UMA BREVE HISTÓRIA DO TEMPO

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Explica diversos temas de Cosmologia, sendo alguns a Teoria do Big Bang, os Buracos Negros, os cones de luz e a Teoria das Supercordas ao leitor que não possui breves conhecimentos sobre a área. Seu principal objetivo é dar uma visão geral do tema, alcançando leitores de diversas idades e níveis acadêmicos, assim, simplificando o entendimento de cálculos de níveis superiores. Hawking adverte que qualquer equação relacionada aos temas, pode ser simplificada em apenas: E = mc². O livro possui uma introdução escrita pelo divulgador científico Carl Sagan. É apresentado ao público em três versões publicadas no Brasil, em geral, possuindo uma média de 200 páginas.


Síntese das principais ideias apresentadas

Auxílio de Newton

Hawking inicia seu livro explicando quão fundamental são as teorias desenvolvidas por Isaac Newton em meados de 1600, relacionando isso à misticidade que pairava na época. Dentre suas três leis, Stephen se apoia na 3º Lei de Newton.

O tempo não é fixo

A teoria da relatividade construída com base na teoria da gravidade de Newton, levando em conta que a velocidade da luz é uma constante. Einstein sugeriu que as leis da ciência são as mesmas para todos os observadores que se movimentam livremente. Portanto, isto explica a constância da velocidade da luz. Não importa a velocidade de um observador em movimento livre, a velocidade da luz será a mesma. O raciocínio por trás deste princípio é que o tempo é relativo em vez de fixo. Hawking usa uma analogia para explicar este ponto. Imagine que um raio de luz é emitido para dois observadores. Um desses observadores está viajando em direção à luz enquanto o outro está viajando mais rápido na direção oposta. A velocidade da luz permanece a mesma para cada observador, pois ela é constante. Entretanto, o tempo é determinado pela distância percorrida dividida pela velocidade. Assim, os dois observadores perceberiam a luz emitida em diferentes pontos de tempo. Isto significa que nenhum dos observadores estaria incorreto em seu registro do tempo em que a luz foi emitida pela primeira vez. Ao invés disso, o tempo será relativo e único para cada um dos observadores

O estado quântico nos ajuda a medir partículas

Toda matéria consiste de partículas. Portanto, para entender melhor o universo, precisamos entender as partículas, incluindo como elas se comportam e sua velocidade. Hawking explica que as partículas são particularmente difíceis de medir, no entanto, quanto mais precisamente se tenta medir a posição de uma partícula, tanto mais incerta se torna sua velocidade. Da mesma forma, quanto mais precisamente você tenta medir sua velocidade, menos específica se torna a posição da partícula. Este fenômeno foi descoberto na década de 1920 e é chamado de princípio da incerteza, nomeado por Heisenberg Para superar as limitações da medição de partículas, os cientistas começaram a medir o estado quântico das partículas. O estado quântico combina muitas posições possíveis e velocidades prováveis de uma partícula. Portanto, atualmente é impossível para um cientista observar a posição exata e a velocidade de uma partícula. Em vez disso, os cientistas têm que rastrear todos os lugares prováveis e determinar qual deles é o mais provável. Isto exige que os cientistas observem as partículas como se fossem ondas.
A variedade de posições em que uma partícula pode aparecer pode ser traçada como o que parece ser uma onda contínua e oscilante. As posições mais prováveis da partícula surgem onde arcos e mergulhos se conformam uns com os outros.

Objetos massivos curvando o espaço-tempo

Hawking explica a gravidade dos objetos maciços que provocam a curvatura do espaço-tempo. Além disso, enormes massas como nosso sol alteram o espaço-tempo. Imagine a analogia do espaço-tempo como um cobertor esticado e mantido no ar. Colocar um objeto no meio da manta fará com que a manta se curve e o objeto se afunde. Uma vez produzida esta curva, outros objetos seguem estas curvas no espaço-tempo. Hawking explica isto porque um objeto sempre percorre a rota mais curta entre dois pontos. Com objetos maiores, esta é uma órbita circular. O espaço-tempo é a quarta dimensão em nosso mundo. Os físicos usam o espaço-tempo para descrever eventos dentro do universo. Para estes cientistas, um evento ocorre em uma determinada posição no espaço e no tempo. Os cientistas têm que considerar o tempo porque a teoria da relatividade afirma que o tempo é relativo. Posteriormente, ele é um fator essencial para descrever a natureza de um evento. É crucial que nossa compreensão do espaço-tempo nos tenha permitido desenvolver a teoria da gravidade.

Estrelas em sua última fase podem se tornar buracos negros

Hawking descreve porque a morte de estrelas gigantes pode produzir buracos negros. Os buracos negros são criados a partir destes eventos, pois a atração gravitacional de estrelas gigantes é tão forte. As estrelas usam sua energia para evitar o colapso devido à forte atração gravitacional. No entanto, uma vez que a estrela fica sem energia, ela começa a colapsar sobre si mesma. Toda a matéria ao redor é puxada para dentro em direção a um ponto infinitamente denso e esférico chamado de singularidade. Esta singularidade é o que chamamos de um buraco negro. A tração de um buraco negro é tão forte que a luz se dobra ao longo dele. Além disso, sua forte atração gravitacional impede que qualquer coisa que atravesse um determinado limite ao seu redor escape novamente. Hawking observa que este ponto de não retorno é chamado de horizonte de eventos. A luz é a coisa que se move mais rapidamente no universo. Entretanto, mesmo a luz não pode escapar dos buracos negros. Como a luz não pode escapar dos buracos negros, isto destaca um dilema para observá-los. Entretanto, os cientistas buscam os efeitos gravitacionais sobre o universo e os raios X produzidos quando o buraco negro suga e rasga a matéria.

Entropia

A segunda lei da termodinâmica é chamada de entropia. A entropia sugere que a desordem tende a aumentar com o tempo. A desordem geralmente não é reordenada espontaneamente, sugerindo que o tempo só pode avançar. Por exemplo, um copo quebrado não será reordenado espontaneamente. Esta é a flecha termodinâmica do tempo. Da mesma forma, você desenvolverá uma memória desta taça tendo quebrado. Entretanto, antes deste evento, você não será capaz de se lembrar de sua posição futura no chão. Esta é a flecha psicológica do tempo. Finalmente, a flecha cosmológica do tempo se refere à expansão do universo. À medida que o universo se expande, a entropia aumenta. Suponha que a desordem no universo atingisse seu ponto máximo. Nesse caso, o universo poderia começar a se contrair, revertendo a flecha cosmológica do tempo. No entanto, não saberíamos disso porque seres inteligentes só podem existir à medida que a desordem aumenta. Isto porque dependemos do processo de entropia para decompor nossos alimentos em energia. Posteriormente, o tempo pode um dia recuar. Entretanto, não estaremos lá para vê-lo

As Quatro forças fundamentais

Forças eletromagnéticas podem ser observadas em todas as partículas com cargas elétricas. Isto inclui elétrons e quarks. Além disso, estas forças criam eventos como um ímã colado a um refrigerador. Estas forças podem ser atraentes ou repulsivas. A atração ocorre entre partículas carregadas positivamente e negativamente. Por outro lado, a repulsão ocorre quando duas partículas igualmente carregadas se encontram. Hawking destaca que esta força é muito mais forte do que a gravidade e impacta até mesmo os menores átomos.
A força nuclear fraca atua sobre todas as partículas que compõem a matéria. Esta força é considerada fraca, pois só pode exercer força a curtas distâncias. As forças nucleares produzem radioatividade. Em energias mais elevadas, a força da força nuclear fraca aumenta até igualar a força eletromagnética
Esta força nuclear pode ligar prótons e nêutrons no núcleo de um átomo. Da mesma forma, ela pode ligar pequenos quarks dentro de prótons e nêutrons. A força nuclear forte difere da fraca, pois fica mais fraca em energias mais elevadas.
Existe um estado de alta energia chamado grande energia de unificação. Este estado ocorre quando todas as três forças atingem a mesma força. Ao fazer isso, elas se tornam aspectos diferentes de uma única força. Hawking sugere que esta força unitária poderia ter desempenhado um papel significativo na criação do nosso universo.

Hot Big Bang

O universo começou com tamanho zero e era infinitamente quente e denso. O big bang produziu a expansão, que posteriormente esfriou a temperatura do universo. A razão para este resfriamento é que a temperatura está agora sendo mais difundida. Nas primeiras horas desta expansão, a maior parte dos elementos atuais do universo foi criada. Os corpos maiores dentro do universo começaram a girar devido à gravidade, o que criou galáxias. Nuvens de hidrogênio e gases de hélio começaram então a se desmoronar dentro dessas galáxias. Este colapso, associado a uma colisão de átomos, criou reações de fusão nuclear. Estas reações foram a origem das estrelas. A morte e o colapso dessas estrelas criaram enormes explosões estelares que ejetaram mais elementos para o universo. Estes elementos ajudaram a criar mais estrelas e planetas.

Modelo inflacionário

A energia do universo primitivo era tão alta que as forças das três forças mencionadas acima eram iguais. Com a expansão do universo, essas três forças desenvolveram forças diferentes. Isto ocorreu rapidamente. Com as forças se dividindo, uma enorme quantidade de energia foi liberada. A liberação de energia criou um efeito anti-gravitacional. O efeito anti-gravitacional fez com que o universo se expandisse ainda mais rapidamente. Correntes cientificas atuais propoem que a teoria do universo inflacionário esteja desatualizada.