Newton e os Universos Paralelos
“Sempre que pensamos em universo paralelos, tendemos a imaginar um muito semelhante ao nosso, onde apenas alguns detalhes mudam. E se imaginássemos um universo tão diferente que até as leis físicas são distintas da nossa? Por exemplo, como seriam as órbitas planetárias num universo onde a Lei da Gravidade não variasse com o quadrado da distância, mas sim com alguma outra expressão qualquer?”
BrainDump: Newton e os universos paralelos
Comece bem o ano com esse texto rápido e sensacional, misturando história da ciência, física e fantasia.
O Universo em uma Árvore de Natal
A árvore de Natal é um belo símbolo, representando a vida eterna renascendo do inverno. Os antigos já haviam compreendido os solstícios, e a decoração da árvore com frutas simbolizava a fartura por vir.
Bem, nós descobrimos um tanto mais sobre o Universo desde então. Que tal enxergar a árvore de Natal sob a luz de um punhado destas novas descobertas? Você pode agitar sua ceia de Natal.
- Conhecemos hoje mais planetas além do sistema solar que o número de bolas de Natal em sua árvore. A contagem atual é de 358 exoplanetas;
- Se o planeta Terra fosse diminuído ao tamanho de uma bola de Natal, seria uma bola mais lisa que as outras. Geometricamente: o Monte Everest (+8km) ou a Fossa das Marianas (-11km) representam imperfeições minúsculas dado o diâmetro de mais de 12.000km. É uma imperfeição menor que 0,01%.
- Caso um familiar particularmente inconveniente disser que a Terra não é perfeitamente esférica, e sim um esferóide oblato, mais largo no equador, note que ainda assim o desvio para uma esfera perfeita seria menor do que 0,04%. Bolas de Natal não são tão redondas assim. E para a maior parte dos fins práticos, a Terra é sim redonda. You win.
- Se uma bola de Natal de oito centímetros representar a Terra e uma outra bola ao lado representar o exoplaneta mais próximo – Epsilon Eridani b, a 10,5 anos-luz de distância – então para que a distância entre os planetas seja representada na mesma escala que o tamanho do planeta Terra, a outra bola de Natal deveria estar a aproximadamente 630.000 km de distância. Quase o dobro da distância da Terra à Lua.
- Se a estrela no topo da árvore representar o nosso Sol, e a estrela no topo da árvore de Natal do seu vizinho – digamos, a 50 metros — representar as estrelas mais próximas, o sistema binário de Alfa Centauro, a 4 anos-luz, então o tamanho da estrela no topo de sua árvore deveria ser de 0,00074 centímetros, ou 0,74 micrômetros. Mais de 100 vezes menor que a espessura de um fio de cabelo.
O Universo tem espaço. Uma curiosidade de bônus ilustra como também tem tempo:
- Digamos que sua árvore de Natal seja um vistoso pinheiro, que tenha levado dez anos para crescer. Se o momento em que foi semeado coincidisse com o Big Bang, há 13,7 bilhões de anos, e todo o resto fosse comprimido até o presente, então esta árvore de Natal só teria conhecido os primeiros primatas nas últimas horas, e toda nossa história registrada teria pouco mais de um minuto. Dez anos crescendo, e nossas aventuras se resumiriam a alguns instantes encenados em uma parte minúscula desta árvore repleta de ornamentos. O pinheiro de dez anos pode ser visto como uma versão do Calendário Cósmico de Carl Sagan.
“A astronomia é uma experiência de humildade que constrói o caráter”, notou Sagan. ”Dizem que os cientistas são frios, que sua paixão por descobrir coisas tira a beleza e o mistério do mundo. Mas não é sensacional entender como o mundo realmente funciona – que a luz branca é feita de cores, que a cor é a forma como percebemos comprimentos de ondas de luz, que o ar transparente reflete a luz e que ao fazê-lo separa as ondas, e que o céu é azul pela mesma razão que o pôr-do-sol é vermelho? Não faz mal nenhum ao romance do pôr-do-sol conhecer algo sobre ele”.
Que o espírito Natalino inspirado por uma árvore de Natal tomada como ponto de partida para uma viagem pelo Universo descoberto pela ciência seja um bom presente neste Natal.
Boas festas! [imagem da árvore de dyet]
Aprendendo com a Constelação de Homer Simpson
Quer relaxar e ao mesmo tempo aprender um pouco de astronomia? Em Starlight o jogo é simples e, na fase “Relax”, faz justamente isto: movimente o mouse até encontrar a perspectiva correta para que a série de pontos de luz ligados por linhas forme o desenho certo. Acredite, jogar é muito mais simples do que ler essa descrição.
O que astronomia tem a ver com a brincadeira? As constelações, em seu sentido antigo, são justamente esse agrupamento de estrelas formando um desenho no céu. Como o jogo deve deixar claro, contudo, o grupo forma um desenho definido apenas quando visto de um ponto bem determinado – no caso, a posição da qual vemos as estrelas, a Terra. Exatamente como no jogo, praticamente todas as constelações são formadas por estrelas que, com uma variação de magnitudes de brilho e distância, podem parecer “próximas” embora estejam distantes entre si.
Vistas de outros pontos da Galáxia, alguns nem tão distantes de nosso planeta, as constelações formariam “desenhos” bem diferentes, se é que formariam algum desenho. São arbitrariedades, e mais do que apenas arbitrariedades espaciais, são também temporais, enquanto nosso planeta e as próprias estrelas movimentam-se em velocidades e direções diferentes. Há alguns séculos as constelações tinham uma aparência sutilmente diferente, e um exemplo é a Ursa Maior.
Acima, como a constelação deveria aparecer aos primeiros seres humanos, como ela surge hoje para nós, e abaixo como deve aparecer para qualquer criatura sobre o planeta daqui a mais 100.000 anos (imagem via Cornell). Você pode brincar com essa mudança nas constelações com o Stellarium.
Ao contrário de astrólogos e mesmo alguns relatos de supostos extraterrestres – que diriam, por exemplo, que vêm da “Constelação de Órion” ou das Plêiades, o que deve ficar claro agora que não faz muito sentido como informação de localização –, os astrônomos levaram em conta tais descobertas e conhecimentos, e assim a definição astronômica moderna de constelação se refere à área da esfera celeste, apontando uma direção, comumente a que coincide com o “desenho” visto no céu pelos antigos, o que permite considerar a definição tradicional com a precisão do conhecimento atualizado.
Pronto, agora você tem uma boa desculpa educativa para gastar alguns minutos resolvendo 64 desenhos de constelações fictícias e relaxar…
[Quer mais astronomia e ainda física em um joguinho agradável? Brinque de Deus – ou Velikovsky com Orbitrunner.]
O Corpo como Máquina
Ou mais do que uma única máquina: o corpo humano como uma indústria, completa com inúmeros sistemas de controle, produção e… operários! Você com certeza já deve ter visto alguma ilustração gráfica utilizando a metáfora de máquinas e linhas de produção para explicar como nosso corpo funciona, e a animação acima, obra do artista alemão Henning Lederer deve ser a primeira versão animada em detalhes, com um toque especial.
No “entrelaçamento entre ciência, cultura, arte e tecnologia”, Lederer rendeu uma homenagem animando o pôster original de Fritz Kahn, “O Homem como um Palácio Industrial”, criado em 1927. Há quase um século, Kahn é a inspiração, senão a fonte direta, para todos os gráficos de homens gigantes com maquinário industrial que conhecemos. Você pode ver a ilustração original clicando na imagem abaixo.
Kahn, médico berlinense, foi o escritor e ilustrador que popularizou ciência e em particular, descobertas das ciências médicas e biológicas através de livros maravilhosamente ilustrados, indo muito além de simplesmente reduzir a complexidade de sistemas biológicos ao que hoje podem parecer antiquados mecanismos. O caminho inverso também se aplicava, em uma época de extrema confiança no progresso tecnológico Kahn mostrava como diversas estruturas orgânicas incorporavam soluções de engenharia das mais sofisticadas.
Ao que ainda veja este tipo de ilustração como “reducionista” ou “cartesiana”, deve ser curioso notar que esta arte tenha sido produzida na Alemanha no período entre-guerras. Ainda mais que Fritz Kahn fosse judeu. Seus livros foram banidos e queimados, e o médico, autor e artista fugiu até se abrigar nos EUA, com ajuda de Albert Einstein, em 1941. Inevitável que se associe a visão do corpo humano como máquina aos terrores da máquina genocida do nazismo.
Ao que relembro que Kahn era judeu. E médico. A metáfora do corpo humano como indústria não deve ser banida como um terror nazista. É valiosa justamente por seu entendimento simplificado e intuitivo, e os trabalhos originais de Kahn são de uma beleza incrível. Podem ser adoravelmente antiquados, com rádios-galena e linhas de produção que hoje mesmo poucas indústrias ainda possuem, mas não é que com um pouco de animação por computador até o original de 1927 não se torna divertido e novo para as crianças de hoje?
Descartar os trabalhos de Kahn, isso sim é obra de Hitler. [via Nerdcore]
Como andar de bicicleta? Uma bicicleta com rodinhas… dentro da roda
Algum dia a próxima geração poderá rir de nossas histórias de como aprendemos a andar de bicicleta, com rodinhas e arranhões. Este não é um informecial, ou mesmo um post pago, mas a Gyrowheel parece uma idéia simples e fabulosa.
Incorporando uma roda dentro de outra roda de bicicleta padrão aro 12, a roda interna gira movida por um motor e bateria – todos embutidos – e então… mágica, ou melhor, física! O conjunto passa a estabilizar a bicicleta, facilitando com que a criança aprenda a andar com duas rodas sem depender das rodinhas, dominando a bicicleta muito mais naturalmente até não precisar mais do auxílio tecnológico. Confira o vídeo acima para ver bicicletas andando sozinhas.
O que faz a Gyrowheel estabilizar a bicicleta, ou mesmo andar sozinha sem cair por um bom trajeto, é o efeito giroscópico, o mesmo que faz o pião manter-se estável mas… que não é a explicação para que andemos de bicicleta!
Ao contrário do que muitos materiais didáticos afirmam, o efeito giroscópico criado pelas rodas de uma bicicleta comum é quase desprezível e não explica a bicicleta. As rodas não são tão pesadas e bicicletas não andam tão rápido. Muitas demonstrações didáticas do efeito giroscópico utilizando rodas de bicicleta talvez contribuam para a noção, que no entanto já foi refutada com experimentos incluindo a idéia engenhosa do professor David Jones em 1970 (PDF) de incluir uma roda que gire em sentido contrário, anulando assim os efeitos giroscópicos… mas ainda permitindo que se ande de bicicleta!
Na imagem acima, o doutor Hugh Hunt da Universidade de Cambridge anda em sua bicicleta equipada com o anulador de efeito giroscópico, conhecido também como “roda verde sem contato com o chão girando no sentido contrário”. Duas rodas girando em sentidos contrários anulam o efeito giroscópico uma da outra. E mesmo sem ele, não há nenhuma diferença notável em conduzir a bicicleta.
A primeira parte do segredo para não cairmos está na verdade em outro fenômeno comumente mal interpretado, a força centrífuga. Quando você sente que vai cair para a esquerda, você gira o guidão para o mesmo lado, começando assim a fazer uma curva para esquerda. Assim, aproveita instintivamente sua velocidade, seu momento, para jogá-lo pela força centrífuga na direção contrária. É assim que, girando o guidão para onde está caindo, evita cair! Puristas físicos, por favor, perdoem os erros conceituais nesta explicação (e os corrijam nos comentários!).
Há muito mais efeitos em ação no simples fato de andar de bicicleta, e fiquei surpreso com a quantidade, certa polêmica e como estudos importantes da dinâmica de bicicletas sejam tão novos quanto “A Estabilidade de Bicicletas” (PDF), de Lowell e McKell, publicado em 1982, onde modelam matematicamente os experimentos de Jones, mostrando como o efeito centrífugo descrito acima é utilizado em nossas bicicletas graças ao “caster”, o ângulo entre o eixo do guidão e o ponto de contato da roda dianteira com o chão.
Seus modelos da estabilidade indicam que esta é de fato a segunda, e principal parte do segredo para andar de bicicletas. Já se perguntou por que o garfo dianteiro das bicicletas é inclinado para frente? É o ângulo de caster, que faz justamente com que a roda vire na direção em que a bicicleta está caindo, garantindo que o “efeito centrífugo” funcione mesmo sem um condutor! Nunca imaginei que aquele ângulo pudesse ser o principal fator para a estabilidade de uma bike, permitindo que andemos mesmo “sem as mãos”.
Aliás, sem um condutor, sozinha, a bicicleta também consegue andar um tanto. Como? Ela se torna muito mais leve, com um centro de gravidade muito mais baixo, e isso faz com que efeitos giroscópicos se tornem relevantes, somando-se também ao caster. Efeitos giroscópicos também podem ser relevantes em outras situações, principalmente em motocicletas a maiores velocidades, e se a esta altura você já está confuso com todos os efeitos em ação, leve para a casa a idéia de que o efeito giroscópico não é o que nos permite andar sobre duas rodas, e sim a foça centrífuga que aproveitamos mexendo no guidão enquanto andamos, e não se aborreça muito com o resto da complicação. Rigorosamente, ainda não há um entendimento científico pleno e consensual sobre como andamos de bicicleta!
É notável que em pouco mais de um século tenhamos refinado na prática, antes de compreendê-la na teoria, esta pequena grande maravilha tecnológica a ponto de que em sua simplicidade, a bicicleta esconda uma série de efeitos e fenômenos dinâmicos e complexos… que mesmo uma criança pode controlar intuitivamente!
Assim, ao ensinar seus filhos a andar de bicicleta, não confie no efeito giroscópico: para que ele fosse significante você provavelmente teria que empurrar a bicicleta a dezenas de km/h. Deixe que ela aprenda intuitivamente, sentindo a tendência natural da bicicleta a virar o guidão no sentido da queda, para que a força centrífuga deixe tudo nos eixos novamente.
Ou confie no efeito giroscópico em uma bugiganga de certa tecnologia, que é a Gyrowheel. E não, você não ouviu o barulho de moedas caindo por aqui porque como repito este não é um post pago, só calhou de ser um texto inesperadamente longo a partir de uma quinquilharia curiosa relacionada com a inesperada complexidade física de andar de bicicleta. Foi uma surpresa para mim ao menos. Há uma lista completa de referências sobre a dinâmica de bicicletas aqui.
O efeito giroscópico é fascinante em si mesmo, tão fascinante que já chegou a ser confundido, e mesmo promovido, como anti-gravidade! Mas esta já é outra história. [via Neatorama, HypeScience, imagem final sxc.hu]
Referências
- Jones, D. (2006). From the Archives: The Stability of the Bicycle Physics Today, 59 (9) DOI: 10.1063/1.2364246
- Lowell, J. (1982). The stability of bicycles American Journal of Physics, 50 (12) DOI: 10.1119/1.12893
They Might Be Giants – Science is Real
Música, letra e clipe bacanas, da banda They Might be Giants, com arte de Andy Kennedy e David Cowles (versão em alta resolução aqui). É o primeiro single do álbum de músicas apresentando ciência para crianças, Here Comes Science! Mais clipes na continuação
Um Novo CeticismoAberto
Preciso me desculpar com os leitores pela ausência de novos posts nas últimas semanas, mas eu posso explicar! Estive dedicado à reformulação de um projeto paralelo e convido todos a conferir o novo CeticismoAberto.
Há muito material, desde curiosidades científicas até uma série de artigos mais detalhados analisando de forma crítica as alegações do paranormal. Você pode ter ouvido falar que a idéia de “Deuses Astronautas” não se sustenta, mas caso se interesse também por arqueologia, astronomia e antropologia, que tal conhecer em detalhes como o mapa de Piri Reis não foi criado por imagens de satélites ou a tribo Dogon não conhecia anões brancas, em um caso comentado por Carl Sagan, que, surpresa, ao final errou em sua explicação sugerida?
O novo CeticismoAberto foi lançado como um “beta”, e ainda há vários detalhes a corrigir – incluindo uma lentidão no site – bem como há pretensões ainda maiores, como a formalização da iniciativa como uma associação educacional promovendo a ciência e o pensamento crítico. Se você aprecia o 100nexos, ele é de certa forma uma extensão do trabalho que iniciei há oito anos lá no CA. Que tal envolver-se e participar de tudo isto?
Agora que a fase mais trabalhosa na reformulação do CA já foi encaminhada, voltamos à programação normal no 100nexos!
Greatest Hits: Mitosis y Meiosis
“Vídeos didáticos para ensino e aprendizagem de biologia mediante tecnologias de informação”, oferecidos pelo professor Tomas Perez da Venezuela.
Não esqueça também da meiose!
“Ai, ai, aaaaai, la mitosis…!”
Curso gratuito do Observatório Nacional
O Observatório Nacional abriu inscrições para o curso a distância de Astrofísica do Sistema Solar. Completamente gratuito, realizado online e com duração até agosto de 2010 (carga horária de 120 horas), o curso ainda fornece um certificado àqueles que o completarem com nota mínima 7,0.
Clique para maiores informações e inscreva-se! [dica do RicBit]
Uma questão de escala
Ainda outro vídeo ilustrando a escala de grandes corpos celestes. Clique para conferir a versão em alta definição no Youtube. Ao final, para fornecer uma noção intuitiva do tamanho da maior estrela conhecida, menciona-se que a bordo de um avião a 900km/h, levaria apenas 1.100 anos para completar uma única volta em seu equador.
Nenhuma das religiões jamais sonhou com escalas tão vastas para o Universo. Algumas, como certas tradições principalmente orientais, chegaram sabiamente a sugerir números vastos para o cosmo em que vivemos, sem no entanto desconfiar que mesmo suas lendas mais selvagens eram pequenas frente à realidade. Outros cultos se atreveram à visão, que agora nos deve parecer absurda, de que estávamos no centro de um Universo de dimensões incrivelmente comezinhas, proporcionais à visão daqueles que imaginaram tal cosmo – e o atribuíram, claro, à revelação divina. Mesmo o nosso Sol, uma estrela mediana que vemos diariamente, já é muito maior do que o tamanho do Universo que esse suposto “deus” teria revelado aos antigos.
Longe da revelação, é surpreendentemente o conhecimento, objetivo, verificável e independente de simples fé que nos apresenta um Universo infinito, povoado por corpos de dimensões e escalas para as quais mal temos nomes, de fato, para as quais precisamos inventar nomes.
“A verdade não tem que ser aceita com fé. Os cientistas não seguram suas mãos todo domingo, cantando: Sim, a gravidade é real! Eu vou ter fé! Eu devo ser forte! Amém!” –Dan Barker
[Bad Astronomy, 3QD]
Não há conhecimento isolado: qualquer informação só é relevante no contexto de outras. E nada melhor para explorar esta teia de infinitos nexos do que um blog na rede.
Em 100nexos, este autor, 
