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: