Minicurso de Física Moderna

1. Minicurso de Física Moderna Blog: www.sabedoriaquantica.blogspot.com Eliane P Serra Xavier es.xavier@uol.com.br Facebook: eliane.xavier.14

2. Minicurso de Física Moderna Explorando a ciência de um modo profundo e sensível: Física de Partículas – Partículas Fundamentais; partículas transportadoras de força, antimatéria; bóson de Higgs. Conceitos Básicos da FQ – Dualidade onda-partícula; colapso da função de onda; o papel do observador na FQ; Princípios da Incerteza e da Complementaridade; Campo Quântico. Teoria das Cordas– A Teoria de Tudo, o sonho de Einstein; as múltiplas dimensões; entendendo a quinta dimensão. Teoria M – Universos Paralelos; como a nossa consciência nos leva aos Universos Paralelos. Reflexão Multimensional sobre o Universo e o nosso papel dentro dele - A física moderna na nossa vida diária.

3. MODELOS ATÔMICOS Isaac Newton (1643/1727) – átomo – pequenas partículas sólidas, duras, indivisíveis. Física clássica Descartes (1596/1650) – Universo dividido entre mente e matéria. Laplace (1749/1827) – conhecendo as condições iniciais o futuro seria previsível.

4. FÍSICA QUÂNTICA Visão de Mundo – século XXI O que é este mundo que nos cerca? O que é a matéria? O que é o Universo? Quem somos nós e qual o nosso papel dentro do Universo?

5. Física Quântica e Teoria das Cordas O átomo é vazio! A matéria são ondas de possibilidades que se colapsam pelo observador. Nosso Universo conhecido representa apenas 4% de tudo o que existe. Universo -> Multiverso. Transitamos por múltiplas dimensões e Mundos Paralelos segundo nosso estado de consciência. Força -> Campo Quântico

6. MODELOS ATÔMICOS Conversão Energia-Massa ( E=mc² ) Coloca-se as partículas de massa pequena num acelerador, dá-se a elas muita energia cinética (velocidade) e faz-se a colisão. A energia cinética das partículas se converte na formação de novas partículas de maior massa. Criam-se partículas pesadas instáveis e estuda-se suas propriedades.

7. Aceleradores de Partículas CERN: Laboratório Europeu para Física de Partículas. Esse laboratório atravessa a Suíça e a França. LHC - Prótons viajando à velocidades muito próximas da luz num túnel de 27 km de comprimento.

8. MODELOS ATÔMICOS Modelo de Bohr (1913)- Um elétron só pode se mover em órbitas definidas. Se o elétron recebeenergia suficiente, passa a ocupar uma órbita mais externaficando o átomo num estado excitado. Se um elétron passar de uma órbita para outra interiorele libera energia (fóton).

9. Salto Quântico Modelo de Bohr: Os elétrons se movem em órbitas definidas e emitem ou absorvem fótons para saltarem de uma órbita a outra (salto quântico).

10. MODELOS ATÔMICOS 99,999999999999% do volume de um átomo é apenas espaço vazio!  A matéria está cheia de vazio!

11. MODELOS ATÔMICOS Do que o mundo é feito? As partículas fundamentais.-6 quarks-6 léptons-partículas transportadoras de força.

12. MODELOS ATÔMICOS O que mantém a matéria unida? Existem quatro interações fundamentais entre as partículas, e todas as forças no mundo podem ser atribuídas a essas quatro interações! Gravidade, Eletromagnetismo, Força Forte e Força Fraca.

13. Campo Quântico Forças são criadas por pacotes discretos de energia chamados quanta Forças diferentes são causadas pela troca de quanta diferentes. Max Planck A partícula é onde o campo toma “individualidade”.

14. MODELOS ATÔMICOS Todas as estruturas do mundo existem simplesmente porque prótons e elétrons têm cargas opostas!

15. MODELOS ATÔMICOS A partícula transportadora da força eletromagnética é o fóton. Partículas transportadoras de carga de cor, relacionadas a força forte. As partículas transportadoras das interações fracas são W+, W- e Z A partícula transportadora da força gravitacional é o gráviton.

16. O Observador

17. O Observador

18. O Observador

19. Física Quântica Max Planck (1901) – propôs a quantização da energia para explicar a radiação do corpo negro. Quantização da energia

20. Física Quântica Einstein utilizou a ideia de Planck, da quantização da energia, para explicar o efeito fotoelétrico.Nobel em 1921

21. Física Quântica Einstein propõe em 1905 uma explicação para esse efeito: “Um quantum de luz fornece toda sua energia a um único elétron”.Quantum? O que seria isso? Fóton – partícula de luz – pacotinho de energia - quantum

22. Física Quântica • De acordo com Einstein, a energia de toda radiação eletromagnética não se distribui uniformemente como é previsto pela teoria ondulatória clássica. Essa energia se distribui em pequenos pacotes de energia chamados de quantum de energia. E=hv

23. De Broglie (1923)- Dualidade onda-partícula Ondas de matéria ! Física Quântica Experiência da fenda dupla Postulado da Mecânica quântica: Colapso da função de onda

24. Física Quântica Interferência de ondas Interferência construtiva Interferência destrutiva

25. Entender a física quantica é algo muito difícil para nossa cabeça "engessada" pelas leis da física e matemática clássicas. Mas siga tentando entender os novos conceitos da fisica quântica. Chegará um momento que o esforço parece que "arrebentará" sua mente reduzindo-a a muitos caquinhos. Não se importe. Junte-os e siga novamente a procura do entendimento. Novamente sua cabeça arrebentará em muitos pedaços e você os juntará outra vez. Mas dessa vez você vai notar que não é necessário juntar todos os pedaços; sua mente trabalhará muito melhor só com metade dos pedaços. Vá em frente e todas as vezes que explodir em pedaços, junte apenas a metade deles. Chegará um momento em que você já terá uma mente mais leve, mais ampla, mais capaz, mais veloz, mais universal. E finalmente quando notar que você não precisa mais de nenhum pedaço, bem aí, você já será a própria sabedoria do Ser universal que todos somos.

26. Física Quântica O Princípio da Complementaridade Niels Bohr Os modelos corpuscular e ondulatório são complementares; se uma medida prova o caráter ondulatório, então é impossível provar o caráter corpuscular na mesma medida e vice-versa. A escolha de que modelo usar é determinada pela natureza da medida. Assim, o princípio da complementaridade atesta a ambigüidade e natureza dual da matéria e energia.

27. Física Quântica Modelo corpuscular  Modelo ondulatório Interpretação probabilística

28. Física Quântica Princípio da Incerteza de Heisenberg A Mecânica Quântica prevê vários resultados possíveis para uma observação, cada um com a sua probabilidade e, portanto, informa-nos acerca das probabilidades de cada um dos futuros estados possíveis. Mecânica quântica - interpretação basicamente estatística, ao contrário da teoria clássica.

29. Física Quântica Princípio da Incerteza de Heisenberg Uma experiência não pode determinar simultaneamente o valor exato da velocidade e da posição da partícula. > O próprio ato da medição interfere no sistema. Deus não joga dados.Einstein Não diga a Deus o que fazer.Niels Bohr

30. Física Quântica Por que não parece que estamos criando a nossa realidade? Na verdade raramente estamos no estado de consciência dotado de escolha. Este só ocorre quando estamos criativos, conectados com os arquétipos.

31. Física Quântica Segundo Einstein “A crença em um mundo exterior independente do observador é a base de toda a ciência natural.” A mecânica quântica, entretanto, encara as interaçõesentre objeto e observador como a realidade fundamental. Ela usa a linguagem de processos e relações físicas em vez de qualidades e propriedades físicas. Ela rejeita como sem sentido e sem utilidade, a noção de que por detrás do universo de nossa percepção está escondido um mundo objetivo, governado pela causalidade; em vez disso ela se restringe à descrição de relações entre percepções.

32. «Somos seres que nos definimos através de processos de relação. Nossas identidades não são possíveis de descrever em si mesmas, mas apenas como forma de relação. Relações positivas produzem felicidade, relações negativas produzem sofrimento. » Lama Padma Samten Física Quântica Qual é a natureza da realidade? Isto tudo que nós experienciamos com nossos sentidos físicos é uma realidade sólida?

33. Física Quântica Física clássica-> Física Quântica Isaac Newton (1643/1727) – átomo – pequenas partículas sólidas, duras, indivisíveis. A matéria está cheia de vazio! Descartes (1596/1650) – Universo dividido entre mente e matéria. O observador é parte ativa no processo da medida. Laplace (1749/1827) – conhecendo as condições iniciais o futuro seria previsível. Princípio da Incerteza de Heisenberg

34. MODELOS ATÔMICOS Do que o mundo é feito? As partículas fundamentais.-6 quarks-6 léptons-partículas transportadoras de força.

35. MODELOS ATÔMICOS Mas a estória toda é um pouco mais complicada. Há uma partícula de antimatéria para cada partícula de matéria. A antipartícula do elétron é o pósitron. Quando uma partícula de matéria e uma partícula de antimatéria se encontram, elas se aniquilam em pura energia!

36. Aceleradores de Partículas A partícula de Deus – Bóson de Higgs A ambição dos físicos é recriar as condições do Universo uma fração de segundo após o Big Bang.

37. Aceleradores de Partículas Bóson de Higgs – partícula transportadora de massa, que confere massa às outras partículas. Por que a partícula W tem uma massa elevada enquanto o fóton não possui massa, se ambos são transportadores de forças? O que causa a geração e distribuição de massas entre as partículas e por que elas são tão diferentes? 

39. Aceleradores de Partículas CERN: Laboratório Europeu para Física de Partículas. Esse laboratório atravessa a Suíça e a França. Detectores de partículas gigantescos.

40. MODELOS ATÔMICOS Modelo Padrão: Explica o que é o mundo e o que o mantém unido. É uma teoria que explica todas as centenas de partículas e interações complexas com apenas: > 6 quarks.  > 6 léptons. O lépton mais conhecido é o elétron. > Partículas transportadoras de força, como o fóton.

41. MODELOS ATÔMICOS Todas as partículas de matéria que nós conhecemos são compostas de quarks e léptons, e elas interagem trocando partículas transportadoras de força.   Desde galáxias até montanhas e moléculas, são feitas de quarks e léptons.

42. MODELOS ATÔMICOS Cada nova geração de partículas fundamentais tende a ser mais pesada que a anterior.  Matéria visível no universo - primeira geração de partículas quarks up, quarks down e elétrons. Todas as partículas da segunda e terceira gerações de partículas são instáveis e decaem, tornando-se partículas de primeira geração, a única geração estável. 

43. Matéria Escura (1930) Matéria Escura – invisível e indetectável A mão invisível do Universo.A matéria escura ajuda a determinar a forma e o espaçamento das galáxias e pode ser a principal ligação entre vários aspectos da formação das galáxias que pareciam desconectados.

44. Matéria Escura Rotação da Via Láctea é rápida demais para ser explicada sem a“matéria escura" A matéria normal das galáxias é mantida no agrupamento pela força da gravidadede umamassa ainda maior de matéria escura. Sem a matéria escura, que é invisível e somente pode ser detectada através do efeito de sua gravidade, as velocíssimas galáxias e o gás quente rapidamente se esfacelariam e espalhariam.

45. Matéria Escura Matéria Escura – comprovação pela NASA A imagem mostra matéria escura e matéria normal separadas em uma gigantesca colisão de dois grandes agrupamentos de galáxias [em vermelho, a matéria normal, em azul, a matéria escura]. A descoberta, feita usando o Observatório de raios-X Chandra da NASA e outros telescópios, fornece evidência direta da existência da matéria escura.

46. Física Quântica No vácuo existem outras flutuações quânticas além do campo magnético. A Mecânica Quântica descreve o vácuo como uma entidade preenchida por pares partícula-antipartícula, que são continuamente criadas e destruídas.

47. Vácuo Quântico O vácuo quântico e a energia escura Física Quântica (sec XXI) - Em sua falsa aparência de ambiente inerte, o vácuo quântico abriga uma tormenta de fenômenos microscópicos. Efeito Casimir – um dos mais intrigantes fenômenos da física.

48. Teoria das cordas A Mecânica Quântica e a Teoria da Relatividade são incompatíveis. A tranquilidade do espaço x tempo de Einstein não condiz com a turbulência do mundo quântico.

49. Teoria das cordas Os físicos modernos têm boas teorias para a mecânica quântica, relatividade e gravidade. Mas essas teorias não funcionam bem em conjunto. Existem problemas causados por vivermos num espaço de três dimensões. Se vivêssemos em um mundo com mais de três dimensões, esses problemas seriam naturalmente resolvidos.

50. De acordo com a teoria das SuperStringsos ingredientes do universo não são partículas pontuais - tal como aprendemos na escola. Ao contrário, os ingredientes são finos e minúsculos filamentos, que vibram de acordo com sua energia. Estas cordas podem ser abertas ou fechadas. Teoria das cordas