{"id":122,"date":"2009-01-02T20:04:56","date_gmt":"2009-01-02T23:04:56","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/universofisico\/2009\/01\/estudo-esclarece-constantes-fundamentais-da-fisica\/"},"modified":"2009-01-02T20:04:56","modified_gmt":"2009-01-02T23:04:56","slug":"estudo-esclarece-constantes-fundamentais-da-fisica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/universofisico\/2009\/01\/02\/estudo-esclarece-constantes-fundamentais-da-fisica\/","title":{"rendered":"Estudo esclarece “constantes fundamentais” da f\u00edsica"},"content":{"rendered":"

Aten\u00e7\u00e3o: os primeiros sete par\u00e1grafos deste post s\u00e3o pura ladainha. Se quiser, pule direto para o fil\u00e9, logo em seguida.<\/span><\/em><\/strong>
\nO historiador e fil\u00f3sofo da ci\u00eancia Robert Crease citou meu nome em sua coluna na edi\u00e7\u00e3o de dezembro da revista PhysicsWorld<\/a>. O motivo foi um email que enviei ao editor da Physics World em fevereiro do ano passado, chamando a aten\u00e7\u00e3o da revista para uma pesquisa brasileira que lidava com o assunto da coluna do Crease daquele m\u00eas<\/a>: as constantes fundamentais na matem\u00e1tica e na f\u00edsica s\u00e3o expressas da maneira mais eficiente poss\u00edvel? <\/span>
\nA cita\u00e7\u00e3o:
\n<\/span><\/p>\n

Meanwhile, Igor Zolnerkevic, a former physics graduate student and now a science writer in Brazil, observed that a maximally efficient theory only requires two dimensional constants. He cited a paper by George Matsas from the Universidade Estadual Paulista in Brazil and colleagues, entitled “The number of dimensional fundamental constants” (arXiv:0711.4276), which has implications for what a brutally efficient approach to constants would look like, and suggests that certain constants are more fundamental than others. LINK
\n<\/a><\/span><\/p><\/blockquote>\n

Traduzindo: Enquanto isso, Igor Zolnerkevic, um ex-estudante de p\u00f3s-gradua\u00e7\u00e3o em f\u00edsica e agora escritor de ci\u00eancia no Brasil, notou que uma teoria de efici\u00eancia m\u00e1xima requer apenas duas constantes dimensionais. Ele citou um artigo de Geoge Matsas da Universidade Estadual Paulista, no Brasil, e colegas, com o t\u00edtulo “O n\u00famero de constantes fundamentais dimensionais” (arXiv:0711.4276), que tem implica\u00e7\u00f5es sobre como seria uma abordagem brutalmente eficiente \u00e0s constantes, e sugere que certas constantes s\u00e3o mais fundamentais que outras. <\/em><\/span>
\nO Crease est\u00e1 certo sobre a “abordagem brutalmente eficiente”. O estudo dos brasileros<\/a>, por\u00e9m, n\u00e3o sugere que certas constantes sejam mais fundamentais que outras<\/strong>. De fato, a conclus\u00e3o deles foi a de que existe um n\u00famero m\u00ednimo de constantes (duas) e que algu\u00e9m pode reescrever as leis da f\u00edsica usando duas constantes independentes quaisquer. <\/span>
\nEssa importante sutileza tamb\u00e9m confundiu o jornalista Philip Ball, quando escreveu sobre essa pesquisa para o site da Nature, <\/span>em dezembro de 2007:<\/span><\/p>\n

How many physical constants does it take to describe the Universe? The answer, according to a team of physicists in Brazil, is just two.
\nThe two can be chosen, according to taste, from a list of three: the speed of light, the strength of gravity, and Planck’s constant, which relates the energy to the frequency of a particle of light, say George Matsas of the S\u00e3o Paulo State University and his colleagues.LINK(s\u00f3 para assinantes)<\/a>
\n<\/span><\/p><\/blockquote>\n

Traduzindo:\u00a0 Quantas constantes f\u00edsicas \u00e9 preciso para descrever o universo? A resposta, de acordo com uma equipe de f\u00edsicos no Brasil, \u00e9 apenas duas. As duas podem ser escolhidas, de acordo com o gosto, de uma lista de tr\u00eas: a velocidade da luz, a intensidade da for\u00e7a da gravidade e a cosntante de Planck, que relaciona a energia com a freq\u00fc\u00eancia de uma part\u00edcula de luz, dizem George Matsas da Univerisade Estadual Paulista e colegas. <\/em><\/span>
\nNa verdade, as duas constantes n\u00e3o precisam ser somente as tr\u00eas citadas pelo Ball<\/strong>. Podem ser duas constantes quaisquer, desde que sejam independentes, isto \u00e9, desde que a medida de uma n\u00e3o dependa da outra. <\/span>
\nNessa altura do texto, imagino que a maioria dos leitores esteja confusa e se perguntando sobre que raios estou falando. Espero que o artigo abaixo que escrevi originalmente para a revista Pesquisa Fapesp no come\u00e7o de 2008, mas que nunca foi publicado, esclare\u00e7a o assunto aos que tiveram paci\u00eancia de chegar at\u00e9 este par\u00e1grafo…<\/span><\/p>\n

* * *<\/p>\n

\n

A medida de todas as coisas<\/span><\/strong>
\n Estudo esclarece o papel das constantes fundamentais da f\u00edsica<\/em><\/span>
\nD\u00ea-me uma r\u00e9gua e um rel\u00f3gio, e eu descreverei a realidade. Esse poderia ser o lema da f\u00edsica moderna, concluiu uma equipe de te\u00f3ricos brasileiros ao tentar passar a limpo uma quest\u00e3o fundamental: quantos e quais s\u00e3o os n\u00fameros mais importantes das leis da f\u00edsica? Embora cada f\u00edsico pare\u00e7a ter uma resposta diferente a essa quest\u00e3o, e a controv\u00e9rsia esteja longe de ser resolvida, a equipe brasileira conseguiu colocar um pouco de ordem na casa, provando de maneira simples e direta que o n\u00famero m\u00ednimo de constantes fundamentais \u00e9 dois. <\/span>
\n“Nossa contribui\u00e7\u00e3o n\u00e3o foi trazer uma f\u00edsica nova, mas escrever a f\u00edsica padr\u00e3o da forma mais econ\u00f4mica poss\u00edvel, eliminando o desnecess\u00e1rio para enxergar mais longe”, diz George Matsas, do<\/span> Instituto de F\u00edsica Te\u00f3rica (IFT) da Unesp, um dos quatro autores do estudo. “Um pouco dessa controv\u00e9rsia vem da falta de consenso do que \u00e9 uma constante fundamental”, explica Matsas. <\/span>
\nOs f\u00edsicos usam n\u00fameros para descrever e tentar explicar o mundo. A maioria dos n\u00fameros que os f\u00edsicos usam, aparecem quando eles comparam alguma coisa com outra. \u00c9 como quando queremos mudar de casa e comparamos o tamanho das salas de estar e dos dormit\u00f3rios de v\u00e1rios im\u00f3veis anunciados no jornal; usamos um padr\u00e3o (metros quadrados) para comparar, ou melhor, para medir os im\u00f3veis. Assim, padr\u00f5es s\u00e3o necess\u00e1rios para medir quantidades; o atual padr\u00e3o de medida de tempo, por exemplo, \u00e9 quanto demora para um el\u00e9tron em um \u00e1tomo de C\u00e9sio transitar entre certos dois movimentos b\u00e1sicos; todas as unidades de tempo, como o segundo e o minuto, s\u00e3o definidas como m\u00faltiplos ou fra\u00e7\u00f5es deste padr\u00e3o. Os f\u00edsicos, por\u00e9m, n\u00e3o medem somente as coisas; eles constroem rela\u00e7\u00f5es matem\u00e1ticas entre quantidades de natureza diferente, como a equa\u00e7\u00e3o E = mc2<\/sup>, que relaciona a energia E, a massa m de um objeto e a velocidade da luz no v\u00e1cuo c. Certos n\u00fameros, como o valor de c que \u00e9 sempre o mesmo, aparecem freq\u00fcentemente multiplicando quantidades diferentes nas equa\u00e7\u00f5es da f\u00edsica. S\u00e3o esses n\u00fameros que, em geral, s\u00e3o chamados de constantes fundamentais.<\/span>
\nA opini\u00e3o mais comum atualmente \u00e9 a de que as constantes fundamentais s\u00e3o tr\u00eas–a velocidade da luz c, que \u00e9 o limite absoluto de velocidade para todos os corpos; a constante G, que expressa na lei da gravidade de Newton a intensidade da atra\u00e7\u00e3o entre duas massas; e a constante de Planck h, que relaciona a energia de uma part\u00edcula da luz com o seu comprimento de onda.<\/span>
\nAinda assim, perguntar em uma roda de f\u00edsicos se as constantes fundamentais s\u00e3o mesmo c, G, e h, pode gerar debates intermin\u00e1veis. Um famoso debate desses come\u00e7ou em 1992, na cafeteria do Cern (Organiza\u00e7\u00e3o Europ\u00e9ia para Pesquisa Nuclear), entre os f\u00edsicos Gabriele Veneziano, Lev Okun e Michael Duff, resultando em um artigo publicado em 2002<\/a>, em que Veneziano defendia que existem apenas duas, Okun acreditava nas tr\u00eas tradicionais e Duff dizia que n\u00e3o existem constantes fundamentais.<\/span>
\nO artigo foi mencionado em 2004, em um dos semin\u00e1rios<\/a> do grupo de pesquisa de Matsas, no IFT. “Achamos escandaloso que nessa altura do campeonato da ci\u00eancia ainda haja controv\u00e9rsia sobre quantas s\u00e3o as constantes fundamentais”, lembra Matsas. A partir da\u00ed, por tr\u00eas anos, os autores do estudo–Matsas e Vicente Pleitez, do IFT, Alberto Saa, do Instituto de F\u00edsica de Unicamp, e Daniel Vanzella, do Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos da USP–, junto com seus alunos e colaboradores, passaram de vez em quando a dedicar o semin\u00e1rio para discutir o assunto.<\/span>
\nEm um semin\u00e1rio em maio de 2005<\/a>, Matsas estava convencido de que a resposta definitiva seria dada somente por uma futura “teoria final”, que teria uma explica\u00e7\u00e3o para os valores de todas as propriedades do universo. A id\u00e9ia de que quanto mais sofisticada a teoria, menos constantes fundamentais ela tem, e que portanto a “teoria final” teria o n\u00famero m\u00ednimo poss\u00edvel de constantes, \u00e9 defendida atualmente pelo pr\u00eamio Nobel de f\u00edsica de 2004, Frank Wilczek. “Quanto mais leis voc\u00ea assume, menos constantes independentes voc\u00ea precisa”, explica Wilczek.<\/span>
\nTodavia, Matsas e seus colegas logo perceberam que n\u00e3o precisavam esperar pela teoria final para obter uma resposta. Eles come\u00e7aram a imaginar um laborat\u00f3rio ideal com todos os instrumentos necess\u00e1rios para<\/span> verificar todas as leis f\u00edsicas que conhe\u00e7emos. Eles perceberam que os cientistas desse laborat\u00f3rio imagin\u00e1rio precisariam definir apenas dois padr\u00f5es de medida, usando duas propriedades constantes e independentes, para realizarem as medidas de todas as demais propriedades, tais como massa, corrente el\u00e9trica e temperatura. Isso porque, em \u00faltima inst\u00e2ncia, tudo o que se mede s\u00e3o comprimentos e intervalos de tempo. <\/span>
\n“Mas, e a massa?”, algu\u00e9m que se lembre de aprender na escola sobre o sistema MKS (metro, kilograma, segundo) pode perguntar. “A maneira mais direta de medir massa \u00e9 pelo experimento de Cavendish”, exemplifica Matsas. Esse experimento, desenvolvido por Henry Cavendish, em 1798, mede a massa de um corpo registrando apenas dist\u00e2ncias e acelera\u00e7\u00e3o de movimentos. Poder\u00edamos, portanto, expressar massas por uma combina\u00e7\u00e3o de unidades de tempo e espa\u00e7o, em vez de usar kilogramas. O mesmo vale para todas as demais propriedades.<\/span>
\nOs pesquisadores deduziram que <\/span>a partir de dois padr\u00f5es fundamentais surgem necessariamente duas constantes fundamentais nas equa\u00e7\u00f5es. Todas as constantes al\u00e9m das duas s\u00e3o opcionais, definidas por mera conveni\u00eancia.<\/span>
\nUm ponto importante \u00e9 que a conclus\u00e3o deles pode ser refutada por um experimento cient\u00edfico. Se a medida de uma quantidade f\u00edsica n\u00e3o puder ser expressa em termos de dois padr\u00f5esindependentes, ent\u00e3o o m\u00ednimo de constantes fundamentais n\u00e3o poder\u00e1 ser duas.<\/span>
\n“Note tamb\u00e9m que n\u00e3o estamos dizendo quais constantes s\u00e3o mais fundamentais que as outras; n\u00e3o h\u00e1 um par preferencial”, ressalta Matsas. O estudo afirma apenas que, em princ\u00edpio, basta escolher quaisquer duas constantes independentes dentre todas a poss\u00edveis–c, G, h, carga do el\u00e9tron, etc.– para expressar todas as demais propriedades do universo em termos de combina\u00e7\u00f5es delas. Expressar, \u00e9 claro, n\u00e3o \u00e9 o mesmo que deduzir tudo o que existe; isso seria trabalho para uma teoria final.<\/span>
\nOs pesquisadores observam no estudo, entretanto, as vantagens conceituais de se eliminar G, ao redefinir a massa em termos de unidades de espa\u00e7o e tempo, ficando apenas com duas constantes fundamentais, c e h(G), esta \u00faltima nada mais sendo que h multiplicado por G. Essa escolha de constantes parece a mais natural para estudar como as part\u00edculas elementares s\u00e3o afetadas pela gravidade e vice-versa.<\/span>
\nFoi com prazer que a equipe de te\u00f3ricos verificou mais tarde que pesquisadores de outras disciplinas chegaram a conclus\u00f5es semelhantes. <\/span>
\nA filha de Saa, Ol\u00edvia, estudante de engenharia, escutando as conversas do pai com Matsas ao telefone, chamou a aten\u00e7\u00e3o dos dois para um resultado de 1914, do f\u00edsico Edgar Buckingham<\/a>, muito usado por engenheiros ao estudarem a estabilidade de suas m\u00e1quinas por meio de maquetes. Buckingham j\u00e1 pregava naquela \u00e9poca a necessidade de no m\u00ednimo dois padr\u00f5es fundamentais de medida.<\/span>
\nMais recentemente, metr\u00f3logos–f\u00edsicos que estudam a defini\u00e7\u00e3o de padr\u00f5es de medida–est\u00e3o conclu\u00edndo o mesmo. Entre outros, John Wignall, da Universidade de Melbourne, Austr\u00e1lia, defende que o padr\u00e3o de massa do Sistema Internacional de unidades seja substitu\u00eddo por uma defini\u00e7\u00e3o de massa em termos de unidades de tempo e comprimento<\/a>. “H\u00e1 possibilidade de que a massa venha a ser determinada atrav\u00e9s de oscila\u00e7\u00f5es de \u00edons aprisionados em armadilhas; determinada a massa at\u00f4mica, o kilograma seria apenas um m\u00faltiplo dela”, explica Vanderlei Bagnato, do Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos, da USP.<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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