De Albert Einstein aMarcelo Gleiser et al.
Plano da palestra1) Faraday, Maxwell e a unificação da   eletricidade e do magnetismo2) Einstein e a relatividade geral3) ...
-1-Faraday, Maxwell e  a unificação da eletricidade e do   magnetismo
Os primórdios: Sir Isaac Newton et al.●   1666: fugindo da Peste,    refugia-se em Lincolnshire.●   1687: publica “Philoso...
Gravitação   Gravitação                               Radiação                          Eletricidade   MagnetismoTerrestre...
Hans Christian Oersted (1777 – 1851)●   1820: descoberta de que    uma corrente elétrica    influencia uma bússola    próx...
Conclusão:  eletricidade e magnetismo sãofenômenos inter-  relacionados!
Lei de Ampère●   Correntes elétricas, contínuas ou alternadas,    produzem campos magnéticos.
Pergunta: se aeletricidade produz     um campo magnético, será o inverso possível?
Michael Faraday (1791 - 1867)●   1821: invenção do    primeiro motor elétrico.●   1831: descoberta da lei    da indução   ...
Sim, magnetismo  pode produzireletricidade, desde que este varie no       tempo.
Lei de Faraday●   Campos magnéticos variáveis no tempo    produzem forças eletromotrizes também    variáveis no tempo.    ...
Gravitação   Gravitação                               Radiação                          Eletricidade   MagnetismoTerrestre...
James Clerk Maxwell (1831 - 1879)●   1861: 20 equações    diferenciais a 20    incógnitas.●   1864: a luz é uma onda    el...
Ondas eletromagnéticas
Gravitação   Gravitação                                Radiação                          Eletricidade    MagnetismoTerrest...
-2-  Albert Einstein,relatividade geral eo campo unificado
Albert Einstein (1879 - 1955)●   1905: Teoria Especial da    Relatividade    (referenciais inerciais).●   1917: Teoria Ger...
A equação de campo de Einstein
Gravitação   Gravitação                                Radiação                          Eletricidade    MagnetismoTerrest...
Theodor Kaluza (1885 – 1954)●   Tentativa de obter o    eletromagnetismo como o    efeito de uma quinta    dimensão do esp...
Oskar Klein (1894 – 1977)●   A dimensão extra não    pode ser observada    porque está escondida    (“compactada”) em um  ...
Dimensões compactadas
Gravitação   Gravitação                                 Radiação                           Eletricidade    MagnetismoTerre...
-3- Entra em cena amecânica quântica:força forte e unifi- cação eletrofraca
Heisenberg e o princípio da incerteza
Heisenberg e o princípio da incerteza
Funções de onda
A interpretação de Copenhagen (1927)●   Niels Bohr et al.:    dualidade onda-partícula.●   Erwin Schrödinger:    mecânica ...
“Deus não joga dados com o Universo.”       (Albert Einstein, 1926)
Paul Adrien Maurice Dirac●   Um dos fundadores da    mecânica quântica e da    eletrodinâmica quântica.●   Prêmio Nobel de...
Consequências da equação de Dirac●   Existência da antimatéria.●   Elétron tem um momento magnético: como    calculá-lo?
A Eletrodinâmica Quântica (QED)●   1948: Richard Feynman, Julian Schwinger,    Sin-Itiro Tomonaga (Nobel em 1965).
Gravitação   Gravitação                                 Radiação         Força   Força                           Eletricid...
Teorias de Gauge●   Transformações de gauge    (“calibre”) alteram as    propriedades das    partículas, mas não a física ...
Cromodinâmica Quântica (QCD)●   1964: Murray Gell-Mann,    Yuval Neeman e George    Zweig.●   Quarks com massa, sabor,    ...
Gravitação   Gravitação                                 Radiação         Força      Força                           Eletri...
Unificação Eletrofraca (1961)●   Steven Weinberg, Abdus Salam    e Sheldon Glashow.                                   41
Gravitação   Gravitação                                 Radiação         Força      Força                           Eletri...
O Modelo Padrão●   Hádrons (prótons,    nêutrons e mésons) são    formados por quarks.●   Léptons não são afetados    pela...
As quatro interações fundamentais Interação   Intensidade Partícula   Comporta-   Alcance                relativa mediador...
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-4- Supercordas: oderradeiro sonho dos pitagóricos
Os primórdios das supercordas●   Gabriele Veneziano,    início dos anos 70.●   Yoichiro Nambu,    Leonard Susskind e    Ho...
Edward Witten●   1995: Conjectura acerca da    existência da “Teoria M”.●   “O fato de que a gravidade    seja uma consequ...
Gravitação   Gravitação                                   Radiação        Força      Força                           Eletr...
-5-  O que é umateoria científica?
O método científico                      54
O problema de Hume (1711 - 1776)●   Relações causais não são    encontradas pela razão, mas    pela indução (experimental)...
O resposta de Hume     “Embora não existam meios para se  demonstrar a validade dos procedimentos  indutivos, a constituiç...
A resposta de Popper (1902 - 1994)●   Não importa quantos cisnes    brancos possamos ter observado    na vida, isso não ju...
O princípio da refutabilidade●   Teorias científicas devem    ser formuladas de    maneira a se exporem    abertamente à r...
Exemplo de enunciado irrefutávelO dragão de Sagan:“Existe um dragãoindetectável morando naminha garagem”.(Carl Sagan, 1934...
A Navalha de Occam●   Guilherme de Occam (1288 - 1348).●   Ao analisarmos duas hipóteses    concorrentes e que façam    as...
Fatos e teorias●   A queda dos corpos    em presença de    campos gravita-    cionais é um fato.●   A relatividade geral  ...
-6-Marcelo Gleiser e aCriação Imperfeita
Marcelo Gleiser●   1994: Presidential Faculty    Fellows Award.●   Prêmios Jabuti em 1998 e    2002.●   Professor do Dartm...
Os Argumentos de Gleiser1)A Ciência trata apenas daquilo que pode ser  medido.
Os Argumentos de Gleiser1)A Ciência trata apenas daquilo que pode ser  medido.2)Aquilo que é não é necessariamente igual  ...
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Gravitação   Gravitação                                  Radiação           Força      Força                          Elet...
Por que, afinal, devemos saber disso?Ítalo Calvino (1923 – 1985):                                        68
Por que, afinal, devemos saber disso?Ítalo Calvino (1923 – 1985):“A única razão que se podeapresentar é que ler os clássic...
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Para saber maisRichard P. Feynman“QED – a estranha teoria daluz e da matéria”, Gradiva,2002.                              71
Para saber maisBrian Greene“O Universo elegante –supercordas, dimensõesocultas e a busca da teoriadefinitiva”, Cia. das Le...
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A teoria final da física

  1. 1. De Albert Einstein aMarcelo Gleiser et al.
  2. 2. Plano da palestra1) Faraday, Maxwell e a unificação da eletricidade e do magnetismo2) Einstein e a relatividade geral3) Força forte e unificação eletrofraca4) Supercordas: o derradeiro sonho dos pitagóricos5) O que é uma teoria científica6) Marcelo Gleiser e a criação imperfeita 2
  3. 3. -1-Faraday, Maxwell e a unificação da eletricidade e do magnetismo
  4. 4. Os primórdios: Sir Isaac Newton et al.● 1666: fugindo da Peste, refugia-se em Lincolnshire.● 1687: publica “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica”, no qual apresenta as leis do movimento e a lei da gravitação universal.
  5. 5. Gravitação Gravitação Radiação Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Teoria da Gravitação Universal 1687
  6. 6. Hans Christian Oersted (1777 – 1851)● 1820: descoberta de que uma corrente elétrica influencia uma bússola próxima.● Uma semana depois o fenômeno foi formalizado por André-Marie Ampère, na França. 6
  7. 7. Conclusão: eletricidade e magnetismo sãofenômenos inter- relacionados!
  8. 8. Lei de Ampère● Correntes elétricas, contínuas ou alternadas, produzem campos magnéticos.
  9. 9. Pergunta: se aeletricidade produz um campo magnético, será o inverso possível?
  10. 10. Michael Faraday (1791 - 1867)● 1821: invenção do primeiro motor elétrico.● 1831: descoberta da lei da indução eletromagnética. 11
  11. 11. Sim, magnetismo pode produzireletricidade, desde que este varie no tempo.
  12. 12. Lei de Faraday● Campos magnéticos variáveis no tempo produzem forças eletromotrizes também variáveis no tempo. dλ e = − dt
  13. 13. Gravitação Gravitação Radiação Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Teoria da Eletricidade Gravitação & Universal 1687 Magnetismo 1831
  14. 14. James Clerk Maxwell (1831 - 1879)● 1861: 20 equações diferenciais a 20 incógnitas.● 1864: a luz é uma onda eletromagnética!● 1873: formalização do eletromagnetismo em 4 equações. 15
  15. 15. Ondas eletromagnéticas
  16. 16. Gravitação Gravitação Radiação Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Teoria da Eletricidade Gravitação & Universal 1687 Magnetismo 1831 Eletro- 1864 magnetismo
  17. 17. -2- Albert Einstein,relatividade geral eo campo unificado
  18. 18. Albert Einstein (1879 - 1955)● 1905: Teoria Especial da Relatividade (referenciais inerciais).● 1917: Teoria Geral da Relatividade (referenciais não inerciais, gravitação). 20
  19. 19. A equação de campo de Einstein
  20. 20. Gravitação Gravitação Radiação Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Teoria da Eletricidade Gravitação & Universal 1687 Magnetismo 1831 Relatividade Eletro- Geral 1917 1864 magnetismo
  21. 21. Theodor Kaluza (1885 – 1954)● Tentativa de obter o eletromagnetismo como o efeito de uma quinta dimensão do espaço-tempo.● Einstein inicialmente gostou da ideia. Porém...● Por que a quinta dimensão não é observada?
  22. 22. Oskar Klein (1894 – 1977)● A dimensão extra não pode ser observada porque está escondida (“compactada”) em um comprimento muito pequeno.● Teorias de Kaluza-Klein.
  23. 23. Dimensões compactadas
  24. 24. Gravitação Gravitação Radiação Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Teoria da Eletricidade Gravitação & Universal 1687 Magnetismo 1831 Relatividade Eletro- Geral 1917 1864 magnetismo Kaluza- Klein 1920
  25. 25. -3- Entra em cena amecânica quântica:força forte e unifi- cação eletrofraca
  26. 26. Heisenberg e o princípio da incerteza
  27. 27. Heisenberg e o princípio da incerteza
  28. 28. Funções de onda
  29. 29. A interpretação de Copenhagen (1927)● Niels Bohr et al.: dualidade onda-partícula.● Erwin Schrödinger: mecânica ondulatória.● Werner Heisenberg: mecânica matricial.● Max Born: funções de onda e probabilidades.
  30. 30. “Deus não joga dados com o Universo.” (Albert Einstein, 1926)
  31. 31. Paul Adrien Maurice Dirac● Um dos fundadores da mecânica quântica e da eletrodinâmica quântica.● Prêmio Nobel de Física em 1933, juntamente com Erwin Schrödinger.
  32. 32. Consequências da equação de Dirac● Existência da antimatéria.● Elétron tem um momento magnético: como calculá-lo?
  33. 33. A Eletrodinâmica Quântica (QED)● 1948: Richard Feynman, Julian Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga (Nobel em 1965).
  34. 34. Gravitação Gravitação Radiação Força Força Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Fraca Forte Teoria da Eletricidade Gravitação & Universal 1687 Magnetismo 1831 Relatividade Eletro- Geral 1917 1864 magnetismo 1948 Eletro- dinâmica Kaluza- Quântica Klein 1920
  35. 35. Teorias de Gauge● Transformações de gauge (“calibre”) alteram as propriedades das partículas, mas não a física por elas descrita.● QED é um protótipo para outras teorias quânticas de gauge → Renormalização.
  36. 36. Cromodinâmica Quântica (QCD)● 1964: Murray Gell-Mann, Yuval Neeman e George Zweig.● Quarks com massa, sabor, cor e carga, intermediados por glúons sem massa, mas com cor. 39
  37. 37. Gravitação Gravitação Radiação Força Força Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Fraca Forte Teoria da Eletricidade Cromodi- Gravitação & nâmica Universal 1687 Magnetismo 1831 1964 Quântica Relatividade Eletro- Geral 1917 1864 magnetismo 1948 Eletro- dinâmica Kaluza- Quântica Klein 1920
  38. 38. Unificação Eletrofraca (1961)● Steven Weinberg, Abdus Salam e Sheldon Glashow. 41
  39. 39. Gravitação Gravitação Radiação Força Força Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Fraca Forte Teoria da Eletricidade Cromodi- Gravitação & nâmica Universal 1687 Magnetismo 1831 1964 Quântica Relatividade Eletro- Geral 1917 1864 magnetismo 1948 Eletro- dinâmica Kaluza- Quântica Klein 1920 Unificação Eletrofraca 1979
  40. 40. O Modelo Padrão● Hádrons (prótons, nêutrons e mésons) são formados por quarks.● Léptons não são afetados pela força forte.● Bósons são partículas de gauge (mediadoras).● 19 constantes explicam, por enquanto, todas as interações subatômicas.
  41. 41. As quatro interações fundamentais Interação Intensidade Partícula Comporta- Alcance relativa mediadora mento Forte 10 Glúon r-7 10-15 m
  42. 42. As quatro interações fundamentais Interação Intensidade Partícula Comporta- Alcance relativa mediadora mento Forte 10 Glúon r-7 10-15 m Eletro- 10-2 Fóton r-2 infinito magnética
  43. 43. As quatro interações fundamentais Interação Intensidade Partícula Comporta- Alcance relativa mediadora mento Forte 10 Glúon r-7 10-15 m Eletro- 10-2 Fóton r-2 infinito magnética Fraca 10-13 Bósons r-5 a r-7 10-18 m W+, W- e Z0
  44. 44. As quatro interações fundamentais Interação Intensidade Partícula Comporta- Alcance relativa mediadora mento Forte 10 Glúon r-7 10-15 m Eletro- 10-2 Fóton r-2 infinito magnética Fraca 10-13 Bósons r-5 a r-7 10-18 m W+, W- e Z0 Gravitacional 10-42 Gráviton? r-2 infinito
  45. 45. -4- Supercordas: oderradeiro sonho dos pitagóricos
  46. 46. Os primórdios das supercordas● Gabriele Veneziano, início dos anos 70.● Yoichiro Nambu, Leonard Susskind e Holger B. Nielsen.● Fórmula de Veneziano equivalia a representar hádrons como cordas vibrantes.
  47. 47. Edward Witten● 1995: Conjectura acerca da existência da “Teoria M”.● “O fato de que a gravidade seja uma consequência da teoria das cordas é um dos maiores achados teóricos de todos os tempos.”
  48. 48. Gravitação Gravitação Radiação Força Força Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Fraca Forte Teoria da Eletricidade Cromodi- Gravitação & nâmica Universal 1687 Magnetismo 1831 1964 Quântica Relatividade Eletro- Geral 1917 1864 magnetismo Eletro- dinâmica Kaluza- 1948 Quântica Klein 1920 Unificação Eletrofraca 1979 Teoria de Tudo ?
  49. 49. -5- O que é umateoria científica?
  50. 50. O método científico 54
  51. 51. O problema de Hume (1711 - 1776)● Relações causais não são encontradas pela razão, mas pela indução (experimental).● Mas como justificar experimentalmente a indução?● Circularidade! 55
  52. 52. O resposta de Hume “Embora não existam meios para se demonstrar a validade dos procedimentos indutivos, a constituição psicológica dos seres humanos é tal que não lhes resta alternativa a não ser pensar em termos indutivos.” 56
  53. 53. A resposta de Popper (1902 - 1994)● Não importa quantos cisnes brancos possamos ter observado na vida, isso não justifica a conclusão de que todos os cisnes são brancos.● Contudo, a observação de um único cisne negro significa que nem todos os cisnes são brancos. 57
  54. 54. O princípio da refutabilidade● Teorias científicas devem ser formuladas de maneira a se exporem abertamente à refutação.● Uma teoria só deve ser aceita enquanto não tiver sido refutada. 58
  55. 55. Exemplo de enunciado irrefutávelO dragão de Sagan:“Existe um dragãoindetectável morando naminha garagem”.(Carl Sagan, 1934 - 1996) 59
  56. 56. A Navalha de Occam● Guilherme de Occam (1288 - 1348).● Ao analisarmos duas hipóteses concorrentes e que façam as mesmas previsões, devemos escolher a mais simples delas. 60
  57. 57. Fatos e teorias● A queda dos corpos em presença de campos gravita- cionais é um fato.● A relatividade geral é uma teoria que explica esse fato.
  58. 58. -6-Marcelo Gleiser e aCriação Imperfeita
  59. 59. Marcelo Gleiser● 1994: Presidential Faculty Fellows Award.● Prêmios Jabuti em 1998 e 2002.● Professor do Dartmouth College desde 1991.● Autor de divulgação científica desde 1997. 63
  60. 60. Os Argumentos de Gleiser1)A Ciência trata apenas daquilo que pode ser medido.
  61. 61. Os Argumentos de Gleiser1)A Ciência trata apenas daquilo que pode ser medido.2)Aquilo que é não é necessariamente igual àquilo que gostaríamos que fosse.
  62. 62. Os Argumentos de Gleiser1)A Ciência trata apenas daquilo que pode ser medido.2)Aquilo que é não é necessariamente igual àquilo que gostaríamos que fosse.3)A busca por simetrias e teorias finais é um resquício do monoteísmo e do platonismo na ciência.
  63. 63. Gravitação Gravitação Radiação Força Força Eletricidade MagnetismoTerrestre Celeste (luz) Fraca Forte Teoria da Eletricidade Gravitação & Universal 1687 Magnetismo 1831 Eletro- 1864 magnetismo Eletro- dinâmica 1948 Quântica Cromodi- Relatividade Unificação nâmica Geral 1917 1964 Eletrofraca 1979 Quântica
  64. 64. Por que, afinal, devemos saber disso?Ítalo Calvino (1923 – 1985): 68
  65. 65. Por que, afinal, devemos saber disso?Ítalo Calvino (1923 – 1985):“A única razão que se podeapresentar é que ler os clássicosé melhor do que não ler osclássicos.” (1981) 69
  66. 66. Para saber maisMarcelo Gleiser“Criação imperfeita – Cosmo,vida e o código oculto danatureza”, Record, 2010. 70
  67. 67. Para saber maisRichard P. Feynman“QED – a estranha teoria daluz e da matéria”, Gradiva,2002. 71
  68. 68. Para saber maisBrian Greene“O Universo elegante –supercordas, dimensõesocultas e a busca da teoriadefinitiva”, Cia. das Letras,2001. 72
  69. 69. Ufa! É o Fim! Obrigado 73

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