Resumo do livro Astrophysics for People in a Hurry by Neil deGrasse Tyson

1. Cerca de 14 bilhões de anos atrás, espaço, matéria e energia não existiam como os conhecemos hoje

Em um volume menor que um trilionésimo do tamanho do ponto final desta frase, espaço, matéria e energia coexistiam entre si. Em todos os lugares estava um calor escaldante, e todos os poderes do cosmos se uniram em uníssono. A única maneira de esse universo de tamanho sub-ponto crescer era através do que agora chamamos de big bang.

O mundo persistiu por muitos e longos anos, tendo uma vez sido colocado em movimento nas moções apropriadas. A partir deles, todo o resto segue. ~ Lucrécio, c. 50 a.C.

A teoria geral da relatividade de Albert Einstein nos apresentou à nossa compreensão atual da gravidade em 1916. A década de 1920 nos trouxe a descoberta da mecânica quântica, que fornece uma explicação para a noção de todas as pequenas moléculas, átomos e partículas subatômicas. Essas duas concepções da natureza são incompatíveis entre si em um nível filosófico. Os pesquisadores tentaram combinar a teoria do pequeno com a teoria do grande para criar uma única teoria coerente da gravidade quântica, mas seus esforços não tiveram sucesso.

Um trilionésimo de segundo se passou desde o início do universo. Uma interação contínua de partículas subatômicas com energia eletromagnética na forma de fótons existe no universo. Esses fótons transformam espontaneamente sua energia em pares de partículas de matéria-antimatéria como resultado do calor do cosmos, e esses pares de partículas então se aniquilam, convertendo sua energia de volta em fótons.

Usando a equação de Einstein E=mc2, você pode descobrir quanta matéria vale sua energia e quanta energia vale sua matéria.

Esses fótons produziram uma nova família de partículas pesadas chamadas hádrons, já que o cosmos não era mais quente o suficiente para fritar quarks. Prótons e nêutrons foram formados como consequência da transição quark-para-hádron.

O Large Hadron Collider é a máquina mais poderosa do mundo. É um poderoso acelerador de partículas. À medida que o universo esfriou, a energia necessária para produzir partículas básicas caiu. Durante a era dos hádrons, os fótons ambientais não podiam mais formar pares quark-antiquark.

O que ocorreu antes disso? O que aconteceu antes? Ninguém sabe. Algumas pessoas religiosas pensam que Deus começou tudo. Podemos dizer sem hesitação que o universo começou e continua a crescer.

Você sabia? O Grande Colisor de Hádrons foi construído por mais de 10.000 cientistas de mais de 100 países.

2. Na Terra e em todo o cosmos, os princípios físicos da física permanecem constantes

Até a lei universal da gravidade de Sir Isaac Newton, ninguém pensava que a ciência fosse aplicada universalmente. Os céus estão sob o controle de Deus, de acordo com a religião, tornando-os insondáveis ​​para nós. Assim, Newton provou que todo movimento é previsível e compreensível. Ele descobriu que a mesma força que puxa maçãs maduras das árvores também guia objetos arremessados ​​e impulsiona a lua ao redor da Terra.

A universalidade dos princípios físicos promove a descoberta científica como nada mais. Descobriu-se também que as regras da física que regem a criação de assinaturas espectrais no Sol eram semelhantes às que regem a formação de assinaturas espectrais na Terra, que estava a 93 milhões de milhas de distância.

Essa lei é válida em todo o universo? As leis tinham de ser postas à prova. Os produtos químicos encontrados nas estrelas próximas eram reconhecíveis. As equações de gravidade de Newton se aplicam a estrelas binárias distantes em órbita mútua. Galáxias binárias são da mesma maneira.

Os alienígenas podem ter crenças sociais e políticas diferentes dos humanos, mas como as leis físicas são universais, podemos presumir que, se chegarmos a outro planeta com uma próspera civilização alienígena, eles trabalharão sob os mesmos princípios que descobrimos e provamos na Terra.

A ciência depende de leis e constantes físicas universais. Uma medida da força na equação da gravidade de Newton, a constante gravitacional é muitas vezes referida como "grande G".

O grande G, um sinal da homogeneidade do nosso universo, determina o brilho de uma estrela.

A velocidade da luz é um conceito bem conhecido. Você nunca será capaz de ultrapassar um raio de luz, não importa o quão rápido você esteja em seus pés. Por quê? Nunca houve um registro de um objeto excedendo a velocidade da luz. As regras da física não precisam de nenhuma agência de fiscalização para mantê-las atualizadas. Todas as medições indicam que as constantes básicas conhecidas, bem como as regras físicas que se relacionam com elas, não dependem do tempo nem da localização. Eles estão sempre presentes e onipresentes.

Apesar disso, os humanos são incapazes de ver, tocar ou saborear a fonte de 85% da gravidade que medimos no cosmos. Além de sua influência gravitacional em coisas visíveis, essa enigmática matéria escura permanece desconhecida.

Alguns astrofísicos, por outro lado, permanecem céticos e acreditam que não há matéria escura se a equação da gravidade de Newton for modificada. Tudo ficará bem se você adicionar certos componentes às fórmulas.

3. A cosmologia tornou-se mais do que mitologia com a descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas

O universo mudou sua ênfase após o Big Bang para expansão, uma diluição contínua da energia concentrada que preenchia o espaço. Como consequência, o cosmos encolheu, esfriou e tornou-se mais escuro; permaneceu assim por 380.000 anos.

Os fótons não viajavam muito antes de se ligarem a um elétron nos primeiros anos. As partículas viajam mais lentamente à medida que a temperatura cai. Os elétrons em movimento diminuíram drasticamente e foram capturados por prótons quando a temperatura do universo caiu para 3.000 graus Kelvin, resultando na criação de átomos.

Como os fótons eram livres, o cosmos se expandiu por um fator de 1.000. Por uma proporção de 1.000, o fundo cósmico esfriou. A energia de todos os fótons de luz visível diminuiu em 1/1.000. Microondas – “fundo de microondas cósmico”, ou CMB para abreviar – são o novo nome para eles. O CMB emite ondas de rádio e um número relativamente pequeno de fótons aumentados.

Na década de 1940, o físico americano George Gamow e seus colegas anteciparam a presença do CMB. Ralph Alpher e Robert Herman, dois físicos americanos, foram os primeiros a calcular a temperatura do fundo cósmico.

O CMB é a prova da gênese do Big Bang do cosmos. O cosmos primitivo era mais denso, mais quente e cheio de uma impenetrável nuvem de plasma de hidrogênio. À medida que o cosmos se expandiu, o plasma esfriou e a radiação que ele continha tornou-se mais longa. Prótons e elétrons se uniram para criar átomos de hidrogênio neutros quando a temperatura caiu.

Você sabia? Inadvertidamente, os cientistas americanos Arno Penzias e Robert Wilson, do Bell Telephone Laboratories, a divisão de pesquisa da AT&T, fizeram a primeira detecção direta da radiação cósmica de fundo em 1964.

4. Existem objetos no cosmos que são mais essenciais para a evolução do universo do que as galáxias

Quando se trata de componentes cósmicos em cosmetologia, as galáxias recebem todo o foco simplesmente porque são visíveis. Entre as galáxias, o cosmos pode incluir objetos difíceis de detectar.

Muitas pessoas consideram o espaço desprovido de vida. Exploramos nosso universo cósmico usando teorias e detectores contemporâneos e descobrimos vários fenômenos difíceis de detectar, como estrelas fugitivas, galáxias anãs, galáxias azuis escuras, matéria escura e gás emissor de raios X de milhões de graus, para citar alguns. . Com uma lista como essa, é justo supor que a maior parte da diversão ocorre entre galáxias e não dentro delas.

Manchas pequenas e chatas emergem como galáxias anãs que perderam suas estrelas. As galáxias anãs, em sua maioria, permanecem próximas de galáxias maiores, circulando-as como estrelas. As famosas Nuvens de Magalhães fazem parte da família anã da Via Láctea.

Somos parte deste universo; estamos neste universo, mas talvez mais importante do que esses dois fatos, é que o universo está em nós. ~ Neil de Grasse Tyson

Às vezes, as galáxias anãs têm um tempo de vida finito. Centenas de milhões de estrelas são formadas quando duas ou mais galáxias colidem, o que pode causar muitos danos, como colisões catastróficas de nuvens de gás. Como consequência de colisões como essas, há muitas partículas cósmicas flutuando no espaço intergaláctico; ninguém sabe quantos são. É difícil fazer medições de estrelas isoladas, pois geralmente são muito fracas para serem vistas. Como consequência, os astrônomos dependem da detecção de um brilho fraco produzido pela luz fraca de todas as estrelas.

O oceano fervilhante de partículas virtuais é uma ocorrência incomum que ocorre em meio às galáxias – energia do vácuo. Aparece como uma pressão externa contra-gravitacional que prospera na ausência de matéria. O efeito desta energia de vácuo pode estar conduzindo a energia escura.

5. A matéria escura não é realmente matéria escura, mas algo completamente diferente

A diferença entre matéria comum e escura varia dependendo do ambiente astrofísico, mas é mais perceptível em galáxias e aglomerados de galáxias. O que está sob nossos pés, por exemplo, pode explicar completamente a gravidade da superfície da Terra. Você não pode culpar a matéria escura por estar acima do peso na Terra. Além disso, a matéria escura não tem efeito sobre como a lua circula a Terra ou como os planetas viajam ao redor do sol. A matéria escura é necessária para explicar como as estrelas viajam em torno do centro da galáxia.

Existe uma física gravitacional diferente na escala cósmica do que na Terra? Talvez não. Os cientistas ainda não descobriram do que a matéria escura é composta. Mas podemos ter certeza de que a vida, os planetas e o material das estrelas são apenas a cereja do bolo cósmico.

A matéria no cosmos condensou-se em bolhas que formaram aglomerados e superaglomerados de galáxias quinhentos mil anos após o big bang. Durante esse tempo, o universo dobrou de tamanho e continuou a se expandir depois.

No cosmos, existem duas forças opostas em ação: a gravidade quer que tudo congele, enquanto a expansão quer que tudo se dilua. A gravidade deve recrutar a ajuda da matéria escura para vencer esta luta; caso contrário, não existiríamos.

Qual é a quantidade mínima de matéria escura necessária para que a gravidade triunfe? Seis vezes a quantidade de energia fornecida por coisas normais. Isso estabeleceu a existência de matéria escura. Ainda não sabemos o que é a matéria escura, mas não é o inimigo. É necessário que cheguemos a uma descrição precisa do cosmos por meio de nossos cálculos.

Haveria consideravelmente mais hélio no cosmos do que hidrogênio se a maior parte da matéria escura se envolvesse em fusão nuclear. Como resultado, podemos deduzir que a grande maioria da matéria escura – e, portanto, a grande maioria da massa no universo – não se envolve em fusão nuclear, desqualificando-a como matéria “comum”.

6. A maioria dos modelos científicos é incompleta, permitindo ajustes de parâmetros para melhor se adequar ao universo conhecido

Um dos modelos teóricos mais poderosos já desenvolvidos é a teoria geral da relatividade de Einstein, ou GR. Ele descreve as complexidades matemáticas de como a matéria flui sob a força da gravidade e foi publicado pela primeira vez em 1916. Os cientistas tentaram testar a ideia ao longo do tempo, mas só conseguiram empurrar ainda mais o envelope de precisão da hipótese.

Em 2016, as ondas gravitacionais foram detectadas por meio de um observatório projetado especificamente para esse fim. As ondas são ondulações que viajam à velocidade da luz através do espaço-tempo, como Einstein previu. Distúrbios gravitacionais, como a colisão de dois buracos negros, os produzem.

O cosmos “heliocêntrico” foi descoberto por Nicolau Copérnico, um matemático do século XVI. Isso explica por que os planetas giram em círculos perfeitos, o que causou certa consternação. A parte sobre orbitar o sol estava correta, mas o círculo completo não. Os corpos planetários orbitam o Sol em elipses, que são círculos achatados. Sua hipótese era precisa; tudo o que exigia eram alguns ajustes.

Os princípios da teoria da relatividade de Einstein dizem que a matéria deve se comportar como previsto. A noção de que nosso cosmos estava fazendo algo além de apenas existir era impensável nos primeiros anos. A “constante cosmológica”, que Einstein denotou pela letra maiúscula grega lambda (o 11º alfabeto grego): foi incorporada em suas equações gravitacionais revisadas. Uma palavra que é matematicamente admissível, mas não é obrigatória. Ele foi capaz de descrever um mundo estático usando essa constante.

Einstein usou a constante cosmológica lambda para representar um mundo estático com um componente opcional.

Edwin P. Hubble, um astrônomo americano, estabeleceu que o cosmos não é estático em 1929. Ele descobriu e reuniu evidências convincentes de que quanto mais distante uma galáxia está da Via Láctea, mais rápido ela recua. Dito de outra forma, o cosmos está crescendo. A constante cosmológica me envergonhou. Lambda foi o “maior erro” de Einstein em sua vida, segundo ele. Ele assumiu que o valor de lambda era zero, removendo-o da equação.

7. Conclusão

Quem tem o privilégio de celebrar a perspectiva cósmica da vida? A resposta óbvia é para aqueles que entendem de Astrofísica. Astrofísica é a aplicação da física ao estudo de objetos e fenômenos astronômicos. O objetivo da Astrofísica é entender e explicar como os objetos e fenômenos astronômicos ocorrem e funcionam.

No entanto, você precisa do luxo do tempo gasto vivendo em vez do tempo gasto simplesmente sobrevivendo. Além disso, você deve residir em uma nação cujo governo coloca uma alta prioridade na busca de compreender o papel da humanidade no cosmos. Uma cultura na qual o esforço intelectual pode levá-lo às fronteiras do conhecimento e onde novas descobertas são compartilhadas regularmente é necessária para que você tenha sucesso.

O estudo da astrofísica é essencial para compreender a existência humana. Ao contrário das suposições religiosas, você precisa de conhecimento cósmico para saber a verdade sobre o universo. Há muitas coisas para aprender e desaprender sobre as galáxias. A Teoria do Big Bang é uma das teorias mais controversas sobre a origem do universo. Isso é amplamente influenciado por teorias religiosas que têm diferentes histórias de criação. Muitas de suas ações são motivadas pela falsa noção de que o mundo gira em torno de você porque seus comportamentos são fortemente dependentes de ensinamentos religiosos e culturais. Há uma infinidade de evidências sobre como o mundo veio a ser. No entanto, essas evidências continuarão sendo ignoradas, a menos que esforços conscientes sejam feitos pela sociedade para educar as pessoas mais sobre a criação do universo de acordo com fatos científicos.

Tente isso

Pense nas verdades cósmicas ao nosso redor. Aprenda mais sobre astrofísica para entender a verdade básica sobre a existência humana.