mecânica e ondas - fenix.tecnico.ulisboa.pt · no final do séc. xix com a natureza descrita pela...

Mecânica e Ondas MEEC 2013-2014

Prof. Pedro Abreu

abreu@lip.pt 25ª Aula

Princípio de Equivalência

(introdução à ) Relatividade Geral Questões em aberto no nosso Universo

“Eu não sei com que armas os homens se debaterão numa 3ª guerra mundial. Mas sei quais é que usarão numa 4ª: pedras e paus!”

Albert Einstein (1879-1955)(Prémio Nobel 1921)

Albert Einstein Ulm [, Alemanha] 14 de Março, 1879

18 de Abril, 1955 Princeton, NJ, USA

1905 - O ano milagroso de Einstein !

§ Efeito fotoeléctrico!!≈Mecânica Quântica !

§ Explicação do movimento Browniano ≈ átomos e moléculas!!!§ Teoria da Relatividade!! ≈novo espaço-tempo#

Restrita (1905) è Referenciais em movimento rectilíneo e uniforme

Equivalência Massa-Energia: E=mc2

Princípio da Relatividade

Não se pode realizar nenhuma experiência, de qualquer natureza, que nos permita distinguir se um referencial (em movimento rectilíneo e uniforme) está ou não em movimento!

Não existem referenciais absolutos!

TUDO É RELATIVO !

Relatividade Geral:

Apresentação Academia Prussiana

1915

Artigo 1916

E para referenciais acelerados ?!

Princípio de Equivalência:

Relatividade Geral Não se pode realizar nenhuma experiência, de qualquer natureza, que nos permita distinguir um referencial acelerado e um referencial sujeito à gravidade! Então e se ligar uma

...lanterna ?!

g Im m m= =

R.G. : Luz é atraída pela gravidade!

Medições da MESMA estrela, separadas de 6 meses, e uma das medições efectuadas num eclipse solar total

(Ilha do Príncipe, Sir Arthur Eddington, 1919;

Sobral [Brasil], 1918-19)

Caso limite: Buraco Negro!

A vida de uma estrela (função(massa) !)

A estrela típica (Sol)

Uma estrela gordinha (>3 M¤)

Torna-se uma ESTRELA DE NEUTRÕES...

18 km

ou algo mais...

Uma estrela de quarks ?!

Uma estrela bem gorda (>25M¤) ...torna-se um buraco negro!

...nem a luz escapa!

Detecção indirecta de B.Negros

Equações da Relatividade Geral (1):

Equações da Relatividade Geral (2):

Equações da Relatividade Geral (3):

Observações da Rel. Geral (1)

Observ. Relatividade Geral (2) [HST]

O UNIVERSO INVISÍVEL

©2014 Jorge Dias de Deus

(Sol em ) neutrinos Raios Cósmicos de Energia Extrema

©2014 Sofia Andringa

Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 21/34

O Problema da Matéria Escura

Maior fracção de massa não brilha! O que será?!

©A.De Angelis

SPIRAL GALAXIES

VELO

CID

AD

E

DISTÂNCIA ao centro

30 de Maio 2014

vORB =GMR

Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 22/34

Matéria Escura presente na nossa própria Galáxia!

•  Distribuída na Galáxia, não agrupada!

•  Nenhuma forma de matéria conhecida!

©Anglo-Australian Observatory

© COBE M100 ≈ Milky Way Milky Way

Distance

Velo

cida

de

30 de Maio 2014

Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 23/34

Matéria Escura na Colisão de Aglomerados de Galáxias ©

CH

AN

DRA

X-R

AY

OBS

ERVA

TORY

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Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 24/34

Matéria Escura na Colisão de Aglomerados de Galáxias ©

CH

AN

DRA

X-R

AY

OBS

ERVA

TORY

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Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 25/34

Matéria Escura na Colisão de Aglomerados de Galáxias ©

CH

AN

DRA

X-R

AY

OBS

ERVA

TORY

Normal matter Dark Matter

(Reconstructed) Dark Matter (Reconstructed)

30 de Maio 2014

Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 26/34

O Problema da ‘Energia Escura’ Cientistas estudam supernovae distantes para medir a evolução da expansão do Universo.

Esperavem que a taxa de expansão diminuísse desde o Big-Bang.

30 de Maio 2014

Oops…

30 de Maio 2014 27/34 Pedro Abreu - Aula de Relatividade Geral e o Universo

Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 28/34

Oops…não está a diminuir! •  A Expansão do Universo está acelerando!!!

•  Algo se está a sobrepôr à gravidade

•  Cientistas chamam-lhe ‘Energia Escura’

30 de Maio 2014

Pedro Abreu – Aula de Relatividade Geral e o Universo 29/34

Uma fotografia do Universo bébé (idade de 380 000 anos)

?

13.7

A Radiação Cósmica de Fundo do Universo (hoje)

380000

Expansão do Universo está Acelerando!

Verificação Independente!

©PLANCK 2013

30 de Maio 2014

De que é que feito o Universo?!

??! ÁTOMOS

Universo

Energia Escura

Matéria Escura

Matéria Ordinária

?

??

Matéria Ordinária:

4,9%

Matéria Escura: 26,8%

Energia Escura: 68,3%

©2014 PLANCK

pedro abreu - E.S. Batalha 30/34 23 de Abril 2014

No final do Séc. XIX com a natureza descrita pela mecânica, termodinâmica, e electromagnetismo, a Física parecia completa:

“Não há nada fundamentalmente novo para ser descoberto. Tudo o que há a fazer é medir com mais precisão…”#

! ! ! ! !(Lord Kelvin, 1900)!

William Thomson (Lord Kelvin)

Mensagem à British Association for the Advancement of Science, 1900 :!

Mas Lord Kelvin também mencionou ‘duas nuvens’ no horizonte da Física:!1) Radiação do Corpo Negro!2) Experiências de resultado nulo de (Albert )Michelson – (Edward )Morley!

“Tudo o que falta fazer em Física resume-se a preencher o valor da 6ª casa decimal”

(Albert Michelson, 1894)

Elas levaram às 2 grandes revoluções da Física no séc. XX: Relatividade e Mec.Quant.!!

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No final do Séc. XX com a nova natureza descrita pela Teoria Quântica de Campos e pelo {partículas elementares} constituindo o Modelo Padrão das partículas e interações fundamentais, também aqui a Física parece resolvida:

“Com a descoberta iminente do bosão de Higgs, não há nada fundamentalmente novo para ser descoberto. Tudo o que há a fazer é medir com mais precisão…” (trad. livre, adaptado)#

! ! ! (Stephen Hawking, 1998)!

Mas ainda há algumas questões a resolver no horizonte da Física:!1) Matéria e energia escuras!2) Experiências de resultado nulo na pesquisa de sinais de nova física até ~1 TeV (e Origem da enorme e pequeníssima assimetria matéria-antimatéria)!

A que revoluções da Física no séc. XXI nos levarão estas questões? Ideias por favor!!!

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Temos bosão de Higgs! …e agora?

•  Procurar Supersimmetria: o melhor candidato para a Matéria Escura será a partícula supersimétrica mais leve, estável e produzida em grandes quantidades no Big Bang

•  Procurar Weakly Interactive Massive Particles, que se existirem em grandes quantidades = Matéria Escura

•  Procurar dimensões extra (>=5D), etc!

•  Estudar o sector do Higgs em grande detalhe: Propriedades detalhadas, se há mais do que um, etc…

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…e temos muitas Nuvens!!!

•  (Matéria e Energia Escuras! )

•  Onde pára a Antimatéria (ou a Assimetria M-aM ?)

•  Porquê 3 famílias ?

•  Porque é que as massas das partículas elementares são o que são?

•  Porque é que os neutrinos são muito mais leves do que os leptões carregados e os quarks?

•  Será que as 3 (ou 4) forças se unificam a alguma escala?

•  Será que as partículas elementares são mesmo elementares?

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