Alguns Problemas em Aberto da Física

Transcrição

1 p.1/25 Alguns Problemas em Aberto da Física Victor O. Rivelles Instituto de Física Universidade de São Paulo

2 p.2/25 Palestra de Lord Kelvin em 1900 Nineteenth century clouds over the dynamical theory of heat and light

3 p.2/25 Palestra de Lord Kelvin em 1900 Nineteenth century clouds over the dynamical theory of heat and light Nuvem I: O movimento relativo do éter e corpos ponderáveis Nuvem II: Problemas com a doutrina de Maxwell-Boltzmann em relação a equipartição da energia

4 p.2/25 Palestra de Lord Kelvin em 1900 Nineteenth century clouds over the dynamical theory of heat and light Nuvem I: O movimento relativo do éter e corpos ponderáveis Nuvem II: Problemas com a doutrina de Maxwell-Boltzmann em relação a equipartição da energia Nuvem I => Teoria da relatividade especial

5 p.2/25 Palestra de Lord Kelvin em 1900 Nineteenth century clouds over the dynamical theory of heat and light Nuvem I: O movimento relativo do éter e corpos ponderáveis Nuvem II: Problemas com a doutrina de Maxwell-Boltzmann em relação a equipartição da energia Nuvem I => Teoria da relatividade especial Nuvem II => Teoria quântica

6 p.3/25 Palestra de David Hilbert em 1900 Mathematical Problems

7 p.3/25 Palestra de David Hilbert em 1900 Mathematical Problems Discutiu 23 problemas -> problemas de Hilbert Influenciaram o desenvolvimento da matemática ao longo do século XX

8 p.4/25 Clay Mathematics Institute Millennium Problems Foram propostos 7 problemas DOIS PROBLEMAS SÃO DE FÍSICA :

9 p.4/25 Clay Mathematics Institute Millennium Problems Foram propostos 7 problemas DOIS PROBLEMAS SÃO DE FÍSICA : Equação de Navier-Stokes Teoria de Yang-Mills

10 p.5/25 Equação de Navier-Stokes Foi proposta no século XIX. Descreve o fluxo de fluídos tais como líquidos e gases.

11 p.5/25 Equação de Navier-Stokes Foi proposta no século XIX. Descreve o fluxo de fluídos tais como líquidos e gases. Governam o movimento do ar na atmosfera, as correntes oceânicas, o fluxo de água num cano,...

12 p.5/25 Equação de Navier-Stokes Foi proposta no século XIX. Descreve o fluxo de fluídos tais como líquidos e gases. Governam o movimento do ar na atmosfera, as correntes oceânicas, o fluxo de água num cano,... densidade, viscosidade velocidade, Mais uma equação de estado pressão,

13 p.6/25 Turbulência Fluxo laminar Fluxo turbulento

14 p.7/25 Teoria de Yang-Mills Em 1954 foi proposta uma generalização do eletromagnetismo para explicar o comportamento das partículas elementares Em 1970 o modêlo padrão das partículas elementares foi concluído

15 p.7/25 Teoria de Yang-Mills Em 1954 foi proposta uma generalização do eletromagnetismo para explicar o comportamento das partículas elementares Em 1970 o modêlo padrão das partículas elementares foi concluído Átomos -> núcleo + elétrons

16 p.7/25 Teoria de Yang-Mills Em 1954 foi proposta uma generalização do eletromagnetismo para explicar o comportamento das partículas elementares Em 1970 o modêlo padrão das partículas elementares foi concluído Átomos -> núcleo + elétrons Núcleos -> prótons + neutrons

17 p.7/25 Teoria de Yang-Mills Em 1954 foi proposta uma generalização do eletromagnetismo para explicar o comportamento das partículas elementares Em 1970 o modêlo padrão das partículas elementares foi concluído Átomos -> núcleo + elétrons Núcleos -> prótons + neutrons Prótons e Neutrons -> quarks

18 Partículas de Matéria p.8/25

19 p.9/25 Forças Fundamentais A matéria interage através de forças de interação

20 p.9/25 Forças Fundamentais A matéria interage através de forças de interação Força gravitacional Força eletromagnética Força fraca (ex: decaimento do neutron) Força forte (ex: forças nucleares) Forte: ; EM: ; Fraca: ; Gravit.:

21 p.9/25 Forças Fundamentais A matéria interage através de forças de interação Força gravitacional Força eletromagnética Força fraca (ex: decaimento do neutron) Força forte (ex: forças nucleares) Forte: ; EM: ; Fraca: ; Gravit.: As forças fundamentais da Natureza são transportadas por partículas

22 Partículas das Forças Fundamentais p.10/25

23 Bárions p.11/25

24 p.12/25 Teoria de Yang-Mills Descreve as partículas portadoras das forças fundamentais

25 p.12/25 Teoria de Yang-Mills Descreve as partículas portadoras das forças fundamentais Não existe uma compreensão matemáticamente rigorosa do comportamento quântico da teoria de Yang-Mills

26 p.12/25 Teoria de Yang-Mills Descreve as partículas portadoras das forças fundamentais Não existe uma compreensão matemáticamente rigorosa do comportamento quântico da teoria de Yang-Mills Experiências e simulações computacionais mostram que:

27 p.12/25 Teoria de Yang-Mills Descreve as partículas portadoras das forças fundamentais Não existe uma compreensão matemáticamente rigorosa do comportamento quântico da teoria de Yang-Mills Experiências e simulações computacionais mostram que: Confinamento -> não existem quarks livres

28 Teoria de Yang-Mills Descreve as partículas portadoras das forças fundamentais Não existe uma compreensão matemáticamente rigorosa do comportamento quântico da teoria de Yang-Mills Experiências e simulações computacionais mostram que: Confinamento -> não existem quarks livres Mass gap -> partículas possuem uma massa mínima p.12/25

29 PRÊMIO do Clay M. I. p.13/25

30 p.13/25 PRÊMIO do Clay M. I. 1 milhão de dolares!!!

31 p.14/25 Supercondutores Supercondutores -> ausência completa de resistência elétrica e amortecimento rápido do campo magético (no interior)

32 p.14/25 Supercondutores Supercondutores -> ausência completa de resistência elétrica e amortecimento rápido do campo magético (no interior) Aplicações: linhas de transmissão elétrica, levitação magnética, ressonância magnética

33 p.14/25 Supercondutores Supercondutores -> ausência completa de resistência elétrica e amortecimento rápido do campo magético (no interior) Aplicações: linhas de transmissão elétrica, levitação magnética, ressonância magnética Supercondutividade aparece a baixas temperaturas -> Helio líquido

34 p.15/25 Supercondutores de altas temperatura Em 1986 foi descoberta a supercondutividade a altas temperaturas -> Nitrogênio líquido

35 p.16/25 Supercondutores Baixas temperaturas -> teoria BCS

36 p.16/25 Supercondutores Baixas temperaturas -> teoria BCS Altas temperaturas -> não existe uma teoria completa!

37 p.17/25 Cosmologia Relatividade geral -> história do Universo: cosmologia Modêlo cosmológico padrão

38 p.17/25 Cosmologia Relatividade geral -> história do Universo: cosmologia Modêlo cosmológico padrão Desconhecemos Universo!!! Apenas do conteúdo do é constituído por matéria normal

39 p.18/25 Cosmologia Matéria escura -> Desde 1930 sabe-se da existência dela

40 p.18/25 Cosmologia Matéria escura -> Desde 1930 sabe-se da existência dela Energia escura -> Responsável pela aceleração da expansão do Universo

41 p.19/25 Gravitação Quântica A relatividade geral e a mecânica quântica são incompatíveis

42 p.19/25 Gravitação Quântica A relatividade geral e a mecânica quântica são incompatíveis Partícula que transporta a força gravitacional: gráviton

43 p.19/25 Gravitação Quântica A relatividade geral e a mecânica quântica são incompatíveis Partícula que transporta a força gravitacional: gráviton Exitem duas linhas de ataque:

44 p.19/25 Gravitação Quântica A relatividade geral e a mecânica quântica são incompatíveis Partícula que transporta a força gravitacional: gráviton Exitem duas linhas de ataque: Loop Quantum Gravity Objetos fundamentais são laços numa teoria quântica Quantização da área Não é claro a relação com a relatividade geral

45 p.20/25 Teoria de Cordas Partículas elementares: pontuais

46 p.20/25 Teoria de Cordas Partículas elementares: pontuais Considere objetos estendidos: cordas, membranas,... O que chamamos de partículas agora são os modos normais de vibração da corda

47 p.20/25 Teoria de Cordas Partículas elementares: pontuais Considere objetos estendidos: cordas, membranas,... O que chamamos de partículas agora são os modos normais de vibração da corda Fornece uma teoria para o gráviton em espaços planos (cordas fechadas) Contém o modêlo padrão das partículas elementares (cordas abertas)

48 p.21/25 Teoria de Cordas Dimensão do espaço-tempo é

49 p.21/25 Teoria de Cordas Dimensão do espaço-tempo é Questão experimental!!!

50 p.21/25 Teoria de Cordas Dimensão do espaço-tempo é Questão experimental!!! Violação de! para a gravitação

51 # " p.21/25 Teoria de Cordas Dimensão do espaço-tempo é Questão experimental!!! Violação de! Num espaço-tempo de para a gravitação dimensões temos

52 # " % $ p.21/25 Teoria de Cordas Dimensão do espaço-tempo é Questão experimental!!! Violação de! Num espaço-tempo de para a gravitação dimensões temos Experimentos recentes confirmam para distâncias maiores que!

53 p.22/25 Membranas Nosso Universo poderia ser um 3-brana

54 p.23/25 Referências rivelles/ unsolved_problems_in_physics Revistas recomendadas: Physics Today New Scientist Physics World Scientific American Ciência Hoje Nature Science

55 p.24/25 Conclusão Demonstration of the Exponential Decay Law Using Beer Froth Demonstração da Lei do Decaimento Exponencial Usando Espuma de Cerveja

56 p.24/25 Conclusão Demonstration of the Exponential Decay Law Using Beer Froth Demonstração da Lei do Decaimento Exponencial Usando Espuma de Cerveja A. Leike, European Journal of Physics, vol. 23, January 2002, pp

57 p.24/25 Conclusão Demonstration of the Exponential Decay Law Using Beer Froth Demonstração da Lei do Decaimento Exponencial Usando Espuma de Cerveja A. Leike, European Journal of Physics, vol. 23, January 2002, pp Vencedor do prêmio Ig Nobel de Física de

58 p.25/25 Resumo O volume da espuma de cerveja decai exponencialmente com o tempo. Esta propriedade é utilizada para demonstrar a lei do decaimento exponencial. A constante de decaimento depende do tipo de cerveja e pode ser usada para diferenciar entre diferentes cervejas. A análise mostra de forma transparente as técnicas de análise de dados usadas usualmente em ciência testes de consistência do modêlo teórico com os dados, estimativa de parâmetros e determinação de intervalos de confiança.