O manual de Física Contemporânea

De Simone Malacrida

Este livro trata concisamente de todas as teorias da física contemporânea, desde a relatividade (restrita e geral) até a mecânica quântica e a teoria quântica de campos, passando pela física nuclear e de partículas. Além disso, são expostos os rudimentos da física de plasma, física do estado sólido, física de semicondutores e teoria de grupos.
A abordagem deste livro didático é tratar diretamente do formalismo matemático e apresentar as principais equações de cada teoria, explicando seu significado e consequências, bem como os problemas deixados em aberto.
O fio lógico que liga os diferentes parágrafos é dado por uma superação das velhas teorias para atender às novas exigências; enquanto isso, serão enfatizadas duas diretrizes principais da física contemporânea: a tendência à unificação das teorias físicas e o papel fundamental da energia nas equações subjacentes a cada uma delas.

• Idioma: Português
• Editora: Simone Malacrida
• Data de lançamento: 10 de fev. de 2023
• ISBN: 9798215446485

Simone Malacrida

Simone Malacrida (1977) Ha lavorato nel settore della ricerca (ottica e nanotecnologie) e, in seguito, in quello industriale-impiantistico, in particolare nel Power, nell'Oil&Gas e nelle infrastrutture. E' interessato a problematiche finanziarie ed energetiche. Ha pubblicato un primo ciclo di 21 libri principali (10 divulgativi e didattici e 11 romanzi) + 91 manuali didattici derivati. Un secondo ciclo, sempre di 21 libri, è in corso di elaborazione e sviluppo.

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O manual de Física Contemporânea

SIMONE MALACRIDA

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Este livro trata concisamente de todas as teorias da física contemporânea, desde a relatividade (restrita e geral) até a mecânica quântica e a teoria quântica de campos, passando pela física nuclear e de partículas. Além disso, são expostos os rudimentos da física de plasma, física do estado sólido, física de semicondutores e teoria de grupos.

A abordagem deste livro didático é tratar diretamente do formalismo matemático e apresentar as principais equações de cada teoria, explicando seu significado e consequências, bem como os problemas deixados em aberto.

O fio lógico que liga os diferentes parágrafos é dado por uma superação das velhas teorias para atender às novas exigências; enquanto isso, serão enfatizadas duas diretrizes principais da física contemporânea: a tendência à unificação das teorias físicas e o papel fundamental da energia nas equações subjacentes a cada uma delas.

Simone Malacrida (1977)

Engenheiro e escritor, trabalhou em pesquisa, finanças, política energética e plantas industriais.

ÍNDICE ANALÍTICO

INTRODUÇÃO

SISTEMA INTERNACIONAL

PREFIXOS

CONSTANTES FÍSICAS

OPERADOR NABLA

ESBOÇO DE CÁLCULO TENSORIAL

I- RELATIVIDADE ESPECIAL

II – ELETROMAGNETISMO

III – OS PROBLEMAS DA FÍSICA CLÁSSICA

IV – MECÂNICA QUÂNTICA

V – A TEORIA QUÂNTICA DOS CAMPOS

VI – FÍSICA NUCLEAR, DE PARTÍCULAS E UNIFICAÇÕES

VII – A TEORIA DA RELATIVIDADE GERAL E ASTROFÍSICA

APÊNDICE 1 – FÍSICA DE PLASMA

ANEXO 2 – FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E DO SEMICONDUTOR

ANEXO 3 – A TEORIADE GRUPOS

APOSTILA

INTRODUÇÃO

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Contar a física contemporânea, e a história dessa ciência, falar sobre o que aconteceu nos últimos 150 anos já é bastante frequente, principalmente se considerarmos os campos de aplicação da relatividade, eletromagnetismo, mecânica quântica e física nuclear.

Existem numerosos escritos populares, especialmente se eles se referem a um único setor mencionado acima e existem, além disso, bibliotecas inteiras de textos especializados no nível universitário e muito além.

Normalmente, essas duas tipologias antitéticas e complementares têm em comum a característica de uma certa extensão de escrituras. Explicar em nível popular ou expor teorias, com equações e consequências, são exercícios que exigem um grande número de palavras e páginas.

Este pequeno manual, por outro lado, tem uma concisão típica devido à extrema síntese na exposição de alguns conceitos e alguns efeitos.

Não serão abordadas palestras totalmente informativas, nem serão expostas todas as passagens matemáticas ou pré-requisitos científicos necessários para o entendimento completo dessas teorias. No entanto, todas as principais equações deste século e meio serão enunciadas e explicadas, passando de uma teoria para outra.

Além disso, não seguiremos uma ordem puramente cronológica, mas sim lógica, partindo de um ano considerado fundamental, 1905, e retrocedendo antes de prosseguir ao longo do século XX. Ainda mais tarde, deixaremos a exposição da relatividade geral no final, antecipando em vez disso teorias que foram enunciadas décadas depois.

Essa ordem lógica faz parte de uma visão pessoal do autor (e não poderia ser de outra forma), mas certamente ajudará a entender por quais caminhos o conhecimento físico contemporâneo tem avançado.

Os sete parágrafos deste manual são um pouco independentes uns dos outros, cada um deles abordando um tópico próprio. É verdade que existe um fio condutor que liga todos os parágrafos e que constitui a espinha dorsal do manual, bem como a ideia inicial de onde partiu. Justamente seguindo esse fio lógico você verá todos esses paralelos e todas essas inovações, muitas vezes desconhecidas até mesmo de quem está por dentro.

Por esse motivo, pelo menos três tópicos são omitidos da parte principal do livro e apresentados no apêndice. O fio lógico escolhido para a descrição da física contemporânea é independente da física de plasma, física do estado sólido e teoria de grupos. No entanto, esses argumentos fazem parte da física contemporânea e é por isso que, de qualquer forma, serão enunciados, ainda que, como já mencionado, no apêndice.

Em suma, podemos resumir os tópicos dos sete parágrafos que constituem o coração deste manual, da seguinte forma:

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1) A teoria especial da relatividade

2) Eletromagnetismo e equações de Maxwell

3) Os problemas da física clássica

4) A mecânica quântica e a reconciliação com a relatividade restrita

5) A segunda quantização e a teoria quântica de campos

6) Interações nucleares, física de partículas e unificação de forças

7) Relatividade geral e consequências astrofísicas

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Como pode ser visto nesta lista sucinta de tópicos, cada parágrafo por si só daria um livro inteiro, e para cada uma dessas áreas da física, existem cursos universitários completos. Portanto, é óbvio que não pode haver completude na descrição de tantos fenômenos em tão poucas páginas.

Este manual certamente não tem uma reivindicação tão irreal. De uma forma muito mais simples, é proposto um esquema lógico que tende a ligar uma série de teorias físicas díspares em um único discurso, como se para pintar um quadro comum de conhecimento que se move em direções precisas.

Uma dessas direções é a tendência à unificação, isto é, à junção de fenômenos e teorias que, à primeira vista, parecem desconexos, mas que a ciência nos diz estarem, década após década, cada vez mais interligados como faces de um mesmo dado.

Outra característica muito comum é o papel fundamental que a energia tem em cada uma dessas teorias. As equações energéticas podem ser facilmente formuladas, as quais são então a base das suposições teóricas e experimentais.

Teremos a certeza disso tanto com a relatividade restrita, através da equação de Einstein colocada no início do manual, quanto com a mecânica quântica que tomou seu impulso desde a equação de Planck para energia quantizada até a equação (também de energia) de Schrödinger e com relatividade em que a energia do tensor ocupa um lugar de destaque.

Uma terceira peculiaridade que será destacada é a contínua superação de problemas anteriores. Como veremos, muitas teorias nasceram para responder a problemas, tanto experimentais quanto teóricos, que não podem ser explicados pelo que foi descoberto pela ciência da época. Uma vez estruturadas essas novas teorias, verificou-se que os problemas anteriores eram facilmente resolvidos, enquanto outros surgiam.

Esta característica inscreve-se, pois, numa eterna corrida para uma melhor descrição do que nos rodeia e para uma melhor compreensão de todos os fenómenos existentes, na esteira de uma derivação do mito de Ulisses, que concretiza a eterna propensão do homem para o conhecimento.

Estas grandes diretivas também irão destacar uma certeza fundamental. As teorias atuais, aquelas consideradas as mais gerais de todas e verificadas experimentalmente, não são completas, nem exaustivas, nem totalmente corretas.

A teoria quântica de campos, que inclui tanto a generalização da mecânica quântica quanto a reconciliação com a relatividade especial e a explicação das interações nucleares (pelo menos da fraca) tem problemas e limitações tais que alguns fenômenos físicos não concordam com ela. O mesmo pode ser dito da teoria geral da relatividade.

Basicamente, essas duas teorias, falhando em explicar a totalidade dos fenômenos, não são tão gerais quanto pensamos; muito provavelmente são aproximações de uma teoria ainda maior. Essa suposição também se baseia no fato de que nenhuma das duas teorias mencionadas contempla os resultados da outra dentro de suas próprias previsões e que existem dificuldades, por enquanto intransponíveis, para conciliar as duas visões em um único conceito lógico preponderante.

A alma do artigo coincide com a ideia por trás deste manual, ou seja, seguindo uma tendência lógica particular entre equações de energia e tentativas de unificação, um macro-caminho na história da física contemporânea pode ser traçado para entender onde vamos parar neste século XXI.

Em conclusão, após os apêndices necessários para completar o quadro da física contemporânea, também haverá espaço para questões ainda mais gerais sobre o próprio significado de natureza, energia, ciência e a linguagem matemática adotada.

SISTEMA INTERNACIONAL

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PREFIXOS

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