O mapa da Física

Tudo que sabemos sobre física - e algumas coisas que não sabemos - em um simples mapa.

A Física é a tentativa do homem explicar tudo que nos rodeia, prever comportamento das coisas e e entender porque e como ocorrem certas coisas. 

Muitos científicos e estudiosos das leis naturais fizeram importantes aportes a este mundo de conhecimentos, mas cada vez que sabemos mais, nos damos conta de que, na realidade, sabemos menos.

No começo de 1900, entendíamos o universo como um relógio enorme e avançado que funcionava perfeitamente coordenado sob certas regras. Então, naquele mesmo século, Einstein deu uma reviravolta a tudo que achamos que conhecíamos com sua teoria da relatividade. 

O problema era que, embora para objetos grandes como planetas, a física relativista funcionasse, havia coisas que não podiam ser explicadas, coisas em níveis muito pequenos. Aqui entra o campo da Física Quântica, que estuda o comportamento de objetos menores.

Com tudo o que sabemos sobre o universo e toda a tecnologia existente para verificar o que os números dizem, tudo isso descreve apenas 5% do que sabemos sobre o universo. Ele só estará investigando, experimentando e descobrindo mais que podemos remover gradualmente o véu que paira sobre os 95% restantes das leis do universo.

O YouTuber Dominic Walliman foi responsável por desenvolver um vídeo divertido de cerca de 8 minutos, resumindo várias das questões que sabemos sobre física e o que ainda precisamos saber. Nesse divertido mapa mental, Dominic separa a física em três campos: Física Clássica, Física Relativista e Física Quântica, e até se envolve um pouco com o mundo da filosofia.

O mapa foi traduzido para o espanhol pelo povo de Molasaber, no caso de você querer vê-lo em detalhes, embora no vídeo, com legendas em espanhol, seja perfeitamente entendido.

Aqui deixamos o mapa traduzido:

Ainda há muita incerteza sobre a gravidade. Quando vamos para dimensões muito pequenas, toda a física que conhecemos se torna absurda, por isso há um conjunto de leis específicas para pequenas coisas, chamadas de física quântica. O abismo da ignorância é que faltam informações que reconciliam a Física Relativista com a Física Quântica.

Muitos estudiosos estão atualmente trabalhando nisso e certamente no futuro, essa reconciliação desses dois mundos nos ajudará a explorar nosso universo sem gastar milhões de anos de um ponto a outro.

Logo, se você gosta de Física, é curioso ou é dos que gosta de ter um tema para conversar a todo momento, não deixe de ver esse vídeo: 

Algumas esclarecimentos:

1. "Isaac Newton inventou o cálculo"
Na verdade existe uma controvérsia sobre quem inventou o cálculo primeiro, se foi Isaac Newton ou Gottfried Leibniz. A notação matemática utilizada no vídeo é de Leibniz e, portanto, definitivamente ele merece crédito. [Sobre Leibniz, Newton e infinitésimos... https://revistas.pucsp.br/emp/article/view/544]

2. "Maxwell deu origem às leis do electromagnetismo"
Essa é uma simplificação já que o trabalho de Maxwell foi feito com participação de outros cientistas como Hans Christian Ørsted, André-Marie Amplère e Michael Faraday que descobriram a indução e viram que eletricidade e magnetismo eram partes da mesma coisa. Mas foi Maxwell quem trabalhou toda a matemática e trouxe a eletricidade e o magnetismo juntos como uma teoria unificada. [Os fundamentos mecânicos do eletromagnetismo http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/363601.pdf]

3. "Entropia é uma medida de ordem e desordem". Isso é uma simplificação.
[Mais sobre entropia http://www.scielo.br/pdf/rbef/v30n2/a02v30n2]

4. Einstein e a Física Quântica: Einstein ganhou o prêmio Nobel pelo seu trabalho sobre o efeito fotoelétrico, que foi importante para mostrar a natureza de partícula da luz. Curiosamente, ele nunca recebeu um prêmio Nobel pelo seu trabalho sobre a Relatividade! Mas, houveram muitos outros que contribuirão para o desenvolvimento dessa importante e misteriosa teoria. [Sobre o surgimento da Física Quântica http://www.unicamp.br/~chibeni/textosdidaticos/fisquantica.pdf]

Referência: https://molasaber.org/2016/12/02/toda-la-fisica-conocida-de-un-vistazo/

Raios, laser e faíscas

Os primeiros avanços espaciais inundaram todos os meios de comunicação nas primeiras décadas dos séculos XX, inclusive o campo da ficção científica. O denominador comum são armas, raios, desintegradores e vários itens para superpoderes. Os protagonistas de Star Trek e Star Wars maravilharam o mundo com efeitos especiais. Por exemplo, o ator Liam Neeson ao fazer Qui Gon Jinn, nos deslumbrou com o SABRE DE LUZ.

No mundo real o que se aproxima a este é o laser. Depois disso micro-ondas, CD, DVD, códigos de barras, mísseis, fibras ópticas e tantas e tantas outras tecnologias. O funcionamento de um laser pode ser descrito em termos simples: Partículas de luz (fótons) excitadas com corrente emitem energia na forma de luz. Esta luz é agrupada em um feixe monocromático (uma só cor). 

Então, como fazer o famigerado sabre de luz Jedi? Existem lasers com suficiente potência como para acabar com uma vida humana ou com um monstro alienígena? Começamos então pelos tipos de lasers mais conhecidos, o laser operativo de rubi dopado com titânio; o Nd:YAG (de alumínio dopado com neodímio que produz radiação). Estes podem apresentar potências de ordem gigawatts durante uns poucos nanosegundos. Há, também, lasers de gás, materiais semiconductores como meios ativos, fluoruro de deutério e dióxido de carbono. Finalmente, os lasers de elétrons livres que precisam de um acelerador de partículas que os proporciona velocidades relativistas (dezenas de milhões de quilômetros por segundo).

As características específicas de cada um torna perfeitamente possíveis armas muito poderosas, inclusive construir o destruidor imperial intergaláctico - Estrela da Morte. Apesar de tudo, estas armas aterrorizantes perderia eficácia ao serem disparadas do espaço com a intenção de destruir objetivos na terra, já que a radiação de um laser é seriamente afetada pelo ar e pelas condições meteorológicas. Se for algum consolo, posso dizer-lhe que, é uma questão de tempo e dinheiro.

E o que dizer daquelas maravilhosas e preciosas cenas em Star Wars, onde se pode ver com absoluta clareza os traços das cores brilhantes dos lasers? Outra decepção: acontece que elas são fisicamente impossíveis. Por quê? Bem simples: a luz do laser é muito direcional. Apenas um ponto luminoso é percebido se o raio atinge algum objeto material, como uma parede. Ou seja, só poderemos "ver" o laser se a luz interagir de alguma forma com o material. 

Se uma pessoa apontar o laser em uma determinada direção, como ele poderá ver a linha sozinho? Para que isso aconteça, a luz deve viajar na direção de seus olhos, quebrando a condição de direcionalidade do laser. No vácuo do espaço a coisa é ainda pior, porque não há matéria com a qual os fótons possam interagir e, consequentemente, serem disparados em qualquer direção. Eles devem ser, portanto, completamente invisíveis. Assim, o mesmo deve acontecer quando um feixe de laser de um navio de guerra do império do mal chega ao Millennium Falcon de Han Solo.

                                            

Você nunca pode mover ou inclinar, como você pode ver na cena de O Império Contra-Ataca (Episódio V). 

                                       

Os potenciais efeitos letais dos lasers têm muito mais a ver com o calor que geram do que com o impacto que produzem. Nesse sentido, uma bala é muito mais eficaz. Abrir um buraco em um corpo humano com um feixe de laser pode exigir até 50.000 joules, necessários para "queimar" a pele e os músculos. O dano não é causado por bater, mas pelos efeitos derivados do calor intenso gerado. 

Finalmente, a questão dos sabres de luz dos Cavaleiros Jedi permanece. Quem tem mais poder, Luke ou Vader? Yoda ou Mestre Windu? Essas armas místicas, ao contrário, parecem se comportar como o que os físicos chamam de plasma, isto é, um gás aquecido a temperaturas extremas (da ordem de milhões de graus), de tal forma que seus átomos foram despojados de seus elétrons irritantes. Um plasma emite luz quando os elétrons se recombinam novamente com os núcleos que o enxameiam, cuja cor é característica da composição particular e da temperatura do plasma. 

Para uma espada Jedi, uma configuração cilíndrica seria ideal. No entanto, problemas aparecem. Por exemplo, no momento, nenhum método é conhecido por encurtar o comprimento do cilindro, cobrindo-o pela parte superior, evitando assim que o plasma derrame e queime a mão que o segura. Por outro lado, reapareceria, como no laser, a desvantagem do enorme tamanho da fonte de alimentação. Outro problema tem a ver com a intensidade do campo de confinamento magnético do plasma, pois sua intensidade deve diminuir à medida que nos afastamos da empunhadura. 

Para terminar, como é que eles podem acertar uma espada com outra? Mais uma prova não são lasers e mais evidências de que eles se parecem muito mais com um plasma. 

Infelizmente, nossa tecnologia ainda está longe de se produzir tais armas, já que os plasmas seriam necessários milhões de vezes mais densos e dezenas de vezes mais quentes do que aqueles que somos capazes de produzir. Mas o que é isso para alguém que domina a misteriosa Força?