Archive for the ‘Pergunte a um Físico’ Category

Amálgama

03/06/2013

Eu planejava anunciar esta novidade primeiro, mas aí veio o livro e é claro que ele ganhou precedência nos destaques. Mas agora é uma boa hora: desde o ano passado venho escrevendo sobre ciência e fazendo resenha de livros para o Amálgama, site sobre atualidades, sociedade e cultura que vem abrindo espaço para outros temas. Recebi o convite para começar a resenhar livros para lá e, tendo finalizado o livro, propus escrever uma coluna semi-irregular sobre física também. Meu xará e editor do site, Daniel Lopes, caiu na minha esparrela e lá estou!

Resenhei três livros até agora e acabo de publicar a sexta coluna sobre física. Já fiz algum barulho sobre minha produção no Amálgama no twitter e no Facebook, então é possível que vocês já tenham lido meus textos. O mais fresquinho é este aqui, sobre disputas científicas de popularidade e teorias alternativas ao Modelo Padrão da Cosmologia. Clicando em “Colaborações de Daniel Bezerra” é possível acessar os outros artigos.

Conciliar tradução, divulgação da própria obra, tocar outros projetos de livros e cuidar da casa e da família não é tarefa das mais fáceis, mas estou tentando justamente me disciplinar um pouco mais para dar atenção a tudo isso sem prejuízo para nenhuma parte.

Em tempo e a propósito, minha conta no Formspring continua ativa, depois de rumores que o site de perguntas e respostas seria fechado e foi aparentemente salvo. Assim sendo, se alguém tiver dúvidas… Pergunte a um Físico!

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Explicando o Paradoxo dos Gêmeos

27/05/2013

Ouvi falar sobre o Paradoxo dos Gêmeos pela primeira vez quando eu tinha uns 14 anos e não sabia nada de Relatividade. Eu estava tentando me informar um pouco mais sobre o trabalho de Albert Einstein na única fonte que então eu tinha ao meu alcance, uma enciclopédia científica juvenil da (acho) Abril Cultural, lá pelo meio dos anos 80. Era o bastante para aguçar meu apetite, mas deixou muita a coisa a desejar.

O que eu li na enciclopédia juvenil dizia o seguinte: Einstein postulara que a velocidade da luz era constante para todos os observadores; e que por causa disso, o espaço e o próprio tempo têm que se contorcer para que essa constância seja mantida. Por causa disso, um astronauta que deixasse a Terra numa viagem quase à velocidade da luz em direção a uma estrela próxima e de volta envelheceria menos que seu irmão gêmeo que ficou aqui. Até aí, tudo bem. Mas porque chamar esse efeito de “paradoxo”? Bem, ocorre que outro dos postulados da Relatividade é que não há referenciais de observação privilegiados — trocando em miúdos, todo movimento é relativo. Ora, bolas, mas se todo o movimento é relativo, não seria possível admitir que o gêmeo que está na nave espacial se considere “parado” enquanto que o gêmeo na Terra “cavalga” o planeta para cima e para baixo junto com o resto do Universo — e, consequentemente, seja ele a envelhecer menos?

A enciclopédia juvenil não tinha uma explicação decente para isso. Em conversas com amigos tão nerds quanto eu na escola, ninguém parecia saber o motivo. A única explicação oferecida era que a nave espacial teria que acelerar em sua viagem de ida e volta, e acelerações são descritas apenas pela Relatividade Geral. O que, é claro, me deixou na mesma, pois não explicava nada (além de estar factualmente errado, uma vez que é possível fazer contas com aceleração mesmo na Relatividade Restrita). Como se não bastasse, a Dilatação do Tempo, efeito responsável pelo Paradoxo dos Gêmeos, é observado todos os dias em aceleradores de partículas ao redor do mundo: partículas subatômicas com meias-vidas muito pequenas são observadas com duração bem mais “esticada” simplesmente por se movimentarem quase à velocidade da luz. E não há aceleração nenhuma envolvida aí.

Eu só fui entender o que estava se passando muitos anos depois, já na Universidade, quando tive acesso à matemática por trás da Relatividade e, ainda mais importante, quando pude ler comentários sobre a teoria.

Imagine que os dois gêmeos vão sair cada um em seu carro do mesmo lugar com destino a um mesmo restaurante na cidade. Só que um deles vai direto, enquanto que o outro vai parar em alguns lugares para buscar amigos e familiares antes de chegar ao restaurante. Quando os dois irmãos chegam ao restaurante, eles comparam os hodômetros de seus carros. O que você acha que acontece? Obviamente, o gêmeo que foi direto vai ter uma distância rodada muito menor, enquanto que o gêmeo que foi buscar os amigos terá rodado muito mais. Ambos saíram do mesmo lugar e chegaram ao mesmo lugar, mas as rotas tomadas foram muito diferentes e é isso que os hodômetros registram.

Voltando à viagem espacial, é exatamente isso o que acontece. O gêmeo terrestre praticamente não sai de sua vizinhança no espaço-tempo, mas o gêmeo que está na nave espacial tem uma trajetória radicalmente diferente. Os relógios deles saem de sincronia porque são os “hodômetros” de suas respectivas trajetórias!

A chave para entender o Paradoxo é que precisamos levar em conta não apenas a nossa trajetória no espaço, mas também a trajetória no tempo. As regras para fazer essas contas são bem diferentes de deslocamentos espaciais cotidianos, como sair de carro de casa para um restaurante, mas não são tão mais difíceis assim. Uma vez que as tenhamos compreendido, vemos que o Paradoxo dos Gêmeos não é nada paradoxal.

A internet é uma via de duas mãos

03/12/2010

Eu até me envergonho de dizer isso, mas sou meio desligado a respeito de um monte de coisas. Abri esse blog faz um tempão e só agora — e mesmo assim graças a um comentário no post anterior — me dei conta que eu não tinha ainda posto um botão para que os leitores me mandassem mensagens! Bom, está aí do lado agora, na seção “Escreva para o Telhado”! Ali você encontra um link para mandar um e-mail comentando os posts ou fazendo perguntas de física; e outro link para o meu formspring “Pergunte a um Físico”. Com isso e o meu twitter, que também está aí do lado, todas as freqüências de comunicação estão abertas!

Agradeço ao Felipe Melo pela dica e a todos os leitores que vêm frequentando O Telhado e mandando perguntas para o formspring. Até a próxima!

Limite quântico e limite clássico

16/08/2010

Vignamaru pergunta no formspring:

O que define algo como “quântico”. Física quântica não é física simplesmente? Não entendo essa divisão. For dummies, please!

Ok, for dummies então :)

Versão curta
Existe a Física Clássica, que vem desde Newton. Essa é a física que a gente aprende na escola e que já dá dores de cabeça o bastante. Só que há problemas que a Física Clássica não resolve. Para esses foi preciso criar uma nova descrição dos fenômenos muito grandes e uma outra para os muito pequenos. Essa última a gente chama de Física Quântica. É tudo física, mas uma complementa a outra.

Versão longa e elaborada
A física moderna começou com Galileu e Newton. O italiano começou a descrever o movimento dos corpos usando relações matemáticas e o inglês de uma tacada só codificou o movimento dos corpos terrestres e celestiais num único conjunto de leis simples. Isso é o que a gente chama de Mecânica.

Dali em diante as contribuições no campo da Óptica, Calorimetria, Termodinâmica, Eletricidade e Magnetismo foram seguindo o mesmo caminho da Mecânica — leis simples que descreviam os fenômenos que observávamos no mundo. De fato, esses fenômenos podiam ser reduzidos à Mecânica Newtoniana — tudo não passava de corpos pequenos ou grandes se movimentando, e as Leis de Newton serviam justamente para descrever esses movimentos.

Hoje em dia chamamos tudo isso de Física Clássica.

No começo do século XX, entretanto, já se conheciam alguns problemas que as Leis de Newton não resolviam. Por exemplo, há uma pequena diferença entre o valor observado e o previsto pela teoria newtoniana na órbita do planeta Mercúrio. Outro problema não resolvido pela física clássica era o da radiação do corpo negro.

Um "corpo negro" era o nome que se dá para um corpo perfeitamente escuro, que absorva qualquer radiação que incida sobre ele. Sabemos que corpos aquecidos acima do zero absoluto radiam calor de volta para o ambiente. Podemos prever qual vai ser o espectro de emissão de um corpo em equilíbrio térmico baseando-nos nas leis da física clássica. Ao tentar estudar o problema do emissor ideal (o tal corpo negro) em equilíbrio térmico, chegou-se a um impasse: a física clássica previa que ele deveria emitir uma quantidade *infinita* de radiação, porque todos os modos de vibração do campo eletromagnético contínuo tinham que ter a mesma energia. E como a teoria previa um espectro contínuo infinito, a energia emitida devia ser infinita também.

(Modos de vibração são as diferentes maneiras que um oscilador pode vibrar, conforme mais ou menos energia seja colocada nele. Pense numa corda esticada presa numa parede. Sacuda esta corda. Você vai ver que dependendo da sacudida a corda vai formar uma ou mais "corcovas", separadas por pontos fixos).

Para evitar essa catastrófica disparidade entre a teoria e a observação, Max Planck propôs que a energia *não é* contínua, mas vem em pacotes discretos, que ele chamou de quanta. Assim, para uma dada temperatura de equilíbrio, um corpo negro teria um número inteiro de modos de vibração do campo eletromagnético — e o aparente paradoxo é resolvido ao preço de imaginar que a energia é "quantizada".

Essa ideia de quantização mais tarde se provou útil para resolver vários outros problemas complicados para a física clássica. Mais importante, viu-se que existe uma fronteira (um pouco difusa, é verdade) que delimita os fenômenos clássicos e os quânticos. E nessa região de fronteira a Quântica tem que dar as mesmas respostas da Clássica e vice-versa.

Pergunte a um Físico — Quantização da Gravidade

09/08/2010

PixelxD me pergunta pelo formspring:

Pela teoria da relatividade a gravidade é a distorção do espaço-tempo certo? Porque os físicos sem enroscam tanto com a força gravitacional na teoria unificada? A força gravitacional não deixa de existir se considerarmos a distorção do espaço-tempo?

Vamos por partes:

A Teoria da Relatividade Geral de Einstein nos diz que a geometria do espaço-tempo equivale à quantidade de energia e momento contida nele. Além disso, as propriedades gravitacionais desse espaço-tempo correspondem à um movimento retilíneo naquela geometria curva.

Trocando em miúdos, isso significa que a gravidade vai depender da quantidade de massa e energia existentes; e que coisas como uma órbita, uma queda etc. podem ser pensadas como uma trajetória inercial na curvatura do espaço-tempo local. A gravidade, portanto, não deixa de existir — seus efeitos são apenas descritos de uma forma que não necessitem apelar à não menos misteriosa “ação à distância” proposta por Newton.

Isso posto, as dificuldades para quantizar a Gravidade e descrevê-la num modelo unificado com as outras forças são muitas.

Primeiro, a Gravidade opera numa escala bem diferente das outras — seus efeitos são sentidos no mundo do “muito grande”, ao passo que as outras ficam no limite quântico. Segundo, e talvez mais importante, as interações de um teórico quantum gravitacional são afetadas pelo espaço-tempo e o afetam por sua vez, criando uma maçaroca matemática não-linear de difícil resolução. As equações que as descrevem divergem para o infinito muito facilmente e eliminar esses infinitos é uma tarefa muito difícil.

Mas nem tudo está perdido. Tentativas continuam sendo feitas para tentar responder a esta pergunta: a Teoria das Cordas procura unificar a Gravidade com as outras forças; o Loop Quântico Gravitacional deseja apenas quantizar a Gravidade sem uni-la com as outras 3. E tem pelo menos um maluco holandês que diz que a Gravidade é uma ilusão dos sentidos; e que na verdade surge como uma conseqüência das leis da Termodinâmica…

Quem tem razão? Não sei. Quem viver, verá :-)