Resumo de Uma breve história do tempo

Antes do século XVII, as pessoas acreditavam que o estado natural de um objeto era estar em repouso absoluto. Isso significa que, se nenhuma força atuasse sobre ele, o objeto permaneceria completamente imóvel.

No século XVII, Isaac Newton refutou completamente essa crença de longa data. Em seu lugar, ele introduziu uma teoria que afirmava que todos os objetos no universo, em vez de estarem imóveis, estavam na verdade em movimento constante.

A teoria de Newton eliminou o repouso absoluto e substituiu-o pela ideia de que o movimento de algo é relativo ao movimento de outra coisa. Por exemplo, um trem pode ser considerado como se movendo pela superfície da Terra, ou pode ser considerado como estando parado enquanto a Terra se move sob ele, dependendo de como você escolhe ver a situação. 

A teoria também afirmava que a velocidade era relativa. Por exemplo, vamos considerar um trem viajando a 160 km/h. Para um passageiro, pode parecer que o trem está parado enquanto a Terra se move abaixo dele a 160 km/h, mas para um espectador observando da plataforma enquanto o trem passa, pode parecer que ela está parada enquanto o trem passa a 160 km/h.

A velocidade constante da luz revelou-se problemática para a teoria de Newton, porque provou que a velocidade nem sempre era relativa. Isso significava que era necessária outra teoria mais atualizada para incorporar a velocidade da luz.

Albert Einstein desenvolveu essa teoria, a teoria da relatividade.

Toda a matéria é composta por partículas, tais como elétrons ou fótons. Para fazer previsões sobre o estado futuro das partículas e da matéria que elas compõem, os cientistas precisam ser capazes de medir sua posição e velocidade atuais. Isso se tornou um grande problema na década de 1920, quando os cientistas perceberam o princípio da incerteza, que afirma que, por mais bizarro que pareça, quanto mais precisamente se tenta medir a posição de uma partícula, menos certa se torna sua velocidade, e quanto mais precisamente sua velocidade é medida, menos certa se torna sua posição!

Como resultado, os cientistas medem o estado quântico das partículas. O estado quântico combina muitas posições e velocidades possíveis de uma partícula. Os cientistas usam esse valor menos preciso para prever vários resultados e suas probabilidades.

Quando você observa o mundo ao seu redor, você o vê em três dimensões, o que significa que qualquer objeto pode ser descrito por sua altura, largura e profundidade. No entanto, existe, na verdade, uma quarta dimensão – o tempo – que os cientistas combinam com as outras três dimensões para formar um objeto chamado espaço-tempo.

Os cientistas usam esse modelo quadridimensional do espaço-tempo para descrever eventos no universo. Um evento é algo que ocorre em um ponto específico no espaço e no tempo. O espaço-tempo consiste nas coordenadas tridimensionais regulares no espaço, mais uma quarta coordenada que indica o tempo. Como o tempo é relativo ao observador, de acordo com a teoria da relatividade, os modelos de espaço-tempo incorporam o tempo porque a posição do observador tem um efeito sobre o tempo e o local observados do evento. Portanto, é importante incluir o tempo no modelo porque a natureza de um evento pode mudar dependendo de sua localização no espaço e no tempo.

Durante sua vida, as estrelas precisam de uma enorme quantidade de energia para produzir calor e luz. No entanto, essa energia não dura para sempre; eventualmente, ela se esgota, levando a estrela à morte.

O que acontece com uma estrela quando ela morre depende do seu tamanho. Quando uma estrela muito grande fica sem energia, sua morte pode levar à criação de algo espetacular: um buraco negro.

Se a atração gravitacional de um buraco negro é tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar, então você pensaria que nada mais poderia escapar também.

Mas você estaria errado. Na verdade, os buracos negros precisam liberar algo, caso contrário, eles violariam a segunda lei da termodinâmica.

Imagine um cenário em que o universo começou a se contrair e o tempo começou a correr para trás. Como seria isso? Talvez os relógios funcionassem ao contrário e o curso da história se revertesse. Os cientistas não descartaram completamente essa possibilidade, mas há três fortes indicadores de que o tempo só pode avançar.

O primeiro deles é a flecha termodinâmica do tempo. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia — a desordem de um sistema fechado — tende a aumentar com o tempo. Esse é um indicador que diferencia a passagem do tempo do passado para o futuro. Isso significa que o tempo pode ser medido pela tendência de aumento da desordem.

Até a década de 1960, os cientistas acreditavam que prótons, nêutrons e elétrons eram as menores partículas do universo. À medida que os cientistas começaram a explorar mais profundamente usando a física quântica, eles descobriram divisões ainda menores dessas partículas, como partículas de matéria e partículas portadoras de força.

De gatos a estrelas, tudo no universo é composto por partículas de matéria. Duas propriedades importantes das partículas de matéria são que elas não podem compartilhar posição ou velocidade com outras partículas de matéria e são acompanhadas por partículas de antimatéria. Isso é realmente muito importante, porque, caso contrário, elas entrariam em colapso e não seriam capazes de formar prótons ou nêutrons bem definidos ou os átomos que os compõem, o que significa que não seríamos capazes de nos formar e entraríamos em colapso. Um exemplo de partícula de matéria é o quark, que compõe um próton ou nêutron em grupos de três.

Que tipo de forças atuam no universo?

A maioria das pessoas só ouviu falar de uma: a gravidade, a força que atrai os objetos uns aos outros e que é percebida da mesma forma que a gravidade da Terra nos atrai para sua superfície. No entanto, a maioria das pessoas não sabe que, na verdade, existem três outras forças que atuam nas partículas mais pequenas.

Atualmente, a maioria dos cientistas acredita que o tempo começou com o Big Bang – o momento em que o universo passou de um estado infinitamente denso para uma rápida expansão que acabou por dar origem ao universo que vemos hoje.

Embora os cientistas proponham várias teorias sobre como isso ocorreu especificamente, a teoria geralmente aceita sobre o início do universo é o modelo do Big Bang quente.

Em seu desejo de compreender e descrever o universo, os cientistas desenvolveram duas teorias principais. A primeira é a relatividade geral, que se concentra em um fenômeno muito grande no universo: a gravidade. A segunda é a física quântica, que descreve alguns dos menores fenômenos conhecidos no universo, partículas menores que os átomos.

Embora ambas as teorias forneçam grandes insights, existem grandes diferenças entre o que as equações da física quântica prevêem e o que é previsto e observado com a relatividade geral.

A mensagem principal deste livro é:

Existem várias regras e leis que nos ajudam a compreender os mistérios do universo que nos rodeia.