Mensagens de blog de todos - FQ em rede

Pedido de ajuda

2015-01-09T20:11:10.000Z

Gostaria de pedir ajuda através deste canal dado que o professor Carlos Portela faz parte deste grupo.
Há já alguns anos, no blog do professor era possível ter acesso à série Eureka (com alguns episódios legendados em portuguê) que usava com alunos, pois a brincar aprende-se muito bem.

Neste momento, não sou capaz de os encontrar e por isso gostava de saber se ainda posso ter acesso a tais recursos e como fazer para tal.
Obrigada, Laura

Semana Ciências em Movimento - de 10 a 14 de fevereiro ENTRADA GRATUITA - Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Está já disponível o programa detalhado das atividades de divulgação científ…

2014-02-03T14:15:09.000Z

Semana Ciências em Movimento - de 10 a 14 de fevereiro ENTRADA GRATUITA - Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa

Está já disponível o programa detalhado das atividades de divulgação científica, apresentadas ao longo de toda a semana.
Todos os dias (ao final da manhã e ao final da tarde), decorrerão sessões de flash-talks, onde num mesmo local, investigadores/professores de diferentes áreas científicas apresentam durante 6 minutos cada, um tema de estudo da sua área com ligação à temática do dia.

Identificar, Atacar, Terminar: O teu guia para lidar com cyberbullying.

2013-10-15T17:00:00.000Z

(Imagem fictícia meramente ilustrativa, Vivianlee2005 via Wikipedia CC-BY-SA)

Estava hoje muito sossegado no Facebook, a conversar com colegas e a passar o tempo e reparei num post.

Por acaso reparei. Podia não ter reparado. E felizmente, eu sabia o que fazer. Para que todos os que lêem tenham a oportunidade de agir de forma similar, apresento-vos este guia rápido para identificar, atacar e terminar ataques de cyberbullying online.

Identificar
- Como sei que uma mensagem é uma ameaça real ou apenas uma brincadeira?
- Como sei se o post é inofensivo ou um potencial problema?
Atacar
- Como agir depois de identificar o cyberbullying?
Terminar
- Como criar espaços seguros nas comunidades online?

Estas perguntas surgem normalmente e a nossa resposta é, muitas vezes, ignorar os potenciais problemas e, quando reparamos neles, tendemos a assumir que os intervenientes estão a agir em tom de brincadeira e, por fim, temos sempre de passar rapidamente para outra coisa, afinal as redes sociais estragam-nos a produtividade toda.

Aqui vão algumas dicas para encontrar posts problemáticos e distinguí-los de inofensivos. Como sempre, agradeço comentários de pessoas mais versadas em psicologia social que eu :D.

Antes de se precipitar: Identificar sempre que possível o contexto

Uma mensagem tem sempre um contexto que pode torná-la inofensiva. Quando não é claro, a melhor maneira de identificar o contexto é avaliar as respostas que se seguem ou precedem a mensagem original.

1. Avaliar os juízos de valores negativos ou tentativas de humilhação pública

"És tão feia que metes nojo."

Muitas destas mensagens fazem juízos de valor acerca das pessoas a que se dirigem e são principalmente preocupantes quando se referem a características intrínsecas à pessoa como a sua personalidade, a sua cultura, a sua sexualidade e/ou o seu corpo; que são estruturais para a autoestima de qualquer indivíduo.

2. Identificar a existência de um tom autoritário, acusatório ou ameaçador

"Tu sabes bem do que eu sou capaz."

A maioria das mensagens de cyberbullying demonstram uma quantidade abundante de egocentrismo por parte do atacante, que arrogantemente se consideram melhores que as suas vítimas.

Algumas das mensagens de cyberbullying possuem muitas vezes um tom quase paternal, que defende agir em prol dessa pessoa porque apontam aquilo que os atacantes entendem ser "imperfeições" da vítima e expõem-na a humilhação pública por essa mesma razão. Outras mensagens são apenas tentativas de explorar a vulnerabilidade das vítimas, recorrendo a ameaças ou informação privada.

3. Reconhecer o apelo à violência ou à automutilação física ou psicológica (self-harm)

"Se fosse eu já me tinha suicidado."

Associado ao ponto anterior, os atacantes nas suas mensagens tipicamente mostram menor compaixão e menor sensibilidade à violência, pelo que fazem apelos a "self-harm", quer psicológico quer físico (automutilação), muitas vezes como forma de punição de comportamentos que consideram "imperfeitos" e exploração da vulnerabilidades e baixa autoestima da vítima.

Exemplos de cyberbullying:

Boatos, rumores ou mentiras com conotação negativa (associado principalmente ao ponto 1);
Exposição de informação pessoal privada sem consentimento da vítima com vista à sua humilhação ou condenação (imagens, mensagens privadas e outros, associado ao ponto 1 e também ponto 2 quando existem ameaças);
Discurso de ódio (hate speech, associado aod pontos 1, 2 e possivelmente 3);

Como agir:

Reportar o conteúdo como ofensivo na plataforma online que estiver a usar;
Oferecer o seu apoio à vítima e, se souber, indique-lhe como pode remover as mensagens ou bloquear os atacantes;
Reportar aos responsáveis pela criança ou às autoridades se o cyberbullying ocorrer repetidamente.

Há medida que avançamos com as novas tecnologias para o ensino, é preciso ter em conta que nem todos os espaços são tão seguros para as crianças como a FQ em Rede. O cyberbullying permite aos atacantes atingirem as suas vítimas no seu sítio onde antes era o local de maior segurança, a sua casa.

Termino com um apelo à ação: a manutenção de espaços online seguros dependem de todos nós. Se reparar nalgum destes comportamentos, já sabe o que deve fazer. Encorajo a que partilhem correções ou que, se gostarem, partilhem este artigo na nossa comunidade.

E ASSIM SE FAZ CIÊNCIA- NOBEL DA FÍSICA 2013

2013-10-14T18:11:08.000Z

E ASSIM SE FAZ CIÊNCIA- NOBEL DA FÍSICA 2013

Os Professores Peter Higgs e François Englert, vencedores do Nobel da Física de 2013 são o rosto visível de toda uma comunidade- a comunidade dos Físicos das Partículas- que trabalhou arduamente desde 1962 para elucidar um enigma fundamental: como as partículas elementares adquirem massa.

Sobre o bosão de Higgs publiquei o ano passado um post que explica o que é e para que serve o famoso bosão

Irei contextualizar brevemente o problema do bosão de Higgs.

O Modelo Standard da Física das Partículas repousa em dois princípios básicos:
1- Toda a matéria é feita de quarks e leptões
2- Todas as interacções entre partículas são mediadas por partículas-força (bosões) associadas com as interacções fundamentais

Ver: http://fqnosecundario.ning.com/profiles/blog/list?user=2lukl5ekt51sn&month=07&year=2012

O magno problema teórico é que é que as equações do Modelo só produzem partículas sem massa- contrário à evidência experimental.

A solução do problema chama-se Mecanismo de Higgs - e chegou o momento de se fazer justiça. Na verdade deveria chamar-se Mecanismo de Brout-Englert-Higgs em honra aos físicos que propuseram o mecanismo. E estaríamos mesmo assim esquecendo a contribuição de 5 outros físicos teóricos na concepção do mecanismo e para fazer total justiça o mecanismo dever-se-ia chamar Mecanismo ABEGHHK'tH, a abreviatura de todos os teóricos que ajudaram a construir o modelo teórico do referido mecanismo.
E mesmo assim estaríamos a esquecer um teórico incontornável: Robert Schrieffer. A ele se deve a ideia central do mecanismo de Higgs, conhecida pela expressão técnica de quebra espontânea de simetria.

No final só dois dos teóricos receberam o Nobel...Desta história alguma moral se poderá extrair.

Do Mecanismo de Higgs poderei simplesmente dizer que é a descrição matemática de uma (nova) entidade chamada campo de Higgs que permeia todo o espaço, tal como o campo gravítico afecta o espaço em torno de um objecto massivo: nós não podemos ver esse campo, só podemos sentir a atracção gravítica. Do mesmo modo apesar de invisível o campo de Higgs manifesta-se nas partículas pela aquisição de massa.

Sobre o bosão de Higgs ver também: http://fqnosecundario.ning.com/profiles/blogs/o-bos-o-de-higgs-um-problema-resolvido-outro-criado

A descoberta, na década de 80, dos bosões W(+,-) e Z com as massas exactamente preditas pelo mecanismo de Higgs era uma forte indicação de que o campo de Higgs correspondia a uma entidade que existia na realidade.

Mas tivemos que esperar até 4 de Julho 2012 para o bosão de Higgs se dignar aparecer! Ou melhor: foi forçado a sair do anonimato com os 7 TeV de energia que a acelerador LHC do CERN injectou no campo de Higgs.

O CERN, isto é, os milhares de físicos (teóricos e experimentais), engenheiros, informáticos que trabalharam no projecto LHC têm boas razões para celebrar o Nobel 2013 que também lhes pertence.

Deste prémio podem-se extrair algumas lições:
1- A forma como a teoria e a prática se interpenetram no jogo da ciência
2- Como a descoberta de uma "simples" partícula mobiliza milhares de cientistas das mais diversas áreas
3-E a inevitável injustiça de só alguns serem coroados com o ouro da glória!

Atividades experimentais - ideias

2013-10-04T15:35:21.000Z

Boa tarde a todos,

Tenho de investigar atividades experimentais (de Física ou de Química) para realizar na semana das ciências da minha escola.

Podem dizer-me assim as experiências mais interessantes / espetaculares que se lembram?

Obrigado ^^

Solução do limite da função representativa da equação de Schroedinger quando a coordenada tende para zero e simultanemanete o tempo tabém tende para zero

2013-08-30T11:53:35.000Z

Gostaria de ver a solução e interpretação da questão posta no titulo da mensagem. Geraldo Celso Ferreira Filho

A congelação da água...uma experiência científica (o efeito Mpemba)

2013-05-02T09:29:59.000Z

Se colocar dois recipientes de água,um com água fria e outro com água quente, qual congelará mais depressa? Aparentemente o recipiente com água fria congelaria....mas também aqui as aparências enganam!

Tudo começou na Tanzânia, em 1969, quando o jovem Erasto Mpemba e um outro colega seu colocaram ambos uma mistura de leite e açucar no congelador ( fazia parte do seu trabalho laboratorial em sala de aula que consistia em fazer gelado). Como estavam com pressa , Mpemba não deixou a mistura arrefecer e o colega nem chegou a aquecer a dele. Para espanto dos rapazes o gelado de Mpemba solidificou muito antes do do colega.

Mpemba e o seu professor depois de se certificarem que o seu efeito era geral publicaram um artigo no Physics Education descrevendo o fenómeno.A partir daí passou a ser conhecido por efeito de Mpemba.

Tenho que reconhecer que desd a altura da sua publicação o efeito de Mpemba é polémico: as reacções dos cientistas cobriram todo o espectro, desde que os que o negavam pura e simplesmente até os que afirmavam que o fenómeno era conhecido há séculos. Com efeito Aristóteles descreve no seu livro Meteorologia que os habitantes das regiões geladas quando querem fixar as canas de pesca em lagos gelados o fazem vertendo água morna no cano pois esta congela mais depressa!

Já Francis Bacon refere que dois baldes de água fria e quente deixados ao relento numa noite fria o de água quente congela primeiro...

Quem vive nos países frios sabe que sabe que os canos de água quente congelam antes dos de água fria.

Embora inacreditável o efeito de Mpemba é real!

A descrença no efeito de Mpemba resulta do nosso pensamento reducionista e ultra-simplificador: a congelação depende apenas de um número, a temperatura inicial da água. Mas um sistema tão simples como um recipiente com água em repouso no congelador ( um sistema termodinâmico verdadeiramente simples) tem um comportamento suficientemente rico para que o pensamento reducionista seja incapaz de descrever a realidade.

Na verdade há vários efeitos físicos presentes em simultâneo durante a congelação da água.

1- Evaporação: a água quente arrefec muito mais depressa porque além da perda de calor por condução existe evaporação através da superficíe. O efeito da evaporação é duplo: por um lado a evaporação extrai calor da massa de água de uma forma muito eficiente; por outro lado diminui a massa de água a congelar, pelo que atingindo o ponto de congelação será necessário extrair menos calor para realizr a transição de fase.

2-Dissolução de gases: a água contém sempre gases dissolvidos, essencialmente oxigénio e gases dissolvidos. O efeito desses gases é diminuir o ponto de solidificação, como sabemos.Por outro lado o aquecimento da água elimina parcialmente estes gases,pelo que a água inicialmente quente congelará a uma temperatura mais elevada do que a água fria.

3- Superarrefecimento: a solidificação da água não se dá necessáriamente quando a temperatuta atinge 0ºC. Depende de vários factores, uma massa de água pode estar no estado líquido a temperaturas diferentes, sendo necessário pontos de nucleação (impurezas dissolvidas, porexemplo) para a formação de cristais de gelo. Se a temperatura for suficientemente baixa esses núcleos propagar-se-ão e toda a massa congelará rapidamente.Nesse ponto sofre um descontinuidade súbita, aumentando para 0ºC. Chama-se a esse fenómeno superarrefecimento.

Como o texto já vai longo omiti o efeito da convecção que é também importante na congelação da água.

Como estamos longe do raciocínio reducionista que basta um só número - a temperatura - para descrever a congelação da água!

Para os mais cépticos (às vezes o cepticismo roça o pensamento dogmático) recomendo que verifique o fenómeno no seu congelador! Únicos cuidados: o recipiente de água quente não pode ser demasiado grande (para que o congelador continue a funcionar como um reservatório de temperatura) e deve ser de um material pouco condutor. Por exemplo uma cuvette de plástico serve.

Tire as suas próprias conclusões.

Mini Congresso Solar

2013-04-10T09:24:57.000Z

O Mini Congresso Solar (http://nuclio.org/blog/concurso-mini-congresso-solar/) será o local para a apresentação dos trabalhos com as imagens obtidas no Observatório Astronómico da Universidade de Coimbra.

As imagens que deverão ser utilizadas no concurso estão disponíveis em http://portal.discoverthecosmos.eu/en/search/repository/educon/resu....

Até dia 10 de Maio os professores e alunos que se inscrevam neste concurso (como equipa) devem submeter um plano de aula para análise.

Os 10 melhores serão apresentados no Mini Congresso Solar, em Junho, e o vencedor terá uma ação de formação com TUDO PAGO nos Açores (professor) e um dia no Observatório Astronómico da Universidade de Coimbra + SolarScope (alunos).

Inscrevam-se! Ajudem a divulgar.

Resposta ao Pedro

2013-03-26T12:23:26.000Z

Boa tarde a todos,

Tenho algumas dúvidas e já procurei muito na internet e o os livros que tenho também não me ajudaram. Agradecia se algúem me pudesse ajudar Caro Pedro.

R:Certamente não tens os nossos livros…

1º

Estive a estudar aqueles gráficos da energia potencial e ligação covalente, mas não percebi porque é que a energia potencial do sistema diminui. Já procurei e dizem sempre que diminui. Mas se no inicio os átomos não interagem, logo a Epotencial é zero, então como pode diminuir? Não há energia negativa.

R:Quando tens uma esfera numa taça côncava, ela rola para o centro; quando largas uma moeda no ar, ela cai ao chão… Nos dois casos a energia potencial diminui. Podes concluir que sempre que um sistema pode diminuir a sua energia potencial, o fenómeno acontece: a bola roda, a moeda cai.

Ser negativou ou positivo depende da localização do zero. Sabes que temperaturas negativas são aquelas abaixo de zero Celcius. Mas se a escala é Kelvin, temos 273,…. Entendes agora. Quando dois átomos se aproximam as forças atractivas ultrapassam as repulsivas e a eles acabam por chegar a uma posição de equilíbrio, ficando ligados. Se se aproximassem mais, as forças repulsivas entre os núcleos eram maiores que as atractivas e afastavam-se … Se definirmos como ZERO a energia dos dois átomos infinitamente afastados, à medida que eles se vão aproximando a energia potencial vai decrescendo, isto é, vai sendo cada vez mais negativa.

Os átomos ligam-se para atingirem um estado de menor energia. Quando se fala num estado de menor energia, falamos sempre em Energia interna ou só de Ecinética?

Se tivermos duas esferas com cargas eléctricas de sinal contrário infinitamente afastadas a energia potencial é, por definição, ZERO. À medida que se aproximam a energia potencial diminui mas aumenta a velocidade das esferas, isto é, a energia potencial vai-se transformando em energia cinética. Supõe que as esferas chocam… A energia perdeu-se? Não. Certamente libertou-se como calor ou ficou retida nas esferas como energia interna (as esferas aqueceram).

2º

Numa reação exotérmica, eu li que o calor da reação é o valor de energia que é trocada entre o sistema e o exterior de modo a que a temperatura do sistema se matenha igual à inicial, suponho que deva ao equilibrio térmico. Mas depois, dizem que quando à formação de ligações entre a partículas também há libertação de ernergia.

R:A energia não é trocada. A energia passa de um sistema o para outro. Se a energia provém de uma reação química e é recebida pelo sistema, a temperatura aumenta. Mas pode suceder que o calor libertado seja totalmente absorvido pelo exterior e a temperatura do sistema não se altere. Quando se pretende separar duas esferas coladas, não tens de despender energia? Quando tens de retirar uma pedra do fundo de um poço não gastas energia? Essa energia que gasta para “desfazer” é a diferença de energia potencial entre os dois estados. Quando a esfera cai ao poço, liberta-se energia. Quando as cargas se aproximam, liberta-se energia- Quando os átomos se ligam, liberta-se energia (se os pretender separa agora vou ter de lhe fornecer a mesama energia que liberatam quando se uniram).

O calor da reação deve à diferença de temperatura ou há libertação de energia das ligações? Já me disseram que se devia apenas às ligações, mas no meu livro é o que dizem também outra coisa. Ou estamos a falar da mesma coisa mas de formas diferentes?

R:O calor de reação deve-se principalmente aa saldo (positivo ou negativo) entre a energia GASTA a quebrar as ligações nos reagentes e a energia LIBERTADA na formação de novas ligações nos produtos.

3º Quando falamos e quebrar ligações e absorção de energia para o fazer, estamos sempre a falar um aumento de E cinética das particulas ligadas? É o aumento da Ec que contraria e vence/quebra as ligações, que no eletrão, átomos, moléculas, etc? Ou a energia é absorvida e quebra as ligações e as partículas ficam com a mesma Ec?

R:Não valer a pena estar a pensar na energia cinética das moléculas. As moléculas de uma dada substância têm energias cinéticas muito diferentes e isso depende da temperatura, como sabes. É certo que quando elevamos a temperatura de um sistemas as moléculas adquirem maior energia cinética, os choques entre elas são mais frequentes e isso leva a maior número de acontecimentos (maior velocidade da reação). Na realidade, o aumento da temperatura aumenta a frequência e a violência dos choques, a agitação molecular, e isto é suficiente para que ocorram cisões das ligações, isto é, que se vençam as forças atractivas e se partam as ligações.

Se tiveres mais dúvidas, escreve.

Carlos Corrêa

ccorrea@fc.up.pt

O Átomo de Hidrogénio Revela os Segredos Escondidos da Natureza

2013-03-14T23:35:35.000Z

O elemento químico mais abundante na natureza é o que nos revela os seus mais surpreendentes segredos.
Recordemos que a descontinuidade fundamental da matéria foi detectada nos vapores de Hidrogénio nos fins do século XIX , captada na fórmula empírica de Balmer e só iluminada pela equação de Schrodinguer, publicada em 1925. Contudo esta equação é fortemente incompleta.A sua solução, como é sabido, só oferece três números quânticos.Portanto só existiria um estado fundamental, caracterizado por n=1, l=0, ml=0. A realidade do átomo de Hidrogénio é outra: no nível n=1 existem dois subestados. A existência desses dois subestados resulta do spin do electrão, que a equação de Schrodinguer ignora.

No átomo de Hidrogénio os spins do electrão e do núcleo interagem fracamente dando origem aos subestados por n=1, l=0, ml=0, ms= +1/2 e n=1, l=0, ml=0, ms= -1/2.É a célebre estrutura hiperfina do átomo de Hidrogénio, e que se revela fundamental em Astrofísica porque da transição entre estes dois subestados resulta uma radiação com a frequência das ondas de rádio , a celebérrima radiação dos 21-cm. Como as ondas de rádio são fracamente absorvidas pelo meio interestelar, podem percorrer maiores distâncias que as suas congéneres de diferentes comprimentos de onda,e graças à estrutura hiperfina é possível o mapeamento do hidrogénio na nossa galáxia e noutras galáxias.

Porque razão equação de Schrodinguer é incompleta? Pelos simples facto de desprezar velocidade do electrão, que é aproximadamente um centésimo da velocidade da luz...e neste regime é necessário usar a relatividade restrita. Schrodinguer na sua tentativa de usar a relatividade escreveu uma equação relativista para o electrão...mas surgiram-lhe resultados tão estúpidos dessa sua equação relativista que desistiu da sua tentativa.
Dirac foi mais bem sucedido ao encontrar a equação relativista para o electrão. A verdadeira equação que descreve totalmente o electrão é a equação de Dirac, e a equação de Schrodinguer passou a ser a aproximação não-relativista para a Mecânica Quântica.

Na equação de Dirac está contida a existência de uma nova propriedade da matéria,o spin, o 4º número quântico que faltava, e a existência de um novo tipo de matéria, baptizada de anti-matéria.
A existência de spin provoca a criação de novos subestados no estado n=2, l=1, contrariamente ao previsto pela equação de Schrodinguer: os estados com l=1 ( três subestados como sabemos) não têm todos a mesma energia, isto é, não são estados degenerados. É a estrutura fina prevista pela equação de Dirac.

Mas mesmo uma equação tão poderosa como esta última revela-se contudo insuficiente para dar conta da riqueza contida no elemento químico mais simples no Universo!
Verdadeiramente os estados n=2, l=0 e n=2, l=1 não têm a mesma energia como previsto pelas duas teorias

(equações de Schrodinguer e de Dirac). Foi o físico Willis Lamb quem encontrou e mediu essa pequena diferença de energia entre os dois estados, e ficou conhecido como desvio de Lamb.

O que o átomo de Hidrogénio tinha para nos dizer que ainda escondia?

Apenas isto: não só a matéria é descontínua, a radiação por ela emitida ou absorvida é igualmente descontínua.É radiação é essencialmente descontínua, o que contraria o electromagentismo clássico. Graças ao desvio de Lamb emerge uma nova teoria, a teoria quântica da radiação, conhecida como electrodinâmica quântica, que explica notavelmente o desvio de Lamb com a precisão de 12 casas decimais! Do humilde Hidrogénio surge uma das teorias mais poderosas da Ciência!
Apetece terminar dizendo: na simplicidade está o segredo da Natureza!

Uma viagem à Lua!

2013-03-07T17:00:00.000Z

Como viajar até à Lua?...

Sempre me intrigou a engenharia e todas as fases associadas a uma viagem até à Lua. De certo algo muito complexo, já que envolve equipas multidisciplinares de inúmeros cientistas, engenheiros e técnicos altamente especializados. Os melhores dos melhores! ;)

São inúmeros os fatores a ter em conta nesta viagem de 360 000 km, pelo quase-vácuo do espaço, que dura mais de 65 horas.

O arrastamento provocado pela atmosfera, na primeira parte do voo, depende da velocidade e da altitude do foguetão. A força propulsora varia no tempo. As acções gravitacionais do Sol, da Terra e da Lua variam, à medida que a cápsula muda de posição em relação a estes astros. A própria massa do engenho varia. E, para mais, o lançamento foi efectuado a partir de uma Terra que gira em torno de si mesma, que além disso gira em torno do Sol; e o alvo - a Lua - move-se também em torno da Terra, com uma velocidade de cerca de 3500 quilómetros por hora. (Watson Holton, 1978, p. 103)

Esta semana no FMHI aprendi que afinal o segredo para levar a cabo missões tão complexas é dividir todo o processo em pequenos passos, mais simples, e estudá-los e controlá-los uma a uma. Foi esse o segredo e a genialidade de Galileu, como vimos na semana passada e isso aplica-se também hoje e sempre. Afinal movimentos complicados podem ser decompostos em segmentos mais simples de descrever e analisar.

Vejamos então como se viaja da Terra até à Lua em 8 passos simples, nem que seja só através da Física e da nossa imaginação! ;)

Transcrevo que li, pois está tão claro que é melhor não estragar. Vou apenas tentar ilustrar com fotos do livro e pequenas animações hiper-rudimentares (lol) feitas por mim (e ainda em actualização).

1. “O foguete acelera verticalmente, de baixo para cima, a partir da superfície da Terra. A força actuante não é, realmente, constante, e a massa do foguetão diminui à medida que o propulsante é consumido. O valor da aceleração em qualquer instante pode ser calculado pela aplicação da segunda lei de Newton; será dado pelo quociente da força resultante (impulsão menos peso) pela massa, em cada instante”

2. “O foguete segue uma trajetória curva, ainda em aceleração, à medida que é "injetado" numa órbita em torno da Terra.”

3. “Em órbita, 185 quilómetros acima da superfície da Terra, a cápsula move-se num arco sensívelmente circular, a uma velocidade constante de 27 800 quilómetros/hora.”

4. “Os motores são novamente postos em funcionamento, aumentando a velocidade da cápsula e fazendo-a seguir uma trajetória muito menos curva, em direção ao espaço (a velocidade mínima necessária para que se escape completamente da Terra é de 39500 km/h).”

5. “Propriamente o voo entre a Terra e a Lua ; só episodicamente são ligados os motores, durante . intervalos de tempo relativamente curtos, para efetuar pequenas correções na direção do voo. Entre cada dois destes impulsos corretivos a cápsula move-se sob a influência das forças gravitacionais da Terra, da Lua e do Sol; sabemos que, se não existissem estas forças, a cápsula se moveria com velocidade constante.”

6. “Na aproximação da Lua, os motores são mais uma vez postos em funcionamento, para dar à cápsula a velocidade correcta que a "injecte" numa órbita circular em torno da Lua.”

7. “A cápsula move-se ao longo de uma trajetória aproximadamente circular, 80 km acima da superfície da Lua, com uma velocidade constante de cerca de 1,6 km/s.”

8. “Os motores são agora disparados na direção do movimento, para reduzir a velocidade; a cápsula acelera em direção à superfície lunar, à medida que se aproxima desta. Segue uma trajetória em forma de arco, até "aterrar" na cratera Copernicus. (Os motores são postos em funcionamento uma última vez, logo antes do impacto, para diminuir a velocidade de queda e impedir um choque demasiadamente brusco).”

(A foto não é minha. É de um colega, Reynaldo Oliveira, que ilustrou o disparo dos motores deste modo)

E pronto, chegámos à Lua! Claro que agora falta planear a viagem de regresso!... ;)

Fonte: http://www.flightglobal.com/airspace/media/apolloprogram/images/32423/diagram-of-apollo-11-route.jpg

Fonte: http://www.kenrockwell.com/Images/nasa/apollo-10/s69-34073-mission.gif

E o oscar de "pai da ciência moderna" vai para...

2013-02-26T17:30:00.000Z

E o óscar de pai da Ciência Moderna vai para… Galileu!

Explicando melhor. Inscrevi-me no curso de FMHI (que o Nuno Lança divulgou também aqui), dado pelo Prof Vítor Teodoro e pela Profª Filipa Silva. O curso já começou há 1 semana, mas apenas hoje tive tempo de me dedicar às leituras propostas e ver os vídeos partilhados. A ver vamos se consigo seguir nesta aventura até ao fim (maio 2013), mas isso é um outro assunto. ;)

Gostei tanto que decidi, sempre que possível, partilhar aqui as minhas notas e o que mais me vai surpreendendo. Se mais alguém estiver no curso e puder ir também partilhando os seus relatos, seria muito enriquecedor para todos! :)

Esta está a ser a semana de Galileu. Claro que já tinha ouvido falar de Galileu, da queda livre, das equações quadráticas. Mas, de facto, nunca tinha compreendido todo o contexto histórico e originalidade de galileu, enquanto, possivelmente, o primeiro cientista moderno!

A sua perspetiva do mundo, a sua maneira de pensar, o seu uso da matemática e a sua confiança nos testes experimentais, marcam o estilo da ciência moderna.

Mas o que teve este homem de tão original e controverso? Que mitos e lendas se escondem por detrás da verdadeira história de Galileu?

Galileu aprendeu e estudou ciência física medieval, na Universidade de Pisa. Na época, início séc XVII, imperava a visão aristotélica (com quase 2000 anos e que dominava na Europa desde séc. XIII). Segundo a qual o universo estava organizado da seguinte forma:

supunha-se existir uma distinção perfeitamente vincada entre os objetos terrestres e os objetos celestes. Acreditava-se que toda a matéria terrestre, aquela que estava ao nosso alcance físico, era composta por uma mistura de quatro "elementos" - Terra, Água, Ar e Fogo. (…) Cada um dos quatro elementos era suposto ter um lugar natural na região terrestre. O lugar mais alto seria preenchido pelo Fogo ; por baixo do Fogo estaria o Ar, depois a Água e, finalmente, na posição mais baixa, a Terra. Supunha-se também que cada um deles deveria procurar o seu próprio lugar. (…) Os pensadores medievais acreditavam também que as estrelas, os planetas e os outros corpos celestes diferiam na composição e no comportamento dos objetos situados na superfície terrestre ou na proximidade imediata. Supunham eles que os corpos celestes não continham nenhum dos quatro elementos ordinários, sendo unicamente formados por um quinto elemento, a quinta-essência. O movimento natural de objetos compostos deste elemento não era nem queda nem a ascensão, mas antes uma interminável revolução circular torno do centro do universo. Este centro era suposto estar colocado no centro da Terra. Os corpos celestes, embora em movimento, estariam sempre nos seus lugares naturais

E foi nesta mentalidade medieval que Galileu iniciou a sua revolução. Não tanto através de um confronto físico direto, que Galileu não era homem com vocação para mártir!

É duvidoso que ele tenha feito, como diz a lenda, o seu pedido de desculpas forçado aos inquisidores de Roma, resmungando baixinho, Eppur si muove, “e ainda assim ela move-se". Sabendo que tinha sido “derrotado”, retirou-se para a solidão de Arcetri, para lamber suas feridas.

Contudo, este episódio não põe em causa a grandeza e importância do trabalho de Galileu já que esta está no trabalho que ele fez muito antes de seus problemas com o Vaticano, com o estudo do movimento de objetos simples, banais, em especial com a queda dos corpos.

Galileu apercebeu-se de que, de todos os movimentos observáveis na natureza, o de queda livre era a chave da compreensão de todos os movimentos dos corpos. O golpe de génio manifestou-se na decisão de qual o fenómeno-chave a estudar.

O mundo das observações é, geralmente, mais complexo do que parece. Há que dissecar os diferentes efeitos presentes num fenómeno, estudá-los isoladamente, para depois compreender a complexidade do conjunto.

ao observar-se a queda dos corpos podem-se ver os efeitos quer da lei da queda, quer da lei da resistência sobre os objectos que se movem através do ar. Para se compreender o que se observa deverá começar-se por um caso simples (tal como o da queda sem resistência), mesmo que isto tenha de ser "visto" apenas na mente do observador ou através de um modelo matemático. Ou poderá recorrer-se a uma experiência no laboratório, onde as condições vulgares de observação podem ser alteradas. Só depois de se compreender cada um dos diferentes efeitos por si só se deverão encarar as complexidades de conjunto constituído pelo caso ordinário.

Ao propor-se estudar um assunto antigo (movimento dos corpos) de uma forma nova, rigorosa, matemática, Galileu inaugurou a ciência do movimento. Tinha por base uma estratégia de investigação, assente num método rigoroso de hipótese – dedução - verificação experimental – modificação - …. E contra provas não há argumentos! ;)

O chamado método científico desmoronou toda a conceção aristotélica, que vinha de há 2000 anos (desde IV a.C.). As teorias de Aristóteles eram assentes naquilo que a experiência vulgar nos permitia observar[1]. Mas nada de medições rigorosas ou previsões matemáticas…. Nem sequer existiam muitos instrumentos de medição.

Aristóteles acreditava que a matemática era uma ferramenta de pequeno valor na descrição dos fenómenos terrestres.

Quer Galileu tenha ou não deixado cair dois pesos da Torre inclinada de Pisa (também é duvidoso que isso tenha realmente acontecido), o livro que escreveu nos últimos anos de exílio (velho, doente e quase cego) “Discursos e Demonstrações Matemáticas Relativas a Duas Novas Ciências Pertencentes à Mecânica e ao Movimento Local” (1638), vulgarmente referido pelo nome de As Duas Novas Ciências, explica de forma popular e através do dialogo entre 3 personagem - Salviati, Sagredo e Simplicio - como funciona o mundo, em particular o movimento dos corpos.

Ao longo dos diálogos encetados entre as personagens do livro, Galileu demonstra que a teoria aristotélica sobre a queda dos corpos é contraditória. Isto apesar de como nela é dito, de facto, observarmos que um objeto pesado cai realmente mais depressa do que um leve. A genialidade de Galileu residiu em compreender que estava a ser dada demasiada atenção a um pormenor em detrimento do efeito maior observado.

mesmo numa cuidadosa observação de um acontecimento natural vulgar, a atenção do observador poderá ser atraída pelo que é na realidade um pequeno efeito, trazendo como consequência a não observação de uma regularidade muito mais importante. Diferentes corpos caindo através do ar de uma mesma altura, efetivamente, não atingem o chão exatamente ' no mesmo instante. Todavia, o ponto importante não é o facto de que os instantes de chegada são ligeiramente diferentes, mas o de que eles são muito aproximadamente os mesmos!

Para Galileu, o facto de os corpos não chegarem exatamente ao mesmo tempo, poderia ser explicado, posteriormente, por um efeito menor (resistência do ar), após a compreensão mais profunda do principal: o movimento de queda livre. Ora, isto é de génio!

Aprender o que se deve ignorar foi quase tão importante para desenvolvimento da ciência como aprender o que se deve considerar.

Alguns anos após a morte de Galileu, a invenção da bomba de vácuo permitiu que outros mostrassem que Galileu tinha razão. E alguns séculos depois, a sua teoria seria provada de forma que Galileu talvez nem tenha sonhado!

Só muito depois de Galileu foi possível formular as leis da resistência do ar, que levaram à compreensão de quando e por quanto é menor a velocidade de um corpo leve do que a de um outro mais pesado.

Em “As Duas Novas Ciências”, Galileu junta uma grande quantidade de informação e

(1) discute a matemática de um tipo de movimento com aceleração “uniforme” (aceleração "uniforme" significa iguais incrementos de velocidade, `Delta` v, em iguais intervalos de tempo, `Delta` t);

(2) propõe (ou admite) que os corpos pesados caem na realidade exatamente dessa maneira.

Em seguida, tomando como base essa hipótese, obtém um certo número de previsões em relação ao movimento de esferas rolando sobre um plano inclinado. Finalmente, mostra que a experiência está de acordo com aquelas previsões.

Perante a necessidade de demonstrar a validade desta sua definição de aceleração constante durante a queda de um corpo, Galileu confrontou-se com as limitações técnicas da época, nem disponha de forma de medir a velocidade do corpo ao atingir o solo, nem tão pouco existiam relógios com sensibilidade suficiente para medir o curto tempo de queda livre dos corpos (ainda que deixados cair do topo de um edifício… e, à época, podemos imaginar a altura dos edifícios…). O melhor de que dispunha eram os relógios de água chineses!

Então em vez de medir a velocidade e o tempo como forma de provar a sua hipótese, tentou encontrar outras grandezas mais fáceis de medir com os instrumentos de que disponha. Voltou então as suas atenções para a medição de distancias e tempos, suficientemente grandes para poderem ser medidos com precisão. Galileu chegou então, por dedução«ao matemática, a uma relação entre a distância e o tempo num movimento com aceleração constante. O interesse não era determinar o valor dessa constante da aceleração, mas antes provar que essa relação era válida. A distância percorrida era diretamente proporcional ao quadrado do tempo de queda

`d=1/2*a*t^2`

Os valores do tempo total e da distância de queda seriam mais fáceis de medir do que os pequenos valores de `Delta d` e `Delta t` necessários para calcular `Delta v`. Todavia, a medição do tempo de queda era ainda uma tarefa difícil, com os recursos disponíveis na altura. Por isso, em vez de uma verificação direta da sua hipótese, Galileu concebeu de uma maneira engenhosa uma verificação indireta.

Propôs uma experiência na qual o movimento do objeto não fosse tão rápido e surgiu a ideia de validar a relação recorrendo ao plano inclinado assumindo que uma bola perfeitamente esférica rolando ao longo de um plano inclinado perfeitamente liso também terá uma aceleração constante, embora menor.

A esfera era de bronze e o entalhe do plano revestido a pergaminho. Claro que as inclinações do plano era mínimas (máximo 6º) para evitar a sobreposição dos efeitos de rolamento e deslizamento, e para ter tempos de queda possíveis de medir. A experiência foi repetida centenas de vezes para cada ângulo e depois de comprovar a validade da sua relação matemática ara cada um dos ângulos estudados, Galileu estava em condições de extrapolar.

Concluiu que a razão `d/t^2` permanece constante mesmo para grandes ângulos, para os quais o movimento da esfera é demasiado rápido para que possam ser efetuadas medidas precisas de t. Por fim, Galileu raciocinou que, no caso particular de o ângulo ser de 90°, a esfera mover-se-ia diretamente para baixo - tal como no caso de um objeto em queda. Pelo seu raciocínio, `d/t^2` seria ainda constante neste caso extremo (embora ele não pudesse determinar o valor do quociente).

Confirmado que o quociente `d/t^2` correspondia a uma aceleração constante, Galileu concluiu que o movimento de queda livre era um movimento uniformemente acelerado. Sem, no entanto, ter determinado o valor de `g`. Não era essa a sua preocupação ou objetivo. Não estava tão preocupado com as causas do movimento como obter uma descrição precisa do fenómeno observado.

Descreve o seu procedimento e montagem experimental de modo suficientemente claro, para permitir a repetição da experiência por outros investigadores, se o quiserem . Indica que podem ser feitas medidas consistentes e, além disso, reafirmar os dois resultados experimentais principais, que segundo ele suportam a sua hipótese sobre a queda livre. Veja-se a atualidade científica desta preocupação de rigor e de reprodutibilidade da experiência!

De notar que, em todo este processo a experiência não é o único nem sequer o elemento principal. Pelo contrário, a experiência manifesta a sua utilidade apenas conjuntamente com os outros passos do processo. Tudo começou com uma hipótese e a sua formulação matemática.

Uma nota curiosa a respeito das experiências de Galileu com o plano inclinado é de que na realidade a experiência pode não ter acontecido tal como descrito no livro publicado. Em 1953, Koyré (professor na Sorbonne) suspeitou que na realidade Galileu não realizou nenhuma experiência, mas antes que usou uma demonstração imaginária com bolas a rolar, par aula lei da Física que ele havia obtido por pura dedução matemática. 20 anos mais tarde Stillman Drake, especialista em ciência galileana, ao rever os manuscritos de Galileu, na Biblioteca Nacional Central de Florença, encontrou páginas não publicadas do livro de notas de Galileu e propôs uma nova e surpreendente técnica quanto ao modo como na realidade galileu terá efetuado a medição do tempo durante a sua experiência com o plano inclinado. Para este investigador o relógio de água era demasiado “rude” para permitir medições tão acuradas do tempo, numa fase inicial do trabalho experimental.

Tal como um bom maestro marca o compasso de uma orquestra a um ritmo bem preciso, sem pensar em segundos ou qualquer unidade standard. Galileu teria dividido o tempo em intervalos regulares cantando uma simples melodia.

Drake tried the experiment with "Onward Christian Soldiers," at about two beats per second. Releasing the ball at the top of the incline, he used chalk to mark its position at each upbeat. ONward CHRIStian SO-ol-DIER-rs MARCHing AS to ... Galileo probably hadn't caught them all on the first run, but after several attempts he would have marked off the track in approximately half-second intervals, noting with some satisfaction that the spacing became progressively greater-that the ball, in a lawful manner, rolled faster and fa ster down the hill.

Drake alega que depois de ter estabelecido a sua lei, Galileu a terá apresentado aos outros de uma forma mais simples e menos precisa, usando o tal relógio de água para confirmar o tempo. Mas neste caso tratava-se já de uma demonstração, não de uma experiência. Talvez o génio não tenha descrito o método original por recear que fosse visto como disparatado. Como Drake escreve

Even in his day, it would have been foolish to write, 'I tested this law by singing a song while a ball was rolling down plane, and it proved quite exact.'

Nenhum escolástico do século XVII abandonaria a sua fé na cosmologia aristotélica apenas porque algumas das suas previsões tivessem sido refutadas, no caso de corpos a rolarem ou a caírem…. E não tardou muito até que Galileu agarrasse no telescópio para se dedicar a outros campos…

A história de Galileu não se esgota aqui e toda a história em torno da astronomia e da sua visão heliocêntrica fica por mencionar...

Anexo o documento que foi partilhado para nos destacar o trabalho de Galileu, para o caso de quererem ler. Apenas destaquei o que mais me surpreendeu e impressionou acerca deste homem e da sua profunda influência naquilo que é a ciência que praticamos hoje!

Watson_Holton_1978_Capitulo_2_Unidade_1_Queda_Livre_-_Galileu_Descreve_o_Movimento_Projecto_Fisica_.pdf

De entre outros recursos que têm sido mencionados destaco dois que gostei muito:

- O filme “Agora" (2009) , que eu não tinha visto e que é muito giro. Vale mesmo a pena ver. A historia de Hipátia filósofa e professora (315-415). Relata a conceção aristotélica do mundo e o seu questionamento por esta mulher genial! Um pequeno trecho

- O vídeo “Frames of Reference (1960)” , de Richard Leacock que me fez lembrar os filmes de Hitchcock, pelo ar enigmático dos atores (Físicos)! ;). Muito bom e com muito bons exemplos para discutir as questões do movimento nos diferentes referenciais.

[1] Por exemplo para Aristóteles a velocidade de queda estava relacionada com o peso objeto. E que a velocidade de queda deveria crescer em proporção com o peso do objeto e decrescer em proporção com a força resistente do meio.

A Supercondutividade e a Mecânica Quântica

2013-01-28T22:09:29.000Z

Como todos sabemos a supercondutividade é o desaparecimento total da resistência eléctrica de um material abaixo de uma temperatura crítica, caracteristica desse material.
Mas um supercondutor não é apenas um condutor perfeito,É também caracterizado pela expulsão de campos magnéticos estáticos do seu interior, um fenómeno conhecido por efeito Meissner, que irei brevemente explicar por não ser tão bem conhecido.
Um metal (não magnético) comporta-se como o vácuo pois as linhas de forças magnéticas atravessam-no sem sofrer alterações.Mas o mesmo material abaixo da sua temperatura crítica, isto é, no estado supercondutor, adquire uma nova propriedade: o campo magnético é expelido do seu interior. Porquê? A chave da explicação reside nas correntes induzidas: na presença de um campo magnético, quando a temperatura desce abaixo do seu valor crítico são geradas
supercorrentes persistentes que produzem um campo magnético tal que anula o campo magnético externo no interior do supercondutor.
O efeito Meissner dá origem à repulsão entre os supercondutores e os magnetes permanentes- é o fenómeno da levitação magnética.
E porque razão existe a levitação magnética? As correntes que cancelam o campo exterior criam um campo magnético que é uma imagem de espelho do do magnete, dando origem à repulsão magnética e que a distâncias curtas pode ser suficiente para equilibrar o seu peso, mesmo que seja o peso de um comboio- o tal comboio ultra-rápido que que desliza sem atrito sobre uma almofada magnética.
O que torna um material supercondutor?

Aqui entra a Mecânica Quântica.
O electrão, ou melhor, os estados de um electrão, é descrito pela função de onda psi, que obedece à equação de Schrodinger. Cada electrão tem a sua função de onda.O electrão é um fermião porque tem spin semi-inteiro e obedece ao principio de exclusão de Pauli.
Além dos fermiões existem na Natureza os bosões, que são partículas de spin inteiro e que contrariamente aos seus primos fermiões que são celibatários estes são gregários.Claro que cada bosão tem a sua própria função de onda. Quando se tem um gás de bosões, abaixo de uma certa temperatura, todos os bosões “caiem” no mesmo estado quântico, comportando-se como super-átomo, todos os seus constituintes desse super-átomo agem correlacionados,os bosões perdem a sua individualidade porque as ondas individuais se somaram em fase e temos agora uma onda única. É o condensado Bose-Einstein- este novo estado quântico tem dimensões macroscópicas (ver http://fqnosecundario.ning.com/profiles/blogs/um-novo-estado…. no qual escrevo explicitamente sobre o Condensado Bose-Einstein).

Um supercondutor é uma espécie de condensado de Bose-Einstein. Os electrões ao agirem colectivamente comportam-se como um único electrão, descrito por uma única função de onda. Mas há aqui um erro: os electrões não são bosões, são fermiões. No entanto…Um par de electrões terá um spin inteiro, e constitui um bosão, e assim poderemos ter, abaixo da temperatura crítica, o Condensado de Bose-Einstein . Mas como ter um par de eletrões se estes são repelidos electrostaticamente?

O físico N.Cooper imaginou a seguinte situação:no metal os electrões interagem com os iões positivos da rede cristalina.Suponhamos um electrão que atrai um ião da sua vizinhança. Os iões respondem movendo-se ligeiramente na direcção do electrão criando um excesso de carga positiva à volta deste. Um segundo electrão é agora atraído pela polarização localizada à volta do primeiro electrão e, desta forma,os electrões sentem uma atracção efectiva. O que o electrão vê não é a carga negativa do outro mas a carga positiva devida à deformação da rede que ele provoca. Estes dois electrões constituem o célebre par de Cooper.
Os pares de Cooper abaixo da temperatura crítica sofrem a condensação Bose-Einstein,isto é, todos os pares de Cooper “caiem” no mesmo estado quântico, descritos por uma única função de onda,tornando-se insensíveis às perturbações da rede cristalina, com resistência eléctrica nula, e o metal torna-se supercondutor.

Quase poesia quase química

2013-01-16T11:58:59.000Z

Caros amigos/caros alunos/caros colegas

Felicito a Vera e este portal, em geral.

Começo hoje com algumas provocações poéticas, químicas e não só.

De vez em quando postarei uns poemas que pdoerão ler, usar, comentar, espalhar...

Eu não sou poeta!

Mas sou poeta porque todos somos poetas.

Se me perguntarem porque escrevo poesia responderei pronto, como respondo a algumas perguntas de química: não sei mas vou querer saber...

Nos versos escorre algo que a caneta diz por mim, que não conheço bem, que desejo exprimir mas não saberia como sem esse caldo de letras no papel.

A química e a poesia são mundos diferentes mas já mereceram ensaios geniais, como os de Rómulo de Carvalho, que nos inspira...

Hoje, deixo-vos com o poema 'Dose certa'.

Boas leituras

João Paiva

Procuro a

minha dose.

Quanto sou?

Que espaço ocupo?

Que tempo tomo?

Às vezes, sou demais,

quase veneno.

Encho com excessivas

palavras.

Melhor fora ser

silencioso solvente.

Outras vezes

devia ser mais presente.

Mais soluto.

Mais concentrado.

Sou micro-escala

quando deveria

gritar ao mundo

toda a injustiça.

Meu sonho?

Ser tónico, não tóxico.

Procuro a

minha dose,

a dose certa...

Descoberta A Mais Distante Supernova -Uma Nova Vela Para A determinação De Distâncias

2013-01-10T19:15:34.000Z

A noticia da descoberta da supernova mais distante baptizada de SN SCP-0401( também chamada de Mingus) encontra-se aqui:

http://arxiv.org/abs/1205.3494

Esta nova supernova, descoberta com a ajuda do telescópio Hubble, é do tipo Ia e encontra-se a dez mil milhões de ano-luz. O que é notável nesta descoberta é :"is exceptional for its detailed spectrum and precision color measurement, unprecedented in a supernova so distant.", nas palavras do astrofísico David Rubin.

Existem dois tipos diferentes de supernovas: supernovas do tipo I e do tipo II. As primeiras apresentam as linhas de emissão do Hidrogénio e as outras não.

As supernovas do tipo II são as que resultam da morte de uma estrela muito massiva que ainda contém hidrogénio na sua atmosfera. Quando a estrela explode os átomos de hidrogénio são excitados e começam a emitir as linhas de emissão luz características desse elemento químico. Por isso essa supernovas apresentam as linhas de emissão do hidrogénio no seu espectro. Em 1987 foi descoberta uma supernova desse tipo no Hemisfério Sul, nas Nuvens de Magalhães, uma galáxia vizinha da nossa, baptizada 1987A.

As supernovas do tipo I subdividem-se em três tipos: Ia, Ib, Ic.

As do tipo Ib e Ic explodem pela mesmo mecanismo das do tipo II, só que antes da sua morte já perderam as camadas exteriores, podendo perdê-las em forma de vento solar ou, se estiverem acompanhadas de outra estrela num binário de estrelas, transferindo a sua massa para a estrela-companheira. Se permanecer suficiente massa no núcleo a estrela morre como uma supernova Ib. Em virtude de ter perdido o hidrogénio esta supernova não exibe as linhas do hidrogénio, mas as riscas de emissão do hélio.

As supernovas IC perderam mais massa que as Ib portanto no seu espectro não se encontra nem a presença de Hélio nem de Hidrogénio.

O mecanismo de produção das supernovas Ia é totalmente diferente. Elas não resultam da morte de uma estrela massiva, como as anteriores, mas de uma reacção nuclear de uma anã branca que canibalizou a massa de uma gigante vermelha que partilhava o binário , até atingir o fatídico limite- o limite de Chandrasekhar, começando a fusão do carbono e terminando numa explosão tremenda.

Estas últimas supernovas são muito queridas pelos astrónomos porque permitem determinar as maiores distâncias inter-galácticas. A razão é muito simples: além de serem muito luminosas existe uma relação muito simples entre a luminosidade máxima e a taxa de decaimento da luminosidade após esse máximo, sendo por essa razão chamadas de velas cósmicas. Graças ao telescópio Hubble e à equipa do prof. David Rubin temos uma nova vela cósmica no espaço, que nasceu aproximadamente à 3,7 mil milhões de anos.

Como Fabricar Boas Bombas Usando A Mecânica Quântica

2012-12-28T06:30:00.000Z

Um grupo de terroristas possui um colecção de bombas, algumas no entanto têm um defeito de fabrico. As boas bombas possuem um detonador ultra-sensível na ponta, tão sensível que um único fotão visível reflectido por um pequeno espelho na ponta transmite um impulso suficiente para detonar a bomba; as bombas inúteis não podem rebentar porque o detonador ao qual o espelho está ligado ficou preso no processo de fabrico.
Como encontrar uma boa bomba, pronta a explodir, nessa colecção que possui uma razoável percentagem de bombas inúteis?
Na Física Clássica o único modo de testar a bomba seria agitar o detonador e então a bomba explodiria, se fosse a boa bomba- no final ficaríamos apenas com as bombas inúteis!
Aqui entra a Mecânica Quântica que permite testar algo que poderia ter acontecido mas não aconteceu, testa aquilo que os filósofos designam por contra-reais mas que na perspectiva da Mecânica Quãntica tem efeitos reais!
Elitzur e Vaidman criaram o seguinte interferómetro para resolver o problema:

O fotão emitido em A encontra primeiro um espelho semiprateado, isto é, um espelho que transmite metade da luz nele incidente e reflecte a outra metade. A nossa “razão” dirá: metade dos fotões que encontram o espelho será transmitida e a outra reflectida. Mas esquece-se de um “pormenor” fundamental: só sai 1 fotão de cada vez da fonte. Qual o caminho escolhido pelo fotão quando atinge o primeiro espelho- reflectido ou transmitido? Aqui entra a Mecânica Quântica em todo o seu esplendor- Cado fotão emitido pela fonte está num estado de sobreposição quântica dos estados transmitido e reflectido e portanto, simultaneamente , será reflectido quando atingir o primeiro espelho e transmitido. Confuso? É a Mecânica Quântica em acção!

1ª Suposição- a bomba B não presta
Se a bomba B não absorve o fotão – logo é uma bomba má – o fotão segue imperturbável até ao segundo espelho, reflecte e ao atingir o espelho semiprateado no canto superior direito duas coisas podem acontecer:
- É transmitido e ocorre uma interferência destrutiva em C( nenhum fotão)
- É reflectido e ocorre uma interferência construtiva em D- e é registado um fotão.

2ª Suposição- a bomba B é boa
Duas coisas podem acontecer:
- O fotão segue o caminho inferior e a bomba explode
- O fotão segue o caminho superior e ou é reflectido ou transmitido pelo espelho semiprateado no canto superior direito.
Se o fotão atingiu o detector C poderemos afirmar que a bomba é boa.

Em resumo: utilizando o processo quântico podemos identificar 25% das bombas boas sem as destruir! Repetindo o processo poder-se-á chegar a ter uma identificação de 33% de bombas boas. É um resultado muito mais satisfatório que o obtido usando a Mecânica Clássica: todas as bombas boas são destruídas usando o seu método de tentativa e erro.
Mas tudo na vida tem um preço, e o preço a pagar é elevadíssimo: é o princípio da sobreposição quântica. É mesmo verdade que o gato de Schrodinger pode estar simultaneamente vivo e morto e que só a existência de um Observador lhe pode conferir a vida (ou a morte do pobre gato)?

Assimetria Temporal- As Equações de Newton São Incompletas

2012-12-05T07:00:00.000Z

A Física nos anos 50 do século passado fez uma descoberta que provocou sensação e que ainda hoje nos intriga: a violação da paridade.
Todos nós damos como adquirido que a diferença entre a esquerda e a direita é mera convenção. Se para nós humanos o é de facto (se o coração estivesse colocado no nosso lado direito não seria impeditivo da funcionamento da máquina humana), a Natureza ao nível microscópico faz uma distinção fundamental entre a esquerda e a direita. A equipa da madame Wu (ver o post "A Natureza prefere a esquerda", 30 /4/2012) descobriu que na desintegração do Cobalto (que é uma manifestação da interacção fraca) essa desintegração se dá preferencialmente numa direcção (esquerda) em detrimento da direcção contrária- a Natureza escolhe a esquerda. É a violação da paridade.

Essa violação é tão desagradável à nossa mente que logo os físicos imaginaram um processo no qual uma versão sofisticada da conservação da paridade fosse restabelecida. Para isso imaginaram que se as partículas fossem substituídas pelas suas antipartículas correspondentes (operação C,que significa “charge conjugation”) talvez voltássemos a ter a conservação não da simples paridade, mas da paridade composta com a operação de troca da partícula pela antipartícula. Seria a conservação CP.

Lamentavelmente também essa esperança se desvaneceu. E os físicos que contribuíram para a morte de um princípio tão querido- a conservação CP- alcançaram o Nobel de 2008.
Mas o pior estava para chegar.

Existe um importante teorema na Teoria Quântica do Campos (é apenas a Mecânica Quântica aplicada aos campos, quando aplicado ao nosso familiar campo electromagnético temos a Electrodinâmica Quântica) que afirma que se trocarmos a esquerda pela direita (simetria P, de paridade), a partícula pela antipartícula(simetria C) e o presente pelo passado (simetria T, de tempo) os fenómenos permanecem invariantes. É a conservação da simetria CPT, uma simetria mais alargada que a simetria P e mais alargada ainda que a simetria CP. Está demonstrado!

A conservação CPT significa, por exemplo, que se há violação CP (e há!, Nobel 2008) então terá que, concomitantemente, existir violação T, para contrabalançar essa violação. Quer dizer, há assimetria temporal, há uma seta do tempo para o futuro, os fenómenos não voltam atrás. Neste momento consigo escutar a irónica exclamação: “Grande novidade! Não voltar atrás no tempo!”. Isso é verdade para os fenómenos macroscópicos mas não se aplica aos fenómenos microscópicos, porque se substituirmos (t) por (-t) nas equações de Newton essas serão invariantes, quer dizer, os planetas descreverão os seus movimentos no sentido contrário, no sentido do passado , imperturbáveis à substituição de (t) por (-t)- as equações da Mecânica exibem simetria temporal. Por isso as equações de Newton permitem que o filme passe ao contrário.

Os cépticos poderão sempre argumentar desdenhosamente:” uma coisa é a teoria outra é a prática!”. Para aqueles que tendem a subestimar a matemática este mês deu-lhes outra lição sobre o poder da teoria. O físico J.P.Lees et al. acaba de publicar na Phys.Rev. Lett. http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i21/e211801 um artigo que mostra a violação da simetria T em certos sistemas de mesões (com grau de certeza 14-sigma, para comparação a descoberta do Higgs tem grau de certeza 5-sigma). Nas palavras de um dos físicos responsáveis por essa investiagação:

It was exciting to design an experimental analysis that enabled us to observe, directly and unambiguously, the asymmetrical nature of time

Com essa descoberta percebemos que as equações de Newton são incompletas. Que os fenómenos, mesmo ao nível microscópico, não são irreversíveis, uma prerrogativa até agora atribuída aos fenómenos macroscópicos tal como tínhamos aprendido na Mecânica Estatistica.

A vida humana é realmente fugaz?

2012-11-23T16:30:00.000Z

Desde a primeira epopeia trágica sobre o destino do Homem – a Epopeia de Gilgamesh escrita em tabuinhas de argila ,dois mil e trezentos antes de Cristo, sobre o mítico rei Gilgamesh que parte em busca da imortalidade mas não a alcança- até ao científico século XXI que o Homem lamenta a efemeridade da sua vida.

De tudo o que a Ciência nos legou o homem comum privilegia as suas proezas tecnológicas. Para mim, contudo (mesmo estando situado ao nível do homem comum), o que mais me impressiona é a descoberta da verdadeira escala do Universo físico e a verdadeira escala de tempo, quer dizer, o menor intervalo de tempo em que um objecto ou fenómeno dura e o maior intervalo de duração em que pode substituir uma entidade.

Onde nos situamos nós entre a menor duração e a maior duração?

Onde nos situamos nós entre o objecto ou fenómeno de menores dimensões e o de maiores dimensões?

A Física conseguiu encontrar o mais pequeno intervalo de tempo, o tempo de Planck, da ordem dos `10^-43` s até o objecto mais duradouro, o próprio Universo observável da ordem `10^20` s.

Também conseguiu encontrar o menor comprimento fisicamente concebível, o comprimento de Planck, da ordem `10^-30` m e o raio do Universo visível, da ordem dos `10^27` m (14 mil milhões de anos).

Entre estes extremos encontramo-nos nós, e as células, e as estrelas; encontramo-nos nós e o tempo de vida do bosão de Higgs, o tempo de vida de um neutrão livre, a duração de uma galáxia.

Agora vamos ver onde situar todos estes objectos conhecidos numa escala perceptível ao nosso entendimento. E como é comum quando estamos perante ordens de grandeza tão díspares usaremos a escala logarítmica. E para que não se pense que estou a usar um mero artificio argumentativo darei o exemplo da intensidade sonora. Como todos sabemos o som mais fraco tem intensidade da ordem do `10^- 12` `Watt/m^2` e o som mais intenso é da ordem de 1 `Watt/m^2`. Para nos darmos conta de um fenómeno que abrange 12 ordens de grandeza usamos o Decibels (dB), que é uma escala logarítmica. E assim o som mais fraco corresponde a 0 dB e o som mais forte 150 dB.

Na verdade tanto a resposta do nosso ouvido ao som como a resposta do nosso olho à luz não é linear mas logarítmica.

Colocando tanto a dimensão dos objectos conhecidos como a sua duração numa escala logarítmica teremos o seguinte diagrama abaixo.

PS: Na escala dos espaços os 3 últimos números são respectivamente `10^-10` m,

`10^-20` m e `10^-30` m

Vistos na escala logarítmica comparados ao comprimento de Planck somos enormes! Claro que comparados com a distância do universo observável somos muito pequenos.

Mas agora reparem nas dimensões temporais: a existência humana é quase tão longa como o Universo! Somos estruturas bastantes estáveis no universo. Esperavam isso? Basta pensarmos logaritmicamente, não linearmente.

Direi mais: do ponto de vista logarítmico todas as coisas vivas, desde os organismos unicelulares às baleias, têm aproximadamente a mesma dimensão intermédia.

Nós, seres humanos, não experimentamos directamente nem a física do muito grande nem a do muito o pequeno.

Para mim essa foi das maiores descobertas da Ciência: uma nova forma de nos situarmos nesse Universo imenso, misterioso, mágico mesmo.

Qual foi para si…descoberta científica ou invenção tecnológica dos últimos tempos? Porquê?Medido por uns, aceite por todos

2012-11-19T19:12:56.000Z

“Medido por uns, aceite por todos”

MRA (Memorando de Reconhecimento Mútuo, BIPM, 1999)

Há uns anos, no contexto da disciplina de Análises Industriais, de que era a Regente, visitei com os alunos alguns laboratórios de diferentes instituições públicas e privadas. Entre os vários que nos impressionaram pela evidência de elevada qualidade a vários níveis, houve um em particular, diga-se em abono da verdade que foi o único, que nos marcou pela negativa. A pessoa que nos acompanhou na visita, passava de sala em sala dizendo sistemática e apressadamente “Aqui não há nada de interessante”; por outro lado, parava de vez em quando, dizendo: “aqui há este ou aquele equipamento que custou 20 ou 30 mil contos (para que vejam que é uma situação antiga, por certo não identificável com nenhuma situação actual). Os alunos pediram-me, no fim, para os dispensar de fazer o relatório daquela visita. Este episódio veio-me à memória, a propósito da aproximação do dia 24 de Novembro, Dia Nacional da Cultura Científica. De facto, os equipamentos, não integrados numa estratégia de métodos validados, valem muito pouco. Os alunos e eu procurávamos uma explicação, que não surgiu, do porquê e para quê da utilização daqueles aparelhos, um projecto, uma lógica científica e não uma mera execução rotineira falha de sentido crítico. Por essa altura, décadas de 1970-1980, como consequência dos desenvolvimentos da electrónica e dos amplificadores de corrente, logo aumento de sensibilidade, vivia-se uma época de crescimento explosivo de equipamentos de medição eléctrica de sinais analíticos (absorvância, potencial, condutividades térmica e eléctrica, etc.) e, com mágoa, ouvi muita gente dizer que “química analítica era métodos instrumentais”. Pugnavam pelo último modelo comercial deste ou daquele instrumento, argumentando que as universidades não cumpriam a sua missão educativa, por não poderem trocar de equipamento a cada par de anos em que surgia um novo modelo no mercado. Obviamente não concordava e algumas vezes rebati. Tenho resolvido muitas questões analíticas, mais pelo raciocínio científico que pela medição não criteriosa. Mas o momento da revolução chegou, nomeadamente através da imposição (ex. ISO 17025) de que os laboratórios produzam valores de medição de parâmetros com evidência da respectiva qualidade. A Ciência da Medição em Química desenvolveu-se e enquanto, por um lado, cimentou a Química Analítica como Ciência produtora de Informação, em vez de dados, vem-se impondo em todas as outras áreas da Química em que há medição. A qualidades dos valores medidos depende de muito mais do que da medição e, todas as etapas físicas e químicas (ex: etapas de transferência de massa) envolvidas no processo, contribuem, com a respectiva incerteza, propagando-se de forma aditiva, para a incerteza total associada ao resultado que se procura seja de nível de qualidade adequada ao fim em vista da sua utilização. Até à data, a grande generalidade dos professores dos Ensinos Básico e Secundário, não dispuseram de formação científica nesta matéria, estruturada ao nível da sua formação inicial e poucos são os que, confrontando-se com alunos de cursos profissionais já com alguma sensibilidade para o assunto e mesmo com tentativas mal conseguidas em exames nacionais, já a procuraram, nomeadamente através da frequência voluntária de disciplinas de especialidade. Pese embora as dificuldades de consistência curricular entre as disciplinas de Física e Química e Matemática, procurarei contribuir para, a pouco e pouco, e de forma concreta e objectiva, melhorar o cenário.

“Muitas vezes, as coisas mais importantes não são coisas”

Entanglement- A Realidade Quântica É Indivisível?

2012-11-08T22:52:33.000Z

Duas (ou mais) partículas que tenham interagido no passado mantêm um estado correlacionado independentemente da distância a que se encontrem. Estas correlações têm o nome de quantum entanglement. A ideia proveio de Einstein e dos seus colaboradores Podolsky e Rosen ( conhecida como correlação EPR ou paradoxo EPR) para mostrar que a teoria quântica não é uma descrição completa da realidade mas a versão mais fácil de entender o paradoxo EPR deve-se a David Bohm.

Suponhamos que uma partícula de spin -0 se divide em duas partículas de spin-1/2, digamos, um electrão e um anti-electrão (positrão) que caminham em sentidos e opostos. De seguida registam-se os spins das partículas que caminham para os pontos A e B bastantes afastados. A questão crucial é: se A e B se afastam até uma distância suficientemente longa será legítimo afirmar que uma medição efectuada em B possa afectar A? No mínimo A não pode ser afectada instantaneamente ,pois, de acordo com a teoria da relatividade restrita, nenhum sinal ou influência física se podem deslocar mais depressa do que a luz; portanto A não pode “saber” que uma medição foi efectuada em B até que, pelo menos,um sinal luminoso tenha tempo de viajar desde B até A.

Einstein achou que esta ideia, a de que duas partículas largamente separadas pudessem cooperar entre si era inaceitável, apelidando-a de acção fantasmagórica à distância. Era como se as duas partículas não fossem duas entidades separadas pelo espaço mas apenas um entidade única, indivisível.

Um físico irlândes, John Bell, decidiu investigar se essas correlações quânticas e estabeleceu um limite para essas correlações conhecido como as desigualdades de Bell: se obedecidas Einstein teria razão, não existiriam acções fantasmagóricas à distância, se se violasse a dita desigualdade então o quantum entanglement é um facto incompreensível mas inerente à Mecânica Quântica(MQ).

Em 1982 um equipa de físicos liderada por A. Aspect tentou verificar a desigualdade de Bell e, para surpresa de muitos, a correlação violou a desigualdade de Bell. Os resultados da medida de Aspect estavam em concordância com as previsões da MQ:
Correlação (experiência) = 0.101 +/- 0.020
Correlação (previsão teórica MQ) = 0.112

Prémio Nobel da Física 2012

2012-10-11T05:44:42.000Z

A importância do trabalho dos físicos Serge Haroche (francês) e David Wineland (norte americano) que mereceram a atenção do comité Nobel é tanto de ordem prática (tecnológica) como de ordem teórica. Ambos estão intimamente relacionados, e deles falarei com algum pormenor.

O físico francês fez uma “caixa” (tecnicamente, “cavidade QED”) que contêm radiação no domínio do micro-ondas, e tornou-se no mais famoso “domador” de fotões. Ele conseguiu esta proeza com espelhos que reflectem milhões de vezes a radiação contida na caixa antes de ser absorvida pelas paredes ou “decair”.

O físico americano também construiu uma caixa não para a radiação micro-ondas mas para iões e incidindo luz laser sobre os pobres iões prisioneiros arrefeceu-os por este método, impedindo-os de escapar da ratoeira, e deste modo as suas propriedades podiam ser investigadas mais facilmente na ausência de movimento térmico. , Os iões mantêm-se separados pela sua repulsão electrostática, a uma distância de pelo menos 2 exp -5) m.

Qual a razão de se manterem prisioneiros fotões e iões?

Aqui entra a teoria, mais exactamente a mecânica quântica (MQ). O que os dois laureados nobel pretendiam era simplesmente implementar experimentalmente o famoso princípio da sobreposição.

O princípio da sobreposição apesar de fundamental para a MQ é um dos princípios mais controversos e incompreendidos. Schrodinger inventou uma pequena história para ilustrar o referido princípio.

Imaginemos o interior de uma caixa fechada, e um gato (não um ião ou fotão…) nele contido. Alguém dispara para o seu interior e o nosso senso comum pensará: o pobre gato está vivo OU morto. Erro! Segundo o princípio da sobreposição o gato está simultaneamente vivo E morto. Esta é a essência do princípio da sobreposição.

Se o estado do gato morto for denotado por |0> e gato vivo por |1> o princípio da sobreposição permite-nos escrever:

Estado do gato = |0> + |1>

Vamos dar um salto e pensar nos computadores. O estado do sistema pode ser descrito por ligado = 1 ou desligado = 0, e temos 1 bit de informação. O estado do sistema pode ser descrito como

|0> + |1> = 1 qbit

Esta é a essência do computador quântico: 1 qbit representa que o estado do sistema pode estar simultaneamente nos estados |1> E |0>, e voltamos à era dos computadores analógicos ( agora baptizados de computadores quânticos por razões óbvias) mas agora com uma velocidade exponencialmente superior à dos actuais computadores digitais.

Há outra propriedade fundamental da MQ que se incorpora nos computadores quânticos – o “entanglement of states” ou estados emaranhados (detesto essa tradução, mas é a que existe…) - mas como o texto já vai longo prometo outro post para escrever sobre essa realidade tão fundamental e maravilhosa.

Voltando aos laureados. Com os seus trabalhos de alta precisão conseguem manipular sistemas atómicos de forma a criar estados de sobreposição para os futuros computadores quânticos ( para os mais entusiastas estamos a pouco mais de 5 anos dessa nova geração de computadores.

Outra curiosidade: estes trabalhos já permitiram a construção de um relógio atómico de mais alta precisão, com tal precisão que se esse relógio estivesse a funcionar desde o Big- Bang ( aproximadamente 14 mil milhões) o seu desvio da hora não seria mais de 5 segundos. Espantoso!

Mas para mim o mais espantoso é de ordem teórica.

Era uma crença arreigada dos pais fundadores da MQ (Bohr, Heisenberg, Scrodinger) que era impossível estudar sistemas atómicos individuais. Mas agora existem iões isolados em caixas especiais!!!

E mesmo para terminar: estas experiências que mereceram o Nobel foram incomparavelmente mais baratas que as experiências da CERN !!

E assim avança a Ciência.

De Novo o Bosão de Higgs...e as Dimensões Extra

2012-10-08T18:59:03.000Z

Como já me referi num post anterior a sensacional descoberta do bosão de Higgs não é o final de uma emocionante e dispendiosa história mas o começo de outra não menos emocionante, apenas mais barata porque poderá ter um final feliz na mesma máquina que o descobriu, o LHC.

Porque razão o Higgs é tão“levezinho” (recordo valor da sua massa encontrado pelos físicos do CERN, 126 Gev)? Esta pergunta não é tão fútil como poderá parecer à primeira vista. No domínio das altas energias as partículas obedecem à mecânica quântica (MQ), e uma (outra!) consequência inevitável desta é a existência de partículas virtuais, espécie de partículas-fantasmas que devem a sua existência ao princípio de incerteza de Heisenberg: num curtíssimo intervalo de tempo a MQ permite a violação do princípio da conservação de energia e, “aproveitando-se” dessa “brecha” chegam à existência novas partículas, mas só enquanto dura aquela violação ao princípio sagrado da conservação de energia, depois voltam à não-existência – daí o seu nome, partículas virtuais. Mas enquanto duram comportam-se como vulgares partículas, e um dos seus efeitos (devastador!) é contribuir para a massa do Higgs. Somando todas as contribuição das partículas virtuais o seu “verdadeiro” valor teria que ser 10^19 GeV e não esses misérrimos 126 GeV descobertos no LHC. Este problema é tão fundamental que foi baptizado como o problema da hierarquia.

Neste momento existem três soluções teóricas que procuram responder ao problema da hierarquia e que competem entre si: 1- Uma teoria chamada technicolor; 2- A teoria supersimétrica; 3-Dimensões extra (de grandes dimensões). É esta última o objecto deste post. Para isso é necessário reformular o problema da hierarquia:

Porque razão a gravidade é uma força tão pequena, desprezável mesmo, quando comparada com a força electromagnética, a força fraca e a força forte?

A pergunta acima não é absolutamente rigorosa. Na verdade a débil força gravítica pode rivalizar com o Sansão da Física, a força forte, quando as massas das partículas são comparáveis a uma grandeza que se chama massa de Planck, que é da ordem de 10^19 GeV. Mas infelizmente no nosso mundo as partículas são “magrinhas”, veja-se a massa do famoso Higgs: 126 GeV!!!!!!!Que desprezível.
Mas…talvez a gravidade seja mesmo uma força muito intensa mas apenas em…universos com dimensão extra! E exiba uma intensidade tão fraca apenas no nosso universo com 3 dimensões espaciais (e uma dimensão temporal), pois a sua intensidade está distribuída pelas outras dimensões espaciais que apesar de não serem minúsculas são indetectáveis.

Como poderemos saber que existem? Graças ao LHC, esperam alguns teóricos. A energia da gravidade extra dimensional está ao alcance da energia alcançada pelo LHC- 14 TeV. Da colisão dos protões poderá resultar um novo par de partículas, as partículas KK (KK é uma abreviatura dos dois primeiros físicos,Kaluza e Klein que conceberam novas dimensões para além do Universo de Einstein a 4 dimensões,4D) , que são uma manifestação do gravitão extradimensional (a partícula que transporta a força gravítica no universo multidimensional) no nosso pobre mundo 3D. E como as identificamos? Pela a energia e o momento linear em falta (é a maneira como se detecta o neutrino).

Resumindo, a interacção gravítica apenas parece fraca no nosso universo, pois em dimensões extra é um autêntico Sansão! Que as partículas KK surjam da fornalha do LHC! E expliquem o mistério do problema da hierarquia!

3,4...n-dimensões

2012-10-01T08:13:14.000Z

Há dois mil anos, para os Gregos, o Universo tinha 3 dimensões, com base nos sentidos e nos princípios da geometria: comprimento, largura e altura.Estes 3 atributos, de acordo com Euclides, correspondem ao que hoje designamos como dimensão.

O Homem é um ser insatisfeito, e era inevitável que especulasse sobre a existência de uma 4ª dimensão.Henry Moore (filósofo inglês, séc. XVII)foi ao ponto de afirmar que os fantasmas existem e são habitantes da 4ª dimensão...

A abordagem da geometria cartesiana diferia da euclidiana. As dimensões de um corpo estão correlacionadas com o número de coordenadas necessárias para a sua descrição, como todos sabemos.Mas o simples facto de mudar de perspectiva permitiu-lhe, com toda a naturalidade, alargar o número de dimensões para a descrição de um objecto. Contudo essa ideia era tão contra intuitiva que o próprio Descartes a rejeitou como irrealista! A geometria analítica era encarada por todos matemáticos, fisícos e filósofos do seu tempo, unicamente como um mero instrumento matemático, melhor apenas porque nos libertava das limitações dos sentidos, e não como uma uma porta aberta para a existência de um universo mais rico e multidimensional.

No século XIX Riemann provou matematicamente que ao lado da geometria de Euclides havia outras que se referiam a espaços de qualquer número de dimensões, desde zero ao infinito.Desde então o mundo tridimensional descrito por Euclides passou a ser tido como apenas uma das muitas possibilidades igualmente lógicas.

Riemman foi ainda mais longe: a dimensão matemática não necessita apenas de se referir a espaços sensíveis.Pode referir-se a espaços meramente conceptuais- seja as reservas de mercado ou o conjunto de todas as rotações. A estes espaços que se libertaram definitivamente das limitações impostas pelos nossos sentidos, deu Riemman o nome de variedades.

Einstein foi mais longe com o mundo de 4-dimensões da Relatividade Restrita: não necessitamos apenas de mais um 4º número ( uma 4ª dimensão) para descrever um acontecimento, o tempo;este , de certo modo, comporta-se como espaço, quando se muda de referencial. O tempo não é algo de fundamentalmente diferente do espaço, pois quando se muda para outro referencial transforma-se "um bocadinho" em espaço, como se pode ler nas equações das transformações de Lorentz. O espaço e o tempo não estão rigidamente separados. O que existe é o espaço-tempo doravante. Usando a nova linguagem- a linguagem de Riemman- o espaço-tempo é uma variedade

a 4-dimensões. Existirão outras variedades muldimensionais? Variedades a 10- dimensões como estipulam as teorias das cordas? O LHC conseguirá descobrir esssas variedades a 10-dimensões? A pergunta está em aberto...

Com Riemman e Einstein o fim do século XIX e princípios do século XX assistiu a uma enorme excitação com a descoberta ( ou melhor, a possibilidade de existência) de novas dimensões. Por exemplo, os pintores encontraram uma base teórica para se libertarem da perspectiva renascentista que procurava a representação do que se via no olho do artista. Como todos sabemos esta perpectiva dominou a pintura durante cinco séculos. A solução encontrada pelo cubismo foi tentar pintar o objecto não como ele é e se vê mas introduzir diferentes pontos de vista seus na tela.

Reparem como neste quadro, Marie Thérése Walter de Picasso, um expoente do cubismo, pinta a sua namorada de diferentes perspectivas: o chapéu indica dois pontos de vista diferentes, um por cima dele e outro por baixo. Mas há mais para além do chapéu: a cara, a cadeira...

Unidade Astronómica- Nova Definição

2012-09-22T12:14:14.000Z

No mês passado a União Astronómica Internacional, na sua reunião em Pequim, redefiniu a Unidade Astronómica:

1UA = 149 597 870 700 metros = distância média Terra/Sol

Esta nova definição da Unidade Astronómica tem poucos ou nenhuns efeitos para nós, beneficiando principalmente os astrónomos porque permite medições mais precisas.

Relembro que 1 UA (unidade astronómica) é a distância média da Terra ao Sol. A primeira determinação precisa da distância Terra/Sol foi efectuada em 1672 pelos astrónomos Cassini e Jean Richer que observando o planeta Marte a partir de dois lugares diferentes - em Paris e na Guiana Francesa no América do Sul - através da diferença angular resultante de o planeta estar a ser observado em dois lugares diferentes (o fenómeno da paralaxe) conseguiram calcular a distância Terra-Marte e, apoiando-se nesse resultado calcularam a da Terra ao Sol: 140 milhões de Km = 140 000 000 000, um valor razoavelmente próximo do valor actual.

A nova definição de 1 UA passa a ser:

" o raio de uma partícula,de massa infinitesimal, não sujeita a perturbações, em torno do Sol , cujo movimento médio é de 0,01720209895 radianos /dia"

A Força de Coriolis- Realidade e Mito

2012-09-13T16:07:12.000Z

Todos nós sabemos que as leis de Newton apenas mantêm a sua validade apenas em refenciais inerciais. Como o nosso planeta roda perde o seu estatuto priveligiado de referencial inercial, e as leis de Newton só se podem aplicar à custa da introdução de duas novas forças: a força centrífuga e a força de Coriolis. Este post é dedicado apenas à última destas duas forças.
A força de Coriolis -2mw x v (w= velocidade angular da Terra; v= velocidade da partícula; m = massa) significa que uma partícula projectada no plano horizontal (no Hemisfério Norte) sofrerá um desvio para a direita,relativamente à partícula, e para a esquerda no Hemisfério Sul.
Os movimentos das massas de ar na atmosfera e as correntes marítimas reflectem a presença da força de Coriolis.Por exemplo, as massas de ar rodam no sentido anti-horário (no Hemisfério Norte) como resultado da existência de um centro de baixas pressões combinado com a aceleração de Coriolis, como se vê facilmente nas fotografias de satélite.

Até aqui o terreno era estritamente científico, mas a partir desta parte do texto entramos em águas movediças em que a realidade se mistura com a mistificação.
Faz parte da “voz populi” que quando a água escorre num vulgar lavatório, entra em acção a força de Coriolis: no Hemisfério Norte a água escoa-se no sentido anti-horário e ao contrário no Hemisfério Sul. Será mesmo assim?

Façam a experiência: encham de água um lavatório, imprimam à água um sentido de rotação, digamos horário. Aguardem un minutos até a água parecer estar em repouso.Nessa altura destapem o lavatório. Verão que a água se escoa no ralo rodando no sentido horário. Repitam a experiência mas repetindo o movimento de rotação no sentido anti-horário. Verão que agora a água escoará no sentido anti-horário. A força de Coriolis não existe? Existe! Mas para se entender o que se passa teremos que fazer um pequeno cálculo.

A aceleração de Coriolis é 2w.v.senL, em que L representa a latitude do lugar ( latitude de Lisboa = 38º). Em termos aproximados 2.w.senL = 10^(-4)s-1, se aceitarmos para a velocidade de escoamento da água no ralo 1 cm/s, a aceleração de Coriolis tem o insignificante valor de 10 ^(-6) m/s. Isso significa que a força de Coriolis imprime à água que se escoa, num segundo, o desprezável valor de 1 mícron/segundo.
A causa do escoamento da água no lavatório não tem nada a ver com a Força de Coriolis mas sim com as rotações residuais na água invísiveis a olho nú, por restrições geométricas ( a geometria do lavatório pode induzir um determinado sentido de rotação no enchimento), e ainda a outros factores.
Até aqui temos uma experiência que atribui uma importância exagerada ao factor Coriolis, mas a seguinte experiência é do domínio da mistificação pura.

Em certos países equatoriais alguns dos seus habitantes, a título de atracção turística, enchem uma bacia com água e quando esta se esvazia a água escoa-se no sentido horário. Alguns passos adiante, depois de cruzarem o Equador, repetindo a experiência, a água escoa-se no sentido contrário. “funciona mesmo!”, exclamam os turistas embasbacados (vi esse feito num episódio da National Geografic). O que sucedeu foi que as mãos hábeis e discretas desse habitante equatorial provocaram um sentido de rotação inicial à água, mas como o incauto habitante não tinha estudado física fez tudo ao contrário, a água na bacia colocada no Hemisfério Norte escoou no sentido horário em vez de ter girado no sentido anti-horário para obdecer realmente às equações de Coriolis!

Física 2012 - A importância de comunicar ciência: as minhas notas!

2012-09-11T16:00:00.000Z

Física 2012

Universidade de Aveiro, 6 de Setembro de 2012

Voltei a chegar um pouco atrasada, mas desta vez consegui lugar no auditório onde o Prof Carlos Fiolhais estava a iniciar a sua palestra sobre Porquê comunicar Ciência? Como comunicar Ciência?

Não podia vir mais a propósito da reflexão com que terminei o post sobre a palestra do Higgs e sobre aquilo que ressoava em mim. A vontade e a preocupação que os físicos, os cientistas dos nossos dias têm em partilhar com o público em geral (mesmo aqueles que pouco ou nada sabem de Ciência) aquilo que fazem e os seus resultados mais empolgantes. Porquê? Será que precisam disto? Qual a importância de o fazer? Não será perda de tempo? Afinal, muito do que dizem foge à nossa compreensão e intuição… Muitos dos conceitos e das teorias que apresentam nem sequer se aplicam ou funcionam à nossa escala…. Estou a pensar, por exemplo, na Mecânica Quântica, na Física das Partículas (Física das Altas Energias). Como disse o Prof Fiolhais, o esforço de comunicação que os cientistas fizeram para isto é notável. As pessoas não fazem a mínima ideia do que é, por exemplo, o bosão de Higgs, mas estão dispostas a acreditar!! De facto, é notável.

Fonte: http://www.dailymail.co.uk/news/article-2074350/Mac--The-discovery-Higgs-boson-God-particle.html

Bem, avançando e voltando à comunicação em Ciência e ao seu carácter determinante para que a Ciência possa continuar a existir. Afinal, como veremos adiante, esta é uma questão vital para a Ciência!

Aqui ficam as minhas notas da conferência. Fi-las a pensar em todos os que não puderam lá estar. São sempre conversas apaixonantes, em que se ri, nos espantamos e aprendemos algo.

Fotos cedidas pela Prof. Cornélia Castro. Obrigada!

1. O Prof Carlos Fiolhais referia, a necessidade de comunicar Ciência a todos como determinante do nosso futuro enquanto humanidade. Num mundo cada vez mais dependente da Ciência e tecnologia a ignorância científica é perigosa!

Aliás, e crescente a confiança na comunidade cientifica (só superada pela confiança na medicina). Todos os outros campos de ação da atividade humana estão em declínio (religião, imprensa, grandes empresas….).

2. Do ponto de vista dos europeus, o que é visto como cientifico, por ordem decrescente: Medicina, Física, Biologia, Astronomia, Matemática, Psicologia, Economia, Astrologia, Homeopatia e História. Curioso o lugar cimeiro da física (resultado deste esforço crescente de aproximação ao publico em geral?), e o da astrologia e homeopatia à frente da historia, por exemplo.

3. Em seguida o professor falou um pouco da relação curiosa entre jornalistas e cientistas e daquilo que tem sido a sua boa relação com eles. Do ponto de vista do professor Fiolhais, ambos comunicam factos verdadeiros. Os jornalistas confiam nos cientistas. E os cientistas também…. confiam na comunidade científica! Até nisso estão de acordo, parecem por isso não existir muitas divergências em ambas as profissões.

4. Niels Bohr não gostava dos prognósticos, aliás é dele esta frase: “É muito difícil de adivinhar, principalmente o futuro!” LOLLL Onde é que nós já ouvimos algo parecido… “prognósticos… só no fim do jogo!”, como dizia o outro.

5. A comunicação em Ciência tem tradições fundas. Galileu Galilei (1564-1642) escrevia em italiano (não em latim, como era corrente na época) e em diálogo e publicava com grandes tiragens para a época, conseguindo, no mesmo livro, comunicação para os pares e para o povo!

Michael Faraday (1791-1867), físico autodidata, só fez a 4ª classe (era filho de um ferrador) e entrou no Royal Institute, como ajudante de Rayleigh. Fazia espetáculos de Física e de Química para o povo (um espetáculo de Ciência para todos, onde se vendiam e ofereciam bilhetes!) Ele já estava em comunicação, fora da torre de marfim dos cientistas e dos teóricos….

Einstein foi outro comunicador de Ciência único (1879-1955) e tem frases que nenhum bom publicitário conseguiria fazer. Uma vez uma menina abordou-o com um problema de matemática que não conseguia resolver, pedindo-lhe ajuda, ao que Einstein respondeu, de forma imediata e espontânea: “Julgas que eu sou algum Einstein?!” Ficou querido dos jornalistas e foi eleito pela Times a pessoa do seculo XX.

6. Existem dois modos de comunicar Ciência: comunicação formal (Escola) e comunicação informal (media: TV, Internet, jornais, rádio; livros; Museus e Centros de Ciência)

7. O Pisa 2009 indica que a literacia científica em Portugal tem melhorado. Contudo, os resultados ainda não são satisfatórios (ainda estamos abaixo da media da OCDE. Os EUA estão poucos pontos acima dessa média e muito preocupados com isso e a repensar o seu ensino das Ciências). Embora tenhamos melhorado em relação aos resultados anteriores, estes eram péssimos! Por isso, existe ainda um longo caminho a percorrer. No topo da lista estão (por ordem decrescente) a Finlândia, Japão, Coreia, Nova Zelândia, Canadá, Estónia e Austrália.

8. Em termos da percentagem da população (25-64 anos) com grau superior em áreas de Ciências e Tecnologias, Turquia, Portugal e Roménia estão no fim da lista! São os últimos três. Este é um défice legado pela escola que tivemos. Temos um défice nos ativos; estamos a recuperar mas vai demorar a recuperar. O problema da nossa sociedade reside aqui, porque a economia moderna não funciona bem sem gente qualificada nas áreas de Ciência e Tecnologias.

9. A ideia da Ciência como “atracão” tem raízes no séc. XVIII e perdura hoje nos Centros Ciência Viva. A publicação de livros de divulgação científica foi um trabalho que tem sido muito desenvolvido pelo professor Fiolhais, na Gradiva. A sua coleção “Ciência a Brincar” teve enorme sucesso junto das crianças. O professor teve também até há pouco tempo uma colaboração com o jornal SOL. Escreve para o blogue de Rerum Natura. Colaborou no projeto Megaciência (Física espetáculo, na SIC em 2004), que tem um canal no Youtube.

10. Fontes de informação acerca de Ciência, em 2010: TV-54%; Jornais-33%; Internet-19%; Rádio-14%. Daqui se conclui que é preciso mais divulgação de Ciência na TV, pois este continuar a ser, apesar de tudo, ainda o meio mais utilizado.

11. Por fim, o professor falou do seu mais recente projeto, com 3 anos e que como qualquer coisa que tem 3 anos precisa de ser acarinhada e cuidada: o Centro de Ciência Viva Rómulo de Carvalho, em Coimbra. Aqui existe uma biblioteca multimédia e faz-se a preparação da equipa olímpica, na Escola Quark.

12. E rematou com uma curiosidade sobre a origem da expressão “É de pequenino que se torce o pepino”… Afinal, pepino não se trata de um legume, mas sim de uma criança, filho de Carlos Magno, que tinha um mestre Alcuíno…. Já nesta altura se falava na importância de descer da torre de marfim e de comunicar Ciência!

Quem mais esteve no Física 2012 e tem notas para partilhar? Seria uma boa forma de darmos um quadro mais completo. Eu, por exemplo, adoraria ter ido a outras palestras que não fui e adorava saber o que lá se falou. Foram várias, muito interessantes e decorriam em simultâneo…

Na bem-humorada, palestra do Prof Rui Agostinho, sobre o Fim do Mundo em 2012, ainda tentei começar a tirar notas, mas o escuro no auditório, o cansaço acumulado e o detalhe dos slides (com imensos números e contagens de calendários distintos), tornaram impossível a missão! Fica a ideia principal, como que o orador terminou a sua palestra, de que em 2012 e 2013 nada de especial acontecerá, a não ser que teremos de pagar mais impostos! Hilariante se a situação no país não fosse tão dramática.

Entretanto, só para terminar, já no tempo de questões ao orador, foi referido um dado curioso que me deixou com vontade de convidar o Prof Agostinho, para uma “Conversa com os Pros” (aliás esta ideia já tinha sido proposta por alguns de vós e vamos tentar que se concretize este ano letivo): o movimento de rotação da Terra está a abrandar… Consequências? Causas? Impacto no Sistema Solar…. E mais mil e uma questões.

O que dizem? Será esse o fim do mundo?!...

As minhas notas da palestra "Tudo o que precisa de saber sobre o Bosão de Higgs"

2012-09-11T15:30:00.000Z

Tudo o que precisa de saber sobre o Bosão de Higgs

4 Setembro 2012, Pavilhão Conhecimento, Lisboa, 17.00h

Conferencistas: Albert De Roeck, cientista do CERN envolvido na experiência CMS, e André David, investigador do LIP - Laboratório de Instrumentação e Física de Partículas

Cheguei atrasada. Coisas de quem vive na província e agenda mil e uma coisas para fazer quando vai à cidade (e se esquece que em Lisboa as distancias, apesar de pequenas, não se percorrem em 5 minutos ou pouco mais). Bem, avançando, quando cheguei ao Pavilhão do Conhecimento já a palestra tinha começado e o auditório estava cheio. Pelo que, assisti à palestra numa sala exterior, onde estava a ser transmitido, em direto, tudo o que se passava no interior do auditório. Não é a mesma coisa, mas foi o suficiente para compreender tudo o que era dito lá dentro e conseguir partilhar convosco as notas que se seguem.

Cheguei no exato momento em que o físico Albert De Roeck estava a introduzir o conceito de matéria negra e o porquê de suspeitarem da sua existência. Assim, passo a apresentar as minhas notas que espero vos sejam tão úteis e interessantes quanto foi para mim ouvir tudo o que foi dito (algumas coisas já sabia, graças às conversas com os nossos “pros” e aos posts do Rogério, o nosso correspondente oficial da física das altas energias! ;))

Ora vejam e, por favor, corrijam o que estiver errado ou acrescentem e esclareçam o que estiver em falta. Foram notas ao sabor da pena, ou seja, do que consegui escrever à medida que o conferencista falava. Vou apenas “papaguear” da forma mais correta possível.

1. Verificou-se que a velocidade de rotação das galáxias no centro e na parte mais limítrofe é próxima. Mais próxima do que se previa. Isto indica que elas devem ter mais matéria do que se pensa – matéria escura.

No LHC, procura-se a supersimetria, que permitiria explicar a conversão de energia em matéria escura. O LHC é uma “discovery machine” e irá determinar o futuro da Física das Altas Energias (HEP).

2. Os estudos no LHC requerem:

Aceleradores que acelerem os protões em direções opostas e os façam colidir. As energias nestas colisões andam à volta de 7 Tev por cada protão que colide. Será portanto 7 Tev a colidir com 7 Tev!
Detectores que registem as partículas resultantes das colisões.
Computação, não um super computador, mas antes computadores espalhados por todo o mundo. Os dados são lançados por todo o mundo, para os colaboradores (e lembro-me de, há uns tempos, o José Gonçalves ter referido que disponibilizou o seu computador para participar no processamento de alguns destes dados. Incrível!!)
Pessoas. Toneladas de cientistas e engenheiros! Ciência colaborativa à escala mundial. Afinal, isto da importância e necessidade da colaboração para irmos mais além, resolver problemas complexos e enfrentar novos desafios é mesmo real! ;)

3. Os principais alvos teóricos da investigação no LHC, pelos físicos das altas energias, aquilo que eles procuram compreender com as experiências que aí realizam, são:

Origem da massa
Natureza da matéria escura
Compreender o espaço-tempo
Matéria vs Antimatéria
Plasma primordial

4. Os números do LHC:

Os protões têm a energia de uma mosca!
As velocidades atingidas pelos protões no LHC são 99.9999991% da velocidade da luz!
Nas experiências ocorrem cerca de 1 bilião de colisões/segundo.

5. Factos do LHC:

Situa-se numa caverna, 100m abaixo da superfície. Tem 15m de altura e 15m de largura.
É mais frio que o espaço vazio no universo. 1.9K acima do zero absoluto.
O vácuo é melhor que o vácuo da lua (LHC é o local mais vazio do mundo).
Mais quente que o Sol. A temperatura nas colisões é 1 bilião de vezes superior à do centro do Sol.
No LHC decorrem 4 experiências centrais: Atlas, CMS, ALICE, LHCb.
O LHC é uma cebola cilíndrica em que cada camada tem uma tarefa específica. Juntas permitem identificar e medir energias e direção de todas as partículas produzidas nas colisões, em cada experiência.
Cada experiência tem 100 milhões de canais de leitura. É caso para dizer que não deixam escapar nada! ;)
Na experiência CMS colaboraram 3200 cientistas e engenheiros, 800 estudantes (oriundos de 190 instituições, de 39 países).

6. O programa de Física do LHC (existem já mais de 100 artigos publicados) - as perguntas que os físicos do LHC se colocam e para as quais querem encontrar resposta:

Os quarks são partículas elementares? Os quarks não são partículas que existam livres. Aos primeiros resultados: até agora os quarks permanecem partículas elementares. Átomo > Núcleo > Protão > Quark (esta parece mesmo ser a fronteira limite).

Veremos partículas supersimétricas? Esta seria uma descoberta estrondosa porque até agora é só teoria. Uma nova simetria na natureza, uma nova família de partículas, provavelmente muito pesadas e diferentes das outras nos seus números quânticos. Poderão ser muito pesadas e ser muito complicado produzi-las. São partículas maiores que 1000 Gev!! 1000 vezes mais pesadas que o protão! São partículas candidatas para matéria negra. Produzir matéria escura no LHC! Porém, até agora nada, claro. A busca continuará nos próximos anos.

Veremos dimensões espaciais extra? O LHC não é uma máquina com capacidade de produzir energias suficientes que permitam responder a esta questão. Existirá uma 4ª dimensão? E se a força gravítica se tornar forte (aqui não compreendi bem….. ou melhor, não compreendi nada…). Porém, até agora não há qualquer sinal. Se a dimensão extra existir então a escala de Planck será maior que 2-3 Tev.

Veremos micro buracos negros? Se a escala de Planck está na região dos Tev pode esperar-se produção de buracos negros quânticos (?). Porém, até agora nada…

A descoberta de uma partícula que parece o Higgs (Higgs-like particle). De onde vem a massa das partículas elementares? Se as partículas sem massa se movessem todas à velocidade da luz, se se comportassem todas de igual forma, então não haveria formação de átomos. A questão chave é: onde está o Higgs? Não se conhece a massa do Higgs, em si mesmo. Sabemos onde não está. Existem limites, inferior e superior, que indicam a faixa de energias em que ele se localiza. O Higgs é muito instável e decai em 2 fotões ou 2 bosões Z e depois em 2 muões. Quando ocorre a colisão de 2 protões, os físicos procuram 2 fotões ou 4 muões.O anúncio oficial da descoberta de uma partícula muito semelhante ao Higgs ocorreu em 4 Julho de 2012, como resultado das colaborações Atlas e CMS. Verificou-se um claro excesso de dados, em ambas as experiências, à volta dos 125-26 Gev, o que permitiu anunciar a descoberta de um novo bosão (muito parecido com o Higgs) com significância de 5 sigma. Os experimentalistas cautelosos, chamam-lhe “a Hiigs-like particle” porque ainda têm perguntas por responder acerca desta nova partícula. Até agora o novo bosão parece andar e falar como o Higgs. Quais os seus números quânticos (spin=0 e paridade=+). Talvez esta seja apenas a primeira partícula deste tipo que vimos e que estas possam ter propriedades exóticas, ainda não antecipadas…. Estas e outras perguntas estão por responder nos próximos anos.

Para termos uma ideia o LHC estuda dos primeiros 10^(-10) a 10^(-5) segundos depois do Big Bang (muito próximo… é o mais próximo que conseguimos ir até à data ). O LHC revela a origem da massa das partículas e irá revelar muito mais. Até agora o LHC ainda não nos mostrou a assinatura de uma nova Física, mas isto pode acontecer a qualquer momento, num dia qualquer! Estamos à beira de uma revolução na nossa compreensão do universo e do nosso lugar nele. Cientistas e estudantes portugueses estão a tomar parte nessa revolução. O LHC irá determinar o futuro da HEP.

Na 1ª ronda de perguntas e respostas, a 1ª questão tinha a ver com o debate que deu na televisão, no programa “Pros e Contras”, sobre a descoberta da “Partícula de Deus” e de uma eventual sobreposição entre Ciência e Religião. Albert disse que os cientistas não gostam desse nome, que foi algo acidental (ver este post do Rogério, sobre o assunto). Ciência e Religião podem coexistir sem problema, mas têm campos de ação diferentes e baseiam-se em modos de operar diferentes. Os cientistas não acreditam na origem divina.

A 2ª questão teve a ver com as forças existentes na natureza: serão 4 ou 3? Já que a força eletromagnética e a força eletrofraca são 2 encarnações da mesma força. Num caso são os bosões pesados que criam as interações, no outro os fotões.

Depois falou o físico André David, doutorado em Física e que opera um dos detetores no CERN (o detetor de fotões e eletrões). O André esteve envolvido nestes cálculos finais que permitiram anunciar o Higgs. Em 1986 Portugal juntou-se ao CERN. Portugal participa na experiência CMS há 20 anos e o André há 6 anos.

O físico referiu que as colisões de partículas começaram nos anos 50. Sabiam?

Uma frase que ele disse e que eu gostei particularmente foi “Quando as coisas se complicam as pessoas têm de se juntar!” Isto para aludir à complexidade / enormidade das tarefas em curso, ao desafio pela frente e à necessidade da colaboração na experiência CMS. Portugal trabalha na camada do calorímetro eletromagnético.

Os detetores registam traços associados à passagem de partículas carregadas (eletrões) e não registam nada quando passam partículas não carregadas (fotões). Neste caso, vê-se a energia dessas partículas e tem de se assegurar que para trás, algures antes da sua deteção, não houve nenhum evento anterior, pelo que é necessário outro detetor, nessa zona anterior.

Mais dados sobre a experiência CMS. A experiência CMS pesa 12500 toneladas. Quando se fechou o detetor pela primeira vez, este estava raspar na entrada e teve de se limar 1 cm a todo à volta, numa estrutura de 12500 toneladas, 15m altura e 15m largura. Isto é perfeição! disse o André. (Foi esta espécie de nariz que se vê na foto, lado direito, e que encaixou na estrutura da esquerda, que foi limada 1 cm toda à volta).

O “C” em CMS vem de compacto. A 1ª coisa que se deve ver quando as colisões começam são as luzes a piscar (como nos nosso routers) para ter a certeza que se estão a recolher dados.

O Higgs é a segunda partícula mais pesada que alguma vez se encontrou!

O LIP trabalha para dar novos mundos ao mundo!

Iniciou-se a 2ª ronda de perguntas e respostas em que, entre outras coisas, foram pedidas referências bibliográficas para aprender mais sobre estes assuntos O Albert disse que, agora, os livros estão desatualizados e que devíamos esperar pelo dele! ;) Mas acabou por referir um livro chamado Massive, dizendo para ignorar o último capitulo.

Entretanto, este ciclo de perguntas e respostas foi se tornando cada vez mais difícil de acompanhar. Um animado e conversador grupo foi enchendo esta sala exterior ao auditório, indiferente ao que estava a terminar lá dentro. Quando voltei costas para ver o que se passava e o motivo do burburinho e animação crescente, reparei que se tratava de uma grande parte da equipa de cientistas e engenheiros do CMS, reunida nessa semana em Portugal, no LNEC, Lisboa. Todos falavam em inglês e, pelo ar bem disposto, os trabalhos estavam a correr bem! Curioso ver tanta concentração de físicos (e de inteligência) por metro quadrado! ;)

Valeu a pena. Impressiona-me (e invejo) sempre a capacidade que estas pessoas têm para fazer com que assuntos tão complexos, que fogem à nossa intuição e senso comum, pareçam tão simples e triviais. Ou seja que os tornem inteligíveis! Algo que, só quem domina muito bem um assunto, consegue fazer: fazer parecer simples algo que na realidade é bastante complicado (também já tivemos “pros” destes aqui na nossa rede, destaco esta conversa em que se mencionou o assunto).

O que mais me agradou e o que ressoava na minha cabeça no final desta sessão era a vontade destes Físicos Teóricos (físicos das altas energias… mentes geniais) em se aproximarem do público em geral. O esforço e a vontade para comunicarem a sua arte, o seu trabalho ao serviço da humanidade, em termos ainda não totalmente antecipados mas que, tal como em ocasiões anteriores, certamente contribuirão para ajudar o Homem a conhecer-se melhor, a si próprio e ao mundo que o rodeia. A sua alegria, entusiasmo, simplicidade (aparente) é notável.

A ciência para todos, como nunca antes!

Uma maravilha dos tempos e das consciências!

EFEITO HALL QUÂNTICO- UM NOVO PARADIGMA DA FÍSICA?

2012-09-05T19:07:00.000Z

Em Julho último todos assistimos ao magnifico triunfo do reducionismo em Física- a descoberta do bosão de Higgs. Como todos sabemos a Física das Partículas é o expoente máximo dessa ideologia- a crença que só através da redução da matéria aos seus componentes últimos (ou um qualquer fenómeno complexo) se chegará ao seu entendimento cabal.
O desenvolvimento acelerado da Física contudo começou a revelar as limitações do modelo reducionista. A descoberta (acidental) do efeito de Hall quântico em 1980 por Klaus von Klitzing é considerado por alguns físicos como o momento em que “a física saíu da era reducionista para entrar na era da emergência (há quem se refira este momento como a transição da era da física para a era da biologia)”, nas palavras do físico Robert B. Laughlin, no seu livro “um Universo Diferente”, publicado pela Gradiva. Ele próprio foi um dos físicos que explicou teoricamente esse efeito, ganhando o prémio Nobel em 1998 (na verdade Laughlin explicou uma versão ligeiramente diferente- o efeito de Hall quântico fraccionário).

O efeito de Hall foi descoberto em 1879 por Edwin Hall quando trabalhava para a sua tese de doutoramento.
Quando um íman é colocado perto de um fio que transporta corrente eléctrica desenvolve-se uma diferença de potencial perpendicular à direcção da corrente. Como todos sabemos os electrões sujeitos ao campo magnético do íman sofrem a força de Lorentez que os deflecte( para a esquerda ou para a direita depende do sinal do portador da carga),e assim acumulam-se num dos lados do fio até que a diferença de potencial criado por eles compense exactamente a deflexão magnética. Isso secede quando Ey = vxBz . O coeficiente de Hall é definido como RH = Ey /Bzjx (como a densidade de corrente é jx = vx nq , RH =1/nq , quer dizer a a importância do efeito Hall é permitir-nos determinar não só a densidade dos portadores de carga,n, como também o sinal do portador de carga, q.) Os símbolos têm o significado habitual.

Ha temperaturas muito baixa intervém a Mecânica Quântica e um gráfico da resistência de Hall já não é uma linha contínua como se depreende da fórmula RH = Ey /Bzjx mas um gráfico em escada.

E isto sucede porque a resistência de Hall ,RH , está quantizada:
RH = h/ie2
h= constante de Planck ; e = carga do electrão ; i = número inteiro
Na verdade essa nova equação designa-se como resistência de von Klitzing e fazendo i=1 teremos
RKlitzing = h/e2 = 25812.807557(18) Ω
Repare-se na enorme precisão com que é determinada RK : uma parte em 10 mil milhões! Por este facto este valor de RK é a actual medida standard da resistência eléctrica.
Mas o espantoso deste valor de RK não é apenas o valor da sua precisão mas principalmente que esta precisão é obtida através de amostras imperfeitas. Seria de esperar qu a imperfeiçao da amostra prejudicasse a precisão da medida- mas tal não sucede. Mas se a medida de RK dependesse apenas dos seus blocos constituintes as imperfeições apenas prejudicariam a precisão da medida, o que não acontece em absoluto! Mais ainda a precisão da quantificação desaparece se a amostra for demasiado pequena- a extraordinária precisão de RK tratar-se-á de um fenómeno colectivo? Inexplicável pela ideologia reducionista?
A Física saíu da era reducionista como sustenta Robert Laughlin?

Modelo Standard- Triunfo e Limitações do Modelo

2012-07-24T09:30:57.000Z

Com a descoberta do bosão de spin-0, com massa 126 Gev - em termos mais simples, o bosão de Higgs - o Modelo Standard das Partículas Elementares fica completo. Este modelo,como muitos sabem, tem a seguinte tradução imagética:

Os leptões (electrão, muão, tao) são emparelhados com as partículas neutras- os neutrinos, que só sentem a interacção fraca , responsável pelo decaimento dos neutrões em protões (mais geralmente, pelo decaimento beta dos núcleos) e por alguns processos nucleares que ocorrem nas estrelas. Todas as partículas do Modelo Standard sentem a interacção fraca.

Os quarks experimentam tanto a interacção electromagnética como a interacção forte. É esta última força que os mantém ligados no interior dos protões e neutrões.

Juntamente com as partículas de matéria existem as partículas que transmitem a força- os bosões de gauge. O fotão é o mensageiro da força electromagnética, os 2 W e o Z são os os mensageiros da força fraca, e os 8 g (gluões) os mensageiros da força forte.Tudo isso era conhecido nos fins dos anos 90. E este foi o mês que se conheceu a última partícula necessária para completar o Modelo Standard- o bosão de Higgs.

Muito bem!...Mas muitas interrogações ficam ainda em aberto, e este é o tema deste post antes de férias.

O maior problema é a gravidade que fica de fora do Modelo Standard.Mas as energias alcançadas pelo LHC serão insuficientes para encontrar o célebre gravitão, a mensageira da força gravítica. O primeiro grande triunfo do LHC foi ter encontrado uma partícula de spin-0 (bosão de Higgs). Existem partículas de spin-1 : os bosões transmissores das forças. Existem partículas de spin 1/2: os leptões e os quarks. Para completar o quadro falta encontrar as partículas de spin-2 (o gravitão)- que está para além do alcance do LHC.

Com a descoberta do Higgs respondeu-se à questão de como as partículas do Modelo Standard,originalmente sem massa, a adquirem (pelo mecanismo de Higgs). Mas permanece um grave problema- porque razão estas massas têm o valor que têm? Os cálculos da Mecânica Quântica e da Relatividade Especial mostram que essas massas têm que ser enormes, da ordem de 10^16 Gev, e só um "afinamento" permite que as massas tenham o valor que têm- um procedimento pouco satisfatório- é o problema da hierarquia.

A matéria negra- será que o LHC poderá lançar luz sobre a sua natureza? A propósito, a matéria negra não é exactamente negra, porque um corpo negro absorve luz, mas a matéria negra não interage com a luz de qualquer modo- daí a impropriedade do seu nome.O Modelo Standard não faz nenhuma previsão sobre qual ou quais as partículas que constituem a matéria negra.

Neutrinos- quando Pauli postulou a existência dessas fantasmagóricas partículas elas não eram dotadas de massa, e como tal foram aceites no Modelo Standard. Hoje em dia sabe-se que os neutrinos possuem uma pequeníssima massa. (da ordem os eV). Este facto não é explicado pelo Modelo Standard.

(Sabe-se que os neutrinos têm massa através do mecanismo da oscilação dos neutrinos, isto é, durante o seu percurso, os neutrinos mudam periodicamente de identidade ( o neutrino electrónico transforma-se em neutrino muónico e vice-versa, por exemplo) ).

Apesar do seu extraordinário sucesso sobre compreensão da natureza da matéria e das forças que actuam no Universo visível, muitas interrogações ficam sem resposta, e eu citei apenas um pequeníssimo número dessa perguntas que reclamam uma teoria que vá mais além...

O Bosão de Higgs- Um Problema Resolvido Outro Criado

2012-07-04T20:30:00.000Z

"We observe in our data clear signs of a new particle, at the level of 5
sigma, in the mass region around 126 GeV. The outstanding performance of
the LHC and ATLAS and the huge efforts of many people have brought us to
this exciting stage," com estas palavras da porta voz do CERN, Fabiola Gianotti, fica oficializada a descoberta do bosão de Higgs.

Todos sabem que é o mecanismo de Higgs o responsável por criar a massa das partículas elementares, leptões, quarks e bosões, que no Modelos Standard, sem Higgs, teriam massa nula o que é contrário à evidência experimental.

Muito bem! Mas de que modo esse mecanismo gera massa? A resposta é extremamente difícil porque envolve dois conceitos abstractos- quebra espontânea de simetria e transformação de gauge local- mas tentarei através de uma analogia explicar como funciona o mecanismo de Higgs.

Um bom modo de pensar no mecanismo de Higgs é aceitar que o vácuo não é verdadeiramente vazio, que um novo campo, o campo de Higgs, o preenche totalmente, de tal modo que esse vácuo se comporta como um fluido viscoso. Esse fluido viscoso transporta uma carga, a carga fraca (em rigor, carga fraca de isospin). Está claro que, como todos sabem, a Mecânica quântica estipula que a cada campo corresponde a sua partícula correspondente, o seu quanta- que neste caso é o bosão de Higgs.

A carga fraca é responsável pela interacção fraca assim como a carga eléctrica é responsável pela interacção electromagnética: assim como dois electrões sem carga eléctrica não sentem a força eléctrica, dois leptões ou dois quarks sem possuírem a carga fraca não sentem a interacção fraca- e não existiria radioactividade.

Partículas que têm carga fraca ( tal como leptões e quarks, e os bosões fracos W e Z ) podem interagir com esse fluido- esse vácuo permeado com o Higgs- e essa interacção retarda o seu movimento: adquirem massa. As partículas que mais interagem com o Higgs terão uma maior massa, como os bosões que transportam a interacção fraca, W e Z, da ordem dos 90 Gev e o electrão que interage pouco com o Higgs terá uma massa "pequenina"- 0,5 MeV.

Então o fotão tem massa nula porque como não transporta a carga fraca não interage com o bosão de Higgs! Só as partículas com carga fraca (de isospin) podem adquirir massa por interacção com o campo de Higgs que também tem carga fraca.

Mas se o bosão de Higgs resolve um problema cria de imediato outro:porque razão é tão "leve"? Teoricamente deveria ter uma massa extremamente elevada (10^18 GeV) e só recorrendo a hábeis cancelamentos (tuning) se obtém o valor actualmente observado- um procedimento nada elegante e de carácter algo duvidoso. A esperança reside na existência da validade de uma nova teoria, a teoria supersimétrica- que a existir explicaria o actual valor de 126 GeV com toda a simplicidade. Contudo...a supersimetria implica a existência de novas partículas- as partículas supersimétricas. Existirão?

E esta é a nova esperança dos físicos das partículas, encontrar partículas supersimétricas no LHC. Mas....ai! Mais partículas? É que estas partículas duplicam as existentes que são 62 (com o Higgs anunciado hoje) no Modelo Standard.Com tanta partícula onde pára a simplicidade fundamental que acreditávamos reinar no mundo do infinitamente pequeno?