sexta-feira, 23 de setembro de 2011
Podemos estar perto de uma grande descoberta...
http://noticias.uol.com.br/ultnot/cienciaesaude/ultimas-noticias/bbc/2011/09/23/descoberta-que-contradiz-teoria-de-einstein-intriga-cientistas.jhtm
domingo, 11 de setembro de 2011
Percepção->Linguagem->Filosofia->Física (parte 2)
No post passado, terminei com uma pergunta... qual seria a interação entre todos os corpos do universo proposta por Mach que daria origem a lei da inercia?
Ninguém sabe. Aliás, durante quase 1 século, ninguém nem se deu ao trabalho de procurar. Com o advento de uma teoria complexa chamada teoria quântica de campos (sobre a qual irei falar um pouco aqui um dia), a hipótese de Mach de eliminar a metafísica da física em geral, e o movimento em relação ao espaço vazio em particular, pareceu fora de foco. O nobel Steven Weinberg, um dos maiores téoricos contemporâneos, chegou dizer que se filosofia positivista fosse levada a sério na ciência, sua geração de físico de partículas ficaria sem nada pra fazer. O fato é que fisica moderna se tornou tão complexa e matemática com o passar dos anos, e se distanciou tanto da nossa realidade intuitiva e palpavel, que se de fato as teorias que partem de conceitos um tanto metafísicos explicam com precisão fenômenos tão sutis, não haveria necessidade de preocupação. Mas nem sempre foi assim.
Um dos físicos que usou o positivismo de Mach como critério para teorias físicas viáveis foi ninguém menos que Albert Einstein. E o produto de sua abordagem foi a teoria mais bonita da historia, a relatividade geral.
Einstein tinha uma forte inclinação a concordar com Mach que todo movimento de um corpo era em sua essência, sempre relativo a outro. Por exemplo, se você olhar para o céu a noite para ver as estrelas e começar a rodopiar, vai sentir um o sangue correndo para as mãos enquanto elas exibem uma tendência de subir. Essa é a força centrífuga. E o que aconteceria se você simplesmente olhasse as estrelas e elas começassem a girar? Será que a força centrífuga também apareceria? Não há como notar nenhum diferença entre essa situação e a anterior, porque o movimento relativo entre você e as estrelas é o mesmo. Estamos supondo por simplicidade aqui que não há outro movimento de outro corpo que possa dar uma pista nesse problema.
Se as leis da fisica devem dar resultados iguais para condições iguais, então sim, aprentemente a força centrifuga deveria aparecer! O fato é que se há algo de diferente nas duas condições descritas, elas não podem ser observadas! Se há um continuum invisivel que tudo permeia (que convencionou-se chamar de espaço vazio), nenhum experimento jamais o detectou ( um experimento como esse inclusive foi crucial para o advento da relatividade especial). Não seria o movimento de rotação em relação ao espaço vazio, e sim o movimento relativo entre você e os outros corpos do universo que provocaria a força centrífuga? Por que se dar o trabalho de criar o conceito de espaço absoluto afinal? Entra então o velho debate filosófico do post anterior. Será que o movimento do pêndulo no carro devido a aceleração é devido a aceleração em relação ao espaço absoluto vazio ou a uma interação gerada a partir de movimentos relativos entre os corpos? Para o positivismo, fazer fisica baseando-se em conceitos que não podem ser observados ou medidos não passa um belo trabalho da imaginação.
Infelizmente não podemos fazer todas as estrelas começarem a girar para ver o que acontece...
Ao formular a teoria da relatividade geral, Einstein tenta implementar o caráter não físico do espaço ( ou seja, dar importância somente a distâncias, velocidades e acelerações relativas) de um modo indireto. O método mais direto seria usar equações que envolvessem somente relações entre dois corpos. Ao invés de substituir posições absolutas em todas as equações por posições relativas, ele prefere seguir um outro caminho. Vamos imaginar novamente os pêndulos do post passado:
A aceleração que o carro tem em relação ao chão faz o pêndulo acusar uma aceleração dentro do carro. O observador de fora tem um pendulo na posição vertical. Portanto o passageiro sabe que está acelerando, e que não é todo o chão que acelera na direção contrária. Porém se a velocidade do carro em relação ao chão fosse constante, o passageiro não saberia dizer quem tinha movimento, ele ou o chão. A situação seria totalmente simetrica, as leis da fisica seriam as mesmas e não haveriam forças fictícias para resolver o mistério.
Porém, e se o movimento de aceleração fosse devido à.... gravidade? Há uma grande diferença aqui. Lembre que a força de gravidade entre dois corpos é dada por:
E qual a lei de movimento para as massa 1 e 2? F1=(m1)a1=G(m1)(m2)/r² -> a1=G(m2)/r²
A aceleração de queda da massa 1 num campo gravitacional não depende da massa 1! É exatamente por isso que todos os corpos caem a mesma velocide no campo gravitacional da Terra! Se o carro do exemplo anterior estivesse caindo num campo gravitacional, tudo dentro dele estaria acelerando com o mesmo valor. Portanto o pêndulo não acusaria nenhuma força fictícia... não haveria como um passageiro desse carro distinguir esse movimento do repouso! A aceleração gravitacional, diferentemente das outras não é detectável!!
Isso não passava de uma coincidência misteriosa para Newton. Mas para Einstein não, e aqui entra um pouco do espírito positivista. Dentro do carro que está caindo não existem forças fictícias (desvios da lei de inércia, deflexões de pêndulos)... a lei da inércia vale perfeitamente como se o carro estivesse em repouso. A idéia de Einstein foi a seguinte: se não é possível distinguir o movimento de queda livre de um movimento inercial, então o movimento de queda livre é inercial! É de uma idéia tão simples que nascem resultados tão incríveis.
Se o movimento de queda num campo gravitacional não é acelerado, há alguns fatos que temos que explicar. Como a Terra orbita o Sol sem acelerar? Movimentos circulares sempre tem uma componente de aceleração centrípeta. Einstein sugeriu que a Terra está percorrendo uma ''linha reta'' com velocidade constante no espaço (o movimento é inercial) mas que o próprio espaço próximo ao Sol é curvo! As massas do universo curvam o espaço-tempo de modo que o movimento final que observamos é o correto. A gravidade não é uma força e sim a curvatura do espaço-tempo!
A geometria do espaço-tempo é alterada devido a presenca de massas-energia. Essa teoria se mostrou formidável. Previu buracos negros, a expansão do universo e mais muitas coisas... saber que tudo isso deriva de um princípio tão simples é assustador e a maioria dos físicos vê essa simplicidade como um milagre... Ao permitir que o espaço-tempo seja curvo, a relatividade faz a física ser igual para todos os observadores, estejam eles acelerados ou não. Esse é o princípio da covariância geral. Não vou escrever muito sobre a relatividade aqui, mas o google tem tudo pra quem quiser conhecê-la em detalhes.
Einstein escolheu motivar sua teoria através de um pensmento filosófico coerente e beleza. Será que o fato dela funcionar é mesmo um milagre? E por que o positivismo foi esquecido? O mais interessante ainda está por vir.
Ninguém sabe. Aliás, durante quase 1 século, ninguém nem se deu ao trabalho de procurar. Com o advento de uma teoria complexa chamada teoria quântica de campos (sobre a qual irei falar um pouco aqui um dia), a hipótese de Mach de eliminar a metafísica da física em geral, e o movimento em relação ao espaço vazio em particular, pareceu fora de foco. O nobel Steven Weinberg, um dos maiores téoricos contemporâneos, chegou dizer que se filosofia positivista fosse levada a sério na ciência, sua geração de físico de partículas ficaria sem nada pra fazer. O fato é que fisica moderna se tornou tão complexa e matemática com o passar dos anos, e se distanciou tanto da nossa realidade intuitiva e palpavel, que se de fato as teorias que partem de conceitos um tanto metafísicos explicam com precisão fenômenos tão sutis, não haveria necessidade de preocupação. Mas nem sempre foi assim.
Um dos físicos que usou o positivismo de Mach como critério para teorias físicas viáveis foi ninguém menos que Albert Einstein. E o produto de sua abordagem foi a teoria mais bonita da historia, a relatividade geral.
Einstein tinha uma forte inclinação a concordar com Mach que todo movimento de um corpo era em sua essência, sempre relativo a outro. Por exemplo, se você olhar para o céu a noite para ver as estrelas e começar a rodopiar, vai sentir um o sangue correndo para as mãos enquanto elas exibem uma tendência de subir. Essa é a força centrífuga. E o que aconteceria se você simplesmente olhasse as estrelas e elas começassem a girar? Será que a força centrífuga também apareceria? Não há como notar nenhum diferença entre essa situação e a anterior, porque o movimento relativo entre você e as estrelas é o mesmo. Estamos supondo por simplicidade aqui que não há outro movimento de outro corpo que possa dar uma pista nesse problema.
Se as leis da fisica devem dar resultados iguais para condições iguais, então sim, aprentemente a força centrifuga deveria aparecer! O fato é que se há algo de diferente nas duas condições descritas, elas não podem ser observadas! Se há um continuum invisivel que tudo permeia (que convencionou-se chamar de espaço vazio), nenhum experimento jamais o detectou ( um experimento como esse inclusive foi crucial para o advento da relatividade especial). Não seria o movimento de rotação em relação ao espaço vazio, e sim o movimento relativo entre você e os outros corpos do universo que provocaria a força centrífuga? Por que se dar o trabalho de criar o conceito de espaço absoluto afinal? Entra então o velho debate filosófico do post anterior. Será que o movimento do pêndulo no carro devido a aceleração é devido a aceleração em relação ao espaço absoluto vazio ou a uma interação gerada a partir de movimentos relativos entre os corpos? Para o positivismo, fazer fisica baseando-se em conceitos que não podem ser observados ou medidos não passa um belo trabalho da imaginação.
Infelizmente não podemos fazer todas as estrelas começarem a girar para ver o que acontece...
Ao formular a teoria da relatividade geral, Einstein tenta implementar o caráter não físico do espaço ( ou seja, dar importância somente a distâncias, velocidades e acelerações relativas) de um modo indireto. O método mais direto seria usar equações que envolvessem somente relações entre dois corpos. Ao invés de substituir posições absolutas em todas as equações por posições relativas, ele prefere seguir um outro caminho. Vamos imaginar novamente os pêndulos do post passado:
A aceleração que o carro tem em relação ao chão faz o pêndulo acusar uma aceleração dentro do carro. O observador de fora tem um pendulo na posição vertical. Portanto o passageiro sabe que está acelerando, e que não é todo o chão que acelera na direção contrária. Porém se a velocidade do carro em relação ao chão fosse constante, o passageiro não saberia dizer quem tinha movimento, ele ou o chão. A situação seria totalmente simetrica, as leis da fisica seriam as mesmas e não haveriam forças fictícias para resolver o mistério.
Porém, e se o movimento de aceleração fosse devido à.... gravidade? Há uma grande diferença aqui. Lembre que a força de gravidade entre dois corpos é dada por:
E qual a lei de movimento para as massa 1 e 2? F1=(m1)a1=G(m1)(m2)/r² -> a1=G(m2)/r²
A aceleração de queda da massa 1 num campo gravitacional não depende da massa 1! É exatamente por isso que todos os corpos caem a mesma velocide no campo gravitacional da Terra! Se o carro do exemplo anterior estivesse caindo num campo gravitacional, tudo dentro dele estaria acelerando com o mesmo valor. Portanto o pêndulo não acusaria nenhuma força fictícia... não haveria como um passageiro desse carro distinguir esse movimento do repouso! A aceleração gravitacional, diferentemente das outras não é detectável!!
Isso não passava de uma coincidência misteriosa para Newton. Mas para Einstein não, e aqui entra um pouco do espírito positivista. Dentro do carro que está caindo não existem forças fictícias (desvios da lei de inércia, deflexões de pêndulos)... a lei da inércia vale perfeitamente como se o carro estivesse em repouso. A idéia de Einstein foi a seguinte: se não é possível distinguir o movimento de queda livre de um movimento inercial, então o movimento de queda livre é inercial! É de uma idéia tão simples que nascem resultados tão incríveis.
Se o movimento de queda num campo gravitacional não é acelerado, há alguns fatos que temos que explicar. Como a Terra orbita o Sol sem acelerar? Movimentos circulares sempre tem uma componente de aceleração centrípeta. Einstein sugeriu que a Terra está percorrendo uma ''linha reta'' com velocidade constante no espaço (o movimento é inercial) mas que o próprio espaço próximo ao Sol é curvo! As massas do universo curvam o espaço-tempo de modo que o movimento final que observamos é o correto. A gravidade não é uma força e sim a curvatura do espaço-tempo!
A geometria do espaço-tempo é alterada devido a presenca de massas-energia. Essa teoria se mostrou formidável. Previu buracos negros, a expansão do universo e mais muitas coisas... saber que tudo isso deriva de um princípio tão simples é assustador e a maioria dos físicos vê essa simplicidade como um milagre... Ao permitir que o espaço-tempo seja curvo, a relatividade faz a física ser igual para todos os observadores, estejam eles acelerados ou não. Esse é o princípio da covariância geral. Não vou escrever muito sobre a relatividade aqui, mas o google tem tudo pra quem quiser conhecê-la em detalhes.
Einstein escolheu motivar sua teoria através de um pensmento filosófico coerente e beleza. Será que o fato dela funcionar é mesmo um milagre? E por que o positivismo foi esquecido? O mais interessante ainda está por vir.
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