A MENTE QUE SE ABRE A UMA NOVA IDEIA JAMAIS VOLTARÁ AO SEU TAMANHO ORIGINAL.
Albert Einstein

terça-feira, 24 de março de 2015

O mundo, às vezes, confuso da física quântica

Morto e vivo: Como o gato de Schrodinger, Denzel Washington ficou preso em uma onda quântica

Ciência explica os paradoxos e as reviravoltas de filmes como ‘Déjà Vu’, em cartaz em VR, e ‘A Casa no Lago’


Primeiro foi a Sandra Bullock, que quase fundiu a cabeça da platéia com seu romance através do tempo em “A Casa no Lago. Agora é o diretor Tony Scott e o astro Denzel Washington que deixam o público confuso com a história de um homem que viaja no tempo, impede um ataque terrorista e fica vivo e morto ao mesmo tempo. Não se preocupe, no mundo das múltiplas realidades e dos laços temporais antevisto pela física moderna tudo isso e muito mais é perfeitamente possível. Como já mostrou o Jet Li, que lutou contra ele mesmo naquele filme de Kung Fu quântico, “O Confronto”.
Mas, afinal, quem é essa tal de física quântica? Ela foi criada em meados do século passado para explicar fenômenos que ocorrem dentro dos átomos e que não podem ser explicados pela física clássica, Newtoniana. E como tudo que existe é feito de átomos e partículas atômicas a física quântica tornou-se uma peça fundamental em uma série de campos de pesquisa, que vão da física da matéria condensada à teoria dos computadores avançados, e a física nuclear e molecular. O nome quântico vem de quanta, pacotes de energia que são trocados por átomos e moléculas.
Um dos criadores da física quântica foi o cientista Erwin Schrödinger, amigo de Albert Einstein (criador da Teoria da Relatividade). Como Einstein, Schrödinger gostava de realizar experiências imaginárias, ou “gedanken experiments”, como Einstein os chamava em alemão. Uma dessas experiências ficou conhecida como “experiência do gato de Schrödinger” e ilustra muito bem o mundo fantasmagórico do universo quântico e subatômico. Um gato é colocado em uma caixa fechada, junto com uma amostra de material radioativo e um contador Geiger. Em uma hora existe 50% de possibilidade da substância emitir uma partícula nuclear, acionando o contador Geiger. Nesse caso, o contador vai detonar um frasco de ácido cianídrico, cujo gás matará o gato em poucos segundos (calma, essa é uma experiência “gedanken”, Schrodinger não fez isso de verdade com um gatinho).
Existem 50% de chances do gato morrer ou do gato viver. Se forem isolados do resto do universo, o gato, a caixa, e a armadilha mortal se tornam um sistema quântico que pode existir como uma mistura de estados. Duas realidades, uma onde o gato está vivo, e outra onde ele está morto. Segundo Schrodinger, este universo duplo só deixa de existir quando a caixa for aberta. Porque a abertura da caixa provoca o que os cientistas chamam de decoerência quântica, induzindo a um colapso da função de onda e criando uma única realidade. Onde o gato está vivo ou morto e não vivo-morto como antes.
Isso é o que acontece no universo subatômico, onde uma partícula pode existir em múltiplos estados até que uma observação, uma interferência externa defina o seu estado final. Schrodinger, Einstein, Planck e outros pioneiros achavam que isso só acontecia no mundo submicroscópico, mas a moderna teoria das viagens no tempo sugere que o universo pode ser uma função de onda com múltiplos estados coexistentes, como na experiência do gato de Schrodinger.
DÚVIDA - Se uma pessoa viajar para o passado e matar ou salvar alguém em outra época, será que ela muda o futuro ou cria um futuro alternativo, que coexiste com o futuro de onde ela veio? Depende. Um caso clássico é o episódio “O Dia em Que o Céu Desabou”, da série de televisão “O Túnel do Tempo”. Tony Newman é um menino de 9 anos, que vive com sua mãe Susan em Pearl Harbor, no Havaí. O pai dele é oficial da Marinha norte-americana e trabalha na base naval ao lado. Um dia, na manhã de 7 de dezembro de 1941, dois homens estranhos entram na casa, seqüestram Tony e sua mãe e os deixam em uma colina, momentos antes da casa e da base serem destruídas pelo ataque da aviação japonesa. O pai do menino morre no bombardeio.
Tony vai para a Califórnia, estuda física e se torna um cientista respeitado. No dia 7 de janeiro de 1968, ele é o cientista chefe do “Túnel do Tempo”, um projeto secreto do governo norte-americano instalado no Arizona. O túnel do tempo abre um “wormhole”, um túnel entre o presente e épocas passadas e futuras. Viajando pelo túnel do tempo, Tony e seu colega, doutor Doug Phillips, vão parar em Pearl Harbor no dia 7 de janeiro de 1941, onde o Tony Newman de 1968, que tem 36 anos de idade, salva o Tony Newman de 1941, que tem 7 anos de idade e sua mãe.
A aventura do “Túnel do Tempo” não provoca o paradoxo de uma realidade múltipla porque Tony não muda o passado. Apesar de seus esforços, ele só consegue salvar sua mãe e a si próprio e seu pai morre no bombardeio. Mas o que acontece se o viajante mudar o passado, como o personagem do Denzel Washington em “Déjà Vu”? Ele deixa de existir? O mundo de onde ele veio desaparece? Para entender o paradoxo vamos criar uma situação totalmente imaginária, uma experiência “gedanken” como diria Albert Einstein e seu amigo Erwin Schrodinger.
A experiência ‘gedanken’


Imagine uma história de ficção envolvendo uma mãe e uma filha que vivem na cidade de Passadena, na Califórnia. Lora tem 6 anos de idade e adora sua mãe Lisa West, que é violinista na Filarmônica de Los Angeles. A menina quer estudar musica e tocar numa grande orquestra. No dia de seu aniversário de 7 anos, a mãe a leva para assistir a um ensaio da orquestra, mas na volta para casa acontece uma tragédia. Elas param num shopping center para comprar comida para o jantar e um franco-atirador, vestido de preto, fuzila Lisa diante da filha e depois mata uma porção de gente no estacionamento.
Lora sobrevive, mas fica tão chocada que decide não estudar mais música, nem nada que se relacione com aquele dia trágico. Ela vai para a Caltech, o Instituto de Tecnologia da Califórnia, onde estuda com o físico Kip Thorne, o grande teórico de viagens no tempo. Com o conhecimento adquirido na Caltech, Lora constrói uma máquina do tempo e volta para aquele dia fatídico no estacionamento do shopping. E quando o franco-atirador aparece para matar sua mãe ela o atropela com um carro, e impede a tragédia.
Mas se Lisa não morrer, sua filha vai continuar a estudar música e se tornará violoncelista da Orquestra Sinfônica e não uma física nuclear. Todavia, para que Lisa não morra é preciso que Lora construa a máquina do tempo e volte para salvá-la do psicopata. Se o futuro onde Lora é física nuclear for anulado, o futuro onde Lora é violoncelista não poderá existir. Pela teoria moderna das viagens no tempo essas duas realidades passam a coexistir. Um mundo com dois futuros, onde a Lora que viu a mãe morrer pode reencontrar a sua mãe viva e dar-lhe num novo futuro, em algum lugar do passado.
O cinema ainda nem explorou todas as possibilidades e as platéias que se acostumem com esses paradoxos. Porque no universo multidimensional das cordas cósmicas e partículas quânticas tudo é possível nos infinitos caminhos do tempo. (JLC)

segunda-feira, 2 de março de 2015

Porque os dedos enrugam na Água

Uma pesquisa realizada por cientistas na Grã-Bretanha indica que o fato de os dedos ficarem enrugados depois de algum tempo na água pode ser uma vantagem adquirida pelo ser humano durante sua evolução por milhares de anos.

Veja as descobertas curiosas dos cientistas

Foto 11 de 12 - Cientistas da Universidade de Newcastle, no norte da Inglaterra, fizeram um experimento para investigar a razão de os dedos ficarem enrugados na água. Segundo eles, as rugas tornam mais fácil o manuseio de objetos embaixo d"água, função evolutiva que pode ter sido vantajosa quando os primeiros homens procuravam por alimentos em lagos e rios iStockphoto/Getty Images
Os cientistas da Universidade de Newcastle, no norte da Inglaterra, decidiram investigar a razão de os dedos ficarem enrugados na água por meio de um experimento.

Eles pediram a voluntários para pegar bolas de gude imersas em um balde d'água com uma mão e passá-las por uma pequena abertura para a outra mão, para colocá-las em outro local. Os voluntários com os dedos enrugados pela umidade completaram a tarefa mais rápido do que os voluntários com os dedos lisos.

O estudo sugere que as rugas têm a função específica de tornar mais fácil o manuseio de objetos embaixo d'água ou de superfícies molhadas em geral, o que pode ter sido uma vantagem para os primeiros humanos quando procuravam por alimentos na natureza.

Primatas

Por muito tempo, acreditava-se que os dedos enrugados indicavam simplesmente o inchaço da pele devido ao contato prolongado com a água. Ou seja, tratava-se de uma reação automática, provavelmente sem nenhuma função.

As últimas pesquisas, entretanto, revelaram que as rugas são um sinal de vasoconstrição como resposta à água, o que, por sua vez, é uma reação controlada pelo sistema nervoso.

"Se os dedos enrugados fossem apenas o resultado do inchaço da pele ao entrar em contato com a água, eles poderiam ter uma função, mas não necessariamente", disse o cientista Tom Smulders, do Centro de Comportamento e Evolução da Universidade de Newcastle.

"Por outro lado, se o sistema nervoso está ativamente controlando essa reação em certas circunstâncias e não em outras, é mais fácil concluir que há uma função por trás disso que é resultado da evolução. E a evolução não teria selecionado essa resposta se ela não nos conferisse algum tipo de vantagem."

Segundo os cientistas, para nossos ancestrais, ter dedos que agarram melhor objetos úmidos certamente teria sido uma vantagem na busca por alimentos em lagos e rios. Smulders disse que seria interessante, agora, verificar se outros animais, especialmente os primatas, têm a mesma característica.

"Se está presente em muitos primatas, então minha opinião é que sua função original pode ter sido locomotora, ajudando a se deslocar em vegetação úmida ou árvores molhadas. Por outro lado, se é apenas em humanos, então podemos considerar que é algo muito mais específico, como procurar por comida dentro e à beira de rios."

domingo, 1 de março de 2015

O Comportamento Anômalo da Água

Aquecendo certa massa m de água, inicialmente a 0 °C, até a temperatura de 100 °C, verificamos que de 0 °C a 4 °C o volume diminui, pois o nível da água no recipiente baixa, ocorrendo contração. A partir de 4 °C, continuando o aquecimento, o nível da água sobe, o que significa aumento de volume, ocorrendo dilatação.



Portanto, a água apresenta comportamento excepcional, contraindo-se quando aquecida de 0 °C a 4 °C. O gráfico abaixo mostra aproximadamente como varia o volume da água com o aumento de temperatura.

Observe que a 4 °C a massa m de água apresenta volume mínimo.

A densidade (d = m/V) varia inversamente com o volume V. Então, de 0 °C a 4 °C a densidade da água aumenta, pois o volume diminui,nesse intervalo. Acima de 4 °C, o volume da água aumenta e, portanto, a densidade diminui. Sendo o volume da água mínimo a 4 °C, nessa temperatura ela apresenta sua densidade máxima. O gráfico abaixo mostra como a densidade da água varia com o temperatura: verifica-se que sua densidade máxima (0,99997 g/cm³ @ 1 g/cm³) ocorre rigorosamente à temperatura de 3,98 °C ( 4 °C).


O comportamento particular da água explica por que certos lagos se congelam na superfície, permanecendo líquida a água no fundo. No figura abaixo, está representado o corte de um lago. Quando caí a temperatura ambiente, a água se resfria por convecção: a água da superfície, mais fria, desce, pois tem maior densidade que a água do fundo, que, sendo mais quente, sobe.


No entanto, ao ser atingida a temperatura de 4 °C, a movimentação por diferença de densidade não é mais possível, pois a essa temperatura a água tem densidade máxima. Continuando o resfriamento do ambiente, a densidade da água superficial diminui, não podendo mais descer. Assim, chega a se formar gelo na superfície e a água no fundo permanece líquida. Contribui para esse fenômeno o fato de a água e o gelo serem isolantes térmicos. No diagrama abaixo, representa-se uma situação em que o ambiente está a - 5 °C e a água no fundo está a 4 °C.




Fonte:
RAMALHO JUNIOR, Francisco; FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antônio de Toledo. Os fundamentos da física.Ed.MODERNA