quarta-feira, 15 de janeiro de 2014

De onde vem a riqueza de um país rico

Há algum tempo publicou-se uma estimativa de que mais de 50% do Produto Interno Bruto (PIB) dos Estados Unidos eram oriundos de tecnologias que dependiam da teoria quântica. Ou seja, tecnologias viabilizadas pelo conhecimento da estrutura da matéria proporcionado pela teoria quântica, como já enfatizado em ensaios anteriores. Não me preocupei em verificar a porcentagem exata e nem se houve variação da percentagem ao longo dos últimos anos, porque é fácil constatar a importância crescente da informática e dos dispositivos eletrônicos em nossa sociedade.

Não tive oportunidade ainda de explicar essa teoria, o que tento fazer agora. Inicio com uma comparação com a mecânica clássica, desenvolvida por Isaac Newton, para explicitar depois as diferenças.

A mecânica clássica de Newton é baseada em três leis fundamentais: i) a lei de inércia, segundo a qual na ausência de forças um corpo permanecerá parado ou em movimento retilíneo com velocidade constante; ii) a segunda lei define que força é igual a massa vezes a aceleração de um corpo (F = ma); iii) a lei de ação e reação, que prevê forças de mesma intensidade mas sentidos contrários na interação entre dois corpos. Com essas leis é possível estudar o movimento de planetas e estrelas, além de corpos na Terra. É possível também projetar construções que sejam estáveis, mesmo contra a ação de terremotos.

Outra característica importante da mecânica clássica é que ela é determinística. Isto é, o movimento de um corpo pode ser previsto com exatidão se as forças que sobre ele agem forem conhecidas. Podemos determinar sua velocidade e posição em qualquer tempo do futuro (ou do passado). Isso será importante no contraste com a mecânica quântica.

Todas as experiências científicas até o final do século XIX confirmavam a validade da mecânica clássica. Entretanto, à medida que se tornou possível realizar experimentos com partículas submicroscópicas, como átomos isolados, notou-se que a mecânica clássica não era mais válida. Por mais de duas décadas no início do século XX desenvolveu-se a teoria quântica, assim chamada porque algumas grandezas são quantizadas. Estas não podem assumir quaisquer valores, mas somente múltiplos de uma quantidade unitária. A primeira dessas grandezas é a energia, que não pode variar continuamente. Como a quantidade unitária é muito pequena, não percebemos a quantização no mundo macroscópico.  

A teoria quântica engloba a mecânica clássica quando os sistemas físicos são macroscópicos, mas quando se trata de matéria subatômica faz previsões surpreendentes, que são confirmadas experimentalmente. Algumas das esquisitices da mecânica quântica são mencionadas abaixo:

1) Dualidade partícula-onda: toda partícula pode se comportar como partícula ou como onda. É possível prever como a partícula se comportará pelo tipo de experimento. Se a partícula estiver se propagando, comporta-se como onda. Se interagir com o ambiente e trocar energia, comporta-se como partícula.

2) Princípio da Incerteza de Heisenberg – não é possível determinar a posição e velocidade de uma partícula com precisão absoluta. Se soubermos com exatidão a posição da partícula nada saberemos sobre sua velocidade. O mesmo vale para a velocidade: se for conhecida com exatidão, nada poderá ser dito sobre a posição da partícula. Uma consequência importante desse Princípio é que as coisas na Natureza nunca podem estar completamente paradas, sem nenhum movimento.

3) A Mecânica Quântica é probabilística: não se pode determinar a trajetória de uma partícula, ao contrário da mecânica clássica. Esta característica da mecânica quântica sempre desagradou a Einstein, que não estava completamente convencido de sua validade e proferiu a famosa frase “Não acredito que Deus jogue dados”.

As manifestações dessas esquisitices não são percebidas no nosso mundo essencialmente macroscópico, porque seus efeitos não são mensuráveis. A incerteza na medida de posição e velocidade prevista pelo Princípio de Heisenberg para um carro em movimento, por exemplo, é ordens de grandeza menor do que a precisão com que essas grandezas podem ser medidas. 

A teoria quântica é abstrata e mesmo sua interpretação é controversa, em razão das previsões que contrariam o senso comum. Entretanto, a aplicação do formalismo matemático a ela subjacente sempre leva a resultados corretos, confirmados experimentalmente. Pelo menos até hoje!

Destacar uma teoria abstrata como a mecânica quântica em um ensaio cujo título menciona um país rico é minha maneira de dar ênfase à constatação de que está no conhecimento a verdadeira riqueza de um país. 

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