12 junho 2015

A mecânica quântica para totós - Parte I

É Sexta-feira, último dia de trabalho, altura para algo mais leve.

Por exemplo: a mecânica quântica, um típico assunto de esplanada, entre uma cervejola e uns tremoços.

Pensará o Leitor: "Epá, este blog está a cair no ridículo, para a próxima o quê? Um artigo sobre os cabelos de Scarlett Johanson?". Calma pessoal, calma: em primeiro lugar aqui é proibido falar mal de Scarlett Johanson, depois não podemos tratar sempre de assuntos sérios como o futebol, de vez em quando algo leve é necessário.

"Mas a mecânica quântica é uma seca...".
É uma seca só porque tem dois acentos circunflexos, pelo resto não, não é.
E mais: é muito importante. Um exemplo? Simples: com certeza haverá Leitores cujo computador (o mesmo que estão a utilizar para ler este fantástico blog) utiliza no seu interior itens (exemplo: o transistor) que funcionam tendo como base os princípios da mecânica quântica.

Tentem eliminar a mecânica quântica: "Credo, como está lento hoje este computador! Será que apanhei um vírus?". Não, é que sem a mecânica quântica o vosso computador volta atrás de algumas décadas.

Laser, microscópios eletrónicos, ressonâncias magnéticas nucleares, painéis solares fotovoltaicos, leitores cd/dvd, células fotoelétricas, semicondutores, nano-tecnologias, microelectrónica... tudo isso e muito mais ainda tem como base a mesma coisa. O quê? Exacto: a mecânica quântica. Então, não vale a pena espreitar melhor esta coisita, não é? Claro que sim, mas de forma simples, como do costume.

Um pouco de história, mas nem muita

No final do 1800, os cientistas estavam convencidos de ter entendido praticamente tudo acerca dos princípios da Natureza. Sim, faltavam um par de pormenores, mas no geral o quadro estava completo.

Depois chegou Albert Einstein e foi a típica pedrada no charco. Logo as ideias do físico alemão-suíço-austríaco-estadunidende (pois, teve 4 nacionalidades, mais um período sem nacionalidade nenhuma entre 1896 e 1901, se é que isso interessa) foram rejeitada (também porque poucos entendiam o que ele dizia), mas rapidamente ganharam força e em breve todos ficaram entusiastas: finalmente uma teoria que ia além dos conhecimentos da altura (na prática, ainda baseados nas ideias de Isaac Newton) e abria novos horizontes.

Também neste caso, com a Teoria da Relatividade havia um par de pormenores que não se encaixavam, mas a "febre" de Einstein apanhou todos e ao longo de várias décadas (quase até hoje) a Teoria da Relatividade (Restrita ou Geral) foram dogmas absolutos e, sobretudo, universais, isso é: as suas leis podiam ser aplicadas em qualquer campo.

No entanto, na mesma altura em que Einstein trabalhava acerca da primeira versão da Teoria da Relatividade, havia um grupo de cientistas que procurava outros caminhos. O que estes pesquisadores fizeram foi pegar em algumas teorias anteriores (mas todas bastante recentes) e tentar uni-las para entender melhor o que se passava no mundo do infinitamente pequeno.

Quanto pequeno? O mesmo nível duma formiga? Não, menos. Uma pulga? Menos, menos... é o nível do átomo e ainda menos. Estes pesquisadores tinham reparado num detalhe bastante irritante: as leis que valem no mundo das coisas "grandes" (o mundo do nosso dia-a-dia, dos planetas, das estrelas...) deixam de funcionar quando a ser observado é o mundo das coisas "pequenas" (como o átomo). Aborrecido, sem dúvida.

O erro de Einstein descoberto por mim (modestamente...)

Einstein, que não era nada parvo, nesta primeira fase colaborava activamente no desenvolvimento
deste projecto, aliás, pode ser tranquilamente inserido na lista dos "fundadores" da Mecânica Quântica (a partir de agora: MQ, porque estou farto de todos aqueles acentos).

Todavia, numa determinada altura, decidiu abandona-la. Por qual razão? Bom, porque Einstein era um génio mas sempre humano, com as limitações de todos os seres humanos. Era sim um génio, mas não deixava de ser um homem nascido no 1800, com uma determinada formação académica e até religiosa.

Uma observação pessoal. Décadas mais tarde, Einstein afirmou que o sue maior erro da vida tinha sido introduzir a Constante Cosmológica, um dado empírico que utilizou para que a Teoria da Relatividade desse um determinado resultado. Muito presunçosamente, acho que o maior erro dele foi abandonar a MQ: se tivesse continuado no desenvolvimento dela, provavelmente hoje a sociedade seria um lugarzito bem diferente.

Mas voltemos atrás: porque Einstein abandonou a pesquisa quântica? Porque, como disse, "Deus não joga aos dados com o Universo”. Um ponto de vista estranho? Nem muito, pois ainda hoje, ao ler os princípios da MQ, parece mesmo que "Deus joga aos dados": entramos num mundo bem estranho, onde a nossa experiência do dia-a-dia é inútil. A MQ confunde, parece não fazer sentido nenhum, vai contra o senso comum. E desculpem se parece pouco.

Células na boca e partículas no espaço

Vamos fazer um exemplo? Eu acho que sim, aqui calha mesmo bem um exemplo.
"Pronto, agora começa com a história do gato de Schrödinger..." pensará o científico Leitor.
Errado, caro Leitor, deixem em paz os gatos, que se irritam facilmente, e vamos pegar num homem.

Em 1998, foi conduzida uma experiência bem curiosa. Algumas células foram retiradas da boca de um homem e foram colocadas dentro dum tubo de ensaio. Tranquilos: o homem era voluntário e também as células. E ambos foram anestesiados antes da experiência. 

A seguir, o tubo onde ficavam curiosas as células da boca foi ligado a um dispositivo particular, que media o estado das mesmas células. Podemos pensar nesta máquina como a uma espécie de "máquina da verdade". Também o homem foi associado a uma máquina idêntica, mas localizada numa zona diferente do edifício.

O homem foi posto na frente dum ecrã onde eram transmitidos vídeos que provocavam diferentes emoções (esta foi a parte mais arriscada da experiência: um erro numa tecla e o homem teria sido obrigado a ver os programas da manhã da televisão portuguesa, entrando logo em coma). Portanto, havia cenas de paz e tranquilidade enquanto outras eram violentas.

E aqui temos a parte aparentemente "sem sentido": as emoções do homem eram gravadas pela máquina e verificou-se que as células (situadas num local diferente) reagiam com o mesmo tipo de actividades exactamente no mesmo instante em que estas eram experimentadas pelo homem. Quando o homem observava uma cena calma e relaxante, a resposta fisiológica das células também se acalmava; quando o homem era confrontado com cenas emocionantes, também as suas células mostravam sinais de excitação.


Os experimentadores afastaram cada vez mais o homem e o tubo de ensaio com as células, até colocar entre eles uma distância de aproximadamente 50 km. Tinham passados cinco dias desde o começo da experiência e ainda as células registavam exactamente as mesmas actividades do homem.

Este experiência deixa em aberto algumas perguntas.
A mais importante: como é possível manter vivas as células da boca ao longo de cinco dias? Simples: com boa comida caseira e um copinho de tinto de vez em quando.
A segunda: como é possível que o homem e as (ex) suas células estivessem ainda "ligados" de alguma forma?

Mais recentemente, a Nasa conduziu o mesmo tipo de experiência, desta vez sem molestar homens ou células. Num laboratório no interior duma instituição havia uma célula, na órbita em volta da Terra (acho que foi na Estação Espacial Internacional, mas não tenho a certeza) uma célula "irmã" (isso é: as duas células se conheciam antes de ser separadas). O resultado? Exactamente o mesmo da experiência anterior: até quando separadas por uma enorme distância, as células reagem da mesma forma e ao mesmo tempo.

Exclamará o Leitor: "Prodígio!".
Não, nada de prodígio: este fenómeno tem um nome e até uma lei da MQ.

Entrang...Entanglt...Entretangsp... o Emaranhamento.

O nome é entanglement (palavra inglesa que podemos traduzir com "emaranhamento" ou
"envolvimento").

A lei assim reza:
Se duas partículas são feitas interagir ao longo dum certo período e, em seguida, são separadas, quando se solicita uma das duas de modo a modificar o seu estado, ocorre instantaneamente na outra partícula uma análoga solicitação a qualquer distância esta fique em relação à primeira.
As duas experiências acima descritas (e outras ainda que foram efectuadas ao longo dos anos) confirmaram esta lei da MQ.

Mas aqui o incrédulo Leitor dirá: "Stop, para tudo: isso não é possível por duas razões. Um: porque não existe uma comunicação física entre as duas partículas. Como é que conseguem comunicar, eh? Explica lá isso! Depois, dois: a eventual modificação das duas partículas não pode ser "instantânea", porque se a distância for grande tem que haver um certo atraso na comunicação: sabemos que nada pode viajar mais rápido do que a luz. Toma e explica isso também, seu sabichão!".

Calma, Leitor, calma e nada de stress: o seu raciocínio faz todo o sentido. Ou melhor: faria todo o sentido. Mas eu não disse que a MQ confunde, parece não fazer sentido nenhum, vai contra o senso comum?
Bem vindo no mundo da Mecânica Quântica.

A propósito: na segunda e última parte do artigo vamos completar o discurso todo, assim fica já o problema resolvido, tá bom?


Ipse dixit.

17 comentários:

  1. Anónimo12.6.15

    Sabendo que na fisica quantica as particulas estão separados entre si, transpondo para a realidade macro, o que nos une e nos separa? Atribuir nome à Alma, talvez seja mais em conta, dar a definição de pura energia universal. E quem a comanda?

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    1. Anónimo12.6.15

      So acrescentar mais uma coisa:

      "Quantum mechanics is certainly imposing. But an inner voice tells me that it is not yet the real thing. The theory says a lot, but does not really bring us any closer to the secret of the 'old one'. I, at any rate, am convinced that He is not playing at dice. Waves in 3-dimensional space, whose velocity is regulated by potential energy (for example, rubber bands) . . .
      I am working very hard at deducing the equations of motion of material points regarded as singularities, given the differential equation of general relativity.
      With best wishes
      Yours

      A. Einstein" - The Born-Einstein Letters

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    2. O problema é mesmo este: até hoje falta um elo de ligação entre a realidade micro e a aquela macro. É um pouco como ter duas teorias, válidas para os respectivos campos.

      Não gosto do nome "Alma", tem demasiado de religioso. E cada vez que a religião entrar na Ciência surgem problemas (infelizmente). Reconhecer a alma a uma partícula sub-atómica me parece excessivo. Se calhar tem, não posso dizer que "não" pois não sou o dono da verdade, mas fico com muitas dúvidas.

      "Energia universal" já é bem melhor mas vago.
      "Quem a comanda"? E porque deveria existir alguém que dá ordens?

      Há outras possibilidades que a assim chamada "ciência de fronteira" (aquela especulativa) considera: por exemplo, a possibilidade das partículas estarem em contacto através duma outra dimensão. Uma das muitas dimensões teoricamente possíveis (se não erro são pelo menos 11 nesta altura aquelas consideradas pelos físicos).

      E assim, por enquanto, afastamos a necessidade de alguém que dá ordens! :)

      Abraçooooo!!!!!

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  2. mobilização republicana12.6.15

    OFF TOPIC

    max, se possível, gostaria de saber vossa opinião sobre compra da tap pela azul.

    você sabe, as informações que aí gorjeiam, não gorjeiam como cá, no brasil.

    grato!

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    Respostas
    1. Olá!

      Olhe, a situação é complicada.
      Oficialmente a TAP foi vendida ao consórcio Gateway, formado por Humberto Pedrosa (dono do grupo Barraqueiro em Portugal) e David Neeleman, o empresário brasileiro dono da Azul Linhas Aéreas Brasileiras (entre outras).

      A TAP não é vendida na integra, no sentido que uma parte fica para o Estado (39%, se percebi de forma correcta). Mesmo assim, a consórcio privado detém 61% da empresa (e este 61% fica assim dividido: 51% de Pedrosa, 49% de Neeleman).

      Os valores em jogo são o factor mais complicado. Afinal, por quanto foi comprada a TAP?

      Neeleman comprometeu-se a injectar um total de 338 milhões de Euros na TAP, pagando ao Estado 10 milhões de Euros. Depois há a opção de compra para o que sobra (como afirmado, o consórcio detém 61% da empresa, não 100%). A opção de compra dos remanescentes 34% é feita ao valor mínimo de 6 milhões de Euros, pagos ao Estado.

      Desta forma, o Estado encaixa de forma directa e até agora 10 milhões de Euros. De forma indirecta, vê acrescentado o capital da TAP e pode receber mais 6 milhões se o consórcio adquirir a totalidade da empresa.

      Mas ainda não acabou: se os resultados operacionais da TAP este ano alcançarem um determinado patamar, o consórcio Gateway terá de pagar entre 250 e 300 milhões de Euros ao Estado e a opção de compra do remanescente 34% sobe até 50 milhões de Euros. E se houver uma venda em Bolsa da empresa nos próximos quatro anos, o Estado recebe mais 90 milhões de Euros.

      Portanto, o valor total do negócio pode subir até 488 milhões de Euros, dos quais 140 milhões poderiam (o condicional é obrigatório) ir directamente para o Estado.

      Agora o Estado recebe pouco (praticamente nada) de forma directa: 10 milhões de Euros. Uma autêntica miséria. Mas não podemos esquecer que a TAP vale actualmente 512 milhões de Euros negativos. Repito: negativos. Isso é: é um poço sem fundo de dívidas.

      Como é possível ver, é um negócio cujos contornos ainda não ficam totalmente claros (nem se sabe se o Estado irá estar presente ou não no conselho de administração), situação piorada pelo facto que o Partido Socialista (provavelmente o próximo governo a partir de Setembro) já anunciou que fará tudo para anular a venda.

      Complicado, não é? Bom, é um negócio que juntou forças portuguesas e brasileiras, estavam à espera de quê? :)

      Independentemente dos valores em causa, este é um péssimo negócio para Portugal. Repito: não é uma questão de dinheiro. Mas o mandato é de privatizar tudo e mais alguma coisa, como ordena a simpática Angela Merkel, e o actual governo de Portugal (centro-direita) obedece sem dúvidas.

      O futuro? Que se lixe o futuro, as prioridades são privatizar e austeridade. E tudo isso já.

      Abraçoooooooo!!!!!!

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    2. Anónimo13.6.15

      A tap na verdade tem no activo mais de 60 Airbus, dos quais um dos melhores da Airbus o A330 e A340 (tirando o A380 claro) são 18, e já estão encomendados 12(doze) A350(metade já está paga). Basta ir à wikipedia ou ao site da tap para verificar estes números.
      Ler as notícias e depois verificar os activos(todos) da companhia(uma pesquisa na net ajuda).
      Pergunta prejuízo ou gestão danosa, é verificar e até fazer as contas por baixo, dá sempre lucro.
      Outro exemplo as oficinas no Rio são tão más segundo a tal de midia que esqucem de mencionar que são usados pela american airlines, lufthansa e a fab, e não fazem mais embora lá caibam 3 boeing 747 (jumbo) porque as ordens que recebem de lisboa é para não contratar mais ninguém, para já. Assim que for privatizado e claro contratarem pessoal para trabalhar já vão poder dizer: estão a ver as maravilhas da privatização para vender tudo e mais umas botas.

      O último parágrafo que o Max escreveu diz tudo.

      N. Peço desculpa pelo off topic

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    3. Anónimo15.6.15

      http://www.jn.pt/PaginaInicial/Economia/Interior.aspx?content_id=4623821

      Vão vender para depois alugar!

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  3. Maquiavel13.6.15

    Wow isto é muito interessante, surgem logo milhares de questões e duvidas.

    Venha a segunda parte :)

    PS: Max onde andam os Podcast`s? não era um por semana?

    E bem vindo de volta, Bilderberg e futebol deviam ser proibidos no Informação Incorrecta. Mas compreendo, todos temos os nossos momentos menos felizes heheheheh

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  4. Anónimo13.6.15

    http://www.primewire.ag/watch-350781-Through-the-Wormhole

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  5. ttp://www.comprazen.com.br/1450/livro-a-evolucao-da-mecanica-quantica-heisenberg-schodinger-wladimir-guglinski-bodigaya , boa Leitura!

    Você também passará a aceitar no ÉTER, assim como os antigos filósofos aceitavam.
    Dr. Albert não aceitava e também não conseguiu explicar a LUZ; Nicola Tesla e Michel Faraday aceitavam o Eter e fizeram as ferramentas com que construimos o mundo em que vivemos.

    Quanto a religião e ciência, difícil é a Religião (católicos e judeus) deixarem a ciência agir deliberadamente, pois sempre há a manipulação da verdade e a velação de alguns aspectos, tais conhecimentos são sempre manipulados, veja o caso do CERN que custou zilhões de Neuros para provar a tal "particula divina" que se você for considerar estatisticamente a manifestação dela ptz.

    Ao seu estilo: Humanos, sempre humanos são.

    Shanerrai

    ResponderEliminar
  6. Grande Max

    Como de costume, um texto que me dá inveja (e da boa).

    És um homem de sorte, se escrevesses antes da reforma, terias que incluir o "trema" sobre o - u - de qüântico.
    Sinto muito, me perdoe, te amo, sou grato não é partícula, e, como todo sentimento, é onda.

    Sentiu, pensou, falou, escreveu, (ou, ou, ou); criou. Sempre grato ao II.

    Toda Paz para você e todos nós,

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    1. Sugestão "qüântica"; https://www.youtube.com/watch?v=Tty9BMoclqw

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  7. Um abusado P,s,: um artigo - "qüÂntic0" - sobre "os cabelos" de Scarlett Johanson?". Ó que delícia! hein?

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  8. Anónimo15.6.15

    Parece que te antecipas-te MAX... :)
    " ... 2007 – A empresa Canadense D-Wave afirmou ter construído o primeiro processador quântico da história da humanidade, batizado de Orion. O Orion é um processador híbrido de 16 qubits que também poderia processar bits tradicionais. Embora tenha feito algumas demonstrações, a comunidade científica recebeu a notícia com muita desconfiança, pois a D-Wave nunca publicou em nenhuma revista ou jornal maiores detalhes sobre esta CPU. Os especialistas em física e ciência da computação afirmam, categoricamente, que só seria possível construir uma máquina assim no ano de 2030. "

    2030 ainda não é este ano... :) E demonstração fica para depois... :) Para totós >:O)

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    1. Anónimo15.6.15

      Não a ideia pode ser precisamente enganar a máquina. Um exemplo um i5 tem quatro cores. Um i7 também da intel tem 4 cores e 4 threads. Os quatro threads desenvolvem muito mais embora na verdade não existam como os cores (se percebi correctamente?).
      Enganam o próprio processador, simulam 8 cores quando só existem de facto quatro).

      Isto é um exemplo a martelo, mas também estou aqui para aprender.

      Nuno

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    2. A ideia é aquela de Nuno, de facto.
      Mas eu deveria ter sido mais preciso.

      Um computador inteiramente quântico ainda não existe. Aliás, existem dois protótipos: o primeiro foi apresentando em 2011 pela D-Wave, o D-Wave One.
      Em 2013, foi a vez do D-Wave Two, um monstro de 512 qubit que foi prontamente adquirido pela Google.

      Estes computadores (repito: inteiramente quânticos) ainda não estão disponíveis para o grande público (o D-Wave One custa 10 milhões de Dólares e pelo visto nem há campanhas promocionais...), mas desde já é evidente que quando serão vendidos tornarão os actuais pc peças para museus, dum dia para outros.

      Um exemplo: o D-Wave One tem um chipset de 128 qubit e é capaz de encontrar um e-mail no meio de 90 triliões em 14 segundos. Os mais rápidos entre os computadores de hoje empregariam no mínimo 4 anos...

      Em qualquer caso, para eliminar possíveis dúvidas, corrigi o artigo.

      Abraçooooo!!!!!!

      Eliminar
  9. Anónimo15.6.15

    Põe se em causa a distância e o tempo como algo "relativo". O entanglement como ligação que não obedecem espaço e tempo. Isto abre imensas questões. Aliás a nível de dimensões seriam 11(também li). O problema reside nas limitações que a ciência(nem todos) coloca a si própria como vá um credo, ou uma religião. Como por exemplo a impossibilidade de ultrapassar a velocidade da luz, agora pode ser um dogma assim como antigamente dizer que o homem não podia voar, voar não pode claro, pode é criar objectos que contornem essa limitação. A MQ através de esse e outros exemplos pode precisamente contornar problemas por enquanto insolúveis.
    Aguardo essa parte II.

    Nuno

    ResponderEliminar

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