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quarta-feira, 25 de abril de 2012

Hipótese sobre a origem do Espaço Tempo

Talvez sejamos burros demais”, brincou o prêmio Nobel David Gross em uma palestra na Caltech há duas semanas. Quando alguém desse nível se pergunta se a unificação da física estará sempre além das mentes mortais, ficamos preocupados. Desde sua palestra, eu estudo sobre uma teoria que parece confirmar as preocupações de Gross. Ela é tão ridiculamente difícil que poderia até ser motivo de piadas. 

Mas, ao mesmo tempo, eu venho observando como os físicos estão tentando superar essa intimidação, porque a teoria promete uma nova maneira de entender o que espaço e tempo realmente são, em nível profundo. A teoria foi proposta no final da década de 80 pelos físicos russos Mikhail Vasiliev e Efin Fradkin, do Lebedev Institute, em Moscou, mas é tão matematicamente complexa e conceitualmente opaca que sempre que alguém toca no assunto, a maioria dos teóricos começa a falar sobre o clima, futebol, reality shows – qualquer coisa, menos a teoria. Ela só se tornou assunto de conversas educadas há alguns anos, quando matemáticos brilhantes que sentem um prazer peculiar com problemas impossíveis mergulharam de cabeça e mostraram que a teoria não é impossível de compreender, apenasquase impossível. 

Inspirado por sua coragem, vou tentar explicar esse “bicho estranho” sintetizando palestras de que participei, ministradas por Steve Shenker da Stanford University, Andy Strominger de Harvard, e Juan Maldacena do Instituto de Estudos Avançados. 

Também me utilizarei de conversas informais com Joe Polchinski do Instituto Kavli de Física Teórica e Joan Simón da University of Edinburgh. Tenho certeza de que eles me corrigirão se eu errar em alguma coisa, e vou editar este post para refletir os comentários que receber. A Teoria Vasiliev (para fins de brevidade, o nome Fradkin é deixado de lado) leva a ideia básica da física moderna a extremos: o mundo consiste de campos – os campos elétrico e magnético, além de um punhado de outros que representam as forças conhecidas da natureza e seus tipos de matéria. A teoria Vasiliev postula um número infinito de campos. Eles vêm em variedades cada vez mais complicadas descritas pela propriedade quântico-mecânica do spin. 

Talvez seja melhor pensar o spin como sendo o grau de simetria rotacional. 

O campo eletromagnético e sua partícula associada, o fóton, tem spin-1. Se você girá-lo 360 graus, ele fica com a mesma aparência. O campo gravitacional e sua partícula associada, o gráviton, tem spin-2: só é preciso girá-lo 180 graus. As partículas conhecidas da matéria, como o elétron, tem spin -1/2: você precisa girá-los 720 graus antes de eles voltarem à sua aparência original – uma característica contra-intuitiva que acaba explicando o motivo pelo qual essas partículas resistem ao aglomeramento, dando integridade à matéria. O campo de Higgs possui spin-0 e tem a mesma aparência independentemente de como você o gira. Na teoria Vasiliev há também spin-5/2, spin-3, spin-7/2, spin-4, e assim por diante. Os físicos costumavam acreditar que isso era impossível. Esses campos de spin mais alto, por serem mais simétricos, implicariam novas leis da Natureza análogas às da conservação de energia, e nenhum par de objetos poderia interagir sem quebrar uma dessas leis. O funcionamento da natureza colapsaria como uma economia superregulada. À primeira vista, a teoria das cordas, principal candidata a uma teoria totalmente unificada da Natureza, entra em conflito com esse princípio. 

Como uma corda de guitarra, uma corda quântica elementar possui uma infinidade de harmônicos mais altos, que correspondem aos campos de spin mais altos. Mas esses harmônicos vêm com um custo energético, que os mantêm inertes. Vasiliev e Fradkin mostraram que o raciocínio acima só se aplica quando a gravidade é insignificante e o espaço-tempo não é curvo. Em espaços-tempos curvos, campos de spin mais altos podem existir, então talvez a superregulação não seja um “monstro” tão grande. Na verdade, ela pode ser uma boa notícia. 

Campos de spin mais altos prometem complementar o princípio holográfico, que é uma forma de explicar a origem do espaço e da gravidade. Suponha que você tenha um espaço-tempo tridimensional (duas dimensões de espaço, uma de tempo) preenchido por partículas que interagem somente por meio de uma versão melhorada da força nuclear forte; não há gravidade. Em um ambiente assim, os objetos conseguem se comportar de uma forma bem estruturada. Objetos de um dado tamanho só podem interagir com objetos de tamanho comparável, assim como objetos só interagem se estiverem próximos uns dos outros. O tamanho desempenha o mesmo papel da posição espacial; você pode pensar no tamanho como sendo uma nova dimensão espacial, materializando-se a partir das interações das partículas como uma figura em um livro pop-up. 

O espaço-tempo tridimensional original se torna o limite de um espaço-tempo quadridimensional, com a nova dimensão representando a distância até esse. Não apenas uma dimensão espacial emerge, mas também a força da gravidade. 

No jargão, a força nuclear forte no espaço 3D (o limite) é o “dual” da gravidade em um espaço-tempo 4D (o maior). Como formulado por Maldacena no final da década de 1990, o princípio holográfico descreve um universo maior no qual a energia escura possui densidade negativa, dobrando o espaço-tempo em uma geometria chamada de anti-de Sitter. Mas isso é só brincadeira de teóricos. No Universo real, a energia escura possui uma densidade positiva, para uma geometria de Sitter ou alguma aproximação dela. Estender o princípio holográfico a uma geometria assim é complicado. O limite de um espaço-tempo 4D de de Sitter é um espaço 3D que jaz no futuro infinito. A dimensão emergente nesse caso não seria de espaço, mas de tempo, o que é difícil de entender mesmo para físicos teóricos. Mas se eles conseguirem formular uma versão do princípio holográfico para uma geometria de de Sitter, ela não apenas se aplicaria ao Universo real, mas também explicaria o que o tempo realmente é. A falta de compreensão do que é o tempo é a raiz de quase todos os problemas profundos da física hoje em dia. 

É aí que a teoria Vasiliev entra. 

Ela funciona tanto em uma geometria anti-de Sitter quanto em uma geometria de de Sitter. No último caso, o limite 3D correspondente é governado por uma versão simplificada da força nuclear forte e não da versão melhorada. Ao encarar o desafio e aceitar a teoria quase incompreensível de Vasiliev, os físicos acabam facilitando seu trabalho. No caso de de Sitter, o limite 3D correspondente é governado por um tipo de teoria de campo no qual o tempo não opera; ele fica estático. A estrutura dessa teoria dá origem à dimensão do tempo. Além disso, o tempo surge de uma maneira inerentemente assimétrica, o que pode explicar a seta do tempo – sua unidirecionalidade. E fica melhor ainda. Normalmente, o princípio holográfico consegue explicar o surgimento deuma dimensão, deixando as outras sem explicação. 

Mas a teoria Vasiliev pode nos dar a coisa toda. Os campos de spin mais altos possuem um grau de simetria ainda maior do que o campo gravitacional, o que já é muita coisa. Mais simetria significa menos estrutura. A teoria da gravidade, a teoria da relatividade geral de Einstein, afirma que o espaço-tempo é como massa de modelar. 

A teoria Vasiliev diz que ele é ainda mais modelável, possuindo muito pouca estrutura para realizar até suas funções mais básicas, como definir relações de causa e efeito consistentes ou manter objetos distantes isolados uns dos outros. Em outras palavras, a teoria Vasiliev é ainda mais não-linear que a relatividade geral. A matéria e a geometria do espaço-tempo estão tão completamente emaranhadas que se torna impossível separá-las, e nossa imagem padrão da matéria residindo no espaço-tempo se torna completamente indefensável. No universo primordial, onde a teoria Vasiliev reinava, o Universo era uma bola amorfa. Quando as simetrias de spin mais alto se quebraram – ou seja, quando os harmônicos mais altos das cordas quânticas se tornaram caros demais para funcionar – o espaço-tempo surgiu em sua completude. Talvez não seja surpreendente que a teoria Vasiliev seja tão complicada. Qualquer explicação da natureza do espaço e do tempo deve ser assustadora. Se os físicos algum dia a resolverem, prevejo que eles se esquecerão do quanto ela costumava ser difícil e começarão a dá-la a seus alunos como lição de casa. Scientific American Brasil

domingo, 15 de abril de 2012

Titanic - Naufrágio completa 100 anos


Em 15 de abril de 1912, o Titanic naufragava após se chocar contra um iceberg. 

Do imponente e luxuoso Titanic restam apenas destroços e histórias que jamais foram esclarecidas. O centenário de uma das maiores tragédias marítimas não traz respostas sobre o acidente daquele abril de 1912, mas incita ainda mais a imaginação popular a respeito do naufrágio. Afinal, a tragédia que causou furor no início do século 20 foi revisitada várias vezes pela televisão e cinema, tendo o auge em 1997, com o sucesso cinematográfico "Titanic", de James Cameron. 

O drama das 2.223 pessoas que estavam a bordo do transatlântico teve como pano de fundo a história de amor do casal Jack e Rose, estrelado por Leonardo DiCaprio e Kate Winslet.

O filme levou milhares de expectadores aos cinemas de todo mundo tornando ainda mais instigante a história do naufrágio do Titanic, o maior navio de passageiros construído até seu lançamento em 1912.

"Inafundável"

A grandiosidade do Titanic surgiu da disputa de mercado das empresas White Star Line com a Cunard Line, rival no setor e dona dos navios Lusitânia e Mauritânia, os maiores transatlânticos em operação na década de 1910.

O desafio da White Star Line era construir uma embarcação imponente, capaz de competir com as concorrentes. E a missão foi cumprida: após três anos de trabalho em um estaleiro na Irlanda do Norte ficava pronto o Titanic.

O transatlântico era equipado com elevadores elétricos, piscina, ginásio, sala de ginástica, quadra de squash e até cabeleireiros. A decoração não poupou luxos, com móveis caros e painés de madeira esculpidos.

Mas a marca registrada do Titanic não foi o requinte das suas instalações. A fama de "inafundável" foi disseminada pela White Star Line, que fazia disso um atrativo para os futuros passageiros.

Porém, há exatos cem anos, o que era para ser uma embarcação segura tornou-se uma tragédia com 1.517 mortos.

Naufrágio

A viagem inaugural do Titanic tinha como destino Nova York, nos Estados Unidos. o transatlântico zarpou de Southampton, na Inglaterra, em 10 de abril de 1912. Outras duas paradas ainda foram feitas: uma na França e outra na Irlanda.

Na noite do naufrágio, segundo relatos da época, o oceano estava calmo e fazia muito frio. O capitão do Titanic teria recebido informações sobre um grande número de icebergs na rota até Nova York e por isso modificou o curso previsto.

Às 23h40, dois funcionários que estavam posicionados no mastro do navio avistaram um iceberg. Após 47 segundos o bloco de gelo rasgara o casco do transatlântico provocando a tragédia.

Resgate

Por 2h40, passageiros e tripulantes lutaram pela sobrevivência, mas apenas 31,8% conseguiram sair com vida do incidente. Para o resgate, havia 20 botes, número insuficiente, considerando a quantidade de pessoas a bordo. 

Enquanto o transatlântico afundava, os sobreviventes aguardavam ajuda incerta, já que apenas um barco respondeu ao chamado do Titanic e foi ao local resgatar as vítimas.

História

Por 73 anos a localização dos destroços do Titanic se manteve um mistério. Uma expedição liderada pelo pesquisador Robert Ballard localizou o que sobrou da embarcação a aproximadamente quatro quilômetros de profundidade nas proximidades dos Grandes Bancos de Newfoundland, no Oceano Atlântico.


Desde a descoberta, mais de 6 mil peças do navio já foram retiradas, incluindo loças, itens de vestuário e partes do embarcação.


Elisa Klabunde noticias@band.com.br

sexta-feira, 6 de abril de 2012

Vozes Graves são mais Persuasivas na Política?

Eleitores preferem políticos com vozes mais graves, segundo um estudo americano.
A revelação sugere não apenas que homens e mulheres com vozes graves podem ser mais bem-sucedidos ao competir por posições de liderança.
Segundo os cientistas envolvidos, ela pode ajudar a explicar por que há menos mulheres em cargos de liderança. Além disso, é um indicador de que, embora sejamos livres para escolher nossos líderes, não estamos imunes a influências biológicas.
Pesquisadores do Departmento de Ciência Política da Universidade de Miami, nos Estados Unidos, gravaram homens e mulheres dizendo a frase "I urge you to vote for me this November" - em tradução livre, "Eu faço um apelo para que você vote em mim neste mês de novembro".
A menção do mês é uma referência à eleição presidencial americana no final deste ano.
As vozes tiveram suas frequências alteradas eletronicamente para soar mais graves (frequências mais baixas) ou mais agudas (frequências mais altas).
Os participantes do experimento foram então convidados a "votar" nas vozes.
Em artigo publicado na revista científica Proceedings of the Royal Society B., os autores disseram que tanto homens quanto mulheres selecionaram líderes com vozes mais graves.

Experimento

Para evitar que os participantes do estudo fossem influenciados por fatores externos, os homens e mulheres cujas vozes foram gravadas para ser utilizadas no estudo eram desconhecidos.
A manipulação eletrônica foi sutil, explicou o especialista.
"A diferença em tom foi de 40 Hertz (unidade de frequência), mas estudos anteriores demonstraram que (essa variação) é perceptível e faz diferença."
E embora a voz fosse desconhecida, a mensagem era politicamente relevante, explicou Klofstad, colocando o ouvinte imediatamente no contexto das eleições americanas.
Mas o que é que as pessoas estão elegendo ao votar na voz mais grave?
Para entender que qualidades estão associadas à voz grave, os pesquisadores fizeram um segundo experimento.
Em vez de perguntar em que vozes os participantes votariam, a equipe pediu que os voluntários dissessem que vozes pareciam mais competentes, fortes e confiáveis.
"Escolhemos esses adjetivos porque a literatura de ciência política mostra que essas são as qualidades que as pessoas procuram quando escolhem candidatos".
"O que verificamos é que tanto homens quanto mulheres têm uma percepção de que vozes femininas mais graves são mais competentes, fortes e confiáveis".
Em relação a vozes masculinas, no entanto, o resultado foi diferente.
"Mulheres não diferenciaram vozes masculinas agudas e graves em termos de competência, força e confiabilidade", explicou Klofstad. "Homens, em contraste, interpretaram as vozes masculinas graves como sendo mais competentes, fortes e confiáveis".

Mundo real

A equipe americana reconhece que seu estudo pode ter impacto sobre a forma como partidos políticos escolhem seus líderes. Mas Klofstad disse que é preciso ter cautela quando se tenta extrapolar as conclusões do trabalho.
"O que fizemos foi um estudo de laboratório usando situações hipotéticas".
"Nossa motivação foi, uma vez feito o estudo, aplicá-lo ao mundo real e ver como as variações de tom podem afetar as eleições de verdade".
Ou seja, é preciso fazer mais pesquisas sobre o assunto.
No entanto, após ler esse estudo, muitos vão achar difícil resistir à tentação de comparar as vozes dos candidatos às eleições americanas para tentar adivinhar quem será vencedor em novembro.
artigo completo: BBC BRASIL