Richard Feynman, vencedor do Prêmio Nobel de Física 1965, descreve o processo de descoberta das leis da física a um jogo de xadrez jogado por Deus.
O jogo já começou e não sabemos as regras. Tentamos desvendar as regras a partir da movimentação das peças. Um peão que anda uma casa para frente. Um bispo que anda apenas na diagonal… Baseado nessas observações, criamos o nosso modelo do jogo.
Quando achamos que sabemos todas as regras, subitamente um peão alcança a oitava casa e se transforma numa rainha. Temos que mudar os nossos modelos para explicar este novo movimento, nunca visto anteriormente.
E assim, continuamos, na finitude de nossas vidas, a tentar entender os mistérios deste jogo infinito…
Trilha sonora: Se eu quiser falar com Deus – Elis Regina
Esta equação é a do Princípio da Incerteza de Heisenberg.
Houve um tempo, após Newton, em que os cientistas achavam que as Leis da Física poderiam prever tudo de forma absoluta. Se eu soubesse a posição de todas as partículas do universo, um computador suficientemente poderoso poderia calcular todo o futuro e todo o passado de tudo o que existe: é o Demônio de Laplace.
Porém, um dos pilares da Física Quântica é o Princípio da Incerteza: há uma incerteza intrínseca no nível atômico mais básico do universo. Nem se houvesse um super Demônio de Laplace, seria possível calcular todo o futuro. Fazendo a analogia, nada está escrito, ninguém manda em você além de você mesmo!
A pergunta do puzzle: A aleatoriedade perfeita é possível?
A atual física considera que fenômenos quânticos são aleatórios. Os modelos funcionam, sem dúvida. Porém, seria esta aleatoriedade apenas porque desconhecemos o real mecanismo físico (posição defendida por Albert Einstein) ou porque o universo é realmente aleatório (posição de Niels Bohr)?
A minha resposta, abaixo.
Disclaimer: parte do que está aqui tem algum fundamento, mas do meio para baixo, é só imaginação e diversão.
Mundo bizarro
A equação de onda de Schrödinger tem duas soluções, assim como raiz de 4 pode ser 2 ou -2.
Para cada elétron, pode existir um anti-elétron. Esta teoria originalmente concebida pelo físico inglês Paul Dirac, em 1928.
O anti-elétron é chamado de “pósitron”.
Da mesma forma, o próton tem uma anti-partícula equivalente, o anti-próton. Isto foi confirmado pela primeira vez em 1955, pelo físico Emílio Segrè, da Universidade Berkeley, na Califórnia.
Daí para a frente, abriu-se a porteira para as anti-partículas. Por simetria, por que não dizer que cada partícula tem a sua anti-partícula?
Se prótons e elétrons formam átomos, as anti-partículas formariam anti-átomos, e os anti-átomos formariam anti-moléculas, onde algumas delas poderiam se tornar um anti-DNA, formando anti-vida, e quem sabe, anti-humanos neste anti-universo.
Além disso, os Diagramas do físico americano Richard Feynman mostram que um pósitron pode andar para trás no tempo! Além da carga ser a oposta, o tempo é oposto também.
Portanto, podemos pensar num universo paralelo, que chamarei aqui de universo Bizarro (em homenagem ao personagem dos quadrinhos do Super-Homem). Seria um universo exatamente igual ao nosso, mas andando para trás no tempo, e formado inteiramente por anti-partículas.
Ou seria o universo deles o verdadeiro, e o nosso o anti-universo?
Porém, e aí está o pulo do gato para responder a questão das probabilidades. Este anti-universo deve estar sincronizado com o nosso universo. Tudo o que é feito aqui afeta a contraparte ali, e vice-versa.
Quando um fóton é confrontado com uma decisão, como em qual fenda passar no experimento da dupla-fenda, o nosso fóton pode ser tentado a passar em uma fenda, e o anti-fóton pode decidir passar por outra fenda – ambos se atrapalhando e criando um padrão de interferência. Ou não, ambos fóton e anti-fóton passam pela mesma fenda, de vez em quando.
No caso do fóton passar por filtros polarizadores, é o mesmo raciocínio. O ângulo do filtro para com a polarização afeta diretamente a probabilidade. Às vezes, o fóton vai ser beneficiado pelo menor ângulo, e vai passar, porém, outras vezes, o anti-fóton do universo Bizarro vai ganhar o cabo de guerra, e a partícula não passa pela fenda.
Portanto, a origem das probabilidades é o conflito entre partículas e anti-partículas tendo interesses opostos, em universos paralelos porém complementares. Ninguém sabe quem vai ganhar a disputa, portanto, a verdadeira aleatoriedade existe, e Bohr está certo!
Devido ao padrão de interferência da luz, o resultado é uma espécie de linha tracejada (positivos se reforçando e pontos negativos e positivos se anulando).
Provocado por um comentário (do leitor Pedro Arka), resolvi fazer o experimento com duas cores de laser: um verde e um vermelho.
O ideal era fazer um lab física de verdade, medindo o tamanho entre cristas do laser. Mas isso é profissional demais e dá trabalho demais, tira a graça de fazer o mesmo em casa. A pergunta a ser respondida aqui é: qual o laser que dá a maior distância entre tracejados?
Fiz o experimento – e fazer na prática dá trabalho, há muita coisa que atrapalha o mesmo (como as minhas 3 filhas querendo brincar com o laser, por exemplo).
Mas, a duras penas, cheguei as fotos abaixo.
As fotos para vermelho e verde foram tiradas contra uma parede mais longe, o zoom da câmera é o mesmo para ambos.
Agora, em uma parede mais próximas, o mesmo zoom.
Outro fator é que o laser verde é mais forte do que o vermelho, em termos de hardware (o vermelho comprei num camelô, o verde comprei no AliExpress e paguei bem mais caro).
Mas, mesmo assim, parece que o verde tem espaço menor entre tracejados, e por isso, mais tracejados na foto.
Agora, vejamos a teoria.
Segundo a Wikipedia, esses são os comprimentos de onda do verde e vermelho.
Color Wavelength Frequency Photon energy
Green 500–565 nm 530–600 THz 2.25–2.34 eV
Red 625–740 nm 405–480 THz 1.65–2.00 eV
O que interessa nela é que d (distância entre cristas) é diretamente proporcional ao comprimento de onda. Ou seja, quanto menor o comprimento de onda, menor a distância entre cristas. O resto dos parâmetros diz respeito ao número da crista, a relação entre a distância entre fendas e a distância para a parede, etc, que são iguais para ambos os lasers. Portanto, o verde realmente tem distância menor – ou seja, não conseguimos invalidar 200 anos de física ótica com nosso experimentozinho…
Deixando as fórmulas de lado, é legal interpretar fisicamente. O comprimento de onda é a distância entre os picos da onda. Então, se imaginar o pico como traço e o vale como espaço em branco, dá um tracejado. O vermelho é um tracejado maior do que o verde.
Sobre o contexto. Isaac Newton, aquele mesmo, postulou que a luz é composta por minúsculas partículas. Isto explicaria porque a luz não faz curvas, por exemplo.
Thomas Young foi um sujeito genial, que concebeu o experimento da fenda dupla para contrapor Newton, e provar que a luz era uma onda. Havia vários outros indícios disto, como por exemplo, a difração (mudança de direção) da luz na água.
Pois bem, a luz foi considerada uma onda desde Young, até Albert Einstein publicar em 1905 um paper sobre o efeito fotoelétrico, que só poderia ser explicado se… a luz fosse uma partícula! A luz é meio esquizofrênica, ora partícula, ora onda.
Anos depois, Louis De Broglie postulou algo mais maluco ainda. Não era apenas a luz que apresentava tal comportamento dual, mas toda a matéria!
O experimento da fenda dupla também evoluiu, de forma muito esquisita. Os cientistas tentaram enviar disparos fóton a fóton, ou melhor elétron a elétron, só que mesmo assim a interferência ocorria. Era como se o elétron interferisse com si mesmo. Mas o bizarro mesmo era quando os cientistas tentaram medir qual fenda o elétron escolhia. Neste caso, a interferência era destruída, ou seja, quando observada, o elétron se comporta como partícula!
Ou seja, passada toda a história da civilização, ainda assim estamos longe de saber o que é a luz. E, um experimento tão simples como o mostrado foi um dos precursores dessas discussões todas.
Nota: Li num livro do Robert Greene sobre a Pedra de Rosetta, trazida do Egito por Napoleão e toda a corrida científica para decifrar os misteriosos hierógrifos dos faraós. Pois bem, no livro narrava a história de um certo Thomas Young que conseguiu traduzir a pedra. Ora, o Thomas Young que decifrou os hierógrifos é o mesmo Thomas Young do experimento da fenda dupla, mostrando o quão genial era o rapaz.
Tenho uma pergunta, sobre física dos sons, que nunca consegui responder plenamente.
O som é uma onda, que tem uma amplitude e frequência, como na figura a seguir. Aliás, o comprimento de onda é o inverso da frequência, das aulinhas de física.
Nossos ouvidos ouvem sons numa determinada faixa de frequências (20 Hz ~20.000 Hz). Tanto as frequências abaixo quanto acima, não são captadas.
Por outro lado, se o som tiver uma amplitude muito alta, como a explosão de uma bomba, o tímpano de uma pessoa pode se romper.
Pergunta:
O que acontece se eu colocar o som numa amplitude extremamente elevada, a ponto de furar os tímpanos, mas numa frequência inaudível?
O tímpano vai ser prejudicado devido à energia que esta onda carrega? Ou
a onda vai se anular, e nada acontece?
Tentativa de resposta
Tenho uma tentativa de resposta, mas não tenho convicção sobre a mesma.
O som é um fenômeno puramente físico. O tímpano é como se fosse uma membrana de um tambor, que vibra devido à vibração do ar.
Se um som tiver frequência alta demais, o tímpano não tem tempo de reagir à excitação. Quando a membrana é excitada para “subir”, já está na hora de “descer” novamente, ou seja, a onda se anula. Portanto, para frequências muito altas, uma amplitude alta não vai explodir os tímpanos.
O tal de “ultrassom” é isso, uma onda acima do que conseguimos ouvir. Mas, embora o tímpano não responda ao ultrassom, alguma coisa dentro do corpo responde, no sentido de refletir a onda sonora. Portanto, mesmo não explodindo o tímpano, vai explodir alguma coisa dentro do corpo humano, que tem um comprimento de onda pequeno o suficiente (ou seja, um material denso o suficiente) para entrar em ressonância com esta onda.
E se o som tiver frequência abaixo do que ouvido consegue captar? O limite inferior audível teoricamente é menor do que 20 hz. Mas 20 Hz é praticamente zero, para a escala sonora. Na prática, um som em baixa frequência e alta amplitude vai explodir o tímpano, por estar na fronteira da faixa audível ao ser humano.
E a visão?
Podemos fazer a mesma pergunta, mas em relação à enxergar. Nós enxergamos uma faixa de frequências. E ficamos cegos se olhar para o Sol, por exemplo. E uma exposição a uma grande amplitude numa faixa invisível, vai nos cegar ou não?
Trilha sonora:
Com tantas ondas sonoras e eletromagnéticas, uma boa música para acompanhar este post: Wave – Tom Jobim
“A energia é como o retesar de uma besta. A decisão é como apertar o gatilho”. Sun Tzu – A Arte da Guerra
Richard Feynman (1918-1988) foi um dos maiores físicos americanos de todos os tempos. Existe uma coleção de aulas dele, chamada de Feynman Lectures on Physics (http://www.basicfeynman.com/).
Na época em que fiz mestrado em Engenharia Eletrônica, li essas aulas (extracurricularmente, porque gosto de ler). Gostei particularmente da aula sobre Energia.
O que é Energia?
Parece uma pergunta fácil, mas não é.
Intuitivamente, a energia é algo que tem haver com ação. Quanto maior a energia, maior a ação realizada.
E a energia também parece ter relação com o potencial de ação. É a energia potencial. Por exemplo, um balde de água a 2 metros de altura tem uma energia potencial. Quando o balde cair, esta energia se transformará em energia cinética, do movimento.
É como se a energia estivesse armazenada , esperando para gerar ação.
Há vários tipos de energia: energia elétrica, solar, eólica, nuclear, térmica. Energia pode se transformar em som.E também a energia química de algo como o petróleo. Ou a energia que extraímos de um prato de feijão.
Segundo Feynman, ninguém sabe exatamente o que é uma energia.
Energia é um átomo?
Energia é uma onda?
Energia é calor?
Energia é luz? É som? É o prato de feijão? É o balde?
E = mc^2?
Não sei exatamente. E não importa.
O que se sabe, da primeira Lei da Termodinâmica, é que a energia não se perde, não se cria, só se transforma, num sistema isolado.
A energia potencial do balde vira energia cinética. Quando o balde atingir o chão, parte da energia vai se perder com o impacto, esquentando o solo, parte vai virar som, parte retorna para o balde virando movimento na direção contrária.
A sacada de Feynman
Na escola, ensinam que a energia potencial do balde parado é dada por mgh, e a energia cinética é dada por 1/2 mv^2.
E que, pela conservação da energia, mgh = 1/2 mv^2.
Ou seja, há uma fórmula para a energia potencial, há outra fórmula para a energia cinética, e que estas são iguais. Usando este conceito, há um monte de perguntas de vestibular deste tipo:
Feynman sugere o inverso. Há algo que se conserva, entre um estado e outro. Dá-se o nome de “energia” a aquilo que se conserva, e a conservação desta tal de energia é uma propriedade física constante.
Parto do ponto que a energia se conserva, e tenho que descobrir as fórmulas para respeitar a propriedade de serem iguais.
Portanto, a energia do prato de feijão vai ser igual à energia deste processada pelo meu estômago. Se existir uma fórmula para a energia química do feijão esta deve ter a propriedade de ser igual à fórmula da energia gerada pelo meu estômago.
Voltando ao meu mestrado, usei um teorema de conservação de energia dos sinais para simplificar brutalmente um processamento computacional (durava dias e passou a durar minutos). Graças às aulas de Feynman, tive segurança de afirmar que o que fiz era correto, e ainda fiquei filosofando sobre o significado de energia com o meu orientador.
Extrapolando
Feynman era físico, ganhador do prêmio Nobel. Eu, não, sou apenas um doido qualquer.
Portanto, posso extrapolar as leis da termodinâmica e fazer outras perguntas, sem o menor rigor científico.
Existiria uma energia potencial de conhecimentoe experiênciapara gerar uma energia cinética de uma ideia que funcione?
Ou uma energia potencial de criatividadepara gerar energia cinética de inovação?
Existe uma energia potencial de treinamentonecessária (digamos, aprender a dirigir) para converter em experiência prática(saber dirigir)?
Seria o dinheiro uma forma de energia? Recebo o dinheiropor um trabalho realizado, e uso o mesmo para comprar o trabalho de outra pessoa – é como transformar a energia potencial da água em energia elétrica, e usar a energia elétrica para ligar uma televisão.
Suspeito que sim, que as ideias fazem sentido. Basta inventar uma fórmula para relacioná-las.
