Tradução: “S03E10: The Gorilla Experiment (O Experimento do Gorila)”

Esta noite embarcamos numa jornada de 2600 anos com Penny e Sheldon, passando por “Grécia Antiga, Isaac Newton, Niels Bohr, Erwin Schrödinger até chegarmos aos pesquisadores holandeses de quem Leonard está roubando as pesquisas.”

Passando por Grécia Antiga: Os povos antigos, incluindo os gregos, observavam o céu atentamente. Uma vez que eles não possuíam o calendário do Google, a única maneira de marcar a passagem dos dias e estações e saber a melhor época para fazer o plantio de sementes era observando as posições das estrelas a cada noite. (Deve ter sido uma boa época para ser um astrônomo. Se você não tratasse seu astrofísico bem, poderia não ter comida suficiente no ano seguinte.) A maior parte dos pontos luminosos no céu, as estrelas, parecia permanecer nos mesmos lugares, uns em relação aos outros, ano após ano, desde tempos imemoriais. Mas alguns poucos e preciosos, apenas cinco, se moviam em relação àquelas estrelas fixas. Nós os conhecemos como Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno. Como Sheldon explica, nossos antepassados gregos os chamavam de “viajantes”, ou como o termo que derivamos de seu idioma, “planetas”.

Seu consultor científico bate de frente com um professor de astronomia da UCLA que votou para que Plutão ficasse de fora.

 

Quando olha para fora da janela de seu carro, você vê objetos presos ao chão, como arbustos, árvores, postes, etc. Os objetos próximos ao acostamento da estrada passam num instante. Os objetos distantes parecem quase não se mover. Apesar de você estar na mesma velocidade em relação a todos os objetos fixos fora de seu carro, os objetos próximos têm uma velocidade angular alta e você precisa virar a cabeça bem rápido para conseguir observá-los. Os objetos distantes têm uma velocidade angular baixa, que não requer que você movimente muito seus olhos para acompanhá-los. Isso nos permite compreender os movimentos celestes das estrelas face aos dos planetas. A mudança da posição no céu determina-se pela velocidade angular. Apesar de as estrelas estarem se movendo a uma velocidade extremamente alta em relação ao sistema solar (a maioria delas se move mais rápido até do que os planetas externos), elas estão tão distantes que as mudanças que ocorrem em suas posições no céu (suas posições angulares) só podem ser detectadas por meio de uma minuciosa observação, quando muito. Por exemplo, compare o planeta mais distante, Netuno (graças àqueles que detestam Plutão), à estrela conhecida mais próxima, Proxima-Centauri, uma pequena anã vermelha. Netuno está a cerca de 4.500.000.000 quilômetros da Terra e se movimenta a modestos 5 quilômetros por segundo em relação ao Sol. Se você passar toda uma vida observando Netuno, o planeta se deslocará por metade do céu, em relação às estrelas, uma vez que Netuno completa uma órbita ao redor do Sol a cada 164 anos. Comparativamente, Proxima Centauri se desloca ainda mais rápido que Netuno em relação ao Sol, mas sua posição em relação às outras estrelas mal se modifica; sua velocidade angular é baixíssima. A grande diferença é que Proxima Centauri está a 40.000.000.000.000 quilômetros de distância. Apenas medidas astrônomicas precisas conseguem observar sua movimentação, de apenas centésimos de grau em toda uma vida.

No outro extremo, uma das luzes mais velozes que você verá se movendo pelo céu é a luz de um avião. Os aviões se deslocam a apenas 0,2 quilômetros por segundo. Contudo, pelo fato de estarem próximos, a 100 quilômetros de distância, suponhamos, eles se deslocam mais rapidamente no céu que os planetas ou as estrelas. Galileu e Newton observaram isso, exceto pela parte dos aviões. Eles sabiam que se a Terra orbitasse ao redor do Sol, a falta de movimento aparente das estrelas “fixas” significava que elas estavam extremamente distantes. O Universo era muito maior do que se havia imaginado. Essa história de aprender que o universo é maior do que pensávamos se repete muitas vezes pelo curso da história da astronomia. Primeiramente, ao perceber que as estrelas próximas estavam, na verdade, muito distantes. Depois, ao medir a extensão da galáxia. Quando outras galáxias foram descobertas, nossa ideia do tamanho do Universo cresceu mais ainda. Hoje não sabemos o tamanho do Universo, sabemos apenas que a velocidade da luz não é rápida o bastante para que possamos enxergá-lo completamente.

Isaac Newton: Newton explicou porque os planetas orbitam ao redor do Sol de maneira bastante similar a uma criança que fica rodando um gato sobre sua cabeça, segurando-o pelo rabo. Se a criança soltar o gato, ele sairá voando na direção para a qual estava voltado. Na ausência do Sol, os planetas sairiam voando em linhas retas, a uma velocidade constante, em uma direção. Ao invés disso, o Sol segura os planetas pela gravidade. A força da gravidade que atrai os objetos ao solo na superfície da Terra é a mesma que faz com que os planetas orbitem ao redor do Sol, a Lua ao redor da Terra e a Terra e a Lua, juntas, ao redor do Sol, assim como todos os planetas.

Mas o que Sheldon estava tentando fazer Penny falar?

Note que a Lua e a Terra dão a volta em torno do Sol juntas, mesmo que as duas tenham massas imensamente diferentes. Objetos de massas diferentes caem à mesma velocidade no vácuo. Suas massas não importam. O Sol faz com que objetos à mesma distância se movimentem da mesma maneira. Logo, a Terra e a Lua se movem em torno do Sol à mesma velocidade. O movimento extra que a Lua faz ao redor da Terra é apenas uma pequena variação em sua jornada ao redor do Sol. Até mesmo a pequenina Estação Espacial Internacional, que orbita ao redor da Terra, tem sua trajetória determinada, na verdade, pelo Sol. Seu movimento ao redor da Terra é apenas uma pequena agitação em sua trajetória em torno do Sol.

Niels Bohr: Os teóricos haviam tentado explicar a arquitetura do átomo com muitos modelos. Mas foi apenas depois que o experimentalista Ernest Rutherford havia espalhado partículas carregadas de lâminas de ouro que ficou claro que uma carga positiva central, um núcleo atômico, estava cercado de elétrons distantes com uma carga negativa. O movimento dos planetas ao redor do massivo Sol central servia de modelo conveniente. Primeiro, o físico japonês Hantaro Nagoka (1904) propôs que os elétrons formavam anéis, de um modo similar à poeira que circunda Saturno. O próprio Rutherford propôs um modelo planetário (1911),  assim como os planetas giram em torno do Sol pela força da gravidade, Rutherford propôs que forças elétricas mantinham os elétrons em suas órbitas ao redor do núcleo atômico. No entanto, mesmo naquele tempo, os físicos sabiam que aquilo não daria certo, uma vez que os elétrons que se movem em círculos devem irradiar luz, perder energia e entrar em colapso, chocando-se com o núcleo. O físico dinamarquês Niels Bohr (1913) adotou o modelo planetário, mas propôs que apenas certas distâncias em relação ao núcleo poderiam ser permitidas, ou seja, os níveis de energia eram quantizados. Tal quantização tinha sido utilizada, anteriormente, para que Planck e Einstein descrevessem o comportamento da luz. Bohr, então, deu à luz a visão da mecânica quântica sobre a matéria, o ramo da física necessário para se explicar as estruturas atômicas e moleculares e sobre o qual grande parte da tecnologia moderna se baseia.

O modelo planetário do átomo, com o qual Niels Bohr deu início à mecânica quântica, é uma visão do átomo que ainda é retida por grande parte do público.

Erwin Schrödinger: O modelo de Bohr era inspirador, mas ainda não funcionava tão bem. Por exemplo, todos os elétrons nesse panorama planetário teriam um momentum angular em volta do núcleo, mas muitos não têm. A intensidade de radiação prevista nos átomos não era compatível com os dados. Em 1926, Erwin Schrödinger desenvolveu uma descrição mais rigorosa da mecânica quântica e do átomo. Ao invés de imaginarmos os elétrons como planetas, é por causa de Schrödinger que imaginamos os elétrons sendo distribuídos em regiões em volta do átomo. Uma probabilidade maior ou menor de encontrarmos os elétrons em algum lugar é dada por uma função matemática que se assemelha a uma onda. Schrödinger, portanto, denominou-a de “função de onda”, e na mecânica quântica toda partícula tem uma.

Até chegarmos aos pesquisadores holandeses de quem Leonard está roubando as pesquisas: As funções de onda se comportam de maneira contra-intuitiva. Talvez pelo fato de nossa intuição ter se desenvolvido enquanto corríamos pela savana africana, e não enquanto orbitávamos o núcleo atômico. Um comportamento contra-intuitivo, em particular, é o efeito Aharohnov-Bohm, presente de maneira bastante proeminente nesse episódio. O efeito descreve o que acontece a uma função de onda que está próxima a um campo magnético. Talvez seja esperado que se a sua partícula, descrita por sua função de onda, atravessar uma região com um campo magnético, algo nela possa mudar. O que Yakir Aharonov e David Bohm previram usando a descrição da função de onda de Schrödinger é que você seria capaz de obter um efeito apenas se aproximando, mas nunca experimentando, diretamente, um campo magnético. Especificamente, se os elétrons seguirem dois caminhos diferentes ao redor de uma região de campo magnético e se encontrarem, eles terão se modificado de modos diferentes: enquanto uma função de onda poderá encontrar-se na crista de sua onda, a outra poderá encontra-se no vale. Juntando os elétrons depois de suas diferentes jornadas, obtém-se o “padrão de interferência” que Bernadette, de modo muito devido, admirava por sua beleza. O efeito foi previsto e subsequentemente observado com os campos magnéticos há décadas.

Os pesquisadores holandeses de quem Leonard estava roubando as pesquisas observaram esse efeito com campos elétricos, e não apenas magnéticos. Os pesquisadores holandeses conseguiram esse feito utilizando elétrons que se moviam naturalmente ao redor de sua amostra, através de um processo chamado de difusão. Leonard estava tentando de uma maneira ainda mais direta, passando um feixe de elétrons por dentro de sua amostra. Talvez você tenha notado que eles adicionaram um tubo de vácuo levando um feixe de elétrons até o laboratório de Leonard.  (A ponta do tubo está coberta com papel alumínio, para que a beirada continue limpa durante a construção). Os pequenos anéis nano-fabricados manteriam todo o campo elétrico na parte interna e Leonard enviaria seus elétrons por algum dos lados e criaria um belo padrão de interferência.

Um padrão de interferência do elétron. Os elétrons podem se comportar como as ondas do oceano, formando cristas e vales em sua intensidade.

Aprendi algo novo, ao ouvir Penny descrevendo essa coisa toda ao Leonard. Antes de ela dizer aquilo na frente da plateia no estúdio, nunca havia reparado na graça do efeito Aharonov-Bohm. Aposto que conseguiríamos fazer a plateia rolar de rir no chão se mencionássemos o efeito Stern-Gerlach.

P.S.: Alerta de Ovo de Páscoa (Nota de tradução: “Ovo de Páscoa” é um tipo de mensagem escondida intencionalmente em livros, filmes, seriados, jogos e vários outros meios de entretenimento): No episódio dessa noite, você pode ver o seu consultor científico sentado em frente a um aluno da pós-graduação de Física Teórica da UCLA, um aluno de verdade, o nosso próprio Sheldon (Ele está, inclusive, trabalhando em cima de um dos mesmos problemas: N=8 Supergravidade.) Uma estrela dourada para a primeira pessoa que identificar qual cena é. As cenas são ensaiadas várias vezes, e gravadas várias vezes na frente das câmeras para acertarmos tudo. Por sorte, o departamento de cenário nos deu um interessante livro sobre os momentos quadrupolares dos núcleos, dos anos 60, para lermos. A maior parte dos livros vistos no apartamento e nos sets são livros de física de verdade, e alguns são muito interessantes, de maneira que sempre há algo bom para lermos entre uma tomada e outra.


Tradução feita por Hitomi a partir de texto extraído de The Big Blog Theory, de autoria de David Saltzberg, originalmente publicado em 7 de Dezembro de 2009.

 

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2 Respostas to “Tradução: “S03E10: The Gorilla Experiment (O Experimento do Gorila)””

  1. Fábio Says:

    Parabéns pela qualidade da tua tradução. Dá prazer a leitura…

    • Hitomi Says:

      Muito obrigada! Espero que esteja gostando da nova temporada também, pretendo alcançar o David Saltzberg em algum ponto dela :)

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