Encriptação Quantica

A criptografia é uma ciência que permite o transporte e armazenamento seguro e secreto da informação. A encriptação consiste em alterar controladamente a informação no momento em que é enviada ou armazenada, de forma a que quem não conhece a chave (código) de desencriptação, não a consiga compreender.

Existe actualmente uma infinidade de formatos de encriptação, umas públicas, outras mais pessoais/privadas. Um exemplo de um formato público é o MD5, que é o formato usado na encriptação das passwords dos users dos fóruns em PHP. As pessoais/privadas serão tantas quantas a imaginação dos programadores o permitir. Por exemplo:

Um banco norte americano inventou uma forma de tratar o pin dos cartões de crédito dos clientes bastante peculiar, e até engraçada, permito-me. Aquando do preenchimento dos formulários de abertura de conta, o cliente deve indicar como quer que o pin do cartão de crédito seja tratado, mediante uma série de operações de adição e/ou subtracção. Então, por exemplo, pode dizer que quer somar 8 ao primeiro dígito, subtrair 4 ao segundo, somar 2 ao terceiro e subtrair 1 ao último.

1º -> +8
2º -> –4
3º -> +2
4º -> –1

O banco, mediante esta informação, envia o código pin para o cliente em carta normalíssima e em conjunto com o próprio cartão, coisa que sabemos não poder ser feito em Portugal.

(Aqui, em Portugal, é enviado primeiro o pin em envelope sigilo e só posteriormente é enviado o cartão, para que, ao existir uma intercepção na entrega, o prevaricador não fique na posse de todos os dados e com a possibilidade de fazer pagamentos ou levantamentos ilegais.)

Ora, o cliente do banco acima referido só terá de aplicar as operações - que combinou com o banco - ao pin enviado. Por exemplo: o pin enviado pelo banco é 7589. Então o cliente soma 8 a 7 que dá 15, logo 5, porque descarta o dígito mais à esquerda; subtrai 4 a 5 que dá 1; soma 2 a 8 que dá 10, logo 0; e subtrai 1 a 9 que dá 8.

7 -> + 8 = 5
5 -> – 4 = 1
8 -> + 2 = 0
9 -> – 1 = 8

Então o pin correcto é 5108, portanto, o pin enviado pelo banco é controladamente falso.

Este é um exemplo de encriptação pessoal ou privada. Outro exemplo de encriptação privada é usar uma chave que muda automaticamente de minuto a minuto. Como? Simples, eu faço um programa e digo ao utilizador que a password de entrada é primeiro os minutos e depois as horas. Então às 12:45h a password é 4512, mas às 12:46h a password já é 4612.

Mas, e se eu quiser distribuir o meu programa por vários clientes? Como é? Todos os clientes ficam a saber todas as passwords de todos os programas! Tá mal! Pois está, e para isso não acontecer elaboro uma rotina no próprio programa em que é o próprio utilizador a definir o filosofia da sua encriptação. Dirá ao programa, por exemplo, que a password será primeiro os minutos, mas de forma inversa e depois as horas de forma correcta. Então a password para aquele utilizador específico será 5412, às 12:45h.

Ainda posso introduzir outras variáveis, tais como o dia, o mês e/ou o ano e alterná-los conforme me der na veneta. Uma password muito fixe seria 542122ram7002, às 12:45h do dia 22 de Mar de 2007.

Este tipo de encriptação é tão eficaz que posso permitir que esteja um cusco a ver-me digitar a password. É que quando o gajo tentar entrar no programa já a password é diferente, desde que tenha passado um minuto depois de eu a ter introduzido.

No entanto, através de métodos complicadíssimos de desprogramação, os chamados decompilers, pode conseguir-se ler um programa compilado e descobrir a password ou a filosofia da password. Também se pode interceptar a informação antes de chegar ao destinatário e, aplicando os métodos públicos de desencriptação, ficar na posse dessa mesma informação e ainda se a pode reenviar para o destinatário, de modo a que ele não se aperceba que a informação foi interceptada.

O princípio da incerteza de Heisenberg diz-nos que se quisermos observar as características de uma partícula, teremos de adicionar luz (fotões) à dita e que ao adicionarmos esta luz, as suas características se alteram. Logo, nunca conseguiremos saber como se compõe a partícula num determinado momento, porque para isso lhe teremos de alterar irremediavelmente as características. A pensar nisto, inventaram um método de encriptação a que chamaram criptografia quântica, ainda em desenvolvimento, que consiste na observação da polarização de fotões enviados de um emissor para um receptor.

Resumidamente, os fotões vibram e se vibram todos na mesma direcção, diz-se que estão polarizados. Esta polarização pode dar-se em duas direcções perpendiculares uma à outra, ou seja, se a direcção da polarização de alguns dos fotões for horizontal, a de outros será vertical (- |), se for diagonal a 45º, a de outros será diagonal a 135º (\ /).

Então, usando filtros polarizadores, posso só deixar passar os fotões com polarização vertical, ou só os com polarização horizontal (Os óculos de sol são um filtro polarizador. Só deixam passar os fotões com uma determinada polarização. Por isso é que não vemos a luz em todo o seu esplendor quando os usamos). O emissor e o receptor definem o que é "0" e o que é "1" (p.e. o 0 é o "–" e o 1 é o "|") e se numa palavra de 8 bits passam, no polarizador, o 3, o 6 e o 7. A minha palavra é 00100110.

Mas existe aqui um pequeno senão: como os fotões são gajos muito irrequietos, pode passar um, ou mais fotões, com polarização diagonal num filtro de polarização vertical. Esta probabilidade é de 50%, logo, a solução mais viável é enviar a palavra duas vezes e analisar como chegaram ao receptor.

Depois disto, é necessário que o receptor diga ao emissor que palavras recebeu e o emissor vai dizer quais os bits que estão certos. Pegando no exemplo anterior, se o emissor disser que estão certos os bits 2, 4, 5, 6 e 8, então a chave de encriptação irá ser 00010 e passarão a usa-la para toda a informação subsequente.

A grande vantagem:

Imaginemos que temos um cusco a meio do caminho a tentar ler esta troca de informação. Ao conseguir ler a palavra enviada pelo emissor, esta é alterada irremediavelmente pelo princípio da incerteza, uma vez que o cusco tem de testar a polarização dos fotões, introduzindo outro elemento nas características destes. Consegue ler a informação enviada, mas nunca conseguirá reenvia-la para o receptor sem mácula, porque já foi inegavelmente alterada. Quando o receptor trocar a chave com o emissor, esta nunca funcionará, porque o indiscreto curioso a alterou definitivamente.

Escusado será dizer que tudo isto se passa à velocidade da luz, claro.

Agitações

Alguma vez agitaram uma garrafa de plástico de água gaseificada, enquanto fechada? Fica dura como uma pedra. Sabem porquê?

A água gaseificada é composta por água mineral purificada e dióxido de carbono (CO2) injectado na garrafa. O CO2 gera pequenas bolhas gasosas no seio da água. Quando é injectado e enquanto a garrafa se mantém fechada, o gás pseudo dilui-se com a água. Pseudo, porque não se dilui mesmo. Não se cria uma molécula com os dois compostos (H2O + CO2). As moléculas do dióxido de carbono ficam envolvidas pelas moléculas da água, mas não perdem a sua propriedade gasosa.

Quando agitamos a garrafa, o que acontece é que mais bolhas de gás são geradas, aumentando assim o volume dentro da garrafa. Esse aumento de volume faz com que a garrafa se expanda, ficando dura como uma pedra.

Como o CO2 é um gás, é mais leve que o ar e tem tendência a "colar-se" a outros compostos. Quanto mais rugosa for a superfície de um determinado composto, mais bolhas de gás se agarram a este. Por isso, quando abrimos a garrafa, o gás tende a misturar-se com o ar, mas como está agarrado às moléculas de água, arrasta-a com ele. Eis a explicação para os geisers gerados pela abertura rápida das garrafas de água gaseificada.

Os refrigerantes, tais como, a Coca-Cola, a Fanta, A 7Up e outros, e o Champagne também, contêm dióxido de carbono. O efeito é rigorosamente o mesmo. Quando bebemos estes compostos, estamos a engolir CO2, por isso, ao chegar ao estômago, o dióxido de carbono vai querer subir e misturar-se com o ar, revolvendo o conteúdo alojado no estômago e provocando o arroto. Ao revolver este conteúdo, está a estimular a digestão.

Estática

Toda a matéria é constituída por átomos, inclusive os nossos corpos. Os átomos são constituídos por electrões, protões e neutrões. Os protões possuem carga eléctrica positiva, os electrões negativa e os neutrões não possuem qualquer tipo de carga. Enquanto um átomo tiver tantos electrões como protões será sempre neutro.

Existem materiais que têm tendência a perder electrões com relativa facilidade, transferido-os para outros materiais, aos quais chamamos materiais condutores. Um exemplo de material condutor são as fibras usadas para produzir roupa, nomeadamente algodão, polyester e outros sintéticos. A lã também é uma execelente condutora de energia eléctrica.

A perda de electrões pode ser originada pela fricção entre dois destes materiais. Se provocarmos atrito entre dois sintéticos, estamos a transferir electrões de um para o outro, deixando um carregado positivamente (o que perde electrões) e o outro negativamente (o que ganha electrões), provocando um desequilíbrio entre as cargas eléctricas dos materiais. Se entretanto deixar cair os materiais ao chão, uma vez em contacto com a terra, estes tendem a compensar de imediato o desequilíbrio adquirindo a carga correcta.

Quando nos sentamos no carro e nos pomos em marcha, vamos criando fricção entre as costas - e parte das pernas - e o banco. Este atrito pode carregar negativamente a nossa roupa e positivamente o banco ou vice versa. O carro ao deslocar-se está em constante atrito com o ar, e como a humidade relativa durante o inverno costuma ser bastante baixa, provoca uma transferência de electrões entre o ar e a carroçaria do carro, desequilibrando a carga eléctrica da viatura.

O que acontece é que quando saímos do carro e tocamos na chapa existe a tendência para o equilíbrio das cargas eléctricas, o que faz com que apanhemos um choque que nos faz saltar. Se as nossas roupas não tiverem qualquer tipo de carga (neutras) ou a humidade relativa do ar for alta, o que não permite a transferência de carga na carroçaria, não haverá tentativa de equilíbrio, porque um dos compostos está neutro e não aceita mais electrões.

Posto isto, só há uma solução para deixarmos de apanhar choques no carro, que é provocar a neutralidade de um dos materiais. Como não é lá muito fácil neutralizar a carroçaria do carro, então teremos de neutralizar a roupa. Como? Fácil, quando está a sair do carro coloque um pé no chão e uma mão numa qualquer parte metálica do carro (a porta, por exemplo) antes de se levantar do banco.

Como houve transferência eléctrica entre a roupa e o banco, os dois em conjunto estão neutros, logo a chapa da carroçaria não consegue transferir electricidade para si. Como já tem um pé no chão quando se levanta, já a carga da sua roupa e do banco foi compensada pelo contacto com a terra.

Em jeito de chamada de atenção, nunca usem a chave do carro para fazer a compensação eléctrica. A maioria das chaves dos carros actuais contêm um microchip integrado, o chamado imobilizador electrónico, que queima com este tipo de descargas. A reposição de uma dessas chaves fica muito cara, porque tem de ser reproduzida pela marca mediante um código próprio.

Black Body

Acredita-se por aí que o universo surgiu dos estilhaços de uma grande explosão. A ser verdade, por que não vivemos num pedregulho disforme? Por que temos por perto estes vizinhos, tais como marte, júpiter, ou até mesmo o sol? Por que não vagueamos no espaço profundo sem pertencer a nenhuma comunidade cosmológica como a via láctea?

Porque se juntaram quase todos aqueles estilhaços, formando massas esféricas?

Por alturas do suposto Big Bang, aí uns bilionésimos de segundo aBB (after Big Bang), uma intensa radiação começou a ser emitida, devido às altas temperaturas atingidas pela explosão: a Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR). O black body é por vezes confundido pela CMBR, por terem o mesmo espectro radioactivo.

O black body é uma espécie de corpo que absorve toda a radiação electromagnética, luz incluída, mas não reflecte nenhuma, nem deixa passa-la através dele. Por isso o black. Como não reflecte nenhuma radiação, é completamente negro. No entanto o black body emite a sua própria radiação electromagnética, embora a sua frequência seja muito baixa. A grande distinção nesta radiação é que a sua intensidade e comprimento de onda se alteram sempre que a temperatura do black body muda e pode tornar-se visível se a sua temperatura atingir aproximadamente os 427º centígrados. Frequência? Intensidade? Comprimento de onda? Vejamos:



O espectro ou medição das ondas electromagnéticas envolve três valores:

- O comprimento de onda, ou o comprimento desta desde a sua formação na base, até à sua conclusão na base.

- A intensidade da onda, ou a altura desta desde a sua formação na base, até à sua conclusão na base. A intensidade máxima é a altura da onda no seu pico.

- A frequência, ou o número de ondas (oscilações) que passam por segundo num determinado ponto. 1 Hz (Hertz) corresponde a 1 oscilação por segundo.

Por isso, maior o comprimento de onda, menor a frequência, porque se a onda é mais comprida vai demorar mais tempo a passar num determinado ponto, logo passam menos ondas por segundo; maior a frequência, menor o comprimento de onda, pelo inverso da razão indicada. No entanto a intensidade da onda pode variar sem que varie a frequência, e por consequência, nem o comprimento de onda. Ou seja, a onda pode ser mais alta ou menos alta e o comprimento não se alterar, mantendo a frequência.

Na intensidade também se conseguem encontrar variações. Uma determinada onda pode ter um declive mais acentuado na sua formação até ao pico e menos acentuado quando se desforma, por exemplo. É nesta variação que se consegue descortinar a radiação do black body.



A CMBR, imediatamente após o Big Bang, atingiu temperaturas que se estimam em 3000º centígrados, mas foi arrefecendo ao longo dos tempos, encontrando-se agora nos 2.7º acima do zero absoluto (-275.85º centígrados). Sempre que exista uma variação de temperatura num black body, na ordem dos milionésimos de graus centígrados, será criada naquela zona energia suficiente para agregar matéria. Esta energia é fraquíssima, mas é aqui que tudo começa. A gravidade dos corpos faz o resto. No fundo, é quase como um grão de areia numa pista de altas velocidades. Provoca um pequeno desvio.

Agora, uma pergunta se impõe:

Como descobrir uma variação tão pequena na temperatura do black body?

Consegue-se medir a variação de forma indirecta. Em vez de se conceber aparelhos extremamente sofisticados para medir a temperatura, conceberam um aparelho que mede o espectro magnético das ondas do black body. Ora, como disse lá atrás, " a intensidade e comprimento de onda alteram-se sempre que a temperatura do black body muda", basta encontrar ondas com o espectro do black body, mas com a intensidade (altura) e comprimento de onda diferentes. Por aí se entenderá onde poderá ter começado a haver agregação de matéria.

Foi por terem trabalhado neste conceito e descoberto áreas no espaço cósmico onde realmente a temperatura do black body é diferente, que os físicos John C. Mather e George F. Smoot foram agraciados com o prémio nobel da física em 2006.

O WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) mostra os locais do universo onde existem variações de temperatura da CMBR:

A importância do Femtosegundo

Existem, nos dias que correm, várias coisas que nos proporcionam conforto e sobre as quais nem sequer largamos uma pequena contemplação. Existem e pronto, estão ali por e para nós. No entanto, se não existissem também não haveria grande problema. As coisas só nos fazem falta quando sabemos da sua existência. De vez em quando, embora a maioria das vezes em tom de brincadeira, soltamos um fragmento de pensamento sobre algo que poderia ser útil se, eventualmente, existisse.

Depois de Einstein ter postulado toda a teoria da relatividade, desde a restrita até à generalizada, teoria que mudou toda a forma de olhar a física, recebeu, em 1921, o prémio Nobel da física. É verdade. Recebeu sim senhores, mas por ter descoberto o efeito fotoeléctrico e não pela teoria que abalou a física. Go figure, como dizem os ingleses.

Einstein descobriu que a luz se decompunha em porções de energia, às quais chamou quanta, mais tarde denominadas como fotões. A energia dos fotões é absorvida pelos electrões dos materiais, o que faz com que estes deixem o material que compõem, transformando-se em fotoelectrões. Contando os electrões que se libertam, i.e., a corrente eléctrica emanada do material, sabemos a quantidade de energia dum feixe de luz.

Esta descoberta deu origem, mais tarde, aos sensores de luz que fazem com que determinados locais se iluminem automaticamente quando fica escuro, que o portão da vossa garagem, ou a porta do vosso elevador se abra automaticamente se algo ou alguém tapar a célula fotoeléctrica, não permitindo, assim, acidentes que poderiam de alguma forma se tornarem graves. Pois é, as células fotoeléctricas que vos proporcionam conforto são provenientes duma descoberta do físico Albert Einstein.

O fotão transforma-se assim que atinge o electrão e por isto nunca conseguiremos analisá-lo. Como não se consegue contar os fotões temos de contar os fotoelectrões libertados dos materiais, logo a análise do comportamento da energia contida num feixe de luz será sempre indirecta, porque o que se consegue reter são os electrões transformados pela luz. Este processo de quantificação chama-se electrodinâmica quântica ou óptica quântica.

Mas antes de Einstein ter descoberto o efeito fotoeléctrico, já um senhor James Clerk Maxwell tinha descoberto que a luz viaja em forma de ondas electromagnéticas, assim como as ondas de rádio ou as micro ondas. Estas, as micro ondas, têm a capacidade de excitar as moléculas de água fazendo com que estas aqueçam. Aqui está mais uma aplicação da física às nossas necessidades. Os famosos fornos micro ondas para aquecer a comida.

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O princípio da incerteza de Heisenberg consiste no facto de não se conseguir saber ao mesmo tempo qual a posição, a velocidade e a massa de uma partícula (electrão, por exemplo). Para conseguirmos medir a posição necessitamos de ver a partícula, logo, teremos de fazer incidir luz sobre a partícula adicionando um elemento à composição. Esse elemento foto voltaico altera a partícula, fazendo com que o seu momentum se altere. Por isso: quando sabemos a posição exacta, não sabemos o seu momentum.

Para medirmos o momentum precisamos de saber a massa da partícula e a que horas (liberdade poética) ela partiu e a que horas ela chegou. Medindo a distância percorrida, o tempo perdido e a massa, sabemos o momentum, mas nunca onde se encontra a partícula a dado momento daquele período.

Mas... a tudo isto ainda teremos de adicionar mais duas variáveis:
O facto das partículas fazerem o seu trajecto em forma de onda e não em linha recta e ainda o tão famoso Spin que consiste em:

Movimento de rotação não completo para um lado e para o outro, ou seja, roda sobre si próprio, mas não completa a volta, retornando no sentido inverso, o que provoca uma trajectória em arco, em torno dum corpo, e que varia de partícula para partícula. Por exemplo, sabemos que os electrões têm um Spin de ½, ou seja, roda sobre si próprio até meia volta e retorna, com outra meia volta, ao principio e assim sucessivamente.

Portanto, a melhor hipótese de se arrecadar alguns dados pseudo fiáveis, será lançar duas ou mais partículas em condições semelhantes e analisar, depois, a dispersão e/ou a entropia das medições.

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Em 1960 a Conferência Geral para os Pesos e Medidas (General Conference on Weights and Measures – GCWM) determinou que um metro era um certo número de comprimentos de onda da luz e em 1967 determinou que um segundo eram 9 192 631 770 oscilações da radiação emitida pela luz. Mais tarde, usando estas medidas, comprimentos de onda x frequência, consegui-se estabelecer que a luz viaja a 299 792 458 metros por segundo. Isto quer dizer que 1 metro é a distância que a luz percorre em 1/299 792 458 segundos.

John Hall e Theodor Hänsch, laureados com 25%, cada um deles, com o prémio Nobel da física deste ano, inventaram uma técnica para fazer cortes sucessivos na emissão de luz de um laser. Esta técnica chama-se técnica do pente e consiste em fazer parar a emissão de luz intermitentemente a cada attosegundo (1^-18s). Apesar de conseguir a intermitência a cada attosegundo, só é possível a estabilização ao femtosegundo(1^-15s). O que se consegue ver é algo do género:
____ ____ ____ ____ ____ ____. Cada ____ é um femtosegundo de luz. Além disto tudo, conseguiram criar uma máquina +/- portátil para fins comerciais, nomeadamente, para hospitais.

O que se consegue com este tipo de máquina é uma ressonância magnética muito mais eficaz. Esta máquina consegue medir uma célula pré cancerígena. Ou seja, descobre células que, apesar de ainda não o serem, podem degenerar em cancerígena, porque consegue ver partes ínfimas das células, devido ao curtíssimo tempo de luz emitido. Consegue ver mais fundo e mais longe. Para além disso irá conseguir-se medir o metro e o segundo com ainda maior eficácia.

Pressão Atmosférica

Em 1654, o burgomestre de Madgeburgo, Otto von Guerick, lembrou-se de pegar em duas meias esferas de metal, ocas, com cerca de 80cm de diâmetro cada uma, e uni-las uma à outra, selando a união com uma banda de couro. Umas dessas meias esferas tinha uma espécie de torneira que permitia a entrada ou remoção do ar dentro da esfera. Usando uma bomba de ar, removeu todo o ar de dentro da agora esfera completa, tapando a torneira de imediato, criando, assim, um vácuo no seu interior. De seguida atrelou 2 cavalos (1 de cada lado) a umas pegas laterais existentes na esfera. Incitou os cavalos a afastarem-se da esfera a toda a força. Porém, os cavalos não conseguiram abri-la. Depois disto, atrelou mais dois cavalos, e mais dois cavalos, e mais dois cavalos... só conseguindo abrir a esfera com a força de 8 cavalos de cada lado. Bolas! Porquê?

A pressão atmosférica é a força exercida pelo ar num determinado local. E posso dizer que essa força é enorme. Quando mais denso for o ar, maior a pressão atmosférica. Se quiserem fazer uma experiência de trazer por casa, encham uma garrafa de água e uma tina com metade de água, tapem o gargalo da garrafa com o dedo e virem-na para baixo, introduzindo o gargalo dentro da água da tina. A água da garrafa desce um bocado, mas a garrafa não vaza totalmente. Isto, porque a pressão atmosférica exercida sobre a água da tina é igual ao peso da água que permanece dentro da garrafa.

O vácuo deixado no fundo da garrafa (agora virado para cima, uma vez que a garrafa está virada ao contrário) também é proporcional à pressão atmosférica. Todos estes elementos tendem a equilibrar-se. No entanto, se, antes de virarmos a garrafa para dentro da tina, introduzíssemos uma mangueira no gargalo e, depois de a virarmos, lhe tentássemos retirar o ar, a garrafa começaria a encolher, porque estaríamos a desequilibrar o vácuo com a pressão atmosférica existente sobre a água, na tina.

Pois é, se julgavam que o facto dos 16 cavalos não conseguirem separar as duas meias esferas, era por causa de que uma sugava a outra, estão esfericamente enganados. O que se passou foi que, a pressão atmosférica exterior à esfera estava a tentar compensar a falta de pressão atmosférica dentro desta. E como a força exercida pela dita pressão é proporcional à falta desta, uma vez que se equilibram, a força exercida sobre a esfera era astronómica.

Com o aumento da altitude, o ar torna-se mais rarefeito, diminuindo, assim, a pressão atmosférica. Este facto produz um efeito engraçado no que concerne a ferver a água. Como todos sabemos a água atinge o ponto de ebulição à temperatura de 100ºC. Isto acontece porque a parte de baixo do recipiente onde está a água aquece por influência da fonte de calor (chama, por exemplo) chegando a um ponto em que a parte de baixo da água se transforma em gás (evaporação). Ora, como o vapor de água é mais leve que a água no estado liquido, aquele tende a subir até à superfície, para se misturar com o ar.

Uma vez que a pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude, então o vapor de água produzido pelo aquecimento sobe mais depressa, já que a força exercida pela pressão atmosférica é menor, provocando a ebulição muito antes de se atingir os 100ºC. Portanto, se decidirem fazer uma sopinha no Everest, deixem cozer muito bem, ou arriscam-se a comê-la crua e fria.

A pressão atmosférica também ajuda na previsão do estado do tempo. Como a incidência dos raios solares, nas zonas polares, é obliqua, estas não aquecem o suficiente. O ar, em contacto com o solo gelado, contrai-se, originando assim altas pressões. Com a influência dos ventos, estas altas pressões deslocam-se muitas vezes para sul, provocando muitas vezes frio e chuva. À medida que um sistema de altas pressões se dirige para sul, o ar vai aquecendo, derretendo os cristais de gelo formados nas nuvens, causando assim pluviosidade ou queda de neve.

Já nas zonas equatoriais, uma vez que os raios solares são perpendiculares, o solo aquece muito mais, fazendo com que o ar, ao aquecer, se expanda, ficando assim mais leve e gerando, assim, um sistema de baixa pressões. Este mesmo ar sobe até uma altitude em que as temperaturas são mais baixas e arrefece novamente, criando um sistema de altas pressões, fazendo com que desça de novo. Este fenómeno chama-se anticiclone, como o dos Açores, como muitos já ouviram falar.

Surprise, surprise...

A luz é uma espécie de energia que viaja em forma de ondas electromagnéticas. A radiação da energia depende do comprimento da onda e da frequência. O comprimento de onda é a distância que vai do pico (topo) de uma onda até ao pico da outra. A frequência é o número de ondas que atravessa um determinado ponto por segundo.

Como todos sabem, a luz é branca, não é?
Não! não é.

A luz é composta por várias cores. Mas devido á sua velocidade, aos seus comprimentos de onda e à sua frequência, todas estas cores juntas compõem-se numa só. Se apontarem um prisma de cristal para a luz e tentarem vê-la através daquele, conseguirão discernir todas as cores da luz devido a algo chamado de dispersão da luz. O arco íris assim faz. A luz dispersa-se por entre as gotas de água suspensas no ar.

As cores da luz dobram-se todas, umas em cima das outras, em forma de onda electromagnética. Imaginem pai, mãe e filho deitados na cama em forma de cadeirinha. O pai tem a onda maior, a mãe uma onda mais pequena e o filho a menor. Os vermelhos e aproximados (laranjas, amarelos, etc.) têm um comprimento de onda maior. Os azuis, violetas, etc. um comprimento de onda menor, por estarem encaixados nos vermelhos e aproximados.

Ora, como os vermelhos têm um comprimento de onda maior, têm também uma frequência menor, porque passam muito menos ondas por segundo num determinado ponto, logo as maiores frequências vão para os azuis e derivados.

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A atmosfera do planeta Terra é composta por uma mistura de vários gases, dois dos quais são o nitrogénio (78%) e o oxigénio (21%); água, em forma de vapor, gotas ou cristais de gelo; e sólidos, tais como poeiras, cinzas, fuligem, sal proveniente dos oceanos, etc.

A atmosfera é mais densa junto ao planeta e vai ficando mais rarefeita à medida que nos afastamos da superfície. Não existe uma fronteira definida entre a atmosfera e o espaço. Vai ficando cada vez mais rarefeita, até que... desaparece.

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A luz viaja pelo ar em linha recta até encontrar algo que a possa fazer reflectir ou dispersar. Se a luz embate em algo sólido, é toda ela reflectida noutra direcção e prossegue o seu caminho, porque os sólidos (poeiras, cinzas, etc.) são muito maiores que os comprimentos de onda da luz. Mas... se encontra um gás pela frente algo muito diferente acontece.

Como alguns dos comprimentos de onda das cores da luz são maiores que o próprio gás, atravessam-no e seguem em frente, mas outros há que são menores, como o caso dos azuis. Então são absorvidos pelo gás e dispersados posteriormente em todas as direcções.

That's why the sky is blue, folks.

E perguntam vocês em uníssono:
Mas então... porque carga d'água tem o céu tons avermelhados ao por do sol?

Porque, como o sol já não está na vertical, mas sim na diagonal, a luz tem mais atmosfera para percorrer até nós e por isso só conseguimos ver as cores com comprimento de onda maior, que são as que conseguem escapar à absorção dos gases. Há menos cores de comprimento de onda menor, porque foram quase todas absorvidas ao longo do percurso até nós.

E, e... porque é que isso não acontece ao amanhecer?

Porque se traçarmos uma linha imaginária do pólo norte ao pólo sul, essa linha não está perpendicular ao sol, o que quer dizer que o planeta está inclinado. Logo, ao amanhecer o sol está mais perto de nós do que ao anoitecer.

Para concluir:
A luz visível irradiada pelo sol é branca. No entanto parece-nos amarela. Isto acontece, porque devido à dispersão dos azuis, estes são removidos do aglomerado de cores da luz, ficando no resto os vermelhos, amarelos, laranjas, etc., dando a tonalidade amarela.

Posted by me in a Galaxy near us.

O Raio de Schwarschild

A gravidade não é uma força, tal como postulou Newton, mas sim uma propriedade geométrica; Einstein dixit. Portanto, não se deve dizer “força da gravidade”, mas sim, só, gravidade. Acho que já foi discutido por aí que a gravidade é a quinta dimensão. Sempre que algo é atraído pela gravidade, este descreve uma trajectória curva. Se deixarmos cair um objecto de 10.000m de altitude até à superfície da terra, este desviar-se-á da trajectória recta e cairá num local afastado do antípoda.

A gravidade é atractiva, logo, qualquer corpo que esteja dentro do campo de gravidade é atraído para o centro. Portanto, se esse corpo quiser escapar ao centro da gravidade terá de viajar no sentido contrário a uma velocidade constante superior à da atracção exercida. Essa velocidade chama-se velocidade de escape. A velocidade de escape constante da gravidade do planeta Terra é de 11,2 Km/s, 40320 Km/h. A título de curiosidade, a velocidade de escape da Lua é de 8568 Km/h. Será necessário viajar a uma velocidade igual ou superior para se moverem para fora do campo de acção da gravidade.

Quando falo de velocidade constante, estou a falar de energia cinética, ou seja, dar um empurrão inicial a um corpo a uma determinada velocidade e essa velocidade se manter constante.

Claro que o Space Shuttle não viaja a essa velocidade, porque tem potentes reactores auxiliares (aqueles que são largados após uma determinada altitude) e principais que desafiam a velocidade de escape e mantêm o dispositivo a uma velocidade suficiente para ser colocado em órbita. Os aviões também não viajam a essa velocidade, nem de perto nem de longe e no entanto também escapam ao centro da Terra.

Assim que o Space Shuttle atinge a órbita necessária (cerca de 250 Km de altitude), começa a cair. Pois a cair. Mas não em direcção ao centro da Terra. Cai infinitamente dentro da órbita, porque está preso pela gravidade exercida pelo planeta. Eu explico:

Se pegarem num pedaço de corda por uma das extremidades, atarem um peso na outra extremidade e começarem a rodar a corda, o peso orbitará a vossa mão, não? Só parará quando deixarem de exercer força na corda. Pois, a força que estão a exercer na corda chama-se força cinética, mas podemos compara-la à atracção exercida pela gravidade da Terra no Space Shuttle.

Se em vez dum peso, atarem um copo e colocarem lá dentro três pesos diferentes, e rodarem a corda de cima para baixo, quando o copo estiver a descer de Norte da vossa mão para Sul, os pesos irão cair todos à mesma velocidade. Não nos esqueçamos que nos encontramos na superfície do próprio planeta e que por isso a gravidade exercida sobre os pesos é de cima para baixo.

Mas em órbita cai-se indefinidamente, porque não existe cima ou baixo, Norte ou Sul. E é exactamente por isto que nos parece que existe ausência de gravidade dentro da nave. Está tudo a cair ao mesmo tempo. Estão a cair para lado nenhum, à volta da Terra, a mais de 27000 Km/h.

O Raio de Schwarschild

A velocidade de escape de uma estrela, enquanto estrela, é imensamente superior à da Terra, mas muito inferior à da luz. Quando o combustível dessa estrela acaba esta inicia o seu processo de colapso. Durante este processo a sua gravidade aumenta e, se aumenta, irá atrair muita matéria que esteja por perto. Mas, só criará um Horizonte de Eventos, logo, um buraco negro, quando o seu colapso atingir o RAIO DE SCHWARSCHILD.

O Raio de Schwarschild (Rs para os amigos) é o raio de circunferência da estrela aquando da criação do Horizonte de Eventos. E sabemos todos que o Rs tem de ser igual ou superior a três vezes o Rs do Sol e a massa também superior a três vezes à do Sol. Ou seja, só uma estrela com um raio e massa três vezes superior à do Sol conseguirá terminar os seus dias a fazer a vida negra ao universo.

O Rs do Sol é de 3 Km. Por isso o Sol atingiria o momento do Horizonte de Eventos quando colapsasse até um raio de 3 Km ou um diâmetro de 6, como queiram. Não chega. O mínimo são três vezes esse raio. Quando o sol, ao colapsar, atingir os 9 km de raio ainda não tem gravidade suficiente para criar o Horizonte de Eventos, devido à sua massa ainda não ser igual ou superior ao triplo do Sol.

Portanto, temos aqui a prova de que o Sol nunca será um buraquito. Irá ser, em vez disso, uma anã branca, mas antes irá engolir vários planetas do sistema solar, um dos quais Marte, mas nunca atingirá o triplo da sua massa ou do seu raio. Ao colapsar vai aumentar a sua gravidade sorvendo alguns planetas.

Mas é só isso. Um corpo brilhante vagueando no espaço.
É triste.
:)

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Singularidades

Na matemática, uma singularidade é algo que escapa completamente às regras estabelecidas por aquela disciplina. Esta, não tem meios para a explicar. É o mesmo que aparecer algo a provar que 2 + 2 = 5, quando sabemos que tal não é verdade. Nos buracos negros, a singularidade é o centro, que desafia todas as regras matemáticas.

Quanto menor é o volume de um determinado corpo com a mesma massa, maior é a sua densidade. Façamos a famosa experiência de compararmos o volume ocupado por 1kg de ferro e 1Kg de algodão: o volume ocupado pelo ferro é menor que o ocupado pelo algodão, logo, a densidade do ferro é maior.

Massa / Volume = Densidade

Se 1000 gramas de algo ocuparem um volume de 10 milímetros cúbicos, têm uma densidade de 100. Se os(as) mesmas 1000 gramas ocuparem um volume de 100 milímetros cúbicos, terão uma densidade de 10. Portanto, maior o volume, menor a densidade.

Massa / Densidade = Volume

Se 1000 gramas de algo tiverem uma densidade de 100, ocupará 10 milímetros cúbicos. Se os(as) mesmos 1000 gramas tiverem uma densidade de 10, ocupará 100 milímetros cúbicos. Portanto, maior a densidade, menor o volume.

Nos buracos negros, sabemos que a densidade aumenta, provocada pelo aumento de gravidade (os átomos comprimem-se cada vez mais e mais). Até aqui tudo bem. Quanto maior a densidade, menor o volume. O problema é que a massa aumenta também, aumento esse provocado pela matéria atraída pela mesma gravidade.

Ora, a dada altura, a massa é infinita e a densidade também. Mas, infinito / infinito = 1, não é? Pois, mas aqui não é. Quando a massa e a densidade são infinitas, o volume da estrela colapsada é 0 (zero), porque terminou a sua compressão. Chegou ao limite mínimo de volume: 0 (zero). Desapareceu. Tens nada com densidade e massa infinitas.

A singularidade é esta:
Massa / Volume = Densidade
Infinito / 0 = Infinito (quando deveria ser impossível)

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Buracos negros e gravidade infinita

A gravidade de um buraco negro não pode ser infinita, ou todo o universo seria engolido. O que se sabe, até agora, é que a velocidade de escape a um objecto desses é superior à da velocidade da luz. E como nada se consegue deslocar a velocidades superiores à da luz, nada do que está no horizonte de eventos escapa ao buraco negro. Mas o que está para aquém desse horizonte poderá escapar se tiver velocidade de escape suficiente, e, aqui, será muito inferior à da luz.

Os buracos negros são compostos, geralmente, pela Singularidade, Disco de Acreção e Horizonte de Eventos.

Singularidade:

A Singularidade é o centro do buraco, onde se encontra a estrela que implodiu, colapsando, e que continua a comprimir-se. Vai aumentando a sua massa, atraindo tudo o que está à sua volta, mas ao mesmo tempo a diminuir de tamanho devido à sua intensa gravidade. Torna-se tão densa como conseguir apertar o sol, com toda a sua massa, na palma da minha mão.

As estrelas têm uma força de gravidade enorme, e só não colapsam porque têm o seu núcleo em constante ebulição, queimando hidrogénio. O que acontece é que esta ebulição exerce uma força contrária à da gravidade, mantendo a estrela com o seu tamanho habitual. O problema é quando o combustível acaba. Então, e uma vez que a força contrária à da gravidade cessa, a estrela “engole-se” a si própria.

Outra forma de surgir um buraco negro é quando duas estrelas se orbitam entre elas. A órbita é feita em espiral, porque ambas se atraem até ao infinito (lembram-se dos fractais?). Quando se encontram, gera-se um explosão, mas a massa das duas estrelas é tão grande que atrai para si própria os estilhaços gerando, assim, um buraco negro com a massa delas. Conseguem imaginar?

Disco de Acreção:

O Disco de Acreção é toda a matéria que orbita em torno da Singularidade, em espiral, atraída por esta, e que acabará por passar o Horizonte de Eventos em direcção ao núcleo. A matéria que se encontra na parte interior deste disco aquece de tal forma, devido à velocidade com que se desloca, que além de conseguir emitir raios X, ainda consegue, em algumas situações, libertar jactos de gás para fora do Disco de Acreção e em consequência, para fora do Horizonte de Eventos. Este fenómeno ainda não foi explicado.

Horizonte de Eventos:

O Horizonte de Eventos é a fronteira do buraco negro. É aqui, depois de passado o Horizonte, que a velocidade de escape é superior à da luz (c), porque este horizonte se move exactamente à velocidade de c. Ora, para se escapar a algo que se move a c, ter-se-ia de viajar a mais de c. Para quem está a observar o Horizonte de Eventos de fora, parece algo que está parado, mas na verdade, é algo parecido com um tapete rolante. Desloca-se a c mas não sai do sítio. Por isso é que o que quer que seja apanhado aqui, não volta para trás. Nem a luz.

À medida que um corpo se aproxima do Horizonte de Eventos o tempo vai-se tornando mais lento para quem está a observar de fora, ou seja, parece que o corpo se está a deslocar cada vez mais devagar, porque a gravidade exercida pela Singularidade começa a ser tal que a luz emitida por esse corpo demora mais tempo a chegar ao observador. Até que, quando o corpo chega perto do Horizonte de Eventos, ficamos com essa imagem para sempre, Infinitamente, porque tudo o que se passa para lá do Horizonte é-nos vedado devido a nem a luz emitida pelo corpo conseguir escapar.

O tempo pára à entrada do Horizonte de Eventos. Claro que isto é uma ilusão de óptica, porque o corpo, logo que passou o Horizonte, esborrachou-se na Singularidade.

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A relatividade de um sonho relativo

"Numa enevoada manhã de primavera, Einstein passeava ao longo de um caminho nas montanhas, paralelamente a um ribeiro ondulante que descia dos picos nevados. Embora o duro frio já pertencesse ao passado, estava ainda fresco, à medida que os raios de sol começavam lentamente a romper por entre a neblina. O canto ruidoso dos pássaros elevava-se acima dos sons das águas, que jorravam em tumulto. As encostas estavam cobertas por densas florestas, interrompidas aqui e ali por enormes penhascos.

À medida que o caminho descia, a paisagem ia-se abrindo, dando lugar a clareiras cada vez maiores e a pequenos prados. Apareceram então ao longe vales suspensos, nos quais Einstein podia descortinar um grande número de campos, todos marcados inconfundivelmente pela presença humana. Alguns destes campos estavam cultivados e separados por vedações de formas mais ou menos regulares. Noutros, podiam ver-se vacas pastando preguiçosamente nos prados.

o sol penetrava agora com mais confiança na neblina, diluindo-a ao ponto de tudo parecer ligeiramente desfocado. Einstein começava a distinguir pormenores dos campos mais abaixo. Era comum por estas bandas dividir os campos com vedações de arame electrificadas. Estas vedações eram mesmo muito feias, e a maior parte delas não parecia sequer funcionar. de facto, viam-se vacas com a cabeça enfiada entre os fios, pastando do campo vizinho, sem qualquer respeito pela propriedade privada.

Ao chegar ao prado seguinte, Einstein foi examinar a vedação electrificada. Tocou-lhe e, conforme esperava, não sentiu nenhum choque – não admirava que as vacas não ligassem nenhuma à vedação. Enquanto brincava com a vedação, Einstein viu um grande vulto caminhando do outro lado do campo. Era um agricultor que transportava uma bateria nova para um barracão ali situado. o agricultor chegou ao barracão e entrou para substituir a bateria velha, que estava descarregada. olhando pela porta do barracão, Einstein viu-o ligar a bateria nova e, precisamente nesse instante, todas as vacas se afastaram da vedação de um salto. Seguiram-se longos mugidos de desagrado.

Enstein continuou a caminhar e quando chegou ao outro lado do campo já o agricultor ia a voltar para casa. Cumprimentaram-se educadamente, tendo em seguida travado um estranhíssimo diálogo, como só acontece nas trevas alucinadas dos sonhos.

«As suas vacas têm reflexos extraordinários», disse Einstein. «Agora mesmo, assim que o senhor ligou a bateria nova, todas saltaram ao mesmo tempo.»

Ao ouvir isto o agricultor mostrou-se confuso e olhou para Einstein com olhar incrédulo: «Saltaram todas ao mesmo tempo? obrigado pelo elogio, mas as minhas vacas não estão com o cio. Eu também olhei para elas ao ligar a bateria nova, porque estava a tentar pregar-lhes um susto de morte: gosto de pregar partidas às minhas vacas. Nos primeiros instantes depois de ligar a bateria não aconteceu nada, depois vi a vaca que estava mais próxima de mim dar um salto, depois a vaca seguinte, depois a outra e a outra, sempre por ordem, até todas terem saltado.»

Agora era Einstein que estava confuso. Estaria o agricultor a mentir? Mas porque lhe mentiria ele? No entanto, Einstein tinha a certeza do que tinha visto: no momento em que o agricultor ligara a bateria nova todas as vacas, da primeira à última, tinham saltado exactamente ao mesmo tempo. A verdade é que não fazia sentido ter uma discussão por causa disto, mas Einstein tinha vontade de estrangular o agricultor.

Foi então que Einstein acordou. Que sonho tão parvo – e logo com vacas... e porque tinha sido ele acometido de patéticas tendências homicidas? Era melhor esquecer tamanhos disparates.

Todavia, muitos sonhos estranhos têm um significado profundo que só mais tarde se torna evidente. E assim foi: antes de esquecer por completo o seu sonho, Einstein percebeu o que ele queria dizer. Não passava dum sonho, mas, num certo sentido, um sonho que apenas exagerara o que acontece no mundo real. "

João Magueijo
In “Mais rápido que a luz”

Pronto! Um dia tinha de ser

Olá Blogmundo.
Tenciono postar muita bosta por aqui, principalmente alguma física e às vezes química.

Por enquanto vou colocar aqui algumas pérolas deixadas por aí ao acaso.

Veremos daqui para a frente.