Uma roda d’água com reservatórios furados. Simples assim, mas esse pequeno detalhe transforma a milenar e monótona roda girando em um sistema caótico, uma roda d’água de Lorenz que altera a velocidade e mesmo o sentido de sua rotação de forma praticamente imprevisível. É o caos, e em particular, o efeito borboleta em ação.

“O bater das asas de uma borboleta no Brasil pode provocar um tornado no Texas?”. Foi com essa pergunta que o meteorologista Edward Lorenz popularizou poeticamente o conceito central da teoria do caos, onde alterações minúsculas nas condições iniciais de um sistema dinâmico podem provocar consequências radicais em seu comportamento futuro. Porque a propósito, a resposta à pergunta é sim.

Uma simples gota d’água, alguns micrômetros de diferença no diâmetro dos furos, gramas de variação no peso das varetas na roda d’água exibida no vídeo, e seu comportamento se alterará radicalmente. Isso significa que, ao contrário (ou ao extremo) de um certo filme de Hollywood, se você viajasse ao passado, sua mera presença por lá, o impacto diferente de um grão de poeira, uma baforada que fosse, já causaria alterações imensas e irreversíveis no curso da história. Que se dirá interagir com seus antepassados.

[JurMous]

De fato, Lorenz formulou originalmente seu comentário em um trabalho publicado em 1963 como “uma batida de asas de uma gaivota poderia mudar o curso do clima para sempre”. Isto não é apenas mote para filmes sobre escolhas em sua vida quando confrontado com bizarras viagens no tempo: se alterações minúsculas podem afetar imensamente fenômenos gigantescos, qualquer variação a todo momento está constantemente alterando o rumo de sistemas caóticos que estão por toda parte ao nosso redor. É efetivamente impossível prever seus resultados a longo prazo ainda que algum dia decifrássemos todas as leis que governam o mundo.

Fenômenos imprevisíveis não são nenhuma surpresa – de fato, poder prever fenômenos naturais como o próximo eclipse solar é que é uma grande conquista. A teoria do caos e o efeito borboleta são extremamente relevantes, contudo, porque emergem de sistemas determinísticos. Isto é: ainda que nenhuma arbitrariedade, nenhuma aleatoriedade governe o comportamento de tais sistemas, eles parecerão aleatórios.

É, em uma analogia muito temerosa mas que pode ser útil, um tanto como se agindo completamente de acordo com a lei, você acabasse praticamente indistinguível de um criminoso. Conhece aquela piada de advogado?

Em 1961, ao inserir a variável arredondada .506 ao invés de .506127 em uma simulação de computador, Lorenz notou que a previsão do tempo resultante foi completamente diferente. Perceba que mesmo .506127 também é em si mesmo um valor arredondado.

Computadores, até hoje, são incapazes de produzir aleatoriedade verdadeira, e nada melhor para ilustrar a emergência de aleatoriedade aparente que uma roda de Lorenz se comportando de forma caótica mesmo no mundo perfeitamente determinado de… uma simulação computadorizada da roda de Lorenz:

Você também pode brincar com uma simulação em seu computador, alterando seus parâmetros e vendo aleatoriedade aparente surgir a partir de ordem determinada. Confira e baixe o programa de Goran Vlahovic (para Windows).

Mesmo uma criatura conhecedora de todas as leis naturais deve ser assim incapaz de fazer uma previsão do tempo 100% certa para daqui a dez anos. Seria incapaz mesmo de prever para que direção a roda d’água do vídeo estará girando.

Baldes furados desafiando a onisciência de deus, em teorias fundamentadas com rigor matemático. É a beleza da ciência descobrindo seus próprios limites.

“Neste artigo usaremos matemática e a física do som para decifrar um dos mistérios do rock’n’roll – como os Beatles tocaram a nota de abertura em A Hard Day’s Night? A música pode nunca soar a mesma para você”.

É desta forma completamente fenomenal que Jason Brown da Dalhousie University resume seu artigo “Matemática, Física e A Hard Day’s Night”. O vídeoclipe para a música, incluindo a famosa e até então misteriosa nota você confere logo acima.

Muitos músicos tentaram reproduzir a nota de abertura, que é literalmente um grande tcham. Sem muito sucesso. Nas últimas quatro décadas, diferentes acordes de diferentes instrumentos tocados pelo quarteto vêm sendo sugeridos, mas foi apenas Brown que através de uma análise matemática parece ter solucionado o enigma.

Efetuando uma transformada de Fourier em um segmento da música digitalizada, Brown detalha como das 29.375 frequências, 48 eram mais altas. Convertendo-as a tons, em sua “música forense”, combinando aí seu conhecimento da física dos instrumentos musicais, o cientista pôde identificar as cordas de George Harrison e John Lennon, o baixo de Paul McCartney… e algumas notas sobrando que, em um momento de intuição, Jason Brown reconheceu como um piano. E estava resolvido o mistério.

Em uma participação nunca creditada, o produtor George Martin teria tocado cinco notas de piano para completar a entrada, em um som que “se mescla bem com as notas dos instrumentos de corda. As amplitudes mostram por que o piano está tão bem escondido; ele se mistura perfeitamente, com amplitudes quase idênticas àquelas das cordas mais agudas tocadas na guitarra de Harrison”.

Pode não ser tão poético quanto desvendar o arco-íris ou entender cientificamente a beleza de uma flor, mas caramba, matemática e física aplicadas para entender rock. How cool is that?

• – How Math Unraveled the ‘Hard Day’s Night’ Mystery
• – Mathematics, Physics and A Hard Day’s Night (PDF)

Deve ser fácil perceber que os dois rostos acima pertencem a duas pessoas diferentes. Mas e quanto aos bebês abaixo? Seriam mesmo dois bebês?

Cognitive Daily comenta um estudo liderado por Dana Keufner em que estudantes italianos precisavam identificar rostos de bebê, e provavelmente como você acima, os resultados de dois experimentos indicaram que “adultos reconhecem mais facilmente faces de adultos do que faces de recém-nascidos e crianças”. Todos os bebês realmente parecem ter cara de joelho.

Em um terceiro experimento, no entanto, conduzido com adultos que passam muito tempo com crianças – professores de pré-escola – a diferença foi muito menor. Passar pelo menos 30 horas por semana olhando para rostos de criança realmente fez com que percebessem as diferenças das caras de joelho muito melhor.

Nossa dificuldade em diferenciar rostos de pessoas muito mais novas ou velhas é o chamado “efeito da outra idade”, e como brincamos no título deste post, o efeito da outra idade é análogo ao mais bem documentado “efeito da outra raça”, que nem deve ser necessário explicar.

Há várias pesquisas fascinantes também sobre o efeito da outra raça, como este indicando como o efeito se desenvolve em bebês, e é curioso descobrir que bebês de alguns meses de idade não só não exibem os efeitos de outra idade ou raças, como também podem reconhecer a diferença entre faces de animais de outras espécies. Se para você todo chimpanzé é igual, a um bebê que só sabe mamar e sujar as fraldas as diferenças podem ser óbvias.

Depois de nove meses, contudo, os efeitos de outras idades, raças (e espécies) já entram em ação. Mas há outro estudo evidenciando como o efeito é reversível (PDF): crianças coreanas adotadas entre as idades de 3 a 9 anos por famílias caucasianas européias identificaram faces… caucasianas com maior facilidade, exatamente como o grupo de controle de crianças francesas. O cérebro pode se adaptar a novos tipos de rostos sem tanta dificuldade, como os professores de jardim de infância já devem ter sugerido.

Tudo isso sugere que não são tanto as faces de outras idades ou raças que são todas iguais, e sim as faces com que convivemos mais que se tornam mais facilmente diferenciáveis. Perceber rostos como diferentes é pelo visto um processo cognitivo rápido mas que só funciona em determinado tipo de faces. Nós trocamos a habilidade de diferenciar uma ampla variedade de rostos que quase nunca vemos, mas a grande esforço e tempo, pela capacidade de diferenciar sem dificuldade em uma fração de segundo os rostos que vemos todos os dias.

No experimento de Keufner com bebês, inverter os rostos apresentados fez não só com que a precisão da identificação diminuísse tanto para adultos como para bebês, mas que também se tornasse igual. De cabeça para baixo, todos têm cara de joelho, sejam adultos, bebês, caucasianos ou asiáticos.

Descobrir estes atalhos e “bugs” de como nosso cérebro processa rostos não deve ser tanto surpresa, em especial rostos de ponta cabeça.

• Cognitive Daily: Are all adults doomed to think all kids look alike?
• Dana Kuefner, Viola Macchi Cassia, Marta Picozzi, Emanuela Bricolo (2008). Do all kids look alike? Evidence for an other-age effect in adults. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 34 (4), 811-817 DOI: 10.1037/0096-1523.34.4.811
• Pascalis, O. and de Haan, M. and Nelson, C.A. (2002) Is face processing species-specific during the first year of life? Science, 296 (5571). pp. 1321-1323
• Kelly, D. J., Quinn, P. C., Slater, A. M., Lee, K., Ge, L., & Pascalis, O. (2007). The other-race effect develops during infancy: Evidence of perceptual narrowing. Psychological Science, 18, 1084-1089.
• Sangrigoli, S., Pallier, C., Argenti, A.-M., Ventureyra, V.A.G., & de Schonen, S. (2005). Reversibility of the other-race effect in face recognition during childhood (PDF). Psychological Science, 16(6), 440-444.

A notícia:

• Verba para ciência sofre redução de 18% em 2009

A repercussão:

• SBPC: Congresso penaliza ciência e tecnologia
• Corte de 18% na verba em Ciência em 2009?
• Enquanto isso, no brasil… Corte de verbas para Ciência
• Atrasado mas ainda em tempo: um pequeno manifesto contra o corte no orçamento do MCT!
• Congresso amputa as pernas da ciência, e agora?

E então:

• Modesta proposta para salvar o orçamento científico brasileiro

Criadas por Drew Berry para o Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research, você confere versões do vídeo em melhor qualidade aqui. [haha.nu]

A imagem  é curiosa por si mesma, mas quando você descobre que a bomba em questão não é qualquer bomba, mas a “Tsar Bomba”, que precisa ser sempre escrita em negrito, ela se torna motivo de perplexidade. O objeto que as senhoras limpam com tranqüilidade foi e permanece sendo o mais poderoso dispositivo já criado pelo ser humano, com uma potência estimada em 50 megatons, equivalente a 50 milhões de toneladas de TNT.

Claro que o que as senhoras limpam é apenas uma réplica em exposição no Museu de Bombas Atômicas de Sarov, mas em sua versão original a RDS-220, com menos de dez metros de comprimento, foi o ápice da corrida nuclear em termos muito brutos.

Desenvolvida em início dos anos 1960 na União Soviética, seus 50 megatons efetivos foram uma versão modificada do projeto original que atingiria a potência apocalíptica de 100 megatons, com uma gigantesca emissão de elementos radioativos. Caso o projeto original tivesse sido detonado, essa única explosão responderia por um quarto de toda a radiação lançada na atmosfera desde o início da corrida nuclear.

Felizmente mesmo a insanidade da corrida armamentista não chegou a tal ponto. Em sua versão “limpa”, contudo, em 30 de outubro de 1961 a única “Tsar Bomba” criada foi testada no que foi acima de tudo uma exibição de força. E que força. Seu brilho pôde ser visto a 1.000 quilômetros de distância, o calor foi notado a 270 km. Em uma área de 25 km abaixo da detonação a destruição foi total. Os americanos estimaram a potência da detonação em 57 megatons, cifra que os soviéticos acataram felizes, embora 50 seja provavelmente mais correto.

Por incrível que pareça, estas armas foram e continuam sendo testadas sem uma compreensão completa de seus mecanismos, motivo pelo qual estimar precisamente a potência delas não é uma ciência exata, e razão por que potências nucleares insistem tanto em realizar testes nucleares – é apenas através deles que dados valiosos do funcionamento de tais dispositivos podem ser coletados.

Somando-se a tal temerosidade, vale notar que a Tsar Bomba foi desenvolvida em 112 dias, ou 16 semanas. Quatro meses. Nunca teve muita utilidade prática como arma, sendo demasiadamente pesada e potente.

A réplica em exposição foi produzida junto com a versão testada, e é felizmente inofensiva. Os esfregões usados para limpá-la ilustram bem como sobrevivemos a algumas de nossas maiores loucuras, agora peças de museu.

[via malaConciencia]