segunda-feira, 14 de novembro de 2016

Transições superficiais

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O prêmio Nobel de Física desse ano foi atribuído a três pesquisadores que desenvolveram os fundamentos teóricos para explicar um tipo particular de transição de fase, as transições de fase topológicas. O assunto é bastante complexo, mas fiz um esforço para tentar traduzir um pouco dessa grande contribuição para o entendimento  mais fundamental da natureza.

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TRANSIÇÕES SUPERFICIAIS


Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje On-line
publicada em 28/11/2016

Em outubro, são anunciados os ganhadores do prêmio Nobel. No campo da física, as três últimas premiações foram concedidas: por trabalhos que confirmaram a existência do bóson de Higgs, partícula prevista pelo chamado modelo padrão da física, que descreve as partículas e forças fundamentais (2013); pela invenção do LED de cor azul, que permitiu a construção das lâmpadas de LED usadas atualmente (2014); e por resultados que mostraram que os neutrinos, partículas sem carga elétrica, têm massa (2015).
Em 2016, criou-se uma expectativa em relação ao prêmio após o anúncio, no início do ano, de uma das mais importantes descobertas científicas dos últimos tempos: a observação direta, pela primeira vez, das ondas gravitacionais previstas pelo físico alemão Albert Einstein há 100 anos. Embora não houvesse dúvidas sobre o fenômeno observado, o grupo de pesquisadores que fez essa descoberta não ganhou o prêmio deste ano. Como se trata apenas da primeira observação, o comitê responsável pela escolha dos vencedores provavelmente deve esperar outras.
O prêmio de 2016 foi concedido a três pesquisadores: metade para David J. Thouless e a outra metade para J. Michel Kosterlitz e F. Duncan M. Haldane, pela “descoberta teórica de transições de fase topológicas e as fases topológicas da matéria”. Esse é um tema muito complexo em física, bastante distante do cotidiano das pessoas. Vou tentar explicar a importância dos trabalhos desses pesquisadores, pois já usei alguns de seus resultados em minhas pesquisas.

Estados da matéria

Na escola, costumamos aprender sobre os três estados da matéria – sólido, líquido e gasoso –, bem como suas transformações. Por exemplo: se retirarmos uma pedra de gelo do congelador (normalmente a -120C) e a deixarmos dentro de um copo em temperatura ambiente (250C), ela primeiro fica mais ‘branca’ e, depois, começa a derreter, transformando-se em água líquida. O embranquecimento deve-se à transformação do vapor d’água que está no ambiente em líquido e, depois, em sólido. É como se nevasse sobre a pedra de gelo.
Já o derretimento do gelo acontece devido ao seu contato com o ambiente, que está em uma temperatura mais alta. A pedra de gelo começa a se aquecer até a temperatura de 0oC, que é o ponto de congelamento da água ao nível do mar, e mantém essa temperatura até ser totalmente convertida em água líquida.

Por outro lado, se pegarmos água líquida e a aquecermos em uma panela, sua temperatura aumentará até 100oC (se estivermos no nível do mar), momento em que ela começará a evaporar e se transformar totalmente em vapor d’água.
Esses processos são chamados de transição de fase do estado sólido (gelo) para o líquido (água) e do líquido para o vapor. Nesses tipos de transições de fases, pelo menos uma propriedade do sistema muda de maneira importante. No caso das transições de fase da água, por exemplo, o que muda é sua densidade. Curiosamente, a densidade da água no estado sólido (gelo) é menor que a densidade no estado líquido (por isso, o gelo flutua na água), mas é maior que a densidade no estado de vapor. A densidade é considerada pelos físicos o ‘parâmetro de ordem do sistema’, que se modifica de maneira significativa na transição de fase de toda matéria.

Ao derreter, o gelo passa por um processo chamado de transição de fase do estado sólido para o líquido. (foto: Pixabay.com/ Domínio Público)

Mas existem ainda outros estados da matéria, como o plasma, que surge quando a matéria está em temperaturas muito altas, como a que existe nas estrelas, onde os elétrons são arrancados dos átomos, deixando-os altamente ionizados.
Em baixas temperaturas, por volta de -273oC (a menor temperatura possível), podemos observar novas fases da matéria, associadas a fenômenos quânticos. Na supercondutividade, por exemplo, alguns materiais apresentam uma fase em que sua resistência elétrica vai a zero, tornando possível a passagem de uma corrente elétrica sem que haja perda de energia. Outro exemplo ocorre com materiais como o ferro, que, em certa temperatura, podem deixar de ser magnéticos, caracterizando o que se chama de transição de fase magnética.

Dimensões reduzidas

Os ganhadores do prêmio Nobel deste ano desenvolveram um modelo matemático geral para descrever o comportamento de transições de fase que ocorrem em supercondutores ou sistemas magnéticos com dimensões reduzidas. Kosterlitz e Thouless estudaram a transições de fase de materiais bidimensionais, cuja altura é muito pequena comparada com a largura e o comprimento, de forma que podemos considerá-los apenas em duas dimensões. Haldane estudou a matéria que, por formar fios tão finos, pode ser considerada unidimensional.
Como já foi dito, nas transições de fase da água, existe um parâmetro de ordem (a densidade) que muda de uma fase para outra. No caso dos sistemas bidimensionais estudados por esses pesquisadores (como os materiais supercondutores), havia uma transição de fase sem a mudança do parâmetro de ordem. A transição de fase ocorria devido a uma mudança topológica, ou seja, uma mudança na forma como se dá o arranjo de determinadas estruturas características da matéria. Essa transição ficou conhecida como transição de Kosterliz-Thouless.
Uma mudança topológica, por exemplo, ocorre quando um objeto é esticado, torcido ou deformado, sem ser dilacerado, mas mantém certas propriedades intactas. Topologicamente, uma esfera e uma bacia pertencem à mesma categoria, porque uma massa esférica de argila, por exemplo, pode ser transformada em uma bacia. Uma rosca com um furo no meio e uma xícara de café com alça furada pertencem a outra categoria. Elas também podem ser remodeladas para formar outros objetos.
Os estudos de Kosterlitz, Thouless e Haldane ganharam maior relevância nos últimos anos, com a descoberta dos isolantes topológicos, materiais que apresentam as propriedades investigadas por eles. Os isolantes topológicos são condutores somente na sua superfície e podem permitir a existência de determinados estados quânticos da matéria apenas nessa camada superficial. Esses estados quânticos poderão ser usados para gerar os chamados ‘qbits’ (bits quânticos), que podem levar ao desenvolvimento dos computadores quânticos, máquinas extremamente poderosas que empregariam propriedades quânticas para o processamento de informações.

Entre os materiais que apresentam as propriedades estudadas pelos vencedores do Nobel estão os isolantes topológicos, que são condutores somente na sua superfície e podem ser usados no desenvolvimento de computadores quânticos. (foto: Penn State/ Flickr/ CC BY-NC-ND 2.0)
 Os segredos que começaram a ser desvendados pelos ganhadores do Nobel de Física deste ano ainda nos trarão muitos avanços. Agora as transições topológicas da matéria precisam ser mais investigadas, para nos levar a novos e fascinantes desdobramentos. Isso evidencia a importância da pesquisa básica para a ciência, mesmo que, em um primeiro momento, não haja perspectivas de aplicações práticas.


Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

quinta-feira, 20 de outubro de 2016

Do laboratório para você

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Embora a Física, como disciplina escolar, não é muito popular entre os estudantes, os avanços e conquistas que por ela realizada transforma as nossas vidas ao longos dos séculos. Em particular, no século 20, com o advento da Física Quântica foi possível construir e desenvolver muitos dos dispositivos que temos em nosso cotidiano. Na coluna publicada em 20 de setembro de 2016 discutimos um pouco disso.

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Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicada em 20 de setembro de 2016.



Do laboratório para você

As casas e as cidades em que vivemos hoje são muito diferentes daqueles de 100 ou 50 anos atrás. Nosso cotidiano está repleto de dispositivos e equipamentos que facilitam a vida: a revolução tecnológica que se iniciou no século 20 alterou de maneira profunda nossa forma de viver, começando pela hora de acordar. Alguém aí ainda usa um despertador à moda antiga, daqueles que soam tic-tac, tic-tac? Duvido.
Quase todo mundo opta pelos despertadores eletrônicos, em alguns casos, um rádio-relógio, e em muitos outros um smartphone programado para fazer um escândalo na hora marcada. Os telefones celulares atuais, aliás, já deixaram de ser telefones, no conceito original de seu inventor Graham Bell, há muito tempo. São, hoje, computadores com alta capacidade de processamento e armazenamento de dados, que permitem rodar inúmeros aplicativos e acessar a internet para gerenciamento de múltiplas tarefas, incluindo o armazenamento e troca de arquivos de textos, fotos, vídeos e áudio. Fazer ligações telefônicas está cada vez mais secundário – mas, para quem ainda o faz, a transmissão de voz é feita por meio de bandas digitais que operam na faixa de frequência das micro-ondas, similar à utilizada nos fornos que muitas pessoas têm na cozinha.
Ao sair de casa, seja com um automóvel ou utilizando o transporte público, também estamos em contato com diversos dispositivos eletrônicos: automóveis e demais veículos são máquinas com sofisticadas tecnologias. Os motores de a combustão, por exemplo, são máquinas térmicas que, a partir da explosão do combustível no interior da câmara dos pistões, convertem a energia térmica liberada pela queima do combustível em energia mecânica. Esse processo é atualmente controlado por microprocessadores semelhantes aos que temos nos computadores, o que torna o processo mais eficiente. Que o digam os automóveis flex, que podemos abastecer tanto com gasolina quanto com etanol. Um sensor detecta a mistura do combustível, ajustando o funcionamento do motor.
Mas a energia mecânica produzida pelo motor não é utilizada apenas para movimentar os veículos. Ela é, também, convertida em energia elétrica para abastecer a bateria, responsável por suprir de energia cerca de uma centena de dispositivos eletrônicos presentes nos carros atuais, incluindo principalmente os sensores que ajudam na condução do veículo. Controladores de velocidade, suspensão ativa, direção elétrica, limpadores de para-brisa, câmbio automático, rádio, vídeo, sensores de estacionamento e ultrapassagem, espelhos eletrocrômicos que controlam o reflexo da luz, entre outros, são cada vez mais comuns nesses meios de transporte.

(foto: Pixbay.com / Domínio Público)
No ambiente de trabalho, seja ele a linha de produção de uma fábrica, um escritório administrativo ou até mesmo o campo, temos contato com computadores, operando-os direta ou indiretamente. Escrevemos, desenhamos, calculamos e nos comunicamos por meio de computadores. Máquinas em linhas de montagem de automóveis, por exemplo, são sofisticados robôs que executam tarefas – de um aperto de parafuso até a pintura das peças de um carro – programadas previamente. Máquinas agrícolas que usam controladores eletrônicos, tanto para a colheita como para o plantio, são comuns na agricultura em larga escala.
E, mesmo ao voltar para casa após um dia cheio, a tecnologia não nos deixa sós. A televisão a que assistimos antes de dormir, um dos aparelhos mais presentes em todos os lares brasileiros, evoluiu muito desde sua invenção na década de 1920. Deixou de ser um grande tubo no qual eram produzidas imagens pouco definidas para se transformar nos modernos televisores com tela de LEDs (dispositivos emissores de luz) orgânicos que permitem imagens tridimensionais de altíssima definição e dispositivos especializados em gerar som de grande fidelidade. Quem não se deixa seduzir por imagens tão impressionantes? Sem falar que, hoje, boa parte das TVs já está conectada à internet, o que garante uma extraordinária variedade de conteúdo para ser acessado, inclusive com recursos interativos.

Das válvulas aos transístores

Os dispositivos eletrônicos começaram a ser construídos no início do século 20, com o desenvolvimento da válvula termiônica. Essa válvula, formada por um invólucro de vidro de alto vácuo e contendo vários elementos metálicos, tem como função controlar uma tensão através de um eletrodo, com ganho de amplificação, isto é, uma pequena tensão de entrada controla uma grande tensão de placa. Assim, como se fosse uma torneira, a válvula controla corrente e amplifica o sinal recebido.
Esse pequeno dispositivo fez uma grande diferença na tecnologia, pois permitiu o desenvolvimento do rádio, dos aparelhos de televisão e dos computadores. Foi utilizando as válvulas eletrônicas que se construiu, na década de 1940, o primeiro computador digital eletrônico, o ENIAC (de Electronic Numerical Integrator and Computer – computador integrador numérico eletrônico). Ele era utilizado para calcular trajetórias balísticas e representou um avanço enorme. Para se ter uma ideia, cálculos que demoravam 12 horas para serem feitos manualmente passaram a ser processados em apenas 30 segundos, com a ajuda de mais de 17 mil válvulas eletrônicas e a potência de 160 kW do ENIAC (equivalente a 40 chuveiros elétricos funcionando simultaneamente).

Mulheres operando o ENIAC, o primeiro computador digital eletrônico. (foto: Domínio Público)

Mas nossos computadores atuais não utilizam mais válvulas eletrônicas. Em dezembro de 1948, John Bardeen, Walter Houser Brattain e William Bradford Shockley, pesquisadores do Bell Labs (Estados Unidos), descobriram o feito transistor, que permitiu o desenvolvimento desse componente que foi o substituto das válvulas eletrônicas. Por essa descoberta eles foram laureados com o prêmio Nobel de Física de 1956.
Diferentemente do que acontece nas válvulas eletrônicas, nos transístores o controle da tensão é feito por materiais semicondutores que têm propriedades quânticas e a grande vantagem de poderem ser feitos de maneira compacta. Em 1958, foi construído o primeiro circuito integrado, com um transistor, três resistores e um capacitor, formando um sistema que podia transformar uma corrente contínua em alternada. Esse avanço permitiu, na década de 1970, construir os primeiros microprocessadores, que são o coração de todos os computadores.
A compreensão das propriedades fundamentais da matéria a partir do conhecimento dos fenômenos físicos envolvidos na escala atômica está no domínio da física quântica, que começou a ser desenvolvida no começo do século 20. Essa área da ciência é a principal responsável pelo grande desenvolvimento da eletrônica. Na medida em que a pesquisa básica foi avançando na compreensão dos processos quânticos que ocorrem nos materiais, novos dispositivos puderam ser criados.
Um exemplo disso foi a descoberta da magnetorresistência gigante pelos físicos Albert Fert, francês, e Peter Grünberg, alemão, no final da década de 1980. Nesse efeito, camadas com a espessura de alguns nanômetros de materiais ferromagnéticos, separados por um material não-magnético, se acoplam de maneira que, ao se aplicar um campo magnético, a resistência elétrica do dispositivo se altera significativamente. Esse dispositivo é aplicado nas cabeças leitoras dos discos rígidos de computadores e em muitos outros equipamentos, como o dispositivo de controle de estabilidade de alguns automóveis. Pela descoberta desse efeito, Fert e Grünberg ganharam o prêmio Nobel de Física de 2007.
Estamos muito acostumados com a tecnologia ao nosso redor, mas muitas vezes esquecemos que computadores, televisores, smartphones e outros aparelhos eletrônicos somente foram possíveis de serem inventados graças aos conhecimentos de física básica desenvolvidos ao longo do último século. Novos dispositivos que estão sendo lançados neste momento já possuem novas tecnologias decorrentes de novas descobertas da pesquisa básica feita em laboratórios de universidades e centros de pesquisa. Vale lembrar, portanto, que nosso conforto do dia-a-dia advém da ciência básica e, por isso, ela deve ser incentivada em todos os níveis. O leitor pode ter certeza de que o novo ‘brinquedo’ que estaremos usando em alguns anos vai começar – ou já começou – na bancada de algum laboratório no qual os cientistas procuram entender os segredos da matéria.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos


terça-feira, 18 de outubro de 2016

Física para Poetas

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Escrever e falar sobre Física e a Ciência em geral é sempre um grande desafio. Estimular as pessoas a se interessarem por assuntos que algumas vezes são tão áridos exige muita dedicação e criatividade. Há tempos invisto nisso não somente através de texto de divulgação, mas também utilizando outras estratégias como videocasts podcasts, instalações interativas entre outras. Contudo, uma particularmente interessante é "Física para Poetas", que são palestras e mini-cursos sobre temas de Física. Na coluna publicada em 08 de agosto no Ciência Hoje on-line explicamos um pouco dessa nossa iniciativa, que não é original, mas tem um jeito especial de como apresentar a Ciência.
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Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicada em 08 de agosto de 2016


FÍSICA PARA POETAS


Falar sobre física para as pessoas que não estão acostumadas com ela é uma das atividades acadêmicas que mais gosto de fazer. Sabe por quê? Quando digo a alguém que sou físico, muitas vezes recebo respostas do tipo “como você pode gostar de algo tão chato?”; “a física é muito complicada e somente pessoas muito inteligentes podem gostar disso!”; ou, ainda, “eu nunca consegui aprender nada de física… odeio a física!” Isso sempre me incomodou. Afinal de contas, a física, como outras ciências, é uma criação humana capaz de nos ajudar a compreender melhor o mundo ao nosso redor.
O ensino da física na educação básica sempre foi um grande desafio. Nos últimos anos, muitos esforços foram feitos por educadores e físicos com objetivo de ensiná-la desde das séries iniciais do ensino fundamental, no contexto do ensino de ciências. Porém, como disciplina regular, a física aparece no ensino médio, quando se torna “um terror” para muitos estudantes.
Existem muitas pesquisas na área de ensino de ciências que tentam identificar quais são as principais dificuldades do ensino de física e das ciências em geral. Em particular, a queixa que sempre se detecta nos estudantes é que eles não conseguem compreender a linguagem matemática na qual, muitas vezes, os conceitos físicos são expressados. Outra questão importante é que os problemas físicos sejam apresentados fora de uma contextualização do cotidiano das pessoas, o que dificulta o seu aprendizado. Por fim, existe uma enorme carência de professores formados em física para ministrar as aulas da disciplina.
As pessoas que vão para o ensino superior e que não são da área de ciências exatas praticamente nunca mais têm contato com a física, da mesma maneira que os estudantes de física, engenharia e química poucas vezes voltam a ter contato com a literatura, a história e a sociologia, entre outras disciplinas. É triste notar que a especialização na formação dos indivíduos muitas vezes os deixa distantes de partes importantes da nossa cultura – e não tenha dúvida de que as ciências físicas e as humanidades fazem parte dessa cultura de que estamos falando.
Mas vamos pensar em soluções. Acredito que as atividades de divulgação científica podem ajudar a reaproximar as pessoas de áreas de conhecimento que lhe parecem distantes. Tudo depende da linguagem na qual são apresentadas.

 

Esforço de aproximação

Há alguns anos, ofereço um curso chamado “Física para poetas”. A ideia não é original – ao contrário, é muito utilizada em diversos países e aqui mesmo no Brasil. Seu objetivo é apresentar a física sem o uso da linguagem matemática e tentar mostrá-la próximo ao cotidiano das pessoas, tentando destacar a beleza dessa ciência. Em muitas universidades nos Estados Unidos e na Europa, existem disciplinas para os estudantes da área de ciências humanas com essa abordagem, inclusive com essa denominação.
Nos meus cursos, procuro fazer também uma aproximação com elementos culturais como poesia, música e arte, entre outros. O desafio é sempre mostrar que a física pode ser fascinante.
Alguns dos temas que trabalho em “Física para poetas” são inspirados nos artigos publicados nesta coluna, pois o exercício mensal de escrever para Ciência Hoje traz ideias interessantes. Por exemplo, “A busca pela compreensão cósmica” é uma das aulas, em que apresento a evolução dos modelos que temos do universo. Começando pelas visões místicas e mitológicas e chegando até as modernas teorias cosmológicas, falo sobre a busca por responder questões sobre a origem do universo e, consequentemente, a nossa origem. Esse caminho é muito importante para compreendermos o nosso lugar no mundo e na história. Destaco, principalmente, que esse conhecimento foi construído por diversos atores e questões como a própria escuridão da noite trazem respostas surpreendentes (veja a coluna “As escuras noites de inverno”).
Um tema que foi um dos primeiros a serem abordados na busca de uma compreensão mais profunda natureza, ainda pelos filósofos antigos, é o movimento. Aproveitando essa motivação, discuto, em “O enigma do movimento” (veja a coluna homônima), os movimentos cotidianos e planetários, bem como os conceitos de inércia e a teoria da relatividade de Einstein, na qual a música “O xote da navegação”, de Chico Buarque e Dominguinhos, apresenta conceitos de movimento relativo e de observadores que vão ao encontro das ideias da relatividade. Provavelmente, esses geniais artistas sequer pensaram nisso na composição da música.      
Na aula “Memórias de um carbono” (veja a coluna com o mesmo nome), faço uma narrativa de um átomo de carbono contando a sua história, em primeira pessoa, desde o seu nascimento, em uma distante estrela que morreu há bilhões de anos, até o momento em que sai pelo nariz de uma pessoa respirando. Temas como astronomia, biologia, evolução e química surgem ao longo dessa aula, bem como as músicas de Gilberto Gil “Atimo de pó” e “Estrela", além da poesia de Álvares de Azevedo “Psicologia de um vencido”. Esse tema também gerou uma instalação interativa que construímos com o mesmo nome, na qual se dramatiza toda essa viagem, e que foi exibida em diferentes eventos.


O módulo interativo "Memórias de um carbono"
conta a história de um átomo, desde o seu nascimento
em uma estrela distante até o momento em que sai
pelo nariz de uma pessoa. (foto cedida pelo autor)

Já na aula “Admirável e fascinante pequeno mundo”, discuto a origem dos constituintes da matéria, desde as ideias gregas até as modernas concepções da física quântica sobre os átomos. Gilberto Gil foi uma grande inspiração para esse tema, por meio de seu álbum Quanta, cujas músicas servem de ponte para entender os complexos mecanismos que regem as interações fundamentais da matéria (veja a coluna “Admirável pequeno mundo”).
Em “O tempo em nossas vidas”, apresento esse fascinante conceito que, na verdade, vai muito além da física: está presente em áreas como a filosofia, a biologia e a psicologia. Algumas músicas de Chico Buarque e Caetano Veloso, poesias de Vinicius de Moraes e Carlos Drummond de Andrade ajudaram nessa abordagem. Não faltou também “Tempo Rei”, de Gil.
Enfim, ao compartilhar com vocês alguns exemplos de minhas aulas, espero mostrar que o desafio de fazer com que a física se torne interessante para as pessoas não é fácil, mas, ao mesmo tempo, é muito estimulante. Apresentar conceitos científicos relacionando-os com as artes é uma alternativa interessante, pois a arte é, também, uma forma importante do conhecimento humano. Se as músicas e poesias inspiram as mentes e os corações, podemos mostrar que a ciência, em particular a física, também é algo inspirador e belo, capaz de criar certa poesia e encantar não somente aos físicos, mas a todos os poetas da natureza.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos


domingo, 16 de outubro de 2016

Edição de Aniversário - 10 anos publicando na Ciência Hoje on-line

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Em junho de 2016 completei 10 anos publicando no site Ciência Hoje On-line. Durante esse tempo tive a oportunidade de escrever 120 artigos de divulgação científica e tenho muito a agradecer aos meus editores ao longo de todos esses anos. Bernardo Esteves, Carla de Almeida, Thaís Fernandes, Catarina Chagas e outros jornalistas que ajudaram-me a evoluir a minha forma de escrever.
Com um pouco de atraso, segue o texto publicado no dia 09 de junho de 2016. Nele faço um pequeno relato de uma experiência que muito marcou a minha carreira como professor e divulgador da ciência.
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Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicado em 09 de junho de 2016




Participar de eventos científicos é muito interessante para os cientistas – não somente pela oportunidade de apresentar as nossas pesquisas e aprender coisas novas, mas também pela chance de encontrar amigos e colegas de profissão. No hall do hotel, nos restaurantes ou mesmo naquele happy hour de final de dia, confraternizamos e trocamos ideias. Dessas conversas informais surgem muitos projetos de colaboração científica.
Trago um exemplo pessoal. Em maio de 2006, eu estava participando do Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, a maior reunião de físicos do Brasil, na cidade de São Lourenço, em Minas Gerais. No café da manhã do hotel, sentei-me junto ao professor Alberto Passos Guimarães, pesquisador do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, que trabalha em temas muito próximos do meu interesse, que é o magnetismo. Além de conversarmos sobre resultados interessantes apresentados no evento, falamos também sobre divulgação científica.
Relatei a ele minha proveitosa experiência em escrever colunas sobre ciência, em particular sobre física. Infelizmente, a página onde eu publicava meus textos deixara de operar no Brasil. Guimarães, membro da diretoria do Instituto Ciência Hoje e atualmente o seu presidente, sugeriu que eu procurasse a Ciência Hoje, que, na época, implementava em seu portal um espaço para colunas. Fiquei feliz com a ideia e entrei em contato com o editor, na época o jornalista Bernardo Esteves. Em junho de 2006, há exatos dez anos, estreava a coluna ‘Física sem mistério’.
De lá para cá, foram 120 artigos publicados, com periodicidade mensal, sem interrupção. Para mim foi, e continua sendo, uma oportunidade extraordinária de aprendizado. Afinal, todo mês coloco para mim o desafio de abordar um novo tema sobre física, astronomia ou até as conexões existentes entre outras ciências e essas áreas.

Do futebol aos astros

O texto de estreia foi publicado na época da Copa do Mundo da Alemanha. Havia uma grande expectativa em relação à seleção brasileira, campeã mundial, e aproveitei o tema para discutir o lance genial da falta batida pelo craque Ronaldinho Gaúcho na Copa de 2002 – a brincadeira foi imaginar como Aristóteles, Galileu, Newton e Einstein, a partir das suas teorias, descreveriam o lance. O futebol voltaria à coluna também para falar sobre viagens no tempo, em texto motivado pelo filme Barbosa, de Ana Azevedo e Jorge Furtado, e sobre esquemas táticos e a dinâmica de um sistema interagente com muitas partículas, em “Imponderável Futebol Clube”.
Além da paixão nacional, outros temas corriqueiros serviram de pontapé inicial ou mesmo de metáfora para abordar questões científicas complexas. No texto “Um romance da natureza”, comparo a evolução da física a uma narrativa ainda não completada, enquanto em “Um edifício milenar” uso a construção de um prédio como metáfora de como novas descobertas servem de alicerce para novas teorias. A estratégia me permite abordar temas cabeludos como a teoria da relatividade e a física quântica, temas, respectivamente, da recente coluna “Sinfonia para o universo” e da mais antiga “Cânticos quânticos”, inspirada na música de Gilberto Gil “Quanta”.
Agora, cá entre nós, um dos temas mais caros à coluna é a astronomia. Inspiradora e atraente para o público, esta é uma área da qual poderíamos falar sem parar – na tentativa de escolher um único exemplo, destaco o texto “O essencial é invisível aos olhos”, baseado no livro O pequeno príncipe, de Saint-Exupéry, no qual discuto a paixão pela ciência, em particular pela astronomia. Outra coluna de grande repercussão foi “A verdadeira influência dos astros”, na qual faço uma crítica à astrologia e defendo que a verdadeira influência dos astros sobre nós é sua beleza, que nos inspira a estudá-los, conhecê-los e, como diz o poeta, ouvi-los.

Aprendizado e retornos


Poderia ficar aqui relembrando cada uma das 120 colunas publicadas, mas vamos adiante. Nesses dez anos, vi, na prática, que divulgar ciência não é tarefa simples. É preciso usar uma linguagem acessível para o público não acadêmico, mas também é igualmente importante manter o rigor científico: do contrário, pode-se apostar que chegarão as críticas pela falha em um desses dois aspectos.
Embora não seja uma atividade valorizada por todos – ainda há acadêmicos que pensam que ela simplesmente não dá retorno –, a divulgação científica me trouxe, na última década, muitas recompensas pelo esforço empreendido. Um aspecto gratificante do trabalho foi ver que dezenas de artigos publicados aqui foram solicitados para reprodução em livros didáticos de disciplinas como física, química, geografia, português e ciências, para apoiar aulas de Ensino Fundamental e Educação de Jovens e Adultos. Eles também já foram utilizados em concursos públicos e vestibulares.
Rotineiramente, recebo muitas mensagens e comentários sobre os textos publicados, na sua grande maioria elogiando as colunas, ou com dúvidas sobre os assuntos abordados. Tento responder quase todos, pois considero que, se alguém que leu o texto se motivou a escrever para mim, seja qual for o motivo, vale a pena dar uma resposta.
Mas, em termos de recompensa, guardo uma história especialmente memorável. Ao final de uma disciplina que lecionei na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), solicitei aos alunos uma avaliação das aulas. Um deles, além de fazê-lo, mencionou que me conhecia justamente pela ‘Física sem mistério’. Ainda estudante de Ensino Médio, ele havia entrado em contato comigo perguntando sobre o curso de física, e afirmou que meus textos o incentivaram a procurar a graduação na UFSCar. Já durante o curso, ele procurara minha disciplina porque queria ter aulas com aquele que foi um dos inspiradores de sua vocação científica.
Esse, sem dúvida, foi um dos melhores retornos que tive de todo o meu trabalho acadêmico ao longo de mais de 20 anos de carreira.
Neste texto, em clima de festa, compartilhei parte de minha história de divulgador – além da coluna, mantenho outras atividades de divulgação científica no Laboratório Aberto de Interatividade da UFSCar. Espero que outros colegas se interessem também por fazer com que a ciência chegue ao público em geral. Neste período de tantas turbulências políticas, é fundamental que as pessoas percebam o quanto a ciência é importante para o nosso país. Mas, para isso, precisamos mostrá-la de maneira simples, instigante e clara – uma grande missão que só se torna factível quando compartilhada.
 
Adlson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

Voltando a Blogar

Depois de um longo tempo de muitas correrias, principalmente administrativas na vida acadêmica, volto a publicar os meus textos aqui no "Por dentro da Ciência".
Desde dezembro de 2004 tenho mantido o blog com a intenção de ser um espaço para a divulgação científica e troca de ideias sobre Ciência.  Espero que agora, com mais frequência, volte a publicar os textos científicos, principalmente aqueles que eu preparo para a Ciência Hoje.
Mas esperem novidades....

sábado, 21 de maio de 2016

Pint of Science - São Carlos - 23 a 25 de maio - 19h30



ESTAREI LÁ SURFANDO NAS ONDAS GRAVITACIONAIS



Da geladeira ao espaço sideral

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 18 de maio de 2016


Os materiais utilizados em ímãs de geladeira geram campos magnéticos fracos, porém suficientes para prendê-los à superfície do refrigerador. (foto: adaptado de Sarnil Prasad / Flickr / CC BY 2.0)

Na geladeira, no porta-retratos ou no fecho de uma bolsa, quase todo mundo utiliza estes pequenos objetos em seu cotidiano: os ímãs ou magnetos são materiais capazes de gerar campo magnético e de interagir com outros materiais magnéticos, além de cargas elétricas em movimento. Os pequenos ímãs que usamos para colar recados nas geladeiras ou aqueles com telefones e propagandas de deliveries são feitos de uma mistura de materiais plásticos (polímeros) e óxidos de ferro (ferritas). Eles geram pequenos campos que magnetizam o metal da geladeira (normalmente uma liga de aço), fazendo com que as partes se atraiam – com essa atração o ímã “gruda” na porta do refrigerador.
Mas existem outros ímãs muito mais poderosos, digamos assim, e que geram altos campos magnéticos. A unidade de campo magnético é conhecida como Tesla (T), em homenagem ao engenheiro sérvio Nikolas Tesla, que inventou vários equipamentos a partir da utilização de campos magnéticos. A unidade Tesla tem um valor muito alto, e o campo do ímã que fixa os avisos na geladeira tem tipicamente 0,01 T. Ímãs mais intensos, como os utilizados em cabeças leitoras dos discos rígidos de computadores, têm intensidade na ordem de 0,1 T. Já as máquinas que fazem imagens por ressonância magnética, utilizadas para diagnóstico médico, geram campos na ordem de 2 T – nelas, no entanto, o campo magnético não é gerado por ímãs, e sim por bobinas supercondutoras, materiais que conseguem suportar a passagem de um alta corrente elétrica sem dissipar energia. No meu laboratório de pesquisa, há bobinas supercondutoras para até 9 T e, comercialmente, é possível comprar equipamentos capazes de gerar campos de até 22 T.
A geração de campos magnéticos por correntes elétricas começou a ser observada no começo do século 19, quando o francês André Ampère e o holandês Christian Oersted, de maneira independente, observaram que a agulha de uma bússola era desviada quando se aproximava de um fio pelo qual passava uma corrente elétrica, indicando que haveria alguma conexão entre eletricidade e magnetismo, que até então eram tratados como fenômenos físicos independentes. Alguns anos mais tarde, o físico e químico inglês Michel Faraday descobriu que era possível criar correntes elétricas a partir do movimento de ímãs, o que levou ao desenvolvimento de quase toda a tecnologia que temos hoje para gerar eletricidade. Esses avanços, alguns anos mais tarde, foram consolidados pelo físico escocês James Clerck Maxwell, que mostrou que a própria luz é uma manifestação de campos elétricos e magnéticos.

Magnetismo no espaço

Além de poderem ser observados em pequenos objetos e máquinas construídas pelo homem, os campos magnéticos também estão presentes em escala astronômica. As estrelas, como o Sol, produzem intensos campos, criando ao seu redor o que se chama de magnetosfera.
Representação de uma magnetar
Nesses corpos celestes, os campos magnéticos são produzidos devido ao movimento da matéria estelar que se encontra em altíssimas temperaturas, fazendo com que elementos como hidrogênio e hélio estejam no quarto estado da matéria, conhecido como plasma. Nesse estágio, praticamente todos os elétrons são arrancados dos átomos, fazendo com que o seu movimento crie intensas correntes – o que produz altos campos na superfície estelar. No caso do Sol, são esses campos magnéticos os responsáveis pelo aparecimento das manchas solares, regiões onde ocorre uma redução de temperatura e pressão das massas gasosas do Sol, que podem atingir campos na ordem de 1 T.
Mas existem objetos estelares capazes de produzir campos magnéticos absurdamente altos, como o que ocorre nos pulsares – restos mortais de estrelas gigantes, constituídos apenas por nêutrons. São campos magnéticos na ordem de 100 milhões de Tesla!
Perto deles, o campo magnético produzido pela Terra é quase nada: sua intensidade está na ordem de 0,0001 T, bem menor do que a do ímã de geladeira. Mesmo assim, o campo magnético terrestre é de fundamental importância para o desenvolvimento da vida por aqui. O fato de o planeta possuir um campo magnético impede que partículas com alta energia, vindas do espaço interestelar ou do próprio Sol, atinjam a superfície terrestre, o que poderia ser prejudicial a diversas formas de vida, inclusive a nossa.
Além disso, saiba o leitor, o campo magnético de nosso planeta tem muitas utilidades – ele é suficiente, por exemplo, para orientar a agulha das bússolas. Além dos humanos, outras espécies animais utilizam o magnetismo terrestre para realizar grandes migrações, como acontece com os pássaros e as tartarugas.
Ainda não está totalmente compreendido como as aves conseguem se orientar por um campo magnético tão fraco. A teoria mais aceita é que os fótons da luz solar seriam responsáveis por excitar proteínas presentes na retina do olho de alguns pássaros – os chamados criptocromos. Em outras palavras, os fótons fariam com que elétrons fossem transferidos entre duas moléculas da proteína. Desse processo, resultariam duas moléculas de radicais livres, tendo cada uma um elétron não emparelhado (com spins opostos).

Várias espécies de aves migratórias utilizam o campo magnético terrestre para direcionar seu voo. (foto: Mdk572 / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0)
A sensibilidade ao campo magnético da Terra estaria relacionada ao fenômeno da coerência quântica: porque os radicais livres foram produzidos simultaneamente, os dois elétrons ficam correlacionados, ou seja, o que afeta um afeta o outro instantaneamente. Esse estado de coerência quântica é muito sensível a efeitos de campos magnéticos. A interação com o campo terrestre modificaria a reatividade química das moléculas dos radicais livres, gerando um sinal que seria captado pelo cérebro do pássaro.
Até recentemente, essa hipótese não havia sido comprovada completamente e nem havia uma explicação para a precisão (de cerca de 5o) que os pássaros conseguem com a direção do campo magnético. Um estudo publicado na revista PNAS em abril deste ano mostrou uma investigação detalhada sobre a coerência quântica nos criptocromos. Seus resultados apontam que esse tipo de proteína levaria a longo tempos de coerência – sendo assim, haveria tempo para os pássaros “entenderem" em qual direção deveriam voar.
Estudos como esse mostram que os mecanismos de evolução foram capazes de desenvolver uma sofisticada ferramenta para a detecção de um efeito tão sutil, mas de fundamental importância para a garantia da continuação das espécies.
Não é um tema fascinante? Bem, sou suspeito para falar, pois me dedico há mais de 20 anos ao estudo do magnetismo e das sutilezas de seus efeitos sobre a matéria. Mas isso não me tira a empolgação de cada descoberta!
Adílson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos



Verdades Inventadas

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 01/04/2016



Em muitas partes do mundo, primeiro de abril é conhecido como o dia da mentira ou dia dos tolos. Existem muitas explicações diferentes para o surgimento da efeméride, mas a brincadeira todo mundo conhece: inventar histórias e pregar peças nos amigos. Em outras palavras, contar histórias inventadas e esperar que as pessoas acreditem nelas, para só depois descobrirem a farsa.
É comum, nesse dia, alguns cientistas fazerem brincadeiras sobre descobertas inacreditáveis. A mais famosa aqui no Brasil foi a história do “Boimate”, publicada como notícia séria pela Veja  em 27 de abril de 1983. A revista brasileira se baseou em uma reportagem da revista científica britânica New Scientist, publicada em 1º de abril de 1983, segundo a qual cientistas alemães tinham fundido células bovinas com as do tomate, criando um ser híbrido que permitiria "tomateiros produzindo filé ao molho de tomate”. Como se diz no jargão jornalístico, houve uma “barriga" nessa notícia. A revista levou dois meses para reconhecer seu erro.
O caso virou uma anedota bem-humorada, e, embora tenha envolvido mentiras, não foi uma fraude, e sim uma brincadeira. Infelizmente, porém, há vários outros casos de mentiras contadas em revistas científicas com o objetivo deliberado de enganar o leitor: as fraudes científicas.
Antes de falar sobre elas, vale lembrar que publicar um trabalho científico com resultados que posteriormente são demonstrados como errados não necessariamente caracteriza uma fraude. Acontece de um resultado ser obtido certa vez por um grupo de cientistas e, depois, não se conseguir reproduzi-lo em nenhum outro laboratório. É comum, também, surgirem resultados que criam o que chamamos de “falso positivo” – em exames clínicos, por exemplo, algumas vezes acontece exatamente isso, o que normalmente é resolvido com uma nova análise.
Entretanto, existem situações nas quais os resultados são deliberadamente fraudados. Embora garantam um sucesso inicial aos seus autores, em geral essas mentiras são logo descobertas por outros pesquisadores que tentam reproduzir o trabalho e, não conseguindo, contestam o original.
 

Dois casos famosos de fraudes científicas

Duas histórias relativamente recentes se tornaram famosas na questão da fraude de resultados científicos. Em dezembro de 2005, descobriu-se que os resultados dos trabalhos do pesquisador coreano Woo-Suk Hwang, na época diretor do Centro Nacional de Células-Tronco da Universidade Nacional de Seul, na Coreia do Sul, eram falsos. Nos anos de 2004 e 2005, ele publicou artigos na revista Science relatando, pela primeira vez na história, a clonagem de embriões humanos com o objetivo de extrair células-tronco.
A fraude foi descoberta a partir de denúncias dos métodos não éticos que ele utilizava para conseguir os óvulos para produzir embriões – obtê-los de uma de suas assistentes. Em seguida, investigações feitas por uma comissão da própria universidade coreana mostraram que os dados eram falsos e fabricados intencionalmente. Os pesquisadores daquele grupo não haviam ainda clonado embriões humanos: como o cientista coreano tinha certeza de que iria atingir o objetivo desejado, mandou o artigo para publicação antes de obter de fato o resultado. O desejo por garantir a primazia da descoberta o levou a tal atitude.
Na área de física, ficou famoso, em 2001, o caso do pesquisador alemão Jan Hendrick Schön, que trabalhava nos Laboratórios Bell, nos Estados Unidos. Ele foi demitido por ter fraudado dados em 16 de 24 artigos publicados entre 1999 e 2001. Os temas incluíam transistores feitos a partir de uma única molécula e supercondutividade em esferas de carbono – assuntos realmente quentes e inovadores no mundo da física. Se todos os resultados de Schön fossem verdadeiros, ele teria iniciado uma revolução na nanotecnologia e na eletrônica. Ironicamente, por esses falsos resultados ele ganhou diversos prêmios acadêmicos antes que a farsa viesse a público.
 fraude foi descoberta quando alguém reparou que os gráficos que apareciam nos artigos eram semelhantes, ainda que tratassem de assuntos completamente diferentes. As investigações mostraram que os dados eram forjados e os artigos acabaram sendo excluídos das revistas nas quais foi publicado, como Nature, Science e Physical Review Letters (a mais importante da área da física).
Pernas curtas
O fato de ocorrerem fraudes na ciência levanta a questão de como os resultados são aceitos para publicação nas revistas científicas. Quando um artigo é submetido a publicação, normalmente ele é enviado para um ou dois especialistas da área, que fazem uma avaliação dos conteúdos. Na física, em particular, resultados espetaculares necessitam de comprovações sólidas e explicações coerentes baseadas em modelos vigentes ou que apresentem novas ideias que possam ser verificadas por experimentos independentes. Os pareceristas verificam a coerência dos dados apresentados e, eventualmente, solicitam novas evidências. Contudo, por mais que seja um sistema rigoroso, nem sempre esse tipo de análise garante que os resultados sejam de fato verdadeiros e coerentes.
Em muitas situações, ocorre o que chamamos de artefato experimental: o equipamento produz um resultado errado e os pesquisadores não percebem. Quando se trata de experimentos corriqueiros de laboratórios, é relativamente fácil tentar reproduzir o resultado, mas, quando estamos falando de experimentos em grandes laboratórios, como o Grande Colisor de Hádrons (LHC) ou o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser  (Ligo), fica mais difícil.
Em setembro de 2011, foram divulgados resultados do experimento Opera, no Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern), na Suíça. Segundo eles, neutrinos produzidos no experimento viajaram por 730 km embaixo da terra, até o detector do Laboratório Nacional Gran Sasso, na Itália. Os resultados que os cientistas obtiveram mostravam que essas partículas – que praticamente não têm massa – viajaram mais rápido que a luz, mostrando que a Teoria da Relatividade de Einstein estava errada. Posteriormente, os cientistas desmontaram e remontaram todos os equipamentos e descobriram que um cabo mal conectado tinha levado ao erro na medida.
Cientistas erram, às vezes por equívocos e falta de rigor nos experimentos, outras por agirem de má fé com o objetivo de alcançarem a glória mais facilmente. Porém, como diz o ditado popular, a mentira tem pernas curtas e por isso não pode ir muito longe. Cedo ou tarde será descoberta. 

Adílson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

domingo, 27 de março de 2016

Observar, pensar, testar

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 18/03/2016

Em sua coluna de março, Adilson de Oliveira usa o exemplo do movimento dos corpos celestes para mostrar que a ciência caminha a partir da observação de fenômenos naturais e da experimentação como ferramenta para comprovar novas teorias.


Previsto por Einstein há cem anos, fenômeno das ondas gravitacionais é exemplo de possibilidade teórica comprovada por meio da experimentação. (foto: R. Hurt/Caltech-JPL)
Compreender o mundo sempre foi um anseio da humanidade: há milhares de anos tentamos explicar os fenômenos e eventos que observamos, além de desenvolver formas de verificar e testar nossas ideias. O céu e seus astros sempre estiveram na pauta da curiosidade humana, talvez por serem, ao mesmo tempo, tão presentes no dia a dia e tão inalcançáveis. Mas as explicações que homens e mulheres foram capazes de dar para os fenômenos celestes mudaram – e muito – ao longo da história.
No alvorecer da consciência humana, um eclipse causava temor e medo. Um evento tão poderoso e desconhecido, para o homem primitivo, somente poderia ser obra de seres poderosos, como um deus raivoso com seus discípulos. Essa visão mística de um fenômeno natural, embora não seja nem um pouco científica para os padrões atuais, já manifestava a tentativa de compreender o que estava acontecendo no céu.
Com o passar do tempo, novas formas de ver o mundo foram propostas. Os filósofos gregos desenvolveram um pensamento mais racional, também a partir da observação, para construir os seus modelos de universo. Aristóteles, por exemplo, dizia que nosso mundo era composto por quatro elementos (terra, água, ar e fogo), o que lhe permitia explicar uma série de fenômenos. Por que a fumaça de uma fogueira sobe? Ora, porque, sendo feita do elemento ar, tende a ir para seu lugar natural, entre a Terra e a esfera lunar. Por que uma pedra, se jogada para o alto, cai? Porque é feita do elemento terra, cujo lugar natural é o centro do planeta.
Para Aristóteles, os objetos celestes, como a Lua, o Sol, os planetas e as estrelas, eram feitos de um quinto elemento, chamado éter. Seu lugar natural era um mundo celestial puro e perfeito, separado do nosso, terreno e imperfeito. No céu, viviam os deuses. Os planetas se moveriam presos em esferas, de forma uniforme e – adivinhe? – perfeita.

O centro do universo conhecido

Além das esferas celestes, muitas outras ideias foram propostas para explicar o movimento dos planetas e demais astros. Em particular, o modelo que dominou a astronomia por mais de mil anos foi o modelo geocêntrico, consolidado pelo astrônomo Cláudio Ptolomeu entre os séculos 1 e 2, no qual os corpos celestes obedeciam aos epiciclos, mecanismos que realizavam movimentos circulares ao redor de um ponto que descrevia uma órbita circular ao redor da Terra. 
Essa visão foi satisfatória durante muito tempo, mas, com o avanço das observações astronômicas – ainda antes do uso do telescópio –, notou-se que os movimentos celestes eram muito mais complexos do que se podia imaginar. Foi necessário não somente mudar a visão que se tinha do mundo, mas também confiar cada vez mais na precisão das observações feitas.
O grande astrônomo dinamarquês Tycho Brahe (1546-1601) colecionou, durante quase 30 anos, as mais precisas observações astronômicas feitas até sua época. Para tal, construiu instrumentos pioneiros de alta precisão, como um sextante com braços de quase dois metros cada. Seus resultados colocavam em xeque o modelo geocêntrico e mostravam que era necessário propor algo novo. Brahe, porém, não conseguiu elaborar um modelo satisfatório para suas próprias observações, pois não conseguia abandonar a ideia de que a Terra estava no centro do universo.
Naquele tempo, já se conhecia o modelo heliocêntrico de Nicolau Copérnico (1473-1543), divulgado no ano de sua morte, mas que ainda não havia convencido a comunidade científica de então. Foi astrônomo e matemático alemão Johannes Kepler (1571-1630) quem deu continuidade ao trabalho de Brahe, de quem foi assistente e herdeiro intelectual.

Ao dar continuidade ao trabalho de Brahe, seu mentor, Kepler conseguiu determinar pela primeira vez uma descrição matemática e precisa dos movimentos planetários. (imagem: Wikimedia)
Confiando na precisão dos dados obtidos por seu antecessor, Kepler propôs que os planetas se moviam ao redor do Sol, mas não em órbitas circulares, como imaginava Copérnico, e sim em órbitas elípticas – em consequência, ora um dado planeta estaria mais próximo do Sol, ora mais distante. Kepler percebeu também que, quanto mais distantes do Sol, mais devagar os planetas se moviam. Quanto mais perto do astro-rei, mais velozes eram. E sugeriu haver uma constante numérica resultante do raio da órbita elevado ao cubo dividido pelo período orbital (tempo para completar uma órbita) ao quadrado.
Pela primeira vez, conseguiu-se uma descrição matemática e precisa dos movimentos planetários, conhecida até hoje como modelo de Kepler. Na época, o astrônomo imaginou haver uma força que atraía os planetas para o Sol, mantendo-os em órbita. Para ele, essa força deveria ser magnética – naquela mesma época, o médico inglês William Gilbert (1544-1603) explicara o funcionamento da bússola propondo que a Terra se comportava como um gigantesco ímã. Era natural, portanto, imaginar que o mesmo deveria acontecer com os outros planetas e até com o Sol.

A força que nos une

Mais de 50 anos se passaram até que o físico e matemático inglês Isaac Newton (1642-1727) avançasse a partir das ideias de Kepler. Ele propôs um modelo físico completo, que posteriormente ficou conhecido como Mecânica Clássica, para explicar os movimentos terrestres e celestes. Descreveu que a força que atraía tanto os planetas como qualquer objeto aqui na Terra era a gravidade, e obteve uma expressão matemática para o seu efeito. Comparando-a com as leis de Kepler, notou que constante encontrada por seu antecessor se relacionava com a constante de gravitação universal, que Newton propôs em suas equações.
A precisão das leis de Newton foi testada em 1846, quando os astrônomos John Couch Adams (1819-1892) e Ubain Le Verrier (1811-1877) previram, de maneira independente, a existência de um novo planeta no sistema solar. Era Netuno, identificado a partir dos desvios observados na órbita de Urano, que havia sido descoberto décadas antes. A observação de Netuno foi feita pelo astrônomo alemão Johann Gottfried Galle (1812-1910), graças à precisão da luneta do observatório de Berlim, no qual trabalhava.
O sucesso das previsões e comprovações das teorias de Newton fortaleceu o sentimento de que a ciência necessita de comprovações experimentais e que, quando novas evidências surgem, novas ideias e modelos devem ser testados.
Mais tarde, outra órbita planetária irregular – desta vez, a de Mercúrio – desafiou as leis de Newton. Seu periélio, ou seja, o ponto da órbita em que o planeta se encontra mais próximo ao Sol, era variável, coisa que a teoria newtoniana não conseguia explicar. Imaginou-se que o problema era semelhante ao de Urano, isto é, que deveria existir um planeta perturbando a órbita de Mercúrio. O suposto planeta recebeu até nome, Vulcano, mas nunca foi observado.

Rumo à compreensão profunda

O próximo grande avanço no conhecimento dos movimentos celestes veio quase 250 anos depois da publicação das ideias de Newton. Em 1915, o físico alemão Albert Einstein (1979-1955) publicou a Teoria da Relatividade Geral (TRG), na qual generalizou sua teoria anterior, de 1905, para explicar a origem da gravidade. Einstein mostrou que essa força estava associada à curvatura do espaço e do tempo, devido à presença da massa. A TRG não somente explicou o problema do periélio de Mercúrio, mas também descreveu com precisão o porquê do desvio da luz das estrelas quando passa por campos gravitacionais intensos.
Em 1916, Einstein previu, a partir da TRG, as ondas gravitacionais, que deveriam ocorrer devido ao movimento dos planetas no espaço, da mesma maneira que se criam ondas em um lago devido a movimentos na sua superfície. Um efeito tão difícil de ser detectado que levou 100 anos para ser observado, com a ajuda de um instrumento de altíssima precisão e a sorte de detectar um fenômeno astronômico raro, a colisão de dois buracos negros.
A história da nossa compreensão do espaço é apenas um exemplo de como a ciência caminha a partir da explicação dos fenômenos que observamos e do teste experimental de novas ideias. Ao longo da jornada do desenvolvimento humano, descobrimos e inventamos muitas ferramentas para entender o mundo – a meu ver, a ciência é a melhor delas.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos