Há muito que a humanidade se indaga sobre nossa origem e do que é feito o mundo. Os primeiros relatos de que temos notícia vêm da Grécia Antiga, com a sugestão de que nosso planeta seria constituído de terra, água, fogo e ar. Ainda na Grécia Antiga, Demócrito e Leucipo sugeriram que tudo seria feito de átomos, constituintes indivisíveis. A propósito, o nome átomo que empregamos até hoje significa “sem divisão”, originário do grego em que “tomo” é divisão, e “a” é o prefixo de negação (sem).
A base científica para confirmar a idéia de que a matéria é constituída por átomos foi estabelecida muito tempo depois, no século XIX. Dalton em 1808 apresentou uma teoria sobre a constituição da matéria segundo a qual tudo o que há na natureza seria constituído de partículas indivisíveis e indestrutíveis. Haveria, ainda segundo Dalton, um número pequeno de diferentes tipos de átomos, que poderiam ser combinados para gerar a diversidade de materiais conhecidos.
O conceito de um número limitado de elementos diferentes, ou seja, com átomos diferentes, deu origem à Tabela Periódica, que julgo ser uma das conquistas científicas mais importantes de todos os tempos. A Tabela Periódica, com a ordenação dos elementos em ordem crescente de peso atômico, foi proposta em 1869 pelo russo Dimitri Mendeleev. O posicionamento dos átomos na tabela, e as modificações necessárias com a descoberta de novos elementos, requereram engenhosidade e grande capacidade de observação e análise de resultados experimentais. O porquê da ordenação proposta empiricamente – isto é com base em experiência sem um modelo teórico que pudesse explicar os resultados em detalhe – só surgiu com a teoria quântica.
Ao final do século XIX e início do século XX a convicção de que os átomos eram indivisíveis foi abalada com a verificação de que átomos contêm núcleos, carregados positivamente, rodeados por elétrons, que têm carga negativa. Novos modelos atômicos foram propostos, culminando com o aceito atualmente, ditado pela teoria quântica. Neste modelo, o núcleo concentra quase toda a massa do átomo, a despeito de representar apenas uma pequenina fração do tamanho do átomo. Para comparar, se o átomo fosse do tamanho de um estádio, como o Maracanã, o núcleo seria do tamanho de uma bola de futebol no seu centro.
Mas o núcleo também não é indivisível. Ele contém prótons, carregados positivamente, e nêutrons, que percebe-se pelo nome são neutros eletricamente. Além disso, os prótons e nêutrons são eles próprios constituídos de outras partículas, os quarks. Estes últimos são considerados partículas elementares, que foi a nova denominação encontrada para descrever as entidades de fato indivisíveis. Os elétrons também são partículas elementares.
Ao comentar a Tabela Periódica, mencionei peso atômico, que é a massa do átomo. Obviamente crescente com o número de prótons e nêutrons no núcleo. O elemento mais leve, o hidrogênio, tem apenas um próton. À medida que cresce o peso atômico, aumenta também a repulsão elétrica entre os prótons, uma vez que todos têm carga positiva. Como explicar então a estabilidade dos átomos? Se os prótons estão tão próximos entre si, pois o núcleo é pequeno, por que eles não se separam devido à repulsão? Ocorre que há entre prótons e nêutrons as forças nucleares atrativas. Estas últimas são de alcance muito pequeno, só se manifestando dentro do núcleo, e garantem a estabilidade do núcleo e consequentemente do átomo.
Quando o tamanho do átomo aumenta muito, com um número muito grande de prótons, a repulsão elétrica começa a vencer as forças nucleares, e o átomo fica instável. Este é o caso do urânio, que tem 92 prótons, e é instável. Ao perder partículas, um átomo de urânio libera energia, que é o princípio da geração de energia nuclear.
A importância da comprovação de modelos atômicos foi enfatizada pelo grande físico do Século XX, Richard Feynman, que disse que se só pudéssemos deixar uma única sentença para a próxima geração, ela deveria ser: “Tudo é feito de átomos”.
segunda-feira, 2 de novembro de 2009
segunda-feira, 17 de agosto de 2009
As ciências do Século XXI
O início de um século é sempre oportunidade para fazer previsões das mais diversas sobre como será o século. Como a maioria de nós não estará aqui para verificar as previsões, é tentador ousar. Vou hoje cair nessa tentação, e prever quais ciências mais se desenvolverão neste século que há pouco se iniciou.
Começo com um retrospecto do que aconteceu no Século XX, em que houve mais desenvolvimento tecnológico do que em todos os séculos anteriores somados. Há várias possíveis razões para tanto desenvolvimento em tão pouco tempo. Mas se eu tivesse que arriscar uma única razão, diria que foi crucial o decifrar da estrutura da matéria. Pois descobrir como são formados os átomos, e como eles se juntam para formar moléculas, líquidos e sólidos, foi essencial não só para entender a natureza, mas também permitir fabricar muitas coisas. Como os dispositivos eletrônicos de um computador e outros aparelhos.
A partir do advento de modelos que explicam a matéria, não é difícil entender por que a física, a química, e as engenharias tenham evoluído tanto. Além disso, à medida que problemas mais complexos puderam ser resolvidos, outras ciências foram beneficiadas. Até porque a matemática – na qual se baseia a segunda linguagem do conhecimento, a dos formalismos matemáticos – passou a ser utilizada de maneira crescente.
Um resultado de tanto desenvolvimento para a organização do conhecimento foi a proliferação de novas áreas. Para as engenharias, no início do Século XX havia apenas algumas modalidades, como Engenharia Civil, Engenharia Mecânica e uma incipiente Engenharia Elétrica. Um século depois, além das mencionadas, temos Engenharia de Alimentos, de Materiais, Eletrônica, Mecatrônica, Química, Ambiental, etc. O Século XX também assistiu à consolidação como áreas independentes da Lingüística, da Psicologia e Ciências Sociais, entre outras.
Terminamos o Século XX, portanto, com uma diversidade enorme de áreas do conhecimento, em grande contraste com os tempos da Grécia Antiga, em que a Filosofia englobava quase todas as fontes de conhecimento. É interessante notar, entretanto, que a Nanotecnologia, que tem caráter integrador e multidisciplinar, de certa forma retoma a idéia de uma área que abranja aspectos diversos do estudo da Natureza.
Chegou a hora das previsões. A minha primeira, talvez mais ou menos óbvia, é que continuaremos a ver grandes progressos em biologia e em áreas da saúde. Com o uso de metodologias experimentais e formalismos matemáticos cada vez mais sofisticados para entender sistemas biológicos, compreenderemos o “funcionamento” dos seres vivos de maneira mais e mais detalhada. Com as descobertas da genômica e produção de remédios a partir da nanotecnologia, por exemplo, acredito que em 20 ou 30 anos, os avanços em biologia, medicina e ciências da saúde em geral, permitirão um novo patamar para a vida humana. Não só com uma expectativa de vida maior, mas também com mais qualidade. Será influência direta dos benefícios da tecnologia.
Há, entretanto, muitos problemas da humanidade que não dependem só de tecnologia. Na verdade, não é por falta de tecnologia que nossos maiores problemas – fome, guerras, terrorismo, devastação do meio ambiente – não são resolvidos. Carecemos de vontade e união para resolver tais problemas. Precisamos, portanto, estudar e compreender o comportamento humano, desenvolver e implementar políticas sociais eficazes, encontrar meios de redistribuir riquezas.
Tudo isso está ligado às ciências humanas e sociais, cujo progresso pode ajudar a que atinjamos as metas acima. Por outro lado, por sua complexidade, essas áreas pouco se beneficiaram até o momento do uso de formalismos matemáticos. Prevejo que isso acontecerá nas próximas décadas, e fará deste o século das ciências sociais e humanidades.
Começo com um retrospecto do que aconteceu no Século XX, em que houve mais desenvolvimento tecnológico do que em todos os séculos anteriores somados. Há várias possíveis razões para tanto desenvolvimento em tão pouco tempo. Mas se eu tivesse que arriscar uma única razão, diria que foi crucial o decifrar da estrutura da matéria. Pois descobrir como são formados os átomos, e como eles se juntam para formar moléculas, líquidos e sólidos, foi essencial não só para entender a natureza, mas também permitir fabricar muitas coisas. Como os dispositivos eletrônicos de um computador e outros aparelhos.
A partir do advento de modelos que explicam a matéria, não é difícil entender por que a física, a química, e as engenharias tenham evoluído tanto. Além disso, à medida que problemas mais complexos puderam ser resolvidos, outras ciências foram beneficiadas. Até porque a matemática – na qual se baseia a segunda linguagem do conhecimento, a dos formalismos matemáticos – passou a ser utilizada de maneira crescente.
Um resultado de tanto desenvolvimento para a organização do conhecimento foi a proliferação de novas áreas. Para as engenharias, no início do Século XX havia apenas algumas modalidades, como Engenharia Civil, Engenharia Mecânica e uma incipiente Engenharia Elétrica. Um século depois, além das mencionadas, temos Engenharia de Alimentos, de Materiais, Eletrônica, Mecatrônica, Química, Ambiental, etc. O Século XX também assistiu à consolidação como áreas independentes da Lingüística, da Psicologia e Ciências Sociais, entre outras.
Terminamos o Século XX, portanto, com uma diversidade enorme de áreas do conhecimento, em grande contraste com os tempos da Grécia Antiga, em que a Filosofia englobava quase todas as fontes de conhecimento. É interessante notar, entretanto, que a Nanotecnologia, que tem caráter integrador e multidisciplinar, de certa forma retoma a idéia de uma área que abranja aspectos diversos do estudo da Natureza.
Chegou a hora das previsões. A minha primeira, talvez mais ou menos óbvia, é que continuaremos a ver grandes progressos em biologia e em áreas da saúde. Com o uso de metodologias experimentais e formalismos matemáticos cada vez mais sofisticados para entender sistemas biológicos, compreenderemos o “funcionamento” dos seres vivos de maneira mais e mais detalhada. Com as descobertas da genômica e produção de remédios a partir da nanotecnologia, por exemplo, acredito que em 20 ou 30 anos, os avanços em biologia, medicina e ciências da saúde em geral, permitirão um novo patamar para a vida humana. Não só com uma expectativa de vida maior, mas também com mais qualidade. Será influência direta dos benefícios da tecnologia.
Há, entretanto, muitos problemas da humanidade que não dependem só de tecnologia. Na verdade, não é por falta de tecnologia que nossos maiores problemas – fome, guerras, terrorismo, devastação do meio ambiente – não são resolvidos. Carecemos de vontade e união para resolver tais problemas. Precisamos, portanto, estudar e compreender o comportamento humano, desenvolver e implementar políticas sociais eficazes, encontrar meios de redistribuir riquezas.
Tudo isso está ligado às ciências humanas e sociais, cujo progresso pode ajudar a que atinjamos as metas acima. Por outro lado, por sua complexidade, essas áreas pouco se beneficiaram até o momento do uso de formalismos matemáticos. Prevejo que isso acontecerá nas próximas décadas, e fará deste o século das ciências sociais e humanidades.
Nanotecnologia chega ao Nobel
A divulgação do Prêmio Nobel de Física de 2007, concedido aos pesquisadores Albert Fert, da França, e Peter Grünberg, da Alemanha, foi agradável surpresa para os entusiastas da nanotecnologia. A descoberta que levou ao Nobel ocorreu em 1988, quando foi observado o fenômeno de magnetorresistência gigante em materiais magnéticos preparados com métodos da nanotecnologia.
A magnetorresistência é uma característica de metais, que têm sua condutividade elétrica afetada pela aplicação de um campo magnético, como de um ímã. Em geral esse efeito é bastante pequeno, com uma alteração na resistência à passagem de corrente elétrica de apenas 1 a 3%. A grande descoberta foi a de que estruturas metálicas dispostas em camadas de dimensões nanométricas (1nm é um milionésimo de 1 mm) podem ter sua resistência alterada em até 50%. Tais estruturas continham sanduíches de ferro recheados com uma camada de apenas 3 átomos de cromo de espessura. Deu-se o nome a esta propriedade de magnetoresistência gigante.
À primeira vista, essa descoberta parecia ficar apenas no âmbito da física, do magnetismo. Entretanto, logo se percebeu que uma alteração tão grande numa propriedade elétrica de um material poderia ser explorada em aplicações práticas. Isso ocorreu com as memórias de computadores, uma vez que já se empregavam materiais magnéticos para produzir os discos rígidos. Nestes, a gravação da informação é feita por um cabeçote magnético que aplica pulsos de corrente elétrica para magnetizar o disco. A leitura é feita pelo mesmo cabeçote, ao detectar correntes quando passa sobre regiões magnetizadas do disco. A vantagem de empregar magnetorresistência gigante foi a de permitir produzir elementos de memória cada vez menores.
O resultado é conhecido por todos. Com o grande aumento da capacidade de memória, foi possível fabricar computadores de colo e de bolso. Mais recentemente permitiu a criação dos aparelhos MP3 e MP4. De certa forma, houve uma revolução na maneira pela qual ouvimos música e armazenamos informações. Tudo isso devido a uma descoberta de física!
Talvez a publicidade associada ao Prêmio Nobel convença um número maior de pessoas da importância de pesquisa básica para o desenvolvimento de uma Nação. Principalmente em áreas multidisciplinares, com abordagens integradas, como é a Nanotecnologia. Para aqueles que trabalham neste campo, entretanto, as conseqüências benéficas não são surpresa. A cada dia são relatados casos em que a organização de materiais com controle no nível atômico e molecular faz com que propriedades diferenciadas apareçam. Como foi o caso dos sanduíches de ferro e cromo que apresentaram magnetorresistência gigante.
O artigo científico que primeiro descreveu a magnetorresistência gigante, publicado em importante revista americana, tinha um brasileiro como primeiro autor. É o Prof. Mário Baibich, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Tínhamos a expectativa de que ele também pudesse ser agraciado com o Prêmio Nobel, que seria o primeiro concedido a um brasileiro.
O possível júbilo que tal acontecimento teria gerado, para mim foi compensado com a grandeza da reação do Prof. Baibich ao tomar conhecimento do Prêmio. Além de se declarar extremamente feliz com o Prêmio que seu colaborador francês recebeu, humildemente disse não se sentir frustrado porque o Prêmio foi concedido não apenas pela descoberta, mas também pelo desenvolvimento de áreas relacionadas à magnetorresistência gigante. O Prêmio é de cerca de 1,5 milhão de dólares. À grandeza da atitude do Prof. Baibich não se pode atribuir preço.
A magnetorresistência é uma característica de metais, que têm sua condutividade elétrica afetada pela aplicação de um campo magnético, como de um ímã. Em geral esse efeito é bastante pequeno, com uma alteração na resistência à passagem de corrente elétrica de apenas 1 a 3%. A grande descoberta foi a de que estruturas metálicas dispostas em camadas de dimensões nanométricas (1nm é um milionésimo de 1 mm) podem ter sua resistência alterada em até 50%. Tais estruturas continham sanduíches de ferro recheados com uma camada de apenas 3 átomos de cromo de espessura. Deu-se o nome a esta propriedade de magnetoresistência gigante.
À primeira vista, essa descoberta parecia ficar apenas no âmbito da física, do magnetismo. Entretanto, logo se percebeu que uma alteração tão grande numa propriedade elétrica de um material poderia ser explorada em aplicações práticas. Isso ocorreu com as memórias de computadores, uma vez que já se empregavam materiais magnéticos para produzir os discos rígidos. Nestes, a gravação da informação é feita por um cabeçote magnético que aplica pulsos de corrente elétrica para magnetizar o disco. A leitura é feita pelo mesmo cabeçote, ao detectar correntes quando passa sobre regiões magnetizadas do disco. A vantagem de empregar magnetorresistência gigante foi a de permitir produzir elementos de memória cada vez menores.
O resultado é conhecido por todos. Com o grande aumento da capacidade de memória, foi possível fabricar computadores de colo e de bolso. Mais recentemente permitiu a criação dos aparelhos MP3 e MP4. De certa forma, houve uma revolução na maneira pela qual ouvimos música e armazenamos informações. Tudo isso devido a uma descoberta de física!
Talvez a publicidade associada ao Prêmio Nobel convença um número maior de pessoas da importância de pesquisa básica para o desenvolvimento de uma Nação. Principalmente em áreas multidisciplinares, com abordagens integradas, como é a Nanotecnologia. Para aqueles que trabalham neste campo, entretanto, as conseqüências benéficas não são surpresa. A cada dia são relatados casos em que a organização de materiais com controle no nível atômico e molecular faz com que propriedades diferenciadas apareçam. Como foi o caso dos sanduíches de ferro e cromo que apresentaram magnetorresistência gigante.
O artigo científico que primeiro descreveu a magnetorresistência gigante, publicado em importante revista americana, tinha um brasileiro como primeiro autor. É o Prof. Mário Baibich, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Tínhamos a expectativa de que ele também pudesse ser agraciado com o Prêmio Nobel, que seria o primeiro concedido a um brasileiro.
O possível júbilo que tal acontecimento teria gerado, para mim foi compensado com a grandeza da reação do Prof. Baibich ao tomar conhecimento do Prêmio. Além de se declarar extremamente feliz com o Prêmio que seu colaborador francês recebeu, humildemente disse não se sentir frustrado porque o Prêmio foi concedido não apenas pela descoberta, mas também pelo desenvolvimento de áreas relacionadas à magnetorresistência gigante. O Prêmio é de cerca de 1,5 milhão de dólares. À grandeza da atitude do Prof. Baibich não se pode atribuir preço.
Descobertas por acaso
O sonho de qualquer cientista é descobrir algo espetacular, que possa contribuir grandemente para o avanço da ciência, ou explicar fenômenos que há muito se tentava entender. Ou ainda permitir grande retorno para a sociedade. Quem não gostaria de descobrir a cura para a AIDS ou o câncer? Nesses sonhos, imagina-se atingir metas buscadas com método científico, e que a descoberta advenha de um lampejo de inteligência, ou quiçá, genialidade.
Mas não é sempre assim. Em muitas descobertas importantes da história, o acaso teve papel predominante. São muitos os casos em que a descoberta é quase que totalmente fortuita. Em que o pesquisador descobre algo importante sem querer, sem estar procurando ou minimamente interessado no problema que levou à descoberta. Isso não desmerece de nenhuma maneira o trabalho do cientista. Mesmo quando a sorte ajuda, ainda assim é necessária capacidade de identificar a descoberta e reconhecer sua importância e implicações.
Menciono um exemplo recente de descoberta por acaso. Trata-se da descoberta da condução elétrica em polímeros, em 1977, a partir de um erro de comunicação entre um pesquisador japonês, Prof. Shirakawa, e seu estudante coreano. Ao receber a receita para sintetizar o polímero, o estudante compreendeu erroneamente e colocou muito mais de um produto químico do que deveria. Com isso, o polímero que seria praticamente incolor apareceu de cor metálica.
A astúcia do Prof. Shirakawa fez com que ele não só percebesse que havia algo muito errado, mas também que o material obtido poderia ser muito importante. De fato, pouco tempo depois ele mostrou o material a dois outros professores, Alan Heeger e Alan MacDiarmid, dos EUA, que juntos propuseram que os plásticos também podem conduzir eletricidade. Esta descoberta e o subseqüente desenvolvimento da área – que hoje permite até que se pense em produzir TVs de plástico – fizeram com que os três professores, Shirakawa, Heeger e MacDiarmid, recebessem o Prêmio Nobel de Química em 2000.
Uma descoberta antiga, completamente por acaso, foi a da relação entre eletricidade e magnetismo. Desde a Grécia Antiga, eram conhecidos fenômenos de eletricidade – por exemplo a geração de cargas por atrito entre dois corpos – e de magnetismo, com a atração e repulsão em ímãs. Mas somente no início do Século XIX, por volta de 1820, é que se descobriu que uma corrente elétrica poderia afetar a agulha de uma bússola. Ou seja, a partir de eletricidade é possível gerar magnetismo.
Esta descoberta fez com que Michael Faraday, um cientista inglês, empreendesse uma busca que durou quase uma década. Imaginou Faraday que se eletricidade gera magnetismo, o inverso também deveria ocorrer, com magnetismo gerando eletricidade. A comprovação dessa expectativa veio com a lei de indução de Faraday, na qual se baseia a geração de energia elétrica nas usinas hidrelétricas.
Embora esta coluna tenha enfatizado descobertas fortuitas, não posso deixar de mencionar que contribuições científicas podem ter caráter completamente distinto. Ilustro com duas descobertas de Albert Einstein, em 1905. A teoria da relatividade previu a contração espacial e a dilatação temporal, que só puderam ser comprovadas anos mais tarde. Já a outra descoberta, a do efeito fotoelétrico, foi uma teoria que explicou prontamente um efeito observado em 1887, dezoito anos antes.
Noutro dia li nos jornais uma outra descoberta por acaso. A da cura da calvície. A julgar pelo número de calvos que andam por aí, ou por aqui, esta descoberta pode ter sido fortuita, mas os resultados parecem não ser definitivos.
Mas não é sempre assim. Em muitas descobertas importantes da história, o acaso teve papel predominante. São muitos os casos em que a descoberta é quase que totalmente fortuita. Em que o pesquisador descobre algo importante sem querer, sem estar procurando ou minimamente interessado no problema que levou à descoberta. Isso não desmerece de nenhuma maneira o trabalho do cientista. Mesmo quando a sorte ajuda, ainda assim é necessária capacidade de identificar a descoberta e reconhecer sua importância e implicações.
Menciono um exemplo recente de descoberta por acaso. Trata-se da descoberta da condução elétrica em polímeros, em 1977, a partir de um erro de comunicação entre um pesquisador japonês, Prof. Shirakawa, e seu estudante coreano. Ao receber a receita para sintetizar o polímero, o estudante compreendeu erroneamente e colocou muito mais de um produto químico do que deveria. Com isso, o polímero que seria praticamente incolor apareceu de cor metálica.
A astúcia do Prof. Shirakawa fez com que ele não só percebesse que havia algo muito errado, mas também que o material obtido poderia ser muito importante. De fato, pouco tempo depois ele mostrou o material a dois outros professores, Alan Heeger e Alan MacDiarmid, dos EUA, que juntos propuseram que os plásticos também podem conduzir eletricidade. Esta descoberta e o subseqüente desenvolvimento da área – que hoje permite até que se pense em produzir TVs de plástico – fizeram com que os três professores, Shirakawa, Heeger e MacDiarmid, recebessem o Prêmio Nobel de Química em 2000.
Uma descoberta antiga, completamente por acaso, foi a da relação entre eletricidade e magnetismo. Desde a Grécia Antiga, eram conhecidos fenômenos de eletricidade – por exemplo a geração de cargas por atrito entre dois corpos – e de magnetismo, com a atração e repulsão em ímãs. Mas somente no início do Século XIX, por volta de 1820, é que se descobriu que uma corrente elétrica poderia afetar a agulha de uma bússola. Ou seja, a partir de eletricidade é possível gerar magnetismo.
Esta descoberta fez com que Michael Faraday, um cientista inglês, empreendesse uma busca que durou quase uma década. Imaginou Faraday que se eletricidade gera magnetismo, o inverso também deveria ocorrer, com magnetismo gerando eletricidade. A comprovação dessa expectativa veio com a lei de indução de Faraday, na qual se baseia a geração de energia elétrica nas usinas hidrelétricas.
Embora esta coluna tenha enfatizado descobertas fortuitas, não posso deixar de mencionar que contribuições científicas podem ter caráter completamente distinto. Ilustro com duas descobertas de Albert Einstein, em 1905. A teoria da relatividade previu a contração espacial e a dilatação temporal, que só puderam ser comprovadas anos mais tarde. Já a outra descoberta, a do efeito fotoelétrico, foi uma teoria que explicou prontamente um efeito observado em 1887, dezoito anos antes.
Noutro dia li nos jornais uma outra descoberta por acaso. A da cura da calvície. A julgar pelo número de calvos que andam por aí, ou por aqui, esta descoberta pode ter sido fortuita, mas os resultados parecem não ser definitivos.
Controle remoto e comportamento humano
Dizem que o controle remoto exerce grande fascínio sobre os telespectadores, principalmente pelo poder de trocar o canal da TV a qualquer momento. Parece que na maioria dos lares, são os homens que gostam de manusear o controle. Será busca pelo poder? Para as emissoras de TV, o controle remoto representa um grande problema, já que precisam manter a atenção do telespectador e evitar que este mude de canal. Quando e por que se troca o canal?
Esta pergunta interessa às emissoras por razões óbvias. Meu interesse está numa generalização da pergunta: É possível prever o comportamento humano?
Uma importante corrente de filósofos e boa parte dos especialistas em ciências sociais e psicologia acreditam ser impossível descrever detalhadamente o comportamento humano, de tão complexo que é. E tão dependente de variáveis sobre as quais há pouco ou nenhum controle. Por outro lado, há muitos cientistas que acham ser possível aplicar ao estudo do comportamento humano métodos de análise comumente empregados nas ciências exatas, e com isso ter alguma capacidade de explicar e prever comportamentos. Esta também é minha opinião.
Suponhamos uma experiência imaginária com um sistema computacional para prever quando um determinado telespectador mudará de canal. Para desenvolver tal sistema, filmaremos o telespectador por meses a fio, registrando todas as suas reações, movimentos de olhos, pernas, braços e tronco. Todas as imagens serão digitalizadas e armazenadas num grande banco de dados. Além disso, monitoraremos a pressão e batimentos cardíacos, e o que é mais importante, registraremos sua atividade cerebral. Isso é possível com tomografia computadorizada, em que sinais elétricos são captados em diferentes regiões do cérebro, que podem ser correlacionados com sensações de prazer, tristeza, etc. O conhecimento sobre a atividade cerebral está longe de ser completo, mas já pode dar bons indicativos com a tecnologia atual. Por último, registraremos as condições da sala de TV, como temperatura, iluminação e localização do telespectador. Nosso sistema terá informação, também, de tudo o que a TV está mostrando.
Manipular e interpretar a imensa quantidade de dados armazenados por um sistema como o descrito acima é um grande desafio. Para isso podemos recorrer a métodos de computação, como mineração de dados, visualização de informação, e inteligência artificial. Tudo isso será integrado no sistema que ainda empregará métodos estatísticos e modelos matemáticos, para finalmente fazer a previsão do que o telespectador fará a partir do que está vendo na TV.
Há várias perguntas que se pode fazer sobre o experimento. Em primeiro lugar, vale a pena tanto esforço só para saber uma única informação, a de quando o usuário troca o canal? E que vale só para um usuário? Mais importante ainda é que com a tecnologia atual, lidar com tantos dados para a previsão fará com que o sistema demore muito até chegar numa resposta. Ou seja, ao analisar o comportamento presente do telespectador, talvez o computador leve horas para prever o que o telespectador fará nos próximos segundos. Isso obviamente não serve como sistema de previsão. Mas lembremos que a capacidade computacional está aumentando rapidamente. Não é inconcebível imaginar que tarefas que hoje demandam horas, daqui a algum tempo requererão apenas alguns segundos.
Para o leitor que acha o sistema de previsão complicado demais, não servindo de argumento a favor dos que acreditam ser possível prever o comportamento humano, dou exemplos mais simples. Você concorda que uma pessoa que detesta futebol mudará de canal rapidamente quando estiver passando uma partida na TV? Será apenas questão de saber quanto tempo levará a mudança no controle remoto. Se eu fosse o telespectador sob análise, entretanto, você pode apostar que eu dificilmente mudaria de canal se estivesse passando um jogo ao vivo do Santos.
Esta pergunta interessa às emissoras por razões óbvias. Meu interesse está numa generalização da pergunta: É possível prever o comportamento humano?
Uma importante corrente de filósofos e boa parte dos especialistas em ciências sociais e psicologia acreditam ser impossível descrever detalhadamente o comportamento humano, de tão complexo que é. E tão dependente de variáveis sobre as quais há pouco ou nenhum controle. Por outro lado, há muitos cientistas que acham ser possível aplicar ao estudo do comportamento humano métodos de análise comumente empregados nas ciências exatas, e com isso ter alguma capacidade de explicar e prever comportamentos. Esta também é minha opinião.
Suponhamos uma experiência imaginária com um sistema computacional para prever quando um determinado telespectador mudará de canal. Para desenvolver tal sistema, filmaremos o telespectador por meses a fio, registrando todas as suas reações, movimentos de olhos, pernas, braços e tronco. Todas as imagens serão digitalizadas e armazenadas num grande banco de dados. Além disso, monitoraremos a pressão e batimentos cardíacos, e o que é mais importante, registraremos sua atividade cerebral. Isso é possível com tomografia computadorizada, em que sinais elétricos são captados em diferentes regiões do cérebro, que podem ser correlacionados com sensações de prazer, tristeza, etc. O conhecimento sobre a atividade cerebral está longe de ser completo, mas já pode dar bons indicativos com a tecnologia atual. Por último, registraremos as condições da sala de TV, como temperatura, iluminação e localização do telespectador. Nosso sistema terá informação, também, de tudo o que a TV está mostrando.
Manipular e interpretar a imensa quantidade de dados armazenados por um sistema como o descrito acima é um grande desafio. Para isso podemos recorrer a métodos de computação, como mineração de dados, visualização de informação, e inteligência artificial. Tudo isso será integrado no sistema que ainda empregará métodos estatísticos e modelos matemáticos, para finalmente fazer a previsão do que o telespectador fará a partir do que está vendo na TV.
Há várias perguntas que se pode fazer sobre o experimento. Em primeiro lugar, vale a pena tanto esforço só para saber uma única informação, a de quando o usuário troca o canal? E que vale só para um usuário? Mais importante ainda é que com a tecnologia atual, lidar com tantos dados para a previsão fará com que o sistema demore muito até chegar numa resposta. Ou seja, ao analisar o comportamento presente do telespectador, talvez o computador leve horas para prever o que o telespectador fará nos próximos segundos. Isso obviamente não serve como sistema de previsão. Mas lembremos que a capacidade computacional está aumentando rapidamente. Não é inconcebível imaginar que tarefas que hoje demandam horas, daqui a algum tempo requererão apenas alguns segundos.
Para o leitor que acha o sistema de previsão complicado demais, não servindo de argumento a favor dos que acreditam ser possível prever o comportamento humano, dou exemplos mais simples. Você concorda que uma pessoa que detesta futebol mudará de canal rapidamente quando estiver passando uma partida na TV? Será apenas questão de saber quanto tempo levará a mudança no controle remoto. Se eu fosse o telespectador sob análise, entretanto, você pode apostar que eu dificilmente mudaria de canal se estivesse passando um jogo ao vivo do Santos.
Tradução automática para a Internet
O acesso à Internet aumentou enormemente nossas possibilidades de obter informações do mundo todo. Mas nem tudo que está na Internet nos é acessível porque podemos não compreender o conteúdo, escrito em outras línguas. Grande parte do material da Internet está em inglês, e menos de 10% da população mundial têm o inglês como língua materna. Mesmo considerando que muitos já têm conhecimentos rudimentares de inglês, como segunda língua, a maioria da população ainda fica excluída.
A dificuldade no acesso é ainda maior quando o conteúdo está em línguas que usam diferentes símbolos ou alfabetos. Para nós brasileiros, ainda é possível tentar adivinhar um pouco do conteúdo em línguas românicas, como o espanhol ou italiano, mas é impossível sequer imaginar o que contém uma página em chinês, japonês, russo ou árabe. O mesmo certamente se aplica aos povos asiáticos para ter acesso às páginas em línguas românicas, ou em inglês.
Essa barreira da língua para um acesso universalizado ao conteúdo da Internet só pode ser vencida com sistemas de tradução automática. A tradução por humanos é descartada porque não seria factível encontrar tradutores para tantas línguas, que fossem capazes de traduzir tanto material colocado a cada dia na Internet.
Sistemas de tradução automática nasceram praticamente na mesma época da criação dos computadores. Aliás, uma das primeiras tarefas que se imaginou para um computador era a de traduzir textos de uma língua para a outra. A primeira grande iniciativa em se obter tradução por computador foi do governo norte-americano, no início da Guerra Fria. Era uma tentativa de processar de maneira mais eficaz as informações captadas por seus sistemas de espionagem.
Apesar de bastante antiga, a área de tradução automática ainda tem muitos desafios a vencer para que tradutores de boa qualidade sejam gerados. As dificuldades são semelhantes àquelas que mencionei em coluna passada, quando expliquei as razões pelas quais ainda não conseguimos nos comunicar eficientemente com o computador. Tais dificuldades estão normalmente associadas a ambigüidades, tanto de palavras que possam ter mais de um significado, como nos diferentes arranjos das palavras numa sentença.
Um exemplo de problema com tradução que ficou famoso foi a da sentença “O espírito é forte, mas a carne é fraca”, traduzida do inglês para o russo nos primórdios da tradução automática. Em inglês, a sentença era “The spirit is strong, but the flesh is weak”, que foi traduzida para o russo como algo “A vodka é boa, mas a carne está estragada”.
Por que um erro crasso numa sentença tão simples? Acontece que “spirit” em inglês pode ser espírito ou bebida destilada, como uísque ou vodka. E o “is” do inglês pode ser do verbo ser ou do verbo estar. O tradutor automático para o russo acabou por escolher o verbo estar, o que distanciou ainda mais a sentença traduzida do significado da sentença original.
Para melhorar a qualidade de tradutores, hoje empregam-se métodos que vão além daqueles baseados em tradução palavra por palavra. Nesses métodos, determina-se a estrutura sintática da sentença original, que é mapeada numa estrutura equivalente na língua destino. Só então as palavras são traduzidas. Para algumas línguas, a qualidade já é aceitável, principalmente para textos técnicos, ou que não envolvam metáforas, gírias, ou expressões de duplo sentido.
Continua sendo um sonho poder aceder material de várias línguas através da tradução totalmente automática. Da mesma forma que para nos comunicarmos com uma máquina, será preciso esperar décadas para realizá-lo.
A dificuldade no acesso é ainda maior quando o conteúdo está em línguas que usam diferentes símbolos ou alfabetos. Para nós brasileiros, ainda é possível tentar adivinhar um pouco do conteúdo em línguas românicas, como o espanhol ou italiano, mas é impossível sequer imaginar o que contém uma página em chinês, japonês, russo ou árabe. O mesmo certamente se aplica aos povos asiáticos para ter acesso às páginas em línguas românicas, ou em inglês.
Essa barreira da língua para um acesso universalizado ao conteúdo da Internet só pode ser vencida com sistemas de tradução automática. A tradução por humanos é descartada porque não seria factível encontrar tradutores para tantas línguas, que fossem capazes de traduzir tanto material colocado a cada dia na Internet.
Sistemas de tradução automática nasceram praticamente na mesma época da criação dos computadores. Aliás, uma das primeiras tarefas que se imaginou para um computador era a de traduzir textos de uma língua para a outra. A primeira grande iniciativa em se obter tradução por computador foi do governo norte-americano, no início da Guerra Fria. Era uma tentativa de processar de maneira mais eficaz as informações captadas por seus sistemas de espionagem.
Apesar de bastante antiga, a área de tradução automática ainda tem muitos desafios a vencer para que tradutores de boa qualidade sejam gerados. As dificuldades são semelhantes àquelas que mencionei em coluna passada, quando expliquei as razões pelas quais ainda não conseguimos nos comunicar eficientemente com o computador. Tais dificuldades estão normalmente associadas a ambigüidades, tanto de palavras que possam ter mais de um significado, como nos diferentes arranjos das palavras numa sentença.
Um exemplo de problema com tradução que ficou famoso foi a da sentença “O espírito é forte, mas a carne é fraca”, traduzida do inglês para o russo nos primórdios da tradução automática. Em inglês, a sentença era “The spirit is strong, but the flesh is weak”, que foi traduzida para o russo como algo “A vodka é boa, mas a carne está estragada”.
Por que um erro crasso numa sentença tão simples? Acontece que “spirit” em inglês pode ser espírito ou bebida destilada, como uísque ou vodka. E o “is” do inglês pode ser do verbo ser ou do verbo estar. O tradutor automático para o russo acabou por escolher o verbo estar, o que distanciou ainda mais a sentença traduzida do significado da sentença original.
Para melhorar a qualidade de tradutores, hoje empregam-se métodos que vão além daqueles baseados em tradução palavra por palavra. Nesses métodos, determina-se a estrutura sintática da sentença original, que é mapeada numa estrutura equivalente na língua destino. Só então as palavras são traduzidas. Para algumas línguas, a qualidade já é aceitável, principalmente para textos técnicos, ou que não envolvam metáforas, gírias, ou expressões de duplo sentido.
Continua sendo um sonho poder aceder material de várias línguas através da tradução totalmente automática. Da mesma forma que para nos comunicarmos com uma máquina, será preciso esperar décadas para realizá-lo.
Einstein e a relatividade
Albert Einstein pode ser colocado entre os maiores cientistas de todos os tempos, e suas contribuições têm hoje aplicações diretas nas tecnologias das quais nos beneficiamos, como na geração de energia nuclear. Mais importante ainda é que os conceitos desenvolvidos em suas teorias ajudaram a desvendar o funcionamento dos materiais em particular, e da Natureza em geral. Apenas no ano de 1905, Einstein publicou três artigos científicos que revolucionaram vários ramos da ciência. Cada um deles, independentemente, já valeria um prêmio Nobel, o que Einstein acabou ganhando pelo trabalho com a explicação do efeito fotoelétrico.
Talvez o mais conhecido deles, entretanto, seja o trabalho sobre a relatividade. Foi uma grande quebra de paradigma, porque sua teoria aparentemente viola o senso comum. Não é difícil explicar por quê. Suponhamos dois carros trafegando por uma estrada, um a 100 km/h e outro a 90 km/h. Se estiverem em sentido opostos, a velocidade relativa de um ao outro será de 190 km/h. Por outro lado, se tiverem o mesmo sentido, a velocidade relativa é de apenas 10 km/h. Isso é sentido facilmente num carro na estrada, em que percebemos carros no sentido contrário passando em alta velocidade. É a chamada relatividade de Galileu, facilmente experimentada em nosso cotidiano.
Na relatividade de Galileu, esperamos então que a velocidade da luz advinda de um farol de carro, que se movimenta em direção à pessoa que está medindo a velocidade, seja maior do que se o carro estivesse parado ou se afastando. Einstein postulou, entretanto, que a velocidade da luz é a mesma independentemente de a fonte estar parada ou em movimento. Ou de o observador, que mede a velocidade, estar em movimento ou parado. Usei a palavra “postulou” porque Einstein não tinha como provar a afirmação. Em ciência, muitas leis são “Postulados”, que só serão aceitos se confirmados por experiências.
O postulado de uma velocidade da luz invariável explicava uma experiência, de Michelson e Morley, que não mediram diferença na velocidade da luz quando a Terra estava se aproximando ou se afastando do sol. Muitas experiências posteriores comprovaram a teoria da relatividade de Einstein, que também trouxe outras conseqüências que parecem violar o bom senso. É que com a relatividade, as medidas de tempo e comprimento não são mais absolutas. O relógio de uma pessoa na Terra mede tempo diferente do que o relógio de alguém numa nave espacial em movimento em relação à Terra. A massa de um corpo também já não é constante, pois aumenta com a velocidade do corpo. As diferenças são, como se deve imaginar, muito pequenas e só facilmente perceptíveis se a velocidade da nave se aproximasse da velocidade da luz. Isso não é nada fácil porque a velocidade da luz é de 300.000 km por segundo, ou seja, mais de 1 bilhão de km/h.
O outro postulado de Einstein para a relatividade foi o de que a física deveria ser a mesma, independentemente do referencial. Quer dizer, devemos usar o mesmo formalismo para explicar os fenômenos físicos para observadores que estejam em movimento ou parados num determinado lugar. Isso de certa forma contradiz o jogo de palavras, de que após Einstein podemos dizer que tudo é relativo. Ao contrário. A física é a mesma em qualquer referencial.
Ainda sobre linguagem, há uma curiosidade interessante sobre Einstein. Embora ele tenha em muito contribuído para as idéias que acabaram por fundamentar a teoria quântica, que explica como funciona a matéria, ele nunca ficou satisfeito com essa teoria. Para expressar sua desconfiança na teoria quântica, que prevê ocorrência de fenômenos com probabilidades, Einstein dizia não acreditar que Deus jogasse dados.
Einstein sempre achou que a cada ingrediente de uma teoria deveria corresponder uma entidade do mundo real, e isso não é possível na abstrata teoria quântica. Isso é assunto para uma próxima coluna.
Talvez o mais conhecido deles, entretanto, seja o trabalho sobre a relatividade. Foi uma grande quebra de paradigma, porque sua teoria aparentemente viola o senso comum. Não é difícil explicar por quê. Suponhamos dois carros trafegando por uma estrada, um a 100 km/h e outro a 90 km/h. Se estiverem em sentido opostos, a velocidade relativa de um ao outro será de 190 km/h. Por outro lado, se tiverem o mesmo sentido, a velocidade relativa é de apenas 10 km/h. Isso é sentido facilmente num carro na estrada, em que percebemos carros no sentido contrário passando em alta velocidade. É a chamada relatividade de Galileu, facilmente experimentada em nosso cotidiano.
Na relatividade de Galileu, esperamos então que a velocidade da luz advinda de um farol de carro, que se movimenta em direção à pessoa que está medindo a velocidade, seja maior do que se o carro estivesse parado ou se afastando. Einstein postulou, entretanto, que a velocidade da luz é a mesma independentemente de a fonte estar parada ou em movimento. Ou de o observador, que mede a velocidade, estar em movimento ou parado. Usei a palavra “postulou” porque Einstein não tinha como provar a afirmação. Em ciência, muitas leis são “Postulados”, que só serão aceitos se confirmados por experiências.
O postulado de uma velocidade da luz invariável explicava uma experiência, de Michelson e Morley, que não mediram diferença na velocidade da luz quando a Terra estava se aproximando ou se afastando do sol. Muitas experiências posteriores comprovaram a teoria da relatividade de Einstein, que também trouxe outras conseqüências que parecem violar o bom senso. É que com a relatividade, as medidas de tempo e comprimento não são mais absolutas. O relógio de uma pessoa na Terra mede tempo diferente do que o relógio de alguém numa nave espacial em movimento em relação à Terra. A massa de um corpo também já não é constante, pois aumenta com a velocidade do corpo. As diferenças são, como se deve imaginar, muito pequenas e só facilmente perceptíveis se a velocidade da nave se aproximasse da velocidade da luz. Isso não é nada fácil porque a velocidade da luz é de 300.000 km por segundo, ou seja, mais de 1 bilhão de km/h.
O outro postulado de Einstein para a relatividade foi o de que a física deveria ser a mesma, independentemente do referencial. Quer dizer, devemos usar o mesmo formalismo para explicar os fenômenos físicos para observadores que estejam em movimento ou parados num determinado lugar. Isso de certa forma contradiz o jogo de palavras, de que após Einstein podemos dizer que tudo é relativo. Ao contrário. A física é a mesma em qualquer referencial.
Ainda sobre linguagem, há uma curiosidade interessante sobre Einstein. Embora ele tenha em muito contribuído para as idéias que acabaram por fundamentar a teoria quântica, que explica como funciona a matéria, ele nunca ficou satisfeito com essa teoria. Para expressar sua desconfiança na teoria quântica, que prevê ocorrência de fenômenos com probabilidades, Einstein dizia não acreditar que Deus jogasse dados.
Einstein sempre achou que a cada ingrediente de uma teoria deveria corresponder uma entidade do mundo real, e isso não é possível na abstrata teoria quântica. Isso é assunto para uma próxima coluna.
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