Futuro do Universo pode estar influenciando o presente

Quando se pensa o Universo a partir das leis da mecânica quântica começam a fazer sentido algumas ideias aparentemente inconcebíveis.[Imagem: Anne Goodsell/Tommi Hakala]

Influências do futuro sobre o passado
Uma reformulação radical da mecânica quântica sugere que o Universo tem um destino definido, e que esse destino já traçado volta no tempo para influenciar o passado, ou o presente.
É uma afirmação alucinante, mas alguns cosmólogos já acreditam que uma reformulação radical da mecânica quântica, na qual o futuro pode afetar o passado, poderia resolver alguns dos maiores mistérios do universo, incluindo a forma como a vida surgiu.
E, além da origem da vida, poderia ainda explicar a fonte da energia escura e resolver outros enigmas cósmicos.
O que é mais impressionante é que os pesquisadores afirmam que recentes experimentos de laboratório confirmam de forma dramática os conceitos que servem de base para esta reformulação.

Recentemente, cientistas descobriram uma conexão surpreendente entre fenômenos quânticos. [Imagem: Adaptado de Chanchicto/Wikimedia]

 

Ordem oculta na incerteza
O cosmólogo Paul Davies, da Universidade do Arizona, nos Estados Unidos, está iniciando um projeto para investigar que influência o futuro pode estar tendo no presente, com a ajuda do Instituto FQXi, uma entidade sem fins lucrativos cuja proposta é discutir as questões fundamentais da física e do Universo.
É um projeto que vem sendo acalentado há mais de 30 anos, desde que Davies ouviu falar pela primeira vez das tentativas do físico Yakir Aharonov para chegar à raiz de alguns dos paradoxos da mecânica quântica.
Um desses paradoxos é o aparente indeterminismo da teoria: você não pode prever com precisão o resultado de experimentos com uma partícula quântica; execute exatamente o mesmo experimento em duas partículas idênticas e você vai obter dois resultados diferentes.
Enquanto a maioria dos físicos que se confrontaram com esse problema concluíram que a realidade é, fundamentalmente, profundamente aleatória, Aharonov argumenta que há uma ordem oculta dentro da incerteza. Mas, para entender sua origem, é necessário um salto de imaginação que nos leva além da nossa visão tradicional de tempo e causalidade.
Em sua reinterpretação radical da mecânica quântica, Aharonov argumenta que duas partículas aparentemente idênticas comportam-se de maneiras diferentes sob as mesmas condições porque elas são fundamentalmente diferentes. Nós apenas não detectamos esta diferença no presente porque ela só pode ser revelada por experiências realizadas no futuro.
"É uma ideia muito, muito profunda", diz Davies.

A flecha quântica do tempo aparentemente perde o rumo no mundo quântico. [Imagem: iStockphoto/danesteffes/PRF]

 

Consequências presentes do futuro
A abordagem de Aharonov sobre a mecânica quântica pode explicar todos os resultados normais que as interpretações convencionais também conseguem, mas tem a vantagem adicional de explicar também o aparente indeterminismo da natureza.
Além do mais, uma teoria na qual o futuro pode influenciar o passado pode ter repercussões enormes e muito necessárias para a nossa compreensão do universo, diz Davies.
Os cosmólogos que estudam as condições do início do universo ficam intrigados sobre o porquê do cosmos parecer tão idealmente talhado para a vida.
Mas há também outros mistérios: Por que é que a expansão do universo está se acelerando? Qual é a origem dos campos magnéticos visto nas galáxias? E por que alguns raios cósmicos parecem ter energias impossivelmente altas?
Estas questões não podem ser respondidas apenas olhando para as condições passadas do universo.
Mas talvez, pondera Davies, se o cosmos já tem definidas algumas condições finais nele próprio - um destino -, então isto, combinado com a influência das condições iniciais estabelecidas no início do universo, pode perfeitamente explicar estes enigmas cósmicos.

Aharonov já teve ideias menos extravagantes, como a aplicação da nanotecnologia à água. [Imagem: Katsir et al.]

 

Testando a flecha do tempo
É uma ideia muito boa - embora extremamente estranha.
Mas haveria alguma maneira de verificar a sua viabilidade? Dado que ela invoca um futuro ao qual ainda não temos acesso como causa parcial do presente, isto parece ser uma tarefa impossível.
No entanto, testes de laboratório engenhosamente inventados recentemente colocaram o futuro em teste e descobriram que ele poderia realmente estar afetando o passado.
Aharonov e seus colegas previram há muito tempo que, para certos experimentos quânticos muito específicos, realizados em três etapas sucessivas, o modo como a terceira e última etapa é realizada pode mudar dramaticamente as propriedades medidas durante o passo intermediário. Assim, ações realizadas no futuro (na terceira etapa), seriam vistas afetando os resultados das medições efetuadas no passado (na segunda etapa).
Em particular, nos últimos dois anos, equipes experimentalistas realizaram repetidamente experiências com lasers que mostram que, ajustando o passo final do experimento, é possível introduzir amplificações dramáticas no montante pelo qual o feixe de laser é desviado durante as etapas intermediárias do experimento. Em alguns casos, a deflexão observada durante a etapa intermediária pode ser amplificada por um fator de 10.000, dependendo das escolhas feitas na etapa final.
Estes resultados estranhos podem ser explicados de forma simples pelo quadro traçado por Aharonov: a amplificação intermediária é o resultado da combinação de ações realizadas tanto no passado (na primeira etapa) quanto no futuro (na etapa final).
É muito mais complicado explicar esses resultados usando interpretações tradicionais da mecânica quântica, afirma Andrew Jordan, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, que ajudou a conceber um dos experimentos com laser.
A situação pode ser comparada à forma como o modelo heliocêntrico do Sistema Solar, de Copérnico, e o modelo geocêntrico de Ptolomeu, ambos fornecem interpretações válidas dos mesmos dados planetários, mas o modelo heliocêntrico é muito mais simples e mais elegante.

Uma das ideias "selvagens" mais recentes de Davies foi a de uma viagem sem volta a Marte. [Imagem: NASA/JPL]

 

Consequências cósmicas
Embora os experimentos com laser estejam dando boas notícias para a equipe, Davies, Aharonov, Tollaksen e seu colega Menas Kefatos, da Universidade Chapman, na Califórnia, estão agora à procura de consequências cósmicas observáveis de informações do futuro influenciando o passado.
Um bom lugar para procurar é a radiação cósmica de fundo (CMB), o "brilho" remanescente do Big Bang. A CMB tem ondulações fracas de calor e frio e, trinta anos atrás, Davies desenvolveu um modelo com seu então aluno Tim Bunch que descreve essas ondas no nível quântico.
Davies e Tollaksen estão agora revisando este modelo no novo arcabouço quântico.
Físicos têm ideias já bem desenvolvidas sobre como era o estado inicial do universo e como pode acabar sendo seu estado final - muito provavelmente um vácuo, o resultado inevitável da contínua expansão.
A equipe está colocando estas ideias junto com seu novo modelo para ver se ele consegue prever assinaturas características da influência do futuro na CMB que possam ser captadas pelo telescópio espacial Planck.
"A cosmologia é um caso ideal para esta abordagem," afirma Bill Unruh, da Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá. "Desde que Aharonov encontrou esses resultados tão estranhos em algumas situações, vale a pena olhar para a cosmologia."
Davies ainda não sabe se essas ideias vão produzir resultados. Mas se o fizerem, seria revolucionário.
"A coisa mais notável sobre Paul," avalia Michael Berry, da Universidade de Bristol, "é que ele tem ideias muito selvagens combinadas com extremo cuidado e sobriedade."
Este pode ser exatamente o caráter necessário para fazer um grande avanço. Pode até ser o destino de Davies, uma mescla de seu futuro e de seu passado.

Encontradas estrelas mais frias do Universo

Astrônomos da NASA descobriram as estrelas mais frias já encontradas, com temperaturas abaixo das do corpo humano.[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

Anãs Y
Usando dados do Telescópio WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), astrônomos da NASA descobriram as estrelas mais frias já encontradas.
Elas têm temperaturas semelhantes às do corpo humano, ou até menores.
Esta concepção artística mostra como deve se parecer uma "anã Y". As anãs Y estréiam a classe de corpos estelares mais frios que se conhece.
Como os astrônomos ainda não detectaram anãs Y nos comprimentos de onda visível, que vemos com nossos olhos, a escolha de uma cor roxa para ilustrá-las foi feita por razões artísticas.
Os astrônomos caçam esses corpos celestes escuros há mais de uma década, sem sucesso. É quase impossível enxergá-las usando telescópios de luz visível porque, sendo tão frias, praticamente não brilham.
O telescópio Wise encontrou-as usando sua visão de infravermelho, sensível ao calor.
O telescópio descobriu seis anãs Y, variando em temperaturas atmosféricas de 175 graus Celsius até 25 graus Celsius.
Anãs marrons
As anãs Y pertencem a uma família maior de objetos chamados anãs marrons.
Anãs marrons começam suas vidas como estrelas, mas não chegam a acumular massa suficiente para fundir átomos de forma constante em seus núcleos e brilhar com a luz das estrelas. Em vez disso, elas vão se apagando e esfriando com o tempo, emitindo a maior parte de sua luz em comprimentos de onda infravermelha.
Classificação de estrelas
O esquema de classificação estelar descreve estrelas de todas as temperaturas, começando com as mais quentes, as estrelas "O", e agora terminando com as frias anãs Y.
A escala inteira inclui as classes: O, B, A, F, G, K, M, L, T, Y. O nosso Sol amarelo pertence à classe G de estrelas. Estrelas M, para comparação, são mais frias do que o nosso Sol e mais avermelhadas.
Enquanto as classes O até K são consideradas estrelas, os objetos M e L são uma mistura de estrelas e anãs marrons, e os objetos T e Y são anãs marrons puras.
O termo "anãs marrons" foi escolhido porque, quando foram descobertas, os astrônomos também não sabiam que cores esses objetos realmente teriam nos comprimentos de onda visíveis, e marrom não é uma verdadeira cor da luz (não existem "fótons marrons").
Os astrônomos agora sabem que as anãs T parecem avermelhadas, ou magenta, aos nossos olhos. Mas eles não estão certos de que cor são as anãs Y, uma vez que esses objetos não foram detectados em comprimentos de onda visíveis.

Categorias de anãs marrons, incluindo as recém-descobertas anãs Y. [Imagem: NASA/JPL-Caltech]

 

Anãs marrons
Esta concepção artística ilustra como as anãs marrons de diferentes tipos apareceriam para um viajante interestelar hipotético que passasse nas proximidades de cada uma.
À esquerda está uma anã L, no meio uma anã T e, à direita, uma anã Y.
Os objetos são progressivamente mais frios em termos de temperaturas atmosféricas conforme você se move da esquerda para a direita.
De forma surpreendente, nesta visualização a nave espacial do nosso intrépido viajante estaria à mesma distância de cada objeto.
Isto ilustra uma propriedade incomum das anãs marrons - todas elas têm as mesmas dimensões, aproximadamente o tamanho do planeta Júpiter, independentemente da sua massa.
Esta disparidade de massa pode ser de quinze vezes ou mais, quando se compara uma anã L com uma anã Y, apesar do fato de os dois objetos terem o mesmo raio.
Elas também têm temperaturas atmosféricas muito diferentes.
Uma anã L típica tem uma temperatura de 1.400 graus Celsius. Uma anã T típica tem uma temperatura de 900 graus Celsius.
A anã Y agora descoberta tem uma temperatura que alcança os 25 graus Celsius.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br

Sapato-gerador produz energia para seu celular

A força do passo é transferida para o polímero eletroativo por meio de um gel. A eficiência energética do dispositivo alcançou impressionantes 33%.[Imagem: Kornbluh et al./SRI International]

Colheita de energia
O processo de colheita de energia ganha cada vez mais atenção dos pesquisadores.
Em primeiro lugar, graças ao desenvolvimento de novos materiais capazes de produzir pequenas quantidades de eletricidade a partir de movimentos e vibrações no ambiente, sobretudo os chamados nanogeradores.
Em segundo lugar, porque os aparelhos móveis exigem uma quantidade relativamente modesta de energia em comparação com os equipamentos fixos, o que deixa sua alimentação, ainda que parcialmente, ao alcance de fontes de energia de baixa potência.
Polímeros eletroativos
Roy Kornbluh e seus colegas do Laboratório SRI, nos Estados Unidos, demonstraram agora as possibilidades de um novo material ainda pouco explorado para a coleta de energia do meio ambiente: os polímeros eletroativos, uma categoria dos chamados músculos artificiais.
Os polímeros eletroativos produzem uma corrente elétrica quando são esticados e relaxados. Há vários tipos deles, mas o mais conhecido é o elastômero dielétrico, formado por finas tiras de isolantes elásticos recobertos com eletrodos elásticos.
Eles geram energia separando mecanicamente as cargas elétricas quando o elastômero é esticado e então relaxado - quando a espessura do material aumenta. Isto os torna, em tese, uma espécie de capacitor esticável.
Sapato gerador e energia das ondas
O objetivo foi testar o conceito em aplicações com exigências bastante distintas, de forma a verificar a robustez e a possibilidade de aplicações práticas mais imediatas.
Por exemplo, a geração de energia a partir das ondas do mar exige equipamentos que sejam ao mesmo tempo eficientes e de baixo de custo. E aplicações em pequena escala, como recarregar baterias e alimentar aparelhos pessoais portáteis, exigem dispositivos leves e que possam ser facilmente incorporados no vestuário ou em acessórios pessoais.

A eficiência de 78% torna os polímeros eletroativos uma opção viável para a exploração imediata de energia a partir das ondas. Quando uma onda passa, um braço mecânico pressiona os discos. O elastômero dielétrico é o material preto entre os anéis. [Imagem: Kornbluh et al./SRI International]

 

Foram estas as duas aplicações principais desta etapa do estudo, que concluiu que os polímeros eletroativos são atualmente a opção mais viável para a conversão de energia cinética em eletricidade.
O material superou em eficiência, densidade de energia e facilidade de aplicação outros meios de colheita de energia, como geradores eletromagnéticos e cerâmicas piezoelétricas.

Eficiência energética
O sapato gerador, utilizando uma pilha de 20 camadas de filmes de elastômeros dielétricos, gera 0,8 joules (J) por passo, o equivalente a 1 Watt - sua eficiência máxima foi de 0,3 J por passo.
Uma pessoa pesando 80 quilogramas e com uma deflexão máxima do calcanhar de 3 milímetros libera uma energia total líquida de 2,4 J por passo - como o sapato gerador produz 0,8 J por passo, isso representa uma eficiência energética total de 33%, algo impressionante para um dispositivo tão simples.
Os testes mostraram que  a energia do sapato é suficiente para recarregar baterias de aparelhos eletrônicos portáteis, assim como para alimentar óculos de visão noturna. A eficiência foi ainda maior no gerador de energia a partir das ondas, superando os 78%. O gerador experimental produziu 25 J em testes de laboratório, usando 220 gramas de polímero eletroativo - uma densidade de 0,1 J/g.
Segundo os pesquisadores, isto mostra que os polímeros eletroativos já são técnica e economicamente viáveis para uso em equipamentos de geração de energia dos mais variados tipos.

Bibliografia:
A scalable solution to harvest kinetic energy
Roy D. Kornbluh, Joseph Eckerle, Brian McCoy
SPIE - Solar & Alternative Energy
Vol.: Published online
DOI: 10.1117/2.1201106.003749