Matéria e Energia negativa.

Semana passada falei sobre os táquions, uma suposta partícula sub atômica que viajaria com velocidades utra-luminosas. Para isso esta partícula teria que ter massa negativa e energia negativa.

É engraçado pensar no comportamento destas coisas. Vamos começar falando da massa negativa.
A massa é a grandeza física responsável pela gravidade, logo se a massa for negativa teremos gravidade negativa. Uma força negativa da gravidade gera uma repulsão gravitacional. Desta maneira as partículas de massa negativa teriam de se repelirem com a força da gravidade. Como a gravidade é uma força de pouca influência em nível atômico, porém as grandes estruturas do universo (estrelas, galaxias e buracos negros) são obras da atração gravitacional. Como as forças nucleares são insignificantes fora do núcleo atômico e a força eletromagnética não produz nada maior que algumas moléculas sabemos que não teríamos grandes estruturas de matéria negativa.
Outra coisa importante é deixarmos claro que matéria negativa não é antimáteria ou matéria escura. A antimatéria e a matéria escura tem atração e não repulsão gravitacional.
A massa negativa geraria também energia negativa. A energia negativa geram fenômenos mas estranhos ainda. Começamos com o fato de que ter energia negativa gera velocidades superiores a velocidade da luz. isso diz que essas partículas caminham na contra mão do tempo isto é viajam para o passado. Quando uma partícula de massa comum colide com outra ela cede energia e diminui a sua velocidade. porém quando uma partícula com energia negativa colide com outra ela cede energia aumentando a velocidade.
A energia negativa também é essencial para poder haver viajem no tempo ao passado. já que para manter uma flutuação no tecido tempo-espacial é necessário que haja repulsão energética.

Existe, portanto, um argumento lógico contra a existência da matéria negativa: A existência da matéria negativa violaria a primeira lei da termodinâmica e com o passar do tempo a probabilidade de ocorrer mais colisões e a taxa de acréscimo energético no universo seria cada vez maior. o que não vem ocorrendo...

Táquions

Acredito que já falei sobre táquions algumas vezes aqui no blog, mas não descrevi o que seria um táquion.
Acho que os fãs de ficção científica já estão familiarizados com essas partículas,mas não creio que saibam de fato o que são.
Bem, os táquions são partículas subatômicas que supostamente viajariam em velocidade acima da velocidade da luz. É importante dizermos que não existem evidencias científicas que garantam que essas partículas existam neste universo.
O argumento que possibilitam a teorização da existência dos táquions são, no mínimo, fracos. A crença na existência de tais partículas baseiam-se na beleza da simetria em termos das velocidades (se existe partículas com velocidades inferior a velocidade da luz deve haver também partículas com velocidades acima da velocidade da luz), mas foi um argumento que permitiu a teorização (Tal qual foi para o desenvolvimento das pesquisas sobre anti-matéria) que permite descrever como seria essas partículas e quais suas possíveis características (o que permitiria propor experimentos para verificar sua existência).
Uma característica importante é que os táquions, segundo a teoria da relatividade restrita, teria que ter massa negativa e por tanto energia negativa.
Então, hoje, os táquions são elementos da ficção científica que podem tornar-se da física no futuro... Será que os táquions existem neste universo?

Se quebrássemos a primeira lei da termodinâmica? parte 2.

Semana passada falei sobre o que aconteceria com a física se encontrássemos algo que contrariasse a primeira lei da termodinâmica. Hoje vamos falar das possíveis consequências à sociedade se conseguíssemos uma tecnologia que gerasse energia do nada.

Hoje, nós já sabemos como criar matéria, isto é, criar átomos, moléculas e outras partículas subatômicas. Já conseguimos transformar chumbo em ouro, bombardeando partículas alfa. Já sabemos como neutralizar gases estufas ou outros poluentes de forma química. Já sabemos criar veículos de ultra velocidade. Sabemos como criar equipamentos que nos levem ao espaço com o custo de U$:1.000,00 e não por milhões. Sabemos como dessalinizar a água do oceano e como irrigar o deserto. e tudo isso só não é viável devido ao custo energético.

Se conseguíssemos uma tecnologia que gerasse energia do nada tudo isso tornaria-se acessível mudando a sociedade como conhecemos. A segunda lei da termodinâmica diz que para diminuirmos a entropia de um sistema tem de ter gasto de energia e se pudêssemos criar energia do nada poderíamos reverter a entropia de grandes sistemas (como o planeta terra) uma forma simples.

Se quebrássemos a primeira lei da termodinâmica? parte 1.

Na semana passada, estava dando aula sobre a segunda lei da termodinâmica e um aluno me perguntou: o que aconteceria se pudêssemos produzir energia?
Daí resolvi exercitar minha imaginação e pensar como seria se pudêssemos quebrar a primeira lei da termodinâmica.
Está pergunta revela duas possibilidades distintas. A primeira possibilidade é que algo existente no universo possa gerar energia do nada. A segunda possibilidade é a de que nós possamos desenvolver uma tecnologia que nos permita utilizar gerar energia.
Se descobríssemos algum fenômeno no universo que quebrasse a primeira lei da termodinâmica mudaria toda a física que conhecemos. Hoje a lei da conservação da energia é uma das principais leis da física. Descobrir uma violação desta lei mudaria tudo em que acreditamos saber sobre a física.
Como sabemos tão puco sobre a matéria escura e a energia escura (que formam a maior parte deste universo) pode haver algo lá que quebre essa lei. Seja a existência de táquinos, grávitons ou outras partículas, ou uma conexão com outro universo (se o multiverso for real).
Mas a segunda possibilidade é muito mais inspiradora... hoje, todos os sonhos de desenvolvimento tecnológico esbarram nas leis da termodinâmica (A primeira, a segunda e a terceira), mas se a primeira fosse quebrada tudo seria possível, até mesmo a colonização espacial.
Mas vou deixar essa descrição para a próxima semana.

ciência pura, ciência aplicada e tecnologia.

Um tema que tenho pensada nos últimos dias é a tecnologia e com isso li um pouco sobre. Li um livro muito bom (ao menos para mim foi muito bom) de Cumpani, o livro filosofia da tecnologia: Um convite.
Neste livro o autor faz um panorama dos principais autores da área e condensa suas idéias.
Um ponto que chamou minha atenção neste livro foi a diferença entre ciência pura, ciência aplicada e tecnologia. Na verdade, desde a modernidade a produção tecnológica assemelhou-se a produção científica o que dificulta separar o que é um ou outro antes do produto final.
É claro que areas do conhecimento humano, tais como: Cosmologia, mecânica quântica ou biologia molecular, podem ser facilmente identificado como ciências puras. Ou áreas como: Engenharia, Administração, medicina ou química industrial são definitivamente tecnologias. Encontraremos a termodinâmica, a ciência nuclear ou farmacologia transitando entre uma e outra e as chamaremos de ciencias aplicadas.
Mas não é tão simples quanto parece, cumpani define essas três áreas por seus produtos. Desta forma uma ciência pura tratará de verdades universais, criando modelos teóricos idealizados que caminham para uma explicação de fenômenos genéricos.
As ciências aplicadas tratam de explicações de fenômenos específicos em sistemas genéricos, criam modelos mais aplicáveis a situações cotidianas, mas ainda trazem verdades genéticas para sistemas similares.
As tecnologias buscam respostas práticas para problemas reais, criam modelos específicos que trazem respostas específicas, mas essas são similares as respostas de problemas similares em sistemas reais similares.
Acredito que desta forma fica fácil entender o que é o produto de uma ciência pura, ou aplicada ou de tecnologia, mas anda nao temos comi dizer o que é o que antes do produto terminar.

Por que estudar coisas que não tem aplicação prática nos dias atuais?

Alguns dias atras, estava vendo o noticiário e vi a divulgação de uma descoberta de um fóssil e fiz um comentário bem idiota aos meus familiares, sobre as pessoas receberem patrocínio do governo para estudar dinossauros, ou antropologia e por ai vai...
Mas passando um pouco de tempo lembrei-me de perguntas constantes dos meus alunos. "Professor, essas coisas de universo, espaço... por que estudar isso?" ou ainda "Se gasta tanto dinheiro para mandar um homem a estação espacial internacional, por que não gastar esse dinheiro com pesquisas em medicamentos para a cura da AIDS?"
Por que devemos estudar cosmologia? Ou melhor, por que estudar ciências puras?
Os conhecimentos desenvolvidos nas ciências puras, são importantes para subsidiar a os conhecimentos das ciências aplicadas e os conhecimentos tecnológicos. A cosmologia, por exemplo não traz nenhuma aplicação prática mesmo, mas dá uma base para o estudo da radiação, da relatividade e com isso podemos desenvolver conceitos aplicáveis, como a relação massa e energia que permite a tecnologia nuclear, os contrates farmacológicos e microscopia eletrônica.
O estudo dos dinossauros nos diz como os seres vivos evoluem e as características ecológicas causaram sua extinção, permitindo a nós que planejemos nossa relação com o meio ambiente.
Estudos antropológicos, sociológicos e psicológicos são a base de técnicas de administração e marketing modernos.
Além disso, não sabemos como as descobertas das pesquisas poderão repercutir nas áreas do conhecimento que atualmente estão consolidadas.
Hoje percebo como fui reducionista, apressado e preconceituoso com meus comentários. Devo deixar minha nova opinião para todos: É necessário que o governo patrocine pesquisas em ciências puras, para podermos garantir a base das ciências aplicadas e as tecnologias.

A importância da matemática para a física.

Não sei como acontece em outros países, mas aqui no Brasil, o ensino de física é basicamente matemático. Para muitos, a física acaba sendo uma forma de aplicação da matemática. E na verdade não deveria ser assim, a física e a matemática são disciplinas distintas e com problemas próprios e conceitos e possibilidades próprios. Desta forma é importante que o ensino de física liberte-se da matematização que ocorre hoje, porém a matemática é fundamental na física.
A linguagem matemática é fundamental para a compreensão das relações entre grandezas físicas. Quer dizer, as relações conceituais entre os conceitos físicos são mediados e quantizados pela linguagem matemática.
Quando falamos que existem a possibilidade de dilatar o tempo, por exemplo, com o aumento da velocidade de um corpo, a matemática (as equações da relatividade) mostram que não é qualquer aumento de velocidade que gerará uma dilatação significativa. Ou ainda, nos dá uma escala dos custos para provocarmos algum efeito possível ou dizer o que é impossível de ocorrer segundo a teoria científica aceita atualmente.
Enfim, temos que deixar a centralidade da matemática do ensino de física, mas não podemos deixar a linguagem matemática.