Do Barro ao Espaço (so was Sagan)

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Acima, o mapa estelar do K 8538, um disco de barro com escrita cuneiforme representando o céu em quadrantes como visto pelos sumérios há quase três milênios.

Abaixo, o disco folheado a ouro enviado com as sondas Voyager e que já adentra o espaço exterior. Ele contém na parte inferior esquerda um padrão radial com 15 linhas, 14 das quais representam pulsares e sua distância relativa ao Sol.

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Há uma semelhança visual entre o disco sumério e o da NASA, e o mais fabuloso é que ela vai além disso. Troca-se o cuneiforme pelo binário e o céu como visto da Terra pela Via Láctea demarcada por pulsares e seu centro, mas os dois riscados cumprem o mesmo objetivo.

Ambos são representações simbólicas do conhecimento adquirido por aqueles que olhavam para as estrelas e permitem que inteligências separadas pelo espaço e tempo possam encontrar umas às outras enquanto ainda olharem para as estrelas. Ambos discos dizem “eu estive aqui”.

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Se você conhece algo das constelações, pode estudar o disco sumério e compartilhar este conhecimento através do espaço e tempo com a pessoa que marcou aqueles riscos na argila entre os rios Tigre e Eufrates há milhares de anos. Se não conhece, ainda há tempo de conhecer. E ainda há tempo para descobrir o que são pulsares e como eles permitem localizar nosso sistema solar no espaço-tempo mesmo a muitos milhares de anos-luz de distância.

Algum dia, daqui a muito tempo, em algum lugar, alguma outra inteligência pode encontrar o disco dourado das sondas Voyager e ao compreendê-lo, também compartilhará deste conhecimento. De alguma forma, saberá que você, assim como a cultura, a ciência e particularmente a pessoa que criou aquele disco de barro, existiu.

Porque a inteligência, ainda que rara, é tão Universal quanto as estrelas.

Os Vestidos do Golden Globe: Saias, Barbas e Psico-história

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Moda (s.f.): estilo passageiro que dita o modo de vestir, viver, falar, etc.

Enquanto a moda comenta hoje os vestidos do Globo de Ouro, há mais de sete décadas atrás era publicado um estudo com o curioso título de “Três Séculos de Moda em Vestidos Femininos: Uma Análise Quantitativa” (Richardson, Kroeber, 1940). Sim, há ciência antropológica na moda! E as conclusões podem nos levar a barbas e ficção científica! Mas comecemos um nexo de cada vez.

Centímetros, não sentimentos

A moda tem seu aspecto pessoal, subjetivo, qualitativo. Ainda assim, e especialmente na moda de roupas, ela produz algo físico, objetivo, mensurável e quantitativo: uma peça de roupa pode ser medida em centímetros.

Foi justamente a partir desta sacada que em 1919 o antropólogo Alfred Kroeber encontrou a oportunidade para estudar a evolução da moda de forma objetiva. Não é que fosse um um especial apreciador de vestidos, mas é que folhear imagens de vestidos em revistas de moda feminina “fornece um conjunto conveniente e promissor de dados para um estudo de como mudanças estilísticas ou estéticas ocorrem quando são examinadas quantitativamente ao invés de intuição ou sentimentos subjetivos”. Um tanto o oposto do que se esperaria de alguém folheando revistas de moda.

Em 1940, Jane Richardson expandiu a pesquisa inicial de Kroeber e cobriu os três séculos de moda, analisando vestidos de 1605 a 1936 e é assim graças a Richardson e Kroeber que não precisamos vasculhar três séculos de moda para ter uma ideia dos dados e ao invés simplesmente apreciar seus gráficos.

Especialmente claro é o gráfico da medida da largura da saia de 1788 a 1936:

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Note um vale ao redor de 1810, com larguras de saia mais estreitas; um pico em 1860, saias mais largas; e um novo vale ao redor de 1910-1924, saias outra vez mais estreitas.

Uma das conclusões dos antropólogos é que a moda não é uma reviravolta tão livre quanto seus criadores costumam pintá-la: sim há flutuações que não podem ser previstas, especialmente em períodos de instabilidade, e a moda deste ano é diferente da do ano anterior. São os pontos no gráfico. Contudo, analisadas ao longo do tempo em uma média móvel de cinco anos – a linha sólida — as medidas dos vestidos mudam com uma certa inércia, e acabam produzindo uma curva mais suave de periodicidade.

O papel de indivíduos particulares em moldar o estilo básico de vestimenta é pequeno. A influência de indivíduos criativos ou importantes é provavelmente exercida em sua maior parte em acessórios de moda transitórios”, concluem os autores. Supostos grandes influenciadores da moda como Maria Antonieta eram mais provavelmente apenas representantes de movimentos culturais muito maiores a quem o crédito pela mudança foi atribuído.

Se estas conclusões – a de que a moda não muda no vácuo e apresenta inércia – parecem óbvias, e vasculhar três séculos de registros de vestidos parecer uma perda de tempo, é apenas porque elas parecem óbvias em retrospecto. Sem esses dados, seria apenas um palpite. Graças a Richardson e Kroeber, é uma conclusão apoiada em dados. É ciência!

Somatória de Barbas

Inspirado pelas conclusões e metodologia  de Richardson e Kroeber, o economista Dwight E. Robinson resolveu analisar 130 anos de barbas publicadas na revista Illustrated Longon News, de 1842 a 1972. Em “Moda no Barbear e Corte de Barbas: os Homens da Illustrated London News, 1842-1972”, encontramos estes excelentes gráficos de predominância de costeletas, bigodes e barbas ao longo dos anos:

 

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Como pode ser notado no último gráfico acima, a somatória de todos os tipos de barba mostra um padrão maior ainda mais claro. Ao redor de 1880 quase todos usavam algum tipo de barba, em 1970, quase ninguém. E, de forma intrigante, barbas em particular apresentam uma grande correlação com a largura de vestidos:

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Ou seja, enquanto mais homens usavam barbas, mais mulheres usavam saias largas. De novo, pode parecer óbvio em retrospecto, basta lembrar de um típico casal vitoriano, mas observar a suavidade e concordância destas curvas se estendendo por mais de um século é fantástico.

Psico-história

Hari Seldon desenvolveu a psico-história modelando-a na teoria cinética dos gases. Cada átomo ou molécula em um gás se move aleatoriamente, de forma que não podemos saber a posição ou velocidade de qualquer um deles. Ainda assim, usando estatística, podemos descobrir as regras governando seu comportamento coletivo com grande precisão. Da mesma forma, Seldon quis descobrir o comportamento coletivo das sociedades humanas ainda que as soluções não se aplicassem ao comportamento de seres humanos individuais”. – Isaac Asimov

Analisar grandes movimentos históricos estatisticamente para prever o futuro como uma ciência é ficção científica – e, como Osame Kinouchi me apontou, ficção inspirada pela ciência, ainda que fosse e ainda sejam sonhos científicos. É assim fascinante descobrir que enquanto Asimov escrevia sobre a psico-história já havia estudos como o de Kroeber e Richardson analisando de forma quantitativa a história de movimentos estéticos. Nada tão imponente quanto prever a ascensão e queda de civilizações, mas analisar o comprimento de vestidos já é um começo.

Se isso é ciência, contudo, qual é seu poder preditivo? Podemos prever o futuro da moda, o comprimento dos vestidos e das barbas das gerações futuras?

Em um estudo mais recente, “Mudança Estilística e Moda em Vestidos Femininos: Regularidade ou Aleatoriedade?” (1984), John e Elizabeth Lowe revisam o trabalho de Richardson e Kroeber, comparando cinco anos de sua série com novos dados e estendendo-a com dados até 1983. Além de confirmar as principais conclusões do estudos anterior, os Lowe vão além e formulam um modelo para explicar medidas no passado e sua evolução futura! Esta equação explicaria os vestidos do Golden Globe deste ano e de todos os outros?

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A resposta é negativa. “Uma vez que o modelo é estocástico, isto é, ruído ou imprevisibilidade é uma parte inerente do processo, a capacidade de projetar valores futuros decai rapidamente com o passar o tempo”, notam os autores. “A conclusão central é que o processo de moda de vestidos femininos é predizível, mas apenas escassamente”.

A psico-história da moda de vestidos e barbas ainda não enxerga muito longe… pelo menos com dados de “apenas” três séculos de moda em revistas e ilustrações. O que cientistas do futuro poderão fazer com as bilhões de fotos de moda em redes sociais desde o início deste século 21, talvez só Hari Seldon poderá dizer.

[via Flowing Data, ver também Measuring Time with Artifacts e Analyzing Visual Data]

Carro atravessa explosão em câmera lenta

É um carrinho de brinquedo, mas são 3.000 quadros por segundo. Atenção na forma como ao estourar, o balão força um jato de hidrogênio contra a chama que afeta a forma como a combustão se espalha por todo o gás enquanto se mistura com o ar.

Faucaria e HR Giger

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Com a estreia de Prometheus é divertido descobrir que há uma planta no estilo de HR Giger, criador da bizarra estética de Alien.

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É uma Faucaria tigrina, do gênero Faucaria, com folhas triangulares com protuberâncias nas extremidades que parecem bocas de animais (fauces em latim). Ou de um Alien.

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Apesar da aparência de bocas, as plantas não são carnívoras, e sim suculentas, retendo água no interior das grossas e bizarras folhas. Não mordem ninguém.

Mais imagens em Kuriositas, e para mais Alien e Prometheus, a resenha de Gabriel Cunha no Ciensinando:

A Teia de Indra

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“Na distante morada celestial do grande deus Indra, há uma rede maravilhosa que foi pendurada por um habilidoso artífice de tal maneira que ela se estende infinitamente em todas as direções. De acordo com o gosto extravagante das deidades, o artífice pendurou uma jóia brilhante em cada intersecção da rede, e uma vez que a rede é infinita em tamanho, as jóias são infinitas em número. Lá estão as jóias, brilhando como estrelas de primeira magnitude, uma visão maravilhosa de testemunhar. Se agora olharmos de perto cada uma das jóias, iremos descobrir que em sua superfície polida estão refletidas todas as outras jóias da rede, infinitas em número.
Não apenas isso, mas cada uma das jóias refletida nessa única jóia também está refletindo todas as outras jóias, de modo que há um processo de reflexão infinito acontecendo”.

A metáfora da rede de Indra, desenvolvida na filosofia budista há quase dois milênios, é mesmerizante. E ela pode ser atualizada com o conhecimento que adquirimos do mundo natural, pois há vários limites à construção de uma teia de Indra que só viemos a descobrir em gerações recentes.

O primeiro, a velocidade da luz, impediria que cada jóia represente o reflexo instantâneo de todas as outras, isto é, quanto mais distantes, mais o reflexo observado estará no passado. Este limite se relaciona com as estrelas no céu noturno, à medida que observamos estrelas como eram no passado, por vezes há muitos milhões de anos. Cada jóia da teia de Indra reflete não o presente, mas o passado das jóias ao seu redor.

Ainda que a velocidade da luz fosse instantânea e uma olhada em uma jóia permitisse vislumbrar o reflexo instantâneo de todas as outras, encontraríamos outro limite do mundo natural: a mecânica quântica. A luz não pode ser decomposta em pedaços infinitamente pequenos para compor reflexos de complexidade sem fim. Sua menor unidade é um pacote discreto, um fóton, e o princípio da incerteza impede que um reflexo contenha informação ilimitada. Cada jóia da teia de Indra contém em seu reflexo informação limitada sobre as jóias ao seu redor.

Todas as jóias da rede ainda se inter-relacionam, mas o espaço e o tempo bem a quantidade de informação em cada jóia são limitados. A teia não se altera instantaneamente, qualquer mudança se propaga pelos nós ainda que eles sejam apenas jóias refletindo umas às outras. E o vislumbre do reflexo de uma jóia será apenas parte da complexidade de toda a teia, em um instante determinado do tempo.

A teia de Indra se torna mais orgânica e natural.

[Fotografia de christophandre, via galeria de fotos de Kuriositas. Excerto de Francis Cook via Wikipedia]

O Ponto de Feynman

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Os primeiros dígitos do Pi contêm muitas repetições de números duplos, destacados em amarelo, e algumas repetições de números triplos, em verde. Na posição decimal 762, no entanto, surge uma repetição de seis números nove: 999999.

Richard Feynman certa vez brincou que gostaria de memorizar todos os dígitos do Pi até esse ponto, de forma que poderia recitá-los e terminar com um “nove nove nove nove nove nove e assim por diante”, sugerindo que o Pi continuaria com a série de noves e seria assim um número racional. É uma piada para iniciados, uma vez que o Pi é um número transcendental: se você ri da diferença entre um número racional e um transcendental vai entender a piada.

Essa sequência de seis noves no Pi ficou conhecida assim como “Ponto de Feynman”, e é uma curiosa coincidência, mesmo uma anomalia. Considerando o Pi como um número normal, em que grosso modo os números “surgem” com igual probabilidade, as chances dessa repetição de seis dígitos ocorrer é de apenas 0,08%. Para fazer ideia de quão improvável ela é, a próxima repetição de seis dígitos idênticos no Pi ocorre na posição 193.034. E ela também é de noves!

Spoiler: Em “Contato”, no livro original de Carl Sagan, a protagonista ao final descobre nada menos que Deus, ou o Criador do Universo, ao decodificar uma mensagem nos dígitos do Pi. O Pi é uma constante matemática e uma mensagem arbitrária só poderia ser codificada nele por um Ser que tivesse criado os próprios fundamentos da Realidade. O que é uma excelente reviravolta no romance de ficção, mas os matemáticos com suas piadas sobre números racionais e transcendentais também querem provar que o Pi é em verdade um número normal, como vimos acima, o que significaria que qualquer mensagem arbitrária que fosse encontrada em seus dígitos seria mero acaso.

Você pode brincar de encontrar “mensagens” no Pi clicando em Pi-Search. Buscando nos primeiros 100 milhões de dígitos, as chances de encontrar qualquer sequência de 6 números – como a sua data de nascimento ou senha de banco – é de quase 100%.

Arte em Ondas Estacionárias

Uma corda, dois motores. Girando em sentidos contrários, a instalação de arte de Daniel Palacios cria ondas estacionárias que variam de acordo com o movimento do público ao redor. A arte cria tanto formas tridimensionais quanto sons cortando o ar.

Entender algo da arte envolvendo ondas estacionárias revela um tanto do segredo desse outro vídeo:

Aqui, o truque principal está na câmera, que captura imagens em vários quadros por segundo – a olho nu não se vêem as gotas imóveis no ar, exceto se todo o conjunto fosse iluminado por luz piscante, estroboscópica. Mas se poderia sim ver os fios de água dobrados pelo som, em ondas estacionárias no ar.

A Inteligência é uma Força Fundamental da Natureza

Existem quatro forças fundamentais na natureza. Tudo que conhecemos interage fundamentalmente através destas quatro forças: gravidade, eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca. Cada uma se comporta e é modelada de forma diferente, e depois que Albert Einstein unificou massa e energia, seu grande sonho passou a ser unificar todas as forças fundamentais em um só modelo, de forma a atingir uma Teoria de Tudo. Todo o Universo modelado fundamentalmente por um conjunto único de equações.

Que as forças nucleares forte e fraca fossem descobertas – Einstein iniciou seu projeto apenas com a gravidade e eletromagnetismo – e a física quântica demonstrasse que em escala subatômica tudo se comportava de forma, digamos, quântica, significou que seus sonhos permaneceram inacabados. A fotografia de como deixou seu escritório em Princeton para a posteridade de certa forma reflete sua obra sem fim.

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Desde então, não descobrimos mais forças fundamentais na natureza, e de fato conseguimos unificar duas delas: a força nuclear fraca e o eletromagnetismo podem ser modelados como formas diferentes da mesma interação fundamental, a força eletrofraca. Já há alguns anos a teoria de Supercordas promete terminar o serviço, mas a Teoria de Tudo permanece ainda assim um sonho.

Quando se ouve falar de uma “Teoria de Tudo”, um dos pensamentos mais naturais é imaginar quão estranho ou mesmo insano seria que tudo que conhecemos, que tudo que existe, seja modelado por um conjunto único de equações. Compreenderíamos instantaneamente todo o Universo? Onde estariam nossos sonhos, seriam eles reduzidos a simples equações?

O espetáculo de uma revoada de estorninhos deve nos ajudar a entender melhor o que exatamente o sonho de uma Teoria de Tudo representa.

Em uma revoada de estorninhos, mais de mil indivíduos podem voar em conjunto. Cada um deles interage apenas com aqueles próximos a si e reage de acordo com regras simples, porém coletivamente exibem um comportamento emergente hipnotizante. A simplicidade de cada agente individual, e a complexidade emergente do conjunto, foi modelada e demonstrada inicialmente no campo da Inteligência Artificial com os “Boids” de Craig Reynolds.

Inteligência Artificial modelando o comportamento da inteligência natural de estorninhos é algo fascinante com resultados como o que você vê acima.

Talvez ainda mais fascinante é a abordagem tomada por físicos da Universidade de Roma: eles modelaram o comportamento de revoadas de estorninhos baseados no magnetismo. A forma como estorninhos mudam de direção em revoada pode ser modelada exatamente com as mesmas ferramentas matemáticas que descrevem partículas de metal mudando seu spin em reação a campos eletromagnéticos.

O que os físicos italianos indicaram é que estorninhos podem se comportar como partículas e sua interação pode ser modelada como uma das forças fundamentais. Mas é a inteligência de tais estorninhos que reproduz a interação fundamental, não há realmente nenhum campo de força à distância entre um e outro estorninho. Não além daqueles que existem também entre duas pedras, que sem inteligência podem colidir livremente se lançadas ao ar.

Se por um lado o estudo dos físicos italianos demonstra a aplicação de um modelo matemático simples a um comportamento complexo, ele deve ressaltar como a metáfora também funcionaria no sentido inverso. Há muitos outros comportamentos complexos que não são modelados matematicamente. A forma como a inteligência pode reger o comportamento de um sem número de seres poderia ser interpretada como um universo de diferentes “forças fundamentais” que dificilmente seriam unificadas. Se a inteligência é uma força fundamental da natureza, há infinitas forças fundamentais na natureza.

Além das forças fundamentais, há uma infinidade de epifenômenos que emergem a partir daí, adicionando e multiplicando a complexidade do Universo em todas as formas que conhecemos – e a infinitude de outras que ainda iremos descobrir.

Mola Maluca desafia a gravidade

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Publiquei no Sedentário&Hiperativo um texto sobre o experimento com a “mola maluca” aparentemente desafiando a gravidade. Confira!

O Relojoeiro do Ferrofluido nas Bolhas de Sabão

Kim Pimmel combina “bolhas de sabão comuns com um exótico ferrofluido para criar uma instigante história, usando lentes macro e técnicas de lapso de tempo. O corante [vermelho] e o ferrofluido preto deslizam pelas estruturas das bolhas, atraídos pelas forças invisíveis da ação capilar e magnetismo”.

O vídeo deve remeter qualquer espectador a estruturas biológicas, e em especial, à complexidade das estruturas biológicas. E isso não é mera coincidência.

Na própria origem do termo “célula” nas observações de Robert Hooke no século 17, lá estavam as bolhas de sabão. E mesmo nas revoluções biológicas modernas que modelaram a membrana celular com conhecimentos adentrando a físico-química, também lá estavam as bolhas de sabão! Há trechos fabulosos desta ligação entre algo tão mundano com um conceito-chave no entendimento de uma unidade básica da vida em Planar Lipid bilayers (BLMs) and their applications.

E bolhas de sabão ainda podem ser usadas didaticamente para entender melhor o funcionamento da membrana celular (PDF).

Além das bolhas se sabão, o ferrofluido, um líquido suscetível à ação de campos magnéticos, também encontra ligações inusitadas. O que o artista usou aqui é provavelmente feito usando o toner negro de impressoras. O vídeo anterior de Pimmel ilustra essa dança de partículas de toner em resposta a campos magnéticos:

Os nexos da origem das copiadoras fotostáticas mais conhecidas como Xerox é tema para outro post, mas no ferrofluido também está algo da história da ciência, enquanto Michael Faraday utilizava raspas de ferro para ilustrar os então misteriosos e invisíveis campos magnéticos.

Acima, um dos primeiros diagramas representando linhas de força magnéticas, por Faraday em 1832.

O que nos leva ao nexo que une todos estes: a complexidade. Estamos acostumados a associar complexidade a dispositivos artificiais intrincados, ou alternativamente à própria vida, que ao longo de quase toda nossa história só poderíamos presumir também ser algo projetado, por mãos e mentes superiores às nossas.

E, no entanto, a complexidade nos cerca. Bolhas de sabão e principalmente pó de toner de uma impressora são elementos manufaturados, sim, mas quem esperaria ver tanta complexidade neles?

De fato, a complexidade nos cerca e fenômenos intrincados ocorrem à nossa volta, passando ao largo de nossos artifícios bem como daquilo que consideramos vivo. Ela é apenas largamente invisível aos nossos olhos, que do contrário estariam saturados de um universo de fenômenos.

Mesmo quando a complexidade é visível, é comumente  tomada como algo banal. Porque se pó de toner em meio a bolhas de sabão em uma bacia de água com um eletroímã ao centro fossem algo que ocorresse naturalmente, provavelmente nos pareceria tão “simples” e banal quanto as cores iridescentes de uma película de óleo sobre a água, dos cristais de gelo sobre uma nuvem.

Há, finalmente, a complexidade visível que é atribuída ao divino, como as cores refratadas do arco-íris. O que não deixa de ser curioso ao constatarmos que em um dia de Sol podemos criar nossos arco-íris simplesmente criando um jato de água com um a mangueira, mas ver algo como o que o artista Kim Pimmel criou requer um pouco mais de trabalho.

Pelo que poderíamos pensar que o deus do arco-íris é menos poderoso ou mesmo menos criativo que Pimmel.

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