Resumo de Uma Breve História do Tempo

A Brief History of Time Summary | Stephen Hawking

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Sinopse

Uma Breve História do Tempo é um resumo conciso das origens e da natureza de nosso universo. Stephen Hawking guia os leitores através da evolução de nosso entendimento científico. Ele começa com a lei da gravidade de Newton nos anos 1600 até as modernas teorias sobre o início do universo. Este livro é um guia claro e compreensível para o universo. De buracos negros a viagens no tempo, Stephen Hawking explica alguns dos mistérios mais essenciais do nosso universo. 

A Perspectiva de Stephen Hawking

Stephen Hawking foi considerado como um dos mais brilhantes físicos teóricos da história. Seu trabalho sobre as origens e a estrutura do universo, do Big Bang aos buracos negros, revolucionou o campo. Hawking nasceu em Oxford, em uma família de médicos. Hawking começou sua formação universitária na University College, Oxford, em outubro de 1959. Ele recebeu um BA (Hons.) de primeira classe em Física. Então, Hawking começou seu trabalho de pós-graduação no Trinity Hall, Cambridge, em outubro de 1962. Obteve seu doutorado em matemática aplicada e física teórica, especializando-se em relatividade geral e cosmologia, em março de 1966. Foi professor Lucasiano de Matemática na Universidade de Cambridge entre 1979 e 2009. Aos 21 anos de idade, enquanto estudava cosmologia na Universidade de Cambridge, foi diagnosticado com esclerose lateral amiotrófica (ALS). Parte de sua história de vida foi retratada no filme The Theory of Everything (A Teoria de Tudo) de 2014.

As teorias do passado podem prever o futuro

Stephen Hawking explica aos leitores que uma teoria é um modelo que explica com precisão as observações dentro de nosso ambiente. As teorias mais amplamente aceitas são apoiadas por descobertas consistentes através de vários experimentos. Essas teorias explicam então como e por que as coisas acontecem dentro de nosso ambiente. 

Hawking oferece dois benefícios associados com o desenvolvimento de teorias:

  1. As teorias oferecem uma base para que os cientistas façam previsões sobre eventos futuros. Hawking fornece o exemplo da teoria da gravidade de Newton. Esta teoria permitiu aos cientistas prever os movimentos futuros dos planetas.
  2. As teorias nunca estão totalmente consolidadas. Isto significa que elas podem ser continuamente melhoradas à medida que surgirem mais evidências. Esta natureza refutável é crucial para o desenvolvimento de nosso conhecimento.

As teorias científicas nos permitem inferir a natureza de nosso universo futuro. No entanto, ela está sempre evoluindo e se tornando mais precisa na previsão do futuro.

A Teoria da Gravidade de Newton Evoluiu Significativamente Nosso Entendimento

A teoria da gravidade de Newton foi revolucionária. Durante os anos 1600, as pessoas acreditavam que os objetos estavam naturalmente em repouso absoluto. Assim, sem qualquer ação, o objeto permaneceria estacionário. Newton virou esta idéia em sua cabeça sugerindo que todos os objetos do universo estavam em constante movimento. Esta teoria foi apoiada por Newton observando os planetas em constante movimento em relação uns aos outros.

As três leis de Newton

Com base nas descobertas de Newton, ele desenvolveu três leis:

  1. Todos os objetos continuarão se movendo em linha reta se não forem agidos por outra força.
  2. Um objeto se acelerará a uma velocidade proporcional à força que atua sobre ele. Além disso, quanto maior a massa de um objeto, menos uma força afeta seu movimento.
  3. Todos os corpos no universo atraem outros corpos com força proporcional à massa de cada objeto.

A Velocidade da Luz Desafia a Teoria de Newton

Como estamos em constante movimento em relação a outros objetos, Newton descreveu a velocidade como sendo relativa a outros objetos. Entretanto, Hawking explica que nossa compreensão da velocidade da luz desafiou esta parte da teoria de Newton. A velocidade da luz deve ser sempre uma constante e não relativa. Ela é sempre de 186.000 milhas por segundo. A solução para este buraco na teoria de Newton foi resolvida no início do século XX por Albert Einstein. Especificamente, a teoria da relatividade de Einstein.

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 as 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.

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 - O Tempo Causa Gravidade

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 Desmoronadas Podem Produzir Buracos Negros

As estrelas dependem de enormes quantidades de energia para produzir calor e luz. Além disso, como muitas vezes têm uma longa vida útil, esta quantidade se acumula. Quando essa energia se esgota, a estrela morre. O tamanho da estrela então determinará o produto da morte desta estrela. Por exemplo, as estrelas maciças produzem 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.

O tempo só pode seguir em frente

Hawking explica em Uma Breve História do Tempo que a expansão do universo permite que o tempo avance. Entretanto, vários cientistas não desistiram da possibilidade de o universo começar a se contrair e o tempo começar a correr para trás. Apesar disso, Hawking argumenta que há vários indicadores fortes sugerindo que o tempo só pode avançar. 

As Flechas do Tempo

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

A gravidade é uma das forças fundamentais do universo. Entretanto, Hawking descreve três outras forças fundamentais do Universo. 

Força Eletromagnética

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.

Força Nuclear Fraca

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.

Força Nuclear Forte

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. 

Energia da Grande Unificação

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. 

Como aconteceu o Big Bang?

Os cientistas estão quase inteiramente de acordo que o big bang aconteceu. No entanto, onde muitos cientistas discordam é como o big bang aconteceu. Há duas teorias proeminentes sobre como o big bang poderia ter acontecido, no entanto.

O modelo 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.

O 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 em força, 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.

Citação final

"Se realmente existe uma teoria unificada completa que governa tudo, presumivelmente ela também determina suas ações". Mas o faz de uma forma que é impossível calcular para um organismo que é tão complicado quanto um ser humano. A razão pela qual dizemos que os humanos têm livre arbítrio é porque não podemos prever o que eles vão fazer".

- Stephen Hawking

Classificação

StoryShots Rating: 4.4/5

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