Resumo Dos V´Ideos Propostos De F740

Resumo dos V´ıdeosPropostos de F740 - Grupo 2

Gabriel Martins (197328), Ian Barboza (174822), Anderson Pitoli (166188) Junho 2020

1 Atom: Clash of Titans - Ep. 1

Neste episódio,édiscorrida a históriada teoria atômicano século20, desde seus primórdios atésuas considera¸cõesatuais. No final do século19, tal teoria nãoera de interesse da comunidade cient´ıfica,visto que ate entãonãoparecia ter utilidade prática;foi com o surgimento de motores àvapor que as aten¸cões se voltaram a esse campo de estudo, buscando uma maior eficiênciados gases utilizados. A prova de existênciado átomoveio atravésde Einstein em 1907, visando explicar a vibra¸cãodas part´ıculasde pólenem água,e a partir da´ı, come¸cou-sea especula¸cãode como tais átomosseriam e como se comportariam. O primeiro modelo que aparece no documentáriofoi o de Rutherford, que afirmava que toda a carga positiva do átomo,e portanto toda sua massa, está concentrada em seu centro, numa regiãochamada de núcleo,que era cerca de 100.000 vezes menor que a elestrosfera que o cobria. O modelo resultou dos experimentos com a radia¸cão,particularmente a radia¸cãoalfa, e sua reflexão em uma folha de ouro. Porém,havia um fenômenoque nãopodia ser explicado pelo modelo de Rutherford, as linhas espectrais observadas ao energizar gases. Niels Bohr cria entãoseu modelo, junto com a áreade estudo que ficou conhecida como mecânicaquântica, ele utilizava a teoria de saltos quânticos, que dizia que as linhas espectrais aconteciam devido àlibera¸cãode energia na forma de radia¸cãoem saltos que os elétronsrealizavam entre suas poss´ıveis órbitas. Tal teoria nãofoi bem aceita pela comunidade cient´ıficada época, e contra-argumentos para ela surgiram em seguida. Um desses argumentos foi propostos por Erwin Schröndinger, com sua famosa equa¸cão,que dizia que o elétronse comportava como uma onda na eletros- fera, e sua vibra¸cãodava a impressãode ”nuvens”, chamadas de orbitais. Essa afirma¸cãoproporcionava uma visãosimplista do átomo,o que agradava àcomu- nidade cient´ıfica,e ia de frente com as teorias de Bohr e de outro important´ıssimo f´ısico,Werner Heisenberg. Para Heisenberg, a dificuldade de estudar os átomosestava na sua im- possibilidade de ser descrito de maneira simples, o que o leva àuma abor- dagem matemáticado assunto, gerando assim a Matemáticade Matrizes, que novamente nãofoi bem aceita pela comunidade cient´ıfica, principalmente por Schröndinger.Mais tarde, Heisenberg e Bohr tambémdesenvolveriam o Princ´ıpio

1 de Incerteza, que afirmava que nãoéposs´ıvel saber com exatidãoo momento e a posi¸cãode uma part´ıcula ao mesmo tempo. Quando apresentada na con- ferênciade Solvay, em 1927, as afirma¸cõespropostas por Heisenebrg e Bohr foram fortemente criticadas por f´ısicosmais velhos, dentre eles atéo próprio Einstein, mas saiu como a teoria ”vitoriosa” entre os cientistas, e surgiu assim a Interpreta¸cãode Copenhagen, que afirma que o elétronse propaga como uma onda mas interage como uma part´ıcula,respeitando a equa¸cãode Schröndinger e o princ´ıpiode incerteza, sendo aceita atéhoje como o melhor modelo atômico desenvolvido pela humanidade.

2 Atom: The Key To The Cosmos - Ep. 2

Nesse documentárioJim Al-Khalili’s introduz a discussãoabordando a primeira descoberta sobre o átomo,o seu tamanho. As compara¸cõesfeitas nos dãouma ideia da dimensãoatômicaa ser abordada constantemente durante todo o doc- umentário,e entãouma discussãosobre as diferentes formas que os átomos se apresentam éiniciada e por fim a discussãose volta para a cria¸cãodos mesmos, que vem a ser elaborada durante toda a extensãodo documentário O primeiro passo do estudo dos átomosse dácom a cientista Marie Curie e sua pesquisa sobre um material que ela descobriu e nomeou como Rádioe sobre sua incr´ıvel capacidade de armazenar energia. Com a radioatividade provinda do Rádio,os cientistas foram capazes de observar a primeira transforma¸cãoda matéria,com a intera¸cãoda radia¸cãodo Rádiocom os gases que formam o ar, diante aos olhos de Ernest Rutherford. O cientista entãodesenvolveu uma teoria sobre a estrutura dos átomosdos gases contidos no ar. Rutheford detalhou a teoria dos núcleosque acabara de elaborar: con- stitu´ıdos de esferas indestrut´ıveis, os prótonssãoos objetos que formam os núcleosdos átomos,e também,que com a jun¸cãode diferentes númerosde prótonsera poss´ıvel se obter os diferentes elementos da tabela, mas a diferen¸ca de peso dos núcleosobservadas pelo Francis W. Aston com seu espectrômetrode massa intrigaram a comunidade cient´ıficasobre a teoria do núcleode Rutherford. Sendo assim, os Nêutrons foram finalmente analisados por James Chadwick na estrutura dos átomos. Uma questãoestudada foi sobre a carga dos constituintes do núcleoatômico. Os cientistas da época entãoforam surpreendidos com uma nova for¸canatural: a for¸canuclear forte, que mantém todos os prótons e nêutronscondensados no núcleo.Uma for¸catãointensa écapaz de gerar toda a energia solar que o planeta terra precisa. A for¸caeletromagnéticaainda háde ser analisada para o equil´ıbrio,jáque essa for¸catambémse faz valer para que o átomoseja estável. Em 1940, fora identificado a estabilidade incr´ıvel que o átomode ferro possui, e como os átomosmais leves tentam se fundir em elementos mais densos para que se aproximem da estabilidade do ferro, e elementos mais densos tendem a efetuar uma fissãopara que se tornem mais leves e novamente mais próximos do ferro buscando a estabilidade atômica. Fred Hoyle buscava entender onde pressõese temperaturas tãoaltas pode-

2 riam ser encontradas para que fosse poss´ıvel acontecer a fusãode elementos pesados, e sua resposta se daria nas estrelas bem maiores que nosso sol, e, principalmente, em supernovas espalhadas pelo universo. Mas alémdisso, al- gumas questõesainda estavam a ser explicadas: De onde surgiu todo o Hélioe o Hidrogênioque estácontido em nosso Sol? E do resto em nossa galáxia?A teoria que surgira na época sobre uma imensa explosãoque teria dado origem ao universo fora teoricamente comprovada com a observa¸cãodos ru´ıdosresiduais do radiotelescópiolocalizado em Nova Jersey. Então,a teoria de George Gamow sobre o Big Bang ter tido energia suficiente para se criar todo o hidrogênioe hélioexistente no universo, em jun¸cãocom a teoria de Fred Hpyle, fora o suficiente para estabilizar o nosso conhecimento básicosobre o Cosmos, partindo de um átomode Hidrogênio.

3 Atom: Ilusion of Reality - Ep. 3

Nesse terceiro e últimoepisódio,éapresentado e discutido os impactos das descobertas mais recentes a respeito dos átomos,come¸candopela apresenta¸cão dos dois maiores precedentes para as grandes revolu¸cõescient´ıficasdo século XX: o estudo dos raios de alta energia, por Victor Francis Hess, que provou que esses raios nãovinham apenas da Terra, mas tambémdo espa¸co,nomeados entãode raios cósmicos; e tambémo estudo sobre a energia emitida por átomos, a radioatividade, com colabora¸cãode grandes cientistas como Curie, Einstein e Rutherford. Em 1925, Paul Dirac decide adotar como objetivo a unifica¸cãoda ciênciae juntar todos seus ramos isolados em uma grande entidade. Isso significava juntar as equa¸cõesda mecânicaquântica com a teoria da Relatividade de Einstein, que aparentava nãoestar relacionada aos átomosem si, mas sim na descri¸cãodo espa¸co-tempo e como o comportamento de objetos próximosda velocidade da luz ébem diferente do esperado. Depois de 3 anos, ele chega em uma equa¸cão que descreve o movimento de qualquer part´ıculaatômicaem qualquer velocidade (equa¸cãode Dirac), algo em que ele jáesperava chegar. Porém,analisando sua própriaequa¸cão,ele percebeu que ela nãopossu´ıauma, mas duas respostas. A equa¸cãodescrevia algo revolucionário:a existênciade ”part´ıculasreversas” para cada part´ıcula,ou seja, a existênciade anti-matéria;e que matéria e anti- matéria,ao entrarem em contato, se aniquilam e geram uma explosãode energia pura equivalente àssuas massas (E = mc2). O próprioDirac teve dificuldades em aceitar o que sua própriaequa¸cãoestava dizendo, mas em 1932, o f´ısico Carl Anderson descobriu evidênciade part´ıculasidênticas aos elétronsenquanto estudava raios cósmicos,mas elas possu´ıamcargas opostas. Essas part´ıculas descobertas por ele ficaram conhecidas como pósitrons, a anti-matériado elétron. A equa¸cãode Dirac possu´ıaum problema porém,que era o fato de que ela descrevia apenas um elétronsozinho. Anos depois, Richard Feynman usa essa teoria para descrever como os elétronsfuncionam em um todo atravésdo campo eletromagnético,e deu origem ao campo da EletrodinâmicaQuântica. Uma das principais consequências,alémde uma enorme precisãoem obter resultados com

3 os elétrons,éo fato de que seria necessárioretrabalhar como vemos o vácuo. O vácuonãoéapenas um determinado espa¸coconfinado com absolutamente nada dentro. Háatividades que ocorrem no vácuo,como a constante cria¸cão e aniquila¸cãode part´ıculas,mesmo que seja tãorápido ao ponto de ser prati- camente impercept´ıvel. A teoria da EletrodinâmicaQuântica porémenfrentou muita resistênciaem ser aceita pelos f´ısicosna época que foi proposta. A partir dos anos 50, váriasnovas part´ıculascome¸carama ser descobertas, assim como suas respectivas anti-part´ıculas. Uma nova revolu¸cãocient´ıficaera cada vez mais necessáriapara acompanhar essas novas descobertas. Em 1964, Murray Gell-Mann, ao aplicar a técnicade Teoria de Grupos, descobre então uma nova verdade matemáticaque revolucionou o conhecimento atom´ıstico. Para o ”caminho óctuplo”funcionar (como ele nomeou os padrõesdas part´ıculas), deveria existir mais uma camada fundamental na forma¸cãode matéria,ou seja, a ideia do átomoprecisava ser revista, jáque os própriosprótonse nêutrons seriam formados por part´ıculas.Part´ıculasque ele denominou de quarks. Alguns anos depois, no Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), foi de- scoberto que ao colidir um próton,part´ıculasmenores eram emitidas, gerando evidênciasde que o prótonde fato nãoéuma part´ıculaelemental. Os quarks jamais existem de forma isolada, e sãoclassificados como up, down, strange, charm, top e bottom. O próton,por exemplo, éformado por duas part´ıculas up e uma part´ıcula down. A sériede v´ıdeos entãochega a seu final, mostrando-nos que háalguns assuntos na f´ısicaatual que continuam em aberto, como a busca por alguma forma de juntar a gravidade com a teoria quântica e alguma maneira de observar onde uma part´ıcula se encontra sem interferir nos resultados, e como nosso conhecimento de todo o cosmos cresceu tanto partindo de algo tãopequeno como o átomo.