A CAUSALIDADE FICA DE PERNAS PARA O AR
Porém com os tachyons viajando mais rápido que a luz, a ordem já não é respeitada. Vamos examinar como isso acontece.
Imagine uma arma estacionária atirando não balas comuns mas tachyons viajando com o dobro da velocidade da luz. Imagine também Jules viajando na sua espaçonave na mesma direção dos tachyons. Sendo feito de matéria comum, o astronauta pode somente se mover com velocidade mais baixa que a luz. Assuma que ele está viajado, digamos, com 80 por cento da velocidade da luz. Sob tais condições, o astronauta veria o alvo se desintegrar antes do tachyon-bala deixar o cano da arma. A causalidade seria invertida. De fato, ele realmente veria tachyons emergirem do alvo estilhaçado e voltarem ao cano da arma, como um filme rodado para trás.
Contudo, a analogia não é inteiramente correta. Num filme, a seqüência de eventos é invertida porque o carretel do filme roda para trás – em outras palavras, porque você inverteu a flecha do tempo. Não há tal truque com a arma de tachyons. O tempo continua a se mover para frente de um modo normal. O passado se desvanece para ser substituído pelo presente, e o futuro ainda está por vir. Se o efeito vem antes da causa neste caso particular, é somente porque os tachyons viajam mais rápido que a luz. De fato, o astronauta veria os tachyons-armas talhar através do espaço vindo do alvo em direção a arma duas vezes mais rápido que a luz, ao passo que ele próprio está viajando apenas mais rápido que a metade da velocidade da luz. O intervalo entre o instante que o alvo é implodido e o tempo que o tachyon-bala reentra o cano da arma diminuiria se o astronauta chegasse próximo à metade da velocidade da luz. A exatamente 50 por cento da marca, o astronauta veria os tachyons-armas irem instantaneamente do alvo à arma, como se eles tivessem velocidade infinita. Somente após ele baixar para menos da metade da velocidade da luz ele veria a causalidade restaurada. Somente então a ordem dos eventos retornaria ao normal, e o alvo uma vez mais será estilhaçado após os tachyons-armas deixarem a arma.
quarta-feira, 23 de janeiro de 2008
sábado, 19 de janeiro de 2008
MAIS RÁPIDO QUE A LUZ?
Uma conseqüência importante do fato de que a velocidade da luz é constante é que nenhum objeto material pode se mover mais rápido que a luz. Se qualquer objeto pudesse acelerar de um sereno passo ordinário a uma precipitada velocidade maior do que a da luz, poderia superar um raio de luz a sua frente, ultrapassá-lo e deixá-lo no seu rastro. A aparente velocidade da luz para alguém que estivesse nesse objeto iria decrescer, ir a zero, e eventualmente aumentar na direção negativa; isso seria uma flagrante violação dos resultados experimentais, que exige que qualquer observador deve sempre observar a mesma velocidade da luz, não importa a situação. Por isso a teoria da relatividade proíbe qualquer coisa que cruze a barreira da velocidade da luz. Indo de baixo para cima de 300.000 km/s não é permitido. Realmente, ao contrário do que é ás vezes erroneamente dito, a teoria da relatividade não elimina a existência de partículas ou objetos que caminhem mais rápido que a luz. O que é proibido é cruzar a barreira da velocidade da luz O interdito se aplica a ambas direções. Não é mais permitido ir de uma velocidade mais baixa do que a da luz a uma que seja mais alta. Os físicos de fato deram uma nome para designar partículas que caminham mais rápidas do que a luz; ele as apelidaram “tachyons,” que significa “rápido” em grego.
Até agora, os tachyons existem somente na imaginação fértil dos pesquisadores. E é até bom, porque a existência de tais partículas causaria muitos paradoxos em física. Viajando mais rápido que a luz levaria você para o passado, o que violaria o princípio da causalidade. Estamos acostumados a ver as causas ocorrerem antes dos efeitos, as ações precederem seus resultados. Um ovo quebra porque batemos de leve em sua casca. Uma folha se solta duma árvore porque o vento sopra em rajadas. Um prego penetra a madeira de uma cadeira porque batemos nele com um martelo. Um alvo se estilhaça porque miramos nele. Eu vim ao mundo porque minha avó deu origem a meu pai, que por sua vez me concebeu. Se a relatividade deixasse o tempo arbitrário de lado e desse a cada um de nós nosso próprio tempo individual, uma pergunta viria inevitavelmente ao espírito: Pode também ele rearranjar a ordem dos eventos, fazendo que o efeito venha antes da causa, forçar o prego a entrar antes que ele seja batido pelo martelo, ou me permitir nascer antes de meu avô? Felizmente, para nosso bem estar psicológico, a relatividade não pode alterar a ordem dos eventos quando se trata de objetos que caminham abaixo da velocidade da luz. Em nosso mundo, o alvo é sempre estilhaçado após a bala ter deixado a espingarda, nunca ao contrário. Mais precisamente, o tempo relativístico é elástico, e o intervalo de tempo que separa o momento que a bala emerge da arma e aquele quando ela atinge o alvo varia com a velocidade do observador e com a intensidade do campo gravitacional no qual ele está. Mas a causa sempre precede o efeito.
Uma conseqüência importante do fato de que a velocidade da luz é constante é que nenhum objeto material pode se mover mais rápido que a luz. Se qualquer objeto pudesse acelerar de um sereno passo ordinário a uma precipitada velocidade maior do que a da luz, poderia superar um raio de luz a sua frente, ultrapassá-lo e deixá-lo no seu rastro. A aparente velocidade da luz para alguém que estivesse nesse objeto iria decrescer, ir a zero, e eventualmente aumentar na direção negativa; isso seria uma flagrante violação dos resultados experimentais, que exige que qualquer observador deve sempre observar a mesma velocidade da luz, não importa a situação. Por isso a teoria da relatividade proíbe qualquer coisa que cruze a barreira da velocidade da luz. Indo de baixo para cima de 300.000 km/s não é permitido. Realmente, ao contrário do que é ás vezes erroneamente dito, a teoria da relatividade não elimina a existência de partículas ou objetos que caminhem mais rápido que a luz. O que é proibido é cruzar a barreira da velocidade da luz O interdito se aplica a ambas direções. Não é mais permitido ir de uma velocidade mais baixa do que a da luz a uma que seja mais alta. Os físicos de fato deram uma nome para designar partículas que caminham mais rápidas do que a luz; ele as apelidaram “tachyons,” que significa “rápido” em grego.
Até agora, os tachyons existem somente na imaginação fértil dos pesquisadores. E é até bom, porque a existência de tais partículas causaria muitos paradoxos em física. Viajando mais rápido que a luz levaria você para o passado, o que violaria o princípio da causalidade. Estamos acostumados a ver as causas ocorrerem antes dos efeitos, as ações precederem seus resultados. Um ovo quebra porque batemos de leve em sua casca. Uma folha se solta duma árvore porque o vento sopra em rajadas. Um prego penetra a madeira de uma cadeira porque batemos nele com um martelo. Um alvo se estilhaça porque miramos nele. Eu vim ao mundo porque minha avó deu origem a meu pai, que por sua vez me concebeu. Se a relatividade deixasse o tempo arbitrário de lado e desse a cada um de nós nosso próprio tempo individual, uma pergunta viria inevitavelmente ao espírito: Pode também ele rearranjar a ordem dos eventos, fazendo que o efeito venha antes da causa, forçar o prego a entrar antes que ele seja batido pelo martelo, ou me permitir nascer antes de meu avô? Felizmente, para nosso bem estar psicológico, a relatividade não pode alterar a ordem dos eventos quando se trata de objetos que caminham abaixo da velocidade da luz. Em nosso mundo, o alvo é sempre estilhaçado após a bala ter deixado a espingarda, nunca ao contrário. Mais precisamente, o tempo relativístico é elástico, e o intervalo de tempo que separa o momento que a bala emerge da arma e aquele quando ela atinge o alvo varia com a velocidade do observador e com a intensidade do campo gravitacional no qual ele está. Mas a causa sempre precede o efeito.
quinta-feira, 17 de janeiro de 2008
O IMPONDERÁVEL ÉTER
A despeito do sucesso de Hertz e Marconi em transmitir ondas eletromagnéticas através do espaço com a velocidade da luz, uma questão continuou a incomodar os contemporâneos de Maxwell. Se os sinais de rádio se movem através do espaço à maneira das ondas na superfície do oceano, que fazia o papel do oceano para as ondas de luz de Maxwell? Que suporte material habilitavam estas ondas para caminhar? Maxwell acreditava que o campo eletromagnético existia por si mesmo, independentemente de qualquer substratum material, mas seus colegas não estavam convencidos. Eles inventaram uma espécie de fluído hipotético, imponderável e elástico, no qual as ondas de luz supostamente se propagavam. Eles lhe deram o nome de éter, devido ao termo que os Gregos tinham usado previamente para designar o sutil fluido que, de acordo com eles, enchia o espaço além da atmosfera da Terra.
Havia uma maneira simples de verificar a existência deste éter. A Terra não está parada. Antes, ela nos arrasta ao longo de sua órbita anual ao redor do Sol numa velocidade de 30 km/s, aproximadamente 0,01 por cento da velocidade da luz. Em virtude deste movimento, a velocidade da luz medida pelos físicos na Terra dependeria em princípio da direção de onde vinha a luz Quando a luz se aproximasse da Terra frontalmente, sua velocidade aparente deveria ser maior do que seu valor real. Ao contrário, numa direção oposta do movimento da terra, a luz teria que alcançar a Terra e sua velocidade deveria aparecer mais baixa. Albert Michelson (1852-1931) e Edward Morley (1838-1923), dois físicos Americanos, fizeram a experiência em 1887. Os resultados que eles conseguiram foram totalmente inesperados. A velocidade aparente da luz não parecia mudar uma insignificância, não importasse a direção da qual vinha. Ela permanecia notavelmente constante em 300.000 km/s. Este era um caso clássico de um experimento supostamente para confirmar um resultado previsto, o qual, em vez disso, se resultou completamente para contradizê-lo.
O resultado do experimento de Michelson-Morley podia ser entendido somente se fosse assumido que a Terra não se movia em relação ao éter, o que era patentemente absurdo. Sabia-se que a Terra se move ao redor do Sol, e não fazia qualquer sentido que o éter, supostamente enchendo todo o universo, fazia a mesma coisa e seguia exatamente o movimento da Terra, esta minúscula partícula de poeira perdida na imensidão do cosmos. O modelo de um éter enchendo todo o universo, como uma espécie de palco de teatro no qual o drama cósmico se desenrolava, estava num estado de crise. A solução do dilema veio de um obscuro empregado do escritório de patente na cidade de Berna, Suíça, que gastava seu tempo livre ponderando sobre problemas de física. Seu nome era Albert Einstein (1879-1955), e ele estava para sair do anonimato e tornar-se um verdadeiro mágico da física moderna.
A despeito do sucesso de Hertz e Marconi em transmitir ondas eletromagnéticas através do espaço com a velocidade da luz, uma questão continuou a incomodar os contemporâneos de Maxwell. Se os sinais de rádio se movem através do espaço à maneira das ondas na superfície do oceano, que fazia o papel do oceano para as ondas de luz de Maxwell? Que suporte material habilitavam estas ondas para caminhar? Maxwell acreditava que o campo eletromagnético existia por si mesmo, independentemente de qualquer substratum material, mas seus colegas não estavam convencidos. Eles inventaram uma espécie de fluído hipotético, imponderável e elástico, no qual as ondas de luz supostamente se propagavam. Eles lhe deram o nome de éter, devido ao termo que os Gregos tinham usado previamente para designar o sutil fluido que, de acordo com eles, enchia o espaço além da atmosfera da Terra.
Havia uma maneira simples de verificar a existência deste éter. A Terra não está parada. Antes, ela nos arrasta ao longo de sua órbita anual ao redor do Sol numa velocidade de 30 km/s, aproximadamente 0,01 por cento da velocidade da luz. Em virtude deste movimento, a velocidade da luz medida pelos físicos na Terra dependeria em princípio da direção de onde vinha a luz Quando a luz se aproximasse da Terra frontalmente, sua velocidade aparente deveria ser maior do que seu valor real. Ao contrário, numa direção oposta do movimento da terra, a luz teria que alcançar a Terra e sua velocidade deveria aparecer mais baixa. Albert Michelson (1852-1931) e Edward Morley (1838-1923), dois físicos Americanos, fizeram a experiência em 1887. Os resultados que eles conseguiram foram totalmente inesperados. A velocidade aparente da luz não parecia mudar uma insignificância, não importasse a direção da qual vinha. Ela permanecia notavelmente constante em 300.000 km/s. Este era um caso clássico de um experimento supostamente para confirmar um resultado previsto, o qual, em vez disso, se resultou completamente para contradizê-lo.
O resultado do experimento de Michelson-Morley podia ser entendido somente se fosse assumido que a Terra não se movia em relação ao éter, o que era patentemente absurdo. Sabia-se que a Terra se move ao redor do Sol, e não fazia qualquer sentido que o éter, supostamente enchendo todo o universo, fazia a mesma coisa e seguia exatamente o movimento da Terra, esta minúscula partícula de poeira perdida na imensidão do cosmos. O modelo de um éter enchendo todo o universo, como uma espécie de palco de teatro no qual o drama cósmico se desenrolava, estava num estado de crise. A solução do dilema veio de um obscuro empregado do escritório de patente na cidade de Berna, Suíça, que gastava seu tempo livre ponderando sobre problemas de física. Seu nome era Albert Einstein (1879-1955), e ele estava para sair do anonimato e tornar-se um verdadeiro mágico da física moderna.
sábado, 5 de janeiro de 2008
Mecânica Quântica e Vida
(Extraído de Chaos and Harmony, de Trinh Xuan Thuan, professor de Astronomia da University of Virginia-USA)
A mecânica Quântica é uma área onde somos forçados a abandonar a noção de localidade real. O “Experimento EPR” deixou claro que todas as partículas no universo têm uma conexão misteriosa, que todas elas fazem parte da mesma realidade global. Pode a não localidade da mecânica quântica nos ajudar a resolver o mistério da morfogênese? Mesmo que os seres vivos sejam entidades macroscópicas, eles são feitos de moléculas de DNA que são a priori sujeitas às leis da mecânica quântica. O físico Erwin Schrodinger (da famosa função de onda) demonstrou realmente que a mecânica quântica é essencial para a compreensão da estabilidade do código genético nas moléculas de DNA.
Mas existe uma enorme diferença entre se usar a mecânica quântica para estudar o comportamento de partículas elementares e fazer a mesma coisa com os seres vivos. Como Niels Bohr enfatizou corretamente, é impossível determinar o estado quântico de um sistema biológico sem matá-lo. O motivo é que a teoria quântica atribui um papel primordial ao observador. É ele que cria a realidade fazendo a observação. A fim de examinar a célula viva, tem que se interagir com ela, que inevitavelmente a perturbará e interfere com o mecanismo molecular que é essencial para manter a vida. Além disso, a mecânica quântica tem um caráter estatístico não bom para seres vivos. Ela descreve a realidade em termos de probabilidades, o que implica que só pode ser verificado ao se observar o comportamento de vários sistemas idênticos. Suponha que você deseja determinar a probabilidade de uma moeda lançada no ar cai cara ou coroa. Você é incapaz de predizer o resultado de qualquer dada jogada. Tudo o que você pode dizer é que ela tem 50 por cento de chance de aparecer cara ou igual probabilidade de aparecer coroa. Mas para verificar isso, você tem de lançar a moeda muitas vezes. Igualmente, a mecânica quântica exige a observação de muitas entidades que não diferem de uma pequena quantidade. Isto não tem nenhum problema para partículas elementares de um dado tipo, pois elas são todas idênticas. Mas é uma história bem diferente para seres vivos, os quais, como sabemos, são caracterizados por suas especificidades. Nenhum ser vivo é totalmente igual a um outro. Isto torna muito improvável que a mecânica quântica possa ser aplicada sem modificação ao fenômeno da vida.
Provavelmente seria necessário invocar um novo conjunto de princípios, específicos para a biologia, que complementariam as leis da mecânica quântica sem contradizê-las. Este ponto de vista foi expresso pelos principais criadores da teoria quântica. Niels Bohr, um deles, afirmou que, do mesmo modo que se descreve elétrons como partículas é complementar a descrevê-los como ondas, assim são as leis da biologia complementares às leis físicas quando se descreve a natureza. Igualmente, Schrodinger não excluiu a possibilidade de novas leis na biologia: “De tudo que aprendemos sobre a estrutura da matéria viva, devemos estar preparados para achá-las funcionando de um modo que não possa ser reduzida às leis ordinárias da física.” Mais recentemente, o físico Walter Elsasser propôs a idéia de “leis biotônicas”, as quais, segundo ele, atuariam de um modo holístico nos organismos vivos, e possuiriam uma estrutura lógica completamente diferente daquilo que estamos acostumados a ter. Elas se acrescentariam às leis familiares da física, mas não poderiam ser deduzidas delas. Todas estas idéias esperam ser provadas.
Assim as questões que nós nos perguntamos sobre o mundo vivo têm fracassado para encontrar uma resposta. Não sabemos como as células vivas se desenvolvem de embriões sem forma para a complexidade, riqueza, e diversidade das formas vivas que nos rodeiam. A “profunda contradição epistemológica” que Jacques Monod falava continua a nos perseguir. Entretanto, emerge uma conclusão: Não parece que os seres vivos possam ser explicados em termos reducionistas como um conjunto de partículas que interagem localmente. Um princípio organizador com um caráter holístico, atuando numa escala global sobre todo o organismo, parece ser um pré-requisito.
(Extraído de Chaos and Harmony, de Trinh Xuan Thuan, professor de Astronomia da University of Virginia-USA)
A mecânica Quântica é uma área onde somos forçados a abandonar a noção de localidade real. O “Experimento EPR” deixou claro que todas as partículas no universo têm uma conexão misteriosa, que todas elas fazem parte da mesma realidade global. Pode a não localidade da mecânica quântica nos ajudar a resolver o mistério da morfogênese? Mesmo que os seres vivos sejam entidades macroscópicas, eles são feitos de moléculas de DNA que são a priori sujeitas às leis da mecânica quântica. O físico Erwin Schrodinger (da famosa função de onda) demonstrou realmente que a mecânica quântica é essencial para a compreensão da estabilidade do código genético nas moléculas de DNA.
Mas existe uma enorme diferença entre se usar a mecânica quântica para estudar o comportamento de partículas elementares e fazer a mesma coisa com os seres vivos. Como Niels Bohr enfatizou corretamente, é impossível determinar o estado quântico de um sistema biológico sem matá-lo. O motivo é que a teoria quântica atribui um papel primordial ao observador. É ele que cria a realidade fazendo a observação. A fim de examinar a célula viva, tem que se interagir com ela, que inevitavelmente a perturbará e interfere com o mecanismo molecular que é essencial para manter a vida. Além disso, a mecânica quântica tem um caráter estatístico não bom para seres vivos. Ela descreve a realidade em termos de probabilidades, o que implica que só pode ser verificado ao se observar o comportamento de vários sistemas idênticos. Suponha que você deseja determinar a probabilidade de uma moeda lançada no ar cai cara ou coroa. Você é incapaz de predizer o resultado de qualquer dada jogada. Tudo o que você pode dizer é que ela tem 50 por cento de chance de aparecer cara ou igual probabilidade de aparecer coroa. Mas para verificar isso, você tem de lançar a moeda muitas vezes. Igualmente, a mecânica quântica exige a observação de muitas entidades que não diferem de uma pequena quantidade. Isto não tem nenhum problema para partículas elementares de um dado tipo, pois elas são todas idênticas. Mas é uma história bem diferente para seres vivos, os quais, como sabemos, são caracterizados por suas especificidades. Nenhum ser vivo é totalmente igual a um outro. Isto torna muito improvável que a mecânica quântica possa ser aplicada sem modificação ao fenômeno da vida.
Provavelmente seria necessário invocar um novo conjunto de princípios, específicos para a biologia, que complementariam as leis da mecânica quântica sem contradizê-las. Este ponto de vista foi expresso pelos principais criadores da teoria quântica. Niels Bohr, um deles, afirmou que, do mesmo modo que se descreve elétrons como partículas é complementar a descrevê-los como ondas, assim são as leis da biologia complementares às leis físicas quando se descreve a natureza. Igualmente, Schrodinger não excluiu a possibilidade de novas leis na biologia: “De tudo que aprendemos sobre a estrutura da matéria viva, devemos estar preparados para achá-las funcionando de um modo que não possa ser reduzida às leis ordinárias da física.” Mais recentemente, o físico Walter Elsasser propôs a idéia de “leis biotônicas”, as quais, segundo ele, atuariam de um modo holístico nos organismos vivos, e possuiriam uma estrutura lógica completamente diferente daquilo que estamos acostumados a ter. Elas se acrescentariam às leis familiares da física, mas não poderiam ser deduzidas delas. Todas estas idéias esperam ser provadas.
Assim as questões que nós nos perguntamos sobre o mundo vivo têm fracassado para encontrar uma resposta. Não sabemos como as células vivas se desenvolvem de embriões sem forma para a complexidade, riqueza, e diversidade das formas vivas que nos rodeiam. A “profunda contradição epistemológica” que Jacques Monod falava continua a nos perseguir. Entretanto, emerge uma conclusão: Não parece que os seres vivos possam ser explicados em termos reducionistas como um conjunto de partículas que interagem localmente. Um princípio organizador com um caráter holístico, atuando numa escala global sobre todo o organismo, parece ser um pré-requisito.
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