslocamento, ou seja, não possui uma

existência independenteouseparadadanoçãodedeslocamento,queé relativa.

Nenhumdeslocamentoexistedeformaabsoluta.

É possível demonstrar, que a distinção entre tempo (medida-padrão de

deslocamentonoespaço)eopróprioespaçodesaparececompletamentequando

usamosumaescaladenúmerosimagináriosparamedirotempo.Narealidade,o

tempoéimaginário.Aidéiade“deslocamento”sótemvalidadelocal,emumou

dois referenciais no máximo, e é indistinguível do espaço, pois o conceito de

Page 17: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

tempo não existe separado da idéia de deslocamento no espaço, que só é

localmenteválida.

AindaconformeHawking:“ApenassepudéssemosvisualizaroUniversoem

termosde tempo imaginário équenãohaveria singularidades. (…)Quando se

retornaaotemporealemquevivemos,entretanto,aindateremosaimpressãode

quehásingularidades.(…)Issopodesugerirqueochamadotempoimaginárioé,

na verdade, o tempo real, e que aquilo que chamamosde tempo real é apenas

frutodenossaimaginação.(…)talvezaquiloaquechamamostempoimaginário

seja, na realidade,mais básico, e aquilo a que chamamos real seja apenas uma

idéia que inventamos para nos ajudar a descrever como pensamos que é o

Universo.(…)umateoriacientíficaésimplesmenteummodelomatemáticoque

criamosparadescrevernossasobservações;eleexisteapenasemnossasmentes.

Assim, não faz sentido indagar o que é real, o tempo “real” ou “imaginário”.

Trata-sesimplesmentedesaberqualdeleséadescriçãomaisútil.”

OqueHawkingchamade“tempo real”éoconceitode tempoquevem

desdeantesdeNewton,equeatéagorapermaneceuintocávelgraçasaginástica

desenvolvidaporEinsteincomointuitodemantê-loassim.

Otempoé,umamaneirapadrãodemedirdeslocamentosnoespaço,queé

totalmentedependentedapróprianoçãodedeslocamento,equenãoocorrepara

oUniverso,nãoocorreparaotodo.

Otempoé,portanto,apenasumvaliosoartifício,deenormeutilidadelocal,

equenãotemvalidadeparaoUniverso,nãotemvalidadeparaotodo.

Page 18: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

SetadoTempo

Muitosfísicoscostumammencionar,etrabalhamutilizandoaidéiadeuma

direçãoparaotempo.Essadireçãoseriaocaminhonotempo,quepareceexistir,

do passado para o futuro. Essa idéia de que o tempo flui do passado para o

futuro,éutilizadanosdiagramasdeFeynman,eéumaidéiabastantevelha.

Nósusamosaseqüênciadoseventosparadeixar,oucolocaremordem,as

nossasmemórias,masaidéiadequeotempofluioupassa,nãocorrespondeao

Universo,nãocorrespondeaotodo,ou,nãotemsentidoalgumparaoUniverso.

Deformanão-reducionista,não-local,geraloucompleta,aidéiadefluxodo

temponãoéválida.

Assim, as perguntas à primeira vista tão desafiadoras “Por que o tempo

passa?”, ou “Como o tempo passa?”, só fazem sentido localmente, porque o

temponãoexisteparaoUniverso,paraotodo.

EmumdiagramadeFeynman,aspartículasmovem-sesempreparaafrente

notempo,indosempredopassadoparaofuturo,maspodemmover-separatrás,

ouparaafrentenoespaço.

Absolutamente nada nos impede de montar um diagrama de Feynman

totalmente ao contrário, totalmente ao inverso.Nessediagrama, aspartículas

todas voltam no tempo, indo sempre do futuro para o passado, invertendo-se

tambémclaro,suastrajetóriasnoespaço.

Devemosentãoperguntar:Qualosignificadofísicodessanovadisposição?

Elacorrespondeà realidade?Poderemosafirmar,queapenasumdosdiagramas

é o correto (aquelenoqual todas aspartículas caminhamdopassadoparao

futuro,porexemplo),ouentão,poderemosafirmarqueumdosdiagramasémais

verdadeiroqueoequivalente?

Arespostaéquetodososdiagramasequivalentes,queincluemdiferentes

caminhosdopassadoparaofuturo,oudofuturoparaopassado,sãorelativos,e

nenhumdelesémelhorqueooutrooumaisverdadeiro.

Eestariamcertos(oupelomenosnãoestariamerrados)empensarque,se

podemosnós irdopassadoparao futuro,porquenãopodemos também irdo

Page 19: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

futuroparaopassado?

A realidade, porém, émais sutil,muitomais simples e concisa do que

parece-nosemnossalimitadalocalidade.

Comoavalidadedasduas situações,passadopara futuroou futuropara

passado,étambémlocalmentelimitada,ecomonãoexistedeslocamentoalgum

em relação ao Universo, em relação ao todo, nem no tempo, nem no espaço,

então,asetado temponãoexisteparaoUniverso.Otempoéumconceitode

validadelocalmentelimitada.

Ésurpreendentenotarque,umconceitoquemuitospresumemservirpara

regularopróprioUniverso,nãotenhavalidadenenhuma,enãosirvaparacoisa

algumaparaele.

Os autores tratam da “origem do Universo”, teoria Big Bang, de uma

maneiraclássica,eportanto,inadequada.

O que chamam de “expansão do Universo”, pode não passar de um

observadodistanciamentolocaldegaláxias,umfatoestatístico.

Quandocolocam-seafalarsobrea“origemdoUniverso”,queremreferir-se

também ao “início do tempo”, mas isso seria apenas o início de movimentos

locais,enãodoUniverso,porqueoconceitodetempoeopróprioconceitode

movimento são localmente limitados em suas validades, e não existem para o

todo.

Sãomuitos os que pensam que voltar para o passado é possível,mas o

passadonão ficaguardadoemalgum lugarparaonde sepossa ir, anão ser em

nossasmemóriaselembranças.

Tudooqueaconteceunopassado,estáagoranopresente,deumamaneira

diferente.

Opresenteéopassadomodificado,eésóassim,naformapresente,queo

passadoexiste.

Seopresenteéopassadomodificadoeemcontínuamudança,entãonão

existemoutrospassadosparaondesepossair.

Tudooquevaiacontecernofuturo,todososeventosfuturos,tambémestão

agoranopresente,dealgumaforma.

Page 20: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Dopresenteseráfeitotodoofuturo,futuroessequesóexistenopresente.

Umpouco da “confusão” que fazem entre passado, presente e futuro, vem da

validadeapenaslocaldoconceitodetempo.Otemponãoéumconceitosempre

válido,possuindoumavalidadelocalelimitada.

ParaoUniverso,nãoexisteadivisãoentrepassado,presenteefuturo.Parao

Universo,otemponãoexiste.

Page 21: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Velocidade

Apresenta-se aqui o conceito de velocidade de forma diferente da

tradicional.Aqui,aorigemdoconceitodevelocidade,ofococentraldoconceito,

éoobservador.Busca-seassimsimplificaraomáximooconceito,desmontaro

conceito, parapoderentenderoqueeleé.Oquechamamosdevelocidadede

um corpo, nadamais é do que o repouso próprio desse corpo, observado de

outro referencial.Velocidadedeumcorpoéa situaçãode repousodessecorpo

emoutro referencial. Para umobservador, a velocidade é umamedida de um

movimento.

Page 22: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

AlocalidadedaCinemática

Apalavralógicaderivadogrego,esignificarazão.

Osestóicosadefiniramcomo“ciênciadoraciocínio”.Surgiunopensamento

gregocomAristóteles,pelanecessidadedealgoquedisciplinasseaargumentação

e o pensamento, pelo estudo e pesquisa, que levassem a conclusões válidas e

verdadeiras.

Cinemáticaé,pordefinição,oestudomatemáticodosmovimentos.

A cinemática procura estabelecer relações entre velocidades, tempos e

posições.

Se um corpo se move com velocidade constante, como o caso do

movimento retilíneo uniforme, na ausência de forças, observa-se que as

distânciaspercorridassãosempreproporcionaisaosintervalosdetempogastos.

Quandoavelocidadevaria,dizemosqueocorpoestá“acelerado”,ouque

possuiumadeterminadaaceleração.Essaaceleraçãoaconteceenquantoocorpo

aumentadevelocidade,oudiminui.

Todooexpostonosparágrafosanteriores,sótemvalidade,seobservamos

umpequenopedaçodoUniverso, localmente.Não temvalidadedeuma forma

geral, por exemplo, se levarmos em consideração um grande número de

observaçõessimultâneas,quesãoigualmenteválidasentresi.

ARelatividademostraqueoconceitodesimultâneotambémsóéválido

localmente,emummesmoreferencial.Enãosepodeesperarmaisdoqueissoda

idéiade“escoardotempo”.

Oconceito intervalode tempo tambémsó temvalidade local,para cada

referencialisoladamente.

Adilataçãodessemesmointervalodetempoocorrequandoumobservador

mede o mesmo intervalo de tempo a partir de outro referencial, onde ele se

encontra.

Oconceitointervalodetempoésempreaparenteourelativo,esóexistee

temvalidadeassim.

Tambémnãopodemosesperarmaisdoconceitodevelocidade,enemdo

Page 23: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

conceitodemovimento,sendotodaaCinemática,umramodevalidadeapenas

local.

Se é fato que omodelo cinemático é suficiente apenas para descrever a

realidadelocal,temvalidadeapenaslocal,queéolimitenaturalparaondeesse

modelo foicriado,acinemática, seusconceitosedefinições,nãoexiste parao

Universo,paraotodo.

Page 24: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Resultadodasobservações:orepouso

Fritjof Capraescreveuque:“Sódepoisdemuitotempoedeconsiderável

esforço descobri onde é que o modelo cartesiano [ou modelo clássico,

fragmentador, reducionista, que procura explicar as coisas através de suas

“partes”]falha.Osproblemasqueosbiólogosnãopodemresolverhoje,aoque

parece em virtude de sua abordagem estreita e fragmentada, estão todos

relacionados com a função dos sistemas vivos como totalidade e com suas

interaçõescomomeioambiente.”

Oresultadodeumamedidarealizada,ésempreumresultadoparcial,porque

osresultadossempredependemdosobservadores.

Sequiséssemosobterumresultadomaisgeral,deveríamosterumnúmero

maior de observadores diferentes. Se admitimos que em vários sistemas de

referência ou referenciais, existem observadores equipados com relógios, fitas

métricas,etc.,quesãoidênticasquandocomparadasemummesmorepouso;que

todaobservaçãorelativaéigualmenteválida,equeexistemmuitosobservadores,

todos medindo a velocidade de um mesmo corpo, o somatório de todas as

velocidadesindividualmenteauferidasdeveser,numericamente,igualoumuito

próximoazero.

Toda vez que alguém afirma que um corpo se movimenta (e o que

chamamosdemovimentodeumcorponadamaisédoqueorepousodessecorpo

observado de outro referencial) de uma determinada maneira, sempre será

possível haver outro observador capaz de afirmar que o mesmo corpo

movimenta-sedemaneiratotalmenteoposta.

Ambasasobservações são igualmenteválidas,ou seja, enquadram-seem

uma mesma categoria. O somatório dos diferentes movimentos

individualmenteobservadose“realizados”porummesmocorpo,éigualazero,

igualaorepouso.

Page 25: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Asegundaleidatermodinâmica

A segunda lei da termodinâmica “afirma” que em qualquer sistema, a

desordemsempreaumenta,ouaordemdiminui.

Colocoesse“afirma”emdestaque,porqueapesardereceberumtratamento

delei,asegundaleidatermodinâmicasimplesmenteéofatoestatístico,deque

existem em cada referencial muito mais estados (que consideramos)

desordenadosdoqueestados (considerados)ordenados. Issoporquechamamos

de ordenadas apenas algumas situações, enquanto classificamos como

desordenadastodasasdemaissituaçõespossíveis.

Portanto,asegundaleidatermodinâmicanãopassadeserofatoestatístico

que“afirma”,enãoprecisamosenemdevemosdaraelaumstatusmaiordoque

esse.

ConformeilustraStephenHawking:“…considere,porexemplo,aspeçasde

umquebra-cabeçasdentrodeumacaixa.Háumaeapenasuma(destaquemeu)

disposição possível em que as peças formam uma figura completa. Por outro

lado, há um número muito grande de disposições em que as peças estão

desordenadasenãoformamumafigura.”

Nãoháumaprevalênciaqualitativada“desordem”sobrea“ordem”,mas

sim quantitativa dos estados considerados desordenados sobre os estados

ordenados,pelaprópriadefiniçãoquefazemosarespeitodetaisestados.

Todos os estados são iguais em natureza, porém, os estados por nós

definidos como desordenados existem em númeromuito maior, são bemmais

possíveisdeocorrer,edeseremencontrados.

AindasegundoHawking:“(…)suponhamosqueumsistemacomecenum

dospoucosestadosordenados.(…)Numtempoposterior,émaisprovávelqueo

sistemaseencontreemestadodesordenadodoquenumestadoordenado,porque

hámaisestadosdesordenados.Assim,adesordemtendeaaumentar(…)

Suponhamos que as peças do quebra-cabeças comecem numa caixa, na

disposiçãoordenadaemqueformamumafigura.Sevocêsacudiracaixa,aspeças

irãoarranjar-seemoutradisposição.

Page 26: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Provavelmente,pelosimples fatodequeexistemmuitomaisdisposições

desordenadas do que ordenadas, (a nova disposição das peças) será uma

disposiçãodesordenadaemqueaspeçasnãoformamumafiguracorreta.”

Issoéasegundaleidatermodinâmica.

Porserumaleiestatística,não-determinista,esempreadmitaexceçãoasi

mesma,asegundaleidatermodinâmica,bemcomotodasasoutrasleisquânticas,

não deveria ser vista como sendo “lei”, porque não estabelece uma norma ou

condiçãoobrigatória,nãoseenquadrandonaprópriadefiniçãodelei.

Paraorganizarmaisqualquercoisa(essemaisérelativo,esótemvalidade

local),precisamosdeumacertaquantidadedeenergia.

Durante o processo de organização, essa energia dissipa-se e aumenta a

desordemdolocal.

Tambémpodeserdemonstradoqueesseaumentonadesordemésempre

maiorqueoaumentoproduzidonaordem.

SegueHawking:“Mas(…)Porqueele(oUniverso)nãoseencontrasempre

emestadodedesordemcompleta?”

EmumUniversorelativocomoonosso,nãoexistemnemaordemabsoluta,

enemadesordem“completa”.

Osestadossãoconsideradosapenasmaisoumenosorganizados,porseus

observadores.

Assim,noexemplodoquebra-cabeças,nãoexistemestadosmaisorganizados

do que a montagem da própria figura, enquanto são possíveis um número

gigantesco, tendendo ao infinito, de outros estados para as peças, todos esses

consideradosmenosorganizadosoudesordenados,e,emqualquerdessesoutros

estados,existesempreoutronúmerogigantescodeestadospossíveisparabaixo,

naquilo(quesótemvalidadelocal)quechamamos“ordem”.

Arealidade,vistadeumaformamaisgeraloumaiscompleta(Universo,o

todo)nãodistingueosestadosemmaisoumenosordenados.Sequerosdistingue

emdiferentesestados.

Oconceitodeordemérelativo,esótemvalidadelocal.

Apesar da segunda lei da termodinâmica ser observada em qualquer

Page 27: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

referencial, só tem importância local, pois apesar de observarmos grandes

variações na ordem das coisas localmente, o somatório de tais variações

observadas,serealizadoglobalmente,éigualazero.

Comotodaleiquântica,asegundaleidatermodinâmicanãodeveservista

comoleinosentidodedeterminaroudeestabelecerumanorma.

Asleisquânticasapenasrefletemasestatísticaslocais,asrealidadeslocais.

Seriamaisadequado,portanto,chamá-lasde“estatísticasquânticas”,

poistaisleissãobemmaisliberaisdoqueoqueseconheceporlei,epermitem

aténãoseremseguidaslocalmente,sendoosomatóriodasvariaçõesnoUniverso,

no todo,preservado,ou seja, nãoocorremnemexcessospositivos, nem sobras

negativas.

OUniversonão temumahistória.Nãoexisteenempoderiaexistiruma

históriadoUniverso.

No lugar disso, o Universo é o todo, aparecendo para nós apenas um

pequenopedaço,naformadeeventosdemaiorprobabilidadelocal.

Dessessim,registramosumahistória,estatística,relativa,devalidadelocal,e

totalmente parcial. Contamos a história a nossa maneira, porque nós a

percebemos,nósaregistramos.

SaberqueoUniversonãotemenãopodeterumahistória,eliminavários

problemasexistenciais.

AteoriaBigBangestáequivocada,enganada,eéerrada,enquanto“origem

doUniverso”.

Page 28: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Ondas

Oconceitodeonda,éumconceitomuitosimples,masquecomoqualquer

outroconceitoquenosensinam,égeralmentemalexplicado.

Osconceitosquasesempresãoapresentadosatravésdecaracterísticas,mas

raramenteexplicados.

OfísicoDeBroglienosmostrouquetodaamatéria,todaenergia,podeser

tratadacomoondas.

Asondasnãoexistememsimesmas,ouporsimesmas,necessitampara

poderexistir,dealgochamadodemeio,easondasnãosãoalgodiferentedesse

meio.

Saberistoéimportante,poisasondassãoapenasumtipodecomportamento

domeio.

Ensina-seque“énomeioqueasondassepropagam”.

Nãosãoasondasquesepropagampelomeio,massim,sãoasondas,uma

demonstração que regiões do meio, se comparadas, localmente, estão em

desequilíbrio.

Oquenósobservamosnarealidade,ésempreumcomportamentodomeio.

Asondasnãosãonadamaisdoqueisso.Semqueexistaomeio,nãoexistea

onda.Aliás,o interessantedesse temaéqueaté comomeioexistindo,mesmo

assimasondasnãoexistemcomosendoalgodiferentedomeio,oucomosendo

algoqueesteja“agregado”aomeio.

Oconceitodeondaficaclaro,quandoseentendequeoqueseobserva,não

passadeumcomportamentodomeio.

Vejamosocasodomar.Asondasdomarnãoexistemnuncasemqueexista

omar.

Mesmoquandotemosomar,ninguémécapaz,enemnuncaserá,deprovar

queexistealgumadiferençaqualitativaentremarcomondasemarsemondas,

poisasondasnãoexistem“junto”comomar,massimsãoasondasapenasum

comportamento domar.As ondas são uma condição domar, uma situação do

mar,umamaneiradeaparênciadomar.

Page 29: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Ondaé,localmente,umexcessodomeio,seguidoporumafaltadomeio,

ou,éomeioemfaltaseguidoporexcesso.Serealizamososomatóriodefaltase

excessosqueformamumaonda,notamosqueoresultadoézero.

Ondaé,portanto,umdesequilíbriolocaldomeio,deresultadototalzero.

Umadiferençaparamaisseguidadeumadiferençaparamenos,ouocontrário,de

resultadototalzero.

Eporqueentãoasondasnãoseanulam?

Elasseanulam,bastandoparaissoqueumexcessoencontreumaigualfalta.

Enquanto não for excessos e faltas juntos, mas sim excessos e faltas

alternados,aondacontinuaráexistindo.

OUniversonãodiferenciaoconjuntoexcessoefalta,oufaltaeexcesso,da

somadosdois.

Assim,oUniversonãoprocuradestruir asondasque existem, e também

não procuracriarondasnovas. Issoacontecedeacordocomaprobabilidade

estatística,localmente.

Page 30: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Umpoucodegravidade

Simplificar,encontrara relaçãoentreosconceitos,poder identificá-los e

entendê-los,éfundamentalparaumamelhorcompreensãodafísica.

NateoriadaRelatividade,EspecialeGeral,Einsteinemmuitocontribui

paraclarificaroentendimentodoqueéamassa.

Épossívelimaginarqueumcorpo,comooplanetaTerra,porexemplo,não

temmassa.

OefeitodaexistênciadaTerrasobreosdemaiscorposquelhesãovizinhos,

apesar de aparentemente influente e grandioso (somos muito impressionados

pelos nossos sentidos) é nenhum (uma postura perfeitamente admissível)

enquantonãoocorrernenhumacolisão.Osobservadoressituadosemtodosos

outroscorpospodemignorarapresençadaTerra,podendoadmitir,emestandoa

Terraporpertoounão,queestãosempreemrepouso.

Mesmo quando um corpo parece estar com velocidade variável, em

aceleração, como “caindo para a Terra” por exemplo, pode-se perfeitamente

admití-loemrepouso,deacordocomaRelatividade.

Comoo repousoprópriodequalquer corpo sempre é admissível, porque

nãoexistemnoUniversoreferenciaisabsolutosparaomovimento;aTerra,ou

qualquer outro corpo, pode ser considerada um referencial totalmente

desprezível,oquedemonstraasuperaçãodopróprioconceitodematéria,ousua

totalrelatividade.

Oespaçonãoapresentasempreasmesmascaracterísticas locais:elassão

relativas.

Otempopassa localmentemaisdevagaremumreferencialobservadode

outro, na proporção em que o referencial observado esteja mais próximo de

quantidadesdematéria.

Medindoapartirdeumagrandemassa,paracadavezmaislonge,observa-se

umavariaçãoespaço-temporal,ouseja,ummovimento.Sendoestaumaanálise

reducionista, ela nos leva a uma conclusão de validade local: a de que é o

espaço-tempo,portanto,ummeioelástico.

Page 31: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

O espaço-tempo não é igual para alguém que está na superfície de um

planeta, e para alguém que está situado a distância, apresentando variações

locais.

Esseesticamentorelativoqueocorrenoespaço-tempo,namedidaemque

afastamos nossa observação de grandes massas, deve ser proporcional à

intensidadedaforçadegravidade.

Oconceitodeenergiasóéimportanteesótemvalidadeemumlocalbem

definido,poisosomatóriodaenergiadoUniversoapresentazerocomoresultado.

Aenergia,quelocalmenteassumemuitasformas,éasvariaçõesrelativasno

espaço-tempolocal.Eamatéria,tambéméenergia.

“…aenergiatotaldoUniversoézero”,concordaHawking.

EscreveuDaviesque,“Temosquenosconformar,portanto,comacerteza

de que quase tudo que consideramos matéria sólida é, na verdade, espaço

vazio.”

Page 32: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

GatodeSchrödinger

SegundoainterpretaçãodeCopenhagen,quandonãoseolhaparaumgato

qualquer,essegatoficaemumestadoindeterminado,quenãoénemvivoenem

morto.Quandoolhamos para o gato, ele estava vivo,mas já poderia agora ter

morridoounão.

Esse estado indeterminado também é admitido comomeio-vivo emeio-

morto,oquecausariaaindamaisassombro,enquantonãoolhamosparaofinado

ounãogato.

A interpretação aqui apresentada, é diferente da interpretação de

Copenhagen,sobrearealidade.

Aqui,umgatoqualquerenquantonãoforvisto,apenasestá,esabemosdisso

porqueoUniversoestá,euestou,mesmoquandonãoolhoparanenhumgato.

Nãointeressaaformaqueogatoestá,ousevivoousemorto,exatamente

porque essas duas formas são completamente equivalentes, não são coisas ou

conceitosdiferentesparaoUniverso,parao todo.OUniverso,o todo,nãoas

têmounãoaspercebecomocoisasdiferentes.

Vivoemortonãopassamdeconceitosinventadospelohomemefisicamente

estesconceitosnãopossuemsignificadoalgum,poisnãoalteramnadaemrelação

a nenhum tipo de conservação. É exatamente porque esses estados são

completamenteequivalentes,queafísicaouoUniversopermitequeumououtro

seja visto, não se importando ou não estabelecendo preferência sobre qual.

Infelizmente para os seres vivos, não existe qualquer lei da física que impeça

mataroumorrer.

Seexistisse,issomanteriaoestadovivo“conservado”emrelaçãoaoestado

morto,dando-lheumacertapreferência,eosseresvivosnãomorreriam, salvo

algumaincertezamaisgeraldevidaalocalidadedetalconservação.

Jáqueparaafísica,paraoUniverso,osdoisestados,vivooumorto,sãoa

mesmacoisa,enãocoisasdiferentes,então,tantofazogatoestarvivoouestar

mortoenquantonãoolhamosparaele,bemcomoquandoolhamosparaele.

Avalidadedosdoisestados,dosdoisconceitos,éamesmaparaoUniverso,

Page 33: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

para o todo, e oUniverso não precisa se preocupar e não se preocupa se um

gato,queconhecemasnãopor“gato”,queestá,nãoimportaonde,morreuou

não.Saberqueo“gato”está,tantofazaforma,éosuficiente.

Poderíamosestenderesseraciocínioedamesmaformaperguntarseogato

estáemalgumlugar,ousenãoestáemlugaralgum,enquantonãoolhamospara

ele.

Saber que a matéria e o espaço também não são coisas diferentes, ou

separadas,mantêmpreservadasasmesmasconclusões,eentãonãoprecisamos

maisnossurpreendernemmesmoseumgatosumirdoUniversoenquantogato.

Amecânicaquânticaadmitequeumgatopossasumir,porémadmitequeo

gatosomeparao“nada”,assimcomotambémadmitequepartículassurgemdo

“nada”. Esse nada é o que a deixa cheia dos seus paradoxos, como esse ex-

paradoxodogatodeSchrödinger.

AfalhaquelevaaoparadoxodogatodeSchrödinger,maisumavezfoiade

tentarestenderconceitoslimitados,comovivoemorto,devalidadeapenaslocal,

paraumcontextonão-local,paraumaregiãodoUniversonãoobservada,queéo

mesmo erro que acontece em qualquer outro paradoxo dentro da mecânica

quântica.

Anão-localidadeexigequeomeio,oespaço,sejalevadoemconsideraçãona

análise.

Emumaanálisemaisgeral,nãodevemosenempodemos,comofazemos

em análises clássicas, querer isolar o gato do resto, mantendo-o conservado

enquanto“umgatovivo”,porexemplo.

Omesmoacontececomaconservaçãodaenergia.

RogerPenroseescreveuque:“(…)nãopareceexistirdiferençaalgumaentre

gatomorto e gato vivo. Podemos obter interferência entre partículas passando

pordiferentesfendas,porquepodemosisolá-lasrazoavelmentebemdomeioque

nãomedimos.Masnãopodemosisolaralgotãograndecomoumgato(…).

Portanto,temosderesolveroproblemadeporquepercebemosumgatovivoou

umgatomorto,masnuncaasuperposiçãodeambos. (…)é interessantesaber

quepodehaverumelocomaestruturaespaço-tempo.”

Page 34: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Receitaparafazeramassa

Umasituaçãocomumàsdiferentesdefinições,éocaráterdeparticularidade

decadadefinição.Assim,háaconservaçãodamassa,desdequevistademaneira

particularourestrita.

Noprincípiodaciência,aidéiadeconservaçãofoimuitoimportanteparao

desenvolvimentodetodaaquímica,edaprópriafísica.

Um fóton, por ser simples, mais simples que outras partículas,

proporcionalmentemais facilmenteé levadoà suanulidadeenquanto fóton,no

repouso, aparecendo somente o espaço. Permitam-me uma analogia ilustrativa.

Daatmosferaparadaetranqüila,semnenhummovimentoexpressivoaparente,

surge, observada aprobabilidadede isto acontecer,ummovimentode rotação

maisintensonoar,quegiranomesmosentido,eassimsemantém,chamadode

furacão.

Ofuracãotemumdeterminadotempodevida.Primeiroelenãoexistia(só

existiaumaatmosferaaparentemente“vazia”),depoiseleseformaesemantém

durantealgumtempo,poistrata-sedeummovimento.

Nenhumoutrotipodemovimentoouderepouso,éprivilegiadoemrelação

aomovimentoqueéexercidopelofuracão(equeéoprópriofuracão),oumais

especialoumaisverdadeiro,oqueexplicaaexistênciade sua inércia,umavez

que o Universo não faz qualquer tipo de distinção entre os diversos tipos de

movimento observados pelo homem, que para o total do Universo, não têm

significadoalgum.

A nossa noção de movimento, para o Universo, para o todo, não tem

significadoalgum.

Umfuracãosódeixadeexistirporumarazãotambémestatística,dadaa

existência de outras quantidades de ar que não realizam omesmomovimento

dele, que estão em diferentes temperaturas, e colidem com ele, fazendo-o

desaparecer,voltandoàsituaçãoinicial.

Seperguntamosentão:Houvealgumdeslocamentodoaremrelaçãoaele

mesmo (olhando para a atmosfera como algo único), a resposta seria sim?Se a

Page 35: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

situação final (ausência de furacão, atmosfera parada) remete exatamente à

situaçãoinicial,arespostaserianão,porquenãohácomodizerqualareraqual.

Éassimqueacontececomoespaçoecomamassa.

Toda quantidade de matéria, é um complexo de vários movimentos

estacionários,ou,umaquantidadedemovimento,comoumfuracão,sóquenãoé

oarquemnosdáaimpressãodeseralgodiferentedoqueé,masoespaço.

Umfótonnãotemmassaderepouso,mastemquandoemmovimento

Ateoriaclássica,nãolevaemconsideração,oespaço.Sólhedáimportância

emalgumasabordagens.Talposturaéinsuficienteeparcial,elevamuitasvezesa

desnecessáriosparadoxos.

Éinteressantedestacar,sobreomovimentoobservadopelagravitaçãoque

existeentreaTerraeaLua,que,mesmoseaTerranãoestivesseaquinaforma

dematéria,mesmoquesóhouvesseoespaçovazioemtornodaLua,áreasiguais

doespaçoseriamvarridaspelaLuaemintervalosdetempoiguais(segundaleide

Kepler),damesma formaqueela tambémrealizaquandoaTerra está aqui,na

formadematéria,oquesóvemaconfirmaraidentidadequeexisteentreespaço

emassa.

Estando aTerra aquiounão (matériaou espaçovazio), áreas iguais são

varridas pela Lua em intervalos de tempo iguais. Apenas o formato do

movimento da Lua é que relativamente muda nas duas situações. O que se

entende pormassa, pode ser tratado como situação geométrica do espaço, ou

movimento.

Umfótontemmassaquandoemmovimento(paraoUniverso,paraotodo,

ofótonestásempreemrepouso),masnãotemmassaemrepouso.

Aconservaçãodamassasemprefuncionoubem,atéEinsteinmostrarque

não pode ser válida sempre, que sua validade não é geral, não se estende a

quaisquersituações.

Amassadeumamesa,porexemplo,ésempremaiorseformedidaapartir

deoutroreferencialdiferentedorepousoprópriodamesa,edecadareferencial

diferente, cada observador mede uma massa também diferente para a mesa,

sendotodosessesdiferentesvaloresigualmenteimportantesouválidos.

Page 36: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Cadaobservador,emcadareferencialdiferente,obtémumvalordiferente

paraamassadeumamesmamesa.Umobservadorsituadopróximoavelocidade

da luz em relação a mesa, mede uma massa imensa para a mesa, e se esse

observador acelerar-se ou desacelerar-se bastante em relação a mesa, medirá

grandesvariaçõesnamassadessamesa,significandoqueamassaéapenasuma

medidadadiferentesituaçãoespacialdosdiferentesreferenciais,queamassaé

umaquantidaderelativademovimento,etemvalidadeapenaslocal.

Nãohánenhumarazãoparaseadmitirqueosaumentosmedidosnamassa

dos corpos quando observada de diferentes velocidades, possuam diferente

naturezadaquiloquenóschamamosdemassaquandoemrepouso.Taisvalores

diferentesparaamassaapenasdemonstramasituaçãodemovimentoqueexiste

entre o referencial em que se encontra a massa e o referencial de onde é

observada.

Issorevelaanaturezadamassa.

Amassa de repouso, também revela apenas a diferença que existe entre

observador e massa observada, devido aos muitos e diferentes movimentos

internos, as partículas componentes damassa, e é por isso que um corpo não

desaparecequandoficamosjuntoaeleemummesmorepouso.

Podem desaparecer mínimas quantidades, mas geralmente não o corpo

inteiro,devidoaumarazãoestatística,apenas,masqueémuitoeficiente.

Amassaéumamedidadomovimentoqueexisteentreobservadoreobjeto

observado,amassaéumamedidalocaldemovimento.

Masentãoquemestálocalmentesemovendo?Quemestárealizandoeste

movimentorelativoquechamamosdemassa?Opróprioespaçolocal.

É importante saberqueodesaparecimento espontâneo total damassa é

possível, muito difícil de acontecer, mas possível, bastando para isso que

cessassem em relação ao observador, osmovimentos internos que compõem a

massa.

Éimportantesabercomoeporquepodeounãopodeacontecer,equenão

aconteceporumarazãoestatística,apenas,enãoporqueoUniverso“nãoqueira”

queaconteça,ouqueprefiraamassaexistindo,daformacomoapercebemos,do

Page 37: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

quenãoexistindo.

Isso é também válido para qualquer outra lei da física.As leis da física

funcionam por razões estatísticas. São leis estatísticas, probabilísticas, da

maioria.

O Universo não realiza qualquer tipo de distinção, não arbitra, não

determinanadadecimaparabaixo,demaneira imposta:OUniversonãoéum

ditador.

Os diferentes valores obtidos para a massa de uma mesma mesa por

exemplo,queestásempreemrepousopróprioemrelaçãoaoreferencialqueela

é, e que é uma só mesa, revelam a relação de movimento que existe entre

observadorecorpomaterialouregiãonoespaçoobservada.

Amassaéuma impressãooumediçãoqueoobservador retiradoespaço

localparasi.

Page 38: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Massa

Massa de um corpo, nadamais é, que espaço emmovimento, para um

observador.Amassadeumcorpoéumaquantidaderelativademovimentono

espaço.

Aenergianãotemmassaderepousoporsermaissimplesqueamatéria.No

repouso,aenergiaéopróprioespaço.

Page 39: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Partículaselementares

Asquantidadesmedidasnoespaçoquedizemosseramatéria,eaenergia,

não passam de movimentos, locais e relativos, se comparadas com as regiões

vizinhaspróximas.

Ninguémrealizadiretamenteessetipodecomparaçãoobservativadevidoàs

naturais dificuldades práticas dadas em função da métrica reduzida e altas

velocidades envolvidas, mas indiretamente, quando simplesmente percebe a

presençadeumaquantidadequalquerdematéria.

Existem duas características principais do espaço para que a própria

existência e manutenção da matéria-energia seja possível: uma característica

fundamentaldoespaço,équeoespaçoéummeionão-dispersivo,ouseja,um

pacotedeondas(comoamatéria)podemanterexatamenteasuaformaenquanto

semovepeloespaço.Todasasondasmovem-sesempreemmesmavelocidade,

independentementedesuasfreqüências.

Aoutracaracterística fundamentaldoespaçoparaqueamatéria-energia

possaexistiremantenha-seexistindo,équeoespaçoéperfeitamenteflexível.A

formadamatéria-energianãomudaenquantoelaviaja.

Essas duas características do espaço também permitem admitir-se

perfeitamentequetudoestásempreemrepousopróprio,eparaoUniverso,para

otodo,eliminandooconceitodemovimentonão-localmente,epermitemexistir

aprópriaRelatividade.

Épossível observar-semais facilmente a criaçãodepares departículas,

partículaerespectivaantipartícula,“carregadas”positivaenegativamente,ouo

contrário,emumcampoelétricoforte.Umcampoelétricofortenadamaisédo

que espaço local em relativodesequilíbrio.Quandomedimosumdesequilíbrio,

estatisticamente,issoéumasituaçãoinstávelnoespaço.Aprobabilidademaior

dá-sesemprenosentidodeencontrarumequilíbrio,porumarazãoquantitativa

eficiente,poisodesequilíbrioésempreumasituaçãomaisrara.

Tratamosaquicomoexemplo,dacriaçãodepareselétron-pósitron.Essas

duas partículas, que são carregadas positiva e negativamente, podem ser vistas

Page 40: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

tambémcomosendoumamesmaregiãonulaousemcarganoespaço.Acriação

deparesdepartículasésempreumprocessodeenergiatotalzero.

Dessaforma,comcriaçãodepareséumasituaçãoigualasemcriaçãode

pares. A criação de pares em campos elétricos intensos (o fato do campo ser

intenso serve para aumentar a probabilidade de criar pares) já foi observada

experimentalmenteeataxaestádeacordocomaestimativa.Édoespaçovazio,

portanto,queprovémtodaamatéria.

Espaçoematérianãosãocoisasdiferentes.Oespaço(onda)doquantumé

aenergiadoquantum.O inversodocomprimentodeondaéexatamenteoque

chamamosde conteúdode energiadoquantum.O inversodocomprimentode

ondatambéméomomentoouquantidadedemovimentodequalquerpartícula.

Quantomaiscurtoocomprimentodeondanoespaço,maioramassaou

velocidade,maioraquantidadedemovimentodapartícula.

Posiçãoexataemomentodapartículanãoexistemsimultaneamenteporque

quando a partícula está imóvel e podemos determinar a sua posição, não tem

sentidofalaremmomento,evice-versa,deacordocomoPrincípiodaIncerteza.

Page 41: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

OmodeloatômicodeBohr

Oquechamamosdeelétronemumátomoéumaregiãonoespaçoemvolta

donúcleo,demaneiraqueumelétronemumátomoestásempreemtodaasua

órbitaaomesmotempo.

Números inteiros de ondas eletrônicas formam sempre elétrons que

correspondemexatamenteasórbitaspermitidasporBohr.

Umnúmeronão-inteirodeixaaondaeletrônicaqueformariaumelétronfora

defase,eaondaanulaasimesma,aparecendoaliapenasumaregiãodoespaço

ditaproibidaparaaexistênciadeelétrons.

Qualquerórbitaqueestejaentreduasdasórbitaspermitidasparaaexistência

deelétrons, requersempreumnúmero fracionáriodecomprimentosdeonda,o

queadeixaforadefase,anulando-se.

Essasregiõessãosempreproibidasparaaexistênciadeelétrons,esabemos

agoraentão,queaproibiçãonãosedáporumdecretoouporumaleiouordem,

mas simque édanaturezado espaço-matéria, que é algoúnico, explicandoo

porquêdaexistênciaapenasdeórbitasdiscretasparaoselétrons.

Asórbitasdiscretasdoselétronsnãosãoassimporqueoespaçoédiscreto,

massimporqueoquechamamosdeelétronéumasituaçãodoespaço.

Entreórbitasdiscretas,entreelétrons,somenteoespaçoépossível.

Quandodoisquantade luz iguais, dois fótons, se encontramumcomo

outro fora de fase (fóton + antifóton) ambos anulam-se mutuamente,

aparecendoentãonessaregiãoluznenhuma,aparecendoapenasoescuro.

Nãoécorretoafirmarquenoescuronãoexistenada,poisexisteoespaço

emsuaformamaiscomumoumaisencontradanoUniverso.

Oestadofótondaluzéapenasumestadodiferentedoespaço.

ComooUniversonãodistingueespaçodematéria-energia,queparanós,

paranossossentidos,parecemsercoisasmuitodiferentes,permitequeamatéria

exista,inclusiveaqueformaonossomundo.

Aprobabilidadeéquemdeterminaasquantidadesdematériaeespaçoque

medimos“existindo”emumaregiãonoUniverso.

Page 42: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Muitos trabalham no sentido de buscar descobrir amenor unidade, dita

elementar,dematéria.

Porém,o raciocínio que fundamenta essa busca, emminhaopinião, está

impregnadodeclassicismo.

Partículaelementaréumconceitoclássico,absoluto,econceitosabsolutos

nãoexistememumUniversorelativo.

AcoesãodoUniversoobrigatudooquepareceserlocalmentediferentedo

restante, a relativizar-se, a perder sua particularidade característica de algo

diferentedorestante.

HubertReevessabiamenteescreveuque:“Paraumacriançaumtelevisoré

uma partícula elementar (porque ela não consegue desmontá-lo),mas não o é

paraumtécnicoprovidodesuasferramentas.”

Cada vez que aumentam a energia envolvida no processo da procura,

descobremmaisumapartícula“mais”elementar.Jádescobriramecontinuama

descobrirmuitaspartículas,sendoquealgumasdelasvivemapenasbilionésimos

de segundo. A “estranheza” é a medida da velocidade em que cada partícula

decaiedesaparece.

Não são as partículas em si que detêm importância, pois logo são

descobertasoutras,masa“criação”delaséqueenvolveofatointeressante.

A lei da conservação da matéria-energia é quebrada todos os dias nos

aceleradores de partículas, já que podemos admitir perfeitamente que todo

movimentoétambémumasituaçãoderepouso,epartículasnovassurgemnesses

repousos.

Se a energia cinética existisse, de forma absoluta, não existiria a

Relatividade.

Seexistisseoespaçodiscreto,nãoexistiriaaRelatividade.

Newton trabalhava com esse eficiente artifício local, a energia cinética,

porqueacreditavaqueoUniversoeradotadodemovimentosabsolutos.

Einstein salvou a energia cinética newtoniana, e limitouo seumodelo a

alguma localidade.Mas podemos saber hoje de que forma a energia cinética é

localmentenecessáriaparaafísica.

Page 43: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Quando a lei da conservação da energia é violada, entra em cena uma

conservaçãoaindamaisgeral,quegarantequetudocontinueemconservação.

Quantomaiorforodesvioemrelaçãoaconservaçãodaenergia,maisbreveéo

intervalodetempoemqueissoocorre.

Para nós isso é bom, pois assim corremosmenos riscos de subitamente

desaparecer.

EssaéumarelaçãodefuncionamentolocalnoUniverso.Quandofalamos

em

funcionamento,falamossempreemlocalidade,oquenoslevaaoutramáximaa

respeitodoUniverso,dotodo:OUniversonãotrabalha.

Muitaspartículassurgemnoespaço,mascessamdeexistirantesdotempo

necessárioparaadetecção:essaspartículassãochamadasdevirtuais.Asquenão

cessamdeexistirantesdadetecçãoesãodetectadas,sãochamadasdepartículas

reais, que depois também mais ou menos demoradamente, decaem e

desaparecem,todaselas.

Todapartículaditaelementarreal,comoumelétron,sópodesercriadano

espaço se juntamente for criada a sua própria antipartícula, demaneira que as

duas, secolocadas juntas,desaparecem.Todoomundodamatériaéespelhado

por um mundo da antimatéria, que não funciona diferentemente, sendo o

somatóriodaenergiadoUniversotodo,igualazero.

matéria+antimatéria=fótonseantifótons;fóton+antifóton=espaço

Gostariadedeixarumsingeloavisoaos senhorescaçadoresdepartículas

elementares: Devem existir tantas partículas elementares, quanto diferentes

movimentos,eissoéumnúmerobemgrande.

Aindaháaquelesqueconsideramamecânicaquânticaumaterraestranha,

porqueapegam-sedemaisnosconceitosclássicos,principalmentenaconservação

damatéria-energia.

Osproblemasdaconservaçãodaenergiasãoproblemasdelocalidade,uma

Page 44: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

vezqueaconservaçãodaenergiasófuncionalocalmente,nãosempre,nãopara

otodo.

Amecânicaquânticaéumaboaferramentanaresoluçãodeproblemasque

transcendemaconservaçãodamatéria-energia.

Page 45: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

SingularidadeouBuraconegro

Singularidade,peladefiniçãomatemática,eamatemáticanãofuncionaem

seusextremosporqueascoisasnãopodemser totalmente separadas, seriauma

quantidadedematériacomdensidadeinfinitaevolumezero.

Comoamassaéumaquantidaderelativademovimentonoespaço,evolume

zerosignificanenhumespaço,entãoumasingularidadenãoteriamassa.

Nãoexistemassasemespaço,ousemvolume(massaéumaquantidadede

movimento no espaço).E não existe buraco negro semmassa. Buracos negros

podemterdensidadesmuitoaltas,masnuncainfinita.

Adistânciaqueexistedoextremamentealtoatéoinfinito,éamesmaque

existedozeroaoinfinito.

Page 46: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Amatemática

Nointeriordequalquersistemalógico,pormaisrigidamenteestruturadoque

esteja,sempresepodedescobrircontradições.

Amatemática só funcionaporquea física é conservativa,porém toda lei

conservativaestásujeitaaalgumtipodelocalidade.

Umalaranjamaisumalaranjaésempreigualaduaslaranjas,certo?

“Éimpossíveldividirumcuboemdoiscubos,ouumabiquadradaemduas

biquadradas,ou,emgeral,qualquerpotênciaemduaspotênciasdeigualvalor.

Descobri uma prova verdadeiramente maravilhosa disso, para cujo

desenvolvimento,entretanto,estamargemémuitopequena”escreveuFermat.

Números,representamapenasquantidades.Nãohánadadequalitativoem

uma seqüência de números. Números são apenas múltiplos de uma única

quantidadepadrão,quepodeseragregadaquantasvezesquisermos,mesmoque

abstratamente.

Observealocalidadedavalidadedeumaafirmaçãocomoessa.Comouma

quantidadepadrãoésemprerelativa,qualquerescaladenúmerossótemvalidade

localnoUniverso.Jamaisserágeral.Jamaisvalerápararealizarmoscálculospara

todooUniverso,enãoterávalidadesempre.Nemsemprenoslevaráaosmesmos

resultados.

Amatemáticaque,sendolocalmenteválida,relacionaquantidades,podeser

explicadapelasseguintesrazões:

Matemáticaéconvenção.Amatemáticasófuncionaporquetodosconcordam

comasregrasdamatemática,e,principalmente:

Existe uma concordância física para a matemática. Cálculos podem ser

medidos empiricamente, assim, amesma física que confirma na prática que

uma laranjamaisuma laranja é igual aduas laranjas,ouqueovolumedeuma

laranjamaisovolumedeumalaranjaéigualaovolumededuaslaranjas,ouque

dizqueopesodeumalaranjamaisopesodeumalaranjaéigualaopesodeduas

laranjas,ouque amassadeuma laranjamais amassadeuma laranja é igual a

massa de duas laranjas, etc., é a mesma razão física espacial quantitativa que

Page 47: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Fermatpercebeusóserválida,daformacomoelerelacionou,atéosquadrados,

ficando os cubos e graus acima todos fora da relação. Não que a física não

permitarelacionarosgraussuperioresaoquadradodeváriasformas,permitesim,

masnãodaformaqueFermatescolheu.

Umsegmentode retaqualquerdefinidoporumnúmero inteiromaiorou

igual a dois, pode ser dividido em dois segmentos de reta que representam

tambémnúmerosinteiros,eissoépoderosoporqueestábaseadoemumarelação

físicaespacial,enãoapenasemconvençãoouregra.

Apossibilidade físicaqueexistedeuma laranjamaisuma laranjanãoser

igual a duas laranjas, ou, a identidade que existe entre tudo, pode apagar não-

localmenteasregrasfracionáriasdamatemática,deixando-atotalmenteinútilem

algumas situações. Não é o que ocorre de forma geral. Laranjas continuam

laranjas por inércia, porque não existe no Universo um padrão absoluto de

estado,maséimportantesaberqueexisteapossibilidade.

Page 48: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

OEspaço

Existemalgumascaracterísticas jáconhecidasbemdefinidasarespeitodo

espaço.

Oconhecimentodessascaracterísticasvemprincipalmentedoconhecimento

quetemosdaRelatividade,damecânica,edamecânicaquântica.

Alguns teóricos sugerem que o espaço pode ter também uma estrutura

discreta,comotemamatéria-energia,porémaRelatividadeparecenãofuncionar

emumcenáriocomoeste.

Em um espaço discreto, existiriam literalmente pontos no espaço, que

poderiam servir como referenciais, e o espaço se comportaria então como o

espaçoclássicodeNewton,enãocomooespaçoapresentadoporEinstein.

Pontosemdimensões,éumconceitomatemáticoclássico fantasioso,um

artifício, sobre o qual observadores diferentes jamais deveriam concordar pela

Relatividade.

Seexistisseumúnicopontorealnoespaço,aRelatividadeestariadescartada.

Algunssugeremqueagravidadepossaserdiscreta,equelogoencontrarão

umapartículamensageiradagravidade,chamadagráviton.

Acomunicaçãoentremassasdistantessópodeserpermitidapeloespaço.

Semoespaço,nãoháodeslocamentolocal,nãoháagravidade,nãohánada.

Comoamassaéapenasumasituaçãodoespaço,enãoalgodiferentedele,o

comportamento gravitacional das massas pode ser explicado em termos do

espaço.

A melhor explicação, a explicação mais perfeita que consegui sobre o

funcionamento da força da gravidade, dá-se junto com a explicação do que

chamamosdeinércia.

Einsteinestavacertoaoadmitirqueagravidadeouqueocomportamento

gravitacionaldamassaéumcomportamentoinercialdamassa,que,nofundo,é

doespaço.

Amassaéoespaçodistribuídoemmovimentosrelativos,eissonãotermina

namassa,masétambémasregiõesemvoltadela.

Page 49: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

A gravitação também temumcaráter quântico: a gravidade éprovocada

estatisticamente,pelaquantidaderelativademovimentoqueoespaçoapresenta,

eoqueempurraumamassaemdireçãoàoutraésimplesmenteofatoestatístico

dequeexistemuitomaismovimentonoespaçoentremassasdoquenoespaço

foradelas.Quantomaispróximas,maisintensoéomovimentoqueexisteentre

asmassas,maioragravidadeexperimentada.

VejamosoqueFeynmandissearespeitodeumatentativadeexplicaçãoda

gravitação: “(…) tomemos a lei de Newton da gravitação (…). Que faz o

planeta? Será que olha para o Sol, vê a distância a que se encontra e decide

calcularnumamáquinainternaoinversodoquadradodadistânciaafimdesaber

quantotemdesemover?Estanãoécertamenteumaexplicaçãodomecanismo

da gravitação! Podemos querer ir um pouco mais longe, o que, aliás, já foi

tentadoporváriaspessoas.NaépocaalguémdisseaNewton,apropósitodasua

teoria: “Mas a sua lei não significa nada, não diz nada.” Ele respondeu: “Diz

comosemovemascoisas.Issodevesersuficiente.Expliqueicomoascoisasse

movemenãooporquê.”Contudo,aspessoas,emgeral,sóficamsatisfeitascom

ummecanismo.Gostariadedescreverumateoriainventada,entreváriasoutras,

para corresponder a essa expectativa, a qual sugere que a gravitação é o

resultado de um grande número de ações individuais, o que explicaria a sua

naturezamatemática.

Suponhamos que o mundo é atravessado em todo o lado por muitas

partículas, viajando a grande velocidade. Chegam uniformemente de todas as

direções e só uma ou outra vez atingem a Terra.O número de partículas que

atingemtantoaTerracomooSolérelativamentepequeno.Vejamosentãooque

aconteceria.

Se o Sol não existisse, as partículas bombardeariam aTerra em todas as

direções,transmitindo-lhepequenosimpulsos,comomatraqueardaspoucasque

aatingiriam.IssonãodeslocariaaTerraparanenhumadireçãoparticular,porque

haveriatantosprojéteisprovenientesdeumladocomodooutro,tantosdecima

comodebaixo.Noentanto,quandooSolestápresente, aspartículasquevêm

desseladosãoabsorvidasparcialmenteporele,umavezquealgumasoatingeme

Page 50: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

nãopassamdaí.OnúmerodepartículasprovenientesdoladodoSolémenordo

queonúmerodasquechegamdosoutroslados,porqueencontramumobstáculo

-oSol.Éfácilverque,quantomaislongeestiveroSol,menorseráaproporção

daspartículas absorvidas relativamente ao totalde partículasprovenientesde

todasaspossíveisdireções.OSolaparecerianessecasomaispequeno-surgiria

diminuído de um fator inversamente proporcional ao quadrado da distância.E

isto seria o resultado de um grande número de operações muito simples,

precisamentecolisõessucessivasdepartículasprovenientesdetodasasdireções.

A relação matemática seria então muito menos estranha, uma vez que o

mecanismo fundamental seria mais simples do que o cálculo do inverso do

quadradodadistância.Estemecanismodecolisãodaspartículas,porassimdizer,

“faz”ocálculo.Oúnicoproblemacomesta idéiaéque,poroutrasrazões,não

funciona. Qualquer teoria tem de ser analisada em todas as suas possíveis

conseqüênciasparaseverseprevêqualqueroutracoisa.Eestaprevê,de fato,

outra coisa. Se a Terra está amover-se, hámais partículas que lhe batem de

frentedoquedetrás(seformosacorrercontraachuva,cai-nosmaischuvana

cara do que na nuca).Assim, quando aTerra semove, está a correr contra as

partículasquevêmdefrenteeafugirdasquevêmdetrás.

Onúmerodepartículasquebateriamdefrenteseria,portanto,maiordoque

asquebateriamportrás,havendosempreumaforçaopostaaomovimento.

EstaforçatravariaomovimentodaTerraaolongodasuaórbitaecertamentea

Terra não teria durado três ou quatro bilhões de anos (pelomenos) a girar em

tornodoSol.Conseqüentemente,éesteofimdateoria.”

Oespaçonãodevetertidoumcomeço.Comojávisto,oUniverso,otodo,

não reconhece o conceito de tempo, que só existe localmente. Se para o

Universo, para o todo, o tempo não existe, falar em começo do tempo ou do

espaçoéalgototalmentedesnecessárioedispensável.

OUniverso,otodo,sempreexistenopresente,nãoteveumpassado,enão

teráumfuturo,poispassadoefuturoparaoUniverso,paraotodo,sãosempreo

presente,queapenaslocalmentesemodifica.

Tudooque aconteceunopassado, está agoranopresente, e tudooque

Page 51: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

ainda vai acontecer no futuro, também está agora no presente, apenas está de

umamaneiradiferente,jáquepassadoefuturonãoexistem,esimoqueexisteé

opresente,quelocalmentesemodifica.

Oespaçonãoprecisaterumfim,apesardeprovavelmenteserfinito,mas

semapresentarqualquertipodefronteira.

Sendofechadoemsimesmo,oespaçonãotemfronteirasnemnenhumfim

que se encontre, porém, alguém que viajasse sempre em linha reta, apesar de

nuncachegaraofimdoespaço,dariaavoltanoUniversochegandonovamente

onde partiu, mas tudo estaria tão diferente que o viajante seria incapaz de

reconhecerolugar.

Ofatodasleisdafísicaseremconservativas,edasregrasnãomudaremde

umdiaparaooutro,significaqueoespaçonãodevenemserinfinito,enemestar

seexpandindo,poisessasduascoisasseriamcatastróficas.

Seoespaçofosseinfinito,asleisdafísicanãoprecisariamserenãoseriam

conservativas(sabemospelamecânicaquânticaquetodasasregiõesdoUniverso

estãoligadasesecomunicaminstantaneamente).

Se o espaço estivesse se expandindo, essa expansão, por uma razão

estatística, deveriaocorrerpor todo lugar, e amatéria, inclusive a que compõe

nossoplaneta, sofreria com isso,usandoa linguagemdeNewton,os efeitosde

“forçasàdistância”.

Supor uma expansão homogênea do espaço junto com a matéria, que

manteria a matéria preservada, é o mesmo que não supor expansão alguma,

porque uma expansão por igual de tudo sem que se tenha um referencial para

medi-la,éexatamenteomesmoquenãohaverexpansão,oquepareceentãomais

razoável.Talexpansãoequilibradíssima,probabilisticamentebeiraoimpossível.

A hipótese que os cosmólogos admitem, e que não serve como uma

afirmação da verdade mas antes como uma especulação, é que o espaço que

existeentreasgaláxias,estáinflando,porqueasgaláxiasestãoseafastando.Mas,

afinal,oqueisolariaasgaláxiasdosefeitosprovocadosporessasupostaexpansão

doespaço?

Page 52: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Admitir-seumainflaçãodoespaçoébemmenosrazoáveldoqueadmitir-se

simplesmente que o espaço não aumenta e que são apenas as galáxias que se

afastamumadasoutras.Tambémé inadequado,quererutilizar-sede conceitos

de formulação local, como deslocamento ou afastamento, e aplicá-los em uma

“inflaçãodoUniverso”.

Comovimosanteriormente,movimentoéumconceitolocalquenãoexiste

paraoUniverso,paraotodo,então,bempodemosdesconfiardoafastamentodas

galáxias como“universal”, edevemosdesconfiar tambémdasprópriasgaláxias,

senãoquisermoscairemmaisumaanáliseclássicaparcialeinsuficiente.

Quando os astrônomos falam em evolução doUniverso, esquecem que

sempreutilizamleislocaisdafísicaparatentardeterminarcomooUniversotodo

evoluiu,oqueéumaincongruência.

OUniverso,otodo,nãoprecisaevoluirenemnuncaevolui.Melhorassim,

pois então as regras da física que valem hoje continuarão valendo e serão

exatamenteasmesmasamanhã.

Eagravidade?Nãofaráagravidadeàsgaláxiascolidiremecolapsarem?

Ao invés de colidirem, as galáxias ficam orbitando-se uma às outras

exatamentecomoaLuaeaTerra,emescalamuitomaior.Oqueestamosvendo,

portanto,nessemomentodenossahistória localnoUniverso, ao invésdeuma

tãofaladaevolução,seriaapenasmaisumafasedeafastamentoelíptica.

Especula-se muito também a respeito da existência das chamadas

singularidades,queseriamquantidadesdematériasemnenhumvolume.

Aexistênciadeburacosnegrosdedensidadesmuitoaltasevolumesmuito

reduzidos,nãosignificaqueexistamsingularidades.Umasingularidadeestámais

parapersonagemdeequaçãomatemáticadoqueparaumfatofísico.

Amaneiracomoosburacosnegrossecomportamoufuncionam,ouasleisa

queestãosujeitos,sãoexatamenteasmesmasleisestatísticasdatermodinâmica.

Asfronteirascomentadasporalgunsexistirnoespaço-tempo,comoconesde

luz, horizonte de eventos, etc., nunca são fronteiras de forma absoluta, como

Hawkingpercebeuquandonotouqueburacosnegrosdevememitirradiação,uma

vez que não existem regiões no espaço completamente incomunicáveis no

Page 53: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Universo.

Page 54: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

ASegundaLeideNewton

ASegundaLeideNewtonrespondeaquestão:“Oqueocorrequandoum

corpo está sob a ação de uma força resultante não nula?”Nessa situação, o

corpo não pode estar nemparado nem emmovimento retilíneo uniforme, pois

esseéocasoemquearesultanteénula.

Senãopodeestarparadoenemcomvelocidadeconstante,ocorposópode

teraceleração.Mascomoéessaaceleração?Doqueeladepende?

A respostadadaporNewton, équea aceleração temamesmadireçãoe

sentido da força resultante. Se a força resultante tiver valor constante, a

aceleraçãotambémseráconstante.

Masdoquedependeovalordaaceleração?

Quando umamesma força resultante é aplicada em diferentes corpos, a

aceleraçãoémaiornocorpoqueoferecemenoroposiçãoaessemovimento,isto

é, naquele que tem menor inércia, e adquire aceleração menor o corpo que

oferecemaioroposição, istoé,que temmaior inércia.Então,paraumamesma

forçaresultante,corposdemaiorinérciaadquiremmenoraceleraçãoevice-versa.

Verifica-se experimentalmente que o valor da inércia de um corpo está

diretamente relacionado àmassa do corpo.Maiormassa,maior inércia; menor

massa,menorinércia.

Arelaçãomatemáticaentreessastrêsquantidades:força,massaeaceleração,

aSegundaLeideNewton,entãoéF=ma.

Mas por que uma força acelera uma quantidade de matéria, de modo

exatamenteproporcional?

Por que quanto maior for a massa, menor é a aceleração de modo

exatamenteproporcional?

Porquequantomaiorforaforça,maioréaaceleraçãodemodoexatamente

proporcional?

Afinal, por que F = ma? Qual é o significado físico dessa constante

proporcionalidade?

Arespostaaestaquestão,quepareceserbastantedifícil(eporissomesmoa

Page 55: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Segunda Lei de Newton simplesmente é aceita como um dogma, sem

explicações)podeserbastantesimples.

É proporcionalmente mais difícil acelerar uma locomotiva do que um

automóvel,devidoasinérciasdoscorpos,devidoasmassasinerciaisdoscorpos

ouseja,suasquantidadesdematériaoureservasdemovimento.Comopodesera

massaumareservademovimento?

DesdeEinstein,sabemosquetodamassatemoseuequivalenteemenergia,

que a massa pode ser convertida em energia, e energia pode ser usada para

realizartrabalho,atravésdeumaforçaqueproduzadeslocamentoemoutrocorpo

material, fazendo com que este entre em movimento. Assim, a massa de um

corpopodeserusadaparapôroutrocorpoemmovimento,ou,amassapodeser

convertida em movimento, e a massa enquanto massa é uma quantidade de

movimentoreservada.

Umaforçaé,apenas,umainteraçãomútuaentredoiscorpos.

Ora,sedoiscorpossãoduasquantidadesdemovimentoreservadas,eforça

éuma interação entredois corpos, força é, então, apenasuma transferênciade

movimento.

Força é sempre uma transferência de movimento, e sempre altera a

quantidadedemovimento reservadoou amassa inercial de umcorpo, que é a

responsável pelo seu estado de movimento local, ou, em outras palavras, não

podeserdesvinculadadele.

Aceleraçãoéapenasumtipodemovimento.Massaspodemperfeitamente

ser admitidascomosendoenergiaoureservasdemovimento,eforçaésempre

umatransferênciademovimento,oquenãodeixadesermovimento.

AexataproporcionalidadedeF=mavem,portanto,damesmanaturezados

conceitosenvolvidos.

Umaforçaquandoaplicadasobrecertaquantidadedematéria,aceleraessa

massademodoexatamenteproporcional,porqueosconceitosaceleraçãoemassa

apenas representam e nadamais são do quemovimentos.Tantomassa quanto

aceleração apenas são movimentos. Quando percebemos isso, notamos o

fechamentodaSegundaLeisobresimesma,comoumaostra.

Page 56: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

AperfeiçãodaSegundaLeideNewtonvemdofatodeF=marelacionar

três conceitos que parecem ser coisas diferentes, mas que revelam-se, mais a

fundo, idênticos. Da simplicidade do fato de falar sempre a respeito de uma

mesmacoisa,provémtodaabelezadacoesãodaSegundaLeideNewton.

A massa pode ser vista como sendo apenas o espaço “vibrando”

inercialmente.Assimcomoa luzpodeservistacomosendooespaçovibrando

inercialmente em uma direção, a massa pode ser vista como sendo o espaço

vibrandodeformaestacionáriaemrelaçãoaoobservador.

Por que umcorpomaterial nãopodepassar por uma aceleraçãode zero

metrosporsegundopara,porexemplo,ummilhãodemetrosporsegundoemum

segundo,mesmoquandotemosforçasuficienteparaisso?

Arespostaéque,por serapenasumtipodemovimentobemdefinido,o

corpomaterial oferece resistência a outros tipos demovimento, e não suporta

umamudançamuitodrásticaouviolenta em seu estadoou emsi, não semser

destruídooumuitomodificado.

Movimento é um conceito que só pode existir localmente, tem validade

local, é relativo, e depende de certos limites. Esse fato, despe a massa de

significadoparaoUniverso,paraotodo.Nóstambémsomosapenasmovimento,

e assimnão existimosparaoUniverso, parao todo (não enquanto “nós”, nem

enquanto matéria, e nem enquanto movimento). Uma máxima a respeito do

UniversodiriaqueoUniversoémuitocruelcomaspessoas.Talveznemtanto,

poisapesardaindiferença,permitenossaexistência.

Page 57: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Comentários

Os aparentes paradoxos que incomodam a física moderna, podem ser

eliminadosquando,relativizando,eliminamosasdefiniçõesclássicas.

Nósutilizamosdefiniçõeseconceitosdevalidade local,paraonde foram

formulados, vindos lá de trás, de quando se acreditava que o Universo era

completamente diferente, e muitas vezes tentam encaixar esses mesmos

conceitos

edefiniçõeslocais,emobservaçõesnão-locais,oumaisgerais,comoalguémque

tentaencaixarumcilindroemumburacoquadrado,pior,comoalguémquetenta

encaixarumcilindroondenemburacohá.

Existemocasiões,queenvolvemmovimento,locais,ondeafísicaclássicaé

adequada,eoutras,emquenão.

NoUniversoháumaincerteza,cujaexistênciapodeserexplicadapelafalta

deembasamentodasdefiniçõesclássicas,seaplicadassempre.

Quandodizemos“aquicomeçaamassa”ou“aquiacabaaenergia”,devemos

tambémlevaremconsideraçãoque,narealidadeúnicadoUniverso,nadaacabae

nemcomeça, apenasaparentamaisoumenos ser, tendoesse“maisoumenos”

uma relação com a incerteza, que émaior quantomenos adequadas estiverem

nossas definições, ou que é maior quanto menos localmente olhamos para o

Universo. Na medida em que aprendemos a olhar para fora de nosso

“cercadinho”,maisnotamosquenãotêmgraçaosnossos“brinquedos”.

Essa é uma justificativa para a existência do princípio da incerteza de

Heisenberg.

Assimcomooprincípiodaincerteza,oteoremadeGödelquedemonstraque

é impossível provar todas as afirmações verdadeiras, pela mesma razão,

representaumlimiteàcapacidadeclássicadepercebereanalisaroUniverso.

EscreveuHawking: “Se realmente descobríssemos a teoria definitiva do

Universo, qual seria seu significado? (…) Ela marcaria o fim de um longo e

gloriosocapítulonahistóriadoesforço intelectualhumanoparacompreendero

Universo.Mastambémrevolucionariaacompreensãoqueaspessoascomunstêm

Page 58: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

dasleisqueregemoUniverso.”

Osconceitosclássicosmassa,tempo,espaço,movimento,energiaeoutros,

da forma como estão organizados e expostos, independentes entre si, em

aplicaçõesquepretenderiamsergerais,sempre,equepor issosãochamadasde

leis da física, só encontram sustentação, em um único referencial inercial

qualquer,isoladamente.

Einstein estendeu esses mesmos conceitos: massa, tempo, espaço,

movimento,energiaeoutros,damesmaformaqueencontradosnafísicaclássica,

parateremvalidadeemmaisumreferencialinercialqualquer.

Masessesconceitos,existemassim,deformaisolada,narealidade?

Sãomesmoindependenteseisoladosentresi?

Ou,sãoessesconceitosapenasdefiniçõesnossassobrediferentesaparências

deumamesmarealidade,queésempreúnica.

Para responder a esta questão, poderíamos por exemplo realizar um

somatóriodediversasobservações individuais,que sãoporhipótese relativas e

aparentes,setomadasisoladamente.

Atravésdosomatóriodasobservaçõesdegrandenúmerodeobservadores

emreferenciaisdiferentes,realiza-seumaanálisemaispróximadarealidade,se

queremosobterumarespostamaisgeralsobreanatureza.

Obtemos,assim,umresultadomaisgeral,enãoapenasposiçõesaparentes,

relativas,posiçõesindividuais.OUniversopareceserconservativo,porém: Movimentos:na realidade,osmovimentos são todosaparentesou relativos.

Oconceitodemovimentoéumconceitodevalidadeapenas local,emumou

dois referenciais,ondetemimportânciaousignificância.Encontradodefinido

como“mudançadelugar”naobradeNewton.Nãoexistemmovimentosparao

Universo,paraotodo.

Page 59: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Tempo: só passa relativamente ou aparentemente.Não passa demodo

geral.Não existe tempo para oUniverso, para o todo.É um conceito que

encontrasuavalidade,importânciaesignificânciaapenaslocalmente,emumou

dois referenciais, onde funciona como medida-padrão da noção ou idéia de

deslocamentooumovimento.OtemponãoexisteparaoUniverso,paraotodo.

Velocidades: são todas aparentes, relativas, de somatório igual a zero

para o Universo, para o todo. A própria definição de velocidade, espaço

“percorrido”portempo,demarcaoâmbitodesuavalidade,sendo importantee

encontrandosignificadoapenas localmente,funçãodiretadosconceitosque lhe

dãoorigem.

Espaço “percorrido” ou trajetória: conceito que só tem validade,

importância e significância se localmente observado, e é relativo.Não existem

deslocamentosemrelaçãoaoUniverso,aotodo.

EnergiaCinética:érelativa,aparente,desomatório total igualazeroparao

Universo,paraotodo.AEnergiaCinéticaapenastemimportâncialocal.

Energia:érelativa,aparente,desomatórioigualazeroparaoUniverso,parao

todo. O conceito de energia tem validade, importância e significância apenas

local,ondeassemelha-semuitocomaidéiaoudefiniçãodevariação.

Aenergiapodeservistalocalmentecomoumavariaçãonoespaço.

Massa:éumconceitodevalidadesólocal,desomatórioigualazeroparao

Universo, para o todo. Idem energia. A massa é uma quantidade relativa de

movimento.

Page 60: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Nossaexistência

Dadasduasoumaisquantidadesdematéria,querepresentamesão

quantidadesrelativasdemovimento,quantomaioréadiferençaqueexisteentre

essas quantidades, maior será a força que perceberemos ocorrer entre elas, e

maioresosefeitosobserváveisemcasodechoqueentreelas.

Ofatodediferentesmassasseencontrarem,modificandolocalmentesuas

características, para mais ou para menos, é apenas um caráter probabilístico,

exatamentecomoéasegundaleidatermodinâmica,àqualtodasasmassasestão

sujeitas. Quanto menor é a diferença entre as quantidades relativas de

movimento que são as massas, menor é a força que as modifica, menor é a

modificaçãoquelocalmenteexperimentam.ATerceiraLeideNewton

AexistênciadoparaçãoereaçãopercebidoporNewton,podeserexplicada

pelainexistênciadeummovimentoquesejaoabsoluto,oudeumquesejamais

privilegiado,maisverdadeiro.

Isso obriga amanifestação por igual da força emmassas diferentes, em

sentidosopostosnoespaço,poisoUniverso,otodo,nãodistinguemovimentode

repouso. Para ele, é como se tudo estivesse em repouso sempre, pois não

diferencia as regiões do espaço como nós fazemos, e as tem como sendo algo

único,semdiferenças.

OUniverso, o todo, nemprocura criarmovimentosnovos, nemprocura

perseguiroudestruirosquenóspercebemos,mantendo-seneutro.Essaéarazão

pelaqualépossívelanossaprópriaexistência.

Aciênciaacumulaconhecimentos.Necessitamossempremaisexplicações

paraarealidade.

Dentro da localidade que limita o seu modelo, Isaac Newton define

Page 61: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

quantidadedemovimentocomosendoavelocidadevezesamassa.Massanada

maisé,emúltimaanálise,doquetambémumaquantidadedemovimento,ondeo

espaçorelativamentesemovimenta,epodeserampliadaounãopelavelocidade,

queéapenasumaquantidadedemovimentoadicional.

Gostariadedestacarmaisumavez, a limitação localparaavalidadedos

conceitos,oquenão retiraoméritodeNewton,pelocontrário,poisdentrodo

seulimite,omodelodeNewtonéperfeitonadescriçãodarealidade.

NewtoncontouqueumaveznaruaemCambridge,umestudantedisse:“Lá

vaiohomemqueescreveuumlivroquenemelenemmaisninguémentende.”

Em1905Einsteinpublicousuasreflexõessobreotempo,oespaço,amassa

eaenergia.Nósvivemosreconhecidamentepelaexperiência,nomundolocalde

Einstein.

Afísicaensinadasempreestáobsoleta.

Einstein já havia percebido pelas equações de Maxwell, que a luz é

movimento,queavelocidadelheéumacaracterísticainerente,nosentidodelhe

fazerpartesempreomovimento.

Nãoexistenuncaluzemrepousoemrelaçãoaoobservador.

Nestasituação,apenasoespaçoépercebido(ninguémconsegueconvidar

umfótonparatomarumchá).

Se um observador viajasse na velocidade da luz, ele nãomais veria luz

alguma.

Einsteindemonstrou,eantesdeleGalileu,aequivalênciaqueexisteentre

massainercialemassagravitacional.

Ainérciaéfunçãodeigualdadeoudeidentidade:comonenhummovimento

local é privilegiado, eles têm que “negociar” os efeitos entre si quando se

encontram.

OUniverso,otodo,nãoperseguenenhumtipodemovimento,poisparaele

todossãosempreumúnicorepouso.OUniversopermiteaexistênciadamassa

porinércia,porquenãoexistenenhumpadrãoabsolutodeestado.

Demaneirageral,tudoaconteceemfunçãoapenasdocomportamentodo

espaço.

Page 62: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Observamoslocalmentequeoritmodotempodiminuinasproximidadesde

grandesquantidadesdematériaporqueosdeslocamentoslocaissãoafetadospor

essecomportamento.

Oprincípioda simplicidadedas leisda física leva à seguintemáxima:O

Universonãoéemperiquitado.

O princípio de funcionamento da teoria da Relatividade, nunca será

substituídoemumateoriamaispoderosadaarquiteturadoUniverso.Apenasos

conceitosclássicos,incluídosnaRelatividade,équedeverãoperdermaisaindaas

suas importâncias,como jáocorreunahistóriacomváriosconceitosque foram

sendosubstituídospornãoexplicaremsatisfatoriamenteasnossasobservações.

Einstein, que nunca aceitou amecânica quântica, escreveu: “Newton,

perdoe-me,vocêencontrouoquenasuaépocaerapraticamenteoúnicocaminho

possível para um homem com os mais elevados poderes de pensamento e

criatividade.Os conceitosquevocê criou estão guiandonossopensamento em

físicaatéhoje,emborasaibamosagoraque terãodeser substituídosporoutros

ainda mais afastados da esfera da experiência imediata, se pretendermos uma

compreensãomaisprofundadasrelações.”

GeorgeGamowescreveusobreafísicaquântica:“Écomoseumapessoa

pudesse tomar ou uma garrafa de cerveja ou cerveja nenhuma, mas fosse

impedidaporumaleidanaturezadetomarqualquerquantidadedecervejaentre

zeroeumagarrafa.”Georgeexagerounaquantidadedecerveja,exatamentepara

ilustraroassombrodiantedessedogmaquântico.Masaexplicaçãomepareceser

bastante simples: Um conjunto, uma quantidade de moléculas é o que forma

cerveja.Metadedisso,nãoécerveja.

Todosjávimosoacenderdeumalâmpada.Quandoumaluzéacesa,fótons

sãoemitidos,dalâmpada,paraumaviagempeloespaço.

Paraquealuzacenda,éprecisoenergia,quegeralmentevemdeumausina

hidrelétrica.Nausinahidrelétrica,aenergiavemdeumaquedad’água,esóexiste

porque existe um desnível de água. A água reservadamais acima, tem energia

potencial,simplesmenteporqueestámaisacima.

Nãoexistenenhumfluido,nenhumasubstância,nemnadajuntocomaágua

Page 63: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

quesejaaenergia.Ofatodaáguaestarreservadamaisacima,éaenergia.

A energia então nada mais é, do que pura e simplesmente um fator

geométricodoespaço.Águamaisacima,maisenergia.Águamaisabaixo,menos

energia.

Sabemosqueumfótonpodedecairemumelétroneumpósitron,sendoo

elétronumadasmenorespartesdamatéria.Sabemosquepodemosobterfótonsa

partirdeenergia.Sabemosquepodemosobterenergiadoespaço.E,sabemosque

amatériaéumcomportamentodoespaço.

Épossívelobter-sefótonsdeumfatorgeométrico,doespaço.Epodemos

obtermassadeumfatorgeométrico,doespaço.

Então,éprecisoincluirmaisalguémnafísica:Oespaço.

Page 64: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Mecânica:resumo

AMecânicaéapartedafísicaemquesãoanalisadososmovimentos.

Aexistênciadosmovimentospode ser explicadapela inexistênciadeum

únicoestadopadrãoabsolutoderepouso.Comonãoexisteumestadoderepouso

padrãoabsoluto,todoequalquermovimentotambéméumrepouso.Issopermite

aexistênciadosmovimentos.

Mecânicaclássica

Écomumfazerumadivisãoformaldamecânicaemtrêsgrandescapítulos:

a cinemática - estuda osmovimentos independentemente das causas que os

influenciam;adinâmica-estudaosmovimentoseascausasqueosinfluenciam;a

estática-estudaoequilíbriodoscorpos.

OsfundamentosdamecânicaclássicasãoasleisdeIsaacNewton.

PrimeiraleideNewton

Todocorposobreoqualnãoagenenhumaforçaresultantepermaneceem

repousoouemmovimentoretilíneouniforme.

AprimeiraleideNewtontambéméchamadadeleidainércia:Todocorpo

tendeamanterseuestadoderepousooudemovimentoretilíneoeuniforme,a

menosqueforçasexternasprovoquemvariaçãonessemovimento.

Amassainercialdeumcorpo,representaapenasumareservademovimento,

que é o que todo corpo é. É por isso que um corpo em movimento inercial

retilíneo e uniforme nunca pára, porque ele é esse tipo demovimento relativo

representadoporsuamassainercial.Todavezqueumaforçaéaplicadaemum

corpo,ocorreumamodificaçãonamassainercialdessecorpo,sendoporissoque

percebemosoutro tipodemovimento realizadopelo corpoapós a aplicaçãode

uma força. A cada nova aplicação de força, nova alteração ocorre na massa

inercial do corpo, que é o próprio corpo, e novo estado de movimento é

Page 65: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

percebidopelosobservadores.Todocorpoéumaquantidadedemovimentobem

definida,quedoespaçopercebemos.

SegundaleideNewton

Aaceleraçãoqueumaforçaprovocaemumcorpoéproporcionalàforça.

UmcorpoA,demassam,quandoestásujeitoàaçãodeumaforçaf,essa

força f nele produz uma aceleração a demesma direção e sentido que f, e de

módulodadopelarelaçãof=m*a.

A segunda lei deNewton responde aquestão:Oqueocorrequandoum

corpoestásobaaçãodeumaforçaresultantenãonula?

Nessa situação, o corpo não pode estar nem em repouso, nem em

movimentoretilíneouniforme,poisesseéocasoemquearesultanteénula.

Senãopodeestaremrepousoenemcomvelocidadeconstante,ocorposó

podeestaremaceleração.Comoéessaaceleração?Doquedepende?

Aaceleraçãodocorpotemmesmadireçãoesentidodaforçaresultante.Sea

força resultante tiver valor constante, a aceleração também terá módulo

constante.Doquedependeovalordaaceleração?

Quando umamesma força resultante é aplicada em diferentes corpos, a

aceleraçãoémaiornocorpoqueoferecemenoroposiçãoaessemovimento,isto

é, naquele que tem menor inércia, e adquire aceleração menor o corpo que

oferecemaioroposição, istoé,que temmaior inércia.Então,paraumamesma

força resultante, corpos de maior inércia adquirem menor aceleração, e vice-

versa. Verifica-se experimentalmente que o valor da inércia de um corpo está

diretamente relacionado àmassa do corpo.Maiormassa,maior inércia; menor

massa,menorinércia.

Arelaçãomatemáticaentreessastrêsquantidades:força,massaeaceleração,

asegundaleideNewton,entãoéf=m*a.

Mas por que uma força acelera uma quantidade de matéria, de modo

exatamente proporcional? Por que quanto maior for a massa, menor é a

aceleraçãodemodoexatamenteproporcional?Porquequantomaiorforaforça,

Page 66: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

maioréaaceleraçãodemodoexatamenteproporcional?Afinal,porquef =m*a?

Qualéosignificadofísicodessaconstanteproporcionalidade?

Arespostaaestaquestão,quepareceserbastantedifícil,eporissomesmoa

segundaleideNewtonsimplesmenteéaceitacomoumdogma,semexplicações,

podeserbastantesimples.

É proporcionalmente mais difícil acelerar uma locomotiva do que um

automóvel,devidoasinérciasdoscorpos,devidoasmassasinerciaisdoscorpos,

ouseja,suasquantidadesdematériaoureservasdemovimento.Comopodesera

massaumareservademovimento?

Sabemosque todamassa temoseuequivalenteemenergia,queamassa

podeserconvertidaemenergia,eenergiapodeserusadapararealizartrabalho,

através de uma força que produza deslocamento em outro corpo material,

fazendocomqueesteentreemmovimento.Assim,amassadeumcorpopode

serusadaparapôroutrocorpoemmovimento,ou,amassapodeserconvertida

em movimento, e a massa enquanto massa é uma quantidade de movimento

reservada.

Umaforçaéumainteraçãomútuaentredoiscorpos.Sedoiscorpossãoduas

quantidadesdemovimentoreservadas,eforçaéumainteraçãoentredoiscorpos,

força é, então, uma transferência demovimento. Força é uma transferência de

movimento, e sempre altera a quantidadedemovimento reservadoou amassa

inercialdeumcorpo,queéaresponsávelpeloseuestadodemovimento,ou,não

podeserdesvinculadadele.

Aceleraçãoéapenasumtipodemovimento.Massaspodemseradmitidas

como sendo energia ou reservas de movimento, e força é sempre uma

transferência de movimento, o que não deixa de ser um movimento. A exata

proporcionalidade de f = m*a vem, portanto, da mesma natureza dos três

conceitosenvolvidos.

Uma forçaquandoaplicadaemcertaquantidadedematéria, acelera essa

massademodoexatamenteproporcionalporqueosconceitosaceleraçãoemassa

apenasrepresentamesãomovimentos.Massaeaceleraçãosãomovimentos.

AperfeiçãodasegundaleideNewtonvemdofatodef =m*arelacionartrês

Page 67: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

conceitos que parecem coisas diferentes, mas que revelam-se idênticos. Da

simplicidadedofatodefalarsemprearespeitodeumamesmacoisa,provémtoda

abelezaecoesãodasegundaleideNewton.

Amassapodeservistacomosendooespaçovibrandoinercialmente.Assim

comoaluzpodeservistacomosendooespaçovibrandoinercialmenteemuma

direção, a massa pode ser vista como sendo o espaço vibrando de forma

estacionáriaemrelaçãoaoobservador.

Umcorpomaterialnãopodepassarporumaaceleraçãodezerometrospor

segundopara,porexemplo,ummilhãodemetrosporsegundoemumsegundo,

mesmoquandotemosforçasuficientepara isso,porqueporserapenasumtipo

demovimentobemdefinido,ocorpomaterialofereceresistênciaaoutrostipos

demovimento, enão suportaumamudançamuitodrásticaouviolenta emseu

estadoouemsi,semserdestruídooumuitomodificado.

Movimento é um conceito que só pode existir localmente, tem validade

local,érelativo,edependede limites.Issodespeamassadesignificadoparao

Universo,paraotodo.ParaoUniverso,amassanãoexiste.

TerceiraleideNewton

Atodaaçãoseopõeumareaçãoigualecontrária.

QuandodoiscorposAeBinteragem,aforçaf1queBexercesobreAéde

mesmo módulo, mesma direção, e de sentido contrário ao da força f2 que A

exercesobreB.

Aexistênciadoparaçãoereação,podeserexplicadapela inexistênciano

Universodeummovimentoquesejaoabsoluto,ouquesejamaisprivilegiado,ou

mais verdadeiro. Isso obriga a manifestação por igual de força em massas

diferentes,emsentidosopostosnoespaço.

AinexistêncianoUniversodeummovimentoprivilegiado,iguala,deixaem

mesma situação de importância todos os movimentos relativos e também a

situaçãoderepouso.Éporissoqueaforçaatuacommesmomóduloemsentidos

Page 68: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

contráriosemdoiscorpos,pelatotalausênciadasituaçãoprivilegiada,pelaigual

naturezadequalquersituaçãodemovimentoedasituaçãoderepouso.

OUniverso,otodo,nãodistinguemovimentoderepouso.ParaoUniverso,

é como se tudo estivesse sempre em repouso, pois o todo não diferencia as

regiões do espaço como nós fazemos, e as tem como sendo algo único, sem

diferenças.Assim, oUniverso, o todo, não procura criarmovimentos novos, e

nemprocuraperseguiroudestruirosquenóspercebemos,mantendo-seneutro.

Estaéumarazãopelaqualépossívelanossaexistência.

Ainexistênciadasituaçãoprivilegiada,aigualdadeparaotododequalquer

situação de movimento e da situação de repouso, é que também permite a

inércia,poisparaoUniversoéindiferenteoespaçoemrepousoouamatéria.As

quantidades que encontramos e medimos estão sempre de acordo com as

probabilidadesestatísticas.

Princípiosdeconservaçãonamecânicaclássica

Dopontodevistadamecânicaclássica,acadaumadasgrandezas-massa,

energia e quantidade de movimento - está associada a idéia de conservação.

Assim,sãoenunciadostrêsprincípiosdeconservaçãoquetentamexplicarofato

de num sistema isolado a massa, a energia e quantidade de movimento se

manterem constantes. Tendo um sistema isolado, formado por um projétil de

massa m e velocidade v ao atingir um bloco demassaM apoiado num plano

horizontalsematrito,oprojétilseincorporaaobloco,quepassaasemovimentar

com velocidade v1. A massa do sistema é sempre m + M. A quantidade de

movimentodosistemaédefinidapelaigualdademv=(m+M)v1.Aenergiaantes

do projétil atingir o bloco é a mesma que depois do projétil atingir o bloco,

havendoapenastransferênciaetransformação.

A exata proporcionalidade sempre existente entremassas, velocidades, e

quantidade demovimento, pode ser compreendida utilizando-se as explicações

paraastrêsleisdeNewtonencontradasacima.Aorigemdestaproporcionalidade

estánamesmanaturezadosconceitosenvolvidosemtodoequalquerfenômeno.

Page 69: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Gravidade,umaexplicação

Sempreéválidooprincípioda relatividadede todomovimento.Todoe

qualquermovimentoésempreapenasrelativo.Nenhumreferencialéprivilegiado

em relação a nenhum outro. Nenhum estado demovimento é privilegiado em

relação a nenhum outro. Portanto, todos os estados demovimento podem ser

considerados,esão,equivalentes.

Quandoumapena eumpedaçode chumbo são abandonadosno espaço

vaziodistantedequalquergrandemassa,apresentamigualmovimentoretilíneoe

uniforme em relação a um referencial inercial qualquer. Também podemos

admiti-loscomoestandoperfeitamenteemumigualrepousopróprio.

Quandoumapenaeumpedaçodechumbosãoabandonadosjuntospertode

umplaneta,apresentamigualmovimentouniformementevariadoemrelaçãoà

superfície do planeta, e chegam exatamente juntos a superfície do planeta.

Também durante toda esta situação podemos admiti-los como estando

perfeitamenteemumigualrepousopróprio.

Estes três estados de movimento: movimento retilíneo uniforme,

movimento uniformemente variado, e repouso; para a pena e o pedaço de

chumboabandonados livrementenoespaço,não são situaçõesdiferentes,mas

apenasparecemser,aosobservadores,poisnenhumestadodemovimentopode

serprivilegiadoemrelaçãoànenhumoutro.

Paraqueestestrêsestadosaparentementediferentessejamcompletamente

equivalentes,ocontínuoespaço-tempopodeseradmitidoeuclidiano,asretasda

geometriadeEuclidespodemserconsideradasválidas,paramovimentoretilíneo

uniforme,erepouso,masoespaço-temponãopodeseradmitidoeuclidianopara

movimentouniformementevariado,queexige,considerando-seválidooprincípio

dacompletaequivalênciadostrêsestadosdemovimento,queocontínuoespaço-

tempo seja admitido não-euclidiano, ou curvo, para este estado (muv). A

geometria euclidiana, é apenas um caso especial, particular ou restrito, da

chamadageometrianão-euclidiana.Todasasretasapenassãoumtipoespecialde

curvas:asretassãocurvasquetêmraiosmuitograndes.Ageometriadoespaço

Page 70: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

não é independente ou absoluta, mas depende do movimento. A métrica do

espaço não tem uma existência própria ou absoluta, depende das massas,

portantodependedomovimento.

Oespaçopode ser admitidocomoem repousoem relação ao referencial

paramovimentoretilíneouniforme,epararepouso,masexige,paraacompleta

equivalência dos três estados de movimento, ser considerado como estando

acelerado para movimento uniformemente variado. Deve-se admitir

perfeitamente que o espaço apresenta portanto um movimento rotacional na

situaçãogravitacional.

Umespaço totalmente semmovimento,nãoexiste,porquenãoexisteno

Universoumestadoúnicopadrãoabsolutoderepouso.

Porquequandosoltamosumamaçã,elacaiaochão?

Arespostageralmenteé:porqueaTerraaatrai.

Oestudodos fenômenoseletromagnéticos levouàconclusãodequenão

existe a ação direta à distância, não existe uma ação direta da Terra namaçã.

Quandoumímãatraiumpedaçodeferro,oímãnãoatuadiretamentenoferro,

sem que nada aconteça no espaço vazio entre eles, mas, concordando com

Faraday,oímãsempretem,emtornodesi,umespaçocircundantechamadode

campomagnético.Este campomagnético, apresentamovimento em relação ao

ímã,eaoferro,demodoqueoferroporeleenvoltotendeamover-seemdireção

aoímã,ouvice-versadependendodoreferencial.

Osefeitosdagravitaçãosãoobservadosdamesmamaneira.

AaçãodaTerranamaçã,a forçaàdistânciasegundoNewton,ocorrede

maneiraindireta.OespaçoemtornodaTerra,chamadodecampogravitacional,

apresentamovimentoemrelaçãoàTerra,eamaçã,elevaamaçãaomovimento

dequedaemrelaçãoàTerra.NocasodaLua,essemovimentorelativodoespaço

a mantém girando de modo acelerado, e, alternadamente, desacelerado, em

relaçãoàTerra.

Emespaçodistantedequalquergrandemassa,emrelaçãoaumreferencial

inercial qualquer, pontos materiais em repouso permanecem em repouso, e

pontos em movimento permanecem em movimento retilíneo uniforme. Nesta

Page 71: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

situação, o espaço pode ser admitido euclidiano, e pode ser considerado

localmenteemrepousoemrelaçãoaoreferencialinercial.

SeoespaçoemtornodaTerraapenasseapresenta-senão-euclidiano,ou

curvo, porém em repouso em relação à Terra, os corpos em repouso situados

nesse espaço, permaneceriam em repouso, e os corpos em movimento

permaneceriamemmovimentocircularuniforme,emrelaçãoàTerra.Seocampo

deforçasgravitacional,comotambéméchamadooespaçocircundanteàTerra,

estivesseemabsolutorepousoemrelaçãoàTerra,oscorposemrepousosituados

nesse campo permaneceriam em repouso em relação à Terra, e os corpos em

movimentoapresentariammovimentoscircularesuniformesemrelaçãoàTerra,

semapresentarnenhumaaceleração.

SeoespaçocircundanteàTerraestivesseemabsolutorepousoemrelaçãoà

Terra,otemponessaregiãoseriahomogêneo,oudeigualritmo.Sendootempo

uma medida de movimento, para que se possa admitir um tempo-curvo em

relaçãoàTerra,énecessárioqueoespaçoapresentediferentesmovimentos,em

relaçãoàTerra.

CorposquesemovimentamemrelaçãoàTerrapelaaçãoexclusivadoseu

campo gravitacional, demonstram uma aceleração que não depende nem do

material e nem do estado físico do corpo. De acordo com a Segunda lei do

movimentodeNewton,força(transferênciademovimento)éigualaoprodutoda

massa inercial (quantidade de movimento reservada bem definida) e da

aceleração(movimentobemdefinido).Porrelacionarapenasmovimento,éexata

aproporcionalidadedaSegundaleideNewton.

Para a gravidade ou gravitação, a força aceleradora (transferência de

movimento)éaforçagravitacional,queéigualaoprodutodamassagravitacional

do corpo (que é a mesma quantidade de movimento reservada bem definida

também chamada de massa inercial) pela intensidade do campo gravitacional

(movimentobemdefinido).

Umpedaçodechumboeumapenacaem(novácuo)exatamentedamesma

maneira,sedeixadoscaircomigualvelocidadeinicial,chegandosemprejuntosao

chão. Em um campo gravitacional, a aceleração é sempre a mesma,

Page 72: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

independentementedanaturezaedoestadodocorpoemquedalivre.Arelação

entremassagravitacionalemassainercialéigualparatodoequalquercorpo.A

massa gravitacional e a massa inercial de um corpo são iguais porque são a

mesmacoisa(umaquantidadereservadabemdefinidademovimento).

Conformeascircunstâncias,amesma“qualidade”docorpo,orasemanifesta

como inércia (estadobemdefinidodemovimento)ora comogravidade, “peso”

(queéomesmoestadobemdefinidodemovimento,porémlocalizadoemespaço

que apresenta também outromovimento em relação ao referencial, em espaço

queécampogravitacional).

Um corpo que, em relação a um referencial inercial, apresenta um

movimento retilíneo e uniforme, em relação a outro referencial acelerado,

apresenta um movimento acelerado, e apresenta, geralmente, uma trajetória

curvilínea. Esta aceleração, e esta curva, corresponde à influência que o

movimento do campo gravitacional exerce na observação do movimento do

corpo.

Mesmoquenadapercebaocorpoemqueda livre,afinal, éperfeitamente

admissívelparaocorpo,considerar-secomoestandosempreemrepousopróprio,

sem medir nenhuma mudança em sua massa inercial, em seu estado de

movimento ou em si mesmo; observadores localizados na superfície da Terra

medemummovimentoaceleradoapresentadopelocorpoemquedalivre,porque

todooespaçovizinhoaocorpo,ocampogravitacional,apresentaummovimento

acelerado. Como este movimento acelerado não pode ser uma variação na

velocidade em uma só direção, porque essa velocidade tenderia a infinito, o

movimentoaceleradoéumacontínuamudançadedireção,umarotaçãouniforme

emrelaçãoàTerra,eaosobservadoresnelalocalizados.

Quandoumobservadorestásentadosobreumdiscoplanoquegira,forado

centro,senteumaforçaqueoempurranadireçãoradialparafora,forçaestaque

interpretacomoefeitodesuainércia,aforçacentrífuga,dacontínuaalteraçãona

direçãoexperimentada,pelarotaçãouniformedodisco.

Quandoumobservadorestá sobrea superfíciedeumplaneta, senteuma

Page 73: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

forçaqueoempurranadireçãoradialparadentro,ouparabaixo,forçaestaque

interpretacomoefeitodagravidade,aforçagravitacional,dacontínuaalteração

na direção experimentada, pela rotação uniforme do espaço circundante ao

planeta,oucampogravitacional.

Se,comumarégua,umobservadorpudessemedirprimeiroumperímetrono

campogravitacional, edepoisodiâmetro, edividisseoprimeiro resultadopelo

segundo, de acordo com a Relatividade Especial, ele não encontraria por

quocienteoconhecidonúmeropi,massimumnúmeromaior,enquantoqueem

um espaço longe de qualquer grande massa, esta operação dá exatamente o

númeropicomoresultado.

Ageometriaeuclidiananãoéexatamenteválidanoscamposgravitacionais.

O conceito de linha reta não é válido.No campo gravitacional, em torno das

massas, é portanto o espaço, curvo. Mas o cálculo mostra que mesmo para

massas do tamanho do Sol, a curvatura da geometria do espaço envolvente é

mínima.Semomovimento,como“saberia”oespaçoquedevetornar-securvona

presençadeumagrandemassa?Seráqueolhariaoespaçoparaamassa,ediria:

“Oh! Lá está uma grande massa! É hora de tornar-me curvo.” Como disse

Feynman,comcertezanãoéessaaexplicaçãoparaomecanismodagravitação.

Admitirqueoespaçoéempurradopelamassaparaapresentarumaspectocurvo,

é admitir um movimento, pois um empurrão é uma força, uma imposição de

movimento.

Umacurvaturaemumespaçototalmenteestático,nãoprovocariaaqueda

gravitacional. Se tentamos encher uma bola com pequenos cubos, não

observamos nenhum fenômeno gravitacional nisso. Apenas um movimento

acelerado, a rotação do espaço, mantém válida a equivalência entre os três

estados de movimento, para o caso de corpos abandonados livremente em

qualquerregiãodoespaço.

Achamadagravidadeartificialobtidaemumaestação,ounaveespacial,de

umestadodemovimentodeste referencialquenãonecessitadenenhumaação

externaparasermantido,deummovimentoderotaçãouniforme,nãoédiferente,

portantoemprincípio,dachamadagravidadenaturalencontradanosplanetas.

Page 74: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Aqueda:

Oqueéumamaçã?

Umamaçãéumaquantidadedemovimentoreservada.

Comopodeserumamaçãumareservademovimento?

Quandoeucomoumamaçã,convertopequeníssimapartedamassadessa

maçãemenergia,etendoenergiapossorealizartrabalho,empurrando,puxando

ou levantando uma cadeira por exemplo, fazendo com que esta entre em

movimento.Umprocessobemmaiseficiente,poderiaconvertertodaamassada

maçã emmovimento.Assim, amaçã pode ser usada para pôr outro corpo em

movimento,ou,amaçãpodeserconvertidaemmovimento,eamaçãenquanto

maçãéumaquantidadedemovimentoreservada.

Imaginemosqueumamaçãésoltaemquedalivredeumaalturade1000m

da superfície da Terra. Imaginemos que o ar não está presente para esta

experiência.

Umobservadorbicho-da-maçãlocalizadonointeriordamaçã,depoisqueela

é solta, não sente, em nenhum momento, nenhuma força agindo na maçã.

Tambémnãomedeobicho,nenhumamudançanamassainercialdamaçã,ouno

estado demovimento dela.Admite, então, corretamente, o bicho investigador,

que amaçã está sempre em repouso durante esta experiência.Quando amaçã

espatifa-senosolo,obicho-da-maçãnadamaisadmite.

NasuperfíciedaTerra,imaginemosqueestãoolhandoestaquedadamaçã,

trêsobservadores.

Galileumedeque,emrelaçãoàsuperfíciedaTerra,adistânciapercorrida

pelamaçãdesdeomomentoemqueelaé solta, édiretamenteproporcional ao

quadradodotempogastoaopercorrê-la.DizGalileu:“Duranteaquedadamaçã,

encontro que os espaços percorridos sempre estão entre si comoos quadrados

dostempos.”

Galileupercebeclaramente,queemcada intervalodo tempodequeda,a

distânciapercorridapelamaçãésempreigualadistânciapercorridanointervalo

anteriormais umamesmamedida constante, que é sempre igual para todos os

intervalos.

Page 75: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Newtonafirmaqueesseincrementoconstantenadistânciapercorridapela

maçãemcada intervalode tempo,sópodesignificarqueumaforçaàdistância

estápuxandoamaçãparaaTerra,acelerando-a.Essaforçagravitacionalocorre

porque segundoNewton,matéria atraimatéria na razão direta do produto das

massaseinversadoquadradodadistânciaqueassepara.

A matéria não tem por objetivo “atrair” outra matéria. Por ser uma

quantidade bem definida de movimento, reservada em espaço relativamente

estacionário,amatériaapresentaconsigooutromovimento,chamadodecampo

gravitacional. Quando outra matéria entra em contato com este espaço em

movimento relativo, apresenta um comportamento inercial aparentemente

diferenteemrelaçãoàmatériaorigemdocampogravitacional.

Disse Einstein: “Acredito que um campo gravitacional homogêneo é

completamente equivalente a um referencial uniformemente acelerado.Não há

experiênciadequalquerespéciequepossadistinguirmovimentouniformemente

aceleradodeumcampogravitacional.”

Umcorpomaterialrígido,umeixodecoordenadascartesianas,ageometria

euclidiana,sãocasosmuitoparticulares,cujaprincipalcaracterística,éarigidez.

O caso geral, a generalização, estaria num corpo material não-rígido, nas

coordenadasgaussianas,enageometrianão-euclidiana.

Parasaberseumcorpodereferências,umreferencial,érígidoounão-rígido,

énecessárioquehajaomovimento.Senenhumpontodocorpo sedesloca em

relaçãoaosdemaispontos,ocorpoérígido.Seospontosdocorposedeslocam

unsemrelaçãoaosoutros,ocorpoénão-rígido.

Paraocasogeral,ocontínuoespaço-temponãoéumcontínuoeuclidiano.

Oespaçonãoérígido,nãoéestático,apresentamovimento.

A definição física do tempo como sendo uma medida padrão de

deslocamento,éumamedidarígida,válidaparareferenciaisrígidos,nãoéválida

portanto,paraocasogeral,nãoéválidaparaoUniverso.

Tambémnãofazsentidofalaremuma“estruturageométricadoUniverso”,

porque estrutura significa rigidez, e o caso geral não admitiria apenas uma

particularrigidez.OUniversonãoteriaumaestruturageométrica.

Page 76: A Física e o Universo - Rodrigo Horst

Avidaéumaoportunidade.

Busqueafelicidade.