SOLSTÍCIO DE LUZ

Crónica primeiramente publicada na imprensa regional.

Pela janela do meu planeta entra a Luz que o enche de vida.

É uma janela admirável, debruada com pôr-de-sóis, alvoradas e outros fenómenos celestiais.

Por ela entra a Luz Solar com que “retino” e admiro os dias terrestres. Por ela vejo outros pontos irradiadores e reflectores de luz quando, por ausência ou diminuição da primeira, me encho de noite, me tapo com ócio, ou me deslumbro com o que estava ofuscado. De noite, reflecte no solo Lunar, mostrando-o diferente de quarto em quarto.

Luz é também a parte visível ao meu olho de toda a radiação electromagnética que as estrelas, como o Sol, irradiam para o espaço. Luz é energia que aquece o meu planeta e que as plantas usam para juntar peças de carbono na forma de açúcares.

A janela do meu planeta não está sempre com a mesma abertura ao longo da sua viagem de translação solar. O trilho elíptico e o eixo inclinado do meu pião planetário fazem com que, ao longo do ano, a luz passe pela janela com intensidades e periodicidades diferentes. Como resultado, o meu planeta veste-se com estações de vida, composições e estados físico-químicos diferentes, de quarto em quarto, por estas latitudes.

É como se a janela do meu planeta tivesse uma portada e uma persiana. A luz que por ela entra depende da posição combinada dos dois obliteradores.

A persiana sobe e desce com uma periodicidade diária. Ao subir, enche o dia de Luz. Quando desce, apaga as sombras deixando breu.

A portada abre e fecha com uma frequência e amplitude que depende da latitude em que estou no meu planeta. No equador, está sempre aberta. Nos trópicos oscila a um ritmo quaternário, mas nunca está totalmente aberta ou fechada. Nos pólos é binário: seis meses aberta, seis meses encerrada.

Nesta altura natalícia e neste Ano Internacional da Luz, mais precisamente no dia 22 de Dezembro, pelas 04h48 min (hora continental), a portada da janela do meu planeta recomeçou a abrir-se, para semear, dia a dia, a noite de luz.

Dizem os antigos que é a vitória da luz sobre as trevas. Diz a ciência que ocorreu o solstício de Inverno. Dizemos todos que, por estas latitudes, os dias vão ter cada vez mais luz, vão ser cada vez mais compridos, até que a janela do meu planeta fique o mais aberta que lhe é possível por alturas do solstício de verão. Mas isso é só para o Ano Novo que, por estes dias de festa, também começa.

Luz crescente, renovada esperança, acordam as sementes adormecidas, florescem os botões de fertilidade. Maior exposição solar e com maior intensidade, maior a fotossíntese. Maior também a temperatura e os cristais de gelo, refulgentes estrelas de natal, recompõem-se na água líquida, fluido de vida, de viagem, de mudança.

Bom Natal

António Piedade

“COSMICOMIX: A DESCOBERTA DO BIG BANG”

Primeiramente publicado na imprensa regional portuguesa.

Há 50 anos, em 1965, os norte-americanos Arno Penzias e Robert Wilson descobriram a chamada radiação cósmica de fundo, uma radiação de micro-ondas, a luz mais antiga que conhecemos do cosmos, “luz fóssil” de quando o Universo tinha cerca de 380 000 anos. A efeméride desta descoberta é, entre outras, uma das que assinala o Ano Internacional da Luz que este ano se celebra.

E para assinalar e perceber melhor aquela descoberta, a editora Gradiva publicou, em Julho último, o livro de banda desenhada intitulado “Cosmicomix: a descoberta do Big Bang”. Nesta obra de banda desenhada os textos são da autoria do astrofísico Amedeo Balbi e os desenhos de Rossano Piccioni, ambos italianos. Publicada originalmente em 2013, a edição portuguesa tem tradução de Florbela Marques, revisão científica do Professor Carlos Fiolhais e teve o apoio da Sociedade Portuguesa de Física.

É uma edição que se saúda não só por ser muito oportuna neste Ano Internacional da Luz, que assinala na contracapa, mas por ser um bom exemplo de como a banda desenhada pode ser muito eficaz na divulgação científica.

Ao longo de 150 páginas o leitor revive a aventura das descobertas científicas ao longo da primeira metade do século XX que mudaram a compreensão da evolução do universo em que existimos. E as personagens são os cientistas que estiveram envolvidos nessa compreensão, através das suas teorias e observações experimentais. Meio século de interacção científica que leva a uma primeira confirmação da teoria do Big Bang, a mais bem sucedida que ainda temos actualmente para descrever a evolução do Universo desde há 13,8 mil milhões de anos.

O livro, que apresenta uma linguagem muito acessível sem perder o rigor científico, familiariza o leitor, por exemplo, com o físico Albert Einstein, o matemático Alexander Friedman, o astrónomo Edwin Hubble ou o físico George Gamow, assim com as teorias que produziram. Todas as personagens que surgem nesta banda desenhada são figuras de destaque da história da ciência que estiveram de alguma maneira envolvidas no esforço científico para compreender a origem e evolução do Universo. Os autores recorreram a documentação diversa para reconstituírem as cenas retratadas. E são reconstituídos vários momentos marcantes em que os cientistas se encontram, discutem as suas teorias e apresentam os resultados experimentais que as suportam ou que exigem novas teorias.

A evolução da narrativa neste livro permite, de uma forma agradável, que o leitor apreenda a história da evolução do conhecimento sobre o Universo ocorrida no século XX, até à descoberta da radiação cósmica de fundo pelos radioastrónomos Arno Penzias e Robert Wilson (galardoados em 1978, por isso, com o Prémio Nobel da Física). E permite que compreendamos bem a importância desta descoberta para confirmar a teoria do Big Bang primeiramente sugerida pelo padre e físico belga Georges Lemaître em 1927. Aliás, o livro reconstitui uma conversa entre Lemaître e Einstein em Bruxelas, em 1927, no qual o primeiro expõe a sua teoria do “átomo primordial” ao "pai" da teoria da relatividade.

É de sublinhar, nesta banda desenhada, o cuidado em explicar como a ciência se faz e evolui, e a importância da observação e resultados experimentais que confirmam, ou não, uma dada teoria.

O livro apresenta, no seu final, biografias breves de todos os cientistas envolvidos, que são úteis para despertar a curiosidade em saber mais sobre eles. Também são descritos, nas últimas páginas, alguns exemplos de como a banda desenhada foi feita. E, no epílogo constante nas últimas páginas o autor, Amedeo Balbi, descreve resumidamente os avanços e descobertas ocorridas desde a descoberta da radiação cósmica de fundo até aos dias de hoje, mostrando que ainda há muito para conhecer: “as perguntas não acabaram e continuamos à procura das respostas”.

É, em suma, um livro de que apresenta de uma forma muito acessível conceitos e teorias sobre a evolução do Universo e que se recomenda a todos.

António Piedade

LASER

Artigo publicado primeiramente na imprensa regional no âmbito da Ano Internacional da Luz.

Insiro um CD no leitor e ouço música. De tão rotineiro, este gesto que enche o ambiente à nossa volta com os sons desejados, esquece-se da grande quantidade de conhecimento científico e de tecnologia que está incluída, quer no CD, quer no seu leitor: física, química, electrónica, mecânica, etc.

Mas hoje e no contexto do Ano Internacional da Luz que este ano se comemora, foquemos a atenção desta crónica num elemento daquele aparelho em particular: o laser. De facto, é a interacção entre um feixe de luz laser e a superfície do CD que permite “ler” a informação nele contida e gerar sinais eléctricos que de seguida são transformados em ondas sonoras perceptíveis pelo nosso ouvido, para satisfação do nosso cérebro.

Mas o que é o laser? Laser é o acrónimo para “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (amplificação da luz por emissão estimulada de radiação) e refere-se a uma luz de uma única cor (monocromática), muito intensa, pura e coerente, isto é, com frequência e direcção de propagação muito bem definidas. Hoje em dia há vários tipos de lasers que variam na frequência (cor), intensidades, entre outras características, o que lhes confere uma ampla gama de aplicabilidade. Os lasers são hoje as fontes mais intensas de energia luminosa que a humanidade consegue produzir.

Os lasers foram inventados no final dos anos cinquenta do século passado, mas a sua história começa, como muitas outras histórias da física moderna, em Einstein. Em 1916, Einstein introduziu novos conceitos relacionados com a distinção entre emissão espontânea e emissão estimulada de luz pela matéria.

Os átomos podem existir em diferentes estados de energia, entre eles os fundamentais e os excitados. Estes últimos formam-se, por exemplo, quando um átomo absorve um fotão e transita para um estado de energia mais alta. É possível assim armazenar energia nos átomos, a qual pode posteriormente ser irradiada de modo dito incoerente, por emissão espontânea como na fluorescência, ou de modo dito coerente por emissão estimulada pela interacção com outros fotões. É este último caso o que é utilizado para produzir um laser.

Para além dos trabalhos precursores cuja fonte é Einstein, as primeiras propostas teóricas para a produção de lasers apareceram, em 1958, em dois artigos independentes, um dos americanos Arthur Scawlow e Charles Townes, e outro do russo Alexander Prokhorov. Mas o primeiro laser, que usava um cristal de rubi, foi construído por Theodore Maiman em 1960. Como acontece muitas vezes em ciência, na altura não se sabia muito bem que aplicações prácticas poderiam ter os lasers!

Desde então muitos outros tipos de lasers foram desenvolvidos. Entre eles refiro como exemplo o famoso laser de hélio-néon construído ainda em 1960 por Ali Javan.

Hoje sabemos que esta luz coerente revolucionou a nossa vida no dia-a-dia e a vários níveis. Eis alguns exemplos de uma lista muito grande: é com luz laser que se leem CDs e DVDs; se vê TV por cabo; se leem códigos de barras no supermercado; se dança numa discoteca; se purifica a água; se cortam e soldam materiais; se mede a poluição atmosférica; se preparam novos materiais; se depilam pelos e se tratam cabelos; se tratam doenças; se fazem cirurgias de precisão; se mede a distância da Terra à Lua; etc, etc…

Neste Ano Internacional da Luz, prestemos atenção à presença dos lasers nas nossas vidas e brindemos ao nosso conhecimento da interacção entre a luz e a matéria.

António Piedade

LUZ INVISÍVEL

Texto primeiramente publicado na imprensa regional portuguesa.

Há mais luz para além da luz visível. Para além do arco-íris, há muita mais luz que é invisível aos nossos olhos.

A luz solar influenciou e permitiu o desenvolvimento da vida tal qual a conhecemos no planeta Terra. A vida adaptou-se ao intervalo de energias em que a radiação emitida pelo Sol é mais intensa. A evolução dos olhos, iniciada há cerca de 560 a 520 milhões de anos durante o Câmbrico (caracterizado por uma intensa revolução na vida na Terra em que se formaram quase todos os grandes grupos de animais), permitiu aos seres vivos detectar essa luz solar, torná-la um sentido visível e receber muita informação sobre o meio envolvente. Permitiu aos seres que desenvolveram olhos localizar predadores e prezas à distância, evitar obstáculos, potenciar uma ágil mobilidade. 

À luz solar a que os nossos olhos são sensíveis e que está belamente resumida no arco-íris, chamamos naturalmente luz visível. Mas esta constitui um pequeno intervalo no largo espectro de luz (ou radiação electromagnética) que hoje conhecemos e detectamos científica e tecnologicamente.

A zona visível do espetro, compreendida entre o vermelho e o violeta, situa-se entre o infravermelho (invisível, de frequência ou energia menor que a radiação visível) e a luz ultravioleta (também invisível, mas de frequência ou energia mais elevada que a radiação visível). Diga-se que frequência é o número de repetições, ou ciclos, da onda por unidade de tempo. Os cientistas descobriram que há uma relação proporcional entre a frequência e a energia: quanto maior a frequência de uma dada radiação electromagnética (aqui genericamente designada por luz) maior a sua energia.

Foi em 1800 que o físico inglês William Herschel descobriu a luz infravermelha. Um termómetro colocado na zona invisível, perto da zona vermelha do espetro visível, revelou uma nova radiação. Esta experiência clássica expandiu o conhecimento para a existência de luz invisível. A luz infravermelha é usada hoje, por exemplo, nos comandos da televisão. 

Em 1801, o físico alemão Johann Wilhelm Ritter investigou o outro lado do espectro visível e detectou a existência do que ele chamou de "raios químicos" (raios de luz invisíveis que provocavam reações químicas). Estes raios comportavam-se de forma semelhante aos raios de luz violeta visíveis, mas estavam para além deles no espectro. O termo "raios químicos" foi posteriormente mudado para radiação ultravioleta. A luz ultravioleta, tal como outros tipos de radiações, é emitida pelo Sol. Mas é absorvida pela atmosfera, excepto no famoso “buraco de ozono” na Antártida.

O espetro eletromagnético compreende ainda radiações invisíveis de mais baixa frequência como as ondas de rádio, de televisão e as micro-ondas – com aplicações nas telecomunicações - e de muito mais elevada frequência, como os raios X e os raios gama – que têm aplicações médicas tanto em diagnóstico como em terapia.

Os raios X foram descobertos em dezembro de 1895 pelo físico alemão Wilhelm Roentgen, quando estudava a passagem de correntes elétricas em tubos cheios de determinados gases (tubo de Crookes). Essa experiência foi repetida em Coimbra cerca de um mês depois, uma vez que os instrumentos necessários (bobina de Ruhmkorff e o tubo de Crookes) existiam no Laboratório de Física da Universidade de Coimbra.

Os raios gama foram descobertos em 1900 pelo químico e físico francês Paul Ulrich Villard, ao estudar uma das propriedades do Urânio. Mas foi só em 1910 que o físico britânico William Henry Bragg mostrou que essa forma de energia era realmente radiação electromagnética muito energética. Por outras palavras, os raios gama são a luz invisível que conhecemos com a frequência mais elevada.

Temos assim e simplificadamente o espectro de luz que conhecemos no universo, distinguido em regiões, ordenadas da menor para a maior energia: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, visível, ultravioleta, raios X e raios gama.

António Piedade