Adefinição de Universo pode ser posta pelo conjunto de toda a matéria e energia existente desde o microcosmo ao macrocosmo. É aceito atualmente originado a partir do Big Bang e estando ainda em processo de expansão. Sua idade é indeterminada, acredita-se, porém que esteja entre dez a vinte bilhões de anos.
O Universo e sua percepção na antiguidade
Na antiguidade eram comuns os símbolos representando os corpos celestes nas manifestações de arte rupestre. Na civilização Egípcia, entre outras, era suposto que a Terra fosse plana, e os astros lâmpadas ou chamas fixas numa abóbada celeste móvel. Existiam crenças onde se acreditava que o Sol nascia a cada amanhecer para morrer ao anoitecer. A observação dos astros e a interpretação religiosa mantiveram uma ligação sobre a noção de Universo
Tales de Mileto, Anaximandro de Mileto e Anaxímenes de Mileto, nasceram e viveram em Mileto no século VI a.C, são considerados por muitos historiadores o trio de pensadores que originalmente antecederam aos filósofos do mundo ocidental. De seus tratados apenas restaram citações em obras de autores subseqüentes, desta forma existem controvérsias nas interpretações de suas obras. Os três, independentemente das divergências de interpretações de suas obras, tiveram papel preponderante na tentativa de desvendamento da natureza do Universo pelos cientistas, desde a antiguidade até a atualidade.
Tales de Mileto
Na Grécia antiga atribui-se a Tales de Mileto, (embora suas obras não tenham sobrevivido), a afirmação de que a água era a substância fundamental do Universo e de toda a matéria. Segundo os milésios a nova concepção de mundo foi designada pela palavra grega que significa discurso ou razão, denominada “logos”, esboçando-se desta forma, a primeira tentativa de explicação racional do Universo sem a utilização de entidades sobrenaturais.O conceito de logos o contrapunha ao pensamento mítico, sendo a imanência e a negação do antropomorfismo. Tales de Mileto, segundo o historiador grego Diógenes Laércio, acreditava que a água era o princípio formador da matéria. Segundo sua análise, isto ocorreria porque os seres vivos precisariam da umidade para sobreviver, e os seres mortos se ressecariam. Todos os germes e alimentos estariam cheios de água e seria natural, portanto que a nutrição destes resultaria daquilo de que provinham. A água para o filósofo seria o princípio da natureza úmida de todos os seres vivos e a Terra estariam repousados sobre aquele elemento. Em sua análise física através da cosmologia baseada na água, tentou demonstrar que as combinações se fazem pela mistura e pela mudança dos elementos e que o mundo é um só.
Tales fundador da escola de Mileto e seus contemporâneos, imaginavam que a esfera do céu estaria dividida em cinco círculos, ou zonas, a ártica; o trópico de verão; o equador; o trópico de inverno e a antártica. Foi o primeiro astrônomo conhecido a explicar um eclipse do Sol verificando que a Lua é iluminada por esse astro.
Aquele sábio, provavelmente teria sido um dos precursores do método científico. Isto ocorreu devido a sua tentativa de explicar os fenômenos da natureza. Seu raciocínio analítico substituiu a explicação mítica da origem do Universo, dando uma lógica seqüencial e racional para os eventos.
Anaximandro de Mileto
Contemporâneo de Tales de Mileto e seu discípulo, Anaximandro de Mileto, foi o filósofo a que se atribuiu a elaboração de tratados sobre astronomia, cosmologia e geografia. Acredita-se que sua utilização perdurou por vários séculos. Consta que Anaximandro era racionalista e prezava a simetria da natureza do Universo. Que utilizava as proporções matemáticas e geométricas para tentar mapear a esfera celeste, abrindo assim o caminho para os astrônomos posteriores.Sua teoria versava que o mundo derivava de uma substância primordial imponderável chamada de “apeiron”, que significa “ilimitado”, e que esta seria matéria indestrutível e eterna.
A substância teria precedido a "separação" em contrários dos elementos. Exemplos seriam o seco e o úmido, o quente e o frio, estes representavam assim a unidade primordial que regeria a diversidade dos fenômenos naturais. Segundo Anaximandro no apeiron estariam contidos todos os elementos antagônicos, e que este não teria um princípio porque não tinha fim.
Anaximandro de Mileto descobriu a obliqüidade da eclíptica, inventou o quadrante solar e lhe são atribuídos os primeiros mapas geográficos e uma teoria evolucionista, onde sugere hipóteses sobre a transformação de espécies inferiores em superiores. Afirmava que a Terra não tinha porque se mover em nenhuma direção, portanto deveria se manter em repouso, permanecendo assim em sua posição sem suporte no centro do universo.
Anaxímenes de Mileto
Anaxímenes de Mileto contemporâneo de Tales de Mileto e de Anaximandro de Mileto, teria como elemento primordial o “aer”, que significa “ar”. Segundo o filósofo, todos os elementos no Universo resultariam do ar e ao ar retornariam por um movimento de condensação e rarefação. Os graus de condensação corresponderiam às densidades dos diversos tipos de matéria. Quando distribuído de maneira mais uniforme, o aer seria o ar atmosférico invisível. Segundo a tese do filósofo, à medida que a condensação iria aumentando, o aer iria se tornando mais visível, inicialmente como nuvem ou névoa, em seguida como água e depois como matéria sólida, gelo, terra e pedras estes seqüencialmente e na medida em que aumentasse a densidade do elemento aer. Por exemplo, as pedras eram formadas por uma quantidade de aer altamente condensada e compactada. Mais rarefeito que o ar atmosférico o aer seria o fogo. Isto é, o que faria a natureza da matéria qualitativamente seriam as diferenças quantitativas do aer. Consta que Anaxímenes ao observar a fosforescência de um remo ao tocar a água, descreveu a natureza daquela. Deduziu que o arco-íris era um fenômeno que ocorria devido ao efeito dos raios do Sol sobre um ar mais denso e que não era uma deusa, crença corrente na época.
Anaxágoras
Anaxágoras em torno de 500 a.C, defendia a idéia de que o Cosmos obedecia a um princípio ordenador da matéria, chamado de “nous” ou "inteligência". Esta seria a causa propulsora dos movimentos e a causa maior do início do Universo.
Ainda não se sabe se a concepção de nous era como algo plenamente imaterial ou se, ao contrário, tinha uma certa materialidadePelas suas teorias Anaxágoras foi identificado como o primeiro dualista. Sua tese explicaria uma origem do movimento do Universo que uma vez iniciado ficaria abandonado a forças mecânicas. Suas idéias se chocaram com as concepções religiosas da época, foi acusado de ateísmo, julgado e condenado. Para ateísmo, a pena era a morte. Consta que Péricles então conseguiu fazer Anaxágoras refugiar-se em Lâmpsaco. Existem algumas divergências entre historiadores de que os fatos ocorreram da forma descrita.
Apesar de todas as controvérsias, Anaxágoras elaborou teorias cuja profundidade foi considerada indiscutível, exercendo uma influência notável sobre a filosofia grega posterior a sua época.
Pitágoras
Pitágoras foi um Filósofo e matemático grego pré-socrático, foi determinante para a evolução da matemática e da filosofia. No ano 530 a.C., na região de Crotona, colônia grega situada ao sul da península itálica, Pitágoras fundou uma comunidade filosófico-religiosa, onde a matemática era utilizada como argumentação dedutivo-demonstrativa, para a perscrutação intuitiva do Universo.Através dos números, os pitagóricos procuravam estudar e deduzir muitas das razões para a existência do ser e seu lugar neste Universo. Estudando as propriedades dos números, acreditavam existir uma mística numérica na Criação.
Pitágoras propôs o imaterial, o número, como princípio da explicação da natureza do Universo. Para os seguidores do mestre, os "números" significam harmonia, pois, apesar de sua invariabilidade e homogeneidade, expressam as relações universais onde encontramos uma natureza em permanente processo de mutação. Na visão dos pitagóricos , o número era considerado como essência das coisas, constituído da soma de pares e ímpares, onde tudo o que existe se encerra em noções opostas. A observação de limitado e ilimitado, segundo sua filosofia, pode ser vista como a conciliação dos opostos, ou seja, como harmonia, onde a verdade era considerada a somatória de todas as coisas.Os pitagóricos, em sua visão de Universo, porém, valorizavam mais o limitado que o ilimitado e associavam ao primeiro desses conceitos os números pares e ao segundo, os números ímpares. Esta dualidade das coisas era superada por uma tese segundo a qual a observação de um Universo antitético gera uma harmonia complementar, onde as séries numéricas pares e ímpares, que constituem as antíteses universais, brotam do "uno" primitivo. Assim, todas as coisas seriam harmoniosamente compostas de pequenas partículas ordenadas em figuras numéricas.A filosofia seguida pelos discípulos de Pitágoras observava uma relação harmônica na altura dos sons e o comprimento das cordas da lira. Desta associação do número à música e à mística surgiram termos matemáticos chamados de "média harmônica" e "progressão harmônica". A escola pitagórica acreditava que em todo o Universo haveria uma harmonia responsável por sua existência e manutenção.
Parmênides de Eléia
Parmênides de Eléia cuja única obra conhecida é um poema composto em duas partes com 150 versos, chamado “Da natureza” ou “Sobre a verdade”. Fundou um instituto similar aos institutos pitagóricos, cuja função era o ensino da dialética. A figura central de seu estudo era o “princípio”, chamado de “arkhé”, este era subjacente ao Universo como um todo, onde havia a determinação de um traço de união entre esse princípio e a realidade do mundo físico, este em constante mutação.Parmênides concebia o Universo como "a massa de uma esfera arredondada que se equilibra em si mesma, em todos os seus pontos".
Heráclito
De Heráclito restaram apenas alguns fragmentos de sua obra, entre estes, partes do livro “Peri physeos”, que significa “Da natureza”, neste eram discorridos três temas: o Universo, a política e a teologia. Segundo suas palavras: “Ninguém se banha duas vezes no mesmo rio, porque tanto a água como os homens mudam incessantemente”.Consta que o sábio buscava um princípio único, em que todas as coisas eram constituídas pelo “arkhé”. Heráclito acreditava que o ar poderia se transformar em outros elementos e estes, através de mudanças sucessivas, chegariam ao fogo, que seria a substância fundamental. Este era definido pela sua natureza como mobilidade e inquietação. A marcha e a ordem dos acontecimentos seriam guiadas pelo logos, que seria a essência racional do Universo, expressa pelo fogo.
Aristóteles
Aristóteles aproximadamente em 340 a.C, junto diversos filósofos gregos afirmava que a idéia da criação não poderia ser compatível com a existência do homem sobre a Terra. Esta afirmativa era devida ao excesso de elementos da intervenção divina. E que os humanos e o mundo sempre existiram e que existiriam por tempo indefinido. Nesta época Aristóteles escreveu um ensaio intitulado “Sobre o firmamento”, neste foram evidenciados argumentos que mostravam sua idéia da esfericidade da Terra e a forma do Universo.
O filósofo observando eclipses da Lua percebeu que eram causados pelo posicionamento da Terra entre esta e o Sol. Em suas observações concluiu que a sombra projetada era sempre redonda, e isso ocorria em virtude da Terra ser esférica. Pois, segundo as suas conclusões, se a Terra fosse um disco achatado ao invés de uma esfera, a sombra projetada sobre a Lua seria alongada e elíptica e não redonda. E que, neste caso, a única forma da sombra se projetar com aparência redonda ocorreria somente se o posicionamento do Sol fosse diretamente sob o centro do disco terrestre sempre.Os gregos eram conhecedores de que a estrela polar sempre se encontrava mais baixa no firmamento na região sul do que na região norte. Hoje sabemos que aquela estrela está diretamente sobre o Pólo Norte, e ao ser observada naquela região será vista diretamente a pino. Em caso de observações feitas na região equatorial, aquele astro estará na linha do horizonte.
Aristóteles, através de suas observações do posicionamento aparente da estrela polar no Egito e na Grécia fez uma estimativa de que a Terra tinha um perímetro de 400.000 estádias. Ainda hoje não conhecemos a medida exata de uma estádia (Estádia Egípcia), alguns historiadores aceitam algo em torno de 180 metros, outros, em torno de 160 metros, foi utilizado aqui a medida de 180 metros, devido ao fato da maior quantidade de referências históricas a esta medida. Isto não quer dizer que seja a correta, somente a mais citada.Tendo a Terra um perímetro de 400.000 estádias multiplicado por 180 metros, teremos 72.000.000 de metros, ou 72 mil quilômetros. Hoje, sabemos que a Terra tem aproximadamente 12.700 km de diâmetro no Equador, multiplicados pelo Pi, ou por 3,14159..., temos um perímetro aproximado de 39.898 km.Levando-se em conta que o raciocínio de Aristóteles foi executado há aproximadamente 2.345 anos (em 2.005), e que suas referências eram as estrelas, podemos afirmar que sua lógica estava correta, apesar da inexatidão, e o Universo humano começava a se expandir com a abertura dos horizontes intelectuais da análise lógica.
Os gregos tinham outros argumentos para provar que a Terra era esférica, entre estes estava o das observações dos navios ao horizonte, onde aparecia em primeiro lugar o mastro e depois o casco.Naquela época, Aristóteles acreditava que a Lua, o Sol, os planetas e estrelas giravam em órbitas circulares torno da Terra, e que esta era estática. Nesta visão nosso planeta deveria ser o centro do Universo e a órbita circular era a mais perfeita.
Eratóstenes
No século III a.C. Eratóstenes em seus escritos sobre astronomia descreve a experiência das sombras de varetas retas e em prumo, em Alexandria e em Siena, no solstício de verão.Descobriu que em Siena, ao meio dia, as varetas não projetavam sombras e que em Alexandria, 4.444 (alguns dizem 5.000) estádios egípcios de distância (cerca de 800 km), havia a projeção de sombras de sete graus no mesmo dia e na mesma hora. Segundo seu raciocínio, sete graus são aproximadamente um qüinquagésimo de trezentos e sessenta graus, isto é, 4.444 estádios é um qüinquagésimo do perímetro total da Terra, basta multiplicar 4.444 x 50 e teremos seu perímetro em 222.200 estádios, multiplicados por 180 metros cada estádio teremos 39.996.000 m, ou seja, 39.996 km. Nada mau para os 39.898 km para um cálculo executado há 2300 anos aproximadamente.
Hiparco
Acredita-se que Hiparco trabalhou em Rodes entre 161 e 126 a.C. Rejeitou os ensinamentos da astrologia e a visão heliocêntrica do Universo. Devido à descoberta de uma estrela em 134 a.C, Hiparco fez uma categorização estelar na abóbada celeste de acordo com a luminosidade dos astros observados. Em função disto, dividiu em seis categorias ou magnitudes a população estelar do firmamento.Durante seu trabalho astronômico, determinou as coordenadas celestes de 850 estrelas, criando assim um catálogo geral completo na época. Além disso, inventou um instrumento chamado “dioptro”, sua função era medir as variações no diâmetro aparente da Lua e do Sol.
Hiparco introduziu e popularizou na Grécia a divisão do círculo em 360 graus além da divisão do grau em sessenta minutos e o minuto em sessenta segundos. Estes parâmetros já eram conhecidos pelos babilônicos.Ao estudar as interseções da eclíptica, plano da órbita da Terra, e do equador celeste, este resultante da projeção do equador terrestre, Hiparco descobriu um fenômeno causado pelo deslocamento anual dos pontos equinociais chamado precessão dos equinócios. Em função disto, observou que as longitudes celestes divergiam em relação à realidade, fazendo assim uma correção de 45 ou 46 segundos de alteração anual. A precisão de seus cálculos e medições chegou muito próxima dos valores usados atualmente, estes, são 50 segundos e 26 centésimos de segundo.Calculou a duração do ano com uma aproximação de 6min30s, introduziu, inventou um método para a resolução de triângulos esféricos.
Hiparco empregou princípios matemáticos com precisão extrema para a localização de diversas coordenadas na Terra utilizando o cálculo de latitude e longitude. Dividiu o planeta por climáticas e inventou um método de projeção estereográfica entre outras colaborações para a matemática, geometria e geografia.
Cristianismo
Já no início do cristianismo acreditava-se que o Universo havia começado num tempo não muito distante e finito. Muitos dos escritos filosóficos da época argumentavam o início do Universo através de uma causa inicial. Dentro deste raciocínio é sempre explicado que um determinado evento é conseqüência de outro anterior, e que a existência do Cosmos em si só se explica havendo um começo.
Ptolomeu ou Claudius Ptolemaeus
Claudius Ptolemaeus da Biblioteca de Alexandria, conhecido pela cultura ocidental somente como Ptolomeu, nasceu, acredita-se, em meados do século II d.C, sabe-se que trabalhou em Alexandria, no Egito, entre os anos 120 e 145 da era cristã. Se baseou num modelo universal completo onde a Terra era o centro do Cosmos e circundada por oito esferas que seriam a Lua, o Sol, as estrelas, os planetas Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno, estes estavam em órbitas menores, cada um em sua respectiva esfera.
Segundo Ptolomeu, na esfera mais afastada estavam as estrelas que mantinham sempre a mesma posição. Por este modelo, as posições dos astros poderiam ser previstas com relativa precisão. A dificuldade encontrada era o posicionamento orbital da Lua esta acabou tendo a dedução de uma trajetória tal, que em determinados períodos sua distância para a Terra ficava a metade da distância em relação a outros períodos. Este modelo foi aceito pela Igreja Católica durante toda a Idade Média apesar da grande falha, reconhecida por Ptolomeu. Ora, se Lua estivesse à metade da distância da Terra em determinados períodos que em outros, seu tamanho aparente deveria ser o dobro. Este fato, porém foi mandado ser ignorado pela Igreja e sua tese geocêntrica onde o Planeta Terra ocupava o centro do universo foi aceita durante 14 séculos.
Ptolomeu foi contemporâneo a Marco Aurélio, e considerado por muitos historiadores como o último dos sábios gregos. A civilização medieval teve seu primeiro contato com a ciência grega através dos seus trabalhos de matemática, geometria, física, astronomia e geografia.Em alguns relatos antigos estão citadas algumas obras de Ptolomeu, por exemplo:*“Peri diastáseos”, ou “Sobre a dimensão”, nesta existia uma tentativa de provar a existência do espaço tridimensional.*“Peri ropon , ou “Sobre o equilíbrio”, esta obra tratava da física mecânica, e de fenômenos relacionados ao movimento e às forças.*“Geographike hyphegesis, ou “Introdução à geografia”, neste trabalho Ptolomeu apresentava idéias onde a Ásia poderia se estender para o leste e da existência de um continente ao sul do oceano Índico.
Segundo historiadores, esta obra influenciou Cristóvão Colombo na crença da possibilidade de alcançar o Continente navegando para oeste. E capitão James Cook em 1.775, rumou ao Sul na tentativa de encontrar o Continente Antártico.*“Harmonica”, ou “Harmônica”, este era um tratado em três volumes que discorria sobre música, e a harmonia das notas musicais.*“He mathematike syntaxis”, ou “A coleção matemática”, também conhecida como “Ho megas astronomos”, ou “O grande astrônomo” ou, Almagesto, este era o título da tradução em árabe datada no século IX. Esta obra foi dividida em 13 livros. Nestes existia a compilação dos dados obtidos pelos antigos astrônomos gregos anteriores a Ptolomeu, entre estes Hiparco e o seu primeiro catálogo estelar.
Ptolomeu, em “O grande astrônomo” catalogou 1.022 estrelas, destas 172 descobertas por si. Sua obra ensina a construção de um instrumento para calcular a altura de um corpo celeste acima da linha do horizonte, chamado astrolábio. Foi baseado na obra de Hiparco que Cláudio Ptolomeu adotou o sistema geocêntrico, onde o Sol, Mercúrio, Vênus, a Lua, Marte, Júpiter, Saturno e as estrelas descreveriam, em suas órbitas, círculos perfeitos. Quando mencionamos os termos música das esferas, ou sétimo céu, estes são resultantes daquela época, pois cada esfera representava um “céu”, conforme ensinavam Platão e Aristóteles.Para demostrar a teoria de Ptolomeu, eram construídos dispositivos mecânicos, ou máquinas que simulavam o movimento real dos planetas vistos em planta (a visão em planta é aquela em que se observa um determinado objeto, ou desenho de cima para baixo).
Alguns mecanismos representavam os movimentos planetários com precisão. A prova efetuada mecanicamente era irrefutável. Neste ponto era gerada a certeza de que uma determinada teoria estava correta, portanto, muito difícil de ser derrubada, a não ser que a criação de outra teoria deixasse a anterior obsoleta.O modelo de Ptolomeu foi adotado, portanto imposto pela Igreja durante a “Idade das Trevas”, impedindo desta forma o avanço da astronomia por um milênio. Essa concepção dos teólogos medievais, rejeitava qualquer teoria que não colocasse a Terra em lugar privilegiado.
Aurélio Agostinho, em latim Aurelius Augustinus, ou santo Agostinho
Santo Agostinho em sua obra “De civitate Dei”, ou “Da cidade de Deus”, divulgada de 413 a 426, discute questões como a teologia da história assim com a cosmologia onde aponta que a civilização está em progresso lento. Segundo Agostinho, os homens e o Universo existem a partir de 5.000 anos antes de Cristo. Esta afirmativa parte do livro Gênesis e que está muito próxima do final da última glaciação, segundo a arqueologia em torno de 10.000 a.C., e que marca o início da civilização. Agostinho em suas reflexões sobre o que Deus fazia antes da criação do Universo, afirmou que o tempo é uma propriedade do Universo criado por Deus, portanto o tempo se iniciou com o Universo e que não existia antes da sua criação, logo não procede o questionamento do que existia antes da criação
Muçulmanos
Muitas obras dos grandes astrônomos antigos foram acumuladas nas bibliotecas romanas e, posteriormente, em Constantinopla, passando para as mãos dos árabes. Para os muçulmanos, o conhecimento astronômico era uma disciplina necessária às suas crenças religiosas, pois através da orientação seguida pela abóbada celeste era possível encontrar a localização de Meca. Os astrônomos islâmicos embora interessados em astrologia, acabaram por preservar os conhecimentos dos sábios gregos traduzindo suas obras antigas. Os árabes realizaram novas observações, compilaram dados para a confecção de novas tábuas celestes, melhoraram instrumentos astronômicos, desta forma, a astronomia não perdeu os conhecimentos adquiridos, embora muitas obras originais gregas tenham se perdido.
Entre os cristãos o sistema de Aristotélico ainda continuava sendo o utilizado. Do século II d.C. até o século XII d.C. a astronomia permaneceu praticamente sem se desenvolver no Ocidente.Afonso X o SábioFoi somente em 1.270 que Afonso X o Sábio, rei de Castela, fez publicar as “Táblas alfonsíes”, estas se baseavam no sistema de círculos de esferas descrevendo os caminhos percorridos pelos astros no firmamento. Somente no final da Idade Média caíram os antigos sistemas astronômicos, depois das navegações de Cristóvão Colombo e Fernão de Magalhães.Nicolau Copérnico ou Mikolaj KopernikNicolau Copérnico em 1.530 concluiu um tratado chamado “De revolutionibus orbium caelestium”, ou “Sobre as revoluções dos orbes celestes”, neste propunha a idéia de que o Sol era o centro estático do Universo, onde a Terra e todos os demais corpos giravam em torno do Astro Rei em órbitas circulares.
Em 1.540, a proposta foi publicada e passou a ser encarada real por diversos astrônomos da época, sendo então oficializada teoria do heliocentrismo por Copérnico.
Kepler e Galileu Johannes
Kepler e Galileu Galilei, quase um século depois, começaram a estudar e observar as afirmações de Copérnico.Galileu GalileiGalileu observando o movimento oscilatório de um lustre da catedral de Pisa comparativamente às suas próprias pulsações, notou que o movimento do pêndulo era periódico e que havia pequenas oscilações que ocorriam em intervalos regulares, chamadas de isócronas. Através desta observação, verificou que o período de um pêndulo não depende nem da massa da substância, nem da sua natureza.
Enquanto estudava, inventou a balança hidrostática, em 1.589, publicou trabalhos sobre a gravidade, além de pesquisar os movimentos que se registram na superfície terrestre. Em suas experiências comprovou que objetos de diferentes massas em queda livre caem com a mesma aceleração.Com suas experiências, Galileu alterou a visão dos cientistas daquela época, estes foram surpreendidos pelas contradições da física aristotélica em relação às suas descobertas que geraram a noção de gravidade.
Logo em seguida aos holandeses criarem as primeiras lentes ópticas, Galileu as aperfeiçoou e fazendo experimentos ópticos acabou por criar um telescópio capaz de aumentar a imagem 32 vezes. Com este dispositivo teve seu horizonte universal ampliado.Em torno de 1609 Galileu iniciou suas observações astronômicas através de um telescópio óptico. Observando Júpiter, descobriu que este era seguido por quatro pequenos corpos ou luas que giravam em torno de si. Por comparação, concluiu que nada precisava girar em torno da Terra obrigatoriamente, contrariando o modelo aristotélico-ptolomaico de Universo.
Suas observações propiciaram muitas descobertas astronômicas. Estas foram reunidas num livro intitulado “Sidereus nuncius” ou “O mensageiro celeste” de 1.610.As descobertas de Galileu e sua a perseguição pela Igreja Católica.Galileu descobriu as manchas solares, as montanhas da Lua, os satélites de Júpiter, os anéis de Saturno e as fases de Vênus. Exibiu seu invento em Roma em 1.611, e publicou a obra “Istoria i dimostrazioni intorno alle macchie solari”, ou “História e demonstração em torno das manchas solares” em 1.613, nesta obra defendeu as idéias heliocêntricas de Copérnico, reafirmou o sistema heliocêntrico como o verdadeiro e as Escrituras alegóricas e, portanto não poderiam servir de base para conclusões científicas. Em função disto, a Igreja Católica, que preconizava o geocentrismo, considerou as descobertas de Galileu e a polêmica provocada pelo tema “perigosas para a fé cristã”.
Em 1616 a Igreja Católica incluiu as publicações de Copérnico na lista de publicações apócrifas, proibindo sua leitura sob pena de heresia até que houvesse a “correção das afirmações que não condiziam com a fé cristã”.Martinho Lutero afirmou que: “(sic) Este tolo se acha acima das estrelas... As Sagradas Escrituras nos dizem que Josué ordenou ao Sol que ocupasse um lugar, e não a Terra”.A Igreja Católica proibiu o livro de Copérnico e condenou Galileu, a julgamento pelo tribunal da Inquisição proibindo-o de estudar sobre o sistema de Copernicano.
Devido às proibições a que foi submetido, Galileu se dedicou no estabelecimento e comprovação de novos métodos de pesquisa científica baseados na experimentação, daí em 1632 surgiu a obra “Diálogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolemaico e copernicano” ou “Diálogo sobre os dois máximos sistemas do mundo, ptolomaico e copernicano”. Esta publicação provocou mais polêmica ainda, e suas idéias consideradas mais perigosas que as de Calvino e Lutero, levando-no para um novo julgamento pela inquisição. Galileu Galilei concordou no final em abjurar para evitar a sua tortura ou a morte.
Após o tribunal, Galileu publicou sua obra sobre o movimento em 1638, intitulada “Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze” ou “Discursos e demonstrações matemáticas sobre duas novas ciências”. Criador da chamada “ciência do movimento” acabou por criar as bases da dinâmica, lançando assim uma nova metodologia científica.Johannes Kepler e as Leis do movimento planetário.
Johannes Kepler orientou sua teoria onde os planetas não giravam em órbitas circulares, porém elipticamente. Foi neste ponto que houve a unificação do modelo observado ao modelo previsto através de cálculos.
Utilizando os modelos geométricos dos gregos e a teoria heliocêntrica de Copérnico, descobriu três leis básicas do movimento planetário.*A primeira lei de Kepler afirma que “os planetas do sistema solar giram ao redor do Sol e descrevem órbitas elípticas, aproximadamente circulares”.*A segunda lei de Kepler, estabelece que “a velocidade do movimento se adapta à posição do planeta na curva elíptica de modo uniforme, ainda que não constante”.*A terceira lei de Kepler “fixa uma proporção entre o raio da órbita e o tempo que o astro leva para descrevê-la”.Johannes Kepler publicou seus cálculos em 1.596 na obra intitulada “Prodomus dissertationum mathematicarum continens mysterium cosmographicum”, ou “Primeiras dissertações matemáticas sobre o mistério do cosmo”, enviou um exemplar para Tycho Brahe. Outras obras do astrônomo são “Harmonices mundi”, ou “As harmonias do mundo” de 1.619, além das “Tabulae rudolphinae” ou “Tábuas rudolfinas” de 1627, estas usadas pelos astrônomos por mais de um século no cálculo das posições planetárias.
Foi convidado pra ser assistente de Tycho e sucedeu-lhe após sua morte, em 1601, herdando então a documentação compilada por Brahe durante toda a sua vida. Kepler aperfeiçoou então sua teoria baseada nos três princípios. Fazendo observações na órbita de Marte, em comparação aos fenômenos ópticos da atmosfera e às estrelas distantes conseguiu comparar os dados medidos aos observados.
Newton e a elaboração das leis da mecânica e da gravitação universal
Isaac Newton, já em 1664 escreveu um ensaio intitulado "Quaestiones quaedam philosophicae", ou "Certas questões filosóficas", em 1667, apresentou a Isaac Barrow um trabalho sobre cálculo infinitesimal, chamou-o método matemático dos fluxos. Em seguida descobriu as fórmulas matemáticas que descrevem a “centrípeta”, ou aceleração circular uniforme. Concluindo assim que a descoberta do princípio que governa a rotação da Lua ao redor da Terra é o mesmo da gravitação terrestre, em 1.704 publicou a obra Opticks, Óptica.As obras de NewtonEm 1687, Isaac Newton publicou sua obra “Philosophiae naturalis principia mathematica”, ou “Princípios matemáticos da filosofia natural”, dividida em três tomos. O primeiro intitulado “De motu corporum”, ou “Do movimento dos corpos”, neste trata a chamada “mecânica racional”, mostra a lei da inércia e formula suas definições, demonstra uma nova noção de força e a noção de massa.
O segundo tomo, extensão do primeiro, trata do movimento dos corpos num meio resistente e delineia a hidrodinâmica. Nos dois primeiros tomos Newton exclui a possibilidade da redução da mecânica à cinemática pura. Ainda ensaia o princípio da igualdade entre ação e reação e as regras da aceleração no vácuo.O terceiro tomo foi intitulado “De sistemate mundi” ou “Do sistema do mundo”, neste volume é apresentada a mecânica do sistema universal examinada à luz dos princípios matemáticos.
São analisadas as marés, os movimentos os planetários, os cometas e demais corpos celestes. Em sua obra, todas as exposições são precedidas de considerações filosóficas sobre as regras do raciocínio, das proposições e dos fenômenos analisados.Nos seus três volumes do “Princípios matemáticos da filosofia natural”, Newton demonstra a teoria do movimento dos corpos espaço temporal utilizando lei da gravitação universal como base de praticamente todos os fenômenos naturais relativos ao Universo como um todo. Mostra que os corpos são mutuamente atraídos por todos e quaisquer outros corpos, por uma força tanto mais intensa quanto maciços forem os corpos e mais próximos estejam uns dos outros.
A solução matemática de Newton em síntese unifica a observação dos corpos, sua órbita elíptica e a previsão de seu lugar no tempo. Ela demonstra como a gravidade faz a Lua se mover elipticamente em torno da Terra e da mesma forma como a Terra e os outros planetas têm órbitas semelhantes em torno do Sol.
As esferas celestes de Ptolomeu, obsoletas então, foram abandonadas. Para a ciência, as estrelas fixas passaram a ter movimento, a ser corpos semelhantes ao nosso Sol.Newton e Richard Bentley e a possibilidade da atração universal mútuaEm 1691, Richard Bentley e Newton debateram sobre a possibilidade das estrelas se atrair mutuamente caindo umas sobre as outras. Newton argumentou que se houvesse um número finito de estrelas num espaço finito, de fato umas cairiam sobre as outras. Porém, no caso de um número infinito de estrelas distribuídas uniformemente num espaço infinito, não haveria esta ocorrência pelo fato de não haver qualquer ponto central onde elas pudessem estar em órbita, portanto cair.
Há que se ter cuidado quanto à nossa visão de universo infinito, pois neste caso se considera como qualquer ponto o seu centro, uma vez que em volta de si existem infinitos corpos ao infinito. A abordagem de universo a partir deste ponto ganha uma dinâmica onde devemos considerar que todas as estrelas caem umas sobre as outras, e que a dúvida real é o quanto isto mudaria no caso do acréscimo de mais estrelas distribuídas uniformemente além da região pré-determinada de espaço no domínio do tempo.
Pela lei da gravitação universal, estrelas acrescentadas à massa estelar já existente não fazem diferença, pois iriam colapsar independentemente de sua quantidade na mesma velocidade e sem alteração. Porém quando se lida com infinitos, não podemos acrescentar tantas estrelas quantas quisermos, pois existe uma elasticidade espaço-temporal, portanto não vão sempre despencar umas sobre as outras.
Atualmente acredita-se que é impossível uma visão estática infinita do Universo onde a gravidade é sempre atrativa, existe uma possibilidade de colapso a partir de um certo número de massa onde pode ocorrer uma súbita explosão de energia a partir de um certo momento de saturação. Neste, os corpos colapsados não mais podem cair sobre si, havendo desta forma uma repulsão gravitacional gerada pela excessiva compressão material.
Além das obras citadas, Newton publicou em 1.704 “Opticks, or A Treatise on the Reflections, Refractions and Colours of Light “, ou “Óptica, ou Um tratado sobre a reflexão, refração e cores da luz”, nesta é demonstrada a noção de comprimento de onda, chamada por Isaak Newton de “teoria dos acessos de fácil transmissão”. Na edição em latim, é apresentado no apêndice um tratado de cálculo integral completo para explicar as conclusões do Físico.
Na segunda edição da obra Opticks, Newton incluiu “31 Questions”, ou “31 Questões”, que discorrem sobre a luz e a matéria.Em 1.707 é publicada a obra “Arithmetica universalis sive” e “De compositione et resolutione arithmetica”, ou “Aritmética universal” e “Sobre a composição e resolução aritméticas”, nesta Newton demonstra através de fórmulas matemáticas a lei da gravitação e suas aplicações, estabelecendo os fundamentos do cálculo infinitesimal.Immanuel Kant e a natureza do UniversoImmanuel em 1.755 concebeu a obra “História geral da natureza e teoria do céu”, ou “Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels” em 1.755, nesta descrevia um Universo harmônico regido de forma simétrica onde todas as suas leis obedeciam a uma ordem matemática.
Futuramente, em sua aula inaugural, em 1.770, como professor universitário, Kant discorre “Sobre a forma e os princípios do mundo sensível e inteligível” ou “De mundis sensibilis atque intelligibilis forma et principii”, também conhecida como “Dissertação” ou “Dissertatio”. Esta sua obra foi, segundo consta, o passo inicial do pensamento kantiano, pois estabeleceu as bases sobre as quais houve o desenvolvimento de sua obra filosófica.Immanuel Kant realizou o estudo “Crítica da razão pura”, ou “Kritik der reinen Vernunft” , nesta é posta a questão do começo do Universo e suas limitações no espaço, as chamadas contradições da razão pura, onde havia, segundo Kant, argumentos na tese do início do Universo e na antítese de que sempre existiu.
*Em tese, o Universo poderia não ter tido um começo, havendo, pois, um tempo infinito antes de cada evento ocorrer, o que poderia ser considerado um absurdo.*Já em antítese, alegava que se o Universo tivesse tido um começo, haveria um período de tempo infinito antes de sua existência. Logo, não haveria uma razão para ter tido um começo num tempo em particular.
Portanto, a tese e a antítese, tinham o mesmo argumento e sua postura era de que independentemente do Universo existir, ou não, o que existia era o tempo, e este se iniciava com a sua existência.Pierre Simon Laplace e a tentativa de unificação das leis da mecânica celesteAcredita-se que uma das primeiras tentativas de unificação das leis que tentam explicar os fenômenos que regem a natureza do Universo e do micro-universo, foi a teoria da gravidade de Newton estudada por Pierre Simon Laplace, nascido em 1.749.
Laplace estudou e pesquisou a mecânica celeste, o eletromagnetismo e a probabilidade.Laplace e as anomalias orbitais Pierre Simon Laplace era um cientista que estudava em especial a Matemática, a Física e a Astronomia. Em função de seu direcionamento acadêmico, seus interesses se voltaram em 1.773 para as teorias astronômicas de Edmund Halley e Newton. Observando os dados de ambos, reunindo-os e comparando-os com dados de outros cientistas e astrônomos, notou certas anomalias das órbitas planetárias. Laplace realizou desta forma cálculos minuciosos sobre os efeitos gravitacionais mútuos de todos os corpos do sistema solar. Pierre Laplace acabou descobrindo que as órbitas ideais propostas por Newton apresentavam desvios periódicos ou anomalias.
Simultaneamente aos estudos astronômicos, Laplace executou também a análise sobre eletromagnetismo, acredita-se numa tentativa de unificar as leis que regem os macro e micro-universos.Em sua obra “Exposição do sistema do mundo” de 1.796, “Exposition du système du monde”, Laplace descreve a origem dos planetas e do Sol e a partir de uma nebulosa. No seu “Tratado de mecânica celeste”, “Traité de mécanique celeste” de 1.798 a 1.827, composto de cinco volumes, interpreta a dinâmica celeste do sistema solar, utilizando cálculos de probabilidades, além da matemática convencional.
Em suas obras, Laplace sugeriu a existência de leis prevendo o comportamento universal como um todo. No desenvolvimento de seus estudos, havia a hipótese da previsão do estado universal num dado momento a partir dos dados de seu estado anterior, isto é, conhecendo-se um ponto “n” em determinado “tempo” universal, se poderia prever no futuro o estado “n + t” do Universo, e também um estado “n - t” no seu passado. Assim, se conhecendo as posições e velocidades do Sol e dos planetas num dado tempo “n”, usando-se as leis de Newton, se poderia calcular o estado do Sistema Solar em qualquer outro ponto do futuro, ou do passado.Século XIXNo século XIX, não se sabia das teorias do Universo em expansão ou em contração.
A crença geral entre os cientistas, era um Universo infinito no tempo futuro e que permanecera imutável desde o momento da criação. Ficando então eterno, onde os seres vivos nascem, envelhecem e morrem.Estrutura universal, gravidade atrativa e repulsivaNaquela época, mesmo os cientistas que entendiam e aceitavam a teoria da gravidade de Newton como demonstrando um Universo dinâmico, isto é, pela própria natureza da teoria, este não poderia ser imutável, estático.
Não pensavam, ou não admitiam qualquer espécie de expansão universal. Tentavam demonstrar que a força da gravidade a partir de uma certa distância bastante grande se tornava repulsiva. Raciocinando desta maneira, a gravitação dos planetas não era afetada e ao mesmo tempo garantia a permissão de uma distribuição infinita de corpos, garantindo assim, um equilíbrio universal. Isto é, entre as estrelas, sua força atrativa mútua era equilibrada por uma força repulsiva daquelas que estavam a partir de uma certa distância, dando assim um equilíbrio universal estático.
Atualmente, acredita-se que o tipo de equilíbrio baseado na repulsão gravitacional pode se tornar instável, pois estando objetos massivos numa determinada região próximos uns dos outros, suas forças atrativas mútuas se fortaleceriam mutuamente neutralizando e superando desta forma as forças de repulsão que estariam agindo à distância, fazendo as estrelas caírem umas sobre as outras, ocorrendo então um colapso universal. Em contrapartida, ao se distanciar os corpos massivos, suas forças de repulsão mútua se realimentariam dominando as forças de atração, fazendo-os se afastar cada vez mais, gerando assim mais desequilíbrio, pois o afastamento realimentaria o afastamento, e no centro do “sistema” o colapso gravitacional se realimentaria pela falta das forças repulsivas que estariam se diluindo, aumentando assim o desequilíbrio, e a queda dos objetos sobre si mesmos, numa realimentação constante e auto-destrutiva.
Heinrich Olbers e o brilho do firmamento
Em 1.823, o filósofo Heinrich Olbers desenvolveu uma teoria objetando o modelo de Universo estático e infinito, onde todas as linhas de visão acabam por se mostrar na superfície de uma estrela, isto é, no caso de um Universo infinito, de infinitas estrelas, sua energia eletromagnética, logo a luz incluída seria infinita. Neste caso de luz infinita, o céu deveria brilhar durante a noite da mesma forma que durante o dia.
O próprio Olbers afirmava que o brilho noturno de fato não ocorria porque a energia seria absorvida pela matéria opaca entre as estrelas. Porém neste caso, há que se observar que ao absorver energia, a matéria se aqueceria e incandesceria tornando-se tão brilhante quanto as estrelas.Desta forma, a única maneira de não se ter um brilho total do firmamento durante a noite, é admitir que as estrelas não estiveram sempre brilhando, e que seu brilho é finito no domínio do tempo. Assim, a matéria que poderia estar absorvendo esta energia não poderia ter se aquecido ainda, e a luz das estrelas, mais distantes, não chegando a nos atingir. Logo, ficaria a questão do que causou o início da emissão de energia pelas estrelas.
James Hopwood Jeans e John William Strutt e a radiação estelar infinita
James Hopwood Jeans, foi o autor da teoria segundo a qual a matéria se cria de modo contínuo em todo o universo e John William Strutt , conhecido como Lord Rayleigh, foi o pesquisador que levou à descoberta do número de Avogadro, ambos, em suas pesquisas afirmaram que uma estrela irradia energia numa razão infinita. Naquele tempo, os conceitos das leis da física diferiam dos atuais, pois se acreditava que um corpo aquecido gerava ondas eletromagnéticas igualmente em todas as freqüências gerando um “ruído branco”.
Acreditava-se, hipoteticamente, que os corpos irradiavam a mesma quantidade energia tanto nas freqüências de 1THz (um Terahertz) até 2 THz (dois Terahertz), quanto nas freqüências de 2 THz até 3 THz. Mas, desde que a freqüência seja ilimitada, a energia total irradiada seria infinita.
Max Karl Ernest Ludwig Planck, a mecânica quântica e a emissão descontínua.
Max Karl Ernest Ludwig Planck, observando que os resultados de James Hopwood Jeans, John William Strutt ou Lord Rayleigh, não eram compatíveis com a realidade, em 1.900, sugeriu que a luz, os raios-X entre outras ondas eletromagnéticas não poderiam ser emitidos de forma arbitrária, porém, de forma descontínua, em minúsculos “pacotes” denominados “quanta”, que significa “luz” em grego.
A teoria dos quanta ou mecânica quântica acabou por englobar os princípios físicos que descrevem e explicam, por enquanto, o comportamento da luz e da matéria nas escalas subatômica e atômica.
A mecânica quântica gerou interpretações e conceitos que diferem daqueles sustentados pela mecânica clássica, pois se baseiam na emissão descontínua de energia, tenta visualizar as propriedades moleculares e atômicas e seus elementos constituintes: elétrons, prótons, nêutrons e demais partículas como os quarks. Essas propriedades incluem as interações das partículas entre si e com a radiação eletromagnética.
*“A definição de quanta, cujo plural é “quantum” consiste na quantidade indivisível de energia eletromagnética que, para uma radiação de freqüência f, é igual ao produto h x f, onde h é a constante de Planck..”A definição de quanta nos diz que cada quantum deve ter uma determinada cota de energia, e, quanto mais alta for a freqüência das ondas eletromagnéticas, maior será esta cota. Portanto seguindo esta lógica, existirá um momento em que a uma determinada alta freqüência, a emissão de um único quantum exigiria mis energia do que a disponível no elemento emissor. Logo, a radiação em freqüências altas seria reduzida, e, portanto a razão de perda de energia de um corpo seria finita.
A expansão do Universo
Albert Einstein concebendo o universo como uma esfera, afirmou "da razão poderosa e suprema que se revela no incompreensível universo".Em 1.915 foi publicada a teoria geral da relatividade por Albert Einstein, esta afirmava que ao irradiar luz, um corpo de grande massa tendo então um forte campo gravitacional, este deveria agir sobre aquela.
Einstein ampliou o trabalho de Planck que demonstrou que a luz não era composta apenas de ondas, mas também de ondas, isto é, havia uma dualidade entre ondas e partículas dependendo da maneira como era observada a luz. As partículas luminosas foram chamadas de fótons, palavra grega que significa “luz”.
Quando em repouso, a massa de um fóton é nula, não atua como fonte de um campo gravitacional, portanto não reagem a este. É sabido que os fótons sempre estão em atividade, isto é, nunca estão em repouso, logo “viajam”.
Em 1.923, Edwin Powell Hubble descobriu um tipo de estrela de luminosidade variável, chamada Cefeida, provando a existência de nebulosas extragalácticas, constituídas de sistemas estelares independentes.Pela observação destas cefeidas, conseguiu determinar as distâncias de galáxias análogas à Via Láctea entre si. Em 1.929, descobriu uma relação que deu uma idéia sobre o começo do Universo, confirmando assim a teoria da expansão e anunciando que a velocidade de uma nebulosa em relação à outra é proporcional à distância entre elas. A relação entre essas grandezas é chamada de constante de Hubble.
Esta descoberta se deu pela observação de que para qualquer ponto que se olhe a partir da Terra as galáxias distantes se afastam da nossa, ou seja, existe uma expansão do tecido universal em todos os sentidos e em forma esférica. Ou de forma mais simples, o Universo está se expandindo em todas as direções. Se estivéssemos vendo uma espécie de filme da expansão do Universo, ao retrocedermos o vídeo, veríamos claramente que todos os objetos estavam mais próximos uns dos outros em tempos remotos. E retornando ainda mais entre dez e vinte bilhões de anos, chegaríamos no momento onde em seu impulso inicial havia infinita densidade de massa num espaço nulo. Isto é, chegaríamos no momento do Big Bang, ou quando o Universo fora infinitesimalmente pequeno e infinitamente denso.
Esta teoria satisfaz dois requisitos que a mantém consistente:
*Faz previsões bem definidas quanto aos resultados das observações que podem ser executadas futuramente.
*Descreve precisamente uma vasta categoria de observações, e sua base contém muito poucos modelos arbitrários.
Ao questionarmos como seria o Universo antes da grande explosão, as leis atuais da física em prever um comportamento universal falhariam. Se houveram quaisquer eventos antes deste tempo, estes não afetariam o tempo atual. Logo, pode-se definir que a existência do tempo atual se iniciou com o Big Bang e que a expansão do Universo é proporcional à expansão do tempo universal. Tempos anteriores a este evento provavelmente são fisicamente indefiníveis.“Santo Agostinho em suas reflexões sobre o que Deus fazia antes da criação do Universo, afirmou que o tempo é uma propriedade do Universo criado por Deus, portanto o tempo se iniciou com o Universo e que não existia antes da sua criação, logo não procede o questionamento do que existia antes da criação.”A dinâmica do Universo
*Quando se tem um Universo dinâmico, o começo do tempo é associado ao começo deste, ambos se dilatam, ambos se expandem.
*Quando temos um Universo estático, imutável, seu começo deve ser imposto por um ser externo, pois não há necessidade física para o evento que o faz iniciar.
Portanto, para um Universo dinâmico, embora ainda não descobertas, devem existir razões físicas para seu início; no Universo imutável não, este só se iniciaria com interferência externa, e neste caso, já existiria um Universo antes da Grande Explosão, o que não teria sentido, pois este já existiria antes da sua existência.
*Segundo os pensadores modernos: “No caso de um Universo mutável não se exclui um criador, mas existem limites de tempo para o início da criação, podendo inclusive o Criador ser eterno”.
Em ciência não se pode afirmar que existam bases teóricas sólidas, novas descobertas podem deixá-las obsoletas. Os cientistas experimentadores sabem que os resultados de experiências podem concordar inúmeras vezes com a teoria. Pois, sempre podem ocorrer eventos onde os resultados das experiências acabam por discordar com uma determinada teoria, ou provar que seus resultados têm menos precisão que outra.
A cada momento, novos instrumentos de medição mais precisos são desenvolvidos, estes podem comprovar ou derrubar uma determinada maneira de se interpretar os dados fornecidos pela própria natureza física do Universo.
Um exemplo típico de teoria que adquiriu uma complementação na precisão instrumental, foi a teoria geral da relatividade de Einstein e sua comparação com a teoria da gravitação universal de Newton.
Antes da comprovação prática da relatividade geral, esta era uma elegante demonstração teórica e acadêmica. O seu reconhecimento internacional ocorreu depois do surgimento de provas experimentais de sua validade. Isto ocorreu devido à inclusão do conceito de campo gravitacional relativista, no qual a trajetória da luz se curva na presença de fortes campos gravitacionais.
O Eclipse solar de 1919 e a Teoria da relatividade geral
O evento que propiciou a prova que validou a teoria da relatividade ocorreu em 29 de maio de 1.919. Naquele dia, houve um eclipse total do Sol que pode ser observado na ilha Príncipe, na costa da África. As estrelas brilhantes que estariam invisíveis devido ao Sol, naturalmente se revelaram, pois o Astro Rei estava totalmente eclipsado. Naquele momento a luz estelar que passou tangenciando o Sol foi observada da Terra medida e analisada.
Segundo Einstein, a luz estelar ao passar pelo campo gravitacional de um objeto massivo deveria se curvar ligeiramente em sua direção, de modo que as próprias estrelas, avistadas ao longo de seu posicionamento, deveriam aparecer um pouco mais distantes do que realmente estariam.
Os astrônomos seguindo exatamente os procedimentos ditados pela teoria da relatividade, anotaram cuidadosamente as posições estelares durante o eclipse. Seis meses depois, quando o Sol se encontrava em posição oposta, portanto não podendo exercer efeito algum sobre a luz das mesmas estrelas, foram tomadas as medidas e coordenadas daquelas. Verificou-se então que o comportamento da luz estelar se deu exatamente da forma prevista pela teoria da relatividade de Einstein.
Com a construção de equipamentos aceleradores de partículas, ciclotrons entre outros, foi possível a interpretação dos fenômenos das partículas atômicas lançadas em alta velocidade. Surgiram elaborações de teorias cosmológicas da estrutura de sistemas galácticos e estelares e da forma e origem do Universo.
Teoria da Relatividade e Teoria da Gravitação Universal.
Aplicando a teoria geral da relatividade de Einstein nos mesmos parâmetros observados, notou-se que esta sobrepujou em precisão a teoria de Newton. Isso não quer dizer que a gravitação universal de Newton está errada. As experiências serviram para comprovar que a teoria de Einstein se confirma e que esta é uma complementação daquela.
Apesar das diferenças entre as duas teorias em termos de precisão, ainda se utiliza a teoria da gravitação universal de Newton. Isto se deve pela sua simplicidade de aplicação em relação à teoria geral da relatividade.Existe um princípio científico chamado de Navalha de Occam.
Este professa que: "as entidades não devem ser multiplicadas além do necessário"; ou interpretando, “se houver mais de um caminho para o mesmo resultado científico, vale o mais simples”. É óbvio, neste caso, que a diferença de precisão entre as duas teorias não foi levada em conta, pois ambas se aplicam, portanto são corretas, cada uma com sua natureza específica.
A tentativa de unificação das teorias. Atualmente o objetivo científico perseguido pelos pesquisadores é a unificação de uma teoria descritiva do Universo como um todo. Porém, grande parte destes acabou por separar em dois caminhos o raciocínio de descrição universal. Um dos princípios é a existência de leis que descrevem o comportamento universal em função do tempo, estas podem prever como será a configuração universal em qualquer ponto na linha temporal se conhecermos seu comportamento em qualquer instante dado.
Simplificando: Conhecendo-se todas as configurações no passado, podemos prever quais serão as configurações futuras. Outra questão é a incógnita do estado inicial do Universo, que desde o momento em que houve o Big Bang está evoluindo dentro de parâmetros expansionistas e seguindo uma trajetória bastante regular, logo se pressupõe que o estado inicial também foi governado por leis bastante regulares. Por enquanto, não há uma teoria que unifique todas as teorias que regem o Universo, isto não quer dizer que esta não exista, apenas que ainda não foi desenvolvida. Os humanos tendem a separar em partes o que não compreendem, para juntar cada pedaço num todo, assim é com as teorias que buscam decifrar as leis que regem o Cosmos. Cada teoria descreve uma quantidade limitada de meios de observação, deixando de lado os efeitos e interações adjacentes de alguns eventos sobre outros.
O Universo é um todo, ele se transforma a todo instante e sua transformação é mútua e dependente. Todos os elementos que o compõe se comportam interagindo entre si. A tentativa de análise através de pontos isolados sem levar em conta as interações mútuas e as influências entre os mais diversos eventos que estão inter-relacionados, sempre levará a resultados parciais e incompletos. Portanto, é impossível atingir uma solução plena na questão que investiga o tecido universal através da análise de partes isoladas.
Atualmente, graças ao avanço tecnológico da instrumentação de observação do Cosmos juntamente com as poderosas ferramentas oferecidas pelos supercomputadores e equipamentos de laboratório, a teoria da relatividade geral, as leis da termodinâmica clássica e a teoria da mecânica quântica parecem demonstrar um caminho para a unificação. Basicamente o Universo pode ser descrito por duas teorias, a primeira seria a que trata da sua estrutura macroscópica, a segunda sua estrutura microscópica, este, é observado pelas leis da teoria da mecânica quântica, aquele pelas leis que regem a teoria geral da relatividade.
Mecânica quântica
Através da Mecânica quântica é permitida a compreensão dos fenômenos que se manifestam na matéria, na radiação eletromagnética e na interação entre ambas, isto é, entre matéria e radiação. A teoria da relatividade geral através de seu desenvolvimento, acabou por ampliar nos sistemas um princípio chamado de “princípio da invariabilidade das leis naturais”, este inclui as leis que regem a natureza de qualquer sistema, inclusive os dotados de velocidade variável com relação aos sistemas inerciais, além de incluir a noção de campo gravitacional procurando unificar todas as manifestações físicas do Universo.
A mecânica quântica é dividida em duas concepções distintas, a teoria quântica não relativista e a teoria quântica relativista. A primeira é inaplicável aos fenômenos que são acompanhados de movimentos com grandes velocidades em comparação com a velocidade da luz. Numa primeira análise se poderia esperar que o avanço da teoria relativista fora possível mediante uma generalização mais ou menos direta de formalismo da mecânica quântica não relativista, porém analisando-se mais profundamente se observa que isto não é assim. Um exemplo típico conhecido é o princípio da incerteza, onde em mecânica quântica existe uma forte limitação da possibilidade de medirmos no elétron simultaneamente diversas variáveis dinâmicas nos domínios do tempo e do espaço.
Existem certas indeterminações que se manifestam de forma bastante importante no momento em que aumentamos a precisão de medição numa determinada coordenada. Ao fazê-lo, diminuiremos a exatidão com que se pode medir simultaneamente em outra coordenada. Pelo fato da mecânica quântica lidar com o micro-universo e a teoria geral da relatividade examinar os fenômenos de macro-universo, a teoria quântica relativista é uma tentativa de unificação das duas maneiras de se encarar o Universo no micro-universo.
Na forma convencional, tanto a quântica quanto a relatividade não podem estar corretas igualmente, isto ocorre devido a antagonismos entre as duas teorias. A física procura uma nova teoria quântica da gravidade que unifique os princípios básicos tanto no macro-universo, quanto no micro-universo.
Princípios que possam ser utilizados igualmente, isto é, uma combinação de teorias parciais unificadas e completas capazes de descrever o Universo como um todo e que não sejam paradoxais. Acredita-se que astronomicamente, os primeiros objetos do macro-universo estudados pelos humanos foram o Sol e a Lua.
O Sol
O Sol é formado por camadas, estas estão dispostas umas sobre as outras como uma cebola. A camada mais externa é a superfície brilhante, esta irradia a maior quantidade de luz e calor. Foi a primeira a ser estudada em detalhes. Sua temperatura gira em torno de 6.000 K e nela são observadas as manchas solares. Esta primeira camada, de espessura muito pequena em relação ao raio solar, é denominada fotosfera pela astronomia solar, mede aproximadamente 500 km, ou 0.1 por cento do raio solar.
Não é possível a visualização óptica abaixo da fotosfera; sendo gasosa e difusa, se torna completamente opaca numa distância relativamente pequena. Esta é a causa principal de enxergarmos uma divisa nitidamente definida entre o Sol e o espaço exterior, levando aos primeiros astrônomos a supor que o Sol poderia ser sólido ou líquido.
Acreditava-se que a fotosfera seria perfeitamente esférica e sem marcas, porém no início do século 17, com o advento do telescópio astronômico, foram observados os primeiros detalhes de sua superfície complexa e variável.As primeiras observações do Sol conhecidas foram registradas na China há aproximadamente 2.000 anos. Os relatórios chineses mostram entre 5 a 10 aparições por século, estas são tomadas agora como evidência de manchas raramente grandes ou grupos de manchas solares, uma vez que as pequenas não poderiam ser observadas a olho nu.
As manchas solares só podem ser vistas a olho nu em condições favoráveis e com os olhos do observador protegidos.Com instrumentos ópticos, seus detalhes foram descobertos por Galileo Galilei e outros astrônomos no início de século 17. Por sua natureza física são mais escuras que a fotosfera devido à diferença de temperatura entre ambas.
Os instrumentos mais utilizados ainda para observação Solar são o telescópio e o espectroscópio. À medida que novos métodos e instrumentos vão sendo aperfeiçoados se revelaram novas descobertas.
Densidade solar
A densidade média no Sol gira em torno de 1,41 gramas por centímetro cúbico. No interior do astro a densidade é bem maior, e na superfície bem menor o que a média. As camadas externas expelem grandes jorros de gás incandescente que saltam de sua superfície a uma temperatura média de 6.000 Kelvin.
O interior do Sol é muito mais quente que a sua superfície, e as pressões de grande magnitude, pois sua massa é em torno de mil vezes maior que a massa de Júpiter. Sob uma atração gravitacional e uma compressão colossal a pressão no interior do Sol chega a 100 bilhões de atmosferas terrestres.
A matéria comprimida no interior do Sol supera a força eletromagnética que deveria manter os átomos intactos, havendo então uma espécie de implosão destes. As envoltórias eletrônicas são esmagadas sob a pressão e os elétrons movem-se sem restrições, formando uma espécie de plasma ou fluído eletrônico desestruturado ocupando um espaço muito menor do que ocupariam se ainda existissem envoltórias.
No momento em que os elétrons se aglutinam devido ao esmagamento ocasionado pela força gravitacional, a repulsão eletromagnética aumenta proporcionalmente, assim o fluído eletrônico acaba por resistir a uma compressão gravitacional muito acima do que resistiriam os átomos intactos. Neste fluído eletrônico, os núcleos atômicos também ficam livres para se locomover livremente ricocheteando uns aos outros devida repulsão eletromagnética.
Existe também a compressão e o conseqüente aglutinamento nuclear, podendo inclusive haver a colisão entre os núcleos. Nos átomos submetidos a compressões gravitacionais menores a exemplo do núcleo terrestre ou mesmo de Júpiter, a envoltória eletrônica age como uma espécie de pára-choque. As envoltórias atômicas não podem ser interpenetradas mutuamente devido à repulsão eletrônica, logo os núcleos atômicos permanecem no centro do átomo que é circundado pela envoltória eletrônica permanecendo, portanto afastados entre si.
Matéria degenerada
No momento em que há a desagregação eletrônica devido à compressão gravitacional, as envoltórias são esmagadas e os elétrons se comprimem no fluído eletrônico mais compacto, logo a separação média dos núcleos, devido a esta compressão diminui. O nome dado para a matéria rompida é “matéria degenerada”. A densidade da matéria degenerada pode ser muito maior que a matéria ordinária.
É sabido que o núcleo constitui a porção de matéria que contém a maior massa no átomo, portanto, a massa da matéria é dada pelo núcleo atômico, assim, ao juntarmos matéria degenerada num volume de espaço igual ao ocupado pela matéria ordinária a unidade de massa por volume daquela será muito maior que esta, logo sua densidade também.
Densidade do núcleo solar.
A densidade no núcleo solar é em torno de 100 gramas por centímetro cúbico em média, porém mesmo com uma densidade muito maior que qualquer metal ordinário, o comportamento no núcleo do Sol é o de um corpo gasoso. A temperatura num ambiente onde existe uma compressão gravitacional tão grande é em torno de 15 milhões Kelvin.
Essa temperatura mantém o Sol expandido produzindo então uma densidade média do Astro em torno de 1,41 gramas por centímetro cúbico.
Composição química do Sol
Para saber a composição química do Sol, o fazemos através da análise dos fótons emitidos por este passando pelo espectroscópio. Este é um instrumento que mostra o espectro luminoso onde todos os comprimentos de onda estão dispostos ordenadamente à semelhança de um arco-íris. Neste espectro, existem milhares de linhas escuras que representam os comprimentos de onda absorvidos pelos átomos nas camadas mais externas do Sol.
São as posições das linhas no espectro solar que mostram com precisão extrema a identificação dos átomos responsáveis pela absorção energética, portanto, possibilitando a análise química do elemento analisado, neste caso o Sol.
Fótons
Os fótons são partículas que possuem massa zero quando em repouso, conseqüentemente, não podem atuar como fonte de um campo gravitacional, nem podem reagir a um campo gravitacional de maneira comum. Porém, sabemos que os fótons nunca estão em repouso, viajam, como todas as partículas desprovidas de massa, numa velocidade extremamente elevada no vácuo, em torno de 299.792,5 quilômetros a cada segundo.
A velocidades altíssimas, pela sua própria natureza, a exemplo de qualquer partícula, os fótons possuem energia. A luz (fóton) ao deixar o Sol, deveria fazê-lo resistindo à atração gravitacional solar. Se os fótons fossem partículas ordinárias, logo, dotadas de massa, sua velocidade ao deixar o Sol deveria diminuir. A massa de um fóton, quando este está em repouso é nula, logo, a luz não deveria perder energia, porém assim mesmo o perde. Ao analisar o espectro solar, a energia perdida deveria ser detectada.
Quanto maior o comprimento de onda de um fóton específico, menor é a sua energia. Portanto, ao utilizarmos um espectroscópio para analisá-lo, poderemos observar que a luz visível se dispõe em ordem de comprimentos de onda desde o vermelho, freqüência menor e maior comprimento de onda, até o violeta, menor comprimento de onda, portanto maior freqüência. Podemos afirmar que há uma progressão regular da baixa para a alta energia ou do vermelho ao violeta, ou vice-versa.
Se o fóton tem uma perda energética por exercer uma resistência à atração gravitacional exercida pelo Sol, deverá então haver na sua análise espectral um desvio para o vermelho. Se não existir nenhum efeito gravitacional, isto não ocorre. Pela massa solar, sua densidade e distância para a Terra não é possível, portanto ter certeza da detecção desta perda.
Para saber se realmente o fóton perde de fato energia ao deixar o Sol, primeiro necessitamos saber o que é densidade estelar, e para conhecer a densidade estelar precisamos analisar corpos massivos e mais densos que o Sol.A densidade estelar e as Anãs Brancas.
Alvan Graham Clark fabricante norte-americano de lentes para telescópios produziu uma lente para um telescópio que foi montado na Universidade de Chicago, nos Estados Unidos em 1862.Sempre ao ser terminado o polimento de uma lente ou um espelho refletor para telescópios, estes devem ser testados e provados. Isto ocorre através de um procedimento chamado “prova de campo”.
A prova de campo consiste num teste final através de um telescópio semelhante onde será montado a lente ou o espelho refletor. Este procedimento serve para verificar a qualidade do dispositivo em teste. Por exemplo, pode haver falhas, aberrações cromáticas e outros defeitos de confecção que podem vir a ocorrer.
Impossibilitando então o uso de uma lente, necessitando uma correção, ou descarte desta.Durante o controle de qualidade da lente, Clark apontou o telescópio para a estrela Alfa do Cão Maior. Este Astro tem magnitude aparente de 1,5; quanto à análise espectrográfica é classificada AO. A Estrela está situada a 8,7 anos-luz da Terra. Sua luminosidade é 23 vezes superior à do Sol e é chamada de Sírius.
O sistema Sírius.
Ao observar Sírius, Clark percebeu um pequeno e pálido ponto luminoso próximo a esta. Aquele ponto de luz não fazia parte dos catálogos celestes de então, levando o fabricante a acreditar que fosse alguma aberração ocasionada por algum defeito na lente. Esta provavelmente desviava a luz de Sírius recompondo-a a seguir, dando a impressão de uma “estrela fantasma” como ocorrem em lentes defeituosas.
Vários testes e observações foram realizados com aquela lente em outras estrelas, e somente em Sírius houve a repetição do pequeno ponto luminoso. Graham Clark chegou à conclusão que se tratava de um novo corpo estelar. Este tinha o brilho de dez milésimos da luz da estrela maior e hoje é denominado de Sírius B enquanto aquela é chamada de Sírius A, ao sistema foi dado o nome de “Sistema Sírius”.
Esta descoberta propiciou aos astrônomos e astrofísicos a observação de novos corpos estelares chamados “Anãs Brancas”. Mostrou a existência de uma anomalia, ou “matéria super-densa” no Universo.As populações estelares.As estrelas são corpos incandescentes, suas cores são proporcionais às suas temperaturas. Aldebarã e Antares, por exemplo, são corpos relativamente frios, suas temperaturas superficiais chegam no máximo a 3.500 Kelvin aproximadamente, portanto, sua coloração é vermelha.Nosso Sol, de coloração amarela, possui temperaturas superficiais maiores, em torno dos 6.000 Kelvin.
As estrelas que derivam para a coloração ultravioleta chegam a 55.000 Kelvin aproximadamente.No início da astrofísica foram descobertas algumas relações entre a cor, o tamanho, idade e localização das estrelas na estrutura dos corpos estelares. Houve uma divisão chamada “População Estelar”. Seja, existem duas classificações principais, ou categorias:
População I e População II.
*População I, consiste em estrelas situadas nos braços das galáxias espirais e galáxias irregulares.
Constituem os braços da Via Láctea, ou as Nuvens de Magalhães, por exemplo. As maiores desta população são chamadas “gigantes azuis” e conferem às regiões em que se localizam uma luminosidade que pode ser considerada azulada e suave.
*População II, são estrelas encontradas nos núcleos galácticos das elípticas, espirais e nos aglomerados estelares. Na População II as maiores e mais brilhantes são as gigantes vermelhas, estas dão a sensação na sua vizinhança de um brilho quente e avermelhado.
A divisão por populações se baseia na distribuição estelar universal e na sua tipologia. Os dois tipos compreendem espécies de estrelas distintas. Além das mais brilhantes, existem diversas de brilho mais fraco e cujas cores, tipos e formas variam.As famílias estelares são compostas de características comuns entre si.
As estrelas da População I possuem laços que as unem bastante simples, o que ocasionou a sua descoberta anterior às demais. Neste tipo, a relação é direta entre tamanho e cor, as menores são vermelhas e frias, enquanto as maiores são azuis e quentes.No passado acreditava-se que quanto maior uma estrela, mais quente, e se aplicava esta “regra” a todas, excetuando-se algumas chamadas então de “excêntricas”.
Estas consideradas então sem importância. Na medida em que a sensibilidade e precisão dos telescópios aumentaram e por conseqüência sua penetração no Universo, foram sendo atingidos aglomerados estelares e galáxias mais distantes. Sendo revelados então populações completas das “estrelas excêntricas”. Foi constatado que os astros eram vermelhos e frios, e que havia menores extremamente quentes ou extremamente frios, não havendo, portanto meio termo.
Devido à grande sensibilidade e amplificação da lente confeccionada por Graham Clark, foi possível a visualização de uma estrela então considerada “excêntrica” nos arredores de Sírius. Aquela centelha observada chamada de Sírius B, não era nem defeito, nem aberração, era sim uma companheira escura de Sírius A.
Sírius B
Comparada a Sírius A, Sírius B não passa de um corpo pequeno e de brilho pálido, atualmente, este tipo de configuração estelar se chama de “Sistema Binário”, ou “Sistema Duplo”. Acreditava-se que Sírius B estava se apagando e que era uma pequena estrela e sem importância. Wilhelm Wien, em 1893, estudando a luz emitida por objetos quentes através do espectroscópio, determinou uma relação entre cor e calor observado nas linhas escuras do espectro emitido pelo corpo quente.
A este fenômeno se deu o nome de “Lei de Wien” que mostra através do estudo dos “comprimentos de onda da luz emitida e a natureza das linhas escuras no espectro da temperatura do corpo emissor de luz”.
Analisando um espectro de uma estrela que esteja apagando, esta deve ter um desvio de sua coloração para o vermelho. Ao se observar Sírius B, o que se nota é uma coloração branca e não vermelha, logo, conclui-se que não esteja apagando, ou se estiver, ainda tem muito combustível para queimar.Em 1915, Walter Sydney Adams isolando a luz de Sírius A de sua companheira Sírius B, conseguiu fazer passar pelo espectroscópio a luz de Sírius B.
A tarefa de separação da luz de um corpo em relação a outro próximo é muito complexa. Sírius A tem um brilho cerca de 10.000 vezes maior que Sírius B. Ao analisar o espectro, foi constatado que a temperatura de Sírius B é praticamente igual à temperatura de Sírius A, e que ambas são muito mais quentes que o nosso Sol.
A temperatura superficial medida de Sírius A é em torno de 10.000 Kelvin, e a temperatura de Sírius B é em torno de 8.000 Kelvin, contra os 6.000 Kelvin do Sol. Sírius A irradia trinta e cinco vezes mais luz que o Sol, logo a sua produção luminosa por medida de área comparativa mostra um diâmetro aproximado de dois e meio milhões de quilômetros, ou seja, esta estrela é 1,8 vez maior que o Sol.
A estrela Sírius B, utilizado o mesmo método de observação por medida de temperatura por área de emissão luminosa comparativa, tem uma área muito menor que sua companheira, em torno de 0,00035, e cujo diâmetro seria em torno de 0,018, ou seja em torno de 47.000 Km.
Sírius B é menor que Júpiter, ocupa em torno de 0,033 de seu volume no espaço, ou apenas 3,7 vezes maior que a Terra, algo em torno de Urano ou Netuno em volume. Outro dado importante é o desvio de trajetória de Sírius A, isto é, há em sua trajetória uma anomalia ocasionada por Sírius B. A distância entre ambos é em torno de 3 bilhões de quilômetros, comparativamente uma distância entre o Sol e Urano.
A órbita de Urano em torno do Sol dura 84 anos, a órbita aparente entre Sírius B em relação a Sírius A é de 54 anos, a intensidade de campo de campo gravitacional entre ambos é 3,4 vezes superior à intensidade de campo gravitacional entre o Sol e Urano, logo, a massa do sistema Sírius é 3,4 vezes a massa do sistema Sol-Urano, onde praticamente toda a massa deste sistema está contida no Sol, tornando-se a massa planetária de Urano desprezível.
O sistema Sírius gira em torno de um centro de gravidade comum, isto ocorre pelo fato da massa de Sírius B ser muito grande, comparativamente à massa de Sírius A, embora esta tenha um volume muito maior.
No Sistema Solar, a massa do Sol é muito maior que a soma das massas de todo o sistema, logo o centro gravitacional é próximo ao centro do Astro. No Sistema Sírius, a massa é dividida entre as duas estrelas de tal forma que o centro de gravidade está localizado entre os dois astros. Logo, ambos giram em torno deste centro o que ocasiona uma oscilação na órbita observada. Através desta, foi verificada uma massa duas vezes e meia maior de Sírius A em relação à Sírius B. Sendo a massa do sistema Sírius em torno de 3,4 vezes a massa do Sistema Solar.
Conclui-se então que Sírius A é 2,4 vezes mais massivo que o Sol e Sírius B tem massa muito próxima à do nosso Astro Rei.Ora, este corpo celeste de tamanho planetário, com esta massa estelar tem a densidade média na ordem de 35.000 gramas por centímetro cúbico e se constitui numa estrela chamada pelos astrônomos de “anã branca”.
