Alguns Problemas em Aberto da Física - itec.if.usp.britec.if.usp.br/~rivelles/Seminars/ifusp.pdf · Alguns Problemas em Aberto da Física Victor O. Rivelles [email protected]

Alguns Problemas em Aberto daFísica

Victor O. Rivelles

[email protected]

Instituto de Fısica

Universidade de Sao Paulo

– p.1/25

Palestra de Lord Kelvin em 1900

“Nineteenth century clouds over thedynamical theory of heat and light”

Nuvem I: O movimento relativo do éter e corposponderáveis

Nuvem II: Problemas com a doutrina deMaxwell-Boltzmann em relação a equipartição daenergia

Nuvem I => Teoria da relatividade especial

Nuvem II => Teoria quântica

– p.2/25







– p.2/25







– p.2/25







– p.2/25

Palestra de David Hilbert em 1900

“Mathematical Problems”

Discutiu 23 problemas -> problemas deHilbert

Influenciaram o desenvolvimento damatemática ao longo do século XX

– p.3/25

Palestra de David Hilbert em 1900

“Mathematical Problems”

Discutiu 23 problemas -> problemas deHilbert

Influenciaram o desenvolvimento damatemática ao longo do século XX

– p.3/25

Clay Mathematics Institute - 2000

Millennium Problems

Foram propostos 7 problemas

DOIS PROBLEMAS SÃO DE FÍSICA :

Equação de Navier-Stokes

Teoria de Yang-Mills

– p.4/25

Clay Mathematics Institute - 2000

Millennium Problems

Foram propostos 7 problemas

DOIS PROBLEMAS SÃO DE FÍSICA :



– p.4/25


Foi proposta no século XIX. Descreve o fluxode fluídos tais como líquidos e gases.

Governam o movimento do ar na atmosfera,as correntes oceânicas, o fluxo de água numcano, ...

densidade, velocidade, pressão,viscosidade

Mais uma equação de estado

– p.5/25




densidade, velocidade, pressão,viscosidade


– p.5/25




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��

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� densidade,�� velocidade, � pressão, �

viscosidade


– p.5/25

Turbulência

Fluxo laminar

Fluxo turbulento

– p.6/25


Em 1954 foi proposta uma generalização doeletromagnetismo para explicar ocomportamento das partículas elementares

Em 1970 o modêlo padrão das partículaselementares foi concluído

Átomos -> núcleo + elétrons

Núcleos -> prótons + neutrons

Prótons e Neutrons -> quarks

– p.7/25







– p.7/25







– p.7/25







– p.7/25

Partículas de Matéria

– p.8/25

Forças Fundamentais

A matéria interage através de forças deinteração

Força gravitacionalForça eletromagnéticaForça fraca (ex: decaimento do neutron)Força forte (ex: forças nucleares)

Forte: ; EM: ; Fraca: ; Gravit.:

As forças fundamentais da Natureza sãotransportadas por partículas

– p.9/25




Forte:

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; Fraca:

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; Gravit.:

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– p.9/25




Forte:

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– p.9/25

Partículas das Forças Fundamentais

– p.10/25

Bárions

– p.11/25


Descreve as partículas portadoras dasforças fundamentais

Não existe uma compreensãomatemáticamente rigorosa docomportamento quântico da teoria deYang-Mills

Experiências e simulações computacionaismostram que:

Confinamento -> não existem quarks livres

Mass gap -> partículas possuem uma massamínima

– p.12/25







– p.12/25







– p.12/25







– p.12/25






Mass gap -> partículas possuem uma massamínima – p.12/25

PRÊMIO do Clay M. I.

1 milhao de dolares !!!

– p.13/25

PRÊMIO do Clay M. I.

1 milhao de dolares !!!

– p.13/25

Supercondutores

Supercondutores -> ausência completa deresistência elétrica e amortecimento rápidodo campo magético (no interior)

Aplicações: linhas de transmissão elétrica,levitação magnética, ressonância magnética

Supercondutividade aparece a baixastemperaturas -> Helio líquido

– p.14/25

Supercondutores



Supercondutividade aparece a baixastemperaturas -> Helio líquido

– p.14/25

Supercondutores



Supercondutividade aparece a baixastemperaturas

�-> Helio líquido

– p.14/25

Supercondutores de altas temperaturas

Em 1986 foi descoberta a supercondutividade aaltas temperaturas

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-> Nitrogênio líquido

– p.15/25

Supercondutores

Baixas temperaturas -> teoria BCS

Altas temperaturas -> não existe uma teoriacompleta!

– p.16/25

Supercondutores

Baixas temperaturas -> teoria BCS

Altas temperaturas -> não existe uma teoriacompleta!

– p.16/25

Cosmologia

Relatividade geral -> história do Universo:cosmologia

Modêlo cosmológico padrão

Desconhecemos do conteúdo doUniverso !!!

Apenas é constituído por matéria normal

– p.17/25

Cosmologia

Relatividade geral -> história do Universo:cosmologia

Modêlo cosmológico padrão

Desconhecemos

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do conteúdo doUniverso !!!

Apenas

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é constituído por matéria normal

– p.17/25

Cosmologia

Matéria escura ->

��

Desde 1930 sabe-se da existência dela

Energia escura ->

Responsável pela aceleração da expansãodo Universo

– p.18/25

Cosmologia

Matéria escura ->

��

Desde 1930 sabe-se da existência dela

Energia escura ->

��

Responsável pela aceleração da expansãodo Universo

– p.18/25

Gravitação Quântica

A relatividade geral e a mecânica quânticasão incompatíveis

Partícula que transporta a força gravitacional:gráviton

Exitem duas linhas de ataque:

Loop Quantum GravityObjetos fundamentais são laços numa teoriaquântica

Quantização da área

Não é claro a relação com a relatividade geral

– p.19/25








– p.19/25








– p.19/25







Não é claro a relação com a relatividade geral– p.19/25

Teoria de Cordas

Partículas elementares: pontuais

Considere objetos estendidos: cordas,membranas, ...

O que chamamos de partículas agora são osmodos normais de vibração da corda

Fornece uma teoria para o gráviton em espaçosplanos (cordas fechadas)

Contém o modêlo padrão das partículas elementares(cordas abertas)

– p.20/25

Teoria de Cordas






– p.20/25

Teoria de Cordas






– p.20/25

Teoria de Cordas

Dimensão do espaço-tempo é��

Questão experimental !!!

Violação de para a gravitação

Num espaço-tempo de dimensões temos

Experimentos recentes confirmampara distâncias maiores que

– p.21/25

Teoria de Cordas



Violação de para a gravitação



– p.21/25

Teoria de Cordas



Violação de � � �! �

para a gravitação



– p.21/25

Teoria de Cordas




para a gravitação

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dimensões temos

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Teoria de Cordas




para a gravitação

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para distâncias maiores que

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– p.21/25

Membranas

Nosso Universo poderia ser um 3-brana

– p.22/25

Referências

http://fma.if.usp.br/ rivelles/

http://www.claymath.org/millennium/

http://en.wikipedia.org/wiki/unsolved_problems_in_physics

Revistas recomendadas:

Physics Today

New Scientist

Physics World

Scientific American

Ciência Hoje

Nature

Science

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Conclusão

Demonstration of the Exponential Decay LawUsing Beer FrothDemonstração da Lei do DecaimentoExponencial Usando Espuma de Cerveja

A. Leike, European Journal of Physics, vol. 23, January 2002,pp. 21-26.Vencedor do prêmio Ig Nobel de Física de 2002

http://www.improbable.com/ig/ig-top.html

– p.24/25

Conclusão

Demonstration of the Exponential Decay LawUsing Beer FrothDemonstração da Lei do DecaimentoExponencial Usando Espuma de CervejaA. Leike, European Journal of Physics, vol. 23, January 2002,pp. 21-26.

Vencedor do prêmio Ig Nobel de Física de 2002


– p.24/25

Conclusão

Demonstration of the Exponential Decay LawUsing Beer FrothDemonstração da Lei do DecaimentoExponencial Usando Espuma de CervejaA. Leike, European Journal of Physics, vol. 23, January 2002,pp. 21-26.Vencedor do prêmio Ig Nobel de Física de 2002


– p.24/25

Resumo

O volume da espuma de cerveja decai exponencialmente com o tempo. Esta propriedade

é utilizada para demonstrar a lei do decaimento exponencial. A constante de decaimento

depende do tipo de cerveja e pode ser usada para diferenciar entre diferentes cervejas.

A análise mostra de forma transparente as técnicas de análise de dados usadas usual-

mente em ciência – testes de consistência do modêlo teórico com os dados, estimativa

de parâmetros e determinação de intervalos de confiança.

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