Mecânica e Ondas MEEC Prof. Pedro Abreu 25ª Aula

Transcrição

1 Mecânica e Ondas MEEC 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 ( )(Prémio Nobel 1921)

2 Albert Einstein Ulm [, Alemanha] 14 de Março, de Abril, 1955 Princeton, NJ, USA

3 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=mc 2

4 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!

5 Relatividade Geral: E para referenciais acelerados?! Apresentação Academia Prussiana 1915 Artigo 1916

6 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?! m = m = m g I

7 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], )

8 Caso limite: Buraco Negro!

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

10 A estrela típica (Sol)

11 Uma estrela gordinha (>3 M ) Torna-se uma ESTRELA DE NEUTRÕES km

12 Uma estrela de quarks?! ou algo mais...

13 Uma estrela bem gorda (>25M )...torna-se um buraco negro!...nem a luz escapa!

14 Detecção indirecta de B.Negros

15 Equações da Relatividade Geral (1):

16 Equações da Relatividade Geral (2):

17 Equações da Relatividade Geral (3):

18 Observações da Rel. Geral (1)

19 Observ. Relatividade Geral (2) [HST]

20 (Sol em ) neutrinos Raios Cósmicos de Energia Extrema O UNIVERSO INVISÍVEL 2014 Jorge Dias de Deus 2014 Sofia Andringa

21 O Problema da Matéria Escura SPIRAL GALAXIES VELOCIDADE v ORB = GM R DISTÂNCIA ao centro A.De Angelis Maior fracção de massa não brilha! O que será?! 30 de Maio 2014 Pedro Abreu Aula de Relatividade Geral e o Universo 21/34

22 Matéria Escura presente na nossa própria Galáxia! M100 Milky Way COBE Milky Way Anglo-Australian Observatory Velocidade Distance Distribuída na Galáxia, não agrupada! Nenhuma forma de matéria conhecida! 30 de Maio 2014 Pedro Abreu Aula de Relatividade Geral e o Universo 22/34

23 Matéria Escura na Colisão de Aglomerados de Galáxias CHANDRA X-RAY OBSERVATORY 30 de Maio 2014 Pedro Abreu Aula de Relatividade Geral e o Universo 23/34

24 Matéria Escura na Colisão de Aglomerados de Galáxias CHANDRA X-RAY OBSERVATORY 30 de Maio 2014 Pedro Abreu Aula de Relatividade Geral e o Universo 24/34

25 Matéria Escura na Colisão de Aglomerados de Galáxias CHANDRA X-RAY OBSERVATORY Dark Matter (Reconstructed) Normal matter Dark Matter (Reconstructed) 30 de Maio 2014 Pedro Abreu Aula de Relatividade Geral e o Universo 25/34

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

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

28 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 28/34

29 A Radiação Cósmica de Fundo do Universo (hoje) Verificação Independente! Uma fotografia do Universo bébé (idade de anos)? PLANCK de Maio 2014 Expansão do Universo está Acelerando! Pedro Abreu Aula de Relatividade Geral e o Universo 29/34

30 De que é que feito o Universo?! Universo??!? Matéria Escura: 26,8% Matéria Ordinária: 4,9% ÁTOMOS Energia Escura: 68,3%?? Energia Escura Matéria Escura Matéria Ordinária 2014 PLANCK 23 de Abril 2014 pedro abreu - E.S. Batalha 30/34

31 No final do Séc. XIX com a natureza descrita pela mecânica, termodinâmica, e electromagnetismo, a Física parecia completa: 31/34 Tudo o que falta fazer em Física resume-se a preencher o valor da 6ª casa decimal Mensagem à British Association for the Advancement of Science, 1900 :! (Albert Michelson, 1894) 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) 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! Elas levaram às 2 grandes revoluções da Física no séc. XX: Relatividade e Mec.Quant.!!

32 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: 32/34 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!!!

33 Temos bosão de Higgs! e agora? Estudar o sector do Higgs em grande detalhe: Propriedades detalhadas, se há mais do que um, etc 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! 33/34

34 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? 34/34