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Afinal, a massa varia ou não?
Ontem um moderador da
minha página veio falar que ele teve uma discussão sobre “dilatação da
massa”, e alguns curtidores disseram que isso não existia. Como no nosso grupo (Clube da Física) já tivemos vários problemas com essa discussão sobre se a massa varia ou não, resolvi escrever esse texto.
Massa é por si só um
conceito bem confuso do ponto de vista da física clássica. Apesar
do uso cotidiano desse termo, ele se confunde facilmente, massa é a
medida de inércia de um corpo? É a quantidade de átomos que o
compõe? É a resistência a uma aceleração? O que é massa?
Com a relatividade
especial, a confusão com o termo massa só piorou, pois surgiram dois
novos; “Massa de Repouso” e “Massa Relativística”. Nesse
texto me focarei na diferença entre massa de repouso e massa
relativística, para tanto veja esse texto que aborda o assunto de forma
mais “clássica”: Mass and Weight
Com certeza você já
deve ter lido ou visto em algum documentário que a medida que a
velocidade de um corpo aumenta sua massa também aumenta, esse efeito
é chamado de dilatação da massa e notado mais facilmente apenas para
velocidades próximas a da luz. E aí, a massa aumenta ou não?
Por que existem pessoas que afirmam que a massa aumenta e outros que
dizem que não? Quem está certo?
Apesar de parecer, não
existe confusão para nós físicos sobre o que é massa. Nós
sabemos bem o que é. O problema fundamental surge quando tentamos
passar isso para leigos, e interpretações diferentes acabam sendo
chamadas apenas de “massa”. Então a resposta a essa questão é
simples; a massa não varia, e qualquer físico de partículas e
campos vai responder a mesma coisa. Porém é fácil encontrar em
livros como do próprio Landau e Feynman afirmações claras e
categóricas de que a massa varia. Alguém está errado nessa
história? A resposta é “não” e “sim”, e é isso que espero
que você compreenda ao longo desse texto.
O problema, como já
citado, é nada mais do que um impasse de terminologias, usamos a
mesma palavra para duas coisas que não são bem iguais. Podemos começar com duas interpretações modernas sobre massa:
Interpretação 1.
Eu já dei uma pequena
introdução (subliminar) sobre essa interpretação no texto sobre
Matéria e Energia, mas agora vou trabalhá-lo um pouco melhor. Como
eu falei no texto citado, E = mc ² é verdadeira apenas para um
objeto que está parado. Para um objeto que está se
movendo, E²=m²c⁴+p²c², ou seja E é maior do que mc ².
Erroneamente tendemos a
achar que energia e massa são a mesma coisa, ou que massa é energia
condensada, mas isso não é de todo verdade, pois – por essa
interpretação – a massa de um objeto em movimento nunca muda, já a energia irá mudar. Esta massa
que nunca muda é chamada de "massa de repouso", já que
está relacionada com a energia “armazenada” no objeto quando ele
está "em repouso", alguns também a chamam de massa
invariante, por motivos óbvios.
Interpretação 2.
Considere que E = mc ²
é sempre verdadeiro, tantos para corpos parados quanto em movimento.
Basicamente isto mostra que a energia e massa são essencialmente a
mesma coisa. Uma vez que a energia de um objeto em movimento é maior
do que quando está parado, então que a sua massa também será
maior quando ele se move do que quando está parado. Essa
interpretação da massa recebe o nome de “Massa Relativística”. Ou seja, nesse caso existe dilatação da massa.
Ambas definições
estão corretas, porém há mais vantagens em uma do que em outra.
Vou tentar explicar agora as diferenças fundamentais entre elas e o
porquê de usarmos sempre a primeira definição.
Apesar de muito se
falar, a relatividade não nos mostrou que tudo é relativo, mas sim
uma grande parte das propriedades das partículas, como velocidade,
tempo, espaço, energia. Então dois observadores diferentes podem
obter medidas diferentes dessas propriedades, fazendo com que eles
não concordem sobre seus valores. Considerando nossa primeira
interpretação da massa, passamos a ter um valor igual para qualquer
observador, diferentemente se usamos a segunda interpretação os
observadores já não mais concordarão sobre os valores medidos. O primeiro ponto é esse, se temos tão poucas propriedades
invariantes, porque não tornar a massa mais uma delas, facilitando
nossa vida. Então se você definir a massa relativística como sua
definição de massa, dois observadores podem não concordar em sua
medida, se você define massa de repouso como sendo massa, dois
observadores quaisquer vão sempre concordar com o valor de massa
medido.
 |
| No gráfico você pode ver a diferença entre massa de repouso e massa relativística. Plotei o gráfico no wolfram-alpha utilizando uma função de comportamento semelhante ao da contração de Lorentz para grandes velocidades. |
O Problema da Massa do
Fóton e do Elétron:
Eu abordei esse assunto
também no terceiro texto sobre Matéria e Energia, e lá eu afirmei
que a E=mc² não poderia ser usado para a massa do fóton e mostrei
superficialmente que o fóton poderia ter energia sem ter massa. Com
isso eu imediatamente adotei a primeira interpretação. Porém se eu
adoto a segunda interpretação, a minha medida de energia se
confunde grosseiramente com a medida de massa e eu passo a medir
massa e energia como exatamente a mesma coisa, dessa forma o fóton
parecerá massivo.
Utilizando ainda a
segunda definição, se um elétron e um fóton tiverem a mesma
energia eles terão a mesma massa. Isso soa bem estranho, não acha?
Comparando elétrons
com fótons temos partículas bem diferentes, o primeiro é um
férmion (partícula de matéria) e o segundo é um bóson (partícula
mediadora do campo). O fóton não tem massa de repouso e tem spin
inteiro, o elétron tem massa e spin semi inteiro, apesar dessas
diferenças gritantes (ao menos para nós físicos), ambos podem
possuir massa relativística quando consideramos a segunda
interpretação. Se continuamos a usar essa interpretação podemos
causar a maior bagunça quando tentamos medir a “massa” de
elétrons e fótons em referenciais diferentes, um observador pode
encontrar uma massa para o elétron menor que a massa do fóton,
enquanto um outro observador pode encontrar uma massa para o mesmo
fóton menor do que a massa para o mesmo elétron.
Para piorar o uso da
segunda definição, se considerar elétrons que se movem muito
rapidamente na eletrosfera de um átomo, sua massa pode ser maior que
a massa do núcleo, isso complica um pouco nossa vida, pois então
dois observadores só irão concordar com a medida da massa do núcleo
e do elétron se eles estiverem parados. Se usarmos a primeira
definição, dois observadores vão sempre concordar que a medida da
massa dos elétrons é muito menor que a massa do núcleo.
Um outro problema que a
segunda definição de massa causa, é na hora de organizarmos nossas
partículas, pois dessa forma, algumas poucas propriedades se tornam
invariantes, como spin. Então, por exemplo, dois elétrons não
teriam a mesma massa, nem mesma energia, nem mesmo momento caso
estivessem em velocidades diferentes. Quando consideramos a primeira
definição, cada tipo de partícula tem sua massa definida e podemos
classificá-las, sem medo de errar, a partir de sua massa e spin.
Uma pseudo desvantagem
do uso da primeira interpretação está na utilização da segunda
lei de Newton. Pois com a massa invariante, as correções
relativísticas devem ser feitas diretamente na força, assim a
fórmula F=m.a não é mais válida, enquanto para a segunda
definição aplicamos as correções diretamente na massa, com isso a segunda
lei de Newton permanece válida para muitos casos, mas ainda sim
existem exceções.
Resumindo – Existem
muitas vantagens e menos confusão em se considerar a primeira
definição de massa, a massa de repouso, pois ela é a mesma para
qualquer observador. Se você considera massa como sendo a massa
relativística, assim você tem massas variando e pode ser que ninguém concorde na medida da massa de uma mesma partícula, além de aparecerem fótons massivos e elétrons com mais massa que núcleos
atômicos, aí nossas análises precisam quase sempre ser reduzidas
para casos estáticos para que possamos concordar em medidas de
massa. O que eu estou dizendo basicamente é que na segunda definição
estamos medindo energia travestida de massa, enquanto na primeira
definição é apenas a massa que está sendo medida.
A massa de repouso não varia, já a massa relativística varia. Dessa forma, quando você estiver lendo um texto ou assistindo um documentário e falarem sobre massa variando, lembre-se que estão usando a segunda definição, se eles falam de massa que não varia, é porque estão usando a primeira definição. Assim, respondendo a pergunta inicial: Afinal, a massa varia ou não? A resposta é: depende de qual interpretação você está usando.
É isso, espero que tenha deixado o assunto mais claro, qualquer dúvida é só postar nos comentários e deem uma olhada nas fontes que usei para escrever esse texto, logo abaixo.
Bibliografia:
Mass-ive Source of ConfusionWhat is relativistic mass?
The Two Definitions of “Mass”, And Why I Use Only One
Observações:
1 - A relatividade é necessariamente clássica, mas ela muitas vezes é tida como moderna pelo fato de ser recente.
2 - Quando eu digo "observador" no texto, estou me referindo a cientistas medindo as partículas de partículas com uso de aparelhos, não tem relação direta com o observador afetar o comportamento da partícula, para tanto confira esse outro texto.
A Cura Quântica Possui Respaldo Científico ?
Como eu já disse nesse texto aqui, O Gato Zumbi de Schrödinger e o Colapso da Função de Onda, eu ODEIO escrever sobre mecânica quântica porque eu sempre tenho dor de cabeça com “místicos quânticos”. Eu descumpri minha promessa pessoal escrevendo sobre o gato de Schrödinger e agora estou descumprindo mais uma vez, porém de forma ainda mais grosseira. Hoje vou falar sobre Cura Quântica, esse tema é bem controverso e perigoso por dois motivos; primeiro que rola uma grana muito alta em cima disso, segundo que as pessoas defendem o assunto como se fosse religião e time de futebol, então já vou adiantando que não vou aceitar aquele “blablabla quântico”, isso aqui não é uma democracia, é meu blog e não darei espaço para esse tipo de coisa.
Vamos ao assunto. Há muito tempo que discuto sobre ciência e pseudociência, e esse assunto me desgastou tanto que eu resolvi colocar ele dentro de uma capsula de chumbo coberta com concreto e jogar no fundo da Fossa das Marianas. Porém essa semana a coisa ficou feia. Tudo começou com essa notícia da Folha: “Feira de medicina quântica tem desde 'essência de golfinhos' até água 'carinhosa'”, logo depois me deparo com isso nos meus feeds do facebook: “Medalhão Quântico - Cromado - Com Vídeo Teste De Qualidade”, aí eu não aguentei e resolvi escrever esse texto, não porque eu sou um físico dodoizinho, butthurt, NÃO! (tá, talvez eu seja um pouco), mas sim porque um enorme problema surge quando começam a usar um ramo sério da ciência para vender técnicas de curandeirismo e objetos “quânticos” que tratam desde mal olhado até ebola.
Como vocês que acompanham esse blog sabem, eu sou meio Jack Estripador, gosto de ir por partes para organizar o conteúdo. Então vamos começar olhando um pouco para o passado.
No século XIX, o eletromagnetismo estava em alta, havia muita discussão e dúvida acerca das propriedades eletromagnéticas da matéria, de onde elas vinham, porque exatamente existiam, além da concepção de éter muito presente na ciência desse período. Mais ou menos na mesma época dos trabalhos de Maxwell surgiu o espiritismo na Europa (ok, não me crucifique se você for espírita, só estou tratando de história), que por sua vez tinha a postura peculiar de querer se apoiar na ciência e com isso se apossou de alguns termos científicos, como o éter e o eletromagnetismo, que estava começando a ser entendido, mas era o grande mistério da época assim como foi com a quântica há pouco tempo atrás.
Com o caminhar da ciência, o eletromagnetismo foi desmistificado e ficou sem graça, a hipótese do éter foi derrubada no começo do século XX e na mesma época nos deparamos com um novo mistério: a Mecânica Quântica (MQ). Essa por sua vez era ainda melhor que o eletromagnetismo para se assimilar com espiritualidade, pois era mais difícil de entender e o adjetivo “Quântica” dava um ar de modernidade, complexidade e de "científico" ao assunto.
Por volta da década de 1970, o físico Frijot Capra, publicou o livro "O Tao da Física", que fez um paralelo entre a física moderna e conhecimentos orientais. Quando nossos queridos amigos místicos se depararam com isso logo abraçaram a ideia e passaram a implementá-la na forma de ver o mundo. Tivemos um surto de seitas quânticas, objetos quânticos, livros quânticos, chegando a absurdos como “direito quântico”, “sexo quântico”, “Marketing Quântico”, “Dieta Quântica” e “-insira-uma-palavra-aqui- Quântico”. A vantagem de se juntar o “Quântico” como adjetivo a qualquer coisa é que quase ninguém consegue contestar por falta de conhecimento, além de ser mais encantador aos olhos dos leigos.
Por volta da década de 1970, o físico Frijot Capra, publicou o livro "O Tao da Física", que fez um paralelo entre a física moderna e conhecimentos orientais. Quando nossos queridos amigos místicos se depararam com isso logo abraçaram a ideia e passaram a implementá-la na forma de ver o mundo. Tivemos um surto de seitas quânticas, objetos quânticos, livros quânticos, chegando a absurdos como “direito quântico”, “sexo quântico”, “Marketing Quântico”, “Dieta Quântica” e “-insira-uma-palavra-aqui- Quântico”. A vantagem de se juntar o “Quântico” como adjetivo a qualquer coisa é que quase ninguém consegue contestar por falta de conhecimento, além de ser mais encantador aos olhos dos leigos.
Tudo muito bem, tudo muito bom. Uma grande quantidade de físicos resolveu ganhar dinheiro e deixar de pesquisar para começar a vender livros de autoajuda. Surgiram filmes legais (SIC), como o “Quem Somos Nós” e “O Segredo”, mas agora o que temos que nos perguntar é: Sendo a quântica fruto da nossa ciência moderna, até onde essas “coisas” Quânticas são de fato ciência? Obviamente que a resposta é nada trivial, pois é quase impossível traçar uma linha clara entre ciência e pseudociência. Então vamos nos focar no que possui embasamento em pesquisas científicas séries.
Por pesquisa científica entenda que o que estamos procurando são publicações sérias em periódicos revisados por pares e de qualidade. Nós que trabalhamos na área temos acesso à uma plataforma de pesquisa de periódicos chamada de Web of Knowledge, lá estão as publicações do mundo inteiro, basicamente em todas as áreas da ciência. Resolvi fazer uma busca por palavras-chave associadas ao misticismo quântico, abaixo você pode ver os resultados:
Vou fazer questão de explicar direitinho o que eu fiz e comentar esses "artigos". Primeiramente eu fiz pesquisa pelas palavras-chave “Quantum Healing” e “Quantum Health”.
Primeira Busca – Quantum Health:
O Autor é: SCHMECK, HM. ( Sim, só um autor!)
Foi publicado no New York Times e não em um periódico.
Não teve nenhuma citação¹ e usou apenas UMA fonte.
Isso nem pode ser considerado um artigo, mas sim um texto!
Quantum wellness: A practical and spiritual guide to health and happiness
Novamente só tem um autor. Foi publicado na “LIBRARY JOURNAL”. Nenhuma citação, usou só uma fonte e, assim como o anterior, não tem um resumo e nem o texto completo em pdf para sabermos do que se trata. Isso também não pode ser considerado um artigo, muito menos ciência!
O mantra de sempre: Um autor, zero citações, blablablabla... Ah, o periódico que foi publicado tem fator de impacto² 1,6, para título de comparação a Nature possui fator de impacto maior que 30.
Na nossa primeira busca obtivemos apenas três textos que estão LONGE de ser artigos e mais longe ainda de serem pesquisas científicas. Os textos da imagem que não estão descritos aqui é por que não tem relação com cura quântica.
Segunda Busca – Quantum Healing;
Aqui tivemos resultados mais interessantes:
Theoretical Approaches on the Faith Element of Healing Under Traditional Medicine Psychosomatic Medicine, Placebo Effect, Quantum Healing
Novamente um autor, zero citações, a publicação foi feita em um jornal especializado em Cultura. Mas aqui tem resumo ao menos. Do que dá para entender parece que o autor enquadra a cura quântica em efeito placebo. Mas infelizmente não dá para concluir nada, pois o “artigo” não está disponível na integra.
Consciousness and nonlocality (Reprinted from Quantum Integral Medicine: Towards a New Science of Healing& Human Potential, 2005).
Finalmente um “artigo” com uma citação. Apenas um autor e a publicação foi feita na “ALTERNATIVE THERAPIES IN HEALTH AND MEDICINE”, que possui fator de impacto 1,77. Infelizmente não tem nem resumo nem “artigo” completo :(
Quantum transformation in trauma and treatment: Traversing the crisis of healing change
Aqui o nosso recordista de citações: 5, incríveis 5 citações em 7 anos de publicação. Novamente ele só tem um autor, foi publicado na JOURNAL OF CLINICAL PSYCHOLOGY que tem fator de impacto 1,66.
O resumo fala sobre uma suposta técnica, que NUNCA foi testada e por isso é chamada apenas de “ideia”. Como era de se esperar, tem maluquices quânticas como essa “particularly when occurring in quantum leaps, evokes, and illustrate the phenomenology of cascading transformations. They illustrate how the therapist's emotional engagement and attachment orientation”... (cadê o sentido disso?)
Randomized Expectancy-Enhanced Placebo-Controlled Trial of the Impact of Quantumbioenergetic Distant Healing and Paranormal Belief on Mood Distubance: A Pilot Study.
Até agora, essa é a única publicação com mais de um autor. Novamente tem zero citações e foi publicada no EXPLORE: The Journal of Science and Healing que por incrível que pareça pertence a Elsevier. Eu consegui o paper e logo abaixo tem um print dele (tente acessá-lo por aqui). Analisando o paper, vê-se que de fato se parece mais com uma pesquisa científica do que os outros, nota-se que ele possui método definido, análise, resultados... tem basicamente tudo!
Os autores são?
- Adan J. Rock – Trabalha com cognição e ciências sociais na University of New England, na Austrália
- Fiona E. Mermezel – Trabalha na escola de medicina na University of Melbourne, Austrália também
- Lance Storm – Trabalha na escola de Psicologia da University of Adelaide, também na Austrália
Ok, cadê os físicos? Tem quântica e não tem físico? Vou começar a escrever artigos na área de otorrinolaringologia...
O resumo está escrito aqui:
Previous research has demonstrated the effects of ostensible subtle energy on physical systems and subjective experience. However, one subtle energy technique that has been neglected, despite anecdotal support for its efficacy, is Quantum BioEnergetics (QBE). Furthermore, the influence of paranormal belief and experience (either real belief/experience or suggested belief/experience) on subtle energy effects remains unclear. (tradução)
Como vocês podem ver, eles trabalham com a existência da Energia BioQuântica (QBE), que por sua vez não possui comprovação científica. Como foi destacado no próprio "artigo":
É possível ver que a QBE, criada por Ms. Melissa Hocking que hoje é instrutora de QBE, foi publicado como livro de "métodos de cura alternativos" que é bastante divulgado no meio de publicações NewAge. Sendo assim a pesquisa acima parte do pressuposto de que essa "energia" existe de fato, mesmo ela nunca tendo aparecido em nenhum outro paper. Olhando para esse próximo print abaixo, vemos que eles alegam que o Quantum do nome apenas faz referência a um tipo de "emaranhamento" entre o paciente e o médico e que não possui nenhuma base empírica e/ou teórica para o uso da palavra, sendo assim não se encaixa exatamente em cura quântica:
É possível ver que a QBE, criada por Ms. Melissa Hocking que hoje é instrutora de QBE, foi publicado como livro de "métodos de cura alternativos" que é bastante divulgado no meio de publicações NewAge. Sendo assim a pesquisa acima parte do pressuposto de que essa "energia" existe de fato, mesmo ela nunca tendo aparecido em nenhum outro paper. Olhando para esse próximo print abaixo, vemos que eles alegam que o Quantum do nome apenas faz referência a um tipo de "emaranhamento" entre o paciente e o médico e que não possui nenhuma base empírica e/ou teórica para o uso da palavra, sendo assim não se encaixa exatamente em cura quântica:
Assim, podemos ver claramente que não existe publicação científica na área de cura quântica propriamente dita. Não estou dizendo que é mentira, estou dizendo que não é ciência! E esse ponto eu quero abordar com mais precisão, pois sempre que vejo pessoas falando sobre esse assunto é utilizado jargões científicos em larga escala, além de fenômenos como “salto quântico” (essa é a nova moda), propriedades dos elétrons, ondas, partículas, campos, incerteza, colapso da função de onda, etc. Mas quando são contestados de que a ciência não prova nada do que é afirmado e que estão fazendo uso indevido desses jargões, as respostas são sempre as mesma “você tem que abrir sua mente”, “nossa ciência ainda é atrasada”, “você é muito cartesiano”, “a ciência não é dona da quântica”, “ninguém aqui disse que é ciência”. E eu acho todo esse “argumento” uma enorme paralisia mental e um uso egoísta da ciência como objeto descartável.
A partir do momento que esses líderes de seitas se dizem baseados em ramos da ciência, usam os mesmos termos usados pelos cientistas e se dizem embasados por experimentos fica descarada a sua tentativa de vender a ideia como científica, como sólida. Nesses termos a ciência passa por um item de conveniência apenas; enquanto ela corrobora para o que se acredita é usada como propaganda, quando ela contradiz é rebaixada e criticada. A mística quântica é vendida como se fosse ciência e defendida como se fosse religião, o que para mim torna esse assunto irritante demais de se tratar.
Um ponto problemático e que ajuda a embasar esse "boom" de coisas quânticas é a visão estupidificante e absolutamente errada de que “A quântica é uma terra sem lei” (Estou olhando para você, Super Interessante!) ou que ninguém entende nada dela³. A Mecânica Quântica não é uma terra sem lei, não é a casa da mãe Joana, não é o bordel da luz vermelha. Embora ela seja probabilística, isso não a impede de ter leis claras que conseguimos compreender e trabalhar com elas em laboratório, além de conseguirmos aplicar em uma imensidão de tecnologias.
A quantização de propriedades como energia e momento angular por exemplo, são na realidade limitantes, pois com a quantização essas propriedades podem assumir apenas valores específicos e não valores contínuos como na mecânica clássica. Esse é apenas um panorama altamente superficial para que você possa notar que a mecânica quântica tem muitas leis, algumas delas são de fato difíceis de se observar ou compreender, mas elas existem e são rigorosamente cumpridas. Espero em próximo texto poder tratar isso de forma mais aprofundada.
Ilustrando melhor, quando trabalhamos com o átomo de hidrogênio, por exemplo, nós sabemos qual energia esperar para o elétron em sua eletrosfera, sabemos o spin do elétron e do próton que forma o núcleo, conhecemos o momento angular orbital total, etc. Nós podemos também calcular a probabilidade de encontrar o elétron em uma determinada região da eletrosfera, mas logo notaríamos que em alguns lugares essa probabilidade é zero. Ou seja, não existe possibilidade alguma de se encontrar o elétron em determinada regiões específicas da eletrosfera de um átomo de hidrogênio (veja o gráfico abaixo). Da mesma forma, para muitas
leis da mecânica quântica é possível calcular a probabilidade para
o que quisermos, como afirmam os textos que dizem que a MQ é uma
terra sem lei, porém em várias situações essa probabilidade
será zero, mostrando claramente que aquilo não é permitido!
 |
| Os picos representam as regiões de maior probabilidade de se encontrar o elétron enquanto que as regiões mais baixas (que encostam no eixo inferior) possuem probabilidade zero de encontrar o elétron. |
A quantização de propriedades como energia e momento angular por exemplo, são na realidade limitantes, pois com a quantização essas propriedades podem assumir apenas valores específicos e não valores contínuos como na mecânica clássica. Esse é apenas um panorama altamente superficial para que você possa notar que a mecânica quântica tem muitas leis, algumas delas são de fato difíceis de se observar ou compreender, mas elas existem e são rigorosamente cumpridas. Espero em próximo texto poder tratar isso de forma mais aprofundada.
Para encerrar, eu acho que essa mística quântica vende tanto assim porque ela pega justamente na necessidade infantil de o ser humano se sentir importante para o universo. Para muita gente é difícil viver com a ideia de que ela não comanda tudo a sua vontade ou que o "cosmo" não conspira a seu favor, então obviamente que muitos irão adorar ler sobre isso e defender apaixonadamente. A vocês que pensam assim só tenho uma coisa a dizer: Sinto muito, mas quanto mais estudamos, mais vemos que quem manda no jogo é o universo, e ele está totalmente alheio as nossas necessidades infantis de satisfazer nosso ego.
Queria deixar claro também, que assuntos como consciência quântica, cura quântica e vários outros que se encaixam na categoria de pseudociências devem sim ser estudados com o rigor da ciência, mas não da forma apaixonada que é feita por alguns "pesquisadores" atualmente. Apenas com estudos sérios conseguiremos de fato enxergar mais longe sem nos deixar enganar.
O texto ficou enorme, mas espero que tenha ficado claro que não existe base científica para a cura quântica e nem para seus produtos. Também espero que tenha ficado claro que não existe "terra sem lei" se tratando da mecânica quântica.
-----
1 - "Citações" se referem a quantas vezes aquele artigo foi utilizado por outros pesquisadores em papers da área. No caso, a relevância de um paper pode ser vista também por sua quantidade de citações.
2 - "Fator de Impacto" mede a relevância dos periódicos, quando eles possuem um F.I baixo significa que quase ninguém a dá mínima para aquele periódico.
3 - Nem perca seu tempo vindo me dizer que o Feynman disse que "quem acha que entendeu quântica significa que não entendeu nada"....
Reforçando: não vou aceitar comentários falaciosos defendendo misticismo quântico e nem venha com aquele papo de que isso humaniza a ciência, pois isso demonstrar um puta desconhecimento de como as ciências naturais e humanas funcionam!
2 - "Fator de Impacto" mede a relevância dos periódicos, quando eles possuem um F.I baixo significa que quase ninguém a dá mínima para aquele periódico.
3 - Nem perca seu tempo vindo me dizer que o Feynman disse que "quem acha que entendeu quântica significa que não entendeu nada"....
Reforçando: não vou aceitar comentários falaciosos defendendo misticismo quântico e nem venha com aquele papo de que isso humaniza a ciência, pois isso demonstrar um puta desconhecimento de como as ciências naturais e humanas funcionam!
Campos e Partículas - A Nossa Visão Moderna do Universo
No texto passado
falamos sobre simetrias nas leis da física. Nesse texto de hoje
vamos tratar de uma leve introdução da relação entre partículas
e campos do ponto de vista da Teoria Quântica de Campos (TQC). No
próximo texto iremos relacionar os dois assuntos tratando da quebra
espontânea de simetria e, nesse contexto, falaremos sobre dois
mecanismo muito importantes, o de Goldstone e o de Higgs. Vou deixar
os planos a curto prazo em formato de lista para que você possa
acompanhar melhor:
1 – Simetrias
2 – Partículas e
Campos
3 – Quebra Espontânea
de Simetria.
4 – O que são
Partículas Elementares?
5 – O que é
Supersimetria?
Vamos ao que interessa.
No final do século
XIX, o Lorde Kelvin¹ disse que o céu estava limpo, exceto por duas
pequenas nuvens negras, se referindo a como estava a física da
época. O problema é que essas duas pequenas nuvens negras eram nada
mais do que a mecânica quântica e a teoria da relatividade. Em
pouco tempo, essas duas nuvens negras cresceram e deram origem a uma
enorme tempestade.
É justamente da junção
de parte dessas nuvens que vamos falar aqui, mas não vou me focar em
descrições de títulos, e sim dar explicações e depois atribuir
títulos a elas.
Uma coisa que é comum
de se ler por aí é sobre a incompatibilidade entre a mecânica
quântica e a teoria relatividade. Mas isso não é totalmente
verdade, existem vários pontos em que a mecânica quântica e a
relatividade se encaixam muito bem e é disso que se trata a TQC².
Desde a formulação de teorias modernas da física, os campos se
fizeram presente, como na teoria do eletromagnetismo de Maxwell, por
exemplo. Então veio Einstein, Minkowski, Lorentz, Poincaré e deram
a física clássica uma nova abordagem, a abordagem relativística,
que deu formas diferentes a nossa visão dos campos. A essa nova
visão sobre os campos nós chamamos hoje de Teoria Clássica de
Campos. Com a inserção da mecânica quântica nesse contexto, ou
seja, com a quantização desses campos, obtivemos uma teoria bem
abrangente e que mete o bedelho desde a cosmologia até a física da
matéria condensada, que é a Teoria Quântica de Campos.
Mas qual a graça da TQC?
Essa teoria foi
postulada pela primeira vez no final de 1920 e desenvolvida ao longo
das décadas seguintes. E uma das principais coisas que a TQC fez,
foi mudar nossa visão de mundo. Pois essa teoria nos fez ver um
universo todo permeado por campos, que dão origem as partículas que
formam nosso universo, colocando os campos em uma posição
fundamental para compreendermos a natureza. Mas para ficar mais fácil
nossa compreensão, para começar, vamos pensar apenas em elétrons.
Em todo o universo, há
um campo chamado de “campo de elétrons”, que é um campo
fermiônico que citamos no texto sobre Matéria e Energia. Um elétron
propriamente dito não é um campo, mas sim uma vibração localizada
em um campo. Na verdade, cada elétron no universo é uma vibração
localizada em um único campo.
Os elétrons não são
as únicas partículas que consistem em vibrações localizadas de um
campo, na verdade todas as partículas são. Por exemplo, há um
campo de fótons, um campo de quark up, um campo de glúons, um campo
de múon, ou seja, há um campo para cada partícula conhecida. E,
para todos eles, uma partícula é apenas uma vibração localizada
do campo.
Esse é o caso também
do bóson de Higgs. O campo de Higgs interage com as partículas
fornecendo a sua massa, mas é difícil observar este campo
diretamente. Por esse motivo temos que fornecer energia para esse
campo, através de colisões de partículas, para lhe causar
vibrações que são detectadas como partículas, no caso, o bóson
de Higgs. Então, observar uma partícula em acelerador, por exemplo,
é nada mais do criar e observar vibrações em determinados campos.
Essa idéia dá uma
visão completamente diferente de como o mundo subatômico funciona.
Pois existe uma grande variedade de diferentes campos permeando todos
os lugares e o que nós pensamos que é uma partícula, na realidade
é simplesmente uma vibração do campo ao qual ela é associada.
Isto tem consequências
importantes sobre a forma como pensamos sobre como as partículas
interagem. Por exemplo, considere um processo simples, onde dois
elétrons são disparados um contra o outro e são espalhados. Na
visão semi-clássica de dispersão, um elétron emite um fóton e
depois recua. O fóton viaja para o outro elétron, que o “recebe”
e também recua. Isto é como ter duas pessoas em cima de dois skates
e um deles joga uma bola para o outro: o skate da pessoa que
arremessa a bola se move para trás em resposta à massa da bola,
assim como o skate da pessoa que apanha a bola.
Na TQC,
uma vibração no campo do elétron provoca uma vibração no campo
dos fótons. A vibração no campo do fóton transporta energia e
momento para outra vibração no campo do elétron e é absorvida.
No famoso processo em
que um fóton se converte em um elétron e um anti-elétron, as
vibrações do campo dos fótons são transferidas para o campo do
elétron e dois conjuntos de vibrações são configurados – um dos
quais está de acordo com a vibração do elétron e o outro de
acordo com a vibração do anti-elétron³.
Essa abordagem de campos e
vibrações explica como o universo funciona em um nível profundo e
fundamental. Estes campos abrangem todo o espaço. Alguns campos
podem interagir com outros campos, enquanto que outros podem parecer
inertes. O campo fóton pode interagir com os campos de partículas
carregadas, mas não pode interagir com os campos dos glúons ou dos
neutrinos. Por outro lado, um fóton pode interagir indiretamente com
o campo do glúon, em primeiro lugar, fazendo vibrações nos quarks
que, em seguida, fazem os glúons vibrar.
Campos quânticos são
realmente uma forma bem diferente de ver o universo. Tudo, e eu quero
dizer TUDO mesmo, é apenas uma consequência da vibração de muitos
campos infinitamente grandes. O universo inteiro é feito por esses
campos e essa coisa dá um grande nó na nossa cabeça.
No próximo texto, nós
vamos tratar de como essas partículas “aparecem” na quebra
espontânea de simetria nesse campos. Iremos falar um pouco sobre o
mecanismo de Goldstone, em que partículas perdem sua massa e o
mecanismo de Higgs, no qual partículas ganham massa. Caso você
queira acompanhar bem o próximo texto aconselho que você dê uma
estudada em “energia potencial” pode ser por material de ensino
médio, ou por esse texto.
1 - Em The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, Series 6, volume 2, page 1 (1901) "Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light."
2 - Note que o ponto problemático da junção entre Mecânica Quântica e Relatividade se dá no campo gravitacional, quando tentamos quantizar esse campos surgem infinitos na nossa teoria que estragam a nossa brincadeira.
Veja mais:
- Lectures on Physics - Feynman (o física em 12 lições também serve)
- Introduction to Quantum Field Theory. John Cardy
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Matéria e Energia - Partículas e Campos (Pt 2)
Aqui está nosso segundo texto da série Matéria e Energia. Como eu sou péssimo com planejamentos, esse texto será sobre campos e partículas que corresponde aos tópicos 3 e 6 do combinado e no próximo abordarei os tópicos 4 e 5.
Como
vimos anteriormente, não é uma tarefa fácil definir em palavras o
que é energia, já a definição de matéria se mostra ainda mais
difícil. E nessa nossa tentativa de definir coisas bem difíceis
daremos mais um passo.
Nossa
concepção atual do mundo físico é formada por uma grande
variedade de experimentos e descobertas que ocorreram entre os anos
1900 e 1970. Esse conhecimento não é nada de sobrenatural,
mas leva um certo tempo para as pessoas que cresceram com uma visão
arcaica virem a realidade por um novo ponto de vista, e alguns de fato nunca
irão ver. Também leva um tempo para uma versão mais recente de uma
visão de mundo a entrar em foco nítido para a própria ciência.
Hoje,
se alguém quiser falar sobre o mundo no contexto do nosso ponto de
vista moderno, pode-se falar em primeiro lugar dos "campos e as
suas partículas”. Os campos são os ingredientes básicos do
universo¹, hoje em dia esse é o nosso paradigma dominante. Vemos os
campos como mais fundamental do que as partículas, porque você não
pode ter uma partícula elementar sem um campo, mas você pode ter um
campo sem quaisquer partículas. No entanto, acontece que todos os
campos conhecidos têm uma partícula conhecida², por exemplo, o campo
eletromagnético tem o fóton, o campo de Higgs tem o bóson de
Higgs. De forma geral, cada campo fermiônico tem seu férmion
relacionado assim como cada campo bosônico tem seu bóson.
O que
"campos e partículas" têm a ver com a "matéria e
energia"?
Campos
não são matéria propriamente dita e partículas, como definimos
antes, podem ser ou não matéria, vai depender se elas são
partículas de matéria ou de força. Para te lembrar, definimos
partículas de matéria, os elétrons, neutrinos,
quarks,etc e partículas de força, os fótons, bósons W's, bósons Z's, etc.
Então
as primeiras conexões que temos são:
Campos → Não são matéria propriamente dita.
Partículas → Podem ser ou não matéria, vai depender de suas características.
Agora
vamos para a relação entre campos e partículas com a energia.
Mesmo
que você saiba pouco sobre a área de partículas e campos, é um
tanto intuitivo pensar que todos os campos e partículas podem ter energia. Mas
eles são energia?
A
resposta é não! Como definimos anteriormente a partícula pode ter
energia, mas ela não é energia, da mesma forma que minha casa é da
cor branca, mas ela não é a cor branca. O mesmo vale para o campo,
ele pode possuir energia, mas ele não é energia, a energia é uma propriedade sua. Posso, quem sabe em um texto mais técnico no
Relative Thinking, mostrar como descobrimos a energia de um campo,
mas isso é assunto para outra hora.
É bem
complicado falar sobre campos e sua relação com partículas, quebra
de simetria, etc. Então peço que no momento se contentem com o esse link aqui, mas em um futuro próximo prometo fazer um
texto sobre o assunto (me cobrem se eu esquecer).
Resumindo
essa relação entre campos e partículas com energia:
Campos e Partículas → Não são energia, energia é uma propriedade deles.
Dessa
forma vemos que os ingredientes mais básicos do no universo, os
campos, não são energia e não são necessariamente matéria. Sim, é
algo bem abstrato.
Para encerrar a segunda parte quero tentar desfazer um problema que pode ter ocorrido durante esse texto. Que é a relação “Partícula de Matéria” e “Partícula de Força”.
Dividir partículas nas duas classes “Partícula de Matéria” e “Partícula de Força” é um pouco arbitrária. Para nosso texto ela funciona bem, pois falamos que as partículas de força e suas antipartículas estão associadas com as quatro forças da natureza que conhecemos, enquanto as partículas de matéria e suas antipartículas são todas as outras partículas. E há muitas situações em que essa divisão é conveniente. Mas nós poderemos facilmente descobrir partículas que não se enquadram nesta classificação, um exemplo é o bóson de Higgs, pois ele não está relacionado a uma força, mas também não está na categoria de “matéria”.
No
decorrer do texto, eu fui tentando utilizar uma divisão alternativa
(mas muito diferente) e que faz mais sentido: ora eu chamava de
partículas de matéria outra eu chamava de férmions, e ora eu
chamava de “partícula mediadora de força” outra de bósons.
Essa definição é mais abrangente e mais correta, pois abarca mais
partículas, inclusive o Higgs que não faz mediação de força, mas
sim de massa³.
Assim
é mais conveniente dividir em:
Bósons:
São partículas que não podem ser consideradas matéria
propriamente dita, e existe também uma lista delas aqui (sem o Higgs).
Essas partículas e as interações que ela mediam são organizadas e estudadas em uma teoria que chamamos de modelo padrão.
Apesar
da nossa definição arbitrária do primeiro texto, o que de fato
temos é que todas as partículas da natureza são simplesmente
partículas, algumas das quais são antipartículas de outras, e não
há apenas uma única maneira de dividi-las em classes. A razão pela
qual eu usei "matéria" e "força" é que isto é
um pouco menos abstrato do que "férmions" e "bósons".
A
diferença real entre bóson e férmions é um tanto complexa de se
explicar do ponto de vista da física, pois utilizamos conceitos um
tanto complexos, mas como disse, eu tentarei (assim que surgir tempo)
escrever um texto abordando o assunto.
Por hoje é só pessoal. Lembrando que esses textos são nada mais que um incentivo à vocês a buscarem mais informações e também para abrir margem para novos textos dessa área.
1 - Para alguns físicos, o mais fundamental do universo são os espinores, mas isso não desvalida em ponto algum o que falamos acima, além de ser um assunto que não cabe aqui.
2 - O campo gravitacional teria como partícula o Gráviton, porém ele é uma partícula problemática que está um pouco longe de uma confirmação experimental.
3 - Caso queira entender melhor sobre isso, leia esse texto (mas leia logo que esse blog será apagado!): E o bóson de Higgs, a quantas anda?
Matéria e Energia - Diferenças que você precisa saber!
Você leigo,
que adora ler texto sobre física na internet, sempre se depara com a relação entre
matéria e energia, e recebe definições diferentes sobre como elas se
relacionam. Por esse motivo resolvi escrever esse texto, que será enorme e por
isso vou dividir em 3 posts abordando 2 tópicos em cada texto. A idéia é tentar
dar uma definição mais precisa sobre a relação entre matéria e energia para que
você pare de receber conceitos errados e possa ter um conceito mais formal para
carregá-lo para a vida.
Os tópicos
que irei abordar são:
1 – Matéria e Energia realmente são a mesma coisa?
2 –
Aniquilação de partículas não é matéria se transformando em energia.
Mãos a obra:
1 – Matéria e Energia realmente são a
mesma coisa?
Uma causa dos
grandes problemas com a definição da relação entre matéria e energia é que com o
tempo de estudo na física você vai aprendendo a separá-las em sua cabeça e elas
se tornam (e são) coisas realmente diferentes, tanto experimentalmente quanto
matematicamente. Por esse motivo não perdemos muito nosso tempo tentando
explicar as diferenças e similaridades em livros e textos, aí causamos isso, um
monte de gente que não sabe distinguir as duas coisas, já que os textos de
divulgação fazem questão de usar definições ambíguas e que mudam de texto para
texto.
O mais comum
de se ler por aí é que matéria e energia são a mesma coisa e isso não é verdade
– É José, o documentário mentiu pra você. Matéria e energia nem sequer estão na
mesma categoria, mas vamos
definir as coisas com mais calma.
Primeiramente
definiremos o que é matéria e fazer isso é bem complicado. Vamos começar com
uma definição simples que você não terá problemas em compreender:
- A forma
mais automática de se pensar em matéria é ela como sendo as coisas a nossa
volta, como cadeiras, mesas, a água, o ar, a terra. Podemos estender essa
definição para os átomos, e por sua vez estender ainda mais para partículas
ainda menores como elétrons, múons, taus, três tipos de neutrinos, seis tipos
de quarks, ou seja, todos os tipos de partículas que não são bósons – que não
são mediadoras de força.
Mas quero deixar bem claro que até mesmo essa definição acima é um tanto contraditória quando consideramos a matéria escura, por exemplo, mas isso é assunto para um tópico mais adiante.
Embora a
energia seja algo bem definido fisicamente e matematicamente, no dicionário ela
possui mais significados que a palavra “matéria”, ou seja, temos um problema lingüístico
para distinguir precisamente o que é a energia, mas vamos tentar.
- O físico R.P. Feynman possuía uma forma interessante de se definir energia, mais ainda sem ser menos abstrata. Ele dizia que energia é uma quantidade que sempre se conserva, não importa o que você faça com um corpo ou um sistema de corpos, sempre conservará essa quantidade. Mesmo em sistemas com dissipação de energia podemos encontrar a quantidade perdida pelo corpo em forma de calor, som, vibração, etc.
- A energia pode ser “confinada” na massa de um objeto, que é o famoso E = mc², e também chamado de "energia de repouso", uma vez que é a energia que um objeto tem quando está parado.
- A energia está associada com o movimento de um objeto, cujo nome técnico é "energia cinética". Este tipo de energia é bastante intuitiva e nos leva a notar que os objetos mais rápidos têm mais energia do que os mais lentos e juntando com a primeira definição, um objeto de maior massa tem mais energia cinética do que um mais leve, se os dois estiverem viajando na mesma velocidade.
- A energia pode ser armazenada nas relações entre os objetos (energia potencial). Ele pode ser armazenado em uma mola esticada, ou na água atrás de uma represa, ou na interação gravitacional da Terra com o Sol, ou na relação entre átomos numa molécula, ou quando simplesmente levantamos uma pedra com nossas mãos. É aquele conceito simples de energia potencial que aprendemos no ensino médio.
As quatro
definições acima estão longe de serem simples de se entender assim de primeira,
então vá discutir com seus amigos e ler mais textos.
Mas vamos
resumir tudo isso de forma BEM simplória dizendo que energia não é por si só
um objeto. Por exemplo, Um átomo contém energia, mas ele não é energia
propriamente. E você precisa saber que partículas se movendo por conta própria
através do espaço podem ter dois tipos de energia: energia relacionada à massa
e energia relacionada ao movimento.
2 –
Aniquilação de partículas não é matéria se transformando em energia.
(Não é a
minha intenção explicar aqui o processo de aniquilação entre partículas e suas
antipartículas, mas sim analisar seus produtos. Talvez no futuro eu possa
escrever ou traduzir algo sobre isso)
Talvez
aqueles que estejam a pouco tempo pesquisando e lendo materiais de divulgação
sobre física não tenham tido contato com o assunto. Então vou explicar com mais
calma.
Quando uma
partícula e sua antipartícula se encontram elas se aniquilam e, segundo muitos
textos e alguns documentários por aí, o resultado dessa colisão é nada mais que
simples e “pura” energia. Mas infelizmente, a afirmação não é verdadeira.
Na maior parte dos textos que falam sobre isso, a “energia pura” é referida aos
fótons provindos da aniquilação entre elétrons e pósitrons. Mas o fóton também
não é energia, ele contém energia! Por exemplo, minha casa possui a cor branca,
mas ela não é a cor branca, ou seja, a cor branca é apenas uma propriedade da
minha casa.
Mas podemos
considerar o aniquilamento entre outras partículas, por exemplo. Quando um múon
se aniquila com o antimúon, existe a mesma probabilidade de resultar em um par
de fótons ou em um par elétron-pósitron. Ou seja, temos matéria se aniquilando
em matéria e não em energia pura. O aniquilamento do par múon/antimuon em dois
fótons ou no par elétron/pósitron representa exatamente o mesmo processo, então
não precisamos fazer distinções que não existem!
Com isso acredito que tenha ficado claro que não
é verdade que matéria e a antimatéria se aniquilam formando energia
propriamente dita, elas se aniquilam formando outras partículas que contém
energia. Ok?!
Espero que
tenham gostado da nossa primeira parte. À medida que eu for encontrando tempo
vou escrevendo mais. Lembrando que estou me baseando nos textos do professor
Matt Stressler, então dê uma checada no blog dele que vocês irão achar bastante
coisa legal.
2- Acho importante fazer aqui um adendo. Note que falamos que fótons são partículas assim como elétrons, mas no início definimos que elétron é matéria propriamente dita e fótons (que é um bóson) não. O que acontece é que a definição de "partícula" é mais abrangente do que a definição de matéria. Em "partículas elementares" temos duas classes que são os Férmions e os Bóson, os férmions são matéria propriamente dita, da maneira que de definimos. Por sua vez, bóson são partículas mediadoras de força e estão fora da nossa definição de matéria.
*E uma dica
final dessa seção: É corriqueiro até mesmo professores passarem uma visão de
que a energia é quase um substância fluída que passa de um corpo para outro,
mas isso não é verdade, energia não é uma substância e nem é trocada de forma
continua entre dois corpos, mas deixemos isso para um próximo texto
