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Coletores Fremen em desenvolvimento : Aparelho retira água potável do ar usando apenas energia solar

Tirando água do ar

Este pequeno aparelho é capaz de coletar a umidade do ar e depositá-la em um recipiente na forma de água potável – e usando apenas luz solar.

O dispositivo não requer nenhuma entrada adicional de energia e mostrou-se eficaz mesmo quando os níveis de umidade são semelhantes aos observados nas regiões mais secas do mundo.

Essa tecnologia poderá fazer a diferença, já que dois terços da população mundial está enfrentando escassez de água, ainda que ela esteja presente em abundância no ar ao nosso redor – estimativas indicam que há cerca de 13.000 trilhões de litros de água na forma de umidade na atmosfera terrestre.

Coletor de água

Para capturar a umidade atmosférica, Hyunho Kim e seus colegas da Universidade da Califórnia em Berkeley e do MIT, ambos nos EUA, utilizaram um material extremamente poroso, conhecido como MOF, sigla em inglês para estrutura metal-orgânica.

O material, chamado MOF-801, absorve a umidade do ar em sua própria estrutura. A seguir, o calor solar é usado para liberar a água, que é então armazenada em um condensador.

O aparelho funcionou bem em um cenário natural ao ar livre, no teto do laboratório. Experimentos em uma câmara controlada mostraram que ele é capaz de produzir 2,8 litros de água potável por quilograma de MOF-801 em um período de 12 horas sob luz do dia, com níveis de umidade relativa de apenas 20%.

“Nós não apenas construímos um dispositivo passivo que fica lá coletando água; nós já estabelecemos as bases experimentais e teóricas para que possamos examinar outros MOFs, milhares dos quais poderão ser fabricados, para encontrar materiais ainda melhores. Existe um grande potencial para aumentar a quantidade de água que está sendo recolhida. É apenas uma questão de mais engenharia agora,” disse o professor Omar Yaghi, coordenador do trabalho.

Estruturas metal-orgânicas

O professor Omar Yaghi inventou as estruturas metal-orgânicas há mais de 20 anos, combinando metais como magnésio ou alumínio com moléculas orgânicas, tudo disposto em um arranjo preciso para criar estruturas rígidas e porosas, ideais para armazenar gases e líquidos. Desde então, mais de 20.000 MOFs diferentes foram criados por pesquisadores em todo o mundo.

Alguns retêm produtos químicos como o hidrogênio ou o metano. A empresa química BASF está testando um dos MOFs de Yaghi em caminhões movidos a gás natural, já que os tanques cheios de MOF armazenam três vezes mais metano do que pode ser mantido sob pressão. Outros MOFs são capazes de capturar dióxido de carbono de gases de combustão, catalisar a reação de produtos químicos adsorvidos ou separar petroquímicos em refinarias.

Este protótipo de coletor de água da umidade do ar ainda poderá ser muito melhorado, garante Yaghi. O MOF utilizado consegue absorver apenas 20% do seu peso em água, mas outras versões têm potencial para absorver 40% ou mais. O material também pode ser ajustado para ser mais eficaz em níveis de umidade mais alta ou mais baixa.

Bibliografia:

Water harvesting from air with metal-organic frameworks powered by natural sunlight
Hyunho Kim, Sungwoo Yang, Sameer R. Rao, Shankar Narayanan, Eugene A. Kapustin, Hiroyasu Furukawa, Ari S. Umans, Omar M. Yaghi, Evelyn N. Wang
Science
DOI: 10.1126/science.aam8743

Fonte : Inovação Tecnológica

 

Superlaser da Estrela da Morte pode ser construído com diamante. Deixem os Cristais Kybers para os lightsabers !

Combinação de lasers

O superlaser concentrado emitido pela Estrela da Morte, de Guerra nas Estrelas, pode não ficar restrito à ficção científica.

Aaron McKay e seus colegas da Universidade Macquarie, na Austrália, descobriram que é possível multiplicar a potência de um conjunto de lasers usando um diamante.

A chave para gerar um feixe laser de alta potência é colocar um cristal de diamante ultrapuro no ponto de convergência dos múltiplos feixes.

O feixe combinado é obtido no diamante pelo que os pesquisadores chamam de “efeito cooperativo do cristal”, que faz com que os feixes individuais transfiram sua potência em uma direção selecionada, ao mesmo tempo que evitam os problemas de distorção dos feixes individuais.

Transferência de potência

A combinação de diversos feixes de laser por um diamante é uma alternativa inovadora para outros conceitos que já estão sendo testados por diversas equipes, com a vantagem inédita de que o processo também muda a cor do feixe de laser.

“O comprimento de onda específico do feixe de energia dirigido é crítico para a transmissão eficiente através da atmosfera e para reduzir o risco para os olhos das pessoas, ou mesmo dos animais, que podem estar na vizinhança do feixe,” disse o professor Richard Mildren.

Embora outros materiais tenham apresentado o mesmo tipo de propriedade de combinação de múltiplos feixes de laser, a escolha do diamante mostrou-se essencial para se obter alta potência. O efeito de transferência de potência, chamada espalhamento Raman, é particularmente forte no diamante. Além disso, o diamante tem uma excelente capacidade de dissipação do calor residual.

Império versus rebeldes

A equipe não descarta a criação de uma versão do raio da Estrela da Morte.

“Lasers de alta potência também são necessários em aplicações espaciais, incluindo a propulsão de veículos espaciais e o combate ao crescente problema do lixo espacial, que ameaça os satélites,” disse Mildren.

Com o projeto pronto, agora é esperar que ele seja posto em prática – e torcer para que isto não seja o início da repetição na vida real da ficção vista no cinema. A maior dificuldade será criar cristais de diamante ultrapuros, como os previstos no projeto.

Bibliografia:

Diamond-based concept for combining beams at very high average powers
Aaron McKay, David J. Spence, David W. Coutts, Richard P. Mildren, //doi, 10.1002/lpor.201600130
Laser & Photonics Reviews
DOI: //topicos

 

Fonte : Inovação Tecnologica

 

 

Matéria digital: recriando a natureza usando bits em vez de átomos

Bits de matéria

Os materiais artificiais projetados e construídos para terem propriedades não encontradas nos materiais naturais – os chamados metamateriais – são usados para fazer mantos de invisibilidade, lentes planas e outros dispositivos outrora considerados impossíveis.

O problema é que não é fácil fabricar os meta-átomos artificiais necessários para criar essa metamatéria.

Agora, em um trabalho que mereceu a capa da revista Nature Materials, pesquisadores demonstraram que é possível fabricar um metamaterial juntando "bits de matéria".

Cristian Giovampaola e Nader Engheta, da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, lançaram o conceito de "metamaterial digital" e construíram os primeiros protótipos, demonstrando a possibilidade de fabricar materiais com uma determinada permissividade juntando quaisquer dois materiais, sendo necessário apenas que a permissividade de um dos materiais seja positiva e a do outro negativa.

Permissividade é a propriedade de um material que descreve sua reação a um campo eletromagnético dentro dele. Assim, é uma qualidade fundamental a ser considerada no projeto de dispositivos ópticos, como lentes, guias de onda, processadores fotônicos e, claro, mantos de invisibilidade dos mais diversos tipos.

Metamaterial digital

Tomando emprestado termos da computação binária, esses metamateriais "digitais" são compostos de "bits", que são então combinados em "bytes". Esses bytes podem assumir diferentes formatos, como cilindros em nanoescala construídos com um bit de um dos metamateriais embrulhado em outro.

"A inspiração veio da eletrônica digital," disse o professor Engheta, que vem trabalhando com o que ele chama de metatrônica, criando uma computação com luz no interior de processadores fotônicos.

"Com os sistemas binários, podemos pegar um sinal analógico – uma onda – decompor uma amostra em pontos discretos e, finalmente, expressá-los como uma sequência de 0s e 1s. Nós queríamos ver se conseguíamos quebrar as propriedades eletromagnéticas de um material da mesma forma.

Matéria digital: recriando a natureza usando bits em vez de átomos

A inspiração para a criação dos bits e bytes de matéria veio da eletrônica digital. [Imagem: Giovampaola/Engheta – 10.1038/nmat4082]

"Quando você digitaliza um sinal, você olha para a sua magnitude em cada ponto no tempo e lhe dá um valor. Estamos aplicando o mesmo processo aos materiais, olhando para a permissividade que eles precisam ter em cada ponto do espaço a fim de que executem a função que queremos," explicou o pesquisador.

No caso dos nanocilindros, alterando os raios dos núcleos e dos revestimentos, bem como qual dos dois bits fica de dentro ou de fora, a dupla demonstrou matematicamente a possibilidade de fabricar metamateriais sólidos de praticamente qualquer permissividade.

Além disso, eles demonstraram que, arranjando cuidadosamente esses bytes em padrões mais complicados, é possível fabricar lentes planas, hiperlentes e guias de onda.

Matéria digital na prática

Para simplificar o trabalho, Cristian e Enghetta simularam bytes de metamateriais feitos de prata e vidro, mas ressaltam que qualquer par de materiais que siga a regra permissividade negativa/positiva vai funcionar.

A geometria núcleo-revestimento do byte foi escolhida porque é uma estrutura que os cientistas dos materiais já são craques em construir. Mas é possível construir também bytes com geometrias alternativas, como materiais com camadas sobrepostas e alternadas.

Uma vez que os bytes são construídos, a necessidade de cada aplicação óptica que se tem em mente é atendida alterando a maneira como esses bytes são organizados uns ao lado dos outros.

Os pesquisadores demonstraram a viabilidade de criação de hiperlentes feitas com o metamaterial digital, lentes especiais que podem produzir imagens de objetos menores do que o comprimento de onda da luz, bem como guias de onda que canalizam a luz em torno de curvas e cantos.

Dispondo cuidadosamente os bytes de matéria artificial, de tal modo que eles canalizem de forma bem definida, é possível guiar a luz de forma precisa no interior de processadores que usam luz em vez de eletricidade. Ou criar a ilusão de que a luz passa direto através de um objeto, efetivamente tornando-o invisível.

Bibliografia:
Digital metamaterials
Cristian Della Giovampaola, Nader Engheta
Nature Materials
Vol.: 13, 1115-1121
DOI: 10.1038/nmat4082

Fonte : Inovação Tecnológica

Matéria digital: recriando a natureza usando bits em vez de átomos

Base lunar da China é testada com sucesso na Terra

 

Palácio Lunar

A Agência Espacial Chinesa divulgou o término com sucesso do primeiro teste de longa duração do protótipo de uma estação espacial lunar.

Três pesquisadores da Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Pequim passaram 105 dias em isolamento no interior da construção, chamada Palácio Lunar (Lunar Palace 1 ouYuegong-1).

A instalação é composta por três módulos, com um volume interno de 500 metros cúbicos e ocupando uma área de 160 metros quadrados.

A astrobase inclui uma sala de estar, sala de trabalho, dormitório, um banheiro e instalações para cultivo de plantas e criação de animais (minhocas), coleta de resíduos e reprocessamento dos rejeitos e da água.

Ainda que a designação "Palácio Lunar" possa parecer adequada, o termo PALACE também é uma sigla para Permanent Astrobase Life-support Artificial Closed Ecosystem, ou astrobase permanente com suporte de vida por ecossistema fechado artificial, em tradução livre.

Suporte de vida biorregenerativo

Base lunar da China é testada com sucesso na Terra

Projeto da primeira colônia chinesa na Lua. [Imagem: CNSA]

Os pesquisadores chineses, que chamam a principal tecnologia usada na instalação de "suporte de vida biorregenerativo", apressaram-se em diferenciar o seu ecossistema artificial fechado do projeto Biosfera, feito nos Estados Unidos sem grande sucesso.

Segundo o professor Liu Hong, um dos idealizadores do projeto, enquanto a Biosfera tentou reproduzir o ecossistema terrestre inteiro, o Lunar Palace é voltado para reproduzir o "ecossistema humano", ou seja, um ambiente que permita a vida de um grupo de seres humanos por um tempo determinado.

Por exemplo, uma parte da alimentação dos três pesquisadores – sobretudo carne – foi fornecida de fora. Mas eles cultivaram 15 plantas, incluindo milho, soja, amendoim, lentilha, pepino e morango. A principal fonte de proteína veio de minhocas criadas no interior da estação, que são desidratadas para serem ingeridas.

As plantas foram também a principal fonte de oxigênio na estação, permitindo que o oxigênio disponível para os três tripulantes fosse reposto três vezes durante os 105 dias do teste.

Base lunar da China é testada com sucesso na Terra

A tripulação do teste de 105 dias foi formada por duas mulheres – Xie Beizhen e Wang Minjuan – e um homem – Dong Chen -, todos pesquisadores da Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Pequim. [Imagem: CNSA]

A água é reciclada e os dejetos humanos são processados por biofermentação. Os restos de alimentos e dos vegetais foram reprocessados para virar adubo e ajudar no cultivo das plantas, que receberam uma iluminação especial feita com LEDs.

Os responsáveis pelo projeto não divulgaram o consumo de energia do Palácio Lunar, uma informação crucial para sua viabilidade no espaço.

Lua e Marte

Antes de serem usadas para construir uma base na Lua, as tecnologias desenvolvidas no Palácio Lunar serão testadas em órbita da Terra, a bordo da estação espacial chinesa – que se chama "Palácio Celestial" (Tiangong).

"O sucesso do experimento lança fundações sólidas para os testes de demonstração do CELSS [sistema de suporte de vida ecológico controlado] na estação espacial da China, que será útil para os astronautas chineses obterem legumes frescos, melhorando suas condições de vida e aliviando seu estresse mental," afirma nota da CMSE (China Manned Space Engineering).

A nota afirma também que o suporte de vida biorregenerativo será utilizado no futuro na instalação de uma base na Lua e para a exploração de Marte.

 

Base lunar da China é testada com sucesso na Terra

O sistema de suporte de vida biorregenerativo será testado primeiro na Estação Espacial Chinesa, e depois na Lua e em Marte. [Imagem: CNSA]

 

Fonte : Inovação Tecnológica

Realidade aumentada torna transparente carro que vai à frente

Carros transparentes

Quando os carros começarem a ficar mais sociáveis e começarem a conversar uns com os outros, uma série de melhoramentos de segurança se tornarão possíveis.

Um deles, particularmente impressionante, acaba de ser demonstrado por Michel Ferreira, da Universidade do Porto, em Portugal.

Michel criou um sistema que permite enxergar através do carro que vai à frente.

Isso é muito útil sobretudo se o que está à sua frente é um ônibus ou caminhão e você planeja ultrapassá-lo.

O sistema de realidade aumentada usa a imagem captada pela câmera do veículo que vai à frente, projetando-a em uma tela semitransparente colocada entre o painel e o pára-brisas do carro que vai atrás.

Esse tipo de comunicação é uma das possibilidades criadas pelas chamadas redes veiculares, que prometem interligar os automóveis.

O software identifica a traseira do veículo que vai à frente, para que a imagem seja projetada exatamente sobre ela, criando um efeito muito realístico de “transparência”.

O resultado é que o motorista “vê através” do outro veículo, podendo decidir o momento mais seguro de ultrapassar.

Segundo Michel, o retardo da imagem é de 200 milissegundos, o que significa que, rodando a 90 km/h, um carro que estiver vindo na direção contrária aparecerá na câmera como se estivesse 10 metros mais longe do que realmente está.

Realidade aumentada permite ver através do carro que vai à frente

O software identifica a traseira do veículo que vai à frente, para que a imagem seja projetada exatamente sobre ela, criando um efeito muito realístico de “transparência”. [Imagem: Michel Ferreira]

Fonte : Inovação Tecnológica

A importância da ficção científica

Desde 1972 que ninguém mais visita a Lua. Pouco importa que cada bolso guarde um smartphone mais potente do que toda a Nasa da década de 70.

O Futuro perdeu-se de vista. No horizonte próximo o cenário parece catastrófico. Cheio de hackers, tecnologias daninhas, inteligências malignas, desastres ecológicos e holocaustos em geral. O gênero cyberpunk, alimentado pelo pessimismo pós-moderno de Jean Baudrillard e de seus comparsas e materializado em distopias como O Exterminador do Futuro e os livros de Philip K. Dick (“Blade Runner”, “Minority Report”, “Total Recall”) parece ter vencido toda e qualquer utopia. Estaríamos mesmo destinados a um presente contínuo em que nada é criado, apenas transformado para pior? Será que os otimistas foram todos devorados por zumbis, vampiros e alienígenas sanguinários?

A ficção científica parece viver uma nostalgia depressiva. Fala-se em lendas góticas, histórias medievais, sociedades secretas e bruxarias diversas. A trilogia “Matrix”, grande sucesso recente do gênero, fez referências rasas a praticamente todas as religiões, correntes de autoajuda e versões simplificadas da Caverna de Platão. Em outros círculos, pouco se cita além de um “Grande Irmão” –inventado em 1948– e de um “Admirável Mundo Novo” –de 1932.

Essa crise não passaria de um lamento intelectual se o gênero não fosse tão importante. Boas obras desse tipo de fantasia costumam gerar visões icônicas, inspiradoras, materializando personagens, produtos e cenários muito além do que pode supor nossa vã Engenharia.

Ao contextualizar uma história em um ambiente de inovação tecnológica, seus autores precisam imaginar a integração das novas ideias ao cotidiano. Esse é o componente que muitos cientistas e empreendedores se esquecem de levar em conta quando implementam suas ideias. É só pensar na influência de Google, iPhone e Facebook na vida pessoal para compreender o tamanho da encrenca.

Quando popular, a ficção científica cria modelos de compreensão universal. Seria muito difícil explicar um “campo de força” sem ela. Além disso, suas histórias antecipam questões éticas. Os contos de Isaac Asimov levaram os debates metafísicos para mundos a princípio distantes deles, como a Robótica e a Inteligência Artificial. Seus colegas discutiram extensivamente os problemas de clonagem antes de qualquer filósofo ouvir falar do termo.

Os inventores do submarino e do helicóptero confessam a importância da obra de Júlio Verne em seus protótipos. Os livros de H.G. Wells tem influência direta na invenção do foguete, no alerta quanto ao risco de bombas atômicas e no uso pacífico da energia nuclear. Em tempos mais recentes, poucas obras foram tão marcantes quanto a série de TV “Jornada nas Estrelas”.

Muitos a associam a convenções de nerds com orelhas pontudas, falando em Klingon. Sua influência, no entanto, vai muito além de um simples fetiche. Inspiradas em westerns e nas “Viagens de Gulliver”, as expedições da Enterprise já teriam sido importantes por mostrarem o primeiro elenco multirracial e o primeiro beijo entre pessoas de diferentes etnias na telinha.

Mas ela fez muito mais do que isso: mostrou monitores de computador em quartos e salas de reunião, fones de ouvido sem fio, telas planas de grandes dimensões e alta definição, videofone, interfaces sensíveis ao toque e sensores de biometria diversos, capazes de reconhecer vozes e identificar palmas da mão e retinas.

Sua popularidade foi tamanha que fez o inventor do Altair 8800, o primeiro microcomputador, dar a sua máquina o nome de uma das galáxias citadas na série.

O primeiro telefone celular foi claramente inspirado no comunicador portátil usado pelo Capitão Kirk e Sr. Spock. Para Martin Cooper, diretor de pesquisa da Motorola na época, o seriado não mostrava uma fantasia, mas um objetivo. Tanto que apelidou um de seus modelos mais famosos de StarTAC.

O comunicador, como boa parte dos smartphones de hoje, também servia para localizar seu portador. Mas o GPS só seria possível graças a uma invenção de outro autor de ficção científica: Arthur C. Clarke, que o descreveu em um artigo de 1945 como sugestão para facilitar a navegação e a transmissão de sinais de TV. Desnecessário dizer que sua invenção levou duas décadas para ser levada a sério. Um conto de Arthur C. Clarke, “Disque F para Frankenstein”, fascinou o jovem Tim Berners-Lee, e o inspirou a pensar em uma grande rede mundial de computadores.

Está na hora de reativar a ficção científica. De pensar em um futuro melhor, mais limpo e otimista, que não deixa de se preocupar com o “Show de Truman” mas que também imagina o teletransporte.

É certo que uma ficção melhor não salvará o mundo, mas pode inspirar a invenção de novos produtos que melhorem a qualidade de vida. E mostrar para neurocientistas, psicólogos e pesquisadores hoje a serviço de corporações, bancos de investimentos e agências de publicidade, que há objetivos mais nobres do que a dominação do mercado.

Inspiração não falta: Júlio Verne defendia que o que pode ser imaginado pode ser inventado. Arthur C. Clarke dizia que tecnologias avançadas são parecidas com mágica. E o narrador de “Jornada nas Estrelas” elogiava os que tinham a coragem de ir aonde ninguém jamais esteve.

 

Fonte : Folha.com

E=mc2 pode falhar no espaço

E=mc<sup>2</sup> pode falhar no espaço
Uma pequena sonda espacial, levando átomos de hidrogênio e alguns detectores, pode testar se a famosa equação de Einstein vale em qualquer parte do espaço.
Equação local

O físico Andrei Lebed está agitando o mundo da física com uma ideia intrigante, mas que pode ser testada experimentalmente.

Segundo ele, a equação mais emblemática do mundo, a famosa E = mc2 de Albert Einstein, pode estar correta ou não, dependendo de onde você está no espaço.

Lebed propõe que a equação de equivalência entre massa e energia funciona no espaço curvado por um objeto celeste, mas não no espaço plano.

E ele propõe um experimento para testar sua ideia: uma sonda espacial levando consigo átomos de hidrogênio.

O átomo mais simples encontrado na natureza, o hidrogênio, consiste apenas de um núcleo orbitado por um elétron. Os cálculos de Lebed indicam que o elétron pode saltar para um nível de energia mais elevado apenas quando o espaço é curvo. A ideia pode ser testada detectando fótons emitidos durante esses eventos de comutação de energia.

Conceito de massa

A chamada Teoria da Relatividade Especial de Einstein é expressa na famosa equação E=mc2, onde E significa energia, m massa e c a velocidade da luz (elevada ao quadrado).

Os físicos já validaram as ideias de Einstein em inúmeras experiências e cálculos, e em muitas tecnologias, incluindo bombas atômicas, telefones celulares e GPS.

Uma das consequências bem conhecidas da relatividade é que a massa dos objetos curva o espaço ao seu redor.

A chave para o argumento de Lebed reside justamente no conceito de massa.

De acordo com o paradigma aceito hoje, não há diferença entre a massa de um objeto em movimento, que pode ser definida em termos da sua inércia, e a massa outorgada a esse objeto por um campo gravitacional.

Em termos simples, o primeiro conceito, também chamado de massa inercial, é o que faz com que o pára-choques de um carro se dobre com o impacto em um poste, enquanto o segundo, chamado massa gravitacional, é vulgarmente conhecido como “peso”.

E=mc<sup>2</sup> pode falhar no espaço

Um pulsar superpesado parece ser pesado demais mesmo para as teorias de Einstein, tendo recentemente colocado a teoria em cheque. [Imagem: David A. Aguilar (CfA)/NASA/ESA]

Massas inercial e gravitacional

Este princípio de equivalência entre as massas inercial e gravitacional vem sendo confirmado com um nível de precisão cada vez mais elevado.

“Mas meus cálculos mostram que, acima de uma certa probabilidade, há uma chance muito pequena, mas real, de que a equação falhe para uma massa gravitacional,” disse Lebed.

Quando se mede seguidamente o peso de objetos quânticos – como um átomo de hidrogênio -, o resultado será o mesmo na grande maioria dos casos. Mas uma pequena porção dessas medições vai dar uma leitura diferente, em uma aparente violação de E=mc2.

Isto tem confundido os físicos, mas poderia ser explicado se massa gravitacional não fosse o mesmo que massa inercial, o que é um paradigma em física.

“A maioria dos físicos não concorda com isso porque acredita que a massa gravitacional iguala exatamente a massa inercial,” diz Lebed. “Mas o que defendo é que a massa gravitacional pode não ser igual à massa inercial devido a alguns efeitos quânticos na Relatividade Geral, que é a teoria da gravitação de Einstein.”

E=mc<sup>2</sup> pode falhar no espaço

Por outro lado, o espaço pode não ser totalmente plano fora do raio de ação das grandes massas:Universo pode ter singularidade não prevista por Einstein. [Imagem: NASA]

Conceito de gravidade de Einstein

De acordo com Einstein, a gravidade é o resultado de uma curvatura no próprio espaço.

Pense em um colchão sobre o qual foram colocados vários objetos, por exemplo, uma bola de pingue-pongue, uma bola de beisebol e uma bola de boliche. A bola de pingue-pongue não fará uma curvatura visível, a bola de beisebol vai fazer um declive muito pequeno e a bola de boliche vai afundar na espuma.

Estrelas e planetas fazem o mesmo para o espaço – quanto maior a massa de um objeto, maior será a cavidade que ele fará no tecido do espaço. Em outras palavras, quanto mais massa, mais forte é o puxão gravitacional.

Neste modelo conceitual da gravitação é fácil ver como um pequeno objeto, como um asteroide errante pelo espaço, eventualmente é pego na “depressão” de um planeta, preso em seu campo gravitacional.

De acordo com o físico, é a curvatura do espaço que torna a massa gravitacional diferente da massa inercial.

Sonda da massa

Lebed sugere testar sua ideia medindo o peso do objeto quântico mais simples: um único átomo de hidrogênio – na verdade, como ele espera que o efeito será extremamente pequeno, serão necessários muitos átomos de hidrogênio.

Veja como funcionaria:

E=mc<sup>2</sup> pode falhar no espaço

O Telescópio Einstein é uma das principais esperanças dos físicos para detectar as ondas gravitacionais. [Imagem: NASA]

Em raras ocasiões, o elétron que circula ao redor do núcleo do átomo salta para um nível mais elevado de energia, que pode ser imaginado aproximadamente como uma órbita mais larga. Em pouquíssimo tempo, o elétron volta para seu nível de energia anterior.

De acordo com a equação E=mc2, a massa do átomo de hidrogênio vai mudar junto com a alteração do nível de energia do elétron.

Aqui embaixo, onde o espaço está curvado pela massa da Terra, tudo funciona como bem se sabe. Mas o que aconteceria se levássemos o mesmo átomo a uma certa distância da Terra, onde o espaço não é mais curvado, mas plano?

Certo, o elétron não poderia saltar para níveis mais elevados de energia porque, no espaço plano, ele estaria confinado ao seu nível primário de energia. Não haveria salto no espaço plano.

“Neste caso, o elétron pode ocupar somente o primeiro nível do átomo de hidrogênio,” explica Lebed. “Ele não sente a curvatura da gravidade.”

Lebed afirma que a nave não teria que ir muito longe: “Nós teríamos que enviar a sonda para o espaço cerca de duas ou três vezes o raio da Terra, e tudo vai funcionar”.

Casamento duvidoso

Segundo o físico, seu trabalho é a primeira proposta para testar a combinação da mecânica quântica e da teoria da gravidade de Einstein no Sistema Solar.

“Não há experiências diretas sobre o casamento dessas duas teorias”, disse ele. “É importante não só do ponto de vista de que a massa gravitacional não é igual à massa inercial, mas também porque muitos veem esse casamento como uma espécie de monstruosidade. Eu gostaria de testar este casamento. Quero ver se ele funciona ou não.”

[Imagem: NASA]

Fonte : Inovação Tecnológica

Alcançada temperatura abaixo do zero absoluto

Além da escala Kelvin

A escala de temperaturas absolutas – conhecida como escala Kelvin – é um dos conceitos centrais da física.

Por definição, nada pode ser mais frio do que o zero absoluto, estabelecido em 0 Kelvin, ou -273,15 °C.

Contudo, há muito os físicos sabem que, abaixo do zero absoluto, há todo um reino de temperaturas absolutas negativas.

Em 2011, um grupo de físicos teóricos alemães demonstrou que, se não é possível passar suavemente pelo zero absoluto, como acontece na escala Celsius, é possível saltar pelo 0 K e ir diretamente para esse reino ainda inexplorado.

 

Agora, uma outra equipe alemã fez os experimentos e demonstrou na prática como ir abaixo do zero absoluto.

E a realidade mostrou-se impressionante: abaixo do quase inatingível frio absoluto estão algumas das temperaturas mais quentes já observadas no Universo.

O resultado terá largas implicações em várias áreas científicas, da física básica à cosmologia.

Calor absoluto

Simon Braun e seus colegas da Universidade Ludwig Maximilian de Munique obtiveram a temperatura absoluta negativa movendo átomos em um gás ultrafrio.

Na escala Kelvin normal – das temperaturas absolutas positivas – a temperatura é proporcional à energia cinética média das partículas.

Mas nem todas as partículas têm a mesma energia – há na verdade uma distribuição de energia, sendo os estados de baixa energia mais ocupados do que os estados de alta energia – isto é conhecido como distribuição de Boltzmann.

No caso das temperaturas Kelvin negativas, a distribuição é invertida, e os estados de alta energia são mais ocupados do que os estados de baixa energia.

O resultado é um calor que se aproxima do estado mais quente que se pode obter quanto mais próximo a temperatura absoluta negativa está do zero absoluto.

A inversão drástica dos estados de energia – uma distribuição de Boltzmann invertida – faz com que a temperatura sub-Kelvin não seja mais fria, mas incrivelmente quente.

“Ela é ainda mais quente do que qualquer temperatura positiva – a escala de temperaturas simplesmente não vai ao infinito, ela salta para valores negativos,” disse Ulrich Schneider, coordenador da equipe.

Segundo o pesquisador, essa contradição é apenas aparente, e nasce da forma como a temperatura absoluta tem sido definida ao longo da história – o experimento abre a possibilidade de uma nova definição da temperatura, o que pode fazer com que a contradição desapareça.

Motor com eficiência maior que 100%

A matéria em temperaturas negativas absolutas pode ter consequências científicas e tecnológicas sem precedentes.

Com um sistema robusto o suficiente poderá ser possível criar motores a combustão com uma eficiência energética que supere os 100%.

E isso não significa uma violação da lei de conservação de energia – esse motor hipotético poderia não apenas absorver energia do meio quente, executando um trabalho como os motores normais, mas também extrair energia do meio mais frio, executando trabalho adicional.

Sob temperaturas absolutamente positivas, o meio mais frio inevitavelmente se aquece, absorvendo uma parte da energia do meio mais quente, o que impõe um limite à eficiência do motor.

Contudo, se o meio quente tiver uma temperatura absoluta negativa, é possível absorver energia dos dois meios simultaneamente.

O trabalho realizado pelo motor será, portanto, maior do que a energia retirada apenas do meio quente – sua eficiência será superior a 100%.

Físicos alcançam temperatura abaixo do zero absoluto

O experimento pode ser comparado a esferas em uma superfície ondulada. Nas temperaturas positivas (esquerda) a maioria das esferas fica nos vales, em seu estado de energia mínimo, quase imóveis – uma distribuição de Boltzmann normal. Em uma temperatura infinita (centro), as esferas se distribuem uniformemente nos dois estados. Na temperatura absoluta negativa (direita), entretanto, a maioria das esferas vai para os picos, no limite superior de energia potencial (e cinética). Os estados com energia total mais elevada ocorrem mais frequentemente – uma distribuição de Boltzmann invertida. [Imagem: LMU/MPG Munich]

Desafiando a gravidade

O experimento tem também um impacto direto para o campo da cosmologia, mais especificamente, sobre a energia escura, uma força ainda desconhecida que os cientistas usam para explicar a aceleração da expansão do Universo.

Com base apenas nas forças conhecidas, o Universo deveria estar se contraindo devido à atração gravitacional entre todas as massas que o compõem.

O experimento da temperatura absoluta negativa revelou um fenômeno que desafia a gravidade, agindo no sentido contrário, exatamente como se propõe que a energia escura faça.

O experimento se baseia no fato de que os átomos no gás não se repelem uns aos outros, como nos gases normais.

Na verdade, eles interagem de forma atrativa, ou seja, os átomos exercem uma pressão negativa.

A nuvem de átomos tenderia naturalmente a se contrair, devendo colapsar, exatamente como em um Universo onde apenas a gravidade estivesse atuando.

Isso, contudo, não acontece justamente por causa da temperatura absoluta negativa, extremamente quente – e o gás não colapsa, exatamente como o nosso Universo.

Temperatura absoluta negativa

A inversão dos estados de energia das partículas em um sistema ultrafrio não pode ser realizada em um sistema natural – como a água, por exemplo – porque o material teria que absorver uma quantidade infinita de energia.

Mas a coisa é bem diferente quando se trabalha com um sistema no qual as partículas – ou átomos – tenham um limite superior de energia.

Simon Braun trabalhou com um sistema artificial, composto por cerca de 100 mil átomos em uma câmara de vácuo, o que os torna perfeitamente isolados do ambiente externo.

Os átomos foram resfriados a uma temperatura de alguns bilionésimos de um Kelvin, uma das temperaturas mais frias que se consegue obter em laboratório.

Os átomos no gás ultrafrio foram então capturados por armadilhas ópticas, feitas por feixes de raios laser, e dispostos em uma matriz perfeitamente ordenada.

Cada átomo pode mover-se do seu local na matriz óptica para o local vizinho por tunelamento, mas sem perder algo que é fundamental para o experimento: ao contrário dos sistemas naturais, as partículas da matriz óptica possuem um limite superior de energia.

Assim, a temperatura do sistema não depende apenas da energia cinética, mas da energia total das partículas, o que inclui as energias potencial e de interação, ambas igualmente com um limite superior impostas pelo experimento.

Em condições normais, os átomos tenderiam a escapar da rede óptica, colapsando e aglomerando-se novamente em uma nuvem disforme, sugada para baixo pela gravidade. Mas os cientistas ajustaram a rede óptica para que fosse energeticamente mais favorável aos átomos permanecerem em suas posições ordenadas.

Os cientistas então levaram os átomos até seu nível superior de energia total, materializando uma temperatura absoluta negativa, de alguns bilionésimos -K, em um sistema que se manteve estável.

Físicos alcançam temperatura abaixo do zero absoluto

Devido à forma como a temperatura é definida, não há uma transição suave entre as temperaturas absolutas positivas e negativas – tão logo a distribuição de energia é invertida, atinge-se um calor descomunal.[Imagem: LMU/MPG Munich]

 

Fonte : Inovação Tecnológica