Um pouco mais sobre ondas gravitacionais

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:

https://12dimensao.wordpress.com/2016/02/15/ondas-gravitacionais-einstein-estava-certo-mais-uma-vez/

Aguardo comentários com dúvidas e críticas sobre os vídeos.

 

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Interestelar, há muito tempo não víamos um filme assim.

Demorou. Como demorou. Mas um filme assim merecia um post bem feito. Não podia ser às pressas. Se ficou bem feito, não sei. Não queria que fosse tão longo, me perdoem. Procurei fazer em tópicos, dessa forma vocês podem ler aos poucos já que estou demorando tanto para atualizar o blog.

Referências:

Mesmo que alguns achem um absurdo a comparação,é inevitável não se lembrar de 2001 Uma Odisseia no Espaço ao se assistir a Interestelar. O absurdo se deve ao fato de que Christopher Nolan está longe de ser o genial Stanley Kubrick.

O filme foi escrito por Jonathan Nolan e inicialmente seria dirigido por Steven Spielberg, mas acabou sendo dirigido pelo irmão de Jonathan, Christopher Nolan que acabou participando também do roteiro. Christopher dirigiu a trilogia Batman (o cavaleiro das trevas), o excelente Amnésia (Memento) e o intrigante A Origem, que já comentei aqui no post: A origem: cinema e tecnologia, imaginação e arte, subconsciente e geometria, efeitos especiais e inteligência.

https://12dimensao.wordpress.com/2010/08/18/a-origem-cinema-e-tecnologia-imaginacao-e-arte-subconsciente-e-geometria-efeitos-especiais-e-inteligencia/

Nolan não escondeu as referências nas quais se baseou para a direção de Interestelar: 2001 – Uma Odisséia no Espaço (1968), Guerra nas Estrelas (1977), Contatos Imediatos do Terceiro Grau (1977), Alien, o Oitavo Passageiro (1979) e Blade Runner, o Caçador de Androides (1982).

O filme já está disponível para aluguel em várias mídias e para quem não assistiu, mas pretende assistir, avisarei quando for contar alguma coisa que possa estragar uma eventual surpresa (spoiler). As poucas críticas desfavoráveis que ouvi a respeito do filme podem ser resumidas em duas palavras: “cansativo” e “difícil de entender”. Ao meu ver essas são suas maiores qualidades, não exatamente isso, mas explicarei.

Geralmente filmes de ficção científica recorrem a muitos efeitos especiais, muita ação e pouco enredo ou um enredo com pouca profundidade. Interestelar, ao contrário, é longo, tem pouca ação em comparação com a maioria dos filmes do gênero. O filme tem longos diálogos e um enredo complexo que exige certo conhecimento de física, apesar das breves explicações, feitas pelos personagens do filme.

Ficção versus ciência

A dificuldade existe porque o filme aborda os efeitos da Teoria da Relatividade de Einstein e mesmo para quem já ouviu falar, não é um tema tão fácil de digerir. Ainda que você preste bastante atenção, o filme parece dar um nó em nossa cabeça. O diretor não optou pela saída fácil: simplificar demais e distorcer os conceitos para que ficassem mais compreensíveis. Preferiu deixar os conceitos o mais próximo do que a física acredita hoje, correndo o risco de que com isso o filme ficasse “mais difícil”.

Assim como no filme 2001 Uma odisseia no espaço , Interestelar contou com a consultoria de um físico. O filme de Kubrick foi baseado no livro de Arthur C. Clarke que além de escritor era físico e matemático. Clarke participou também do roteiro junto com Kubrick. Já em Interestelar a participação veio com a consultoria do famoso físico teórico Kip Thorne, especialista em buracos negros e gravitação. Thorne já havia contribuído no livro e no filme Contato de Carl Sagan, mas em Interestelar teve uma atuação mais direta, chegando a propor que o filme não tivesse nenhum erro conceitual de física e que a ficção fosse explorada naquilo que a ciência ainda não tem resposta. Thorne participou também da produção do filme.

O que acontece no interior de um buraco negro?  É possível enviar mensagens através da gravidade? É possível juntar a mecânica quântica e a teoria da relatividade obtendo uma Teoria mais geral que permita entender melhor a gravidade?

Esses são alguns dos temas explorados pelo filme de forma excelente e com um rigor científico cuidadoso. Vale a pena ressaltar que nenhum filme tem a obrigação de ser coerente fisicamente. Filmes são obras de arte e nesse sentido o roteirista e/ou diretor não precisa, de forma alguma, se preocupar com as Leis da Física, Star Wars que o diga (basta apenas que a história, seja ela qual for, seja convincente ao espectador, caso contrário estaremos diante de uma comédia, ou de um péssimo filme).

No que se refere a essa fidelidade com a ciência, Kip Thorne só não gostou das nuvens de gelo que aparecem em um determinado planeta do filme, segundo ele, seria impossível tal sustentação. Há também alguns exageros, perfeitamente perdoáveis, para manter certo suspense.

Atores e roteiro:

 

Matthew McConaghey e Anna Hathaway em cena do filme

O filme é estrelado pelos atores: Matthew McConaughey, Anne Hathaway, Michael Caine, John Lithgow, todos atores experientes e com excelente atuação. Uma adorável surpresa é a magnífica atuação da garotinha Mackenzie Foy

( no papel da joven  Murphy). Há ainda a participação de um grande ator cujo nome não aparece nos

créditos e que por isso não vou revelar quem é.

Normalmente um filme de ficção científica e/ou de ação não investe tanto no elenco, quando muito há um ou dois grandes atores. Mas esse não é o caso de Interestelar, pois ele é mais um filme de drama do que de ficção científica. A ciência serve como um pano de fundo para algo muito mais importante que se desenrola na história. Talvez por isso que algumas pessoas, que foram ao cinema esperando explosões, feixes de raios lasers e disputas entre o bem e o mal, se decepcionaram.

Não que o filme seja extremamente parado, pelo contrário, há até bastante agitação, mas não comparada aos atuais filmes de ação, em que mal conseguimos respirar de tantas imagens frenéticas. Apenas para citar um exemplo, o trailer de Interestelar deixava claro que se tratava de um filme futurista, com naves espaciais e viagens entre galáxias. No entanto, o começo do filme fica a primeira meia hora em uma fazenda que parece estar ambientada na década de 50.

Em vários momentos do filme eu fiquei com a sensação de que o diretor iria se render aos clichês e encontrar uma saída fácil ou previsível para o filme, mas felizmente foram apenas ameaças. Diferente do que ele mesmo tinha feito no filme anterior,  “A origem”, em que coloca uma ação excessiva e ao meu ver desnecessária, em Interestelar a dose de ação está na medida certa e é respaldada por um roteiro inteligente.

O tema central do filme é o amor, o amor entre pai e filha. As promessas feitas e quebradas (ou não), as escolhas, a salvação da espécie humana, tudo isso envolvido em viagens espaciais e os conflitos da relação entre o espaço e o tempo.

Para falar mais sobre isso preciso contar algumas coisas sobre o filme, então aconselho a quem não o viu que pare por aqui. Não que isso faça diferença, pois o filme não tem uma “grande surpresa” no final. Não pretendo explicar a física do filme, caso existam dúvidas peço que façam perguntas nos comentários. A ideia é apenas discutir um pouco a forma como o filme trabalha bem com a Teoria da relatividade.

Lá vem Spoiler

(se ainda não viu o filme, melhor assistir primeiro antes de ler o que segue abaixo)

 A Terra está condenada, podemos perceber uma crítica velada ao uso da monocultura e às alterações climáticas. Felizmente não há grandes explicações sobre qual é exatamente o problema que está destruindo as plantações de todos os grãos de nosso planeta. Além disso, tempestades de areia imensas, como as que acontecem atualmente em Marte, são comuns.

Quando tudo parecia perdido os cientistas encontram uma saída, literalmente falando. Uma saída, não apenas de nosso planeta mas de nossa galáxia. Um “wormhole” (buraco de verme) é descoberto nas vizinhanças do planeta Saturno e através dele podemos ter acesso a outra galáxia onde alguns planetas semelhantes à Terra podem ser descobertos.

Wormhole:

 

Um buraco de verme ou buraco de minhoca é uma passagem no espaço-tempo que conecta duas regiões do espaço, como se fosse um túnel que liga duas cidades ou dois países. A diferença é que enquanto o Eurotúnel liga a França e a Grã Bretanha sob o Canal da Mancha, um buraco de minhoca “não está sob nenhum lugar do espaço”, isto é, se pudéssemos entrar em um deles estaríamos “fora do espaço”, como se fosse outra dimensão.

O nome técnico do wormhole é ponte Einstein-Rosen. Esses dois físicos previram que o espaço-tempo pode ser curvado a tal ponto que duas partes do espaço podem se conectar, mesmo estando separadas por uma grande distância.

Vamos com calma, talvez você esteja se perguntado: Mas o que é espaço-tempo?

Segundo a teoria da relatividade nenhuma informação pode se propagar mais rápida que a velocidade da luz no vácuo. Essa aparentemente simples limitação da natureza traz consequências fantásticas, já discutidas nos posts:

Viagem no Tempo – Parte I                                                    

https://12dimensao.wordpress.com/2011/03/27/viagem-no-tempo-%E2%80%93-parte-i/

Viagem no tempo  – Parte II

https://12dimensao.wordpress.com/2011/04/15/viagem-no-tempo-%E2%80%93-parte-ii/

Viagem no tempo III e Cérebro eletrônico IV: Fazendo nossa mente viajar no tempo

https://12dimensao.wordpress.com/2011/07/19/viagem-no-tempo-iii-e-cerebro-eletronico-iv-fazendo-nossa-mente-viajar-no-tempo/

Uma delas é o fato do espaço e do tempo estarem conectados formando o que chamamos de espaço-tempo. Viajar muito rápido no espaço significa também viajar no tempo, o que faz com que o tempo passe de forma diferente para pessoas que estão em referenciais diferentes.

Imagine que o universo possa ser representado por uma bexiga cheia. Dois pontos que estejam em lados opostos da bexiga estariam bem longe um do outro. Então a luz emitida por uma galáxia numa extremidade da bexiga teria que percorrer toda a superfície da bexiga até chegar do outro lado. Agora imagine que alguma coisa aperte a bexiga até que as duas extremidades se grudem por dentro da bexiga. Essa seria a ponte Einstein-Rose. Então, em teoria seria possível ir dessa galáxia a outra instantaneamente, pois dentro do womhole o tempo não passa.

Não se iludam achando que entenderam, nem se desesperem por imaginar que só vocês não conseguem compreender isso. Por mais computação gráfica que os vídeos do “Discovery Channel” usem, por mais convincentes que os cientistas sejam, ninguém consegue enxergar essa deformação do espaço.

O exemplo da bexiga (ou da cama elástica, muito usado em livros de divulgação) são apenas analogias grosseiras para nos ajudar a entender isso. Somos seres que vivem em três dimensões de espaço, não conseguimos enxergar outras dimensões por mais inteligentes que sejamos. O exemplo da bexiga é falho porque a superfície da bexiga possui duas dimensões, quando apertamos a bexiga ela se deforma na terceira dimensão, a qual podemos perceber. Um buraco de minhoca possui três dimensões e provoca uma deformação que somente seria visível a nós se fôssemos seres que vivem em quatro dimensões. Apesar de não ser possível enxergar essa deformação, a matemática fornece a certeza de que isso faz sentido.

Mesmo com a comprovação matemática, não sabemos se os wormholes realmente existem. São apenas especulações matemáticas. Além disso, a previsão é que mesmo que eles existam são microscópicos e instáveis (desaparecem em menos de um segundo).

O wormhole que aparece no filme é um tipo de wormhole calculado por Kip Thorne a pedido de Carl Sagan para o livro Contato. Aquele tipo de wormhole é ainda mais difícil de existir, ele requer condições muito especiais, mas esse é o campo da ficção e isso foi muito bem explorado.

 

Dilatação temporal.

Talvez a parte mais legal do filme Interestelar  seja aquela em que o personagem principal consegue finalmente reencontrar sua filha, mas ela está um pouco diferente. Está bem mais velha do que ele. Ao longo do filme ela deixa de ser uma garotinha para se tornar um mulher. Mas no reencontro deles, ela está com mais de cem anos e o personagem com praticamente a mesma idade. Como isso é possível?

Novamente a resposta está na Teoria de Einstein. Para viajar em alta velocidade (não estou falando aqui de meros 300 km/h de um fórmula-1, ou da “ridícula” velocidade de um caça supersônico, mas de estar próximo da velocidade da luz no vácuo, cerca de 1,08 bilhões de km/h) precisamos de grandes acelerações. Essas acelerações provocarão alterações no ritmo de passagem do tempo. Por exemplo: Quando partículas subatômicas são aceleradas em um acelerador de partículas a 87% da velocidade da luz no vácuo, o tempo de vida delas, medido por nós dobra. Isto é, algumas dessas partículas são instáveis e se desintegram (uma espécie de “morte”), dizemos então que essas partículas possuem uma vida média de “tantos” segundos. Mas ao atingirem 87% da velocidade da luz, esse tempo de vida médio dobra.

Caso as partículas consigam atingir 99,97% da velocidade da luz, seu tempo de vida médio aumenta um fator 40. Se pudéssemos atingir essa velocidade em nossos foguetes um astronauta poderia viver até 400 anos. E se a aceleração fosse ainda maior e ele atingisse 99,997% da velocidade da luz no vácuo, poderia viver mais de 1200 anos.  O mais bizarro desse efeito é que para ele o tempo estaria passando normalmente, ele sentiria a passagem de “apenas” 100 anos (tempo médio de vida que estou considerando ). Ao retornar ao nosso planeta depois de passar um ano à velocidade de 99,97% da velocidade da luz, um astronauta de 40 anos estaria com 41 anos, mas aqui na Terra teriam se passado 40 anos (Caso ele tivesse um irmão gêmeo, este estaria com 80 anos).

Isso não é “apenas teoria” como alguns gostam de falar. Isso é um fato. Há diversas comprovações de que a Teoria da Relatividade prediz de forma consistente essas dilatações temporais. Felizmente vivemos em referenciais de baixa velocidade e por isso ninguém tinha percebido esse efeito até que Einstein resolvesse publicar seus artigos em 1905.

No filme, a dilatação temporal não acontece por causa das acelerações, mas sim devido a outro efeito previsto por Einstein na sua Teoria da Relatividade Geral de 1915. Nela, ele percebe que acelerar e sofrer fortes atrações gravitacionais, são equivalentes. Nas vizinhanças de um buraco negro há um forte campo gravitacional e isso distorce o espaço-tempo da mesma forma que grandes acelerações.

 

Buraco negro

Assim como os wormholes são apenas especulações matemáticas, os buracos negros também eram até meados da década de 80. Hoje em dia a existência desses corpos celestes é quase certa, e inúmeras provas indiretas de sua existência já foram detectadas.

Antes mesmo que Einstein tivesse nascido, o genial Pierre Simon Marques de Laplace já havia pensado na possibilidade da existência de uma estrela com gravidade tão forte que nenhum corpo conseguiria sair de sua órbita, nem mesmo a luz.

Essa ideia está ligada ao conceito de velocidade de escape. Sabemos que ao jogar um objeto para cima ele retorna após certo tempo, devido à força da gravidade. Quanto mais velocidade colocarmos na saída mais tempo o objeto demorará em voltar. No entanto a força da gravidade diminui quando nos afastamos do centro do planeta. Quanto maior for a altura, menor será a força. Conclusão: se conseguirmos atingir uma tal velocidade, que o objeto consiga atingir uma determinada altura onde a força seja pequena, ele poderá escapar da gravidade do planeta. Essa é a velocidade de escape.

No caso da Terra essa velocidade é de cerca de 11 km/s, aproximadamente 40.000 km/h. Essa é a velocidade que os satélites artificiais precisam atingir para entrarem em órbita em torno da Terra. Aumentando-se a velocidade, aumentamos o raio da órbita até conseguirmos escapar totalmente da gravidade do planeta.

Laplace calculou que se uma estrela tivesse certa quantidade de matéria concentrada em certo volume, teria uma velocidade de escape maior que a velocidade da luz e assim nem a luz conseguiria escapar dessa estrela.

Concepção artística de um buraco negro

Após a Teoria da Relatividade foi possível entender como uma estrela é formada e como se dá sua “morte”. Entre alguns fins possíveis está a formação de um buraco negro. Após uma violenta explosão, o resto de matéria da estrela poderia ficar confinado em um raio tão pequeno que a gravidade dobraria o espaço sobre si mesmo, criando um buraco negro.

O próprio Einstein achou que isso provavelmente não seria possível. Mas em 1987 o astrônomo Ian Shelton e o astrônomo amador Albert Jones descobriram a primeira explosão Supernova , dando credibilidade aos modelos estelares propostos (obs.: haviam registros históricos do aparecimento de estrelas chamadas de novas ou supernovas em séculos anteriores).

Com o aperfeiçoamento dos telescópios e principalmente após o lançamento do telescópio espacial Hubble várias imagens reforçaram a certeza de que buracos negros realmente existem. No entanto como eles não permitem que a luz escape deles, não podemos detectá-los com imagens visíveis aos nossos olhos. Mas podemos perceber estrelas orbitando regiões “escuras” ou ainda percebemos a emissão intensa de raio- x , que ocorrem devido a forte atração de matéria para dentro do buraco negro.

Voltando ao filme, Gargantua é um buraco negro em rotação, que está próximo de um dos planetas a serem averiguados pelos personagens do filme. Como a gravidade próximo a um buraco negro é imensa, rodeá-lo significa ficar sujeito a acelerações monstruosas, e dessa forma sujeitos a uma dilatação temporal enorme.

Rodear o buraco negro daria a nave energia suficiente, mas causaria esse efeito indesejado, por isso essa ideia foi descartada de inicio. Mesmo assim ao entrarem no planeta que estava próximo de Gargantua, sofreram esse efeito, pois cada hora no planeta custou 7 anos da Terra. Quando retornaram a nave mãe, o cientista que havia ficado nela estava 21 anos mais velho que eles.

Após todo o problema que o ator misterioso causa, o personagem principal se vê na obrigação de orbitar Gargantua, e isso custou a ele mais várias dezenas de anos terrestres.

Ondas gigantes

Da mesma forma que a Lua cria o efeito das marés em nosso planeta, Gargantua cria marés imensas naquele planeta, o que causa ondas gigantes que proporcionam uma das cenas mais impressionantes do filme.

Hipercubo e as outras dimensões

Essa é a parte mais ficcional do filme, após ser tragado pelo buraco negro, nosso “herói” consegue sobreviver sem ser esmagado. Apesar disso ser pouco provável, Kip Thorne se baseou na mesma ideia que tinha usado para o wormhole, um tipo especial de buraco negro cuja força gravitacional atuaria somente em algumas direções, permitindo sua entrada sem o famoso efeito espaguete ( a gravidade de um buraco negro é tão forte que se nos aproximássemos dele mergulhando de cabeça, a diferença de força entre nossa cabeça e nosso pés seria tão grande que nos esticaria até nos despedaçar completamente).

A física ainda não tem resposta (e talvez nunca venha a ter) sobre o que acontece no interior de um buraco negro. A Relatividade e a Física Quântica dão respostas contraditórias sobre o que ocorre lá dentro.

Uma teoria que consiga unir esses dois pilares ainda não existe (é o que a filha de nosso herói consegue) e com isso o roteirista pôde brincar com algumas especulações matemáticas interessantes.

No filme o personagem vai parar no interior de um hipercubo. Um hipercubo é uma figura geométrica de n-dimensões. Se n = 2 temos um quadrado, n=3 um cubo, n= 4 um tesseracto, e assim por diante. Menciona-se que naquele local existem cinco dimensões, mas não dizem se isso significa 4 dimensões de espaço e uma de tempo ou cinco dimensões de espaço.

A tentativa de representar em uma tela bidimensional algo que tem cinco dimensões ficou, a meu ver, incrível. A ideia é que estando em outras dimensões podemos visualizar ao mesmo tempo vários ângulos e várias cenas.

Além disso, na teoria das supercordas (uma tentativa de unir a relatividade e quântica) acredita-se que a gravidade seja a única força física que possa transitar entre as várias dimensões. Dessa forma o personagem consegue passar uma mensagem para ele mesmo e depois para a filha só que em um tempo passado. Algo muito difícil de conceber mas que possui respaldo nas mais novas teorias científicas. A passagem linear do tempo pode ser apenas uma ilusão nossa. Talvez passado presente e futuro possam coexistir em algum “lugar”.

Finalizando?

A ideia não era explicar a física do filme. Acho que me empolguei demais e acabou ficando um texto muito longo para os dias de hoje. Mas se você conseguiu chegar até aqui agradeço a consideração e aceito de bom grado criticas e sugestões.

Espero que tenham gostado, ou que gostem do filme como eu gostei. É muito bacana quando conseguimos unir duas coisas que aparentemente parecem tão diferentes: a ciência e a arte. O pensamento racional e a imaginação.

Essas separações bobas que fazemos, acabam virando “verdades” e muitas vezes nos impedem de ir mais longe. Vamos quebrar essas amarras.

PS.: ainda poderia discutir o enredo do filme como um todo, não do ponto de vista da ciência. Mas isso é melhor quando feito em mais pessoas, fica então o poema, citado por um dos personagens, escrito pelo poeta Gales Dylan Thomas. (Obrigado Lauren).

Dylan Thomas

Referências:

 AdoroCinema http://www.adorocinema.com/filmes/filme-114782/

Para saber mais sobre buracos negros, viagens no tempo, relatividade :

O futuro do espaço-tempo ( Stephen Hawking; kip S. Thorne; Igor Novikov; Timothy Ferris; Alan Lightman; Richard Price – Cia das Letras)

O tecido do cosmo – O espaço, o tempo e a textura da realidade (Brian Greene – cia das letras)

Neutrinos mais rápidos que a luz? Sai o veredito!

No último dia 08 de junho o CERN divulgou a conclusão sobre o experimento que alegava que neutrinos poderiam ter atingido velocidade acima da velocidade da luz.

vejam a notícia no link:

noticia.php?artigo=neutrinos-nao-superaram-velocidade-luz&id=010175120608

veja mais detalhes no meu post anterior:

neutrinos-mais-rapidos-que-a-luz-relatividade-derrubada-ou-simples-mau-contato

Neutrinos mais rápidos que a luz! Relatividade derrubada ou simples mau contato?

Em setembro do ano passado dois grupos de pesquisa viraram notícia, haviam realizado um experimento onde partículas subatômicas chamadas neutrinos percorriam certa distância em uma velocidade acima da velocidade da luz no vácuo. Fato esse que viola a Teoria da Relatividade de Albert Einstein.

 

http://www.sbfisica.org.br/v1/index.php?option=com_content&view=article&id=339:neutrinos-mais-rapidos-que-a-luz&catid=96:setembro-2011&Itemid=270

Segundo Einstein somente as ondas eletromagnéticas (luz) podem viajar a aproximadamente 300 mil quilômetros por segundo, a velocidade limite para a transmissão de qualquer informação.

Os neutrinos foram previstos teoricamente na década de 30 por conta de um tipo de desintegração radioativa, a radiação beta. Aprendemos nas aulas de química do ensino médio que o átomo é formado por cargas elétricas negativas (elétrons) e por cargas elétricas positivas (prótons). Os elétrons ocupam a parte externa do átomo, enquanto os prótons estão no núcleo, juntamente com outra partícula neutra, chamada nêutron. A radiação beta consiste da emissão de elétrons, mas oriundos do núcleo atômico, e não da eletrosfera. Nesse caso a teoria prevê que um nêutron se desintegrou, transformando-se em um próton e emitindo a partícula beta. Mas os cálculos não batiam, faltava energia. Para resolver esse problema o físico Wolfgang Pauli postulou a existência de uma partícula que levasse a energia que faltava. Enrico Fermi, brilhante físico italiano propôs o nome de neutrino (diminutivo de nêutron em italiano).

Apesar de a teoria ser consistente a detecção do neutrino demorou décadas para ocorrer, justamente por não ter carga elétrica e por ser extremamente leve sua interação com a matéria é muito sutil, tornando quase impossível sua detecção.

Com a evolução da física de partículas os neutrinos puderam ser detectados em diversos tipos de experimentos e constatou-se que eles são a segunda partícula mais abundante do universo, atrás somente dos fótons (partículas da radiação eletromagnética).

A informação publicada no ano passado de que esse tipo de partícula teria superado a velocidade da luz fez com que a maioria dos físicos duvidasse do experimento realizado por um grupo do CERN (Organização Européia para a Investigação Nuclear) em Genebra, Suíça, juntamente    com uma equipe de Gran Sasso, na Itália. Várias foram as hipóteses levantadas para erros sistemáticos (erros difíceis de serem eliminados em um experimento).

Em novembro a equipe repetiu o experimento, confirmando o resultado. Estaria a teoria da Relatividade sendo abalada?

Na verdade os físicos sabem que toda teoria cientifica tem um prazo de validade, teorias são modelos que procuram explicar a natureza, não correspondem a uma verdade absoluta. As leis de Newton permaneceram incólumes por quase 300 anos, mas no século XX ela se mostrou limitada, não conseguiu explicar o mundo subatômico, nem o mundo do muito veloz. No entanto ainda podemos utilizar a mecânica Newtoniana, só recorremos à relatividade ou a física quântica, quando o problema exige isso.

Mas esperávamos que a relatividade fosse superada por outra teoria ainda mais completa e não por um experimento como esse. Talvez por isso a maioria dos físicos tenha se mostrado desconfiado com o experimento.

E parece que a desconfiança procedia. Agora a própria equipe que realizou os experimentos afirma que descobriu dois erros nas medidas. Um mau contato em um cabo de fibra óptica e problemas na sincronização dos relógios atômicos podem ter ocasionados erros para mais ou para menos no tempo de detecção dos neutrinos. Dessa forma ou o efeito é ainda maior (neutrinos viajando ainda mais rápido do que a luz) ou a relatividade não foi violada (os neutrinos chegam após o tempo que havia sido detectado anteriormente, viajando em uma velocidade inferior a da luz).

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=neutrinos-ainda-mais-rapidos-luz-ou-mais-lentos&id=010175120223

Agora é aguardar novos testes para sabermos como essa história vai terminar. Um resultado que confirme a relatividade fará com que os físicos afirmem: “Não falei que o experimento tava errado!”  Um resultado que confirme a velocidade dos neutrinos acima da velocidade da luz trará afirmações do tipo: “Ah, deve ter mais coisa errada.”

E assim caminha a humanidade…

Ainda sobre: Tempo relativo

O tema ainda é tempo relativo, e agora vai uma indicação de um ex aluno e amigo, André Botelho.

“Das  Rad” é um curta metragem alemão de apenas 8 minutos, escrito e dirigido por Chris Stenner, Arvid Uibel e Wittlinger Heidi. Concorreu ao Oscar de 2003, na categoria Curta de Animação.  Recebeu vários prêmios em outros festivais.

A ideia é genial, a passagem do tempo do ponto de vista de duas pedras (tempo geológico). Como ele é incomensuravelmente maior que o tempo humano, tudo acontece de forma muito rápida e em alguns momentos há uma passagem para o tempo humano.

O final dá o que pensar.

Garanto que vão gostar. Um grande exemplo de unir ciência e arte.

Valeu pela indicação André…

 

Tempo relativo ainda…

4 ESTAÇÕES EM UMA CANÇÃO:

Contato com seres extraterrestres. Por enquanto só na ficção.

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.

http://interfilmes.com/filme_12962_Contato-%28Contact%29.html

(acesso em 01/10/2011)

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?

Planeta dos Macacos – Uma origem desnecessária

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.

Cientistas brasileiros questionam modelo cosmológico mais aceito.

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.

Referências Bibliográficas:

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=brasileiros-questionam-aceleracao-expansao-universo&id=010130110815&ebol=sim

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=universo-nao-estar-ritmo-acelerado-expansao&id=010830110603

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

Ver para crer? Ou ver e se iludir?

Cine 3D; experiências fora do corpo e fantasmas da mente

Ontem (na verdade já faz tempo que comecei esse post) assisti ao último filme do Harry Potter (Harry Potter e as Relíquias da Morte- parte 2; Direção David Yates – 2011). Apesar de comprar com antecedência, acabei ficando muito próximo da tela, que era imensa. Como o filme era 3D, em vários momentos objetos “saltavam” da tela e eu tinha a certeza de que seria possível pegá-los, bastando para isso erguer o braço. Nessa hora pensei comigo: “eu sei que isso é apenas uma imagem e que ela está sendo formada lá na tela, mas meus olhos me dizem outra coisa. Como meu cérebro pode ser tão facilmente enganado?”

Os filmes 3D não são novidades, já na década de 70 várias pessoas usavam os óculos que forneciam a impressão da terceira dimensão. Mas eram tão toscos que não vingaram. As novas produções investiram em uma tecnologia muito mais impressionante, mas ainda acho que aqueles óculos são um incômodo. Acredito que essa volta ao 3D é somente para tentar diminuir a pirataria. Mas o que quero abordar é outra coisa: Como nós, seres humanos, confiamos tanto em nosso sentido da visão.

Uma vez ouvi, em um programa de rádio, uma especialista comentando que supervalorizamos a visão. Segundo ela imaginamos que um deficiente visual deve ter muita dificuldade em ser integrado na sociedade. Ela comentava que apesar das dificuldades, os deficientes auditivos possuem muito mais dificuldade de se integrarem na sociedade do que os visuais.

O grande matemático e filósofo Bertrand Russell, prêmio Nobel de literatura em 1950, em seu livro “O ABC da relatividade” nos intriga quando discute: “o que consideramos real? Aquilo que vemos? Tocamos? Ouvimos?” Mas e se alguma coisa pudesse enganar nossos sentidos, nos dando a impressão de que vimos, ouvimos ou tocamos em algo, mas que na verdade não existe?

Quando li esse trecho do livro de Russell, não se falava ainda em realidade virtual, nem existia cine 3D tão impressionante, mas pensei em um sonho. Muitas vezes durante o sonho não percebemos que estamos sonhando, acreditamos que aquilo realmente está acontecendo.

Nosso cérebro cria uma realidade que não necessariamente é o mundo real. Por isso muitas vezes somos enganados pelas imagens. As ilusões de óptica são um exemplo disso. Mas com o advento da realidade virtual, e com as novas pesquisas da neurologia, estamos entrando em uma nova era.

Os neurologistas Oliver Sacks e Miguel Nicolelis abordam em seus respectivos livros: “O homem que confundiu sua mulher com o chapéu” e “Muito além de nosso eu”, um triste sintoma de pessoas que tiveram partes de seu corpo amputadas, os chamados membros fantasmas.

Mesmo não possuindo mais o membro que foi amputado, várias pessoas relatam que sentem coceiras ou fortes dores nesses membros. Segundo Nicolelis uma forma de melhorar esses sintomas consiste em “iludir” o cérebro do paciente. Utilizando uma “caixa de espelhos”, criada por um pesquisador, os pacientes podem colocar seu braço (ou perna) que não foi amputado e visualizar pelo espelho uma imagem dele no local onde deveria estar o braço fantasma. Após alguns minutos de uso dessa caixa de espelhos, vários pacientes relataram uma melhora, ou até mesmo o sumiço dos sintomas do membro fantasma. A hipótese levantada é que o cérebro entende a imagem como se fosse a parte do corpo restabelecida.

Nicolelis defende a tese de que o cérebro cria a nossa imagem corporal, e é capaz até mesmo de incluir, como fazendo parte de nosso corpo, ferramentas e instrumentos, desde que esses sejam constantemente utilizados por uma pessoa. Por exemplo, uma raquete de tênis para um tenista, um violino para uma violinista, um carro de fórmula um para um piloto, uma bola para um jogador de futebol, fariam parte do corpo de cada uma dessas pessoas. Para o cérebro delas, seu corpo compreende o artefato constantemente utilizado.

Nicolelis discute ainda experimentos que ele chama de experiências fora do corpo. Sujeitos são instruídos a se sentar em uma cadeira e colocar seu braço esquerdo sobre uma mesa. Após impedir que esse braço seja visualizado (através de um painel opaco) é colocado na frente do sujeito um braço de plástico, na posição que deveria estar seu braço verdadeiro. Em seguida os dois braços, o verdadeiro e o de plástico, são estimulados simultaneamente, mas a pessoa só consegue ver o estímulo no braço de plástico. O resultado é que após algum tempo, a maioria das pessoas que passaram por isso dizem que sentiram o estímulo, como se ele tivesse partido do braço do manequim (de plástico). Quando se pede para os sujeitos fecharem os olhos, e tocarem com o dedo da mão direita no dedo da mão esquerda, eles levam o dedo da mão direita ao braço do manequim e não ao seu braço que está escondido.

A tese de Nicolelis é que o cérebro interpreta como seu, o braço do manequim, pois está recebendo dados, principalmente visuais, desse braço e não do braço verdadeiro.

Outros experimentos ainda mais intrigantes são abordados em seu livro. A questão interessante que fica é se não podemos ter certeza nem mesmo do que faz parte de nosso corpo, como podemos ter certeza do que vemos?

Ilusão de óptica, hologramas, realidade virtual, cine 3D e experimentos neurológicos estão nos mostrando que devemos duvidar até mesmo de nossos sentidos. Claro que isso não é nenhuma novidade para quem trabalha com mágica. Os ilusionistas são mestres em nos enganar.

Mas se não podemos confiar nem em nossos sentidos o que devemos fazer?

Talvez o que já fazemos (ou pelo menos devíamos estar fazendo) com as informações:  Consultar sempre mais de uma fonte.