O Universo Holográfico, Alain Aspect e David Bohm

Em 1982 ocorreu algo muito importante na Universidade de Paris. Uma equipe de pesquisa liderada pelo físico Alain Aspect descobriu que sob certas circunstâncias, partículas subatômicas como os elétrons são capazes de instantaneamente se comunicar uns com os outros não importando a distância entre eles. Podem ser 5 metros ou 5 bilhões de metros. De alguma forma uma partícula sempre sabe o que a outra está fazendo.

O problema com esta descoberta é que ela coloca em causa a afirmação de Einstein que nenhuma comunicação pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz. E como viajar mais rápido que a velocidade da luz é o objectivo máximo para quebrar a barreira do tempo, este fato estonteante tem feito com que muitos físicos tentem vir com maneiras elaboradas para descartar os achados de Aspect.

O físico da Universidade de Londres, David Bohm, por exemplo, acredita que as descobertas de Aspect implicam em que a realidade objectiva não existe, que a despeito da aparente solidez o universo está no coração de um holograma fantástico, gigantesco e extremamente detalhado. Para entender porque Bohm faz esta afirmativa surpreendente, temos primeiro que saber um pouco sobre hologramas. Um holograma é uma fotografia tridimensional feita com a ajuda de um laser.

Para fazer um holograma, o objecto a ser fotografado é primeiro banhado com a luz de um raio laser. Então um segundo raio laser é colocado fora da luz reflectida do primeiro e o padrão resultante de interferência (a área aonde se combinam estes dois raios laser) é capturada no filme. Quando o filme é revelado, parece um redemoinho de luzes e linhas escuras. Mas logo que este filme é iluminado por um terceiro raio laser, aparece a imagem tridimensional do objecto original.

A tridimensionalidade destas imagens não é a única característica importante dos hologramas. Se o holograma de uma maçã é cortado na metade e então iluminado por um laser, em cada metade ainda será encontrada uma imagem da maçã inteira. E mesmo que seja novamente dividida cada parte do filme sempre apresentará uma menor, mas ainda intacta versão da imagem original. Diferente das fotografias normais, cada parte de um holograma contém toda a informação possuída pelo todo.

A natureza de "todo em cada parte " de um holograma nos proporciona uma maneira inteiramente nova de entender organização e ordem. Durante a maior parte de sua história, a ciência ocidental tem trabalhado dentro de um conceito que a melhor maneira para entender um fenómeno físico, seja ele um sapo ou um átomo, é dissecá-lo e estudar suas partes respectivas. Um holograma nos ensina que muitas coisas no universo não podem ser conduzidas por esta abordagem. Se tentamos tomar alguma coisa à parte, alguma coisa construída holograficamente, não obteremos as peças da qual esta coisa é feita, obteremos apenas inteiros menores.

Este "insight" é o sugerido por Bohm como outra forma de compreender os aspectos da descoberta de Aspect. Bohm acredita que a razão que habilita as subpartículas a permanecerem em contacto umas com as outras a despeito da distância que as separa não é porque elas estejam enviando algum tipo de sinal misterioso, mas porque esta separação é uma ilusão. Ele argumenta que em um nível mais profundo de realidade estas partículas não são entidades individuais, mas são extensões da mesma coisa fundamental.

Para capacitar as pessoas a melhor visualizarem o que ele quer dizer, Bohm oferece a seguinte ilustração: Imagine um aquário que contém um peixe. Imagine também que você não é capaz de ver este aquário directamente e seu conhecimento deste aquário se dá por meio de duas câmaras de televisão, uma dirigida ao lado da frente e outra a parte lateral.

Quando você fica observando atentamente os dois monitores, você acaba presumindo que o peixe de cada uma das telas é uma entidade individual. Isto porque como as câmeras foram colocadas em ângulos diferentes, cada uma das imagens será também ligeiramente diferente. Mas se você continua a olhar para os dois peixes, você acaba adquirindo a consciência de que há uma relação entre eles.

Quando um se vira, o outro faz uma volta correspondente apenas ligeiramente diferente; quando um se coloca de frente para a frente, o outro se coloca de frente para o lado. Se você não sabe das angulações das câmeras você pode ser levado a concluir que os peixes estão se intercomunicando, apesar de claramente este não ser o caso.

Isto, diz Bohm, é precisamente o que acontece com as partículas subatômicas na experiência de Aspect. Segundo Bohm, a aparente ligação mais-rápido-do-que-a-luz entre as partículas subatômicas está nos dizendo realmente que existe um nível de realidade mais profundo da qual não estamos privados, uma dimensão mais complexa além da nossa própria que é análoga ao aquário. E ele acrescenta, vemos objectos como estas partículas subatômicas como se estivessem separadas umas das outras porque estamos vendo apenas uma porção da realidade delas.

Estas partículas não são partes separadas mas sim facetas de uma unidade mais profunda e mais subliminar que é holográfica e indivisível como a maçã previamente mencionada. E como tudo na realidade física está compreendido dentro destes "eidolons", o próprio universo é uma projecção, um holograma.

Em adição a esta natureza fantástica, este universo possuiria outras características surpreendentes. Se a aparente separação das partículas subatômicas é uma ilusão, isto significa que em nível mais profundo de realidade todas as coisas do universo estão infinitamente interconectadas.

Alunos do ensino médio do Colégio Nilson Socorro!

Baixem as apostilas de física dos módulos iniciais do curso:

• Apostila do 1º Ano C
• Apostila do 2º Ano C
• Apostila do 3º Ano C

Um passo mais próximo das estrelas

A fonte de energia para o futuro da humanidade pode estar escondida dentro de um minúsculo cilindro dourado que cabe na ponta de um dedo... e que é usado como alvo para os quase duzentos feixes do laser mais energético do mundo.

Há várias décadas que os cientistas perseguem o sonho de conseguir replicar em laboratório e de forma controlada a fusão nuclear - o mecanismo natural através do qual as estrelas produzem a sua imensa energia. Para isto, é preciso pegar em dois isótopos do elemento hidrogénio e obrigá-los a fundirem-se, formando hélio e liberando energia. Mas esta união é muito difícil de atingir, devido à repulsão mútua dos isótopos, e as condições físicas em que esta se consegue ultrapassar são extremamente sensíveis.

Um dos  principais métodos considerados para se tentar alcançar a fusão é o chamado confinamento magnético, em que um anel de plasma - um gás ionizado - é mantido a altas temperaturas num volume restrito. Um exemplo de um sistema deste tipo é o projecto internacional ITER , agora em desenvolvimento no sul de França. O outro método é a fusão por confinamento inercial, em que um pequeno alvo atestado de "combustível" nuclear é irradiado por um grande número de feixes laser de alta intensidade, comprimindo-o de modo a que as condições para se obter fusão sejam atingidas no seu núcleo. Também na Europa, está em desenvolvimento o projecto HiPER , que explora esta via alternativa. (Portugal é representado em ambos os projectos pelo Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear , unidade de investigação do Instituto Superior Técnico , Lisboa)

Agora, num artigo publicado na revista Science desta semana, cientistas do Laboratório Lawrence Livermore , na Califórnia, dão conta de um avanço significativo na tentativa de atingir fusão nuclear usando lasers. Para isso, usaram aquele que é o maior laser do mundo - o mega-projecto National Ignition Facility (NIF) - que foi inaugurado em Maio de 2009 e começa agora a dar os primeiros resultados de sucesso. O NIF, cuja construção se iniciou em 1997, tem um total de 192 feixes laser de alta energia, gerados ao longo de uma cadeia de amplificação que ocupa um espaço equivalente ao de três campos de futebol. O coração do NIF consiste numa enorme câmara de aço esférica, com três andares de altura, onde cada um dos feixes entra por uma pequena janela e é focado no centro. Aqui encontra-se o pequeno cilindro dourado, chamado hohlraum, cujo interior é iluminado de forma simétrica pelo total dos feixes (ver imagem). A energia luminosa que atinge este alvo é de 1.8 milhões de Joules, concentrada em impulsos cuja duração é inferior a um centésimo de milionésimo de segundo. Desta vez, ainda não foi utilizada toda a energia - apenas cerca de 40%. Mesmo assim, trata-se de um novo recorde mundial de energia produzida por um laser, sendo 20 vezes superior ao máximo atingido anteriormente. E a colossal potência equivalente seria suficiente para fazer evaporar num segundo toda a água de 50 piscinas olímpicas.

Na fusão por confinamento inercial, os feixes laser criam um "banho" de raios-x dentro do hohlraum, em cujo interior está colocada uma micro-cápsula contendo o combustível. O raios-x fazem com que a cápsula seja comprimida e a sua temperatura se eleve de forma quase instantânea até milhões de graus. As densidades atingidas levam a que se dê a fusão dos átomos no seu interior. Se a energia libertada for superior a toda a  energia que foi investida para a produzir, temos uma fonte eficiente.

Espera-se que este processo seja a chave para se atingir a fusão, só que o caminho até lá se chegar está cheio de dificuldades técnicas. Por exemplo, a irradiação do alvo tem que ser feita de forma extremamente simétrica e homogénea, já que quaisquer desequilíbrios perturbam e inviabilizam o processo. Outro problema que preocupa os investigadores há três décadas tem a ver com o plasma criado pelos lasers dentro do hohlraum. Acontece que os lasers são de tal forma intensos que, ao interagirem com o interior do pequeno cilindro, vaporizam a sua matéria, criando uma "sopa" de partículas carregadas entre as suas paredes. Pensava-se que esta "sopa" de plasma actuaria como um nevoeiro, prejudicando a capacidade da cápsula ser uniformemente iluminada, e afectando inevitavelmente a eficiência de absorção da luz.

O que as recentes experiências realizadas no NIF demonstraram é que o plasma não reduz a capacidade de absorção de energia como se temia, mas que até pode ser manipulado favoravelmente de forma a optimizar a iluminação da cápsula e a uniformidade da compressão. Foi uma prova dramática de que aquele que se receava que fosse um dos principais problemas pode afinal ser ultrapassado. É um dos resultados mais promissores em toda a história da fusão nuclear.

Entretanto, uma vez concluída esta fase de demonstração, os investigadores do NIF contam iniciar em Maio as experiências com alvos efectivamente carregados de combustível, e utilizando a 100% a energia que pode ser produzida pelo sistema. Com estes parâmetros, eles estão convictos de que a demonstração de fusão nuclear pode estar para muito breve. No ano em que se comemoram os 50 anos da invenção do laser, seria um presente a condizer.