FOR THE TEXT IN ENGLISH, SEE IN ITALIC BELOW

 Se depender dos avanços consecutivos das pesquisas com materiais magnetocalóricos, estão contados os dias das geladeiras convencionais, envolvendo antiquados compressores. A nova tecnologia que desponta promete o uso de materiais magnetizáveis especiais que, ao serem desmagnetizados, teriam a mesma função refrigerante dos gases (freon ou outros substitutos) ao serem expandidos: À semelhança de um “gelo magnético” tais materiais absorvem calor de suas vizinhanças ao passarem do estado magneticamente ordenado -que no gelo real corresponde à ordem cristalina- para o estado magneticamente desordenado -que no gelo, corresponde a seu derretimento. Os materiais magnetocalóricos vêm sendo investigados há cerca de dez anos, desde que Pecharsky e Gschneidner (University of Ames-USA-1997) descobriram o Efeito Magnetocalorico Gigante no composto Gd5Ge2Si2. Esses estudos tiveram grande impulso quando o grupo brasileiro liderado por Sérgio Gama (Unicamp-2004) descobriu o Efeito Magnetocalórico Colossal no composto MnAs.

Em todos esses processos (magnético, gelo ou dos gases) o que produz o resfriamento do sistema é a passagem do sistema (magneto, gelo ou gás) de uma situação mais organizada (imã com átomos e elétrons alinhados, segundo uma orientação magnética específica - no caso magnético - ou moléculas da água ou do gás num estado de compressão tal que se assemelha ao de um vapor quase que condensado no estado líquido) para uma situação mais caótica (desmagnetização causada pela subita retirada de um campo magnético externo, fusão do gelo ou da rápida expansão do gás).

Para explicar melhor, vamos lembrar do que acontece com o jato de um tubo “spray”, quando liberamos rapidamente o líquido (ou quase-líquido) que se encontrava comprimido no interior do tubo: Quem já fez essa experiencia sabe que a brusca expansão do “líquido” para o meio ambiente -onde a pressão é menor que no interior do tubo- faz com que o jato saia “geladinho”. Para essa operação de desordenamento, os físicos utilizam o termo ENTROPIA, que se relaciona exatamente à DESORDEM: Nos três exemplos mencionados observa-se um aumento da ENTROPIA e essa transformação exige o consumo de energia da vizinhança (imediato ou após algum tempo). Este é o princípio em que os refrigeradores se baseiam para funcionar. No caso dos materiais com Efeito Magnetocalórico Colossal, observa-se uma dupla transformação: Magnética e estrutural, simultâneas o que faz com que a retirada de energia das vizinhanças seja ainda maior. É como se o gelo que resfria a bebida fundisse duas vezes.

—————– X ——————

The magnetocaloric materials are likely to be the next generation of  cryogenic materials, replacing the old compressors used in conventional fridges. Similarly to a “magnetic ice”   the magnetocalloric materials transform magnetic ordering (that in the ice corresponds to the crystal structure) into magnetic disrdering (that in the ice corresponds to its melting). Such a magnetic process has been studied more intensively in the last ten years when Pecharsky and Gschneidner (University of Ames-USA-1997) discovered the Giant Magnetocaloric Efect in Gd5Ge2Si2. A huge momentum has been done by Sergio Gama and his Brazilian Group (Unicamp-2004) after the discovery of the Colossal Magnetocalóric Effect in the MnAs compound.

In all systems (magnetic, ice or gas) the freezing property is related to the transformation from an ordered state (magnetic, structural or condensed gas) to a disordered  one, observed as a consequence of the removal of a magnetic field, or melting or a rapid gas expansion.

This is what happens when a  liquid or condensed gas in a spray tube expands sudenly: the gas has the freezing effect well known by everyone who experienced it. The physicists define the disordering action using the term ENTROPY, related  straightforwardly to DISORDER. In all referred processes we observe an increase of ENTROPY and this demands the removal of heat (imediate or after a while) from the neighborhood. This is the principle  used in all fridges. In the Colossal Magnetocaloric Effect we observe a double transformation: magnetic and structural, simultaneously, removing even more heat from the neighborhood. It is like an ice with a double melt cooling your drink.

Atendendo a pedidos, o IHIM - Rua Pernambuco 326, Belo Horizonte - estará abrindo duas novas turmas para o curso “Einstein para Todos os Níveis”, com previsão de início no próximo dia 05 de agosto, 3a-feira e duração de 2 meses: aulas todas as 3as-feiras em dois horários à escolha dos interessados: das 17:00-18:30 ou das 19:30-21:00. Como as vagas são limitadas, os interessados deverão fazer suas reservas com a devida antecedencia ligando diretamente para o IHIM - Fone 3226 7848 - ou pelo e-mail ihim@pib.com.br - Os interessados que não puderem comparecer à aula do dia 05 terão oportunidade de assitir a reprise da 1a aula (somente esta em reprise) no dia 12/08 às 15hs; para tanto deverão se inscrever e agendar com a antecedência necessária.

Todos aqueles assuntos que voce sempre quis entender, mas achava que era difícil, serão apresentados de modo bastante fácil, sem matemática  e totalmente compreensível para o público em geral (2º grau ou Superior) a Física Moderna, começando pelas Teorias da Relatividade Restrita e Geral, passando pela Mecânica Quântica, Cosmologia: do Big Bang aos buracos negros e os mais recentes modelos do Universo em expansão acelerada, de modo a todos entenderem a Física que permeia nossa Cultura e praticamente todas as ações do Cidadão do Terceiro Milênio.

No primeiro sábado de julho ocorreu mais um evento do OAFR aberto ao público em geral. Sem necessidade de agendamento, os interessados puderam participar gratuitamente das atividades, a partir das 17:00, começando pelo por do Sol: telescópios profissionais e semi-profissionais estiveram disponíveis. Foram realizadas demonstrações e ministradas aulas pelo Grupo do OAFR, com participação dos Professores Renato, Tulio, Fernando, Carlos Heitor (OAFR/Física-UFMG) e Alaor Chaves (Física-UFMG-SBF) que proferiu a palestra sobre “Origens da Civilização”.

O Observatório Astronômico Frei Rosário (Observatório da Serra da Piedade-UFMG), OAFR-UFMG, congrega o mais respeitável Grupo de Profissionais dedicado à divulgação da Física e Astronomia no Estado de Minas Gerais, o qual é formado por professores do Departamento de Física-ICEx-UFMG. O Observatório fica a cerca de 50km (asfalto) de Belo Horizonte  e é dirigido pelo Professor Renato Las Casas. Dentre as diversas atividades locais ou itinerantes realizadas ao longo do ano, o Grupo do OAFR abre as portas do Observatório, sempre nos primeiros sábados de cada mes, para receber o público em geral, em um evento gratuito que vem marcando presença no calendário de Atividades Científicas e Culturais do Estado de Minas Gerais. Nessas ocasiões os visitantes têm a rara oportunidade de fazer observações astronômicas utilizando alguns dos telescópios profissionais do observatório, em um ambiente com atmosfera límpida e longe das luzes da cidade; também poderá  assistir a palestras, aulas e demonstrações de Física relacionadas aos temas em destaque que variam mes a mes. Integram o Grupo, além do Prof. Las Casas - Diretor do OAFR, os Professores Túlio Jorge dos Santos, Fernando Augusto Batista e Carlos Heitor D’Ávila Fonseca, todos do quadro permanente do Departamento de Física-ICEx-UFMG.

No primeiro sábado de junho o Grupo do OAFR abriu as portas do Observatório para receber o público (entrada franca) a partir das 17:30, para as atividades observacionais, e apresentou como Temas do Dia os assuntos “Big Bang” (aula apresentada às 19:30 pelo Professor Alaor Silvério Chaves, Professor Emérito do ICEx-UFMG e Presidente da Sociedade Brasileira de Física) e “As Teorias da Relatividade de Einstein”. Tive a honra de dar a aula do segundo tema, para a qual me baseei em dois dos tópicos do meu Curso “Física Para Todos”, a saber: As Teorias da Relatividade Especial e Geral.

Gostaria de convidar meus leitores e respectivas familias para a visita ao Observatório nos primeiros sábados de cada mes, quando os presentes poderão desfrutar da magia do céu do inverno naquele ambiente serrano propício às observações astronômicas, a mais de 1700m de altitude. Lá voces poderão não só observar como também assistir a aulas / demonstrações etc. Para maiores informações sobre as atividades do Grupo do OAFR e sobre as visitas o site do Observatório Astronômico Frei Rosário (da Serra da Piedade-UFMG) é  http://www.observatorio.ufmg.br.

Finalizamos em 27/05/08  junto às duas turmas do IHIM ( R. Pernambuco 326 - Belo Horizonte-Fone 3226 7848, nos horários das 17:00-18:30 ou  das 19:30-21:00 ) o curso “Física para todos os Níveis”, discutindo as relações de paridade e disparidade entre esses dois campos. Na realidade ambas as palavras “Cïência”e “Fé” podem ser entendidas num sentido tão lato que vai do antônimo, como na dicotomia :

Comprovação  Científica em oposição a Fé Religiosa,

ao sinônimo; como por exemplo na cadeia de igualdades semânticas:

Ciência = Conhecimento = Consciência = Certeza = Convicção = Fé

ao estilo do Velho  São Tomé (Ver para Crer).

 

Para finalizar apresento um tema discutido em aula:

 

A homeopatia tem o poder de cura, mesmo quando a diluição é maior que um único átomo por litro da solução, e tomamos apenas algumas gotas [[me esqueci qual aluna levantou essa questão, se ela ler e quizer me comunicar, coloco seu nome aqui]] e a alegação é de que “mesmo TÃO diluido, o que fica impregnado na solução é a energia transmitida pelos átomos ou cristais, originalmente e efetivamente alí diluidos” que “por NOSSA CIÊNCIA é pouco plausível”.  Nesse mesmo dia no entanto, dois alunos, Erik e Felipe perguntaram sobre “o porque” de cristais de gelo (ou neve) se solidificarem com uma dada estrutura cristalina ou outra, dependendo de isto acontecer sob ação de um determinado som (musica?) ou outro som (ou musica)?.. E “para isto NOSSA CIÊNCIA tem uma resposta bastante clara”, já que as vibrações sonoras poderem favoracer uma ou outra estrutura cristalina do gelo.

 

Fica então a pergunta: PORQUE AS VIBRAÇÕES SONORAS, QUE NEM ENTRAM MATERIALMENTE NO GELO PODEM FAVORECER UMA ESTRUTURA, E OS CRISTAIS/ÁTOMOS QUE EFETIVAMENTE FORAM ADICIONADOS AO SISTEMA HOMEOPÁTICO NÃO PODEM?

 

Deixo essa pergunta para discussão….

(FOR THE TEXTS IN ENGLISH: SEE IN ITALIC, BELOW)

 

Há pouco mais de 3 semanas divulguei a notícia da morte de John Archibald Wheeler (ocorrida em 13/04/08), um dos grandes Físicos da “Velha Guarda”, envolvido nas principais discussões da Física Moderna, indo da Relatividade Geral e os buracos negros (termo que ele cunhou) às bombas atômica e de hidrogênio além de colaborador de Einstein, Bohr, Feynman, Oppenheimer (com os 2 últimos no Projeto Manhattan).  É de sua autoria a feliz observação que bem resume a Relatividade Geral: “O Espaço-Tempo diz para a Matéria-Energia como deve se mover e a Matéria-Energia diz para o Espaço-Tempo como deve se curvar”. Encontrei hoje um excelente link que fala da vertente mistica de John Wheeler, a ser relacionado no meu curso (Física para Todos – aula 8). Vale a pena visitar o link Nuclear Dreams.

 

Magic without magic

 

About three weeks ago I referred to the passing away of John Archibald Wheeler (on the April 13^Th ), one of the last great physicist of the 20^th  Century, from the General Relativity to the black holes (term coined by Wheeler), collaborator of  Einstein, Bohr, Feynman, Oppenheimer (with the latter two in the Manhattan Project). Wheeler coined other inspired sayings such as the synthesis to the General Theory of Relativity: “Space-Time tells Matter-Energy how to move and Matter-Energy tells Space-Time how to curve”.  Today I discovered in the web an excellent link revealing other aspects of John Wheeler, including his mystical facet (to be explored in my “Physics to Everyone” Lectures). To know more about John Wheeler it is worthy  visiting the Nuclear Dreams link.

 

Há 2 semanas, no post “Fábrica de buracos negros” (para quem não viu, clique aqui) falei da real possibilidade de se gerar buracos negros no interior do LHC (Large Hadron Collider), em vias de ser inaugurado. Muitos dos meus leitores/amigos/alunos não só se interessaram pelo assunto como sugeriram a leitura de matérias (exemplo a reportagem da Época  de 28/04/08). Recebi também do amigo, Fernando Guedes duas matérias divulgando tanto a questão das dimensões  físicas, geográficas, econômicas, computacionais e humanas do projeto (clique para ver o 1o texto) como tambem sobre a simulação em laboratório das condições do Big Bang (clique para ver o 2o texto). Voces verão que no texto 1, referido acima, a questão computacional envolvida é de tal monta, que foi necessário criar um software de interconexão de milhares de computadores, denominado GRID, para dar conta de processar trilhões de dados. Sobre esse assunto, leia um post da “High Tech” Suzana “Bricolagem High Tech“  onde ela fala da computação 10.000 vezes + rápida, e eu comento como está sendo organizada essa interconexão de máquinas -por enquanto envolvendo o mundo acadêmico- como também quais são as perspectivas da computação nas próximas décadas. A este respeito, leia o post “QUBITS - computação Quantica” abaixo.

(in English, see below)

De acordo com a Lei de Moore, a computação segue em progressivos avanços, com a capacidade física dos computadores dobrando a cada 18 meses. Isto se deve à conjunção do aumento na rapidez de processamento eletrônico / softwares + inteligentes e a diminuição da escala física dos componentes. As pesquisas que desenvolvemos nos Laboratórios de Física, seja no Brasil ou mundo a fora, há muito sairam da escala da micro-eletrônica (milésimo de mm) e há mais de 1 década operamos na escala nanométrica, uma escala mil vezes menor (da ordem de 1 milionésimo de 1mm). Nesse rastro, a indústria já começa a fabricar dispositivos “nano”. Nos bastará dividir essa escala por dez (e não por mil) para chegarmos ao limite do átomo.

A pergunta que se faz é: teremos que parar por aí, ou há como evoluir mais? Para responder, ficamos diante de uma problemática que ao mesmo tempo nos levará à “solucionática”. Vejamos:

Entendamos primeiro o problema: Além de não podermos progredir ainda mais na escala geométrica, pois não há propósito em trabalhar com frações de átomos, essa escala reflete as incertezas inerentes da Física Quântica: os acontecimentos deixam de ser previsíveis com exatidão e passam a ser previsíveis apenas em termos probabilísticos. Assim não poderemos usar mais a Computação Clássica, baseada nos BITs (0 e 1). Isto representará o fim dos saltos quantitativos e seremos obrigados a buscar um salto QUALITATIVO (revolucionar o modo de operação); do contrário teremos que perecer por estagnação.

O salto QUALITATIVO vem exatamente da incerteza, oferecida pela Física Quântica: em lugar do BIT “binário, exato e burro”, teremos em mãos o QUBIT [leia BIT-Quântico ou quÍu-BIT] “quântico, flexível e dinâmico”. Dou um exemplo: tomemos o conjunto completo de possibilidades que 3 elementos clássicos de gravação podem assumir ao serem registrados como BITs classicos [por exemplo 3 pontos de um espaço de memória, em que cada um deles pode estar [ou magnetizado (=1)], [ou não-magnetizado (=0)], pontos estes a serem trabalhados numa operação de computação convencional. Dentre as 8 configurações binárias ( 8 = 2 ³ ) colocadas a seguir, há apenas 1 realizável, como represente exclusiva DAQUELA informação de 3 BITs, a saber:

0 0 0, ou

0 0 1, ou

0 1 0, ou

1 0 0, ou

0 1 1, ou

1 0 1, ou

1 1 0, ou finalmente

1 1 1.

No caso do conjunto de QUBITs de 3 estados quânticos, cada um poderá se realizar no estado “0″ ou “1″ (sem definição de qual deles será realizado - e nesse caso a conjunção “ou” referida nas últimas 7 vezes mais acima, deve ser trocada pela cojunção “e”) e teremos 8 possibilidades realizáveis, em lugar de 1 só, rígida, do caso clássico. Em havendo 8 possibilidades simultâneas, os algoritmos a trabalharem já não poderão seguir as regras da Lógica Booleana clássica (trabalhando “ou com 0″ “ou com 1″, não com ambos). Daí surgem novos desenvolvimentos e possibilidades que permitirão processamentos paralelos e consequente aumento das possibilidades e da capacidade integrada de análise, podendo viabilizar encurtamentos de caminho e rapidez de processamento, incluindo o reconhecimento de “padrões combinatórios” de QBITs como parte da solução de um dado algoritmo.

Tenho alguns exemplos (analogias) a mencionar mas, o exemplo literalmente pictórico que pode nos fazer vislumbrar a capacidade da Computação Quântica é o seguinte: Imaginemos um arquivo binário clássico que contenha centenas de KBytes (Byte = conjunto de 8 BITS clássicos), referentes à fotografia de 1 pessoa. A falta ou troca de um único BIT poderá ser fatal na reprodução ou no reconhecimento (por parte do computador clássico) quanto a “quem é o personagem da foto”. A Computação Quântica, por trabalhar com padrões (e não com BITS rígidos) poderá não só reconhecer o personagem da foto, como também reconhecer o mesmo, em uma outra foto tirada 10 anos antes, tendo por base características genéricas. Do mesmo modo que reconhecemos um amigo que não víamos há 10 anos.

Quanto à questão do “quando isto será implementado”…. a perspectiva é para as próximas décadas - se tudo der certo,  já que ainda não há uma base física (conjunto de átomos ou algo parecido) suficientemente confiável para ser usada como “base de dados processáveis”, e sua manutenção em temperaturas próximo do zero absuluto ainda são consideradas para viabilizar esse objetivo. Desafios tecnológicos muito grandes.

————- x ————-

Quantum Computation follows a demand on the constraints imposed by the physical limitations to store data and processing: The next step following the nano-electronics under development at the Physics Labs throughout the World, is the atom (~0.1 nanometer). Being so, Moore´s Law (duplication of the computing capabilities each 18 months) must change due to a stop in the geometrical scale or we will meet stagnation. Quantum Computation is the answer towards further development.

Instead of the “0 or 1″ rigid concept of a traditional binary BIT, when computation reaches the atomic limits, “certainty” will not prevail and probabilities will dominate the rules. The QUBIT will work with a combination of possibilities “1 and 0″ . In the example given above (in Portuguese) I put a series of possibilities (8 = 2 ³) that a set of 3 memory dots can attain (0 0 1 or 0 1 0 or … ). Instead, the QUBIT will work with (0 0 1 and 0 1 0 and …). One could Think this complicates everything. In part the computation will be more complex indeed, as the Bollean Logical Rules must be adapted. On the other hand, the feedbak of issues (as the “mouse path” in such a situation w´ont be that random due to logical limitations). Parallel processing and shortening of long linear logical chains will be possibilitate pattern recognitions for instance. Learn more visiting David Deutch’s Lectures

Among other examples (analogs) I would give the following: In the binary BIT computation, an image file of , say 500 kBytes, cannot miss or change a single bit, otherwise will be taken as “corrupted”. The QUBIT computation, working with a good flexibility, will permit not only recognizing the computational patterns of an image (a photo of someone, for example) as well as the same person´s photo taken 10 years before. In a similar way as we do (parallel brain processing) as we do, when recognizing an old friend that we didin´t see for 10 years.

The implementation of such a technology is not for the near future, since there is no physical media (a kind of atom sets) to hold trustably bilions of operations without deteriorating. Working at temperatures close to absolute zero are considered and this is a hard technological limitation.

(in English, see below)

Dentre todas as fusões de conceitos e grandezas físicas realizadas por Einstein ao longo de sua vida, a mais famosa é a da conversão entre massa e energia, e vice versa. No meu curso “Einstein para Todos” apresento uma maneira bastante prática, elegante e incomum de enxergar (calcular com extrema simplicidade e exatidão) essa conversão, associando-a a fatos corriqueiros de nosso quotidiano. Ouça uma gravação, com a voz original de Einstein, e sua explicação sobre a fórmula E=mc2

Among all unifying concepts proposed by Einstein, the most famous is the mass-to-energy (and vice-versa) conversion. In my “Einstein to Everyone” lectures, I show in a very elegant, precise and uncommon manner (working out exactly) the application of such an equation to common facts in our day-by-day life. Listen to the Einstein’s explanation on his E=mc2 equation

(in English, see below)

 

O LHC (Large Hadron Collider) é o mais potente acelerador de partículas produzido pela humanidade e está em vias de ser inaugurado em Genebra. Ele tem como função desvendar diversas questões relativas às Teorias de Unificação da Física, das quais a confirmação da existência do “bóson de Higgs” representará um importante passo para a Física do Século XXI. Nesta matéria falo de ”problema colateral” (como se a criação de um buraco negro aqui na Terra fosse algo colateral He! He!) já que nesse acelerador, as velocidades das partículas envolvidas (prótons a serem colididos, por exemplo) chegarão a 99,9999% c (ou seja praticamente a velocidade da luz no vácuo). Nessas condições de colisão, se chocarão massas relativisticamente muito elevadas ocupando volumes com contração espacial, na mesma proporção, extremamente baixos (ou seja: essas duas transformações relativisticas convergem positivamente para o aumento da densidade local), a ponto de favorecer a produção de microcósmos em que a velocidade de escape [assunto que qualquer jovem estuda no colégio: v = (GM/r)^1/2], alcance o valor “c”. Isto acontecendo -e é realmente possível-, tais microcósmos serão literalmente ”mini buracos negros” dentro do LHC, os quais poderão (como acontece com todo buraco negro) engolir “tudo” (note as aspas) à sua volta. Nesse caso surge a pergunta: Tais buracos negros, em vias de ser (não-intencionalmente) fabricados no LHC daqui a alguns meses, poderiam engolir o próprio LHC e em seguida Genebra, a Suiça, a Europa.. e a Terra….? … Bem! se eu consegui despertar sua curiosidade/explicar/convencer, aconselho que leia a matéria da Folha de 20/04/08. 

 

A comment on the possibility of generating micro-black-holes at the LHC (Large Hadron Collider), to start activiteis in Geneve this year.  The very high energy involved in accelerating particles, colliding protons/antiprotons for instance, close to “c” (99.9999% of the speed of light in vacuum) can create “black hole conditions” , due to the huge relativistic increase in mass and proportional reduction in the protons diameters [both conditions favoring the increase of the escape velocity v = (GM/r)^1/2]. This might put in risk the LHC itself, Geneve, Switzerland, … the Earth… etc… OK if I´ve risen your interest/convinced/proved on this subject, I suggest you to continue reading at the following wordpress  article  published in Columbia University discusses the fallacy of such a dobtful possibility. To know more, read it imediately ! …