Por quem os sinos dobram. Longa vida a Bell.

Nota do dono do blog: Feliz 2013! O Caderno volta à ativa e em grande estilo: com um post sensacional de um autor oculto (nem eu sei quem é!!!) como parte da primeira rodada do Interciência! Você consegue adivinhar quem o escreveu? Deixe o seu chute nos comentários! Abraços e boa leitura!

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Um dos critérios da concessão de prêmios Nobel é que o laureado esteja vivo (desde 1974, premiação póstuma só pode ocorrer se a morte do ganhador sobrevier após o anúncio dos vencedores; e, antes, só se a morte ocorresse depois da escolha [1]). Isso evita que pesquisadores vivos sejam preteridos por grandes nomes de um passado mais remoto e que a morte de um cientista influa em sua escolha (como uma espécie de homenagem in memoriam); mas, como também a tendência é de os prêmios serem concedidos por realizações já muito bem estabelecidas (coisa que pode levar muitas vezes décadas), abre espaço para algumas injustiças: indivíduos com contribuições relevantes deixam de ser homenageados porque decidiram expirar antes.

Um dos casos de grande injustiça, a meu ver, é em relação ao físico britânico John Stewart Bell. O breve relato biográfico a seguir é copiado descaradamentebaseado em texto de Andrew Whitaker [2], a menos onde indicado em contrário.

Bell nasceu a 28 de julho de 1928 em Belfastat, capital da Irlanda do Norte. Em 1945, ingressou no Queen’s Belfast University, graduando-se com louvor em Física Experimental (1948) e em Física Matemática (1949). Ainda como estudante de graduação, discutia com seus professores mostrando insatisfação com a Física Quântica e sua interpretação de modo acalorado e até agressivo.

Ao se graduar, passou a trabalhar no UK Atomic Research Establishment em Harwell, Inglaterra, sendo posteriormente realocado para o grupo de projeto de aceleradores em Malvern, também na Inglaterra – desenvolvendo modos de traçar a trajetória de partículas carregadas.

Em 1951, em ano sabático, no laboratório do físico Rudolf Peierls na Birmingham University, Bell desenvolveu seu trabalho com o teorema CPT (uma teoria quântica de campo canônica – basicamente sem considerar ações imediatas de longa distância e que trabalhe com transformações do espaço-tempo de acordo com a teoria da relatividade de Einstein – é invariante sob operações CPT [3]). Os físicos alemães Gerhard Lüders e Wolfgang Pauli, porém, publicaram seus achados um pouco antes de Bell, de modo que o britânico não tem levado quase nenhum crédito pela descoberta.

Casou-se com a física Mary Ross em 1954. Haviam se conhecido em Malvern e manteriam uma intensa parceria – afetiva e profissional – por toda a vida, publicando, inclusive, alguns trabalhos conjuntos.
Obteve o doutorado em 1956 e, em 1960, mudou-se com a esposa para o CERN. Algumas fontes [2] dizem que a mudança ocorreu pela alteração da linha de pesquisa em física teórica para aplicada em Harwell; outras, que se deu pelo redirecionamento dos esforços britânicos na pesquisa experimental com física de partículas para o CERN [4]. De todo modo, Bell passaria o resto de sua vida trabalhando no CERN.

Seus principais trabalhos abordando a questão das variáveis ocultas exposta no chamado paradoxo EPR (de Einstein, Podolsky e Rosen, os autores do artigo original que apresentava um questionamento sobre a completude da física quântica), juntamente com crítica ao argumento do matemático von Neumann contra a existência de variáveis ocultas foram desenvolvidos em 1964 (mas publicado só em 1966).

Em 1969, juntamente com o físico polonês naturalizado americano Roman Jackiw e com contribuição de Stephen Adler, físico americano, resolveram um problema na teoria quântica de campos. Pela teoria, um píon neutro não deveria decair em dois fótons, mas era exatamente o que ocorria na prática. O modelo algébrico padrão utilizado continha uma falha e quando procedeu-se a quantização (em vez de soluções contínuas), obteve-se a quebra de simetria no modelo, o que explicava o decaimento do píon. Isso é conhecido como anomalia ABJ ou anomalia quiral.

Foi eleito membro da Royal Society em 1972. Em 1988 recebeu a Medalha Dirac do Physics Institute [5], em 1989 foi agraciado com a Medalha Hughes da Royal Society [6] e com o Prêmio Dannie Heinemann de Física Matemática pela American Physics Society [7].

Em 1990, Bell faleceu em decorrência de um derrame cerebral.

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O teorema CPT e a anomalia ABJ já dão mostras do papel importantíssimo de Bell na física teórica e, em particular, na física quântica. Mas Bell foi fundamental com o resultado de seu trabalho de 1964. A partir dele derivaram-se as desigualdades (ou inequações) de Bell. Essas desigualdades puderam ser experimentalmente testadas e os resultados contradisseram as esperanças de Einstein com seu paradoxo EPR (e do próprio Bell, que acreditava nas variáveis ocultas e no realismo local).

Para tentar entendermos melhor a genialidade das inequações de Bell, precisamos entender a questão do realismo local. Até o desenvolvimento da física quântica nas primeiras décadas do século 20, a visão que predominava era a do determinismo. Esse determinismo era ilustrado pelo demônio de Laplace: uma inteligência a quem fosse dado saber o estado de todas as partículas do universo em um determinado instante, poderia simplesmente aplicar as leis da mecânica e conhecer o estado de cada partícula em qualquer outro momento futuro ou passado [8]. Heisenberg mudaria o quadro com seu princípio da incerteza (ou indeterminação).

Duas grandezas conjugadas, como velocidade e momento, não poderiam ter seus valores conhecidos com grau infinito de precisão ao mesmo tempo: quanto mais precisa a determinação do valor de uma das grandezas, menor a precisão do valor de outra. Heisenberg ilustrou com um experimento mental para a observação de um elétron ao microscópio. Para determinar a posição do elétron, seria preciso lançar fótons sobre ele e verificar o espalhamento (difração). Quanto menor o comprimento de onda, menor o espalhamento e maior a precisão da posição do elétron. Porém, quanto menor o comprimento de onda, maior a energia dos fótons e maior a transferência de momento ao elétron, tornando mais imprecisa a determinação da velocidade do elétron. Quanto menos energético o elétron, menos interferência no momento e mais precisa a determinação da velocidade do elétron. Porém o espalhamento é maior e a precisão da posição é menor. [9]

Na interpretação radical para a época da Escola de Copenhagen, isso significaria que, antes da observação, uma partícula não teria um estado definido: ela não estaria na posição x, y ou z. Ela estaria em um estado de sobreposição, em que a partícula estaria ao mesmo tempo na posição x, y e z. Uma função de onda (uma expressão matemática que descreve uma onda) indicaria a probabilidade de a partícula estar na posição x, y ou z depois da observação.

Albert Einstein não aceitava essa interpretação. Para ele (e boa parte dos físicos de então), a partícula tinha uma posição definida antes mesmo da observação. Apenas não saberíamos qual era. É o que os físicos chamam de interpretação realista – qualquer sistema tem um estado bem definido independentemente de observação. No artigo que escreveria com o físico russo Eric Podolsky e com o físico americano e israelense Nathan Rose, é proposto o seguinte experimento mental: dois sistemas (p.e. partículas) são colocados em contato e deixados interargir e se afastarem em linha reta. Princípios físicos bem estabelecidos (e aceitos na física quântica), garantiam a conservação de certas grandezas, como o momento de um sistema. Assim, sendo duas partículas de mesma natureza, teriam a mesma massa, ao se afastarem entre si, partindo da situação de repouso na interação inicial, a velocidade de uma seria exatamente igual a de outra, mas em sentido oposto – conservando o momento inicial (qual seja, zero). Partindo do mesmo ponto, a posição de uma seria a uma mesma distância do ponto inicial do que a posição de outra. Assim, quando suficientemente afastado, se medíssemos a posição de uma, imediatamente saberíamos a posição de outra; e, medindo a velocidade da outra, saberíamos a velocidade de uma. Sendo os autores, como a velocidade da luz é finita e nenhum sinal pode ter velocidade maior – isto é, não haveria nenhum efeito imediato à distância (o princípio da localidade – qualquer evento só pode ser afetado por outro evento que esteja nas imediações, não há uma ação imediata à distância); não haveria tempo de qualquer medição na posição na primeira partícula alterar a velocidade na segunda partícula e vice-versa. Isso permitiria que se conhecesse com precisão tanto a posição de ambas as partículas quanto suas velocidades (e, portanto, momento). Em não havendo possibilidade de um sinal superluminal (com velocidade acima da da luz) ir de um sistema ao outro, os valores das grandezas só poderiam estar definidos desde o começo. [10] Ou será que não?

Os seguidores da interpretação de Copenhagen mantinham que os valores não estavam predeterminados. Bell, que defendia a posição de Einstein, então bolou um modo de verificar a diferença entre as duas interpretações.

Consideremos três parâmetros A, B e C. Digamos, A – é loiro; B – tem menos de 1,60m de altura; C – é do sexo masculino. Em qualquer sala de aula, há um certo número (igual ou maior do que zero) de alunos que são loiros e têm 1,60m ou mais de altura N(A~B); um certo número que são loiros e do sexo feminino N(A~C) e que têm menos de 1,60m e são do sexo feminino N(B~C). É fácil ver que:
N(A~B) + N(B~C) ≥ N(A~C) [ineq. 1]

Se todos que são B são também C, então o número de alunos que são A, mas não são B, é igual ao número de alunos que são A, mas não são C (e, naturalmente, o número de alunos que são B, mas não são C, é igual a zero). Se nenhum que é B é C; o número de alunos que são A, mas não B, é igual ao de alunos que são A e C; o número de alunos que são B, mas não C, é igual ao número de alunos que são B; e o número de alunos que são A, mas não C, é igual ao número de alunos que são A e B. O número de alunos que são A e B, no máximo, é igual ao número de alunos que são B (caso todos os que são A sejam também B). Então, qualquer situação intermediária também obedece à inequação 1.

Isso vale para quaisquer conjuntos de variáveis A, B e C, desde que sejam variáveis clássicas: que obedeçam aos princípios do realismo e da localidade – o realismo local.
Se os estados das partículas, como elétrons, são definidos independentemente de observação, então teríamos a estatística das observações de parâmetros A, B e C que obedecem à inequação. Obviamente não faz sentido falar em elétrons garotos ou elétrons loiros (embora certamente todos sejam menores do que 1,60m). Uma característica quântica do elétron que se pode medir é o spin (grosso modo correspondente ao momento angular). Se um par de elétrons é gerado a partir de um processo em que se possa aplicar os princípios de conservação (digamos decaimento de uma partícula com spin 0, como um fóton), então teríamos um determinado número de elétrons com spin a 0°, 45° e 90° em uma dada direção para a direita ou para a esquerda (cuja soma ao fim fosse de 0). Sendo A = 0° direita; B = 45°direita e C = 90° direita:
N(0° direita e 45° esquerda) + N(45° direita e 90° esquerda) ≥ N(0° direita e 90° esquerda) [ineq. 2]

(Não há nada de particularmente especial nesses valores de ângulos para o spin, poderiam ser outros.)

Em 1982, equipe liderada pelo físico francês Alain Aspect colocou o teorema de Bell à prova. Usando fótons no lugar de elétrons e medindo ângulo de polarização no lugar de spin por razões técnicas. A inequação de Bell foi violada [11a, b]. A esperança de Einstein (e de Bell) em que variáveis ocultas locais salvariam o realismo local estava abalada.

Alguns modelos abandonam a localidade para tentar salvar o realismo. Mas alguns resultados relativamente recentes descartam um certo grupo de teorias de realismo com variáveis ocultas não-locais [12].

O trabalho de Bell abriu caminho para uma linha de investigação que permitiu avançar sobre o paradoxo EPR e colocar a estranha (por anti-intuitiva) interpretação de Copenhagen do estranho (por além de nossa experiência cotidiana) mundo quântico em bases experimentais bem sólidas. As implicações disso na visão de mundo que podemos ter é alvo de intenso debate entre epistemologistas [13]. Mas podemos dizer com segurança que mudou o mundo (ao menos o modo como o enxergamos) para sempre. E a Academia Sueca perdeu uma grande oportunidade de reconhecer tal fato.

[1] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/nomination/nomination_faq.html
[2] http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Bell_John.html
[3] http://www.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/05/2.html
[4] http://migre.me/cOi4P
[5] http://www.iop.org/about/awards/gold/dirac/medallists/page_38431.html
[6] http://royalsociety.org/awards/hughes-medal/
[7] http://www.aps.org/programs/honors/prizes/heineman.cfm
[8] http://www.stsci.edu/~lbradley/seminar/laplace.html
[9] http://www.aip.org/history/heisenberg/p08.htm
[10] http://www.drchinese.com/David/EPR.pdf
[11a] http://prl.aps.org/abstract/PRL/v49/i25/p1804_1
[11b] http://prl.aps.org/abstract/PRL/v49/i2/p91_1
[12] http://www.sciencedaily.com/releases/2008/03/080318174941.htm
[13] http://plato.stanford.edu/entries/bell-theorem/

[Este texto é parte da primeira rodada do InterCiência, o intercâmbio de divulgação científica. Saiba mais e participe em: http://scienceblogs.com.br/raiox/2013/01/interciencia/]

 

O blog está de mudança

Antes que você pense algo errado: não! eu não estou de saída do Science Blogs! De doido, afinal, eu só tenho a cara! E a profissão. E alguns comportamentos. E… deixa pra lá. Mas eu não sou doido! “My mother had me tested!”

Na prática, quem se muda sou eu, o blog permanece onde está. Estou voltando pro Brasil nos próximos dias e, por isso, o blog vai ficar meio mambembe até eu me estabelecer minimamente.

A repatriação de cientistas ainda é, a meu ver, um dos maiores problemas que enfrentamos na ciência brasileira. Não que seja meu caso, mas é isso que vejo aqui e ali: cientistas jovens e com potencial trocando a chance de sair para uma experiência enriquecedora no exterior por um emprego seguro onde quer que ele exista, simplesmente pelo fato de não saberem se este existirá em alguns anos. Ou pesquisadores muito bons se estabelecendo permanentemente no exterior pela falta de oportunidades claras no nosso país. Adicione a tudo isso o fato de que, se você decidiu ir pro exterior, provavelmente está resolvido a seguir carreira acadêmica e o “plano B” de abandonar a Academia e seguir para fazer pesquisa na indústria é essencialmente inviável no nosso país.

Não sei qual a melhor forma de resolver esse problema, mas, definitivamente, um “censo” permanente de quem está no exterior, fazendo o quê e onde, de forma a mapear e manter contato com esses profissionais, apresentando-lhes oportunidades e/ou mesmo atraindo-os explicitamente de volta já seria um bom começo. De fato, se tivéssemos nas Universidades brasileiras algumas vagas, mesmo que apenas quase-permanentes, que pudessem ser preenchidas sem grandes burocracias por pesquisadores de ponta, a fim de repatriá-los, já seria um ótimo passo. Um sistema parecido existe aqui na Alemanha a fim de manter/trazer pessoas que sejam de interesse dos institutos de pesquisa. Hoje, se você não tiver bons contatos antes de sair, voltar pode ser (se tornar) bem complicado.

Daqui da Alemanha, levo uma experiência maravilhosa: cientifica e culturalmente, a estada aqui valeu cada segundo. Se você é jovem, pensa em seguir carreira científica e quer sair do Brasil para um tempo no exterior, eu só posso recomendar fortemente que você o faça. Mesmo que não valha a pena cientificamente, o crescimento cultural é incomparável.

A Alemanha, em especial, foi certamente uma boa escolha para mim: um país de economia e cultura fortes, muito diferente da nossa, centro (geográfico e político) da Europa e um lugar bacana pra se viver. Como físico, foi igualmente uma experiência especial: viver e trabalhar no país que nos deu tantos grandes cientistas é inspirador. Pois veja só, são alemães, de nascimento ou culturalmente: Planck, Einstein, Schrödinger, Heisenberg, Hertz, Hänsch, Hund (o das regras), Sommerfeld, Stern e Gerlach, Beth, Born, Drude, Fahrenheit, Gauss, Röntgen, Helmholtz, …. . E ainda temos, fora da física, Kant, Goethe, Humboldt, Bach, Beethoven, Haydn, Mozart, Wagner, Strauss, Händel, Marx, Nietzsche (aquele que chorou), Kafka, Benz e Daimler (os inventores do carro), … e (ufa!) muitos e muitos outros que contribuíram decisivamente de alguma forma para o mundo moderno. É pouco ou quer mais?

À Alemanha só posso dizer “até mais, e obrigado pelos peixes!” 😉

Vejo vocês no Brasil. Até logo.

Ecos da Múmia

Atenção: este não é um post sobre ciência. Ou pelo menos não a ciência que você costuma ver por aqui comumente. Este post é uma reflexão que surgiu da discussão com o Igor Santos, meu vizinho aqui do 42, no post sobre a Múmia, aí embaixo. Avisado está.

A discussão lá no outro post gira em torno de uma questão apenas, no meu modo de ver: até onde nós humanos nos reconhecemos como uma espécie em separado? Que o ser humano é diferente dos ratos (alguns nem tanto) ou dos macacos, isso é óbvio e eu sei que há formas de caracterizar e catalogar tudo isso. Este não é o ponto aqui. Mas quando eu e você nos relacionamos com o restante das espécies e entre nós, esse fator de sermos diferentes entra na equação? Levando para a questão específica do post: alguns podem se incomodar com um corpo humano preservado em exposição em um museu mas não ver qualquer problema quando um macaco ou qualquer outro animal é exposto. Outros podem não ver qualquer problema em expor um cadáver. O mesmo vale para um zoológico: muitos se chocam quando, por alguma “ação conscientizadora” colocamos homens em jaulas, mas não se chocam por fazermos o mesmo com qualquer animal. Provavelmente há quem não veja problemas em expor homens vivos em zoológicos. Ou não há? O que há, com certeza, são aqueles que vêem o outro lado completamente: encarcerar e expor animais é tão errado quanto expor um homem.

Bom, no fundo, a meu ver, isso retrata até que ponto nós nos identificamos como uma espécie única, diferente, superior e que “tem direito” de subjugar as outras. Não nos vemos, normalmente, como parte da natureza, não nos sentimos como apenas mais uma éspecie, semelhante a todas a outras. Se fosse esse o caso, ou seja, se nos víssemos realmente como uma espécie como todas as outras (e todas as outras como nós), não haveria exposição de qualquer ser vivo em museus, ou haveria, quem sabe, mais homens em zoológicos. São situações equivalentes? Eu não sei. Na prática, quanto mais penso no assunto, mais noto que preciso pensar mais.E não sei se tenho a bagagem necessária pra ir mais a fundo no tema

Provavelmente há estudos psicológicos sobre o tema. Algum psicopata psicólogo de plantão que queira se pronunciar aí nos comentários e nos iluminar sobre o tema me faria muito feliz.

P.S.: O Igor está fazendo um trabalho muito bacana ciceronando a segunda temporada do Dispersando, o podcast do Science Blogs Brasil. Já há duas entrevistas por lá, inclusive a deste blogueiro que vos escreve. E há mais por vir. Não deixe de conferir!

>De volta… e com grandes notícias e mudanças

>

Oi… tem alguém aí? Estou de volta e com uma notícia espetacular: a alguns meses o Science Blogs Brasil abriu uma chamada para novos blogs e inscrevi o Caderno de Laboratório. A alguns dias veio a maravilhosa notícia de que fui aceito! 
O Science blogs é uma comunidade de blogs que discutem ciência, cultura, política, filosofia e muito mais, com apenas dois braços internacionais: o brasileiro e um alemão. Será uma oportunidade fantástica e uma honra imensa participar dessa comunidade. Outros blogs também foram escolhidos, junto com o Caderno e alguns já estrearam na nova plataforma. Visite-os. Tem muita coisa bacana entre os calouros e os veteranos!
Sendo assim, este blog e seu conteúdo serão migrados em breve para a plataforma do Science Blogs Brasil e assim que eu tiver o novo endereço, coloco aqui.
Vejo vocês por lá!

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