Archive for Novembro 2013

Por que a Pesquisa em Ciência de Base é Importante?


Este texto corre sério risco de ser inócuo perante aqueles de mente impenetrável à reflexões. Porém àqueles que sempre buscam o auto questionamento e o refino de ideias pode servir como um norte, então acredito que valha a pena tratar sobre esse assunto.
Em 1860, em uma de suas apresentações na Royal Society, Michael Faraday foi interpelado pela Rainha da Inglaterra, que ao final de sua apresentação lhe perguntou: “Tudo isto é muito interessante, Senhor Faraday, mas para que serve?”. Consta que Faraday teria respondido: “Majestade, para que serve um recém-nascido?”. fonte
A nossa sociedade é muito acostumada a dar valor às coisas por sua funcionalidade, portanto é uma tarefa fácil atribuir valor à tecnologia. Também é fácil ver a importância da ciência que desenvolve essa tecnologia, mas é complicado visualizar a relevância da ciência de base¹, a qual atua de modo implícito. Qual a importância da descoberta do bóson de Higgs? Qual a relevância em saber que existem planetas extrassolares ? Qual o sentido de estudarmos os neutrinos ? Por que enviar uma sonda para Marte?

Muito provavelmente você conhece alguém que responderá as perguntas acima de forma categórica (e estúpida): “Isso não possui nenhuma Importância”. Essa mentalidade é fruto da nossa total alienação e ignorância referente à ciência. Pensando nisso, estou escrevendo esse texto para tentar justificar a importância da ciência de base e do investimento submetido a ela.


A ciência que aparentemente não se aplica²:

Temas de pesquisas científicas como astronomia, astrofísica, cosmologia, alguns ramos da teoria quântica de campos e física de partículas, são vistos por muitos como "pesquisa inútil" por não ter aplicação aparente. Mas não ter aplicação aparente não significa ser inútil, significa que as mudanças causadas por esses estudos são mais subjetivas e, algumas vezes, mais profundas do que qualquer aplicação tecnológica imediata.

Para entender isso temos que olhar para o passado. Há mais ou menos mil anos atrás, víamos uma concepção de universo completamente diferente da atual: a Terra estava no centro do universo, a divisibilidade da matéria chegava até o átomo, o tempo era algo fixo e difícil de se entender, o universo era estático e “pequeno”. A partir do momento que novos conhecimentos foram construídos, derrubamos nossas antigas visões sobre o universo e sobre qual era nosso lugar nele, colocamos nossas concepções, supostamente sólidas e lógicas, em cheque, desestabilizamos séculos de conhecimento humano sobre a natureza e nós mesmos.

Atualmente sabemos que não somos o centro do universo, que a matéria é composta por partículas ainda menores que o átomo, que existem bilhões e bilhões de estrelas no universo e que muitas delas são semelhantes ao nosso Sol, sabemos também que o nosso universo pode ter um início, que o tempo é relativo, que a antimatéria existe, que somos pequenas criaturas vivendo em um pequeno planeta orbitando uma pequena estrela na periferia de uma galáxia qualquer, que grande parte do material que compõe nossos corpos foram sintetizados no interior de estrelas que morreram há muito tempo. Ou seja, passamos por uma gigantesca revolução intelectual nos últimos mil anos, isso não foi útil? não trouxe aplicações tecnológicas a longo prazo?

Dois exemplos contundentes de como a ciência de base afeta profundamente nossa vida é a revolução copernicana, que tirou a Terra do centro do universo, e a teoria da relatividade que tirou o caráter absoluto do tempo. De forma geral ambas tiveram impactos sociais e culturais profundos, a ponto de nossa filosofia ocidental ser impensável sem essas ideias. Com a teoria quântica foi a mesma coisa, seu desenvolvimento trouxe uma série de visões novas a cerca do universo e até a nossa filosofia teve, de certa forma, que se reestruturar em alguns segmentos.

Então a importância da ciência de base se dá na estrutura de nosso conhecimento e de nossa relação com o universo. Esse conhecimento novo não é uma transformação local na ciência, mas sim um fenômeno global que se arrasta para diversas áreas do conhecimento. Eugene Wigner, em seu artigo “The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences”, começa a seguinte estória:

Há uma história sobre dois amigos, que eram colegas na escola, falando sobre seus trabalhos. Um deles tornou-se um estatístico e estava trabalhando em crescimentos populacionais. Ele mostrou um de seus trabalhos a seu ex-colega de classe. Seu trabalho começou como sempre, com a distribuição de Gauss, e o estatístico explicou o significado dos símbolos para a população real, para a média da população, e assim por diante. Seu colega estava um pouco incrédulo e não tinha certeza se o estatístico estava de fato falando sério ou se estava brincando. Então ele pergunta: "Como você pode saber disso tudo? … E o que é esse símbolo aqui?" "Oh", disse o estatístico ", isto é pi". "O que é pi?", o estatístico responde: "pi é a proporção da circunferência do círculo com o seu diâmetro, tal qual vimos na escola", então o colega retruca: "Bem, agora você está indo muito longe com sua piada... certamente a população não tem nada a ver com a circunferência do círculo."

essa foi a primeira vez que o ser humano viu um por do sol no solo de outro
planeta - Foto tirada pela sonda Spirit.

Essa estória é realmente interessante, pois de fato estamos usando pi, um número que nasceu do estudo de formas geométricas, para descrever crescimentos populacionais, que aparentemente nada tem a ver com isso. Da mesma forma acontece na ciência de base, todo conhecimento transcende as necessidades de seus estudos e se aplicam, mais cedo ou mais tarde, nas mais diversas áreas. Há 120 anos começavam a se desenvolver a relatividade e a mecânica quântica e, muito provavelmente, seu estudo parecia inútil para diversas pessoas da época, já que muitos acreditavam que esses dois ramos eram apenas dois detalhes a serem consertados na física (supostamente) quase completa da época. Hoje existem aplicações de ambas (em conjunto ou separadas) nas mais diversas áreas da física, da química e da tecnologia, desde a fabricação de computadores, lentes, telefones, diagnósticos médicos, até em outros segmentos de pesquisas como a cosmologia, astrofísica, etc.

Podemos ainda extrapolar essa estória e compará-la com pesquisas como a Curiosity que estuda a possível existência de vida em Marte. A importância de se encontrar vida fora da Terra, a meu ver, se assemelha bastante a tirar a Terra como centro do universo, pois irá tirar desse planeta a visão privilegiada de ser o único com vida. Mas muito além disso, também abre inúmeras possibilidades de se compreender como a vida funciona e se desenvolve em diversas situações, o que pode nos ajudar a entender como a vida se formou aqui. Entender como o clima e a geologia de Marte funcionam também pode revelar coisas surpreendentes sobre o funcionamento e o futuro da Terra. Podemos ver Marte e outros planetas como grande laboratórios a serem explorados, assim como estrelas distantes, buracos negros, quasares e toda a grande quantidade de corpos que temos espaço sideral a fora.

A ciência que aparentemente se aplica:

Dos temas citados acima, talvez o mais fácil de se ver a aplicabilidade seja a quântica, embora todos os nossos conhecimentos possam atuar direta ou indiretamente na produção de tecnologia. Há 100 anos a teoria da relatividade era um conceito novo, aparentemente sem aplicação imediata, mas hoje a usamos em diversos aparelhos, sendo o mais comum o GPS, por exemplo. Os estudos da relatividade e da mecânica quântica nos possibilitaram entender, produzir e aplicar vários fenômenos relacionados a física de partículas e a matéria condensada, tais quais se fazem extremamente presentes hoje em diversos setores da tecnologia, incluindo a medicina.

Imagem de um tumor realizada com um PETscan,
tecnologia que foi possível graças a estudos com antimatéria
Quando um novo conhecimento é obtido na ciência de base é quase impossível prever suas aplicabilidades futuras, como foi quando Dirac previu a existência de antipartículas. Na época você certamente poderia taxar essa pesquisa de inútil, mas hoje uma pessoa com câncer pode ser diagnosticada precocemente por causa de ferramentas de diagnostico como o PETscan que usam antimatéria. Mas não para por aí, o próprio Dirac só conseguiu fazer essa previsão após unir com sucesso a mecânica quântica e a relatividade restrita, tal fato foi considerado um dos feitos mais importantes do século passado... e não teve aplicação imediata.

O mesmo pode acontecer com pesquisas como ondas gravitacionais e o bóson de Higgs, sabemos se elas tem aplicação no momento? Não, não sabemos, mas não podemos prever se no futuro haverão aplicações grandiosas para elas. Porém de imediato elas são de extrema importância para a física, a primeira é uma enorme constatação de uma previsão feita pela Relatividade Geral que abre uma enorme janela para o desenvolvimento de uma nova técnica de medição baseada em ondas gravitacionais, o irá ajudar muito nossa astronomia, astrofísica e cosmologia, já a segunda é a confirmação de que uma teoria que já usamos há quase 60 anos está realmente correta. Elas são, portanto, em primeira mão o atestado que mostra que estamos acertando em nossas previsões acerca do universo no qual vivemos.

Por sua vez, pesquisas e experimentos como a sonda Curiosity e o LHC, desenvolvem uma série de novas tecnologias para que possam ser realizados. Viagens espaciais tripuladas e sondas por exemplo, criam e implementam tecnologias que são usadas em televisores, câmeras fotográficas, roupas, calçados, aparelhos ortodônticos e vários outros. Da mesma forma, pesquisas para a construção de grandes aceleradores geram uma enorme quantidade de novas tecnologias, como a web, que foi desenvolvida pelo Cern.

Essa foto foi a primeira imagem de uma banda postada, pelo próprio CERN,
no modelo de internet que usamos hoje, a WEB. Les Horribles Cernettes
é um grupo musical de paródias formado por funcionárias do CERN.

A ciência aplicada e a ciência base são como duas pernas, se uma delas não funciona direto nós não progredimos direito. Progressos teóricos sempre revelam progressos de aplicação que por sua vez geram mais progressos teóricos, de tal forma que não podemos pensar na ciência moderna sem uma dessas partes. É um erro crasso tentar atribuir mais valor a uma ciência do que a outra, pois elas se completam de modo a formar nosso conhecimento científico atual.

A tecnologia é fruto da aliança entre ciência e técnica, a qual produziu a razão instrumental, como no dizer da Teoria Crítica da Escola de Frankfurt. Esta aliança proporcionou o agir-racional-com-respeito-a-fins, conforme assinala Habermas, a serviço do poder político e econômico da sociedade baseada no modo de produção capitalista (séc. XVIII) que tem como mola propulsora o lucro, advindo da produção e da expropriação da natureza. Então se antes a razão tinha caráter contemplativo, com o advento da modernidade, ela passou a ser instrumental. É nesse contexto que deve ser pensada a tecnologia moderna; ela não pode ser analisada fora do modo de produção[...] (MIRANDA, 2002).

Acredito que, de alguma forma essas linhas acima possam contribuir não para a aceitação, mas sim para a vontade de se debater sobre o assunto. Até a próxima.


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1 – Ciência de Base/Pura/Fundamental é aquela que tem por pretensão o estudo das propriedades fundamentais da natureza sem visar diretamente uma aplicação.



2 – Essa conotação “ciência que aparentemente não se aplica” é uma divisão arbitrária minha, ela não existe de fato.

Partículas Elementares, Matéria Escura Desaparecida e Grávitons Canhotos.

Essa semana aconteceram coisas interessantes que eu gostaria muito de comentar, como um livro que eu ganhei, notícia bizarra que eu achei e um experimento com matéria escura. Ah e hoje, graças a habilidade de um amigo, conseguimos habilitar o $\LaTeX$ aqui no blog - Valeu Frank Zequim!!


1 – O Discreto Charme das Partículas Elementares.

Essa semana a professora Maria Cristina Abdalla, do IFT, me enviou de presente seu livro “O Discreto Charme das Partículas Elementares”, por esse motivo me senti no dever de falar um pouquinho sobre ele.

A autora é uma pesquisadora brasileira que atua na área de partículas e campos, embora esteja se aposentando, ainda trabalha na orientação de alunos de pós-graduação e faz um trabalho muito interessante voltado a ensinar física moderna a professores do Ensino Médio.
capa do livro

Uma visão rápida e geral do livro:

1 – Introdução

O capítulo de abertura do livro faz, em poucas páginas, uma abordagem histórica da evolução da idéia de átomo até os dias de hoje. O que eu achei bem legal foi que no meu TCC (na época da graduação) eu fiz uma introdução histórica bem parecida, então eu sei bem a dificuldade em se condensar milhares de anos de história em poucas páginas... até porque historiador da física, assim como todo físico, é chato pra cacete, qualquer deslize e já tem alguém para pedir sua cabeça.

2 – A Família das Partículas Elementares

Esse capítulo chamou minha atenção, devido a forma que a autora abordou sobre o tema. Basicamente foi traçada uma linha histórica da descoberta das partículas. Um ponto interessante é que eu estou acostumado à livros que separam a história da fenomenologia, aqui houve o cuidado de se agregar ambos os pontos. Então junto da parte histórica é também trabalhado as características e fenômenos relacionados às partículas, tudo isso de forma precisa, sem exemplos desconexos que mais atrapalham do que ajudam. Gostei também do cuidado em tratar o spin, de se falar em números quânticos e da ótima explicação de como enxergamos essas partículas em alguns experimentos. Acho que um dos pontos-chave desse capítulo é o exercício pedagógico de completar o modelo padrão, que autora realiza ao longo do texto.


3 – Janelas para o Invisível

Capítulo voltado a explicar um pouco da história e funcionamento dos acelerados bem como sua importância para a física de partículas. Gostei bastante das ilustrações desse capítulo, além da boa dissecada no LHC.

4 – A Linguagem Matemática da Natureza

Aqui o livro se mostra realmente impar. Houve o cuidado com nuances que sempre passam desapercebidas em livros de divulgação científica, como a relação entre o que é uma interação e o que é uma força. Além de que a autora teve muita segurança ao encarar o desafio de falar de grupo de simetria, diagramas de Feynman, etc. Ao final ainda se tem uma rápida abordagem sobre a unificação dessas interações.

5 – O Discreto Charme do Universo

Esse capítulo se retem a explicar a evolução do universo, matéria e energia escura. O que eu mais gostei aqui é que é um capítulo muito completo e cuidadoso, em que não são abordados apenas as evidências que corroboram para teoria do big bang, mas também seus problemas.

Um quark estranho
De forma geral os textos possuem um cuidado impar na precisão das palavras, dos conceitos e da estruturação do conteúdo, você consegue ver que não foi um trabalho feito as pressas, mas sim algo que demandou grande cuidado da autora. A arte do livro é ótima, e eu achei genial retratar as partículas como monstrinhos, pois assim se tira o foco da visão clássica de partículas como sendo pequenas esferas. Aliás, as ilustrações são do Sérgio Kon e não sei se foi a pedido da autora, mas elas se encaixam muito bem no título do livro, pois os monstrinhos têm de fato um charme discreto. A quantidade de ilustrações também ajuda bastante alguns leitores mais preguiçosos a não desanimarem do livro, embora por si só o o decorrer do texto já seja algo cativante.

Esse livro dá uma sólida base sobre física de partículas bem além do que um leigo necessita para apreciar a ciência, uma vez que é extremamente profundo, preciso e abrangente. É um material indispensável para interessados que detestam divulgação científica superficial, além de ser excelente para professores do Ensino Médio (ou mesmo Ensino Superior) que estão com dificuldades em encontrar uma abordagem didática para esses temas da física moderna. Alunos de iniciação científica em partículas têm o dever de usar esse livro, pois nunca achei uma abordagem realmente didática nos livros usuais de física de partículas e campos, o que prejudica um pouco o entendimento do aluno quanto ao seu próprio projeto e ainda sobrecarrega os orientadores mais dedicados.

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2 – Gravidade quântica explica porque pessoas são canhotas.

Tá, eu sei, é absurdo o título do tópico, mas acontece que eu achei essa pérola no site Jornal Ciência (que de primeira confundi com o Jornal da Ciência). Esse site pertence ao R7 e fez a proeza de publicar o seguinte texto: Você é canhoto? A culpa pode ser da 'gravidade quântica', afirma teoria

Nele você pode ver uma explicação bem legal (SIC), de o porquê a gravidade quântica faz a gente ser canhoto... isso tudo é um grande e verdadeiro “WTF?”.

Eu fiquei mais de 30 minutos tentando entender de onde o autor tirou essa relação entre grávitons e ser canhoto. Até que um colega deu um toque, muito aparentemente o autor estava lendo um texto em inglês sobre o assunto, e se deparou com left handed particles (ao pé da letra; partícula canhota), como muito provavelmente o texto deveria ser sobre o gráviton, então ele concluiu que cientistas estavam tentando saber se o gráviton era “canhoto” ou “destro”, o que não é errado. Mas eis que deve ter entrado a veia jornalística dele e ele concluiu que se o gráviton fosse “left handed” ele influenciaria você a ser canhoto.

Ser “canhota” ou “destra” é uma propriedade que chamamos de helicidade, e ela é a relação entre o spin e a direção do movimento de uma partícula. Veja abaixo a ilustração que furtei do Quantum Diaries:
 

Essa partícula possui helicidade direita (ou helicidade destra – sei lá como fica isso em português), pois você poderia colocá-la na palma da sua mão direita e ao fechar seus dedos, com exceção do indicador, eles ficarão sempre no sentido do spin, enquanto seu polegar ficará no sentido do movimento da partícula. Mesmo que invertamos o movimento da partícula essa regra contínua valendo.


seu polegar indica o sentido do movimento, enquanto
os dedos indicam o "sentido" do spin
(Mão Direita)

Para partículas com helicidade esquerda (ou helicidade canhota) você usa a mesma técnica de colocar a partícula na palma da sua mão e fechar os dedos, mas agora a sua mão tem que ser a esquerda, assim o seu polegar novamente dará o sentido e direção do movimento e seus outros dedos darão o sentido do spin.

partículas com mesma helicidade em sentidos opostos.

Mão esquerda


NOTE que quando eu digo “colocar ela na sua mão” estou apenas ilustrando a situação para que você enxergue de maneira didática, obviamente não dá para você fazer isso na prática.


Resumindo, a helicidade das partículas nada tem a ver com o fato de você ser destro ou canhoto (eu sou ambidestro e aí?). Muito provavelmente o autor desse texto leu alguma coisa que falava sobre determinar a helicidade do gráviton, confundiu tudo e fez questão de dividir isso com você!

partículas com helicidades diferentes, note que mesmo que você coloque
o movimento delas no mesmo sentido e direção o spin de uma será o oposto
da outra


3 – Cadê a matéria escura??

É pessoal, a notícia impactante da semana foi sobre os dados obtidos pelo experimento de medição de matéria escura LUX. Eu, como adoro ver o circo pegar fogo, achei ótimo, minha namorada que tem pretensão de pesquisar na área, ficou triste.

Mas o que aconteceu foi o seguinte; quarta-feira, dia 30, a equipe do experimento em questão publicou esse artigo com dados obtidos em 3 meses de pesquisa: First results from the LUX dark matter experiment at the Sanford Underground Research Facility. Nesse artigo os dados mostram que na pesquisa anterior, usando um experimento menos sensível, obtivemos dados que não foram novamente observados nesse experimento mais preciso. Ou seja, não detectamos matéria escura na faixa de massa de 5-20 GeV / c ² que esperávamos. Tenha calma, isso não significa (ainda) que a matéria escura não existe, apenas estamos limitando as faixas de massa que ela pode ser encontrada.

Mas você deve estar se perguntando, porque um resultado negativo tem importância assim para todo mundo ter falado, é simples:

a) Não mostrar nada significa que naquela região, faixa de energia, aparentemente não tem nenhuma partícula de matéria escura
b) Mostra que nossas experiências antigas que deram resultados promissores nessa faixa de massa estavam erradas.
c) Limitamos ainda mais a possibilidade da existência de matéria escura, mas não acabamos com ela, pois ainda temos candidatos como as WIMPS.
d) Esses dados mostram que o experimento funciona bem, assim eles têm uma melhor chance de uma boa descoberta nas próximas medidas que serão realizadas.

Caso queira se informar um pouco mais sobre o assunto, veja esses textos:


- First LUX result negates previous possible dark-matter sighting.

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