As fronteiras são empolgantes. Há mistério, surpresa, aventura e descoberta. A satisfação de encontrar a resposta para uma pergunta é agravada pelo fato de que a resposta sempre leva a uma nova pergunta. A imagem da natureza se torna mais completa, mas a natureza mantém seu senso de mistério e nunca perde sua capacidade de nos admirar. A visão da física é linda olhando para trás e para frente no tempo. Que padrões maravilhosos descobrimos. Como a natureza parece inteligente em suas regras e conexões. Que incrível. E continuamos olhando cada vez mais a fundo, investigando a estrutura básica da matéria, energia, espaço e tempo e nos perguntando sobre o escopo do universo, seus primórdios e futuro.
Agora você está em uma posição maravilhosa para explorar as vanguardas da física, tanto as novas descobertas quanto as perguntas não respondidas. Com os conceitos, qualitativos e quantitativos, as habilidades de resolução de problemas, a sensação de conexões entre os tópicos e todo o resto que você domina, você pode apreciar e aproveitar mais profundamente os breves tratamentos que se seguem. Daqui a alguns anos, você ainda aproveitará a missão com uma visão ainda maior de seus esforços.
Cosmologia é o estudo do caráter e da evolução do universo. Quais são as principais características do universo como as conhecemos hoje? Primeiro, existem aproximadamente 10¹ galáxias na parte observável do universo. Uma galáxia média contém mais de 10¹ estrelas, com nossa galáxia Via Láctea sendo maior que a média, tanto em seu número de estrelas quanto em suas dimensões.
Sabemos pela “Relatividade Especial” que a relatividade é o estudo de como diferentes observadores medem o mesmo evento, especialmente se eles se movem em relação um ao outro. A teoria da relatividade geral de Einstein descreve todos os tipos de movimento relativo, incluindo o movimento acelerado e os efeitos da gravidade. A relatividade geral engloba a relatividade especial e a relatividade clássica em situações em que a aceleração é zero e a velocidade relativa é pequena em comparação com a velocidade da luz.
A teoria das supercordas é uma tentativa de unificar a gravidade com as outras três forças e, portanto, deve conter a gravidade quântica. O princípio principal da teoria das supercordas é que as partículas fundamentais, incluindo o graviton que carrega a força gravitacional, agem como cordas vibratórias unidimensionais. Como a gravidade afeta o tempo e o espaço em que tudo o mais existe, a teoria das supercordas é uma tentativa de uma Teoria de Tudo (TOE).
O movimento das estrelas nas galáxias e o movimento das galáxias em aglomerados implicam que há cerca de 10 vezes mais massa do que nos objetos luminosos que podemos ver. A matéria não luminosa observada indiretamente é chamada de matéria escura. Por que a matéria escura é um problema? Por um lado, não sabemos o que é. Pode muito bem ser 90% de toda a matéria do universo, mas existe a possibilidade de que seja de uma forma completamente desconhecida — uma descoberta impressionante, se verificada. A matéria escura tem implicações para a física de partículas.
Muito do que nos impressiona na física está relacionado às conexões subjacentes e à simplicidade básica das leis que descobrimos. A linguagem da física é precisa e bem definida porque muitos sistemas básicos que estudamos são simples o suficiente para que possamos realizar experimentos controlados e descobrir relações inequívocas.
Supercondutores são materiais com uma resistividade de zero. Eles são familiares ao público em geral por causa de suas aplicações práticas e foram mencionados em vários pontos do texto. Como a resistência de um supercondutor é zero, não há perdas de calor para as correntes que passam por eles; eles são usados em ímãs que precisam de altas correntes, como em máquinas de ressonância magnética, e podem reduzir as perdas de energia na transmissão de energia.
Ao longo do texto, notamos como é essencial ser curioso e fazer perguntas para primeiro entender o que se sabe e depois ir um pouco mais longe. Algumas perguntas podem ficar sem resposta por séculos; outras podem não ter respostas, mas algumas dão frutos deliciosos. Parte da descoberta é saber quais perguntas fazer. Você precisa saber algo antes mesmo de formular uma pergunta decente. Como você deve ter notado, o simples ato de fazer uma pergunta pode lhe dar a resposta.
