Um físico iluminado

Em outubro, Carlos Alberto dos Santos fala sobre as circunstâncias e experiências que levaram Albert Einstein a revolucionar os estudos da luz. 

 

Por: Carlos Alberto dos Santos

Publicado em 02/10/2015 | Atualizado em 02/10/2015

Em livro de memórias, Einsten contou que primeira intuição que levaria a trabalhos revolucionários aconteceu quando ele tinha apenas 16 anos. (foto: Wikimedia Commons)

Poucos cientistas se dedicaram tanto ao estudo da luz quanto Albert Einstein, e ninguém produziu trabalhos tão revolucionários. Aos 16 anos, quando cursava o último ano da escola secundária, ele teve uma intuição paradoxal, uma espécie de devaneio juvenil. Imaginou-se perseguindo um raio luminoso, com a mesma velocidade da luz. Esse “experimento imaginário” levou Einstein a estabelecer a premissa da teoria da relatividade restrita, que seria concluída 10 anos depois, no início de 1905, seu ano miraculoso. O episódio foi narrado pelo físico em suas notas autobiográficas, redigidas aos 67 anos.
A premissa da teoria da relatividade restrita afirmava que, para um observador com a velocidade da luz, tudo deveria acontecer de acordo com as mesmas leis aplicáveis a um observador que estivesse em repouso em relação à Terra. A intuição de Einstein tinha a ver com a mecânica newtoniana, mas na época do seu devaneio juvenil ele não tinha ideia dessa conexão. A percepção emergiu anos depois, quando crescia sua admiração pela mecânica de Newton, sobretudo por suas conquistas em áreas com as quais parecia ter pouca relação. Um exemplo era o que Einstein chamava de teoria mecânica da luz, que define a luz como um movimento de onda em um éter (meio que permitiria sua propagação sem oferecer restrição ao movimento) semirrígido e suas aplicações a diferentes processos térmicos. Não surpreende, portanto, que o eletromagnetismo e a termodinâmica tenham sido as principais áreas da vida científica de Einstein.
Entretanto, logo no início de sua carreira, Einstein foi levado da admiração à análise crítica da teoria mecânica da luz. A existência do éter era um problema, pois dificultava o entendimento de alguns fenômenos. Para explicar, por exemplo, o índice de refração dos corpos transparentes ou a emissão e absorção de radiação, era preciso pressupor interações complexas entre os dois tipos de matéria, algo que ninguém conseguiu fazer seriamente.
A crença na teoria mecânica da luz e na existência do éter começou a diminuir com o surgimento da eletrodinâmica de Faraday e Maxwell, confirmada experimentalmente quando Hertz descobriu as ondas eletromagnéticas. Mas foi a teoria da relatividade restrita que demoliu de vez essas ideias. Antes de Einstein, muita gente tentou, sem sucesso, conciliar a teoria eletromagnética de Maxwell com a existência do éter – o próprio Maxwell se posicionou ambiguamente em relação ao tema. De um lado, abandonou o modelo mecânico do eletromagnetismo, e de outro lado permaneceu com a ideia do éter, que estava associada ao modelo mecânico.
Quando Einstein entrou nessa história, a hipótese era de que toda a física reduzia-se à mecânica, que explicava a teoria cinética dos gases, a teoria cinética do calor e a hidrodinâmica. Deveria também explicar todos os fenômenos eletromagnéticos. Hertz passou os últimos três anos da sua vida tentando demonstrar essa hipótese, mas foi duramente criticado por importantes cientistas.

Uma das primeiras aplicações do efeito fotoelétrico foi como sensor de presença, como ilustrado na figura. Um feixe de luz, geralmente infravermelho, aciona um circuito através de uma célula fotoelétrica. Se o feixe é interrompido, o sistema dispara o alarme. Na foto, (1) é a fonte de luz, e (2) e (3) são os terminais da célula fotoelétrica. (imagem: Wikimedia Commons)

O éter deveria servir como um referencial absoluto, mas, quando Einstein demonstrou a relatividade do espaço-tempo, esse referencial perdeu seu valor. Portanto, foi a investigação do conflito entre o eletromagnetismo e a mecânica newtoniana que levou Einstein até a teoria da relatividade restrita. Por outro lado, ao investigar o conflito entre o eletromagnetismo e a termodinâmica, ele chegou na explicação do efeito fotoelétrico, que lhe valeria o Prêmio Nobel de Física de 1921. Para onde se virava, o físico via luz em seu caminho científico.

Outra ideia luminosa

Em 1907, Einstein teve mais uma das suas incríveis intuições, que ele considerou como o pensamento mais feliz da sua vida. Enquanto esboçava um trabalho de revisão sobre a teoria da relatividade restrita, Einstein percebeu que todas as leis da natureza, exceto as leis da gravitação, poderiam ser explicadas com base na teoria da relatividade restrita.
Ele não conseguia colocar as leis da gravitação no arcabouço teórico da sua teoria da relatividade, até que, um dia, sentado em seu gabinete no Escritório de Patentes de Berna, viu como poderia dar o pulo do gato nessa história. Ele se deu conta de que, se um homem cai livremente, ele não sente seu próprio peso. Este homem em queda livre é um referencial acelerado em relação à Terra. Assim, não sente seu peso porque no seu referencial existe um campo gravitacional que cancela o campo gravitacional terrestre.
Reza a lenda que a ideia surgiu porque Einstein presenciou a queda de um homem na frente da sua janela, mas aparentemente isso não passa de invenção. Ao narrar a descoberta em uma conferência ministrada na Universidade de Kyoto, no Japão, em 14 de dezembro de 1922, o físico não mencionou o fato. No folclore da ciência, esse ‘experimento imaginário’ está para Einstein como a queda da maçã está para Newton.
O ‘experimento’ de 1907 originou o famoso princípio da equivalência, que foi o ponto de partida para a elaboração da teoria da relatividade geral. Segundo esse princípio, é impossível distinguir entre um campo gravitacional uniforme e uma aceleração uniforme. Dito de outro modo, uma pessoa no interior de uma caixa completamente fechada não saberá se está em repouso na superfície da Terra ou se está acelerada no espaço. Uma consequência desse princípio é a curvatura da luz sob o efeito de um campo gravitacional.

De acordo com a teoria da relatividade geral, a curvatura da luz é consequência da curvatura do espaço, que é mais acentuada na proximidade de um grande corpo celeste, como a do Sol. (Gráfico: Luiz Baltar)

O primeiro trabalho sobre a relatividade geral, publicado somente em 1911, teve como objeto justamente o efeito da gravidade na propagação da luz. Ao contrário da relatividade restrita, que levou dez anos sendo burilada na cabeça de Einstein, e cujo nascimento definitivo se deu em um único trabalho, em 1905, a relatividade geral chegou a uma definição completa em novembro de 1915, depois de mais de uma dúzia de trabalhos publicados desde 1911.

Eclipse revelador

O primeiro teste da teoria foi feito em 1919, durante um eclipse total do Sol. Observações realizadas por astrônomos britânicos em Sobral, no Ceará, e na Ilha do Príncipe (África) confirmaram a previsão de Einstein, segundo a qual um campo gravitacional produz a curvatura de um raio luminoso. Mas por que usar um eclipse para investigar a previsão? A razão é que o Sol produz um enorme campo gravitacional, com considerável efeito em qualquer raio de luz que passar nas suas proximidades. A luz oriunda de estrelas por trás do Sol, ao se curvar, mostrará de forma deslocada a posição das estrelas. Só que enxergá-las, mesmo com a ajuda de um telescópio, só é possível com ausência da forte luminosidade solar – ou seja, quando o Sol estiver totalmente eclipsado pela Lua. Em resumo: observam-se as estrelas durante o eclipse, para ver sua posição virtual e, depois, durante a noite, para ver sua posição real. As diferenças de posicionamento indicam a grandeza da curvatura.
O já mencionado efeito fotoelétrico foi outra porta pela qual a luz entrou na vida científica de Einstein. Fazia 18 anos que esse fenômeno vinha desafiando os cientistas. As malsucedidas tentativas de explicá-lo a partir da teoria eletromagnética de Maxwell levaram Einstein a fazer uma proposta audaciosa. Tão audaciosa que quase duas décadas se passaram até que a comunidade científica da época a aceitasse. A proposta ficou conhecida como quantização da luz: em vez de uma onda contínua, a luz também pode ser vista como composta de partículas, ou quanta de luz. Cada uma dessas partículas, ou quantum de luz (quantum é o singular de quanta), ou simplesmente fóton, transporta uma energia igual ao produto da sua frequência pela constante proposta por Planck em 1900.

Cálculos derivados das teorias da relatividade geral e restrita de Einstein permitem corrigir erros nos relógios atômicos dos satélites do sistema de posicionamento global (GPS). (imagem: NOAA).

A terceira via pela qual Einstein surfou na luz foi aberta por ele em 1917. Mais uma vez, exatamente como no caso do efeito fotoelétrico, a luz apareceu depois da investigação de um problema de termodinâmica. Ele estava interessado em investigar a emissão e a absorção de radiação pela matéria, no contexto da teoria quântica.

Não seria exagero dizer que há digitais de Einstein em toda parte, do laser aos equipamentos de GPS, passando pelas células solares

Em um sistema quântico (como o átomo), a energia se distribui em estados discretos. Quando um sistema recebe uma certa quantidade de energia, ele passa para um estado mais elevado, dito excitado. Se nada atuar sobre o sistema, alguns nanossegundos depois ele volta ao seu estado inicial e libera a energia recebida sob a forma de um fóton. Trata-se de um processo de absorção seguido de uma emissão espontânea. Einstein introduziu o conceito de emissão estimulada, ou induzida, e demonstrou que a probabilidade de ocorrer uma absorção é igual à probabilidade de uma emissão estimulada. Ou seja, um átomo em estado excitado pode ser estimulado a emitir sua radiação por um fóton emitido por outro átomo idêntico. Isso é o princípio de funcionamento do laser, sigla em inglês para “amplificação da luz por emissão estimulada de radiação”.
Embora o foco aqui tenham sido as investigações de Einstein relacionadas com a luz, não custa lembrar suas numerosas contribuições nos diversos ramos da física e suas repercussões em aplicações tecnológicas, como fizemos em outra coluna. Não seria exagero dizer que há digitais de Einstein em toda parte, do laser aos equipamentos de GPS, passando pelas células solares.

Carlos Alberto dos Santos
Professor aposentado do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Reflexões sobre a luz

Adilson de Oliveira toma como mote o Ano Internacional da Luz e discute a natureza deste fenômeno em sua coluna de setembro. 

 

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 18/09/2015 | Atualizado em 18/09/2015

A luz é fundamental para a vida e vem sendo estudada em praticamente todos os ramos da ciência. (foto: Francis Valadj / FreeImages) 

 

Luz: uma onda eletromagnética que se propaga pelo espaço ou um feixe de partículas que interage conosco? O brilho de uma estrela que viaja durante milhares de anos para chegar até nós ou apenas um lampejo no céu? Uma sensação agradável sobre nossos corpos quando estamos com frio ou algo que pode incinerar uma floresta? Aquilo que dissipa as trevas e a escuridão para iluminar as nossas mentes e percebermos a verdadeira natureza do mundo à nossa volta?

Som: uma onda mecânica se propagando pelo ar? O estrondo de um trovão? O cantar de um pássaro? O choro de uma criança? O barulho da chuva batendo no telhado em uma noite fria? A música produzida pela mente do artista e executada em um piano com agradável harmonia?
A luz, fundamental para a vida, é investigada e utilizada por praticamente todos os ramos da ciência. Afinal, é pela luz que tomamos contato com o mundo ao nosso redor, e a interação da luz com a matéria e com os seres vivos provoca transformações profundas. Investigamos a luz que vem de galáxias distantes, a bilhões de anos-luz, como também usamos luzes especiais para investigar as estruturas menores de uma célula e os detalhes fundamentais de átomos e moléculas.

O som, por sua vez, é fundamental para que possamos expressar os nossos sentimentos e ideias, e também pode ser usado para detectar terremotos ou produzir imagens do interior do corpo humano.
Embora nossos olhos possam perceber apenas uma pequena parte da essência da luz, conseguimos observar belezas espetaculares, como o mar, as montanhas e um pôr do sol. Nossos ouvidos apenas podem captar uma pequena parcela dos sons existentes, mas, mesmo assim, a música, em particular, pode inspirar profundas reflexões.

Qual é a verdadeira natureza da luz e do som? Por que esses dois entes permitem que nos comuniquemos e percebamos o mundo à nossa volta? Haveria outra maneira de percebemos as coisas?
Pausa para o deleite: a pianista Luciana Hamond interpreta “Luz”, de Edmundo Villani-Côrtes, no programa Rede Vida Musical exibido em 10 de maio de 2009.

A natureza da luz

Classificamos como luz visível uma pequena parte do chamado espectro eletromagnético, que corresponde às radiações com frequências entre 400 a 750 THz (um tera hertz equivale a 1012 hertz) ou comprimento de onda entre 700 a 400 nanômetros (um nanômetro equivale a um milionésimo do milímetro). Acima e abaixo desses comprimentos de onda, temos a parte do espectro que chamamos de infravermelho (que percebemos por meio do tato, por exemplo, na forma de calor) e o ultravioleta (que é nocivo à nossa pele, devido à sua alta energia).

A natureza da luz está associada à interação eletromagnética. No final do século 19, o físico escocês James Maxwell mostrou que os campos elétricos e magnéticos, tratados como entes distintos, eram, na verdade, manifestação de uma mesma interação, a eletromagnética. Essa conclusão leva a muitas questões interessantes. Vejamos.

James Clerk Maxwell (1831-1879). (foto: Domínio público)

Os campos elétricos são responsáveis por vários fenômenos que temos no nosso dia a dia, como as correntes que alimentam o funcionamento dos aparelhos elétricos. Os campos magnéticos, por sua vez, são produzidos por materiais chamados ferromagnéticos (como é o caso do ferro), mas podem também surgir a partir de correntes elétricas, como nas máquinas de ressonância magnética que geram altos campos magnéticos para realizar imagens dos nossos órgãos internos. E campos magnéticos que variam com o tempo também produzem correntes elétricas – é o caso dos geradores elétricos.

Mas o grande resultado do trabalho de Maxwell foi mostrar que a própria luz é decorrente da combinação de campos elétricos e magnéticos que oscilam no espaço, propagando-se como uma onda eletromagnética. Essa noção revolucionou a física de sua época, pois, até então, acreditava-se que a luz se comportava como uma onda, ou seja, espalhava-se em objetos da mesma forma que uma onda sob a superfície de um lago se espalha sobre objetos na sua superfície.

Einstein e a luz

 

Já no início do século 20, a luz ganhou nova interpretação. Em 1905, Albert Einstein publicou um artigo que propunha descrever a luz como se fosse um pacote de pequenas partículas de energia, mais tarde denominadas fótons. O físico alemão mostrou que essa descrição permitia explicar o efeito fotoelétrico – fenômeno descoberto alguns anos antes, no qual, ao incidir luz sobre alguns materiais, surgia uma corrente elétrica.

Einstein mostrou que, se a luz fosse considerada um feixe de partículas, essas partículas seriam absorvidas pelos elétrons para ganhar energia e se movimentar. Sua explicação concordava com resultados experimentais, nos quais se observava que o fenômeno apenas acontecia para uma determinada faixa de frequência da luz – abaixo dela, não ocorria.

Em 1905, Albert Einstein publicou um artigo que propunha descrever a luz como se fosse um pacote de pequenas partículas de energia, mais tarde denominadas fótons

Maxwell já previa que a luz se propagaria com velocidades determinadas em cada meio. No caso do vácuo, seria de aproximadamente 300 mil km/s. No entanto, naquela época, acreditava-se que deveria existir um meio para que a luz se propagasse – o éter. Inúmeros experimentos tentaram medir a velocidade da luz em relação a esse suposto meio, sem sucesso. A solução veio também de Einstein: ainda em 1905, para conciliar Maxwell e as equações da mecânica newtoniana, ele propôs que a velocidade da luz no vácuo seria a mesma para todos os observadores. Esse foi um dos princípios fundamentais da teoria da relatividade, que revolucionou toda a física.

Hoje, sabemos que a luz pode se comportar tanto como onda quanto como partícula, a depender do fenômeno que estamos observando. Essa dualidade de comportamento é um dos pilares da física quântica, que nos mostra que não somente a luz, mas também prótons, elétrons e neutrons, entre outros, também apresentam comportamento ora como onda, ora como partícula – um conceito estranho aos olhares menos familiarizados com a física.

A natureza da luz é uma das questões complexas da ciência que temos a oportunidade de divulgar e popularizar em 2015, o Ano Internacional da Luz. Uma oportunidade iluminada!

(Parte deste texto foi lida na abertura da 67a. reunião anual da SBPC, que aconteceu em julho de 2015 em São Carlos, SP.)

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

A equação e a bomba atômica no mundo Biológico

Adilson de Oliveira relembra os tristes episódios de Hiroshima e Nagasaki, que completam 70 anos este mês, e explica por que muita gente relaciona as bombas atômicas ao trabalho de Albert Einstein. 

 

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 21/08/2015 | Atualizado em 21/08/2015

Réplica da bomba nuclear jogada pelo governo norte-americano sobre Hiroshima em 1945. (foto: U.S. National Archives / Domínio público).

 

Os dias 6 e 8 de agosto são datas que marcam dois dos piores eventos que aconteceram no século 20 e talvez em todos os tempos – um leitor mais antenado provavelmente já sabe do que estamos falando. Há exatos 70 anos, em 1945, a Segunda Guerra Mundial se encaminhava para o fim quando os norte-americanos detonaram sobre as cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki duas bombas atômicas.

Na verdade, a Alemanha nazista havia sido derrotada e o Japão também caminhava para perder a guerra que travava no Pacífico contra os Estados Unidos e seus aliados. Porém, como em todas as guerras, aos vencedores coube contar a história. O que se relata, pois, é que havia poucas chances de os japoneses se renderem e, para vencer a disputa, milhões de soldados americanos e japoneses morreriam. A bomba, diz-se, evitaria essa batalha sangrenta. Fato é que a ação custou a vida de centenas de milhares de pessoas, não somente no momento da destruição, como também ao longo dos anos, devido aos efeitos da radiação.

Na manhã de 9 de agosto de 1945, explodiu sobre a cidade de Nagasaki a segunda bomba atômica. (foto: Charles Levy / Domínio público)

A humanidade, podemos dizer, guarda um trauma deste episódio. Mas a necessidade ou não de se construir armas atômicas sempre foi um tema muito polêmico. Talvez o leitor já tenha ouvido falar que Albert Einstein, um dos maiores cientistas de todos os tempos e com notada atuação pacifista, escreveu, em agosto de 1939, uma carta para o então presidente dos Estados Unidos, Franklin Roosevelt, sobre a possibilidade da construção de bombas atômicas. A ‘dica’ levou à criação do projeto Manhattan, no qual foram investidos 2 bilhões de dólares e o trabalho de centenas de pesquisadores e cientistas. Alguns anos depois, Einstein lamentou: “Cometi o maior erro da minha vida quando assinei a carta ao presidente Roosevelt recomendando que fossem construídas bombas atômicas”.

Energia e destruição

Até hoje algumas pessoas associam a criação da bomba atômica a Einstein, principalmente por causa da sua famosa equação E=mc2, que relaciona massa e energia. Essa equação mostra que uma pequena quantidade de matéria equivale a uma enorme quantidade de energia, uma vez que a constante que relaciona massa e energia é a velocidade da luz (300.000 km/s).

Ora, nas reações nucleares, ocorre a conversão de massa em energia. Um dos processos possíveis para isso é a fissão nuclear, na qual núcleos de átomos pesados como os de urânio ou plutônio, utilizados nas bombas detonadas sobre Hiroshima e Nagasaki, respectivamente, são ‘quebrados’ em elementos mais leves a partir do bombardeio de nêutrons (partículas presentes nos núcleos atômicos, mas sem carga elétrica). Os produtos finais, por exemplo, da fissão do urânio com um nêutron são os átomos de estrôncio e xenônio e mais dois nêutrons, que, por sua vez, participam de uma nova reação, levando ao surgimento de um processo em cadeia.

As bombas atômicas utilizadas na Segunda Guerra Mundial logo se tornaram obsoletas, pois novos artefatos nucleares foram produzidos.

 

Nos reatores nucleares, o processo é similar. Porém, diferentemente do que ocorre nas bombas atômicas, nos reatores a reação é controlada, de forma que a energia seja liberada de maneira moderada. Na bomba, o objetivo é precisamente liberar toda a energia de uma vez.
As bombas atômicas utilizadas na Segunda Guerra Mundial logo se tornaram obsoletas, pois novos artefatos nucleares foram produzidos, como a bomba de fusão nuclear, equivalente a milhares de bombas atômicas. O processo que ocorre nessas armas nucleares é complexo, mas, de uma maneira simplificada, podemos dizer que, em vez de se quebrar um núcleo atômico, o que ocorre é a fusão de núcleos leves em núcleos mais pesados.
Esse processo é semelhante ao que acontece no interior das estrelas. Por exemplo, quatro núcleos de hidrogênio (compostos por apenas um próton cada) reagem entre si produzindo um núcleo de hélio, que tem dois prótons e dois nêutrons. No processo, ocorre a transformação de dois prótons em nêutrons a partir da emissão de uma partícula de carga positiva e com massa igual a do elétron, chamada pósitron.

Até hoje muita gente relaciona a bomba atômica à equação mais famosa de Albert Einsten, E=mc2 – uma relação que o próprio físico lamenta. (foto: Domínio público)

Para que essas reações aconteçam são necessárias altíssimas temperaturas, como as que existem no interior das estrelas. Para detonar uma bomba de fusão nuclear, é preciso produzir essas temperaturas, a partir da detonação de um artefato de fissão nuclear. Resumindo: a bomba atômica se torna o ‘pavio’ da bomba de fusão nuclear.

Tanto nos processos de fissão quanto nos de fusão nuclear os produtos das reações têm uma massa menor que a inicial. A massa faltante se transforma em energia, como prediz a equação E=mc2 – note-se, porém que Einstein, ao deduzir esta equação, estudava a energia em um contexto diferente, que nada tinha a ver com armas de destruição em massa.

Alcance inesperado

Em 1905, Einstein publicou o seu célebre artigo “Sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento”, no qual apresentava uma proposta que tornava as equações do eletromagnetismo de James Clerck Maxwell compatíveis com a mecânica newtoniana. Para isso, Einstein mudou os conceitos de espaço e tempo, tornando-os relativos, e postulou que a velocidade da luz no vácuo é a mesma para qualquer referencial.
O famoso físico logo percebeu que, como a velocidade da luz é o limite do universo – pois as equações da relatividade mostravam que nessa velocidade os objetos colapsariam e o tempo pararia (veja a coluna “Sonhos de um jovem visionário”) –, para valer o conceito da conservação da energia, um corpo, ao se aproximar dessa velocidade, deveria ter a sua massa aumentada, ou seja, parte da energia se converteria em massa. Dessa hipótese surge a equação E=mc2, como ele apresenta no artigo “A inércia de um corpo depende do seu conteúdo energético?”, também publicado em 1905.

Hoje sabemos que a mais famosa equação da história da física pode nos ajudar a compreender coisas impressionantes, da detonação de armas nucleares aos processos estelares. No entanto, o próprio Einstein duvidava de todo o alcance de seu trabalho. Em carta ao seu amigo Conrad Habicht, chegou a escrever: ”O argumento é divertido e sedutor, mas, por tudo que conheço, o Senhor pode estar rindo de tudo isso e pregando uma peça em mim”.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

Afinal, buracos negros existem?

Na CH deste mês, o físico George Matsas afirma que, até o final desta década, a nova geração de detectores produzirá provas concretas da existência dessas regiões do universo das quais nem a luz escapa. 

 

Por: George Matsas

Publicado em 27/05/2014 | Atualizado em 27/05/2014

Cálculos computacionais cada vez mais precisos, simulando a colisão de estrelas de nêutrons e o colapso de estrelas muito massivas, dão fortes evidências de que deve haver muitos buracos negros no universo. (ilustração: Nasa/ CXC/ M. Weiss) 

 

Buracos negros são regiões de onde nem mesmo a luz consegue escapar devido ao intenso campo gravitacional, certo? Certo. Mas, até que ponto temos certeza de que eles existem?

Antes de mais nada, os buracos negros são uma previsão direta da relatividade geral, teoria da gravitação muito mais precisa que aquela universal, idealizada pelo físico britânico Isaac Newton (1643-1727).

Sem a relatividade geral, o sistema de localização global (GPS), por exemplo, não funcionaria. Além disso, cálculos computacionais cada vez mais precisos, simulando a colisão de estrelas de nêutrons, bem como o colapso de estrelas muito massivas, dão fortes evidências de que deve haver muitos buracos negros no universo.

Os buracos negros são uma previsão direta da relatividade geral.

 

Mas há evidências observacionais, além de teóricas? Avançamos muito desde 50 anos atrás, quando se dizia que a melhor prova da existência dos buracos negros era a de que eles nunca haviam sido observados – afinal, são negros. Uma busca na internet pelos verbetes ‘buraco negro’ e ‘sagittarius A’ nos conduz a vídeos que exibem estrelas no centro de nossa galáxia, orbitando um ‘ponto’ com quase 4 milhões de massas solares. Não há estrelas estáveis com essa massa.

Portanto, de longe, a melhor explicação para essa observação é que, no centro de nossa galáxia, há um buraco negro gigante. Trata-se de uma evidência indireta, mas convincente. Acredita-se, hoje, que, tipicamente, toda galáxia deve ter um buraco negro gigante em seu centro.


Ainda assim, os mais céticos não ficarão satisfeitos até que tenhamos evidências diretas, como a observação ‘inconteste’ de energia desaparecendo de nossa linha de visada. Afinal, isso é o que caracterizaria buracos negros: a existência de uma fronteira de não retorno – denominada horizonte de eventos –, de onde nada escapa.

Quando a rede EHT tiver precisão suficiente para ‘enxergar’ estruturas extremamente diminutas (microssegundos de arco), ‘veremos’, então, o buraco negro como uma mancha escura no centro da galáxia

Com um pouco de sorte, isso será possível em uns cinco anos, quando a rede global de radiotelescópios EHT (sigla, em inglês, para Telescópios de Horizonte de Eventos) estiver em pleno funcionamento. A ideia será combinar vários radiotelescópios espalhados pelo planeta, fazendo com que funcionem como um único, de tamanho igual ao da superfície da Terra. Então, quando essa rede tiver precisão suficiente para ‘enxergar’ estruturas extremamente diminutas (microssegundos de arco), ‘veremos’, então, o buraco negro como uma mancha escura no centro da galáxia.

Há também outra estratégia completamente diferente: detectar as ondas gravitacionais emitidas quando um buraco negro é perturbado – por exemplo, pela captura de uma estrela. Ondas gravitacionais são perturbações do próprio espaço-tempo que se propagam à velocidade da luz (300 mil km/s). Quando emitidas por buracos negros, essas ondas são como a impressão digital desses corpos cósmicos, porque têm propriedades muito características.

A detecção de ondas gravitacionais emitidas por buracos negros deve acontecer até o final desta década, quando a nova geração de detectores norte-americanos e europeus, Ligo e Virgo, estiver em funcionamento.
Mesmo depois de tudo isso, é bem possível que ainda haja pessoas especulando que aquilo que denominamos buracos negros talvez sejam apenas regiões de gravidade muito intensa, com um horizonte aparente – que não delimita nenhuma região de não retorno – no lugar do horizonte de eventos. Mas, nesse caso, o ônus da prova ficará com aqueles que, contra todas as evidências, advogarem a inexistência desses corpos.

Buracos negros estão por aí, pode apostar.

George Matsas 
Instituto de Física Teórica
Universidade Estadual Paulista

Texto originalmente publicado na CH 314 (maio de 2014). Clique aqui para acessar uma versão resumida da revista.

Um presente para Einstein

Em sua coluna de março, o físico Adilson de Oliveira destaca um feito importante: a obtenção recente de evidências de ondas gravitacionais produzidas pelo Big Bang. A descoberta reforça a teoria da inflação cósmica e permite supor que esse evento associado à criação do universo de fato aconteceu. 

 

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 28/03/2014 | Atualizado em 28/03/2014

Einstein é saudado na primeira visita aos EUA, em 1921. Na semana passada, perto do seu aniversário, um presente que o teria feito sorrir: a descoberta de evidências de ondas gravitacionais geradas pelo Big Bang. (foto: Life magazine/ Wikimedia Commons)

No último dia 14 de março, comemoramos o 135º aniversário de Albert Einstein (1879-1955), um dos maiores cientistas de todos os tempos. Eleito pela revista Times como o homem do século 20, suas contribuições para a ciência revolucionaram nossa visão sobre a natureza da luz, do tempo, do espaço, da gravidade, da matéria e da energia, entre outras contribuições fundamentais.

Um grupo de pesquisadores obteve pela primeira vez evidências de ondas gravitacionais produzidas pelo evento do Big Bang, que seria responsável pela criação do nosso universo

Falar sobre as teorias de Einstein pode até ser um assunto recorrente; diversas vezes as abordamos nesta coluna. Contudo, no dia 17 de março passado, talvez por um capricho do destino ou algo talvez pensado, Einstein ganhou um presente especial. Um grupo de pesquisadores do radiotelescópio BICEP2, situado no polo Sul, obteve pela primeira vez evidências de ondas gravitacionais produzidas pelo evento do Big Bang, que seria responsável pela criação do nosso universo.

Essas ondas gravitacionais estariam associadas à rápida expansão do universo em seus instantes iniciais.
As ondas gravitacionais são ondulações no espaço e tempo previstas pela Teoria da Relatividade Geral (TRG). Nessa teoria, de 1915, Einstein propôs uma nova teoria da gravitação, de modo a generalizar a chamada Teoria da Relatividade Especial (TRE), proposta por ele mesmo em 1905.
A TRE baseia-se em dois princípios fundamentais: i) as leis físicas são as mesmas em todos os referenciais iniciais, isto é, referenciais que estão em repouso ou em movimento uniforme (sem aceleração) entre si; ii) a luz se propaga no espaço vazio com uma velocidade definida, que independe da condição de movimento do corpo emissor. Tais princípios levaram a mudanças radicais na forma de se entender a natureza do espaço e do tempo.

O telescópio BICEP2, situado no polo Sul, permitiu que os cientistas tivessem evidências do Big Bang, ao detectar ondas gravitacionais dispersas no espaço desde que o universo começou a se expandir. (foto: Steffen Richter/ Harvard University)

Na mecânica clássica, tanto o espaço como o tempo são absolutos, mas na TRE eles se tornaram relativos, uma vez que há uma velocidade absoluta e limite para todos os fenômenos. Na concepção aceita na época, o espaço e o tempo são como o palco de um espetáculo, que não se altera com a dinâmica da estória.
Para Einstein, eles se transformaram em protagonistas importantes, que se modificam de acordo com a situação. Dessa forma, tanto o tempo como o espaço são relativos ao observador. Quanto mais próximo da velocidade da luz ele se move, mais devagar o tempo passa, e o comprimento do objeto se comprime na direção do movimento (mais detalhes na coluna ‘Cada vez mais rápido, sem espaço e tempo’).

Aceleração e gravidade

Mas, como o próprio Einstein percebeu, essa teoria só poderia ser aplicada a referenciais inerciais e não a referenciais em movimento acelerado. Mas o que aceleração tem a ver com gravidade?
Quando viajamos de pé em um ônibus e este faz uma curva fechada para a direita, sentimos uma ‘força’ que nos impulsiona para a esquerda, a força centrífuga. Contudo, uma pessoa que estivesse na calçada descreveria a situação de modo diferente. Para ela, o ônibus mudou sua trajetória e você continuou a se movimentar em linha reta, como prevê a lei da inércia. Para esse observador, nenhuma força atua sobre você; apenas a ação da tendência de todos os corpos manterem seu estado de movimento. Quem está correto?

Segundo a TRG, ambas as descrições estão corretas (para mais detalhes, veja a coluna ‘O enigma do movimento’). De fato, para a pessoa que está no ônibus, qual é a natureza da força que age sobre ela? Uma força que atua diretamente na matéria, ou seja, como se fosse uma força gravitacional. A partir disso, Einstein começou a relacionar a origem da inércia com a própria natureza da gravidade.
Ao formular a TRG, Einstein propôs que o campo gravitacional é criado a partir da ‘curvatura do espaço e do tempo’ provocada pela presença da massa e da energia. Para compreender isso, imaginemos que o espaço fosse algo parecido com uma tolha esticada, apoiada pelas pontas. Se não há nada sobre a toalha, ela permanecerá esticada e plana.

A Teoria da Relatividade Geral prevê que os movimentos orbitais perdem energia por meio de ondas gravitacionais. Mas como a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais, o efeito é imperceptível

Mas, se colocarmos um objeto sobre ela, como uma bola de boliche (que fará o papel de uma estrela), ela afundará e curvará a toalha. Agora, se lançarmos uma bola de gude com determinada velocidade e direção, ela descreverá sobre a toalha uma trajetória quase circular ao redor da depressão provocada pela bola de boliche, de modo similar ao que um planeta realiza ao redor de uma estrela. Após algum tempo, a bola de gude começa a perder velocidade, devido ao atrito com a toalha, e cairá na direção do centro. No caso dos planetas, como eles viajam no espaço vazio, não há atrito e, portanto, não perdem velocidade.
Contudo, a TRG prevê que os movimentos orbitais perdem energia por meio de ondas gravitacionais. Mas como a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais (quando comparada com a força elétrica, é um fator 10⁴⁰ vezes mais fraca), o efeito é imperceptível. Observou-se, no entanto, em duplas de pulsares (estrelas de nêutrons de massa elevada), um decaimento orbital que estaria associado a essa missão de ondas gravitacionais. Por essa descoberta, os americanos Russell A. Hulse e Joseph H. Taylor, Jr. ganharam o Nobel de Física em 1993.

Universo inflacionário

A descoberta feita pelo grupo de pesquisadores do radiotelescópio BICEP2 vai além da observação dos efeitos das ondas gravitacionais. De fato eles observaram que a radiação de fundo cósmico, uma espécie de ‘cinzas’ do Big Bang (radiação remanescente quando o universo tinha por volta de 380 mil anos), demonstra que, após esse evento, o universo apresentou enorme expansão, como previsto pelo físico americano Allan Guth.
O modelo conhecido como ‘universo inflacionário’, proposto por esse pesquisador, supõe que o universo teve uma expansão extraordinária em um intervalo de tempo de um trilionésimo de segundo. Nessa ínfima fração de tempo, ele cresceu do tamanho de uma partícula subatômica para o tamanho de algumas dezenas de centímetros.

Esquema artístico (realçado com imagens do satélite WMAP) da expansão do universo, em que o espaço é representado em seções circulares. (imagem: NASA/ WMAP Science Team)

Para detectar o fenômeno, observou-se que a radiação de fundo cósmico apresentava flutuações conforme os efeitos que se esperava que as ondas gravitacionais produzissem. De fato, essa radiação está presente em todos os lugares. Por exemplo, quando tentamos sintonizar um aparelho de televisão em um canal sem sinal, alguns chuviscos que aparecem na tela decorrem dessa radiação, cujo comprimento é da ordem de micro-ondas.

A inflação cósmica é uma peça importante para se entender por que o universo se estabeleceu da maneira que observamos. O resultado do experimento do BICEP2 necessita ser confirmado por outros experimentos, como os desenvolvidos pelo satélite Planck, especialmente lançado ao espaço para detectar essas flutuações esperadas na radiação de fundo cósmico. Os resultados atuais são promissores, mas, como toda descoberta científica importante, requerem confirmação.

A inflação cósmica é uma peça importante para se entender por que o universo se estabeleceu da maneira que observamos

 

A importância da descoberta recém-apresentada é que, além de se ter conseguido detectar pela primeira vez a inflação cósmica, tem-se também a mais forte evidência de que o Big Bang, evento contestado por outras teorias, teria de fato acontecido. A ocorrência da inflação cósmica, um evento em escala muito pequena, que está no reino da física quântica, mostra que há interações quânticas na força gravitacional.
Se Einstein estivesse vivo, acho que ele daria um leve sorriso, sabendo que mais uma vez sua maior criação, a Teoria da Relatividade Geral, continua sendo um sólido pilar da física atual e ajuda a entender uma das maiores perguntas da humanidade: afinal, como foi que tudo começou?

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

A infância dos maiores cientistas de todos os tempos

Conheça fatos curiosos sobre a meninice desses grandes gênios da Ciência e Tecnologia

Galileo era um aluno CDF e Einstein teria sido reprovado em matemática

Dia 16 de outubro é comemorado o Dia da Ciência & Tecnologia, uma das áreas mais importantes do mundo. Para comemorar está data tão significativa, o MSN Tecnologia preparou uma lista bem humorada com os cinco maiores cientistas de todos os tempos.
Mas como o Dia das Crianças também foi celebrado agora, dia 12 de outubro, resolvemos contar alguns fatos curiosos sobre a infância dessas mentes brilhantes que, na fase adulta, realizaram grandes descobertas e invenções revolucionárias.
É claro que muitas figuras notáveis ficaram de fora, mas os nomes aqui presentes representam com louvor esta profissão que, embora pouco popular entre as garotas, é de extrema importância para o avanço da civilização humana.
Confira a seguir quem foram esses homens e um pouco mais de suas infâncias.

1

Aristóteles (384 a.C. – 322 a.C.)
O filósofo grego Aristóteles provavelmente foi primeiro nerd da história da humanidade. Para se ter uma idéia, seu apelido na escola era “O leitor”, devido à fome com que Aristóteles lia e se cercava de livros.
Embora nunca tenha feito nenhuma descoberta, Aristóteles é apontado como o criador da biologia. Foi ele o primeiro a classificar os seres vivos de forma racional baseada nas características de cada animalzinho.
Aristóteles também acreditava na política como ferramenta capaz de assegurar a felicidade coletiva, provando que até um gênio pode se enganar de vez em quando.

Galileo Galilei (1564 – 1642)
Galileo sempre foi um aluno CDF, para usar a gíria estudantil, e viveu a maior parte de sua vida em Pisa e em Florença, na Itália.
O italiano era tão atrapalhado que costumava apontar o seu microscópio para o céu. É claro que ele não conseguiu ver muita coisa, mas aquilo lhe rendeu uma idéia.
De posse de uns “óculos especiais” aperfeiçoados por ele mesmo, Galileo conseguiu fazer descobertas astronômicas incríveis e de quebra inventar o termo "telescópio".
Uma das maiores realizações de Galileo foi a descoberta de que haviam luas ao redor de Júpiter, provando que nem todos os corpos celestes giravam em torno da Terra, como se acreditava naquela época.

Isaac Newton (1643 – 1727)
Com uma cabeleira de dar inveja a Marge Simpsons, o pequeno Newton vivia sendo zuado pelos colegas, que diziam que suas madeixas eram capazes de amortecer uma bigorna. No entanto, eles estavam errados.
Certa vez, ao sentar-se por baixo de uma macieira num jardim, uma maça bateu na cabeça de Newton, já adulto, fazendo com que ele não só sentisse o impacto, como, de alguma forma, ficasse ciente da força da gravidade.
Este pequeno acontecimento se tornou em umas das descobertas mais importantes da Ciência, permitindo ao homem entender como se formam as estrelas e os planetas e como eles se agrupam para formar as galáxias.

Thomas Edison (1847 – 1931)
Ao contrario de seus antecessores, Thomas Edison era um péssimo aluno que não parava quieto nas aulas e nunca fazia as lições de casa. Por conta disso, acabou expulso do colégio e foi educado por sua mãe.
Quando tinha 21 anos, Edison registrou o seu primeiro invento: uma máquina de votar pela qual ninguém se interessou.
Ao invés de ficar frustrado, ele prometeu que criaria uma nova invenção a cada dez dias, ou até conseguir produzir alguma coisa que prestasse.
Edison nunca chegou a atingir esse objetivo – de criar uma invenção a cada dez dias -, mas conseguiu registrar 2.332 patentes ao longo de sua vida, sendo considerado o maior inventor de todos os tempos.
Entre as suas maiores invenções, está a lâmpada incandescente, que aparece até hoje em cima da cabeça das pessoas quando elas têm uma grande idéia.

Albert Einstein (1879 – 1955)
Com visual de cientista maluco, Einstein foi uma das mentes mais brilhantes do século XX e responsável por estabelecer novos parâmetros para a ciência moderna, lançando uma maneira inovadora de se pensar o universo.
A teoria da relatividade publicada por Einstein afirma que tudo é relativo (não me diga?) e que o tempo passa mais lentamente quanto maior é a velocidade a que nos deslocamos (ok, isso é impressionante).
Uma lenda diz que Einstein teria sido reprovado em matemática quando era estudante. Entretanto, quando lhe mostraram um recorte de jornal com esta questão, Einstein riu e disse: “Isso é mó ladainha, Antes dos quinze anos já pegava todas as menininhas e ainda dominava cálculo diferencial e integral”, humilhou o cientista.

Para derrubar o mito dos genes

Livro mostra por que a diferença entre as pessoas comuns e os grandes gênios não está no código genético e conta como Da Vinci, Dante e Beethoven alcançaram a genialidade. 

 

Por: Catarina Chagas

Publicado em 27/04/2011 | Atualizado em 27/04/2011

O que diferencia Einstein, Mozart e Michael Jordan de tantos que, na mesma época, desenvolviam teorias científicas, compunham ou jogavam basquete? Novo livro de David Shenk foge do determinismo genético para debater a questão. (fotos: Wikimedia Commons).

“Tudo o que você ouviu falar sobre genética, talento e QI está errado.” É assim, logo na capa de seu novo livro, que o jornalista David Shenk começa a provocar o leitor. O gênio em todos nós é, aliás, provocativo do começo ao fim. Seu objetivo maior é mostrar ao mundo que nem tudo está escrito nos genes e que nosso DNA não é capaz de determinar nosso futuro profissional ou intelectual.

O autor argumenta que Einstein, Mozart, Michael Jordan e outras personalidades não se destacaram na ciência, na música e no esporte por um acaso genético. Em vez disso, a forma como foram treinados, a dedicação com que trabalharam e o contexto em que viveram fez toda a diferença.
Explicar como isso acontece, porém, não é tarefa fácil, como admite o próprio autor. “Ajudar o público a entender a interação gene-ambiente é uma tarefa especialmente árdua, pois é de uma complexidade monstruosa”, escreve.
Motivado por esse desafio, Shenk compila uma série de pesquisas e informações históricas que ajudam a sustentar sua hipótese. Cada capítulo do livro é recheado de exemplos reais, nomes de cientistas e seus trabalhos.
Na primeira parte, o foco é desmistificar a inteligência e outras capacidades especiais, como o dom. Começando por explicar o funcionamento dos genes, o autor procura mostrar como o ambiente interfere no desenvolvimento da personalidade, do comportamento e da saúde, além de introduzir o conceito de “desenvolvimento dinâmico” para substituir o binômio inato + adquirido. Ele argumenta que a inteligência deve ser vista como processo e que, portanto, pode ser aprimorada ao longo da vida.
Shenk conclui que os talentos não são dons inatos, mas resultados do desenvolvimento pessoal desde o momento da concepção. Embora admita que nem todos nasçam com o mesmo potencial para certas atividades, o autor afirma que “ninguém é geneticamente destinado à grandeza” e que “poucos são biologicamente incapazes de alcançá-la”.

Para concluir a argumentação, procura explicar como as diferenças entre gêmeos idênticos, os exemplos de crianças prodígio, os talentos tardios e as aglomerações de talentos em determinados grupos étnicos podem corroborar a ideia de que, mais do que simplesmente o código genético, a combinação entre DNA e ambiente é que faz um verdadeiro talento.

Sangue e suor

Shenk defende que a genialidade é fruto do contexto sociocultural e de trabalho árduo. (foto: Ove Tøpfer/ Scx.hu)

Já a segunda parte do livro tem um propósito, digamos, mais prático: sabendo que não somos fadados geneticamente ao fracasso ou ao sucesso, como explorar ao máximo nosso potencial e alcançar a grandeza dos gênios?
Apesar dos títulos que lembram livros de auto-ajuda (por exemplo, 'Como ser um gênio' ou 'Como arruinar (ou inspirar) uma criança'), o autor garante: “este, na verdade, não é um livro sobre a genialidade no sentido convencional do termo. Ele não é um manual que lhe diz como você também pode ser igualzinho a William Shakespeare”.

A genialidade chega apenas para aqueles que a perseguem

Os capítulos seguem, então, oferecendo exemplos históricos que provam que a genialidade chega apenas para aqueles que a perseguem. A diferença entre cada um de nós e grandes gênios como Da Vinci, Dante e Beethoven não reside no fato de que eles seriam grandes e nós, comuns por natureza, mas na forma como foram moldados para se tornarem gênios.
Um alívio para alguns, certamente – e a perspectiva de muito trabalho pela frente para outros.

O gênio em todos nós
David Shenk
Rio de Janeiro, 2011, Editora Zahar
358 páginas – R$ 39
Tel.: (21) 2529-4750

Em busca de uma teoria unificada

7/1/2011
Por Fábio de Castro

Agência FAPESP – A teoria da relatividade geral explica a gravidade. A mecânica quântica explica as forças nucleares e o eletromagnetismo. Conciliar as duas teorias é um dos maiores desafios para a física.
A solução mais eficiente até agora para unificar gravitação e mecânica quântica é a chamada teoria das supercordas, que está em plena construção. Nos últimos dez anos, o esforço internacional para promover avanços nessa área tem contado com a importante participação de pesquisadores ligados ao Projeto Temático "Pesquisa e ensino em teoria de cordas", financiado pela FAPESP.

Sob coordenação de Nathan Jacob Berkovits, professor titular do Instituto de Física Teórica (IFT) da Universidade Estadual Paulista (Unesp), o projeto é o terceiro realizado sobre o tema desde 2000. Naquele ano, Berkovits apresentou uma formulação matemática inovadora, desenvolvida ao longo de 15 anos, que ficou conhecida como “espinores puros”. Esse formalismo tem sido importante, na última década, para facilitar os cálculos relacionados ao estudo da teoria das supercordas. Em 2009, ele recebeu o Premio em Fisica de TWAS (Academia de Ciencias do Mundo em Desenvolvimento) em reconhecimento deste trabalho.

Projeto Temático coordenado por Nathan Berkovits (IFT-Unesp) contribuiu nos últimos dez anos para promover avanços na teoria das supercordas e em seu ensino. Área de fronteira poderá unificar gravitação com as outras forças (Wikipedia)

Desenvolvida a partir da década de 1960, a teoria das supercordas é um modelo físico no qual os compomentes fundamentais da matéria não são os pontos sem dimensão que caracterizavam as partículas subatômicas na física tradicional, mas objetos extensos unidimensionais, semelhantes a uma corda. Dependendo do “tom” da vibração dessas cordas, elas corresponderiam a cada partícula subatômica.
De acordo com Berkovits, o Projeto Temático, que envolve uma série de parcerias internacionais, tem explorado as aplicações dos espinores puros em várias frentes no desenvolvimento da teoria de supercordas.
“A teoria de supercordas é a tentativa mais bem sucedida até agora para unificar a gravitação e a mecânica quântica, teorias cuja conciliação corresponde a uma tarefa muito difícil. Os físicos teóricos também sonham que a teoria das supercordas possa unificar todas as forças e partículas fundamentais da natureza, mas isso, por enquanto, é apenas um sonho”, disse Berkovits à Agência FAPESP.
Os avanços no campo teórico, no entanto, são bastante reais. O formalismo dos espinores puros tem sido a ferramenta mais apropriada para o estudo da correspondência AdS/CFT (sigla em inglês para espaço anti-de-Sitter / teoria do campo conformal) – também conhecida como a conjectura de Maldacena.
Essa conjectura, proposta pelo argentino Juan Maldacena em 1997, deu um impulso sem precedentes à teoria das supercordas e à pesquisa sobre a gravitação quântica. O artigo no qual Maldacena propôs a conjectura teve mais de 3 mil citações e se tornou um dos principais marcos conceituais da física teórica na década de 1990.

“Além de trabalharmos a aplicação dos espinores puros ao estudo da correspondência AdS/CFT, temos avançado na aplicação desse formalismo a outras frentes também, como o cálculo da amplitude de espalhamento”, contou Berkovits.
O estudo do espalhamento de cordas – que está relacionado ao espalhamento de partículas – enfrenta grandes dificuldades quando as partículas envolvidas são férmions. Todas as partículas elementares da matéria são férmions ou bósons, que têm spin semi-inteiros ou inteiros, respectivamente, e obedecem mecânicas estatísticas diferentes.
“Com a aplicação do formalismo dos espinores puros, o estudo do espalhamento de cordas envolvendo férmions não é mais difícil que os casos que envolvem bósons. Outra vertente na qual trabalhamos com a aplicação do formalismo dos espinores puros é a teoria de campos de cordas, que ainda está em estágio inicial de desenvolvimento”, explicou.

Segundo Berkovits, quando o físico teórico descreve uma partícula, emprega uma variável que descreve a sua posição. Mas quando se trata de uma partícula com spin – como fótons ou elétrons – a variável da posição não é suficiente para a descrição.

“Existem várias maneiras para descrever o spin e a mais tradicional foi o formalismo de Ramond-Neveu-Schwarz, concebido em 1973. Mais tarde, em 1980, foi desenvolvido o formalismo de Green-Schwarz – uma nova maneira de descrever o spin que trazia algumas vantagens. Mas trazia desvantagens também: ele não preservava a invariância de Lorentz, uma importante propriedade relacionada às rotações do espaço-tempo”, disse.
Desde 1980, portanto, os físicos teóricos vinham tentando resolver os problemas com o formalismo de Green-Schwarz. Até que em 2000 o formalismo dos espinores puros resolveu a questão da descrição do spin de partículas de uma maneira que preservava todas as simetrias presentes na teoria da relatividade.

Comunidade internacional

Estima-se que existam atualmente cerca de 2 mil pesquisadores envolvidos com o estudo de teoria das supercordas. Berkovits tem trabalhado com cerca de 50 deles. O Projeto Temático que coordena se beneficia das conexões internacionais de seus pesquisadores participantes.
“Além dos estudos feitos pelos nossos pós-doutorandos e pós-graduandos, temos muitas colaborações no exterior. Trazemos uma série de especialistas para colaborar conosco e participar de congressos que organizamos e, por outro lado, enviamos frequentemente alunos para trabalhar com equipes internacionais e participar de eventos”, disse o pesquisador que recebeu em 2009 o Prêmio de Física da Academia de Ciências para o Mundo em Desenvolvimento (TWAS).
O grupo envolvido diretamente com o Temático tem atualmente um aluno de pós-doutorado, três de doutorado, três de mestrado e um de iniciação científica. Dois professores recentemente contratados pelo IFT também atuam no projeto. Outros alunos já passaram pelo grupo e agora atuam em outras universidades do Brasil e do exterior.

“Estamos contribuindo para a formação de uma comunidade envolvida com o estudo da teoria das supercordas. É uma importante e fértil área de fronteira, mas que ainda conta com pouca gente no Brasil, em comparação com o resto do mundo”, afirmou.

O interesse pela área, no entanto, está aumentando. Prova disso foi a alta procura pela participação no evento realizado em dezembro pelo IFT e pelo Centro Internacional de Física Teórica (ICTP, na sigla em inglês), da Unesco. “Recebemos 200 inscrições e só podíamos aceitar metade”, disse Berkovits.
O curso, intitulado Escola ICTP-Capes Latino-Americana de Cordas, reuniu alguns dos principais pesquisadores do mundo na área, como Juan Maldacena e o norte-americano Joe Polchinski – ambos vencedores do prêmio Dirac – a mais importante premiação da área da física depois do Prêmio Nobel.