A ciência precisa de liberdade para progredir. É difícil imaginar que idéias possam fluir em uma realidade cheia de obstáculos morais e censuras legislativas. A ciência, aqui, não difere de cultura em geral: é difícil também imaginar que a produtividade cultural possa sobreviver apenas clandestinamente, se bem que esse foi e é o caso em ditaduras militares ou religiosas. A censura e a rigidez moral castram a criatividade, mas não conseguem destruí-la.
Por outro lado, se a ciência serve à sociedade, ela deve prestar contas ao cidadão. Afinal, ao menos em pesquisa mais básica, quem paga a conta são os governos, a partir da coleta de impostos. E, como quem paga os impostos é o cidadão, a produtividade científica é financiada, em grande parte, pela sociedade.
Claro, existe também a pesquisa financiada diretamente pela indústria, com fins lucrativos. Ou a pesquisa financiada pelo governo com fins militares. Com o desenvolvimento acelerado da tecnologia nos últimos 20 anos, essas linhas divisórias têm se tornado cada vez mais invisíveis. Um físico desenvolvendo um novo tipo de liga metálica pode estar interessado em suas propriedades a baixíssimas temperaturas (a ciência básica, pois baixas temperaturas não são viáveis comercialmente), ou na sua utilização na construção civil (a ciência aplicada), ou na sua utilização em mísseis intercontinentais (a ciência bélica). A liga metálica é a mesma, mas ela pode servir a propósitos completamente distintos.
Aqui surge um dilema para o cientista: até que ponto sua obrigação profissional deve interferir em sua atividade criativa? Será que o físico trabalhando em uma universidade, sabendo que sua nova liga metálica pode ser usada em mísseis, deve divulgar seus resultados?
Para citar um exemplo histórico, Leonardo da Vinci construiu várias armas de guerra para o seu patrono. Mas ele recusou-se a divulgar seus planos para a construção de um submarino, pois sabia que seu uso, aliado à perversidade do homem, provocaria mortes horrendas sob as águas. Da Vinci não queria ter seu nome associado a tal máquina de destruição. Hoje, apenas um submarino da Marinha norte-americana é capaz de carregar 24 mísseis nucleares de alcance intercontinental, suficientes para destruir uma boa fração da vida na Terra.
A lição dessa história é clara: nenhuma invenção permanecerá "escondida" por muito tempo. Alguém acabará por redescobri-la mais cedo ou mais tarde. Os norte-americanos ficaram completamente boquiabertos quando os soviéticos detonaram uma bomba atômica logo após o fim da Segunda Guerra, seguida de uma bomba de hidrogênio.
O Projeto Genoma, envolvendo centenas de cientistas espalhados pelo mundo, compete com laboratórios privados na corrida pelo mapeamento do genoma humano. A biotecnologia levanta uma série de novos desafios éticos, questões que a sociedade precisa confrontar. Este mês, um trio de médicos anunciou em Roma que a clonagem de humanos é uma questão de tempo. E não muito. Várias pessoas têm uma verdadeira aversão à idéia de que será possível construirmos cópias exatas de um ser humano. Mais ainda, com a manipulação direta do gene, será também possível "encomendar" uma pessoa, como encomendamos um terno no alfaiate. Essa cor de olhos, essa altura, essa cor de pele, um bom atleta, Q.I. alto.
A primeira reação é: "Mas que absurdo! Isso deve ser proibido!" Mas essa reação é inútil. Porque a pesquisa irá continuar, proibida ou não, do mesmo modo que jornalistas, músicos e cineastas continuam a trabalhar sob regimes de ditadura. Países irão adotar políticas diferentes, alguns mais liberais do que outros.
Veja o exemplo recente do Reino Unido, autorizando a pesquisa que usa embriões para buscar a cura de várias doenças. Portanto, fora laboratórios clandestinos, os cientistas podem sempre emigrar para países mais liberais. É fácil criticar os cientistas pela sua "ganância", por esse apetite de querer sempre ir em frente. Mas essa é justamente a força da ciência. Sem essa curiosidade, ela entra em estagnação. O que a sociedade deve exigir dos cientistas é um compromisso moral com a verdade, um franco diálogo em que as repercussões das pesquisas são discutidas abertamente. É hipócrita culpar o inventor da pólvora pela morte de todas as pessoas em guerras. Somos nós que vamos à guerra, nossos governos, nossos soldados, nossos cientistas.
domingo, 25 de março de 2001
domingo, 18 de março de 2001
A violenta ascensão e queda dos dinossauros
Hoje gostaria de abordar um tema que desperta o interesse de cientistas de várias áreas, desde a astrofísica e a geologia até a biologia e a paleontologia: o das causas violentas de ascensão e queda dos dinossauros. Como o leitor pode imaginar, qualquer tópico que misture tantas áreas diferentes de pesquisa cria também polêmica. O consenso vem apenas após muita briga, ou melhor, após pesquisa e discussão acadêmica.
Os dinossauros reinaram supremos sobre as outras espécies por mais de 100 milhões de anos. Há 65 milhões de anos, eles desapareceram em um intervalo curtíssimo de tempo. A evidência de que a extinção ocorreu rapidamente é baseada na espessura da chamada camada K/ T, que separa o Período Cretáceo do Terciário. Em termos geológicos, podemos imaginar que a superfície da Terra é como uma torta de várias camadas, cada uma com um sabor diferente. Do mesmo modo que, para preparar a torta, as camadas são superpostas uma após a outra, a superfície da Terra também retrata a ordem temporal com que as diferentes camadas de sedimentos foram depositadas. Quanto mais profunda for a camada, mais antiga ela é, funcionando como um calendário da história da Terra.
Vários estudos realizados dos dois "lados" da camada K/T mostram que, de fato, enquanto a camada correspondente ao Período Cretáceo é rica em fósseis de dinossauros, na camada do Terciário eles são quase que inexistentes. Essa conclusão não foi imediata: quando os fósseis são raros, a determinação de sua abundância é muito difícil. Fora isso, em 65 milhões de anos, um grande número de fósseis pode ter sido (e foi) destruído. Hoje está claro que os dinossauros desapareceram mesmo abruptamente há 65 milhões de anos.
A causa desse desaparecimento foi um dos focos das brigas, ou melhor, discussões acadêmicas, a que me referi acima. A maioria dos paleontólogos defendia a idéia de que a extinção dos dinossauros tivesse ocorrido gradualmente, devido a uma combinação de causas, incluindo atividade vulcânica, mudanças climáticas e desequilíbrio na cadeia alimentar. Dale Russell foi um dos poucos paleontólogos a propor um mecanismo diferente. Em 1971, junto com o astrofísico Wallace Tucker, Russell sugeriu que os dinossauros foram extintos devido à explosão de uma estrela (uma supernova) em nossa vizinhança, que bombardeou a Terra com doses letais de radiação.
O catastrofismo entrava triunfalmente na paleontologia.Durante a década de 80, ficou claro que 70% das espécies foram extintas há 65 milhões de anos devido ao impacto de um cometa ou um asteróide. A prova é baseada em dois fatos principais: primeiro, encontrou-se o elemento irídio na camada K/T em quantidades muito maiores do que o normal. Sabemos que esse elemento é bem mais abundante em asteróides e cometas do que na Terra. Segundo, a cratera causada pelo impacto foi descoberta na península de Yucatán, no México.
A extinção dos dinossauros permitiu que os mamíferos, até então bastante insignificantes, evoluíssem a ponto de, há 4 milhões de anos, surgirem os primeiros hominídeos. Sem o impacto, provavelmente não estaríamos aqui.A novidade maior é que, aparentemente, a era dos dinossauros também foi iniciada por um outro impacto cataclísmico. Na transição entre os Períodos Permiano e Triássico, há 250 milhões de anos, 95% das espécies foram dizimadas, tanto nos mares como em terra. Pelo que sabemos hoje, essa foi a maior extinção na história da vida na Terra. Ela foi também a extinção que criou as condições que facilitaram a evolução dos dinossauros. Recentemente, cientistas descobriram excesso de um composto de carbono chamado fulereno, que tem o formato de uma bola de futebol.
Como uma bola, essas moléculas bastante grandes podem armazenar gases em seu interior. Uma análise desses gases, principalmente hélio e argônio, mostrou que sua abundância relativa corresponde a quantidades observadas em meteoritos e não às encontradas na Terra. Ou seja, os fulerenos soterrados na camada P/T têm uma origem extraterrestre. Os dinossauros devem a sua ascensão e a sua queda à colisão de corpos celestes com a Terra. Nossa ascensão também se deve, em parte, ao mesmo motivo. Esperemos que não a nossa queda.
Os dinossauros reinaram supremos sobre as outras espécies por mais de 100 milhões de anos. Há 65 milhões de anos, eles desapareceram em um intervalo curtíssimo de tempo. A evidência de que a extinção ocorreu rapidamente é baseada na espessura da chamada camada K/ T, que separa o Período Cretáceo do Terciário. Em termos geológicos, podemos imaginar que a superfície da Terra é como uma torta de várias camadas, cada uma com um sabor diferente. Do mesmo modo que, para preparar a torta, as camadas são superpostas uma após a outra, a superfície da Terra também retrata a ordem temporal com que as diferentes camadas de sedimentos foram depositadas. Quanto mais profunda for a camada, mais antiga ela é, funcionando como um calendário da história da Terra.
Vários estudos realizados dos dois "lados" da camada K/T mostram que, de fato, enquanto a camada correspondente ao Período Cretáceo é rica em fósseis de dinossauros, na camada do Terciário eles são quase que inexistentes. Essa conclusão não foi imediata: quando os fósseis são raros, a determinação de sua abundância é muito difícil. Fora isso, em 65 milhões de anos, um grande número de fósseis pode ter sido (e foi) destruído. Hoje está claro que os dinossauros desapareceram mesmo abruptamente há 65 milhões de anos.
A causa desse desaparecimento foi um dos focos das brigas, ou melhor, discussões acadêmicas, a que me referi acima. A maioria dos paleontólogos defendia a idéia de que a extinção dos dinossauros tivesse ocorrido gradualmente, devido a uma combinação de causas, incluindo atividade vulcânica, mudanças climáticas e desequilíbrio na cadeia alimentar. Dale Russell foi um dos poucos paleontólogos a propor um mecanismo diferente. Em 1971, junto com o astrofísico Wallace Tucker, Russell sugeriu que os dinossauros foram extintos devido à explosão de uma estrela (uma supernova) em nossa vizinhança, que bombardeou a Terra com doses letais de radiação.
O catastrofismo entrava triunfalmente na paleontologia.Durante a década de 80, ficou claro que 70% das espécies foram extintas há 65 milhões de anos devido ao impacto de um cometa ou um asteróide. A prova é baseada em dois fatos principais: primeiro, encontrou-se o elemento irídio na camada K/T em quantidades muito maiores do que o normal. Sabemos que esse elemento é bem mais abundante em asteróides e cometas do que na Terra. Segundo, a cratera causada pelo impacto foi descoberta na península de Yucatán, no México.
A extinção dos dinossauros permitiu que os mamíferos, até então bastante insignificantes, evoluíssem a ponto de, há 4 milhões de anos, surgirem os primeiros hominídeos. Sem o impacto, provavelmente não estaríamos aqui.A novidade maior é que, aparentemente, a era dos dinossauros também foi iniciada por um outro impacto cataclísmico. Na transição entre os Períodos Permiano e Triássico, há 250 milhões de anos, 95% das espécies foram dizimadas, tanto nos mares como em terra. Pelo que sabemos hoje, essa foi a maior extinção na história da vida na Terra. Ela foi também a extinção que criou as condições que facilitaram a evolução dos dinossauros. Recentemente, cientistas descobriram excesso de um composto de carbono chamado fulereno, que tem o formato de uma bola de futebol.
Como uma bola, essas moléculas bastante grandes podem armazenar gases em seu interior. Uma análise desses gases, principalmente hélio e argônio, mostrou que sua abundância relativa corresponde a quantidades observadas em meteoritos e não às encontradas na Terra. Ou seja, os fulerenos soterrados na camada P/T têm uma origem extraterrestre. Os dinossauros devem a sua ascensão e a sua queda à colisão de corpos celestes com a Terra. Nossa ascensão também se deve, em parte, ao mesmo motivo. Esperemos que não a nossa queda.
domingo, 11 de março de 2001
Réquiem para uma catedral do espaço
Dentro de poucos dias, o Pacífico Sul vai receber em torno de 40 toneladas de detritos fumegantes, os restos mortais da magnífica estação espacial russa conhecida como Mir. A maior parte das suas 135 toneladas será carbonizada durante a reentrada na atmosfera. Se tudo correr conforme o planejado, a reentrada se dará entre 13 e 18 de março, e o impacto, em uma área desabitada de 6.000 quilômetros por 200 quilômetros, entre a Nova Zelândia e a ilha de Páscoa.
Com o fim da estação Mir, se encerra uma página da história da exploração do espaço, o último capítulo da corrida espacial fomentada pela Guerra Fria.A estação Mir foi a primeira a ser construída a partir de módulos individuais, que podem ser conectados a uma estrutura principal. Essa arquitetura dá tremenda versatilidade à espaçonave, pois novos módulos podem ser adicionados já com a estrutura flutuando em torno da Terra.
Seu primeiro módulo, pesando 20 toneladas, com 13 metros de comprimento e 4,1 metros de diâmetro, foi posto em órbita no dia 19 de fevereiro de 1986, inaugurando 15 anos de exploração espacial, que incluíram a visita de 104 astronautas, russos e americanos, transportados em mais de 140 vôos e 60 missões de reabastecimento. Inúmeras experiências científicas foram realizadas na Mir, uma das mais importantes sendo o teste de como seres humanos se comportam em ambientes quase sem gravidade por longos períodos de tempo.
O médico russo Valeri Polyakov é o detentor atual do recorde de permanência, tendo ficado a bordo da Mir por 14 meses.Esse tipo de experimento é fundamental para o futuro do programa espacial, já que uma missão tripulada de ida e volta para Marte demoraria três anos (seis meses de viagem de ida, seis de viagem de volta e mais dois anos no destino, esperando o ponto justo entre as órbitas da Terra e de Marte que minimize a distância viajada e o combustível utilizado). Fora as mudanças fisiológicas causadas pela ausência prolongada de gravidade, os astronautas têm de lidar com as privações emocionais e o estresse causado ao enfrentarem situações de vida ou morte.
Outro problema é a exposição a doses bem mais altas de radiação do que as que recebemos aqui na Terra, protegidos pela atmosfera.Sem a experiência acumulada pelos russos com a Mir, a Estação Espacial Internacional (ISS), a nova catedral do espaço, não poderia ter sido construída. Sendo uma colaboração entre vários países, mas principalmente entre a Rússia e os EUA, a ISS também inaugura uma nova era no programa espacial, a da cooperação internacional. Se a queda do Muro de Berlim foi o símbolo terrestre do fim da Guerra Fria, a ISS é seu símbolo no espaço.
Na verdade, a ISS é um símbolo maior ainda, uma demonstração concreta da possibilidade de união entre os vários países e as diversas culturas da Terra em prol de um fim conjunto de interesse para toda a humanidade: nosso destino no espaço.A estação espacial Mir, em seus 15 anos de funcionamento, demonstrou a viabilidade de um programa prolongado de exploração espacial baseado em uma plataforma-mãe, um trampolim para o resto do cosmo.
Não é difícil imaginar um futuro onde teremos várias estações espaciais, ilhas espalhadas pelo Sistema Solar, onde missões vindas da Terra ou de outros planetas possam reabastecer seu combustível, sua tripulação possa "esticar as pernas" e dados científicos possam ser discutidos e analisados. Talvez, como no filme "Guerra nas Estrelas", algumas delas tenham até bares onde os astronautas possam beber uma cerveja e ouvir um jazz. Isso supondo que essas estruturas sejam capazes de gerar sua própria gravidade, o que é em princípio possível por meio de rotação ou aceleração (os leitores que assistiram ao filme "2001: Uma Odisséia no Espaço" devem estar lembrados de como a estação espacial girava).
Quando era garoto, eu estava convencido de que em 2001 estaríamos todos viajando em espaçonaves, quem sabe até explorando os mistérios do Sistema Solar em missões tripuladas. Mas os sonhos são assim mesmo, bem mais apressados do que a realidade. Hoje continuo convencido de que isso tudo irá acontecer. Só prefiro não arriscar quando. Mas seja lá quando for, espero que a velha e sábia Mir continue viva na nossa memória como tendo sido o primeiro trampolim para o espaço.
Com o fim da estação Mir, se encerra uma página da história da exploração do espaço, o último capítulo da corrida espacial fomentada pela Guerra Fria.A estação Mir foi a primeira a ser construída a partir de módulos individuais, que podem ser conectados a uma estrutura principal. Essa arquitetura dá tremenda versatilidade à espaçonave, pois novos módulos podem ser adicionados já com a estrutura flutuando em torno da Terra.
Seu primeiro módulo, pesando 20 toneladas, com 13 metros de comprimento e 4,1 metros de diâmetro, foi posto em órbita no dia 19 de fevereiro de 1986, inaugurando 15 anos de exploração espacial, que incluíram a visita de 104 astronautas, russos e americanos, transportados em mais de 140 vôos e 60 missões de reabastecimento. Inúmeras experiências científicas foram realizadas na Mir, uma das mais importantes sendo o teste de como seres humanos se comportam em ambientes quase sem gravidade por longos períodos de tempo.
O médico russo Valeri Polyakov é o detentor atual do recorde de permanência, tendo ficado a bordo da Mir por 14 meses.Esse tipo de experimento é fundamental para o futuro do programa espacial, já que uma missão tripulada de ida e volta para Marte demoraria três anos (seis meses de viagem de ida, seis de viagem de volta e mais dois anos no destino, esperando o ponto justo entre as órbitas da Terra e de Marte que minimize a distância viajada e o combustível utilizado). Fora as mudanças fisiológicas causadas pela ausência prolongada de gravidade, os astronautas têm de lidar com as privações emocionais e o estresse causado ao enfrentarem situações de vida ou morte.
Outro problema é a exposição a doses bem mais altas de radiação do que as que recebemos aqui na Terra, protegidos pela atmosfera.Sem a experiência acumulada pelos russos com a Mir, a Estação Espacial Internacional (ISS), a nova catedral do espaço, não poderia ter sido construída. Sendo uma colaboração entre vários países, mas principalmente entre a Rússia e os EUA, a ISS também inaugura uma nova era no programa espacial, a da cooperação internacional. Se a queda do Muro de Berlim foi o símbolo terrestre do fim da Guerra Fria, a ISS é seu símbolo no espaço.
Na verdade, a ISS é um símbolo maior ainda, uma demonstração concreta da possibilidade de união entre os vários países e as diversas culturas da Terra em prol de um fim conjunto de interesse para toda a humanidade: nosso destino no espaço.A estação espacial Mir, em seus 15 anos de funcionamento, demonstrou a viabilidade de um programa prolongado de exploração espacial baseado em uma plataforma-mãe, um trampolim para o resto do cosmo.
Não é difícil imaginar um futuro onde teremos várias estações espaciais, ilhas espalhadas pelo Sistema Solar, onde missões vindas da Terra ou de outros planetas possam reabastecer seu combustível, sua tripulação possa "esticar as pernas" e dados científicos possam ser discutidos e analisados. Talvez, como no filme "Guerra nas Estrelas", algumas delas tenham até bares onde os astronautas possam beber uma cerveja e ouvir um jazz. Isso supondo que essas estruturas sejam capazes de gerar sua própria gravidade, o que é em princípio possível por meio de rotação ou aceleração (os leitores que assistiram ao filme "2001: Uma Odisséia no Espaço" devem estar lembrados de como a estação espacial girava).
Quando era garoto, eu estava convencido de que em 2001 estaríamos todos viajando em espaçonaves, quem sabe até explorando os mistérios do Sistema Solar em missões tripuladas. Mas os sonhos são assim mesmo, bem mais apressados do que a realidade. Hoje continuo convencido de que isso tudo irá acontecer. Só prefiro não arriscar quando. Mas seja lá quando for, espero que a velha e sábia Mir continue viva na nossa memória como tendo sido o primeiro trampolim para o espaço.
domingo, 4 de março de 2001
A estufa global
O astrônomo e divulgador de ciência norte-americano Carl Sagan foi o primeiro a propor uma explicação para a curiosa atmosfera de Vênus, um planeta coberto por uma espessa camada de gases que deixa o calor do Sol entrar, mas pouco dele sair. Podemos fazer uma analogia com cobertores. Nosso corpo irradia calor constantemente.
A função do cobertor, ou de um casaco, é manter esse calor perto de nosso corpo, de modo a evitar que ele resfrie. Quanto maior o número de cobertores, mais quente você se sentirá, pois menos calor poderá escapar. A atmosfera de Vênus, 90 vezes mais maciça do que a da Terra, funciona como um cobertor extremamente espesso, deixando pouquíssimo do calor perto da superfície escapar.Sagan argumentou corretamente que o problema com Vênus é a sua proximidade do Sol. Se puséssemos a Terra na posição de Vênus, a temperatura aumentaria dramaticamente, levando a uma maior evaporação dos oceanos. Mais ainda, rochas que retêm dióxido de carbono (CO2), o rei dos gases que causam o efeito estufa, liberariam o gás com maior rapidez, aumentando sua concentração na atmosfera.
O novo excesso de vapor d'água e de CO2 bloquearia o fluxo de calor da Terra para o espaço, aumentando ainda mais a temperatura na superfície. Esse aumento de temperatura desencadearia um efeito estufa acelerado (como se o cobertor engrossasse com o tempo), o que rapidamente transformaria a Terra em Vênus, que tem temperaturas de 450C, dia e noite. Um verdadeiro inferno.Felizmente, a Terra não está tão perto do Sol quanto Vênus. Infelizmente, nós estamos trabalhando arduamente para engrossar o nosso próprio cobertor, com o aumento desenfreado da quantidade de emissão de CO2 e outros gases que provocam o efeito estufa em nossa atmosfera.
Um estudo do Painel Internacional de Mudança Climática (IPCC), com a participação de 700 cientistas do mundo inteiro, acaba de publicar parcialmente os resultados de seu estudo, encomendado pelas Nações Unidas e o mais detalhado até o momento.As notícias, como era de esperar, são péssimas. Na coluna de 21 de dezembro de 1997, comentei sobre os resultados do mesmo Painel, divulgados em 1995. Os resultados atuais são muito mais precisos, devido a avanços na modelagem do fluxo de calor na atmosfera e ao poder dos computadores. Por exemplo, a estação de trabalho que eu usava em 1995 era a mais rápida do mundo, com processadores de 266 MHz. Hoje, é relativamente fácil comprar um PC com processadores de frequência três vezes maior.
Em 1995, o painel do IPCC estimava que, até o ano 2001, a temperatura média global aumentaria entre 1C e 3,5C. A estimativa agora é de que o aumento possa chegar a 10,4C nos próximos cem anos, o maior aumento de temperatura nos últimos 10 mil anos, que teria consequências climáticas gravíssimas para todo o planeta.Sem querer soar como o profeta do apocalipse (que, aliás, é o assunto de meu próximo livro), mudanças de temperatura a esse nível causariam secas devastadoras, enchentes, tempestades violentíssimas e um aumento geral da pestilência, principalmente da malária e do cólera. Vários cientistas alertam para outros tipos de doenças que se manifestariam mais agressivamente, com a proliferação de insetos transmissores.
E adivinhe quem sofrerá as piores consequências? Os países da África, da Ásia e da América Latina, aí incluído o Brasil.Alguns países industrializados, incluindo o maior poluente do mundo, os EUA, ainda não ratificaram o Protocolo de Kyoto de 1997, que requer um corte na emissão dos gases que causam o efeito estufa em 5%, tendo por base os níveis de 1990, até 2012. Nem isso. O que fazer?Alguns, inclusive cientistas, só acreditam vendo e não dão credibilidade ao IPCC. Eles são aqueles que só após a casa queimar se dão conta de que não vão ter onde morar. No mínimo, podemos agir localmente, comprando carros econômicos, indo junto com colegas ao trabalho, usando transportes públicos (quando seguro), usando menos energia em casa e no escritório e criticando aqueles que não o fazem. Caso contrário, estaremos contribuindo para tornar nossa Terra um lugar insuportável para as futuras gerações.
A função do cobertor, ou de um casaco, é manter esse calor perto de nosso corpo, de modo a evitar que ele resfrie. Quanto maior o número de cobertores, mais quente você se sentirá, pois menos calor poderá escapar. A atmosfera de Vênus, 90 vezes mais maciça do que a da Terra, funciona como um cobertor extremamente espesso, deixando pouquíssimo do calor perto da superfície escapar.Sagan argumentou corretamente que o problema com Vênus é a sua proximidade do Sol. Se puséssemos a Terra na posição de Vênus, a temperatura aumentaria dramaticamente, levando a uma maior evaporação dos oceanos. Mais ainda, rochas que retêm dióxido de carbono (CO2), o rei dos gases que causam o efeito estufa, liberariam o gás com maior rapidez, aumentando sua concentração na atmosfera.
O novo excesso de vapor d'água e de CO2 bloquearia o fluxo de calor da Terra para o espaço, aumentando ainda mais a temperatura na superfície. Esse aumento de temperatura desencadearia um efeito estufa acelerado (como se o cobertor engrossasse com o tempo), o que rapidamente transformaria a Terra em Vênus, que tem temperaturas de 450C, dia e noite. Um verdadeiro inferno.Felizmente, a Terra não está tão perto do Sol quanto Vênus. Infelizmente, nós estamos trabalhando arduamente para engrossar o nosso próprio cobertor, com o aumento desenfreado da quantidade de emissão de CO2 e outros gases que provocam o efeito estufa em nossa atmosfera.
Um estudo do Painel Internacional de Mudança Climática (IPCC), com a participação de 700 cientistas do mundo inteiro, acaba de publicar parcialmente os resultados de seu estudo, encomendado pelas Nações Unidas e o mais detalhado até o momento.As notícias, como era de esperar, são péssimas. Na coluna de 21 de dezembro de 1997, comentei sobre os resultados do mesmo Painel, divulgados em 1995. Os resultados atuais são muito mais precisos, devido a avanços na modelagem do fluxo de calor na atmosfera e ao poder dos computadores. Por exemplo, a estação de trabalho que eu usava em 1995 era a mais rápida do mundo, com processadores de 266 MHz. Hoje, é relativamente fácil comprar um PC com processadores de frequência três vezes maior.
Em 1995, o painel do IPCC estimava que, até o ano 2001, a temperatura média global aumentaria entre 1C e 3,5C. A estimativa agora é de que o aumento possa chegar a 10,4C nos próximos cem anos, o maior aumento de temperatura nos últimos 10 mil anos, que teria consequências climáticas gravíssimas para todo o planeta.Sem querer soar como o profeta do apocalipse (que, aliás, é o assunto de meu próximo livro), mudanças de temperatura a esse nível causariam secas devastadoras, enchentes, tempestades violentíssimas e um aumento geral da pestilência, principalmente da malária e do cólera. Vários cientistas alertam para outros tipos de doenças que se manifestariam mais agressivamente, com a proliferação de insetos transmissores.
E adivinhe quem sofrerá as piores consequências? Os países da África, da Ásia e da América Latina, aí incluído o Brasil.Alguns países industrializados, incluindo o maior poluente do mundo, os EUA, ainda não ratificaram o Protocolo de Kyoto de 1997, que requer um corte na emissão dos gases que causam o efeito estufa em 5%, tendo por base os níveis de 1990, até 2012. Nem isso. O que fazer?Alguns, inclusive cientistas, só acreditam vendo e não dão credibilidade ao IPCC. Eles são aqueles que só após a casa queimar se dão conta de que não vão ter onde morar. No mínimo, podemos agir localmente, comprando carros econômicos, indo junto com colegas ao trabalho, usando transportes públicos (quando seguro), usando menos energia em casa e no escritório e criticando aqueles que não o fazem. Caso contrário, estaremos contribuindo para tornar nossa Terra um lugar insuportável para as futuras gerações.
domingo, 25 de fevereiro de 2001
Aconteceu em Copenhague
Em 1941, em plena Segunda Guerra Mundial, dois gigantes da física encontram-se em Copenhague, na Dinamarca: Niels Bohr e Werner Heisenberg. Bohr, dinamarquês, foi o primeiro a desenvolver, em 1913, um modelo do átomo usando princípios da física quântica, proposta na virada do século 20 por Max Planck (1900) e Albert Einstein (1905).
Heisenberg, alemão, propôs as equações que descrevem o comportamento de sistemas atômicos (outra versão, equivalente à de Heisenberg, foi proposta pelo austríaco Erwin Schrödinger). Bohr, mais velho, era tido como o "pai" da mecânica quântica, sendo venerado pelos jovens que a construíram: Heisenberg, Pauli, Born, Dirac, Jordan e outros. Heinsenberg era o menino-prodígio de Bohr, um mestre da matemática. E uma pessoa extremamente misteriosa.
Heisenberg foi o único dos "grandes" a permanecer na Alemanha durante a Segunda Guerra. Todos os outros escaparam, alguns para outros países da Europa, ou para os Estados Unidos, como fez Einstein. Quando Heisenberg foi visitar Bohr em Copenhague, a Alemanha já havia dominado boa parte da Europa, inclusive a Dinamarca. Heisenberg era o chefe do programa nuclear nazista. Bohr deplorava o expansionismo de Hitler e mantinha-se em contato com os aliados. Heisenberg foi visitar seu antigo mentor como representante da potência invasora.
Qual era o objetivo de Heisenberg em Copenhague? Por que ele queria tanto conversar com Bohr? Será que ele queria arrancar segredos de seu velho mentor para usá-los na construção da bomba atômica nazista? Será que ele foi informar a Bohr que ele deveria escapar o quanto antes de Copenhague? Ou será que ele foi confessar a Bohr que sua verdadeira intenção era boicotar o programa nuclear nazista, de modo que Hitler nunca pudesse ter uma bomba atômica em suas mãos?Essas questões formam o pano de fundo para a magnífica peça teatral "Copenhagen", do inglês Michael Frayn, que vem fazendo tremendo sucesso na Inglaterra e nos EUA e que deverá estrear em abril em São Paulo.
O mais fascinante aspecto desse drama é a sua incerteza. Heisenberg foi o criador do famoso princípio da incerteza da mecânica quântica, que diz que certos pares de variáveis não podem ser medidos juntamente com precisão arbitrária. Por exemplo, se tentarmos medir a velocidade e a posição de um elétron em órbita em torno de um núcleo atômico, encontraremos um limite máximo de precisão em nossas medidas e, quanto mais precisas forem as medidas de uma das variáveis, maior será a imprecisão, ou a incerteza, na outra.
As incertezas da visita, ou não sabermos ao certo o que Heisenberg foi fazer em Copenhague, são traduzidas na peça em várias possíveis versões do que de fato aconteceu, todas plausíveis e todas envolvendo profundas decisões éticas. Imagine a responsabilidade moral nas mãos de um homem que seria (ou talvez não) capaz de fornecer a um líder maníaco e assassino um instrumento de destruição global. Se ele seguisse o seu patriotismo, transformando a sua nação no grande império do mundo ocidental, ele mancharia para sempre seu nome nas páginas da história.
Qual o preço da vitória? Se ele boicotasse o seu país, ele estaria ajudando os inimigos de sua nação (seus colegas de profissão e amigos pessoais) a construir a mesma arma de destruição que transformaria para sempre o destino da humanidade. Heisenberg enfrenta no seu dilema moral a mesma incerteza que ele explicou existir na física que rege o átomo. É impossível, para ele, escolher o caminho "certo" com precisão absoluta. A vida, como o átomo, não oferece respostas precisas, exatas. Cada escolha moral envolve ganhos e perdas, a formação de novas alianças e a destruição de outras.
Cada escolha seleciona apenas um caminho, onde antes existiam vários. Nossas escolhas influenciam nosso destino, mesmo quando sabemos que nenhuma delas é a escolha "certa".Não sabemos nem se Heisenberg tinha o conhecimento necessário para produzir a bomba -aparentemente não. Quando comparamos o programa nuclear nazista com a gigantesca operação norte-americana, o Projeto Manhattan, vemos que os nazistas jamais poderiam ter construído a bomba em tempo hábil. Se isso foi devido ao boicote ou à ineficiência de Heisenberg, jamais saberemos. Teremos de nos contentar com a incerteza e tentar aprender com ela.
Heisenberg, alemão, propôs as equações que descrevem o comportamento de sistemas atômicos (outra versão, equivalente à de Heisenberg, foi proposta pelo austríaco Erwin Schrödinger). Bohr, mais velho, era tido como o "pai" da mecânica quântica, sendo venerado pelos jovens que a construíram: Heisenberg, Pauli, Born, Dirac, Jordan e outros. Heinsenberg era o menino-prodígio de Bohr, um mestre da matemática. E uma pessoa extremamente misteriosa.
Heisenberg foi o único dos "grandes" a permanecer na Alemanha durante a Segunda Guerra. Todos os outros escaparam, alguns para outros países da Europa, ou para os Estados Unidos, como fez Einstein. Quando Heisenberg foi visitar Bohr em Copenhague, a Alemanha já havia dominado boa parte da Europa, inclusive a Dinamarca. Heisenberg era o chefe do programa nuclear nazista. Bohr deplorava o expansionismo de Hitler e mantinha-se em contato com os aliados. Heisenberg foi visitar seu antigo mentor como representante da potência invasora.
Qual era o objetivo de Heisenberg em Copenhague? Por que ele queria tanto conversar com Bohr? Será que ele queria arrancar segredos de seu velho mentor para usá-los na construção da bomba atômica nazista? Será que ele foi informar a Bohr que ele deveria escapar o quanto antes de Copenhague? Ou será que ele foi confessar a Bohr que sua verdadeira intenção era boicotar o programa nuclear nazista, de modo que Hitler nunca pudesse ter uma bomba atômica em suas mãos?Essas questões formam o pano de fundo para a magnífica peça teatral "Copenhagen", do inglês Michael Frayn, que vem fazendo tremendo sucesso na Inglaterra e nos EUA e que deverá estrear em abril em São Paulo.
O mais fascinante aspecto desse drama é a sua incerteza. Heisenberg foi o criador do famoso princípio da incerteza da mecânica quântica, que diz que certos pares de variáveis não podem ser medidos juntamente com precisão arbitrária. Por exemplo, se tentarmos medir a velocidade e a posição de um elétron em órbita em torno de um núcleo atômico, encontraremos um limite máximo de precisão em nossas medidas e, quanto mais precisas forem as medidas de uma das variáveis, maior será a imprecisão, ou a incerteza, na outra.
As incertezas da visita, ou não sabermos ao certo o que Heisenberg foi fazer em Copenhague, são traduzidas na peça em várias possíveis versões do que de fato aconteceu, todas plausíveis e todas envolvendo profundas decisões éticas. Imagine a responsabilidade moral nas mãos de um homem que seria (ou talvez não) capaz de fornecer a um líder maníaco e assassino um instrumento de destruição global. Se ele seguisse o seu patriotismo, transformando a sua nação no grande império do mundo ocidental, ele mancharia para sempre seu nome nas páginas da história.
Qual o preço da vitória? Se ele boicotasse o seu país, ele estaria ajudando os inimigos de sua nação (seus colegas de profissão e amigos pessoais) a construir a mesma arma de destruição que transformaria para sempre o destino da humanidade. Heisenberg enfrenta no seu dilema moral a mesma incerteza que ele explicou existir na física que rege o átomo. É impossível, para ele, escolher o caminho "certo" com precisão absoluta. A vida, como o átomo, não oferece respostas precisas, exatas. Cada escolha moral envolve ganhos e perdas, a formação de novas alianças e a destruição de outras.
Cada escolha seleciona apenas um caminho, onde antes existiam vários. Nossas escolhas influenciam nosso destino, mesmo quando sabemos que nenhuma delas é a escolha "certa".Não sabemos nem se Heisenberg tinha o conhecimento necessário para produzir a bomba -aparentemente não. Quando comparamos o programa nuclear nazista com a gigantesca operação norte-americana, o Projeto Manhattan, vemos que os nazistas jamais poderiam ter construído a bomba em tempo hábil. Se isso foi devido ao boicote ou à ineficiência de Heisenberg, jamais saberemos. Teremos de nos contentar com a incerteza e tentar aprender com ela.
domingo, 18 de fevereiro de 2001
Ciência e Criação
A origem do Universo inspirou incontáveis mitos de criação no passado e inspira muita ciência no presente. De fato, todas as culturas relatam, de uma forma ou de outra, uma história da criação do mundo. A cultura moderna, tão influenciada pela ciência, não é uma exceção. Essa necessidade que temos de explicar a origem de "tudo", incluindo a nossa, não escapa aos cientistas.
E, muito da "crise" que existe entre a ciência e a religião vem justamente da -desnecessária- colisão entre a versão (ou, melhor, versões) religiosa da origem do cosmo e a versão científica.Para focarmos melhor nossa discussão, vamos nos concentrar na versão judaico-cristã da Criação, conforme ela é relatada no Antigo Testamento. O ponto fundamental aqui é que a criação do mundo, segundo esse relato, marcou também a origem do tempo.
Essa interpretação é sugerida, por exemplo, por Santo Agostinho, que escreveu que Deus criou o tempo juntamente com o cosmo. "Antes" da Criação, argumentou Santo Agostinho, não faz sentido. (Segundo ele mesmo escreveu, alguns respondem à questão de o que Deus estava fazendo antes de criar o mundo dizendo que estava criando o Inferno para todos aqueles que fazem esse tipo de pergunta.)Continuando com o relato judaico-cristão, Deus criou o cosmo ex nihilo, do nada: sua ação criadora foi a causa inicial da existência material do mundo.
Por que Deus, que é por definição perfeito, sentiu a necessidade de criar, é um problema mais complicado, muitas vezes atribuído a uma vaidade divina: para ser amado pela sua criação. Mas acho melhor deixar este debate de lado. De qualquer forma, o ponto crucial aqui é que, segundo o Antigo Testamento, a Criação é um processo eminentemente sobrenatural, atribuído à ação divina, milagrosa e onipotente.Entram os cientistas, especialmente os cosmólogos modernos, atribuindo ao Universo propriedades quantitativas e explicáveis por meio de leis naturais.
O modelo cosmológico conhecido como Big Bang, que localiza a Criação do Universo no tempo (mas não no espaço -o Big Bang não foi uma explosão a partir de um ponto central) imediatamente inspira analogias com o relato do Gênese. Afinal, ambos falam de um início de tudo, antes do que o tempo não existia. Esse tipo de comparação só gera confusão e animosidade entre cientistas e pessoas de fé. Eis por quê: primeiro, a Bíblia não tem o intuito de descrever quantitativamente a estrutura do cosmo. Voltando a Santo Agostinho, a interpretação da Bíblia deve ser alegórica e não literal.
Usar a narrativa do Gênese como texto científico corrompe a função do texto, que é a de estabelecer a natureza onipotente de Deus. Note, também, que existem dois relatos de Criação no Gênese. Qual é o "correto"?Por outro lado, os cosmólogos que dizem entender a origem do Universo não estão sendo honestos.
Antes de mais nada, a teoria que descreve a expansão do Universo usada em cosmologia, a teoria da relatividade geral de Einstein, tem, como qualquer teoria física, limite de validade. Ela deixa de ser válida quando a matéria atinge densidades inimaginavelmente altas, possíveis bem perto do tempo "t=0". Se o Universo está em expansão, e as galáxias estão se afastando cada vez mais, ao voltarmos no tempo elas estarão cada vez mais próximas. Perto do "t=0", a matéria estaria espremida em volumes tão pequenos que sua densidade e temperatura seriam enormes.
A relatividade geral deixa de funcionar e temos de usar outra teoria. Mas qual? Existem versões diferentes, mas todas misturam idéias da mecânica quântica, que estuda a física atômica e subatômica -no Universo primordial, a física do muito pequeno passa a ser fundamental. Uma das versões chama-se supercordas, outra, cosmologia quântica.
Ambas ainda incompletas, se bem que muito sugestivas.Vamos supor que, um dia, tenhamos uma teoria física da origem do Universo. Será que ela explicará o mistério da Criação? Eu acredito que não: essa será uma resposta científica da questão, e, portanto, calcada em leis naturais e conceitos. Podemos sempre perguntar de onde vêm essas leis e esses conceitos. Acredito que a melhor atitude com relação ao mistério da Criação é a de complementaridade: a ciência oferece um relato, a religião, outros (vários). É importante aceitar que ambos têm limitações, o que não tira em nada sua beleza e importância.
E, muito da "crise" que existe entre a ciência e a religião vem justamente da -desnecessária- colisão entre a versão (ou, melhor, versões) religiosa da origem do cosmo e a versão científica.Para focarmos melhor nossa discussão, vamos nos concentrar na versão judaico-cristã da Criação, conforme ela é relatada no Antigo Testamento. O ponto fundamental aqui é que a criação do mundo, segundo esse relato, marcou também a origem do tempo.
Essa interpretação é sugerida, por exemplo, por Santo Agostinho, que escreveu que Deus criou o tempo juntamente com o cosmo. "Antes" da Criação, argumentou Santo Agostinho, não faz sentido. (Segundo ele mesmo escreveu, alguns respondem à questão de o que Deus estava fazendo antes de criar o mundo dizendo que estava criando o Inferno para todos aqueles que fazem esse tipo de pergunta.)Continuando com o relato judaico-cristão, Deus criou o cosmo ex nihilo, do nada: sua ação criadora foi a causa inicial da existência material do mundo.
Por que Deus, que é por definição perfeito, sentiu a necessidade de criar, é um problema mais complicado, muitas vezes atribuído a uma vaidade divina: para ser amado pela sua criação. Mas acho melhor deixar este debate de lado. De qualquer forma, o ponto crucial aqui é que, segundo o Antigo Testamento, a Criação é um processo eminentemente sobrenatural, atribuído à ação divina, milagrosa e onipotente.Entram os cientistas, especialmente os cosmólogos modernos, atribuindo ao Universo propriedades quantitativas e explicáveis por meio de leis naturais.
O modelo cosmológico conhecido como Big Bang, que localiza a Criação do Universo no tempo (mas não no espaço -o Big Bang não foi uma explosão a partir de um ponto central) imediatamente inspira analogias com o relato do Gênese. Afinal, ambos falam de um início de tudo, antes do que o tempo não existia. Esse tipo de comparação só gera confusão e animosidade entre cientistas e pessoas de fé. Eis por quê: primeiro, a Bíblia não tem o intuito de descrever quantitativamente a estrutura do cosmo. Voltando a Santo Agostinho, a interpretação da Bíblia deve ser alegórica e não literal.
Usar a narrativa do Gênese como texto científico corrompe a função do texto, que é a de estabelecer a natureza onipotente de Deus. Note, também, que existem dois relatos de Criação no Gênese. Qual é o "correto"?Por outro lado, os cosmólogos que dizem entender a origem do Universo não estão sendo honestos.
Antes de mais nada, a teoria que descreve a expansão do Universo usada em cosmologia, a teoria da relatividade geral de Einstein, tem, como qualquer teoria física, limite de validade. Ela deixa de ser válida quando a matéria atinge densidades inimaginavelmente altas, possíveis bem perto do tempo "t=0". Se o Universo está em expansão, e as galáxias estão se afastando cada vez mais, ao voltarmos no tempo elas estarão cada vez mais próximas. Perto do "t=0", a matéria estaria espremida em volumes tão pequenos que sua densidade e temperatura seriam enormes.
A relatividade geral deixa de funcionar e temos de usar outra teoria. Mas qual? Existem versões diferentes, mas todas misturam idéias da mecânica quântica, que estuda a física atômica e subatômica -no Universo primordial, a física do muito pequeno passa a ser fundamental. Uma das versões chama-se supercordas, outra, cosmologia quântica.
Ambas ainda incompletas, se bem que muito sugestivas.Vamos supor que, um dia, tenhamos uma teoria física da origem do Universo. Será que ela explicará o mistério da Criação? Eu acredito que não: essa será uma resposta científica da questão, e, portanto, calcada em leis naturais e conceitos. Podemos sempre perguntar de onde vêm essas leis e esses conceitos. Acredito que a melhor atitude com relação ao mistério da Criação é a de complementaridade: a ciência oferece um relato, a religião, outros (vários). É importante aceitar que ambos têm limitações, o que não tira em nada sua beleza e importância.
domingo, 11 de fevereiro de 2001
Anatomia de um fio
A vida moderna, cercada como é de artefatos elétricos, torna a sociedade extremamente dependente do uso da eletricidade. E onde existe eletricidade, existe fio. Ao menos por enquanto. Eu me lembro de ter de quebrar a cabeça imaginando onde eu poria os 20 fios que ligavam os vários componentes do meu equipamento de som sem embolá-los, uma tarefa quase impossível.
Mas, uma vez solucionado o complicado problema estético, a mágica não falha jamais: é só conectar o fio na tomada, ligar o amplificador e o tocador de CD, e a música jorra dos alto-falantes. A "alma" dessa mágica é a corrente elétrica, bilhões de trilhões de elétrons fluindo pelos fios e circuitos elétricos, como água em um rio. Dada a importância do fio em nossas vidas, acho que ele merece ser mais bem compreendido. Dedico, então, a coluna de hoje ao fio.Para começar, um fio comum é feito de dois materiais: uma substância capaz de conduzir eletricidade, como o cobre, e um material isolante, o plástico que vemos em torno do cobre.
O cobre, como todo metal, é um excelente condutor de eletricidade. Isso porque os metais têm uma propriedade extremamente importante, que pode ser entendida em grau atômico. Um átomo tem um núcleo, feito de prótons e nêutrons, e elétrons girando em torno. Essa visualização do átomo como um minissistema solar não é propriamente correta, mas é suficiente. Átomos de elementos diferentes têm números diferentes de elétrons e prótons.
O elemento mais simples, o hidrogênio, tem apenas 1 elétron e 1 próton. O cobre tem 29 de cada. O que difere os metais de outros elementos químicos é a facilidade com que um elétron, o que está na camada mais externa, pode ser extraído. São esses elétrons que fluem no fio, transportando carga elétrica de uma extremidade a outra.Podemos fazer uma analogia com uma cachoeira. A água "cai" do ponto mais alto ao ponto mais baixo devido à atração gravitacional da Terra. Na verdade, dizemos que existe uma "diferença de energia potencial gravitacional" entre o alto da cachoeira e a sua base.
Essa energia pode ser interpretada como a possibilidade de um corpo suspenso cair. É só largar e deixar a gravidade fazer o resto.Mesmo que a água seja um fluido para nós, microscopicamente ela é feita de moléculas. A corrente elétrica funciona de modo semelhante a uma cachoeira. Em lugar da diferença de energia potencial gravitacional, temos uma diferença de potencial elétrico, que pode ser criada por uma bateria.
A função da bateria é a mesma da diferença de altura na cachoeira. Fazer com que cargas elétricas "caiam" de um potencial maior para um menor. No caso, a diferença de potencial existe entre as duas extremidades do fio.A diferença de potencial elétrico extrai os elétrons exteriores dos átomos do metal que compõem o fio. No caso do sódio, também um metal, existem 25 bilhões de trilhões de átomos por centímetro cúbico (2,5 X 1022 átomos/cm3), e cada um deles libera um elétron para a corrente elétrica. Por isso a aproximação da corrente elétrica como um fluido contínuo não é nada má.
Os átomos dos metais, agora com um elétron a menos, se arranjam em estruturas geométricas extremamente regulares, como cubos ou pirâmides. E os elétrons fluem através dessas redes cristalinas como se elas praticamente não existissem. Claro, existe sempre uma resistência ao movimento dos elétrons, que, no caso dos metais, aumenta com a temperatura. Em altas temperaturas, a rede cristalina de íons (átomos que, no caso, perderam elétrons) oscila mais vigorosamente, oferecendo maior resistência à passagem dos elétrons.Mas os metais não são os únicos elementos químicos usados na condução de eletricidade.
A maioria dos circuitos elétricos modernos usa elementos conhecidos como semicondutores, como silício ou germânio. Esses elementos formam cristais extremamente rígidos, como o carbono forma o diamante. Em temperatura ambiente ou mais baixa, esses elementos são ótimos isolantes. Mas, com um aumento de temperatura, é possível fazer com que alguns de seus elétrons passem a ser condutores tais como os metais.
Os semicondutores são usados nos transistores, que são fundamentais nos circuitos de computadores, nos amplificadores etc. Um processador Pentium tem milhões de transistores integrados em dimensões microscópicas. Pense nisso na próxima vez que você ligar seu computador.
Mas, uma vez solucionado o complicado problema estético, a mágica não falha jamais: é só conectar o fio na tomada, ligar o amplificador e o tocador de CD, e a música jorra dos alto-falantes. A "alma" dessa mágica é a corrente elétrica, bilhões de trilhões de elétrons fluindo pelos fios e circuitos elétricos, como água em um rio. Dada a importância do fio em nossas vidas, acho que ele merece ser mais bem compreendido. Dedico, então, a coluna de hoje ao fio.Para começar, um fio comum é feito de dois materiais: uma substância capaz de conduzir eletricidade, como o cobre, e um material isolante, o plástico que vemos em torno do cobre.
O cobre, como todo metal, é um excelente condutor de eletricidade. Isso porque os metais têm uma propriedade extremamente importante, que pode ser entendida em grau atômico. Um átomo tem um núcleo, feito de prótons e nêutrons, e elétrons girando em torno. Essa visualização do átomo como um minissistema solar não é propriamente correta, mas é suficiente. Átomos de elementos diferentes têm números diferentes de elétrons e prótons.
O elemento mais simples, o hidrogênio, tem apenas 1 elétron e 1 próton. O cobre tem 29 de cada. O que difere os metais de outros elementos químicos é a facilidade com que um elétron, o que está na camada mais externa, pode ser extraído. São esses elétrons que fluem no fio, transportando carga elétrica de uma extremidade a outra.Podemos fazer uma analogia com uma cachoeira. A água "cai" do ponto mais alto ao ponto mais baixo devido à atração gravitacional da Terra. Na verdade, dizemos que existe uma "diferença de energia potencial gravitacional" entre o alto da cachoeira e a sua base.
Essa energia pode ser interpretada como a possibilidade de um corpo suspenso cair. É só largar e deixar a gravidade fazer o resto.Mesmo que a água seja um fluido para nós, microscopicamente ela é feita de moléculas. A corrente elétrica funciona de modo semelhante a uma cachoeira. Em lugar da diferença de energia potencial gravitacional, temos uma diferença de potencial elétrico, que pode ser criada por uma bateria.
A função da bateria é a mesma da diferença de altura na cachoeira. Fazer com que cargas elétricas "caiam" de um potencial maior para um menor. No caso, a diferença de potencial existe entre as duas extremidades do fio.A diferença de potencial elétrico extrai os elétrons exteriores dos átomos do metal que compõem o fio. No caso do sódio, também um metal, existem 25 bilhões de trilhões de átomos por centímetro cúbico (2,5 X 1022 átomos/cm3), e cada um deles libera um elétron para a corrente elétrica. Por isso a aproximação da corrente elétrica como um fluido contínuo não é nada má.
Os átomos dos metais, agora com um elétron a menos, se arranjam em estruturas geométricas extremamente regulares, como cubos ou pirâmides. E os elétrons fluem através dessas redes cristalinas como se elas praticamente não existissem. Claro, existe sempre uma resistência ao movimento dos elétrons, que, no caso dos metais, aumenta com a temperatura. Em altas temperaturas, a rede cristalina de íons (átomos que, no caso, perderam elétrons) oscila mais vigorosamente, oferecendo maior resistência à passagem dos elétrons.Mas os metais não são os únicos elementos químicos usados na condução de eletricidade.
A maioria dos circuitos elétricos modernos usa elementos conhecidos como semicondutores, como silício ou germânio. Esses elementos formam cristais extremamente rígidos, como o carbono forma o diamante. Em temperatura ambiente ou mais baixa, esses elementos são ótimos isolantes. Mas, com um aumento de temperatura, é possível fazer com que alguns de seus elétrons passem a ser condutores tais como os metais.
Os semicondutores são usados nos transistores, que são fundamentais nos circuitos de computadores, nos amplificadores etc. Um processador Pentium tem milhões de transistores integrados em dimensões microscópicas. Pense nisso na próxima vez que você ligar seu computador.
Assinar:
Postagens (Atom)