Introdução 6

A VIDA DE TODOS OS DIAS 8

001 Dar o Nó 10

002 Atração entre Cereais 12

003 Robô de Sonho 14

004 Criaturas Rijas 16

005 Quente e Frio 18

006 Açúcar Queimado 20

007 Ponto de Fervura 22

008 O Insaciável Edredão 24

009 Ascensão e Queda 26

010 Mesmo a Tempo 28

011 É Limpinho 30

012 Vitória Borbulhante 32

013 Lançamento Falhado 34

014 Maus Vizinhos 36

015 Dinheiro Sujo 38

016 Que Choque 40

017 Misto de Grãos 42

SER HUMANO 44

018 Camas Transpiradas 46

019 Matéria Cinzenta 48

020 Mordidelas 50

021 Corra, não Ande 52

022 Exército dos Mortos 54

023 Pão, Bolos e Massa 56

024 Vacinas, sim ou não? 58

025 O Cabelo hoje 60

026 A Hipótese da Avó 62

027 Em Busca de Ar 64

028 Uma Falha na Conceção 66

029 O Limiar da Sobrevivência 68

030 Ultrapassado nos Números 70

031 Aguado 72

032 Duas Boas Pernas 74

033 Espargo Fedorento 76

034 À Flor da Pele 78

035 Luz Invisível 80

036 O Que Entra 82

037 A Cor do Pingo 84

038 Luzes, Câmara, Atchim 86

039 À Martelada 88

040 Ponto Cego 90

041 O Computador Pensa? 92

042 O Som dos Animais 94

043 Crise Adolescente 96

044 Boca bem Aberta 98

045 Elos Que Ligam 100

046 O Efeito da Festa 102

AS LEIS DO UNIVERSO 104

047 Assuntos Pesados 106

048 Nada de Excessos 108

049 O Livro Que nunca Foi 110

050 No Limbo 112

051 Viagem ao Centro da Terra 114

052 Más Cores 116

Indice

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101 PROBLEMAS PARA CIENTISTAS DE BANCADA

«Mãe — a inteligência chega ‑nos com todo o tipo de experiências, com as aves, com os bichos e com os testes verdadeiros e falsos.»

—William Langland, Piers Plowman (trad. Terrence Tiller, 1981)

Até hoje, e durante toda a sua história, a ciência foi vista como remota, esotérica e obscura; a grande busca de elites e estudiosos, protegida por jargões, pelas instituições, pela matemática complexa e pela tecnologia ainda mais intrincada.

Hoje em dia, a ciência parece ser fantasticamente especializada e astronomicamente dispendiosa, com geradores colossais que buscam partículas fundamentais, e projetos de investigação internacionais que procuram descodificar a complexidade infinita do genoma humano e do nosso cérebro. Mesmo nos primórdios, a ciência era um exclusivo de cavalheiros estudiosos, e os seus profissionais escreviam em latim e em linguagem matemática. Desvalorizando a crítica de que o seu Principia era impenetrável, Sir Isaac Newton (1642 ‑1727) respondeu: «Para evitar ser atormentado por aqueles que têm apenas conhecimentos superficiais em matemática, tornei o Principia propositadamente abstrato.»

Este livro é para aqueles que têm apenas conhecimentos superficiais, não se importa de ser atormentado e foi concebido de forma propositadamente acessível. A sua intenção é apresentar questões comuns, problemas de todos os dias e temas fascinantes de um modo acessível, compreensível e até divertido. A ciência não se contém em torres de marfim e instituições remotas; está, sim, à nossa volta, em todos os segundos do dia, desde o mais comum «Será que?» até ao provocador «E se?». Na verdade, um dos aspetos mais atraentes da ciência é que pode ser acessível, aberta, democrática; e não obstante o pretensiosismo

INTRODUcaO

7

intelectual demonstrado por Newton, foi este o espírito principal da sua criação. A essência da ciência é a vontade de provar a cada um de nós a verdade das proposições. A história da ciência está recheada de cativantes e simples experimentações que revelam leis e verdade profundas — e, felizmente, muitas delas podem ser alcançadas sem sequer nos levantarmos das nossas poltronas.

«A imaginação é mais importante do que o conhecimento. O conhecimento é limitado. A imaginação envolve o mundo inteiro.»

— Albert Einstein (1879–1955)

Como usar este livroOs 101 problemas e perguntas deste livro estão divididos em cinco temas, desde a ciência doméstica ou pessoal à vida diária ou ao espaço sideral; do mundo natural e da natureza do ser humano aos princípios fundamentais do Universo. Cada entrada é ilustrada por uma situação breve, assim como com alguns apontamentos de investigação, detalhes interessantes e explicações concisas. As situações vão das mais prosaicas às mais fantásticas, explorando formas de apresentar ideias complexas e princípios subjacentes, para que o leitor possa observá ‑los com novos olhos, interiorizar analogias compreensíveis, testar argumentos contrários e voltar a fazer as perguntas de um modo mais produtivo. O tratamento dos temas é breve e não pretende ser demasiado abrangente, embora procure, sempre que possível, ser definitivo; o objetivo é incitar a discussão e guiar o raciocínio — proporcionar ao leitor uma espécie de caixa de areia para testar e investigar as ideias científicas, que podem ser exploradas sem ter de sair do seu sofá. A mente transforma a mais humilde poltrona num laboratório para a experimentação de pensamentos, e o único aparelho de que precisa é a sua imaginação.

INTRODUcaO

001

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101 problemas para cientistas de bancada

À medida que o comboio da manhã entra na estação, Matt faz pausa na música, enrola cuidadosamente o fio dos auscultadores e guarda ‑os com delicadeza no bolso. Desta vez, pensa, vai certificar ‑se de que não vai haver problemas. Mas quando chega o fim do dia e volta a pegar nos auscultadores, preparado para a viagem de regresso a casa, encontra ‑os epicamente emaranhados, como o nó górdio de que Alexandre, o Grande só se conseguiu livrar com um golpe de espada.

Nó na barrigaUm dos cordões que não devem nunca emaranhar ‑se é o cordão umbilical, uma vez que um nó pode cortar o fornecimento de sangue e oxigénio ao bebé que está no útero. Felizmente, este é um fenómeno bastante raro, que acontece apenas em cerca de 1% dos partos. O cordão umbilical é relativamente grosso e está confinado num espaço acanhado, o que ajuda a reduzir a probabilidade de nós espontâneos.

DAR O No

Por que motivo se emaranham

tanto os fios dos auscultadores? Qual e a fisica

por detras dos nos espontaneos

dos fios e o que pode fazer

para os evitar?

a vida de todos os dias

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Probabilidade de nósHá centenas de anos que este problema tem deixado os matemáticos fascinados. O ramo da matemática conhecido como teoria dos nós tem despertado o interesse particular dos cientistas que trabalham com fios e correntes a nível microscópico, como os biólogos moleculares que investigam as cadeias proteicas. Pegue num fio ou numa corrente e agite ‑o: com tempo e partindo do princípio de que o comprimento do fio é superior ao limite crítico, um nó acabará por se formar espontaneamente. Quando um nó se forma, só volta a desaparecer depois de deslizar até ao fim do fio — diz ‑se que este tipo de nó tem «estabilidade topológica». Por isso, desde que exista a menor possibilidade de um nó se formar, quanto mais se agitar o fio, maior a probabilidade de o nó aparecer.

Nó espontâneoNum texto de 2007, «Nó espontâneo num fio agitado», Dorian Raymer e Douglas Smith discutiram as suas descobertas depois de colocarem vários fios com diferentes comprimentos dentro de uma caixa e a agitarem. Descobriram que, para fios mais compridos do que o limite crítico de 46 centímetros, a probabilidade de o nó se formar aumentava, chegando ao ponto máximo com fios de cerca de 150 centímetros. Normalmente, os fios dos auscultadores têm este comprimento. Raymer e Smith também descobriram que fios menos maleáveis e caixas mais pequenas reduziam a probabilidade da ocorrência de nós, sugerindo que uma tática simples para evitar que os fios se emaranhem seja guardá ‑los em bolsos ou compartimentos pequenos.

«Como dar o nó mais apertado de sempre: 1) colocar os auscultadores no bolso; 2) aguardar um minuto.»

— Bill Murray (n. 1950)

002

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101 problemas para cientistas de bancada

ATRAcaO ENTRE CEREAISSteve está a tentar despachar os filhos para a escola, mas as crianças não param de correr e o pai demora meia hora a conseguir sentá ‑los à mesa do pequeno‑‑almoço. «Vejam», diz para os encorajar, «comprei cereais novos. São argolas crocantes com cobertura de açúcar!» As crianças pedem uma taça dos doces cereais. Steve deita o leite nas taças, coloca uma colher de sopa de cereais em cada uma e deixa os filhos a comer enquanto se veste.

Quinze minutos depois chama ‑os para se calçarem, mas ninguém lhe responde. As crianças continuam à mesa a olhar fascinadas para os cereais. «Vá lá, meninos», diz Steve, mas é recebido com silêncio. «Estão a olhar para onde?» Espreita por cima dos ombros dos filhos. A mais velha comeu os cereais todos à exceção de duas argolas; pega nelas com a colher e a seguir deixa ‑as cair um pouco distantes uma da outra; depois fica a observar à medida que as pequenas argolas se voltam a aproximar até ficarem juntinhas. «Olha, pai», diz ela, «os cereais estão sempre a aproximar ‑se. São magnéticos?»

Por que motivo se juntam os cereais na taca do leite?

a vida de todos os dias

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FlutuadoresEste comportamento dos cereais que flutuam no leite deve ‑se a uma combinação de capacidade de flutuação com a tensão da superfície. As argolas com cobertura de chocolate são feitas com pasta de cereal por extrusão de alta pressão. Este processo dá ‑lhes uma forma leve e espumosa. Uma vez que a sua densidade é baixa, a sua capacidade de flutuação é elevada e por isso flutuam até à superfície do leite, sendo controladas pela tensão da superfície.

Tensão da superfícieA água (e o leite é maioritariamente composto por água) tem muitas propriedades invulgares, relacionadas com a forma como os eletrões se combinam através da molécula, conferindo ‑lhe polaridade (cargas opostas em cada um dos polos). Cada molécula age como um minúsculo íman; as atrações entre os átomos de hidrogénio de uma molécula de água e os átomos de oxigénio de outra chamam ‑se ligações de hidrogénio. Cada molécula de água sente a atração de outras moléculas de água em todas as direções, exceto as que estão à superfície. Estas são puxadas para os lados ou para baixo, uma vez que não existem moléculas por cima; assim, a superfície de um corpo de água torna ‑se mais resistente a deformações, como se tivesse uma pele: a isto chama ‑se tensão de superfície.

Vales profundosA tensão da superfície permite que insetos muito leves consigam caminhar sobre a superfície de um lago, o que quer dizer que os cereais flutuantes estão na verdade sobre uma concavidade muito pouco acentuada ou uma depressão da superfície, um pouco como uma bola sobre uma película elástica. Assim, cada cereal açucarado repousa sobre o seu próprio minúsculo vale e, quando dois destes vales se aproximam, têm tendência para fazer deslizar os cereais para um centro comum. Uma vez no fundo do vale superficial, os cereais não conseguem sair, por isso ficam juntos. Outros cereais próximos serão igualmente arrastados para o vale.

003

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101 problemas para cientistas de bancada

ROBo DE SONHOQuando Roger era miúdo, leu muitas histórias de ficção científica em que os humanos tinham robôs como companhia ou empregados. Mal podia esperar para crescer e ter o seu próprio mordomo ‑robô. Mas agora Roger já é adulto e os mordomos ‑robôs ainda não são uma realidade. O máximo que a tecnologia pode oferecer é um aspirador redondo que limpa muito lentamente a alcatifa e depois acaba por se perder no jardim. Farto de esperar que alguém invente um robô, Roger decide meter mãos ao trabalho.

Depois de seis meses de trabalho, sente ‑se finalmente pronto para apresentar o seu mordomo ‑robô ao mundo. Porém, infelizmente, a apresentação não correu bem. O MordomoRobô dá encontrões nas coisas; não consegue entender os comandos falados; tropeça em tudo; deixa cair as coisas; perde ‑se; não sabe subir escadas; cai para a frente; finalmente, depois de 20 minutos de desgraças, acaba ‑se a bateria. Roger é obrigado a admitir que o futuro ainda está muito longe.

Desde os anos dourados

da ficcao cientifica, nos

anos 40 e 50 do seculo xx,

que os robos de servico

fazem parte de uma visao

permanente do futuro.

Entao, porque nao temos

ainda um mordomo ‑robo?

a vida de todos os dias

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Os robôs não funcionamComo o protótipo de Roger demonstrou, muitas das tarefas que um robô de serviço devia conseguir desempenhar são ainda muito difíceis para uma máquina conseguir dominar. Um mordomo ‑robô bem ‑sucedido teria de ser ágil, robusto, hábil, resistente, expedito e confiável. Acima de tudo, devia ter energia suficiente para operar durante bastante tempo sem precisar de ser recarregado. Hoje em dia, alguns robôs conseguem fazer algumas destas coisas, mas conseguir desenvolver um que combine todos estes atributos e funcione com um nível aceitável de autonomia ainda está para lá do que a tecnologia pode alcançar. Alguns robôs conseguem navegar espaços complexos e responder a alterações de condições em tempo real. Alguns conseguem subir e descer escadas ou levantar ‑se quando caem. Alguns conseguem pegar em objetos sem os partirem. Mas poucos são suficientemente robustos para poderem sair dos laboratórios, ou economicamente acessíveis para serem comercializados com êxito. O mais problemático é que a tecnologia das baterias ainda não é suficientemente avançada para alimentar um destes aparelhos durante mais do que algumas horas.

Animal ‑robôA invenção mais próxima de um robô de serviço talvez tenha sido o robô criado pela Boston Dynamics para a Marinha dos Estados Unidos: o Legged Squad Support System (LS3), uma versão de campo de um robô chamado BigDog (CãoGrande). Com a intenção de servir como animal de carga mecanizado, o LS3 é capaz de transportar cargas pesadas, de obedecer a comandos simples (como, por exemplo, «segue» ou «fica»), de ultrapassar terrenos acidentados e de se levantar sem cair. Mas foi rejeitado para fazer parte do ativo por ter alguns problemas: para operar um dispositivo desta natureza são necessários motores ruidosos que atrairiam a atenção dos inimigos. Além disso, não era economicamente viável colocar dispositivos tão dispendiosos no terreno.