sexta-feira, 27 de maio de 2005

O caminho que a bússola nos mostrou

Publicado no AOL-Educação em 27/05/2005


O atual estágio de desenvolvimento científico e tecnológico que foi alcançado pela humanidade, embora não compartilhado por todas as pessoas, é fruto do conhecimento acumulando ao longo de séculos. Ao compreender os fenômenos da Natureza, o Homem conseguiu aplicá-los a seu favor. Em particular, um dos mais antigos fenômenos naturais, e que atualmente tem uma enorme importância, é o magnético. Existem evidências de que os chineses, há 3.500 anos, descobriram que determinado tipo de material, quando deixado livre, se movia para uma direção particular.
Essa descoberta transformou-se no que chamamos de bússola. Esse instrumento é mencionado na Europa, pela primeira vez, por Alexandre Neckma em 1187. Duzentos anos depois, esse instrumento tornou-se indispensável para as grandes navegações realizadas por países como Portugal, Espanha, Holanda e Itália, permitindo as primeiras explorações em escala planetária e o primeiro ciclo de globalização da humanidade.
A difusão da utilização da bússola decorreu da simplicidade de seu funcionamento, baseado no fato de que nosso planeta é um gigantesco ímã com dois pólos magnéticos. A bússola também é um ímã, e ao interagir com o campo da Terra, os pólos opostos se atraem. Dessa forma, se deixarmos um ímã mover-se livremente, ele tende a se alinhar com o campo magnético da Terra.
A origem desse campo está associada ao movimento do magma que existe no interior do planeta. Há evidências de que em determinados períodos os pólos magnéticos terrestres se invertem, embora esse mecanismo ainda não seja totalmente compreendido. Entretanto, qual é a origem da força magnética?
No ano de 800 a.C., Thales de Mileto acreditava que a magnetita (um ímã natural) possuía as propriedades de atração e repulsão devido ao fato de ela ter “uma alma própria”. Posteriormente, Platão tenta explicar os fenômenos magnéticos admitindo que a atração e a repulsão ocorriam devido à “umidade” e à “secura” da magnetita. Entretanto, essas idéias eram apenas especulações e não revelaram a verdadeira origem do magnetismo.
Embora tenha havido alguns avanços na compreensão do magnetismo com Petrus Peregrinus, em 1269, e com Gilbert, em 1600, somente no século XIX os seus mistérios começaram a ser desvendados por cientistas como Ampère, Oersted, Henry e Faraday. Eles descobriam que tanto os fenômenos magnéticos como os elétricos tinham uma origem comum. Em 1845, de maneira independente, Faraday e Henry descobriram que era possível produzir uma corrente elétrica fazendo com que um ímã se movesse no interior de um enrolamento de fios (bobina), ou que o ato de passar uma corrente elétrica através de uma bobina geraria um campo magnético.
Essa é a lei da indução eletromagnética, que se transformou em uma das mais importantes descobertas do século XIX, pois a partir da sua aplicação foi possível desenvolver formas de produção de energia elétrica em larga escala.
Uma síntese desses conhecimentos foi feita por James Clark Maxwell, demonstrando que a eletricidade e o magnetismo são diferentes manifestações do mesmo fenômeno físico. Ele mostrou também que a luz é uma combinação de campos elétricos e magnéticos se propagando através do espaço. Alguns anos depois, Hertz observou as ondas eletromagnéticas comprovando essa hipótese.
A origem do magnetismo da matéria somente foi compreendida nas primeiras décadas do século XX. O magnetismo está associado ao movimento dos elétrons ao redor do núcleo atômico e a uma propriedade intrínseca dos elétrons e prótons (e outras partículas atômicas) que denominamos de spin (como se fosse a rotação das partículas em torno de si mesmo, mas essa idéia é uma aproximação grosseira).
Dentre as inúmeras aplicações dos fenômenos magnéticos, destaca-se a gravação magnética de informações em computadores. Cada informação gravada no disco rígido é feita por meio da aplicação de campos magnéticos sobre o material magnético que o compõe. As informações são gravadas na forma de um código binário, como uma seqüência de “0” e “1”. Pode-se representar, por exemplo, o “0” como um pequeno ímã com o pólo norte apontando para cima e o “1” com o pólo sul apontando para baixo.
Com o conhecimento mais profundo dos mecanismos responsáveis pelos fenômenos magnéticos da matéria e os avanços na produção de materiais na escala atômica, tornou-se possível construir artificialmente novos materiais que apresentam propriedades magnéticas inusitadas. Um exemplo disso é a utilização de um fenômeno físico, descoberto em 1988, chamado de “magnetorresistência gigante”, com a participação de um pesquisador brasileiro, o Prof. Mário Baibich, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Naquela época, ele trabalhava em um laboratório em Orsay, na França, liderado pelo Prof. Albert Fert. Esse fenômeno ocorre quando se produzem finas camadas de átomos alternando-se materiais magnéticos e não-magnéticos.
Quando se aplica um campo magnético, a resistência à passagem da corrente elétrica desta estrutura varia dezenas de vezes. Isso permite a sua utilização como um sensor magnético muito preciso. Nos últimos 10 anos, praticamente todos os computadores utilizam esse tipo de dispositivo em seus discos rígidos. Isso permitiu que as capacidades dos discos rígidos, que eram na ordem de 1 ou 2 gigabytes, fosse aumentada para 200 gigabytes. Talvez em toda a história da Ciência não houve outra descoberta de um fenômeno físico que se transformasse em uma aplicação tecnológica de grande importância tão rapidamente.
Quando os navegadores portugueses e espanhóis cruzavam o Atlântico, há mais de 500 anos, não imaginavam que o princípio de funcionamento daquele pequeno instrumento, fundamental para guiá-los através de mares nunca antes navegados, poderia ser utilizado de tantas formas diferentes. Da mesma maneira que eles conseguiram descobrir novos mundos, seguindo a firme indicação da bússola, hoje utilizamos o mesmo fenômeno (magnetismo) para navegar por oceanos de informações, permitindo a descoberta de novas idéias e transformando o nosso Mundo.

quinta-feira, 19 de maio de 2005

Hoje é o dia da Física!

O dia 19 de maio de 2005 foi declarado como o dia da Física no Brasil.
Nesse dia todos os departamentos e institutos de Física estão realizando atividades para comemorar o Ano Internacional da Física. Pequena que a maioria os principais jornais do país esqueceram essa notícia.
Para o maioria das pessoas a Física ainda é apenas a solução de problemas com aplicações de fórmulas já prontas. Contudo, a Física brasileira tem altíssimo nível e é um dos ramos de conhecimento que mais produz ciência no país.
Infelizmente ainda não temos um ganhador do Prêmio Nobel, embora muitos já o mereceram, como Mário Schenberg e o César Lattes.

terça-feira, 3 de maio de 2005

A Busca pelo começo



A busca pelo começo

Artigo publicado no AOL-Educação em 03/05/2005

http://educacao.aol.com.br/colunistas/adilson_oliveira/0020.adp

A compreensão do mundo que nos cerca é uma busca incansável que começou com o florescer da consciência da humana. Tentar entender o universo é uma característica que nos impulsiona desde da aurora dos tempos. Cada pessoa, dentro de sua cultura, religião, experiência de vida etc, lida com essa questão a sua maneira. Todos nós temos as nossas crenças particulares, seja na ciência ou nas religiões, que constroem a nossa visão de mundo. Entender porque e como estamos aqui é uma caminhada sem fim.

Ao longo da história o desafio de compreender a natureza foi enfrentado de diversas maneiras. Os povos antigos explicavam a natureza a partir de lendas e mitos. A origem de tudo estava relacionada, muitas vezes, a competições e disputadas entre entidades divinas. Geralmente ocorria uma disputa entre o bem e o mal. A luz sobre as trevas. O resultado desse embate, para muitos povos, levava a criação do nosso mundo.

Uma visão “mais científica” começou, no Ocidente, com os filósofos pré-socráticos que viviam na cidade grega de Mileto, próxima ao mar Egeu. Os filósofos daquela época propuseram uma explicação para os fenômenos naturais a partir de constituintes fundamentais da matéria. Por exemplo, Tales, o mais antigo desses filósofos, que viveu no período compreendido entre o final do século VII e meados do século VI a.C., acreditava que todas as coisas da Natureza eram feitas de água. Ele foi o primeiro pensador a propor que o universo teria uma “causa material”. Anaxímenes, um dos últimos dessa tradição filosófica, acreditava que o elemento fundamental era o ar. Um século após esse período em Abdera, na costa da Trácia, Demócrito e Leucipo propunham que toda a matéria era composta por pequenas partículas, indivisíveis, que eles chamavam de átomos.

Contrapondo essas idéias, Aristóteles, que nasceu cem anos após Leucipo, propôs que todas as coisas surgiam a partir da combinação de quatros elementos: a terra, a água, o ar e o fogo. Cada um desses elementos teria o seu lugar natural. Dessa forma, Aristóteles explicava porque os objetos como pedras, madeiras etc caem. Estes seriam constituídos de terra e água e tenderiam a voltar ao seu lugar de origem. Havia ainda um quinto elemento - o éter – que constituiria os objetos celestes. Entretanto, para todos esses filósofos a origem do universo ainda era uma questão mais de escopo mitológico do que material.

A busca pela compreensão mais profunda dos fenômenos da natureza teve um grande avanço no século XX. As descobertas de novos fenômenos levaram a formulação de novas teorias, como a Física Quântica e a Teoria da Relatividade Geral. Essas duas teorias são os atuais pilares da Física. A primeira explica a atuação de três das forças fundamentais da natureza: a força eletromagnética, que controla as interações entre os átomos e moléculas, a força nuclear forte, que atua no núcleo atômico, e a força nuclear fraca, responsável pela radioatividade. A Teoria da Relatividade Geral descreve a quarta força fundamental da natureza, a força da gravidade, que nos mantém presos a superfície da Terra, por exemplo, domina o universo em larga escala. Contudo até hoje não há como conciliar essas duas teorias em um único modelo, principalmente na questão mais profunda ainda não completamente respondida: a origem do universo.

Uma das descobertas mais importantes do século XX, referente ao entendimento do universo como todo, foi a observação que as galáxias, que são gigantescos aglomerados com bilhões de estrelas, estavam se afastando uns dos outros em enormes velocidades, indicando que o universo está em expansão. Esse fato, descoberto pelo astrônomo americano Hubble na década de 20, estava previsto nas equações da Relatividade Geral. Contudo, Einstein ignorou esse resultado e corrigiu a sua teoria adicionando um termo extra para compensar a expansão do universo, pois na época acreditava-se que o universo era estático. Após a descoberta de Hubble, Einstein reconheceu que esse foi o seu maior erro.

Essa descoberta estimulou aos cientistas a formularem a hipótese que em um dado um instante, em um passado remoto, a matéria que hoje constitui as galáxias, estrelas, planetas etc, esteve muito mais concentrada. Esse estado inicial, de densidade e temperatura infinitas, é definido como singularidade. Quando essa singularidade “explodiu” deu origem ao universo. Esse evento ficou conhecido como “Big-Bang” (a grande explosão). Após esse instante o universo começou a sua expansão, e como conseqüência, sua temperatura diminuiu. No decurso da expansão, a energia liberada na forma de radiação “esfriou” até transformar-se em radiação de fundo residual.

O modelo do Big-Bang previu que essa radiação teria um equivalente em temperatura de aproximadamente 2.7 K (-266 oC). Essa radiação foi primeiramente observada por Penzias e Wilson em 1965, com o valor previsto pela Teoria do Big-Bang. Experimentos recentes, realizados pelo satélite COBE da NASA, confirmaram que essa radiação preenche todo o universo. Alguns dos chuviscos que aparecem na tela da televisão, quando esta não está sintonizada em nenhum canal, são decorrentes da radiação de fundo cósmico. A descoberta dessa radiação é um dos mais fortes argumentos em favor da teoria do Big-Bang.

Existem também outras evidências em favor do Big-Bang, como as quantidades dos elementos hélio e trítio (um isótopo do hidrogênio) encontradas no universo. O grande desafio da Física atualmente é a compreensão dos eventos que ocorreram no Big-Bang, pois ainda não temos uma teoria que concilie a força da gravidade com as demais forças da Natureza. Quando isso ocorrer talvez tenhamos chegado mais perto de conhecermos a origem de tudo. Contudo, dificilmente será o último passo da nossa caminhada em busca do princípio. Talvez seja o primeiro para uma nova jornada.