MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Existem poucas questões que exercem tanto fascínio quanto a possibilidade de vida extraterrestre. A idéia de que nosso planeta, um ínfimo grão na vastidão do cosmos, seja o único com condições propícias para a vida é extremamente implausível.
Para um físico ou um astrônomo, basta pensar em termos estatísticos. A nossa galáxia, a Via Láctea, contém centenas de bilhões de estrelas. Um número enorme delas deve ter planetas à sua volta, tal como o Sol com seus nove planetas. Destes, uma grande parte estará perto o suficiente de sua estrela para não serem muito frios e longe o bastante para não serem quentes demais. Muitos deles terão atmosfera e água cobrindo parte de sua superfície. Finalmente, uma fração menor deles terá desenvolvido acidentalmente macromoléculas orgânicas capazes de se reproduzir e de se alimentar. Esses planetas exibirão o fenômeno vida.
Como existem centenas de bilhões de galáxias no Universo, é praticamente certo que vários milhões (ou bilhões?) de planetas serão nossos companheiros.
Para muitos biólogos, as coisas não são tão simples assim. A matéria viva é extremamente complexa, resultado de combinações de repetição muito improvável. Segundo esse ponto de vista, a vida é um acidente raro, cuja repetição em outros lugares do Universo não é nada óbvia.
Não bastam apenas os ingredientes -as moléculas orgânicas, água, uma atmosfera propícia- e tempo, no nosso caso cerca de 5 bilhões de anos, para que a vida simplesmente apareça. O fenômeno vida na Terra é uma singularidade estatística, e não falamos sobre seres vivos complicados, como os que vemos ao nosso redor. Aí a coisa fica mais difícil de ser entendida.
Para entender como a vida apareceu em nosso planeta e como ela existe em outros, temos de encontrar mundos onde essa singularidade estatística possa, talvez, reaparecer.
Os planetas não têm luz própria, mas refletem a luz da estrela em torno da qual eles giram . Achar planetas em torno de estrelas distantes com um telescópio é praticamente impossível. Mas eles são encontrados de forma indireta, baseada em sua ação gravitacional sobre a estrela. Segundo a terceira lei de movimento de Isaac Newton, a cada ação corresponde uma reação de igual intensidade e em sentido oposto. Assim, a estrela atrai o planeta e este também a atrai. Para planetas muito maciços, como Júpiter no caso do Sol, a estrela exibe um pequeno movimento circular em torno do "centro de gravidade" do sistema estrela-planeta.
É fácil entender o que é o centro de gravidade de um sistema. Imagine uma coleção de halteres construídos com massas iguais ou diferentes em suas extremidades. O ponto de equilíbrio de um deles, se as duas massas forem exatamente iguais, é o centro da haste. Se você balanceá-lo sobre uma haste vertical e girá-lo, suas extremidades descreverão "órbitas" circulares idênticas. Mas se uma das extremidades for muito mais maciça que a outra, o centro de gravidade não será mais exatamente no centro, mas perto da extremidade de maior massa. Quando esse sistema girar em torno de seu ponto de equilíbrio, a massa maior (a estrela) descreverá um movimento circular de raio pequeno, mas não nulo. Esse movimento causa pequenas variações na luz proveniente da estrela, que são medidas com grande precisão.
Até o momento, oito planetas foram encontrados usando-se esse método. Eles giram em torno de estrelas localizadas entre 46 anos-luz e 90 anos-luz do Sol e suas massas variam entre 0,45 e 11,6 da massa de Júpiter. A maioria desses planetas está muito perto de sua estrela (mais perto do que Mercúrio se encontra do Sol) e são extremamente quentes, caracterizando sistemas solares muito diferentes do nosso. Até o momento, nós ainda somos uma singularidade estatística. Mas isso é só uma questão de tempo.
quinta-feira, 19 de março de 1998
domingo, 8 de março de 1998
A antimatéria e as assimetrias do Universo
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Em setembro de 1995, um grupo de cientistas da Alemanha e da Itália liderados por Walter Oelert, do Instituto de Física Nuclear de Jurlich, na Alemanha, conseguiu, pela primeira vez na história, produzir átomos de antimatéria em laboratório. Essa incrível descoberta foi anunciada ao mundo em janeiro de 1996, causando verdadeira sensação dentro e fora do mundo acadêmico. Vale a pena revisitar e explorar o porquê da euforia.
Antes de mais nada, o que é antimatéria? Ao contrário de sua reputação misteriosa, a antimatéria não tem nada de muito extraordinário. Basicamente, partículas de antimatéria são semelhantes às partículas de matéria, mas com uma grande diferença: sua carga elétrica é oposta. Portanto, a antipartícula do elétron, o pósitron, tem carga positiva, enquanto a do próton tem carga negativa, o antipróton.
Mas se a antimatéria é assim tão sem graça, por que tantas estórias e mistérios? O problema é justamente esse. Segundo as leis da física de partículas, matéria e antimatéria deveriam aparecer na natureza em pé de igualdade. No entanto, observações astronômicas mostram que a antimatéria é extremamente rara no Universo. O mistério da antimatéria está em sua ausência.
Em 1931, Paul Dirac, um dos grandes físicos deste século, previu a existência da antimatéria, aplicando a teoria da relatividade à recém-descoberta mecânica quântica. Dois anos mais tarde, Carl Anderson, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA), detectou pósitrons em laboratório. Em 1955, antiprótons foram obtidos em experimentos feitos em Berkeley, na Califórnia.
Mas Dirac também previu que, ao entrarem em contato, matéria e antimatéria se desintegrariam imediatamente e suas massas seriam transformadas em radiação eletromagnética. Em outras palavras, se matéria e antimatéria existissem em pé de igualdade no Universo, nós não estaríamos aqui nos perguntando sobre suas propriedades. Nós somos produto dessa assimetria fundamental no Universo.
Como a explicação dessa assimetria é ainda alvo de muita discussão no meio acadêmico, a produção de átomos de antimatéria é extremamente importante. Até 1995, apenas partículas isoladas de antimatéria haviam sido observadas em laboratório, produto de colisões a energias altíssimas em aceleradores de partículas. Oelert e sua equipe produziram o primeiro átomo de antimatéria, um átomo de "anti-hidrogênio", com um antipróton no núcleo circundado por um pósitron.
Para tal feito, os físicos usaram o anel de Antipróton de Baixas Energias (Lear) no Conselho Europeu para Pesquisa Nuclear (Cern), na Suíça: um pequeno acelerador de forma circular capaz de acelerar antiprótons produzidos em outras colisões. A cada volta completa no anel (3 milhões de vezes por segundo!), os antiprótons bombardeavam uma amostra do gás xenônio. Muito raramente, a colisão dos antiprótons com os átomos de xenônio fazia parte da energia de um antipróton se converter em um par elétron-pósitron. Ainda mais raramente, a velocidade de um pósitron era suficientemente próxima da de um antipróton para que os dois se atraíssem eletricamente e formassem um átomo de "anti-hidrogênio".
Uma vez criados, os antiátomos existiam por apenas 40 bilionésimos de segundo, viajando a uma velocidade próxima à da luz por dez metros, até colidirem com os átomos da parede do acelerador, desintegrando-se em radiação eletromagnética. O desafio agora é criar antiátomos em quantidades muito maiores (apenas nove foram criados originalmente) e armazená-los sem que eles possam ser aniquilados em colisões com a matéria. Comparando as propriedades do anti-hidrogênio com o hidrogênio normal, talvez encontremos alguma informação sobre a origem da assimetria responsável pela nossa existência.
especial para a Folha
Em setembro de 1995, um grupo de cientistas da Alemanha e da Itália liderados por Walter Oelert, do Instituto de Física Nuclear de Jurlich, na Alemanha, conseguiu, pela primeira vez na história, produzir átomos de antimatéria em laboratório. Essa incrível descoberta foi anunciada ao mundo em janeiro de 1996, causando verdadeira sensação dentro e fora do mundo acadêmico. Vale a pena revisitar e explorar o porquê da euforia.
Antes de mais nada, o que é antimatéria? Ao contrário de sua reputação misteriosa, a antimatéria não tem nada de muito extraordinário. Basicamente, partículas de antimatéria são semelhantes às partículas de matéria, mas com uma grande diferença: sua carga elétrica é oposta. Portanto, a antipartícula do elétron, o pósitron, tem carga positiva, enquanto a do próton tem carga negativa, o antipróton.
Mas se a antimatéria é assim tão sem graça, por que tantas estórias e mistérios? O problema é justamente esse. Segundo as leis da física de partículas, matéria e antimatéria deveriam aparecer na natureza em pé de igualdade. No entanto, observações astronômicas mostram que a antimatéria é extremamente rara no Universo. O mistério da antimatéria está em sua ausência.
Em 1931, Paul Dirac, um dos grandes físicos deste século, previu a existência da antimatéria, aplicando a teoria da relatividade à recém-descoberta mecânica quântica. Dois anos mais tarde, Carl Anderson, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA), detectou pósitrons em laboratório. Em 1955, antiprótons foram obtidos em experimentos feitos em Berkeley, na Califórnia.
Mas Dirac também previu que, ao entrarem em contato, matéria e antimatéria se desintegrariam imediatamente e suas massas seriam transformadas em radiação eletromagnética. Em outras palavras, se matéria e antimatéria existissem em pé de igualdade no Universo, nós não estaríamos aqui nos perguntando sobre suas propriedades. Nós somos produto dessa assimetria fundamental no Universo.
Como a explicação dessa assimetria é ainda alvo de muita discussão no meio acadêmico, a produção de átomos de antimatéria é extremamente importante. Até 1995, apenas partículas isoladas de antimatéria haviam sido observadas em laboratório, produto de colisões a energias altíssimas em aceleradores de partículas. Oelert e sua equipe produziram o primeiro átomo de antimatéria, um átomo de "anti-hidrogênio", com um antipróton no núcleo circundado por um pósitron.
Para tal feito, os físicos usaram o anel de Antipróton de Baixas Energias (Lear) no Conselho Europeu para Pesquisa Nuclear (Cern), na Suíça: um pequeno acelerador de forma circular capaz de acelerar antiprótons produzidos em outras colisões. A cada volta completa no anel (3 milhões de vezes por segundo!), os antiprótons bombardeavam uma amostra do gás xenônio. Muito raramente, a colisão dos antiprótons com os átomos de xenônio fazia parte da energia de um antipróton se converter em um par elétron-pósitron. Ainda mais raramente, a velocidade de um pósitron era suficientemente próxima da de um antipróton para que os dois se atraíssem eletricamente e formassem um átomo de "anti-hidrogênio".
Uma vez criados, os antiátomos existiam por apenas 40 bilionésimos de segundo, viajando a uma velocidade próxima à da luz por dez metros, até colidirem com os átomos da parede do acelerador, desintegrando-se em radiação eletromagnética. O desafio agora é criar antiátomos em quantidades muito maiores (apenas nove foram criados originalmente) e armazená-los sem que eles possam ser aniquilados em colisões com a matéria. Comparando as propriedades do anti-hidrogênio com o hidrogênio normal, talvez encontremos alguma informação sobre a origem da assimetria responsável pela nossa existência.
domingo, 1 de março de 1998
Recriando as menores estruturas do Universo
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Eu me lembro, quando garoto, de infernizar a vida de meu pai com perguntas do tipo "Mas, pai, por que...?". As perguntas mais chatas de responder eram, as que cientistas podem passar uma vida inteira tentando responder. Parafraseando Milan Kundera, "as perguntas mais importantes são as que uma criança faz. São perguntas sem resposta e, portanto, perguntas que definem as limitações das possibilidades humanas".
Por exemplo, "Pai, o que que acontece se eu cortar um pedaço de pau em pedacinhos bem pequenos?". "Bem, você vai ficar com vários pedaços pequenos de madeira", meu pai responderia aliviado, pensando ter se safado rapidamente. Mas eu, como toda criança curiosa, não ia desistir assim, tão facilmente.
"Mas e se eu continuar cortando sem parar? Os pedaços de madeira desaparecem?"
Pois é, o que acontece quando dividimos a matéria em pedaços cada vez menores? Bem, diria o físico de partículas, você encontraria moléculas, que são agregados de átomos, depois átomos, que são agregados de partículas de matéria chamadas prótons, nêutrons e elétrons. Prótons e nêutrons ocupam o núcleo atômico, carregando praticamente toda a massa do átomo. Elétrons giram "ao redor" do núcleo, carregando suas cargas negativas. As aspas indicam que esse modelo do átomo como um minissistema solar não é realmente muito apropriado.
A esta altura, claro que não estamos mais "cortando" o átomo para dividi-lo. Experiências que estudam a estrutura da matéria no nível atômico e subatômico usam máquinas conhecidas como aceleradores de partículas, que colide matéria contra matéria a energias (velocidades) altíssimas. Quanto maior a energia da colisão, menores as distâncias que podemos estudar.
Um exemplo: suponha que você queira estudar o interior de uma laranja sem cortá-la. Um método seria deixá-la cair. De uma altura de 20 cm, nada de muito dramático aconteceria. Mas, se a laranja cair de uma altura de 20 m, ao colidir com o chão sua velocidade seria grande o suficiente para que seu interior nos fosse revelado: bagaço, sementes e muito suco.
Aceleradores de partículas estudam as menores estruturas da matéria por meio de colisões de altíssimas energias. O Tevatron, que atinge as maiores energias do mundo está a 40 km de Chicago, no Laboratório Nacional de Acelerador Fermi. As colisões ali produzidas atingem energias que permitem o estudo da estrutura da matéria a distâncias cem milhões de vezes menores que um átomo de hidrogênio, mil vezes menores que um próton!
A essas energias, fica claro que prótons e nêutrons não são partículas fundamentais, mas sim formadas por partículas ainda menores, chamadas quarks. Mas será que existem partículas ainda menores que os quarks? Será que essa hierarquia não vai terminar nunca? Estas perguntas óbvias não são nada simples.
Isso não significa que não há respostas. Na verdade, temos até respostas demais, baseadas em diferentes modelos do que acontece com a matéria a altíssimas energias, além das que podemos, no momento, estudar com nossos aceleradores. Esses modelos recebem nomes exóticos como supersimetria, tecnicolor, ou preons. Independente dos detalhes de cada modelo, todos dizem que a hierarquia termina, se não no nível dos quarks, num subnível próximo deles. Ou seja, que a matéria tem uma estrutura fundamental baseada em certas partículas elementares.
Alguns desses modelos serão testados na próxima década, quando um novo acelerador, que está sendo construído no Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern), perto de Genebra, na Suíça, colidirá partículas com energias até oito vezes maiores que o Tevatron. Mas, talvez ainda mais importante do que as respostas, serão as novas perguntas que surgirão do coração dessas colisões.
especial para a Folha
Eu me lembro, quando garoto, de infernizar a vida de meu pai com perguntas do tipo "Mas, pai, por que...?". As perguntas mais chatas de responder eram, as que cientistas podem passar uma vida inteira tentando responder. Parafraseando Milan Kundera, "as perguntas mais importantes são as que uma criança faz. São perguntas sem resposta e, portanto, perguntas que definem as limitações das possibilidades humanas".
Por exemplo, "Pai, o que que acontece se eu cortar um pedaço de pau em pedacinhos bem pequenos?". "Bem, você vai ficar com vários pedaços pequenos de madeira", meu pai responderia aliviado, pensando ter se safado rapidamente. Mas eu, como toda criança curiosa, não ia desistir assim, tão facilmente.
"Mas e se eu continuar cortando sem parar? Os pedaços de madeira desaparecem?"
Pois é, o que acontece quando dividimos a matéria em pedaços cada vez menores? Bem, diria o físico de partículas, você encontraria moléculas, que são agregados de átomos, depois átomos, que são agregados de partículas de matéria chamadas prótons, nêutrons e elétrons. Prótons e nêutrons ocupam o núcleo atômico, carregando praticamente toda a massa do átomo. Elétrons giram "ao redor" do núcleo, carregando suas cargas negativas. As aspas indicam que esse modelo do átomo como um minissistema solar não é realmente muito apropriado.
A esta altura, claro que não estamos mais "cortando" o átomo para dividi-lo. Experiências que estudam a estrutura da matéria no nível atômico e subatômico usam máquinas conhecidas como aceleradores de partículas, que colide matéria contra matéria a energias (velocidades) altíssimas. Quanto maior a energia da colisão, menores as distâncias que podemos estudar.
Um exemplo: suponha que você queira estudar o interior de uma laranja sem cortá-la. Um método seria deixá-la cair. De uma altura de 20 cm, nada de muito dramático aconteceria. Mas, se a laranja cair de uma altura de 20 m, ao colidir com o chão sua velocidade seria grande o suficiente para que seu interior nos fosse revelado: bagaço, sementes e muito suco.
Aceleradores de partículas estudam as menores estruturas da matéria por meio de colisões de altíssimas energias. O Tevatron, que atinge as maiores energias do mundo está a 40 km de Chicago, no Laboratório Nacional de Acelerador Fermi. As colisões ali produzidas atingem energias que permitem o estudo da estrutura da matéria a distâncias cem milhões de vezes menores que um átomo de hidrogênio, mil vezes menores que um próton!
A essas energias, fica claro que prótons e nêutrons não são partículas fundamentais, mas sim formadas por partículas ainda menores, chamadas quarks. Mas será que existem partículas ainda menores que os quarks? Será que essa hierarquia não vai terminar nunca? Estas perguntas óbvias não são nada simples.
Isso não significa que não há respostas. Na verdade, temos até respostas demais, baseadas em diferentes modelos do que acontece com a matéria a altíssimas energias, além das que podemos, no momento, estudar com nossos aceleradores. Esses modelos recebem nomes exóticos como supersimetria, tecnicolor, ou preons. Independente dos detalhes de cada modelo, todos dizem que a hierarquia termina, se não no nível dos quarks, num subnível próximo deles. Ou seja, que a matéria tem uma estrutura fundamental baseada em certas partículas elementares.
Alguns desses modelos serão testados na próxima década, quando um novo acelerador, que está sendo construído no Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern), perto de Genebra, na Suíça, colidirá partículas com energias até oito vezes maiores que o Tevatron. Mas, talvez ainda mais importante do que as respostas, serão as novas perguntas que surgirão do coração dessas colisões.
domingo, 22 de fevereiro de 1998
A primeira experiência de teletransporte
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Imagine um futuro longínquo, quando aviões, trens ou qualquer outro meio de transporte tenham se tornado coisa do passado. Para ir de um ponto a outro no espaço, bastará entrar em uma cabine de teletransporte e sair, instantaneamente, em outra, no destino desejado. Poderemos começar uma viagem em São Paulo e terminá-la no Rio, ou em outra galáxia...
Mas essa história é velha! Basta assistir a um episódio da série "Jornada nas Estrelas" que veremos o Capitão Kirk ser teletransportado sem maiores mistérios. Ficção científica? Sem dúvida. Mas, recentemente, físicos na Áustria e na Itália, conseguiram pela primeira vez teletransportar uma propriedade de um fóton -uma partícula de luz cuja existência foi proposta por Einstein em 1905- de um ponto a outro no espaço. Instantaneamente.
Sabemos que a luz pode ser descrita como ondas eletromagnéticas que se propagam à velocidade de 300.000 km/s no espaço vazio. Como toda onda, a luz pode ser polarizada, ou seja, ela pode estar vibrando em apenas um determinado plano.
Imagine uma corda com uma das extremidades amarrada a uma árvore. Vibrando a outra extremidade, podemos fazer com que a corda ondule com "polarizações" diferentes, por exemplo, perpendicular ou paralela à árvore. O fóton, como digno representante corpuscular da luz, ou melhor, da radiação eletromagnética, também exibe diferentes polarizações.
Nas experiências feitas na Áustria e na Itália, a propriedade do fóton teletransportada foi sua polarização. Imagine que Maria esteja interessada em teletransportar para João a polarização de um fóton. Maria tem dois fótons, que ela chama de A e M (de mensageiro). João tem um fóton B. O teletransporte seria, então, fazer com que o fóton de João (B) adquira a polarização original do fóton de Maria (A). No teletransporte, nenhum fóton viaja fisicamente através do espaço separando Maria e João. Apenas as propriedades do fóton A, de Maria, se materializam instantaneamente no fóton B, de João. (Para o leitor curioso, esse fenômeno não viola a causalidade.)
Como que esse fenômeno bizarro de interação instantânea a distância é possível? O comportamento de objetos no mundo submicroscópico muitas vezes vai contra nossas noções do que é ou não possível. No caso dos fótons, é possível construir um par de fótons que exibem, juntos, uma propriedade conhecida como "entrelaçamento".
Se um par de fótons está entrelaçado, ao medirmos a polarização de um deles, o outro imediatamente assumirá a polarização perpendicular à que foi medida. Se os fótons A e M estão entrelaçados e se medirmos A com polarização vertical, M assumirá polarização horizontal.
O que é fantástico é que esse efeito não depende da distância entre os dois fótons. A e M podem estar separados por um metro, dez quilômetros (como no experimento recente) ou estar em outra parte da galáxia. Mas, ao medirmos a polarização de A, M assumirá imediatamente a polarização perpendicular. Einstein jamais aceitou essa possibilidade. Mas vários experimentos comprovaram o entrelaçamento de dois fótons.
Voltando a João e Maria, eles entrelaçam os fótons M e B. Maria, por sua vez, entrelaça seus dois fótons, A e M. O que acontece? Quando Maria entrelaça A e M, sabemos que M assumirá a polarização perpendicular a A. Mas, como M e B também estão entrelaçados, sabemos que B assumirá a polarização perpendicular a M. Ou seja, B assumirá a polarização original de A.
As aplicações são potencialmente imensas, mesmo que ainda não possamos sequer imaginar como teletransportar seres humanos. Mas nos campos emergentes de criptografia e computação quântica (computadores baseados em moléculas), o teletransporte será um ingrediente fundamental. O que era ficção vai se tornando, de fóton em fóton, realidade.
especial para a Folha
Imagine um futuro longínquo, quando aviões, trens ou qualquer outro meio de transporte tenham se tornado coisa do passado. Para ir de um ponto a outro no espaço, bastará entrar em uma cabine de teletransporte e sair, instantaneamente, em outra, no destino desejado. Poderemos começar uma viagem em São Paulo e terminá-la no Rio, ou em outra galáxia...
Mas essa história é velha! Basta assistir a um episódio da série "Jornada nas Estrelas" que veremos o Capitão Kirk ser teletransportado sem maiores mistérios. Ficção científica? Sem dúvida. Mas, recentemente, físicos na Áustria e na Itália, conseguiram pela primeira vez teletransportar uma propriedade de um fóton -uma partícula de luz cuja existência foi proposta por Einstein em 1905- de um ponto a outro no espaço. Instantaneamente.
Sabemos que a luz pode ser descrita como ondas eletromagnéticas que se propagam à velocidade de 300.000 km/s no espaço vazio. Como toda onda, a luz pode ser polarizada, ou seja, ela pode estar vibrando em apenas um determinado plano.
Imagine uma corda com uma das extremidades amarrada a uma árvore. Vibrando a outra extremidade, podemos fazer com que a corda ondule com "polarizações" diferentes, por exemplo, perpendicular ou paralela à árvore. O fóton, como digno representante corpuscular da luz, ou melhor, da radiação eletromagnética, também exibe diferentes polarizações.
Nas experiências feitas na Áustria e na Itália, a propriedade do fóton teletransportada foi sua polarização. Imagine que Maria esteja interessada em teletransportar para João a polarização de um fóton. Maria tem dois fótons, que ela chama de A e M (de mensageiro). João tem um fóton B. O teletransporte seria, então, fazer com que o fóton de João (B) adquira a polarização original do fóton de Maria (A). No teletransporte, nenhum fóton viaja fisicamente através do espaço separando Maria e João. Apenas as propriedades do fóton A, de Maria, se materializam instantaneamente no fóton B, de João. (Para o leitor curioso, esse fenômeno não viola a causalidade.)
Como que esse fenômeno bizarro de interação instantânea a distância é possível? O comportamento de objetos no mundo submicroscópico muitas vezes vai contra nossas noções do que é ou não possível. No caso dos fótons, é possível construir um par de fótons que exibem, juntos, uma propriedade conhecida como "entrelaçamento".
Se um par de fótons está entrelaçado, ao medirmos a polarização de um deles, o outro imediatamente assumirá a polarização perpendicular à que foi medida. Se os fótons A e M estão entrelaçados e se medirmos A com polarização vertical, M assumirá polarização horizontal.
O que é fantástico é que esse efeito não depende da distância entre os dois fótons. A e M podem estar separados por um metro, dez quilômetros (como no experimento recente) ou estar em outra parte da galáxia. Mas, ao medirmos a polarização de A, M assumirá imediatamente a polarização perpendicular. Einstein jamais aceitou essa possibilidade. Mas vários experimentos comprovaram o entrelaçamento de dois fótons.
Voltando a João e Maria, eles entrelaçam os fótons M e B. Maria, por sua vez, entrelaça seus dois fótons, A e M. O que acontece? Quando Maria entrelaça A e M, sabemos que M assumirá a polarização perpendicular a A. Mas, como M e B também estão entrelaçados, sabemos que B assumirá a polarização perpendicular a M. Ou seja, B assumirá a polarização original de A.
As aplicações são potencialmente imensas, mesmo que ainda não possamos sequer imaginar como teletransportar seres humanos. Mas nos campos emergentes de criptografia e computação quântica (computadores baseados em moléculas), o teletransporte será um ingrediente fundamental. O que era ficção vai se tornando, de fóton em fóton, realidade.
domingo, 15 de fevereiro de 1998
Uma brevíssima história do vazio
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Há muitos anos, Gilberto Gil compôs uma canção que dizia: "É sempre bom lembrar que um copo vazio está cheio de ar". Ela lembra a frase budista: "Onde existe luz existe sombra". Vazio e cheio, luz e sombra: a idéia da complementaridade de opostos está profundamente arraigada no pensamento humano.
Mas o que acontece com o copo vazio se todo o seu ar for retirado? Imaginemos uma fantástica bomba de vácuo, uma máquina capaz de sugar todo o ar de dentro de qualquer recipiente perfeitamente lacrado. Será que conseguiremos chegar ao ponto de um vazio absoluto? (Claro, um copo implodiria devido à pressão, mas estamos imaginando um copo "perfeito".)
A possibilidade ou não da existência de um "vazio absoluto" já era debatida ferozmente na Grécia Antiga, em torno do século 5 a.C. Segundo Parmênides, filósofo pré-socrático que viveu em Eléa, sul da Itália, o Universo é permeado pela presença de "Eon", o Ser em seu sentido mais abstrato, a Existência onipresente e estática, imutável e perfeita. Portanto, o Vazio é uma impossibilidade, já que sua existência seria equivalente à de um Não-Ser, que contradiria a onipresença absoluta do Eon.
Para contrariar os parmenidianos, os atomistas postularam que tudo é composto de átomos e se movimenta no vazio. Tudo na natureza pode ser reduzido a átomos e seus agregados, que se movem no espaço vazio. A imutabilidade do Ser de Parmênides é transferida aos átomos, indestrutíveis e eternos. Mas, para os atomistas, o vazio existe.
Aristóteles retomou de certa forma a tese de Parmênides de que o vazio não existe: "A natureza odeia o vácuo". Como para ele a velocidade dos corpos em movimento é inversamente proporcional à densidade do meio, um meio perfeitamente vazio (densidade nula) implicaria movimentos de velocidade infinita, um absurdo para Aristóteles.
Pulando quase 2.000 anos, o debate sobre a natureza do vazio voltou a estimular a imaginação dos filósofos da natureza. René Descartes, no século 18, postulou a existência de vórtices no espaço que transportavam os planetas em suas órbitas, enquanto Newton assumiu, como os atomistas, que o espaço interplanetário é vazio; a força da gravidade é a responsável pelos movimentos dos objetos celestes.
No século 19, o problema do vazio reapareceu em outro ramo da física, o eletromagnetismo. O britânico James Maxwell mostrou que a luz é uma onda eletromagnética que se propaga à velocidade de 3.000 km/s. Mas as ondas se propagam em um meio material: as de som se propagam no ar e as do mar, na água. De fato, ondas são apenas uma manifestação da propagação de energia através de um meio material. E as ondas luminosas? Em que meio elas se propagam?
Para Maxwell, ondas luminosas se propagam em um meio material chamado "éter". Todos os cientistas da época acreditavam na existência do éter, apesar de suas propriedades muito estranhas, preenchendo todo o espaço (Aristóteles outra vez!), mas, ao mesmo tempo, sendo imponderável, rígido como um sólido e incapaz de oferecer resistência ao movimento dos objetos celestes.
Em 1905, Einstein apresenta sua teoria da relatividade restrita, em que ele mostra que o éter é perfeitamente descartável. O vazio reaparece triunfalmente, juntamente com toda uma reformulação das idéias newtonianas de espaço e tempo. Mas a festa durou pouco. Com o desenvolvimento da mecânica quântica na década de 20, ficou claro que pequenas violações na lei de conservação de energia são possíveis, mesmo que por pouquíssimo tempo. E como matéria e energia são "interconversíveis", essas flutuações quânticas de energia podem criar matéria. O vácuo quântico é repleto dessas flutuações, partículas que aparecem e desaparecem continuamente numa dança de criação e destruição. O vazio não existe. Aristóteles, que não riu por último, pode sorrir novamente.
especial para a Folha
Há muitos anos, Gilberto Gil compôs uma canção que dizia: "É sempre bom lembrar que um copo vazio está cheio de ar". Ela lembra a frase budista: "Onde existe luz existe sombra". Vazio e cheio, luz e sombra: a idéia da complementaridade de opostos está profundamente arraigada no pensamento humano.
Mas o que acontece com o copo vazio se todo o seu ar for retirado? Imaginemos uma fantástica bomba de vácuo, uma máquina capaz de sugar todo o ar de dentro de qualquer recipiente perfeitamente lacrado. Será que conseguiremos chegar ao ponto de um vazio absoluto? (Claro, um copo implodiria devido à pressão, mas estamos imaginando um copo "perfeito".)
A possibilidade ou não da existência de um "vazio absoluto" já era debatida ferozmente na Grécia Antiga, em torno do século 5 a.C. Segundo Parmênides, filósofo pré-socrático que viveu em Eléa, sul da Itália, o Universo é permeado pela presença de "Eon", o Ser em seu sentido mais abstrato, a Existência onipresente e estática, imutável e perfeita. Portanto, o Vazio é uma impossibilidade, já que sua existência seria equivalente à de um Não-Ser, que contradiria a onipresença absoluta do Eon.
Para contrariar os parmenidianos, os atomistas postularam que tudo é composto de átomos e se movimenta no vazio. Tudo na natureza pode ser reduzido a átomos e seus agregados, que se movem no espaço vazio. A imutabilidade do Ser de Parmênides é transferida aos átomos, indestrutíveis e eternos. Mas, para os atomistas, o vazio existe.
Aristóteles retomou de certa forma a tese de Parmênides de que o vazio não existe: "A natureza odeia o vácuo". Como para ele a velocidade dos corpos em movimento é inversamente proporcional à densidade do meio, um meio perfeitamente vazio (densidade nula) implicaria movimentos de velocidade infinita, um absurdo para Aristóteles.
Pulando quase 2.000 anos, o debate sobre a natureza do vazio voltou a estimular a imaginação dos filósofos da natureza. René Descartes, no século 18, postulou a existência de vórtices no espaço que transportavam os planetas em suas órbitas, enquanto Newton assumiu, como os atomistas, que o espaço interplanetário é vazio; a força da gravidade é a responsável pelos movimentos dos objetos celestes.
No século 19, o problema do vazio reapareceu em outro ramo da física, o eletromagnetismo. O britânico James Maxwell mostrou que a luz é uma onda eletromagnética que se propaga à velocidade de 3.000 km/s. Mas as ondas se propagam em um meio material: as de som se propagam no ar e as do mar, na água. De fato, ondas são apenas uma manifestação da propagação de energia através de um meio material. E as ondas luminosas? Em que meio elas se propagam?
Para Maxwell, ondas luminosas se propagam em um meio material chamado "éter". Todos os cientistas da época acreditavam na existência do éter, apesar de suas propriedades muito estranhas, preenchendo todo o espaço (Aristóteles outra vez!), mas, ao mesmo tempo, sendo imponderável, rígido como um sólido e incapaz de oferecer resistência ao movimento dos objetos celestes.
Em 1905, Einstein apresenta sua teoria da relatividade restrita, em que ele mostra que o éter é perfeitamente descartável. O vazio reaparece triunfalmente, juntamente com toda uma reformulação das idéias newtonianas de espaço e tempo. Mas a festa durou pouco. Com o desenvolvimento da mecânica quântica na década de 20, ficou claro que pequenas violações na lei de conservação de energia são possíveis, mesmo que por pouquíssimo tempo. E como matéria e energia são "interconversíveis", essas flutuações quânticas de energia podem criar matéria. O vácuo quântico é repleto dessas flutuações, partículas que aparecem e desaparecem continuamente numa dança de criação e destruição. O vazio não existe. Aristóteles, que não riu por último, pode sorrir novamente.
domingo, 8 de fevereiro de 1998
As nebulosas e as sementes primordiais do Universo
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
O astrônomo inglês William Herschel, descobridor do planeta Urano, comparava o céu noturno com um jardim "repleto de criações as mais variadas". Após décadas de árduas observações, Herschel compilou um catálogo celeste com mais de 2.500 dessas "criações", na época conhecidas apenas como nebulosas.
Para Herschel e outros astrônomos do início do século 19, nebulosas eram objetos celestes difusos, que, ao contrário de planetas ou estrelas, não apareciam como pontos de luz mas como manchas luminosas. Foram necessários outros cem anos para que a natureza das nebulosas fosse desvendada.
Por que a demora? Se olharmos para o céu em uma noite sem Lua, longe de qualquer cidade e de suas luzes, podemos distinguir apenas três objetos que seriam classificados por Herschel como nebulosas: Andrômeda, nossa galáxia vizinha, a aproximadamente 2 milhões de anos-luz do Sol, e as duas Nuvens de Magalhães, a 170 mil anos-luz do Sol. Devido à sua distância de nós, as nebulosas são difíceis de serem observadas. Com o desenvolvimento dos telescópios de grande porte, ficou claro que elas são vários tipos de objetos de natureza muito diversa, as "criações" do jardim cósmico de Herschel.
Existem galáxias, nebulosas planetárias, que são restos mortais de explosões estelares, aglomerados globulares de estrelas, nuvens de gás interestelar e vários outros tipos de "nebulosas". Mas, nem mesmo em seus sonhos mais criativos, Herschel poderia imaginar o quanto é rico e complicado o jardim celeste.
Nas últimas duas décadas, armados de poderosos telescópios e de novas tecnologias ópticas, que permitem que vastas porções do céu sejam fotografadas digitalmente com grande precisão, astrônomos descobriram que os céus não só exibem as mais variadas criações, mas também uma riquíssima cultura.
Talvez o melhor modelo da estrutura cósmica descoberta pelos astrônomos seja a do banho de espuma. Do mesmo modo que em um banho de espuma bolhas se tocam apenas na superfície, galáxias também são encontradas na "superfície" de bolhas, regiões com o interior praticamente vazio.
Um dos maiores mistérios da astronomia moderna é desvendar os mecanismos responsáveis pela formação dessas vastas estruturas cósmicas. Segundo observações atuais, muitas delas trabalho do excelente astrônomo brasileiro Luis Nicolacci da Costa, os "vazios cósmicos" podem ter diâmetros de dezenas de milhões de anos-luz!
O escultor principal dessa vasta estrutura cósmica é a força da gravidade. Modelos numéricos que tentam reproduzir as estruturas observadas usam a gravidade como a força responsável pelo colapso da matéria em estruturas organizadas, de galáxias e aglomerados de galáxias a bolhas cósmicas. No momento, os modelos mais bem-sucedidos, ou seja, que reproduzem melhor as estruturas observadas, usam três ingredientes. Primeiro, se adiciona matéria bariônica, ou seja, matéria ordinária, feita de prótons e nêutrons. A essa adiciona-se um outro tipo de matéria, conhecida como "matéria escura", que apenas interage com a matéria ordinária devido à gravidade. A natureza da matéria escura permanece ainda um mistério. Mas estamos certos de sua presença no Universo.
Mas só adicionarmos matéria e gravidade não é suficiente. É necessário também plantarmos sementes, concentrações de energia que possam provocar o colapso inicial da matéria bariônica e escura. Essas sementes primordiais são resultado de processos físicos que ocorreram durante a infância do Universo e ainda são foco de muita especulação. Mas, sem essas sementes, o jardim cósmico jamais poderá florescer, dando origem às suas ricas criações.
especial para a Folha
O astrônomo inglês William Herschel, descobridor do planeta Urano, comparava o céu noturno com um jardim "repleto de criações as mais variadas". Após décadas de árduas observações, Herschel compilou um catálogo celeste com mais de 2.500 dessas "criações", na época conhecidas apenas como nebulosas.
Para Herschel e outros astrônomos do início do século 19, nebulosas eram objetos celestes difusos, que, ao contrário de planetas ou estrelas, não apareciam como pontos de luz mas como manchas luminosas. Foram necessários outros cem anos para que a natureza das nebulosas fosse desvendada.
Por que a demora? Se olharmos para o céu em uma noite sem Lua, longe de qualquer cidade e de suas luzes, podemos distinguir apenas três objetos que seriam classificados por Herschel como nebulosas: Andrômeda, nossa galáxia vizinha, a aproximadamente 2 milhões de anos-luz do Sol, e as duas Nuvens de Magalhães, a 170 mil anos-luz do Sol. Devido à sua distância de nós, as nebulosas são difíceis de serem observadas. Com o desenvolvimento dos telescópios de grande porte, ficou claro que elas são vários tipos de objetos de natureza muito diversa, as "criações" do jardim cósmico de Herschel.
Existem galáxias, nebulosas planetárias, que são restos mortais de explosões estelares, aglomerados globulares de estrelas, nuvens de gás interestelar e vários outros tipos de "nebulosas". Mas, nem mesmo em seus sonhos mais criativos, Herschel poderia imaginar o quanto é rico e complicado o jardim celeste.
Nas últimas duas décadas, armados de poderosos telescópios e de novas tecnologias ópticas, que permitem que vastas porções do céu sejam fotografadas digitalmente com grande precisão, astrônomos descobriram que os céus não só exibem as mais variadas criações, mas também uma riquíssima cultura.
Talvez o melhor modelo da estrutura cósmica descoberta pelos astrônomos seja a do banho de espuma. Do mesmo modo que em um banho de espuma bolhas se tocam apenas na superfície, galáxias também são encontradas na "superfície" de bolhas, regiões com o interior praticamente vazio.
Um dos maiores mistérios da astronomia moderna é desvendar os mecanismos responsáveis pela formação dessas vastas estruturas cósmicas. Segundo observações atuais, muitas delas trabalho do excelente astrônomo brasileiro Luis Nicolacci da Costa, os "vazios cósmicos" podem ter diâmetros de dezenas de milhões de anos-luz!
O escultor principal dessa vasta estrutura cósmica é a força da gravidade. Modelos numéricos que tentam reproduzir as estruturas observadas usam a gravidade como a força responsável pelo colapso da matéria em estruturas organizadas, de galáxias e aglomerados de galáxias a bolhas cósmicas. No momento, os modelos mais bem-sucedidos, ou seja, que reproduzem melhor as estruturas observadas, usam três ingredientes. Primeiro, se adiciona matéria bariônica, ou seja, matéria ordinária, feita de prótons e nêutrons. A essa adiciona-se um outro tipo de matéria, conhecida como "matéria escura", que apenas interage com a matéria ordinária devido à gravidade. A natureza da matéria escura permanece ainda um mistério. Mas estamos certos de sua presença no Universo.
Mas só adicionarmos matéria e gravidade não é suficiente. É necessário também plantarmos sementes, concentrações de energia que possam provocar o colapso inicial da matéria bariônica e escura. Essas sementes primordiais são resultado de processos físicos que ocorreram durante a infância do Universo e ainda são foco de muita especulação. Mas, sem essas sementes, o jardim cósmico jamais poderá florescer, dando origem às suas ricas criações.
domingo, 1 de fevereiro de 1998
Beleza = simetria + ordem
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
A beleza é uma dessas coisas extremamente difíceis de serem definidas com precisão. O que para uns é belo, para outros pode ser horrível. Essa subjetividade cultural da beleza vai além do visual. Para os ocidentais, uma ópera chinesa ou um recital de cítara indiana pode ser uma experiência dolorosa. Para um aborígine australiano, Mozart pode soar no mínimo distante, certamente exótico.
No entanto, existem certos valores estéticos que parecem transcender fronteiras culturais ou mesmo temporais. Após a conquista romana do Egito, a decoração das múmias passou a ser influenciada pela arte clássica, criando uma espécie de fusão entre a arte egípcia e a greco-romana.
Retratos das pessoas mumificadas, pintados em estilo clássico, decoravam as tampas dos sarcófagos, dando-nos a oportunidade de aprender um pouco sobre os valores culturais e artísticos de uma sociedade que existiu há cerca de 2.000 anos.
É um fato curioso e relevante a universalidade do conceito de simetria como expressão do belo. Mesmo para olhos "ocidentais", a beleza da arte egípcia antes e depois da conquista romana é indiscutível. O mesmo acontece com a arte muçulmana, com suas decorações suntuosas de mesquitas em ladrilhos pintados em padrões geométricos, que influenciou a obra do pintor francês Henri Matisse. E quem não gosta de um tapete persa?
Portanto, algumas obras só são belas para uma certa cultura, enquanto outras transcendem barreiras culturais. A meu ver, a diferença entre dois tipos de beleza está ligada à noção de ordem. Temos de organizar o mundo à nossa volta por razões originalmente ditadas pela sobrevivência em um ambiente austero e competitivo.
Unidos à necessidade "tribal" de organização, certos fenômenos naturais se manifestam ordenadamente. Na aparição diurna do Sol, no ciclo anual das estações ou na volta periódica dos planetas, a natureza exibe, de forma aconchegantemente previsível, ciclos que ajudam a organizar nossa vida. O imprevisível, como furacões, tempestades ou a morte, está ligado ao mistério do desconhecido e à quebra da ordem. A desordem é assustadora e inspiradora, à sua maneira.
Simetria é o ponto de encontro entre beleza e ordem. Existe algo profundamente satisfatório na apreciação de uma forma simétrica, seja ela a arquitetura de um templo grego, de uma pirâmide egípcia ou de uma catedral gótica. Ou as asas de uma borboleta, a concha de um molusco, um arco-íris. Essa apreciação universal pelo simétrico como manifestação do belo vai além de sua expressão artística através dos tempos. Simetria é também uma das grandes fontes de inspiração da criatividade científica.
Pitágoras, no século 6 a.C., fundou uma escola filosófica que preconizava os números como representação da estética universal, uma ponte entre a razão humana e o mundo natural. Segundo os pitagóricos, tudo podia ser representado por números, sendo o papel do filósofo descobrir as relações secretas entre eles e a natureza.
Os pitagóricos criaram a noção de harmonia para representar o estado de transcendência que é atingido quando nossas aspirações estéticas, manifestas por meio dos números e suas relações, encontram ressonância no mundo real. Ordem, beleza e simetria são unificadas em uma experiência que une o místico ao intelectual.
Essa busca pelo que é tanto racionalmente belo quanto relacionado com uma descrição do mundo real é o que inspira grande parte da obra científica tanto no passado quanto hoje. Nós, como os pitagóricos, também celebramos a harmonia dos números na descrição científica da natureza.
especial para a Folha
A beleza é uma dessas coisas extremamente difíceis de serem definidas com precisão. O que para uns é belo, para outros pode ser horrível. Essa subjetividade cultural da beleza vai além do visual. Para os ocidentais, uma ópera chinesa ou um recital de cítara indiana pode ser uma experiência dolorosa. Para um aborígine australiano, Mozart pode soar no mínimo distante, certamente exótico.
No entanto, existem certos valores estéticos que parecem transcender fronteiras culturais ou mesmo temporais. Após a conquista romana do Egito, a decoração das múmias passou a ser influenciada pela arte clássica, criando uma espécie de fusão entre a arte egípcia e a greco-romana.
Retratos das pessoas mumificadas, pintados em estilo clássico, decoravam as tampas dos sarcófagos, dando-nos a oportunidade de aprender um pouco sobre os valores culturais e artísticos de uma sociedade que existiu há cerca de 2.000 anos.
É um fato curioso e relevante a universalidade do conceito de simetria como expressão do belo. Mesmo para olhos "ocidentais", a beleza da arte egípcia antes e depois da conquista romana é indiscutível. O mesmo acontece com a arte muçulmana, com suas decorações suntuosas de mesquitas em ladrilhos pintados em padrões geométricos, que influenciou a obra do pintor francês Henri Matisse. E quem não gosta de um tapete persa?
Portanto, algumas obras só são belas para uma certa cultura, enquanto outras transcendem barreiras culturais. A meu ver, a diferença entre dois tipos de beleza está ligada à noção de ordem. Temos de organizar o mundo à nossa volta por razões originalmente ditadas pela sobrevivência em um ambiente austero e competitivo.
Unidos à necessidade "tribal" de organização, certos fenômenos naturais se manifestam ordenadamente. Na aparição diurna do Sol, no ciclo anual das estações ou na volta periódica dos planetas, a natureza exibe, de forma aconchegantemente previsível, ciclos que ajudam a organizar nossa vida. O imprevisível, como furacões, tempestades ou a morte, está ligado ao mistério do desconhecido e à quebra da ordem. A desordem é assustadora e inspiradora, à sua maneira.
Simetria é o ponto de encontro entre beleza e ordem. Existe algo profundamente satisfatório na apreciação de uma forma simétrica, seja ela a arquitetura de um templo grego, de uma pirâmide egípcia ou de uma catedral gótica. Ou as asas de uma borboleta, a concha de um molusco, um arco-íris. Essa apreciação universal pelo simétrico como manifestação do belo vai além de sua expressão artística através dos tempos. Simetria é também uma das grandes fontes de inspiração da criatividade científica.
Pitágoras, no século 6 a.C., fundou uma escola filosófica que preconizava os números como representação da estética universal, uma ponte entre a razão humana e o mundo natural. Segundo os pitagóricos, tudo podia ser representado por números, sendo o papel do filósofo descobrir as relações secretas entre eles e a natureza.
Os pitagóricos criaram a noção de harmonia para representar o estado de transcendência que é atingido quando nossas aspirações estéticas, manifestas por meio dos números e suas relações, encontram ressonância no mundo real. Ordem, beleza e simetria são unificadas em uma experiência que une o místico ao intelectual.
Essa busca pelo que é tanto racionalmente belo quanto relacionado com uma descrição do mundo real é o que inspira grande parte da obra científica tanto no passado quanto hoje. Nós, como os pitagóricos, também celebramos a harmonia dos números na descrição científica da natureza.
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