Dada a importância do assunto resolvi indicar mais alguns vídeos que abordam o assunto e que explicam de forma simplificada como funcionam os detectores das ondas gravitacionais.
Vários vídeos estão disponíveis no youtube e vários alunos estão me indicando o canal Nerdologia. (https://www.youtube.com/user/nerdologia). Eu assisti ao vídeo desse canal sobre ondas gravitacionais, porém não recomendo. Além de alguns errinhos conceituais, ele fala muito rápido e acaba reforçando aquela ideia de que Física é algo impossível de se entender.
Gostei muito desse vídeo que me foi apresentado por um aluno (valeu Danilo Salgado):
Ele aborda de forma tranquila e numa linguagem acessível o que são as ondas gravitacionais e como os aparelhos puderam detectar sua presença (além disso está legendado em português).
O segundo vídeo é muito legal, pois foi produzido pelo próprio laboratório LIGO, responsável pela descoberta e apresenta imagens reais do laboratório e com os principais pesquisadores envolvidos no projeto:
Infelizmente ele não tem legendas em português.
Esse terceiro vídeo também não possui legendas em português, mas as imagens são muito interessantes e representa como a onda gravitacional foi gerada quando os dois buracos negros colidiram, além disso ele também explica com um pouco mais de detalhe como os detectores funcionam:
Esse último vídeo acaba sendo redundante, mas estou indicando porque é apresentado pelo Brian Greene, autor do livro: “O universo elegante” (disponível também em vídeo no youtube), na minha opinião o melhor livro para se entender a Teoria da Relatividade e A mecânica quântica. Diferentemente de Stephen Hawking , Greene sabe escrever para leigos e usa analogias muito interessantes e ao mesmo tempo é extremamente rigoroso.
Espero que os vídeos ajudem a entender o que são essas ondas. Para entender o porque da importância da descoberta não deixe de ler o post anterior:
Representação da colisão de dois buracos negros e as ondas gravitacionais geradas pela colisão. (Imagem obtida em: http://zap.aeiou.pt/wp-content/uploads/2016/01/5473656dd269b9b39e084fcf99c19ce4-783×450.jpg)
Quando pergunto aos meus alunos: Como Aristóteles explicava a queda de uma pedra?
Vários deles respondem: Gravidade!
Nessa hora da vontade de ser irônico e dizer: Isso!!!! Aristóteles inventou uma máquina do tempo, viajou quase dois mil anos e ficou sabendo sobre os trabalhos de Sir Isaac Newton.
Lei da Gravitação Universal, talvez uma das leis mais básicas da Física, e tão mal compreendida. Um exemplo disso é o número de vezes que ouvimos na TV mencionarem que os objetos flutuam, na estação espacial, porque lá não existe gravidade. Se fosse verdade a estação espacial estaria perdida no espaço. Ela está em órbita justamente porque existe uma força que a prende a Terra, a força da gravidade.
Engana-se quem acha que a Lei da gravitação de Newton explica porque as coisas caem. Ela nos mostra como a força atua, mas não o porque.
Mas esse não é um post para julgar as pessoas, as leis da física não são assim tão fáceis de serem entendidas (o que é verdade para qualquer grande conceito). O importante é que a grande maioria das pessoas, que estudaram o mínimo de ciência, sabe que não caímos do planeta porque existe uma força que nos mantém presos a ele. Aqueles mais curiosos talvez saibam que essa lei já foi substituída por outra lei mais geral, que aboliu o conceito de força: A Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein.
Nessa “nova” teoria (as aspas se devem ao fato de que ela acaba de completar cem anos) Einstein troca o conceito de força gravitacional pelo conceito de campo gravitacional. A Terra, por ter uma massa muito grande comparada a de nossos corpos, cria uma deformação no espaço que obriga esses corpos a permanecerem em sua superfície. É uma idéia muito abstrata e de difícil compreensão. Como imaginar que o espaço, sempre considerado como algo vazio, possa ser curvado?
A imagem abaixo talvez ajude a visualizar essa curvatura, mas ela é apenas uma representação, uma vez que nessa figura o espaço seria bidimensional e a curvatura ocorre na terceira dimensão. Considerando o espaço real com três dimensões, a curvatura teria que ocorrer numa outra dimensão que é impossível para nós se quer imaginar.
Imagem que tenta representar a deformação do espaço-tempo que dá origem a gravidade, segundo o modelo de Einstein. O satélite (evidentemente fora de escala) está preso ao campo gravitacional por conta dessa deformação e não por ação de uma força que parte do planeta. Imagem disponível em: https://imgnzn-a.akamaized.net/2013/10/07/07115551610.jpg
Einstein teve essa idéia de espaço curvo em 1907 na tentativa de incluir a gravitação em sua Teoria da Relatividade Restrita, publicada em 1905. Mas o que torna uma idéia uma teoria é seu poder de previsão e verificação experimental, e na física isso é feito através de um modelo matemático que sustente a teoria. Einstein sabia disso e levou oito anos para construir e terminar seu arcabouço matemático, que concluiu em 1915.
Apesar da dificuldade matemática dessa teoria mais geral, a idéia inicial de espaço curvo podia ser testada experimentalmente e isso foi feito em 1919, aqui no Brasil, por uma equipe inglesa. Nesse experimento, a luz de uma estrela foi desviada ao passar próxima ao Sol e o desvio entre a posição real da estrela e a posição observada durante um eclipse pode ser comparada. O valor desse desvio coincidia quase que exatamente com o calculado pela Teoria da Relatividade, tornando Einstein o cientista mais famoso do século XX e talvez da história.
Ao longo desses cem anos, diferentes experimentos foram pensados e testados e todos eles comprovaram as idéias de Einstein, no entanto uma importante previsão, feita por ele antes mesmo de concluir sua Teoria Geral da Relatividade, aguardava uma comprovação experimental, a previsão de que corpos maciços movendo-se através do espaço gerariam ondas gravitacionais.
A curvatura do espaço-tempo é provocada por qualquer porção de matéria, mas como a gravidade é uma força extremamente fraca (se comparada, por exemplo, com a força eletromagnética), faz-se necessário uma massa enorme para que a deformação seja perceptível. A atração gravitacional entre você e a parede mais próxima existe, mas ela é bilhões de vezes mais fraca do que a gravidade que o planeta exerce sobre você.
Quando massas enormes se movem através do espaço ondulações são criadas. Assim como quando você perturba a superfície de uma piscina. Essas perturbações do espaço são as ondas gravitacionais, previstas por Einstein e detectadas em setembro de 2015 e anunciadas em 11 de fevereiro de 2016.
Representação computacional da colisão de dois buracos negros produzindo intensas ondas gravitacionais
Uma semana antes do anuncio eu comecei a escrever esse post e era justamente para falar sobre a gravidade. O motivo veio de outra notícia: a possibilidade teórica de se controlar a gravidade. No dia 10/02/2016 vi um chamado de que no dia seguinte seria anunciada uma grande descoberta, a provável detecção das ondas gravitacionais, isso me fez mudar o enfoque do tema.
Mas por que a detecção dessas tais ondas é tão importante?
A comprovação de que a Teoria da Relatividade esta certa é uma boa notícia para a Física, mas isso já vem ocorrendo a quase cem anos, de diferentes maneiras. A importância da descoberta esta na incrível possibilidade de investigar o espaço sideral de um jeito totalmente novo.
Durante milhares de anos os seres humanos olharam para o céu a olho nu.
Com a invenção do telescópio novas descobertas foram feitas, como a percepção de que a Via Lactea é apenas uma dentre mais de trilhões de galáxias e que o universo está em expansão.
Depois vieram os radiotelescópios, a possibilidade de observar o céu em outras freqüências não visíveis aos olhos humanos, o raio-X, a radiação infravermelho, radiação gama e ondas de radio. A luz visível é apenas uma das muitas radiações do espectro eletromagnético (vide figura ).
Espectro eletromagnético. Reparem que a luz visível ocupa uma estreita faixa de todo o espectro de radiação
A detecção de ondas gravitacionais permitirá a observação de regiões que não são “visíveis” pela radiação eletromagnética. O cientista Odylio Aguiar, um dos pesquisadores brasileiros que participa do projeto LIGO (sigla de Observatório de ondas gravitacionais por interferômetro Laser), laboratório responsável pela detecção do sinal, fez uma declaração que está confundindo algumas pessoas, segundo ele:
“São frequências em ondas gravitacionais que, jogadas em um alto-falante, são possíveis de escutar. As ondas gravitacionais permitem que nós possamos ouvir o universo. Vamos conseguir ouvir coisas que a gente não consegue ver”1.
Alguns alunos me perguntaram se estamos ouvindo as ondas gravitacionais.
Vou tentar explicar onde está a confusão:
A definição clássica de onda é: uma perturbação que se propaga sem transporte de matéria. Ainda segundo a física classica elas são divididas em ondas mecânicas e eletromagnéticas. As ondas mecânicas são provocadas por perturbações mecânicas (movimento), como o som. A vibração das cordas vocais provoca uma perturbação no ar que se propaga até nossos ouvidos. Assim podemos ouvir a voz de uma pessoa que está falando. Toda onda mecânica precisa de um meio de propagação, pois são as moléculas desse meio que estão vibrando quando ocorre a passagem da onda.
Já uma onda eletromagnética não precisa de um meio de propagação, elas são oscilações do próprio espaço-tempo, causadas pela vibração de campos elétricos e magnéticos (cargas elétricas ou imãs em movimento).
Agora já podemos afirmar que outro tipo de onda existe. As ondas gravitacionais, que assim como as eletromagnéticas são oscilações do próprio espaço-tempo, porém causadas pela vibração de campos gravitacionais (corpos de grandes massas em movimento).
As ondas gravitacionais não podem ser ouvidas diretamente, elas não são o som (lembrem-se que no espaço há vácuo, logo o som não pode se propagar ali). Mas assim como podemos converter um sinal eletromagnético da antena de um celular para um som que sai por seu alto-falante , podemos converter as ondas gravitacionais em som. Isso realmente foi feito, mas não tem nenhum significado, não é realmente o “som” do universo.
A confusão está ocorrendo porque ao noticiarem a descoberta os cientistas do projeto converteram as ondas detectadas em um som audível e também porque estão usando uma analogia para explicar a importância da descoberta:
Assim como nós usamos os diferentes sentidos para conhecermos o mundo, a astronomia estava baseada até hoje somente na “visão” (uso de ondas eletromagnéticas). Agora temos outro tipo de onda, como se fosse um outro sentido, a audição ou o tato. As ondas gravitacionais, junto com as ondas eletromagnéticas vão permitir uma compreensão melhor do universo e avançar os estudos da astronomia. Quando o cientista diz “até agora estávamos surdos para o universo e agora passamos a ouvi-lo”, ele está querendo dizer que uma nova forma de investigação está sendo aberta. Não posso visualizar meu vizinho no andar de cima, mas posso ouvi-lo. Da mesma forma, uma onda gravitacional pode atravessar barreiras que as ondas eletromagnéticas não atravessam, como por exemplo, os buracos negros.
A importância da descoberta pode ser verificada também pelos números: o projeto inclui 15 países e foi orçado em cerca de 620 milhões de dólares. Demorou mais de quarenta anos desde a concepção até a detecção. Não vou entrar em detalhes técnicos de como a descoberta foi feita, posso explicar nos comentários, se alguém desejar (o vídeo abaixo também ajuda a entender). Só para se ter uma base de como ele é delicado, são na verdade dois laboratórios quase idênticos, separados por mais de 3.000 km de distância, e cada laboratório possui 4 km de tubos. Além do LIGO outros projetos parecidos estão em etapa de conclusão em outros lugares do mundo.
O projeto entrou em operação em 2002 e só após uma reforma, para melhorar sua precisão, foi possível a detecção do primeiro evento em setembro de 2015. Para evitar um alarme falso os cientistas aguardaram as revisões e confirmação da pesquisa até o dia 11 de fevereiro de 2016 quando finalmente foi anunciada a descoberta.
Entre os idealizadores do projeto está Kip Thorne, físico que ficou famoso depois do filme Interestelar, em que foi consultor científico e produtor, além de escritor do livro “A ciência de interestelar” (veja o post: Interestelar, há muito tempo não víamos um filme assim.
Sobre a outra notícia que iniciou originalmente o post vou falar rapidamente, Um físico da universidade de Namur na Bélgica publicou em dezembro do ano passado2 um artigo onde demonstra com vários cálculos matemáticos a possibilidade teórica de manipularmos a gravidade, algo até então só visto nos filmes e na literatura de ficção científica.
Imagine apertar um botão e desligar a gravidade de um automóvel, ele passaria então a flutuar. Ou então criar artificialmente gravidade em estações espaciais ou naves tripuladas. Isso tudo ainda está no campo da ficção mas Andre Fuzfa mostrou, usando a Teoria da Relatividade de Einstein que é possível construir uma máquina que cria e controla a gravidade, usando para isso fortes campos eletromagnéticos.
Mais do que novas formas de transporte, se o campo gravitacional realmente puder ser controlado as aplicações tecnológicas são inimagináveis, poderíamos usar ondas gravitacionais (do mesmo tipo que acabaram de detectar no LIGO) para transmitir informações, assim como hoje usamos as ondas eletromagnéticas como as do rádio e dos celulares. As vantagens são muitas, mas as dificuldades são maiores ainda. Como já mencionado acima, a força gravitacional é extremamente fraca e por isso seria necessário campos eletromagnéticos muito intensos para criar fraquíssimos campos gravitacionais.
Por enquanto o artigo abre a possibilidade de possíveis aplicações em laboratório, testando as leis da física e ajudando a entender melhor esses modelos teóricos.
O ano de 2016 começa brilhante para a Física, uma nova janela se abre para o céu. Uma nova área tecnológica surgirá. A história nos mostra que previsões, principalmente no campo da ciência e tecnologia costumam errar e muito. Mas é impossível não imaginar que estamos diante de um marco, que será lembrado por muito tempo e fará parte dos futuros livros de física do ensino médio.
2 – Fuzfa, Andre – How Current Loops and Solenoids Curve Space-time – Physical Review D Vol.: 93, 024014– Disponível em : http://arxiv.org/pdf/1504.00333v3.pdf
Como tem sido divulgado ao longo dessa semana o premio Nobel de 2013 foi concedido aos cientistas: François Englert e Peter Higgs pela teoria que preve a existência do campo de Higgs e sua partícula correspondente, o bóson de Higgs, também apelidado de partícula de Deus, detectado no ano passado no grande acelerador de partículas LHC.
Como já tinha escrito dois post sobre o assunto acho melhor colocá-los aqui novamente ao inves de ficar repetindo o que já disse.
Os post não sao tão grandes e pretendem dar uma ideia do que seja um bóson, do que seja o boson de Higgs, de que porque ela é apelidado de partícula de Deus e qual a importância dele para a física. Espero que eles possam ajudar a esclarecer um pouco.
O primeiro post foi feito em 2012, antes do anuncio da descoberta e o segundo logo após o anuncio.
Ontem na aula do terceiro ano falei novamente no livro: Contato (1997 – Cia das Letras) de Carl Sagan e do filme de mesmo nome: Título no Brasil: Contato Título Original: Contact País de Origem: EUA Gênero: Ficção Tempo de Duração: 150 minutos Ano de Lançamento: 1997 Site Oficial: Estúdio/Distrib.: Warner Home Video Direção:Robert Zemeckis
Sinopse:
Durante muito tempo, Elie Arroway (Jodie Foster) tentou manter contato com vidas extraterrestres inteligentes. Deixou de lado sua vida particular e até mesmo o amor do teólogo Palmer Joss (Matthew McConaughey). Depois de anos seu sonho se tornou realidade. Com origem na distante estrela Vega, chega a Terra uma informação cifrada e Ellie é primeira pessoa a captá-la e a única disposta a seguir cegamente a mensagem alienígena. Esta é a sua grande chance de fazer contato, mesmo que para isso tenha que correr risco de vida. Emocionante, fascinante e envolvente… prepare-se para fazer CONTATO.
Sou um fã inveterado de Carl Sagan, difícil encontrar um físico que não seja, e mesmo fora do círculos dos cientistas, Sagan foi um ser humano admirado. Não vou falar mais dele aqui, pois ele merece um post a parte que estará pronto logo mais. Quero recomendar essa obra, o filme, cujo roteiro é dele e de sua esposa, e mais ainda o livro.
Como o filme foi lançado por uma grande distribuidora (Warner) ele tornou-se excessivamente comercial e muito do charme que existia no livro se perdeu. Além disso, o filme termina (não vou contar o filme, pode ficar calmo) bem antes do livro. Fica uma impressão de estar faltando algo, e está mesmo!
A história é sobre uma cientista apaixonada por seu trabalho (busca de vida inteligente extraterrestre, através de ondas de rádio). Há algo de biográfico aí, Sagan foi um grande defensor dessa pesquisa e sofreu por isso, muito desdém de outros pesquisadores. Mas a história fala também de dramas pessoais, e do grande debate, ciência e religião. Fé e racionalismo e apesar de ter sido pensada por um cientista traz uma grande reviravolta nesse debate.
Aguardo o comentário daqueles que leram o livro e/ou viram o filme.
Segue o link para o começo do filme, se quiser assistir por pelo You Tube é possível, mas tem que ser em 15 partes, de dez em dez minutos. Recomendo que aluguem o DVD, principalmente por que tem umas imagens lindas. Ah uma provocação: Vocês entenderam esse comecinho?
Em 1968 foi lançado o filme que no Brasil recebeu o nome de: O planeta dos macacos. Trata-se de um filme de ficção científica, baseado no romance de Pierre Boulle, La planète dês singes. Estrelado pelo famoso ator Charlton Heston e dirigido por Franklin J. Schaffner. O filme foi um grande sucesso, tanto que rendeu quatro sequências, mas nenhuma delas fez o mesmo sucesso do original. Além das sequências, foi criada uma série de TV nos anos 70. Em 2001 Tim Burton fez um remake do filme de 68, mas mudou alguns elementos.
O filme de 68 retrata a história de quatro tripulantes que partem da Terra em uma espaçonave que se move à velocidades próximas a da luz, para comprovar que nessa alta velocidade o tempo para eles vai passar mais devagar do que na Terra.
A espaçonave acaba caindo em um planeta desconhecido e somente três tripulantes sobrevivem. Eles acabam encontrando seres humanos que habitam esse planeta, mas os mesmo não falam. Comunicam-se através de sinais somente. Para surpresa dos cientistas da espaçonave a raça dominante do planeta são macacos, que montam cavalos, escravizam os humanos e falam (inglês, diga-se de passagem).
A cena final do filme tornou-se um marco na história do cinema, e para quem não assistiu eu vou contar nesse parágrafo, se não quiser saber pule essa parte. Trata-se de uma cena antológica e surpreendente. Pois o filme inverte várias proposições. Após serem capturados, os novos humanos são estudados pelos macacos, e esses acreditam que os macacos são descendentes dos homens. Ao descobrirem que os novos humanos defendem que em seu planeta ocorre o contrário, fica óbvio que esses humanos são caçados até a morte. No final do filme o único sobrevivente da espaçonave está fugindo (com uma bela morena muda, na garupa de seu cavalo) quando encontra, na praia, as ruínas da estátua da liberdade, conclusão: eles estavam na própria Terra o tempo todo. Como na época em que o filme foi lançado se vivia em plena guerra fria, o filme foi tratado como um aviso ao perigo de uma guerra nuclear, que poderia extinguir os humanos ou levar-nos a uma nova época das cavernas.
Lembro de ter assistido ao filme muito novo (dez ou doze anos), mas que ele me impressionou muito. A maioria da minha geração costuma lembrar bastante da série de TV, os macacos metiam muito medo na gente.
A moda há algum tempo é pegar filmes clássicos e criar uma origem, contar como a história pode ter começado. Para alguns filmes isso funcionou bem, como o Batman Begins, Dragão vermelho e Hannibal – A origem do mal (história do famoso canibal Hannibal, do filme: O silêncio dos inocentes) e recentemente X-men first class. Mas em planetas dos macacos a decepção foi grande.
Pra falar a verdade não me decepcionei não, pois já esperava um filme ruim. Não conseguia imaginar como poderiam criar uma história que justificasse a ideia de macacos evoluírem, seguindo exatamente a mesma evolução pela qual passou o homo sapiens sapiens, que somos nós.
Existem histórias que não devem ser explicadas. Não importa o que causou ou gerou o fato, assume-se o fato e cria-se uma história em cima. A explicação, se não for muito boa, pode destruir a história principal. Foi o que aconteceu com Highlander, o guerreiro imortal, de 1986, com Christopher Lambert e Sean Connery. Um filme belíssimo, uma boa história, uma linda fotografia e uma excelente trilha sonora do Queen. O filme fez tanto sucesso que resolveram continuar, fazendo talvez a pior sequência de todos os tempos: uma trilha sonora horrível, uma fotografia escura e triste, e uma explicação de porque os guerreiros eram imortais. Conclusão, fracasso total.
Castelo do filme Highlander
Nesse quesito não é o que parece estar acontecendo com O Planeta dos macacos, que nos EUA ficou na liderança das vendagens de bilheteria. Talvez por causa dos efeitos especiais que são bons. Mas a meu ver nada excepcional. A história é muito fraca e não convence. Óbvio que a opção para o domínio dos macacos foi a engenharia genética, que tornou alguns macacos gênios, da noite para o dia, e pior esses macacos se rebelaram e com lanças arrancadas das grades do zoológico venceram homens armados com poderosas armas de fogo e helicópteros.
Enfim, se as grandes companhias cinematográficas investem tanto em propaganda para tornar o filme um sucesso de bilheteria, porque não gastar um pouquinho a mais e escolher um bom roteirista que consiga ao menos criar um boa história.
O modelo do Big Bang é o modelo que tenta explicar a formação do universo. Este modelo foi desenvolvido a partir das equações da Teoria da Relatividade Geral de Einstein.
A idéia básica do modelo é de 1927, mas a base matemática do modelo atual foi desenvolvida pelo grupo do físico russo George Gamow, nos idos de 1940.
Como todo modelo científico, o Big Bang, não é uma “verdade absoluta”, mas sim uma tentativa de entender como o universo se formou a partir de observações feitas hoje, mesmo que muitas delas correspondam a eventos que aconteceram há muito tempo.
Através da primeira versão do modelo foi possível calcular a idade do universo. O valor encontrado estava na casa de milhões de anos. Nessa época, já se conhecia a idade da Terra com boa precisão (graças à datação radioativa), e a mesma se encontrava em torno de 4 bilhões e meio de anos. Como a Terra poderia ser mais velha que o universo?
A estimativa para a idade do universo estava errada, óbvio! Isso aconteceu porque o modelo não estava pronto. Precisou ser aprimorado. Foi então desenvolvida uma correção para o modelo, o chamado modelo inflacionário, que afirma que o universo sofreu uma brutal expansão em um tempo muito pequeno. Após essa correção, um novo cálculo foi realizado e a idade do universo ficou entre 13 e 15 bilhões de anos. Bem mais coerente.
Esse exemplo mostra o que estou querendo dizer, um modelo científico vai sendo aperfeiçoado à medida que novas observações, experiências, ou modelos matemáticos são feitos.
Existem várias evidências que comprovam o modelo do Big Bang, dentre eles destaca-se a expansão do universo, observada pela primeira vez pelo astrônomo Edwin Hubble, em 1929. Há cerca de 11 anos medidas astronômicas indicaram que a taxa de expansão do universo é positiva isto é, sua aceleração está aumentando ao invés de diminuir. O que poderia estar acelerando o universo?
Postulou-se a existência de uma energia escura que seria a responsável por essa aceleração. Desde então a maioria das teorias cosmológicas fazem uso da energia escura em seus modelos.
É a existência dessa aceleração positiva que está sendo questionada por dois brasileiros, Antônio Cândido de Camargo Guimarães e José Ademir Sales de Lima, ambos pertencente ao Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP). Os pesquisadores brasileiros analisaram vários dados utilizando um modelo que não faz uso do modelo tradicional da energia escura. O resultado desse trabalho indica que realmente houve uma expansão acelerada, mas que atualmente ela é incerta, pode até estar acelerada, mas diminuindo.
É assim que se faz ciência, colhendo dados e aperfeiçoando os modelos. Isso não significa que tudo que foi feito nesses últimos dez anos estava errado.
Para uma explicação mais didática podemos comparar a precisão de uma teoria científica com a precisão de uma arma. Vejam as imagens abaixo:
As figuras representam alvos e os pontos amarelos os locais onde os tiros (ou flechas) acertaram. A analogia com um modelo científico pode ser feito da seguinte forma. O ponto central (vermelho) representaria o valor verdadeiro, ou “verdade absoluta” (a existência ou não dessa verdade dá uma discussão filosófica interessante, mas fica para outra vez). Os pontos amarelos são os dados experimentais, usados para testar o modelo.
Na figura 1 temos um exemplo do que seria um modelo científico sem muita precisão. Vejam que há diferença entre precisão e acuidade. Há acuidade, pois alguns dados acertam o alvo (no caso do modelo científico, isso significa que o modelo permite interpretar corretamente alguns fenômenos, e fazer boas previsões. Mas alguns dados estão bem longe do alvo, mostrando que o modelo não é muito preciso, precisando ser melhorado. Alguns modelos podem parecer bons no começo, mas depois de várias medidas, ou de dados mais precisos, mostram falhas.
Melhorando-se o modelo, chegamos a uma teoria científica mais precisa, representada pela figura 2, Os dados se encaixam mais próximo do alvo, mas não é possível garantir que todos sejam certeiros (principalmente porque diferentemente de um alvo, no caso de uma teoria científica não sabemos qual é a verdade).
Na figura 3 temos o exemplo de um modelo que é preciso, mas que está baseado em premissas erradas, dessa forma leva a previsões falhas. Esse sim seria exemplo de uma teoria científica errada.
Espero que com essa analogia tenha deixado mais ou menos claro como a ciência trabalha.
É por isso que não ficamos decepcionados quando uma teoria científica é questionada, ou derrubada. Faz parte do processo. Newton reinou soberano por quase 300 anos, mas no começo do século XX, seu modelo apresentou falhas e teve que ser substituído por outros dois: A teoria da relatividade e a mecânica quântica. Assim como uma arma não tão precisa pode ser usada, se não desejamos uma medalha olímpica, a teoria de Newton continua válida para muitos casos.
Os cientistas brasileiros citados acima fizeram uso de outro modelo, que não incluía a energia escura. Resta aguardarmos novos dados para sabermos se eles descobriram um modelo mais preciso, ou se foi apenas um “tiro certeiro” conseguido na sorte.
Could the cosmic acceleration be transient? A cosmographic evaluation.
Antonio Guimarães, José Ademir Sales de Lima
Classical and Quantum Gravity
27 Maio 2011
Vol.: 28, Number 12, p. 125026
DOI: 10.1088/0264-9381/28/12/125026
Estou agora coçando a cabeça e pensando: “Onde é que eu fui me meter…..” Na parte I deixei claro que sempre evitei escrever sobre viagens no temo, pois o assunto é complexo, e por não conseguir me livrar dessa mania de ser professor, quero explicar, ensinar, enfim dar uma aula sobre o tema. Mas aqui não é lugar para aulas. Nessa série de posts sobre viagens no tempo vou discutir aleatoriamente sobre teorias, livros, filmes, etc., sem uma preocupação em ser didático. Como se fosse um bate papo, uma conversa de botequim.
Para aqueles que quiserem saber mais vou indicar alguns livros e ou artigos interessantes. Por exemplo: indico fortemente o livro “O FUTURO DO ESPAÇO-TEMPO”, da Companhia das Letras. São seis artigos escritos pelos físicos: STEPHEN W. HAWKING, KIP S. THORNE, IGOR NOVIKOV, TIMOTHY FERRIS, ALAN LIGHTMAN E RICHARD PRICE.
Os artigos são ótimos, inclusive o do Stephen Hawking, bem melhor do que seus livros mais famosos. O do russo Igor Novikov propõe uma saída interessante para o famoso paradoxo de voltar ao passado e impedir que sua mãe encontre seu pai e dessa forma você não teria nascido, logo como poderia ter voltado ao passado? Esse tipo de paradoxo, explorado no clássico “De volta para o futuro”, um filme de ficção científica norte americano de 1985, dirigido por Robert Zemeckis. Segundo Novikov, o paradoxo só existe porque insistimos em achar que existem duas realidades, o passado inalterado (antes do viajante do futuro chegar) e o passado com a visita do viajante do futuro (como acontece no filme). Para Novikov a volta ao passado implica uma alteração já no passado inalterado, isto é, quando ele ainda era presente. Ta confuso né? Vou tentar melhorar com um exemplo:
Imagine um jogo de sinuca onde uma bola está indo para uma caçapa, mas ao entrar na caçapa ela volta no tempo e aparece, alguns segundos antes, da sua versão antiga entrar na caçapa, ela então colide com sua irmã gêmea impedindo que ela entre no buraco onde voltaria no tempo. Criamos então um paradoxo, a bola entrou ou não na caçapa?
O que Igor Novikov argumenta é que o paradoxo só existe porque imaginamos duas situações, a primeira onde só havia uma bola e a segunda onde temos duas bolas. Como ao entrar na caçapa a bola volta no tempo, ela então já aparece desde a primeira vez, teremos então duas bolas, e a segunda bola poderá até colidir com a primeira bola, mas não vai alterar significativamente a trajetória dela, de forma que seu destino está traçado, ela vai entrar na caçapa para então colidir com sua versão mais nova. Não há formas de evitar que a bola entre na caçapa, pois nesse caso teríamos o paradoxo. Se a bola voltou ao passado, então isso ocorreu, e pronto, não houve uma versão onde só havia uma única bola.
Nessa visão o livre arbítrio está condenado. Ele começa a discussão com bolas de bilhar, pois elas formam um sistema físico simples. Depois o russo passa para casos mais complexos, sempre argumentando da mesma forma. Mas bolas de bilhar não tem vontade própria. Fica difícil imaginar porque não poderíamos mudar uma decisão tomada anteriormente. Por exemplo: Digamos que você entre numa máquina do tempo. retornando em meados dos anos 90, e invista em uma empresa recém criada chamada Google. Em alguns anos você tornar-se-á um milionário, assim que as ações dessa empresa dispararem. Mas se Novikov estiver certo isso será impossível, se você não é um milionário hoje, então você não terá como se tornar um milionário no passado. Se era para acontecer já teria acontecido desde a primeira vez Mas o que poderia impedir você de comprar essas ações? Novikov argumenta que essa violação no livre arbítrio pode parecer estranha, mas não é impossível: assim como não podemos andar pelo teto, porque a lei da gravidade nos proíbe, não podemos alterar o passado.
Bem você acha que ele pode estar certo?
Será que outros físicos pensam de forma diferente? Aguardem viagem no tempo parte III.
Gosto muito de falar sobre viagem no tempo, mas sempre evitei escrever aqui sobre isso. O motivo principal é que já é difícil falar disso em um curso inteiro de um semestre. Mais ainda numa palestra de uma hora e meia. Imagina então em poucas linhas. Mas duas coisas me fizeram mudar de ideia. A notícia veiculada no site Inovação tecnológica, cujo título é:
LHC pode se tornar a primeira máquina do tempo do mundo
Imagem do interior do LHC (maior acelerador de partículas do mundo)
e um curta metragem que me foi enviado na semana passada, cujo link estará logo abaixo, que aborda um cientista que fica preso num loop de tempo, como o Phil do filme Feitiço do tempo (Groundhog Day, 1993, Direção: Harold Ramis, roteiro: Danny Rubin), mas diferente da comédia americana, a história do curta brasileiro não é nada divertida, pois o cientista não tem tempo para aprender nada.
Decidi então começar uma série de post abordando o assunto Viagem no tempo, tema esse abordado em meu curso de Física e Tecnologia Moderna do 2º. ano do Ensino médio do Oswald de Andrade e no curso do 3º. ano na disciplina de física.
O Tema viagem no tempo aparece primeiramente na ficção científica, o grande clássico é A máquina do tempo de 1895, escrito por H.G. Wells. Dez anos depois a ciência chega junto da ficção. Uma teoria científica abala os alicerces da física e coloca a viagem no tempo para o futuro como uma possibilidade teórica, ainda que de uma forma “sem graça”. Estou falando da Teoria da Relatividade Restrita de Albert Einstein, que afirma que observadores em referenciais diferentes, irão medir diferentes unidades de tempo. Dessa forma dois irmãos gêmeos poderão, desde que tenhamos tecnologia para isso, ter idades bem diferentes.
Em 1916 Einstein publica a Teoria da Relatividade Geral. Nessa teoria, muitas ordens de grandeza mais complexa que a Restrita, viagens no tempo para o passado são possibilidades matemáticas, mas consideradas impossíveis por vários físicos, inclusive pelo próprio Einstein. Mas uma teoria científica não é como uma obra de arte, cujo autor tem plenos poderes sobre ela, ele decide quando ela está pronta ou não. Uma teoria científica é um modelo criado por alguém, ou por um grupo de pessoas, mas que ao ser publicado cai em domínio público. Os autores perdem o direito sobre sua teoria e novas opiniões e contribuições são feitas.
Vários cientistas estão fazendo trabalhos sérios sobre a possibilidade de viagens no tempo, não apenas para o futuro, mas também para o passado. Artigos publicados em revistas científicas e livros abordando possibilidades, ainda que somente teóricas, estão disponíveis e alguns viraram até Best Sellers, como Uma breve história do tempo e O universo numa casca de noz de Stephen Hawking. Mas nos próximos posts eu indicarei livros melhores do que esses, como por exemplo: O enigma do tempo de Paul Davies (confesso que não gosto de como Stephen Hawking escreve).
Aguardem: Viagem no tempo parte II, enquanto isso leiam o artigo sobre o LHC e assistam ao curta Loop (são apenas 6 minutos).
Em 2002 a atriz americana Halle Berry venceu o Oscar de melhor atriz, pelo filme “A última ceia (Monster´s Ball)”, tornando-se a primeira mulher negra a receber o prêmio principal. Mas em 2005 a mesma atriz foi agraciada com o Framboesa de Ouro (Razzie Awards), uma paródia do Oscar, que premia os piores filmes, atores, atrizes e diretores do ano, o filme em questão foi “Mulher gato (Catwoman)” .
O físico russo Andre Geim passou por algo parecido, mas ao contrário. Em 2000 ele recebeu o prêmio IgNobel, uma sátira do Nobel que premia as pesquisas cientificas mais estranhas e bizarras do ano. Geim foi laureado por um trabalho onde mostra que mesmo substâncias não magnéticas podem ser levitadas em fortes campos magnéticos, para provar isso ele fez um sapo levitar.
Andre Geim (a esquerda) e Konstantin Novoselov
Agora em 2010 Geim e outro russo, Konstantin Novoselov, receberam o prêmio Nobel de física pelos seus trabalhos com o Grafeno.
O Grafeno é a nova menina dos olhos, não só dos físicos, mas também de todos que estão envolvidos com a tecnologia da microeletrônica e dos novos materiais. Assim como o transistor de silício substituiu a válvula, o grafeno promete substituir o silício.
No dia 13 de setembro publiquei aqui um post chamado “Brasil possui curso de engenharia em nanotecnologia”, nele eu tento explicar o que é nanotecnologia, a ciência do muito pequeno, e como essa nova técnica científica está revolucionando a produção de novos materiais. Entre eles destacam-se os famosos nanotubos de carbono e agora o grafeno.
Os nanotubos de carbono são tubos formados somente com átomos de carbono, com espessura de um único átomo. Se abrirmos um nanotubo teremos o grafeno, uma superfície plana, formada por átomos de carbono ligados numa estrutura hexagonal. O modelo estrutural assemelha-se a uma tela de galinheiro, mas só que a espessura dessa folha de carbono é de apenas um átomo.
As propriedades do grafeno são tão notáveis que parece até ficção científica. Além de ser o material mais resistente que existe (pelo menos que o homem tenha conseguido medir), é um excelente condutor elétrico e térmico. É praticamente transparente, mas tão denso que nem o gás Hélio consegue atravessá-lo. Sua resistência é cerca de 200 vezes a do aço estrutural. Com o grafeno foi possível quebrar todos os Recordes dos melhores transistores fabricados, os mais rápidos, os menores e o mais finos já produzidos.
estrutura do grafeno
No ano passado o rápido avanço nas pesquisas do material permitia estimar que um chip de grafeno poderia atingir a freqüência de 1 THz (um tera Hertz = 1012 ciclos por segundos). No início desse ano novos métodos de obtenção do grafeno foram conseguidos, dessa forma não está longe a obtenção desse material em escala industrial, o que vai ocasionar uma verdadeira revolução tecnológica. Essa revolução se dará em componentes eletrônicos, telas sensíveis ao toque, LEDs orgânicos, processadores mais rápidos e quiçá, mais baratos. Isso tudo num primeiro momento, mas isso será apenas o começo, pois como se trata de um novo material que serve de base para a construção de equipamentos, fica dificil imaginar o alcance das novidades. Ainda nesse mês foi anunciada mais uma nova técnica de obtenção do mesmo, agora por uma equipe americana (a anterior era japonesa).
Outra utilidade do grafeno, está na possibilidade de uso de suas folhas no armazenamento de hidrogênio na forma sólida. O hidrogênio é um gás altamente explosivo e por esse motivo usá-lo na forma gasosa é extremamente perigoso, principalmente em tanques de automóveis. Já no estado sólido, não há o risco de explosão. Vários são os metais que armazenam hidrogênio na forma sólida, como o titânio, zircônio, vanádio, paládio e suas ligas. Ao absorver o hidrogênio eles formam compostos chamados hidretos metálicos. O problema é que praticamente todos eles exigem uma temperatura muito alta para a liberação do hidrogênio, além disso, esses materiais são pesados. O grafeno além de extremamente leve, permite a absorção e liberação do hidrogênio com vantagens em relação aos hidretos metálicos, para isso é necessário misturar ao grafeno oxigênio, oxidando as folhas de carbono. Isso pode tornar os carros movidos a hidrogênio mais baratos e viáveis.
Com todas essas propriedades, não é a toa que o grafeno tenha se tornado a bola da vez, e isso talvez explique um prêmio Nobel tão cedo. O grafeno foi descoberto em 2004, portanto em menos de 6 anos seus descobridores já foram agraciados com o maior prêmio das ciências, 10 milhões de coroas suecas (cerca de R$ 2,5 milhões). Só para efeito de comparação Einstein publicou seu trabalho sobre o efeito fotoelétrico em 1905 e recebeu o prêmio Nobel em 1921 por este trabalho. O Nobel de 2009 premiou três cientistas independentes, por trabalhos desenvolvidos na década de 60.
O artigo Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films (doi: 10.1126/science.1102896), de Novoselov, Geim e outros, pode ser lido por assinantes da Science em www.sciencemag.org.
Bibliografia:
Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films
K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, A. A. Firsov
Science
22 October 2004
Vol.: 306. no. 5696, pp. 666 – 669
DOI: 10.1126/science.1102896
Formado em Física pela Universidade Mackenzie com mestrado em Ciências e Tecnologia Nuclear pelo IPEN/USP. Professor de física e tecnologia moderna do Colégio Oswald de Andrade. Professor Adjunto da Unip nos cursos de engenharia.
Espectro eletromagnético. Reparem que a luz visível ocupa uma estreita faixa de todo o espectro de radiação
12a Dimensão 
