Mais luzes das estrelas, menos poluição luminosa

Queremos ver mais estrelas e desperdiçar menos energia elétrica.

Veja o vídeo abaixo com imagens de satélites. [editado por J Richards]. As luzes das cidades estão chegando ao espaço. Pra quê? Além de muitos recursos desperdiçados, as noites das cidades ficam poluídas e não podemos ver as luzes das estrelas.

Reproduzo abaixo o excelente artigo:

O direito à escuridão noturna

Combater a poluição luminosa ― um malefício para a economia, o ambiente e a astrofísica― é mais simples do que se pensa

Augusto Damineli Edição Online – 15/06/2009

© C. Mayhew & R. Simmon (NASA/GSFC), NOAA/ NGDC, DMSP Digital Archive

A poluição luminosa tem sido negligenciada pelo poder público e pelos ambientalistas. Os astrônomos têm lutado contra ela há mais de um século, sem muito sucesso. Ela traz 3 malefícios: desperdício econômico, impacto negativo sobre a fauna noturna e apagamento dos astros. Seu combate é mais simples do que para os outros tipos de poluição.

As fotos de satélites (ao lado) mostram manchas luminosas que definem perfeitamente as zonas urbanas, indicando que parte significativa da luz noturna é lançada acima do horizonte. As avaliações feitas nos Estados Unidos contabilizam que 30%  da iluminação pública é desperdiçada dessa forma, num montante de US$ 2 bilhões anuais. Esse padrão se repete em todo o resto do globo terrestre, resultando em dezenas de bilhões de dólares literalmente jogados ao espaço. Só esse fato mereceria uma racionalização da iluminação pública. Mas existem outras razões importantes: ninguém ganha nada com esse desperdício, o contribuinte paga a conta em dinheiro, o meio ambiente perde muitas vidas e nós perdemos o acesso a incríveis laboratórios de física disponíveis no Universo.

O remédio é simples: iluminar só onde é necessário para movimentação noturna. A luz que escapa na linha do horizonte ou acima dele traz dois problemas. Além de gerar uma conta a ser paga pelo contribuinte, ofusca os transeuntes, diminuindo a visibilidade dos alvos que se queria iluminar. Direcionar a luz para o chão num ângulo adequado permitiria visualizar bem o ambiente com lâmpadas de potência muito menor.  Para a iluminação pública, existe um tipo de luminária desenhada para isso, a full cutoff, que, infelizmente ainda não é usada amplamente. Um tipo muito utilizado traz a lâmpada encapsulada num recipiente de alumínio, coberta por um vidro prismático, que refrata a luz para ângulos muito abertos, de modo que parte da luz atinge a linha do horizonte. Existem formatos muitos piores em que a luz é lançada em todas as direções. Na figura apresentamos os 4 tipos básicos:

Uma boa política de iluminação pública seria parar de instalar luminárias inadequadas, usando sempre as full cutoff, substituir as péssimas e corrigir as ruins. A correção pode ser bastante simples, usando uma cinta de alumínio de 12 centímetros na borda inferior da luminária, como demonstrado pelo astrônomo amador José Carlos Diniz em sua casa de campo num  condomínio em Nova Friburgo (RJ), reposicionando o braço de sustentação da luminára para um ângulo mais próximo da horizontal.

Não é raro ver luminárias com arquitetura correta, mas colocadas em postes muito altos, iluminando a copa das árvores. Um triplo problema: prejudicar os seres que habitam essas árvores, deixar de iluminar os cidadãos que transitam debaixo delas e gerar uma conta que estamos pagando. Algumas lâmpadas emitem um espectro luminoso inadequado, como as de mercúrio, que têm uma linha espectral na faixa violeta quase invisível ao olho humano, mas que atrai fortemente pernilongos e outros insetos.

No caso do céu noturno, há uma contradição: o mesmo progresso que possibilita a detecção de astros cada vez mais fracos ilumina o fundo do céu e impede que eles sejam acessados. Cerca de um quarto da humanidade já não vê mais a Via Láctea. Ela é um patrimônio da humanidade e precisa ser preservada para a posteridade. Em alguns lugares, como no Chile, o astroturismo atrai visitantes de todo o mundo. Além desse país, os Estados Unidos, a Espanha, a Itália e a República Tcheca adotam normas de controle de poluição luminosa. No hemisfério Sul, a Via Láctea é um espetáculo sem igual nas noites de inverno. A rede de pesquisadores e astrônomos amadores que promove o Ano Internacional da Astrofísica 2009 está promovendo maratonas de observação da Via Láctea e avaliação, pela população, do impacto da poluição luminosa. Para conhecer as atividades desse programa, visite o site www.astronomia2009.org.br . Nas férias de julho, as noites sem luar são especialmente favoráveis à observação da Via Láctea, pois muitas crianças vão para locais fora das grandes cidades. Só falta os adultos fazerem seu papel e as convidarem para contemplar esse magnífico espetáculo.

A iluminação irracional causa baixas na fauna noturna. Uma grande parte das espécies se adaptou à escuridão e necessita dela para se alimentar, se acasalar e se movimentar. A claridade produzida pela iluminação de monumentos públicos e plataformas de petróleo desorienta as aves migratórias. Insetos das florestas são atraídos para ambientes urbanos, morrendo aos montes ou se adaptando e passando a se alimentar das pessoas, transmitindo doenças. Nossos próprios antepassados mamíferos eram animais noturnos, no tempo dos dinossauros, usando o manto protetor da escuridão para se proteger dos predadores. A iluminação noturna invade esse ambiente e desaloja seus habitantes de modo análogo à derrubada das florestas.

No ritmo em que a iluminação irracional cresce, em pouco tempo não haverá mais noite escura na Terra. Isso será uma transgressão irreparável ao direito das espécies que se adaptaram à escuridão noturna e dos cidadãos que se dedicam a estudar e a contemplar o céu. Participe das atividades na “Maratona da Via Láctea”, centradas na fase de lua nova, nos meses de junho, julho, agosto e setembro.

Como você vê a Via Láctea na sua cidade?

Para mais informações:

Rede AIA2009
Dark Skies Awareness (IYA2009)
International Dark-Sky Association
Excelentes reportagens  na revista National Geographic
Cerro Tololo Interamerican Observatory
Odilon Simões Corrêa:
Roberto Silvestre
José Carlos Diniz

Inverno: dia mais curto do ano

Por definição, o inverno começa no dia mais curto do ano. Podemos citar três observações contundentes a respeito deste dia chamado de solstício de inverno:

1. O Sol nasce  mais tarde;
2. O por-de-Sol acontece mais cedo;
3. A sombra de algo vertical ao meio dia é a maior.

Tudo em relação aos outros dias do ano para um determinado local geográfico (ou à mesma latitude norte ou sul). Estas observações precisam de instrumentos simples. Bastam metodologia de anotar dados, medir as sombras, e ter um relógio confiável numa margem de erro de até 3 minutos.

Há outras observações mais sutis:

• O tempo do Sol cruzar o horizonte (ao nascer e ao se por) são maiores pois neste dia o Sol não cruza o horizonte de maneira perpendicular.
• O trajeto do Sol ao longo do dia é de fato no sentido Leste-Oeste apesar de estar bem mais ao Norte. Isto é, praticamente o Sol nasce no Nordeste e se põe no Noroeste.
• O Sol está em uma ponta extrema do analema.

No vídeo abaixo, veja a animação da posição do Sol ao longo do ano (em um mesmo horário a cada dia) com as constelações do Zodíaco no fundo e a trajetória do analema.

Tentei apresentar acima o que pode ser medido com relógios, réguas, transferidor etc, mas com a ajuda de instrumentos muito mais precisos (relógios atômicos, satélites artificiais etc) sabemos que até mesmo a medida de tempo precisa de correções.

As informações abaixo valem para a região de Campinas, SP, Brazil:

• O dia 7 de Junho foi o dia de por-de-Sol mais cedo, a saber, 17h30m;
• O dia 4 de Julho vai ser o dia de alvorada mais tardia, a saber, 6h50m;
• No dia 21 de Junho, o Sol nasce  às 6h48m e se põe às 17h32m, isto é, dez horas e quarenta quatro minutos de Sol. Veja dados para sua localização no USNO.
• Ao dia aparente (de meio dia local a outro meio dia local) faltam um minuto e quinze segundos para completar as 24 horas do tempo solar médio. Veja equação do tempo.

Dica do Física na Veia! Eu estava escrevendo algo, quando vi o instrutivo post do prof. Dulcídio Bras Jr.

Veja mais sobre analemas.

Mais um primo de Mersenne descoberto. Agora são 47.

Os números primos de Mersenne são do tipo M_p = 2^p – 1, onde p é um número primo. O número descoberto pelo projeto de computação distribuída GIMPS tem 12837064 dígitos (na representação decimal). Um número com quase 13 milhões de dígitos não é fácil de lidar. Nem mesmo com computadores. Este novo primo de Mersenne foi processado em um computador de 3 GHz Intel Core2 em 29 dias, sem parar.

Quem encontrou o primo? Foi um gerente de T.I. Na realidade ele colocou os computadores à sua disposição para descobrir que o número encontrado só é didvidido por um ou por ele mesmo.

Números de Mersenne

Você também pode fazer isto e ser o próximo descobridor de um primo de Mersenne e todos terão chances de encontrar um primo de Mersenne pois provavelmente não tem limites. Provavelmente. O problema é que os números com poucos dígitos já foram descobertos. Os próximos serão ainda maiores.

Se você quiser doar parte de seus recursos computacionais para o projeto de encontrar números primos de Mersenne, veja as simples instruções.

Uma beleza matemática nos corais e crochets

Hyperbolic Crochet Reef

Se você gosta de arte (crochet) ou matemática (geometria hiperbólica) ou biologia marítima (corais) vai apreciar a apresentação da Dr. Margaret Wertheim logo abaixo. O vídeo de 16 minutos, em inglês mas com excelente dicção.

Margaret Wertheim on the beautiful math of coral | Video on TED.com.

Qual é a potência do seu metabolismo?

As características principais de virtualmente todos organismos vivos são tamanho, temperatura e composição química. As relações entre estas grandezas têm sido amplamente investigada, desde o século XIX, no contexto do que se conhece hoje como a teoria metabólica da ecologia.

Não é fácil medir ou dar precisão à taxa de metabolismo de um ser vivo, mas entendemos que a principal reação química envolvida é:

CH₂O + O₂ -> energia + CO₂ + H₂O

Nos anos 1940s Max Kleiber enunciou a lei da potência 3/4 do metabolismo da grande maioria dos animais. Os dados que justificariam suas conclusões estão no gráfico abaixo:

O gráfico tem escalas logaritimicas e a reta tem inclinação aproximada de 3/4 de forma que o a taxa de metabolismo diária seria da forma:

M^(3/4)

onde M é a massa característica do ser vivo. Em 2004 BROWN ET AL publicaram uma compilação de medidas e produziram o gráfico impressionante abaixo. Observe que a escala de massa vai de potência de 10 a menos 30 até a potência positiva de 20, em gramas. A inclinação aproximada de 0.76, o que corroboraria a lei de Kleiber de 3/4.

Taxas de metabolismo de seres vivos

O interessante é que este comportamento da potência não era o esperado pois a massa de um objeto (uniformizado) é proporcional ao volume enquanto o contato com o meio externo se dá pela superfície do objeto. O volume V depende do cubo e a superfície A do quadrado de um comprimento característico L.

V ~ L⁽³⁾ ; A~L⁽²⁾ => A~V^(2/3)

Assim, se o metabolismo fosse diretamente proporcional à massa, a potência seria 1 e se dependesse da área seria 2/3~0,66666. O observado é algo intermediário, isto é, a potência três quartos, 3/4=0,75.

Há uma interpretação que invoca fractais, mas isto é um pouco polêmico. De qualquer forma é muito interessante.

Mas não é apenas o metabolismo que tem uma potência característica da vida e independente do ser vivo.:

Variável fisiológica	Dimensão	expoente da massa
Batimentos cardíacos	-1	-1/4
Expectativa de vida¶	1	1/4
Diâmetro dos troncos de árvores	3	3/4
Diâmetro das Aortas	3	3/4
Massa do cérebro	3	3/4
Taxa metabólica	3	3/4
Taxa metabólica (novas interpretação)	4	1

Tabela de Leis de Potência de 1/4

Estes dados empíricos são fascinante, talvez uma mera coincidência, talvez não …

Dica de Metabolism and power laws — The Endeavour.

Recordações do Futuro. Por que não?

Por que não lembramos do futuro? Essa pergunta faz parte de discussões de física teórica sobre a flecha do tempo, viagens no espaço-tempo que poderiam violar causalidade, um universo imaginado pelo cérebro de Boltzmann etc.

A física não sabe porque o passado é diferente do futuro, uma vez que todas as leis conhecidas da física moderna podem funcionar do futuro para o passado de maneira similar ao do passado para o futuro.

O escritor tem uma resposta antrópica:

Somos a memória que temos, sem memória não saberíamos quem somos.

Saramago.

Ao final das contas, a discussão cai sobre o tempo. Qual é a sua natureza e significado?

A FQXi Community promoveu um concurso de ensaios sobre a natureza do tempo. Foram escolhidos e classificados 24 ensaios.  Além dos ensaios premiados, destaco o da nossa colega do blog Theorema Egregium

On the Nature of Time – Or Why Does Nature Abhor Deadlocks?
By Christine Córdula Dantas

This essay aims at introducing a novel point of view on the nature of time, inspired by a synthesis of three seemingly unrelated concepts: Bergson’s notion of duration, Dijkstra’s notion of concurrency, and Mach’s notion of inertia.

Vejam os primeiros classificados do concurso da FQXi Communit:

The Nature of Time
By Julian Barbour

A review of some basic facts of classical dynamics shows that time, or precisely duration, is redundant as a fundamental concept. Duration and the behaviour of clocks emerge from a timeless law that governs change.

Does Time Exist in Quantum Gravity?
By Claus Kiefer

Time is absolute in standard quantum theory and dynamical in general relativity. The combination of both theories into a theory of quantum gravity leads therefore to a ‘problem of time’. In my essay I shall investigate those consequences for the concept of time that may be drawn without a detailed knowledge of quantum gravity. The only assumptions are the experimentally supported universality of the linear structure of quantum theory and the recovery of general relativity in the classical limit. Among the consequences are the fundamental timelessness of quantum gravity, the approximate nature of a semiclassical time, and the correlation of entropy with the size of the Universe.

What if Time Really Exists?
By Sean Carroll

Despite the obvious utility of the concept, it has often been argued that time does not exist. I take the opposite perspective: let’s imagine that time does exist, and the universe is described by a quantum state obeying ordinary time-dependent quantum mechanics. Reconciling this simple picture with the known facts about our universe turns out to be a non-trivial task, but by taking it seriously we can infer deep facts about the fundamental nature of reality. The arrow of time finds a plausible explanation in a “Heraclitean universe,” described by a quantum state eternally evolving in an infinite-dimensional Hilbert space.

Forget Time*
By Carlo Rovelli

Following a line of research that I have developed for several years, I argue that the best strategy for understanding quantum gravity is to build a picture of the physical world where the notion of time plays no role at all. I summarize here this point of view, explaining why I think that in a fundamental description of nature we must “forget time”, and how this can be done in the classical and in the quantum theory. The idea is to develop a formalism that treats dependent and independent variables on the same footing. In short, I propose to interpret mechanics as a theory of relations between variables, rather than the theory of the evolution of variables in time.

The Flow of Time*
By George F. R. Ellis

Current theoretical physics suggests the flow of time is an illusion: the entire universe just is, with no special meaning attached to the present time. This paper points out that this view, in essence represented by usual space-time diagrams, is based on time-reversible microphysical laws, which fail to capture essential features of the time-irreversible nature of decoherence and the quantum measurement process, as well as macro-physical behaviour and the development of emergent complex systems, including life, which exist in the real universe. When these are taken into account, the unchanging block universe view of spacetime is best replaced by an evolving block universe which extends as time evolves, with the potential of the future continually becoming the certainty of the past; spacetime itself evolves, as do the entities within it. However this time evolution is not related to any preferred surfaces in spacetime; rather it is associated with the evolution of proper time along families of world lines. The default state of fundamental physics should not be taken to be a time irreversible evolution of physical states: it is an ongoing irreversible development of time itself.

Free will, undecidability, and the problem of time in quantum gravity*
By Rodolfo Gambini & Jorge Pullin

In quantum gravity there is no notion of absolute time. Like all other quantities in the theory, the notion of time has to be introduced “relationally”, by studying the behavior of some physical quantities in terms of others chosen as a “clock”. We have recently introduced a consistent way of defining time relationally in general relativity. When quantum mechanics is formulated in terms of this new notion of time the resolution of the em measurement problem can be implemented via decoherence without the usual pitfalls. The resulting theory has the same experimental results of ordinary quantum mechanics, but every time an event is produced or a measurement happens two alternatives are possible: a) the state collapses; b) the system evolves without changing the state. One therefore has two possible behaviors of the quantum mechanical system and physical observations cannot decide between them, not just as a matter of experimental limitations but as an issue of principle. This first-ever example of fundamental undecidability in physics suggests that nature may behave sometimes as described by one alternative and sometimes as described by another. This in particular may give new vistas on the issue of free will.

Electron time, mass and zitter

By David Hestenes

de Broglie’s original idea that the electron has an internal clock has recently received experimental confirmation by measuring the period of the clock in an electron channeling experiment. This result has been explained by a new model of the electron, called the zitter model because it incorporates Schroedinger’s qualitative zitterbewegung concept into a fully specified interacting particle model. The zitter electron is a lightlike charged particle with intrinsic spin that maintains it in a helical spacetime path, with curvature and frequency determined by the electron mass. Thus, electron mass is fully reduced to clock frequency in electron motion. This essay discusses details of the model and its implications.

Read more: Time reversal, by A. Zee, Boltzmann Antropic Brain, Arrow of Time FAQ, Feynman on Boltzmann Brain. Tudo é muito legal, mas a gente gasta um bom tempo lendo e pensando. Gasta tempo?

Vamos filosofar.

Ibuprofeno: um ácido para aliviar dores

O ibuprofeno ( C₁₃H₁₈O₂ ) é o nome do ácido * iso-butil-propano-fenólico usado como anti-inflamatório não esteróide(AINE). O remédio é  utilizado frequentemente, sem receita médica, para o alívio sintomático de dores leves.

Observe o hexágono no “corpo” da molécula e seus “lados” esquerdo e direito distintos. Veja a animação para perceber a configuração tridimensional da molécula (precisa do java).

Se trocarmos o lado esquerdo pelo direito temos as duas versões da molécula. Só uma delas tem o efeito farmacêutico esperado, mas a industria produz o pó branco característico de uma mistura das duas formas (quirais), pois o custo de separação não justifica o ganho e, em princípio, a outra forma é inofensiva.

O ibuprofeno inibe a ação da enzima ciclooxigenase, que catalisa a transformação de ácidos graxos em prostaglandinas. Assim a síntese da prostaglandina é reduzida e é este o efeito analgésico e anti-inflamatório do remédio.

É interessante que apesar de temos simetria direita esquerda externamente, muitas de nossas moléculas orgânicas não têm essa simetria.

Esse post foi uma dica do meu tendão de aquiles que está inflamado e fui ler a bula do analgésico que tomei.

Leia mais na wikipedia ibuprofeno em português, em ibuprofen in english.

Uma das contra-indicações do ibuprofeno é o de acidez do trato gastro-intestinal. Foi descoberto um novo tipo de droga anti-inflamatória que seria melhor nesse aspecto. No entanto, há indícios de infartos em alguns casos e atualmente não estão mais permitidos sem prescrição médica. Read about it: Risk of acute myocardial infarction and sudden cardiac death in patients treated with cyclo-oxygenase 2 selective and non-selective non-steroidal anti-inflammatory drugs: nested case-control study. (arquivo pdf) Esse assunto tem sido muito polêmico e debatido. Veja a quantidade de artigos acadêmicos que tratam do assunto recentemente.

* Não sei se o nome do ácido por extenso está correto.

Prêmio Abel de Matemática 2009 para Gromov

Mikhail Leonidovich Gromov 65,  vai receber o prêmio Abel de Matemática 2009 por causa de suas importantes contribuições a geometria e teoria de grupos.

O prêmio Abel é bem recente (começou em 2003)  mas já tem prestígio suficiente para ser comparável ao Nobel que não premia matemáticos. O Abel só premia quem contribui para a matemática pura. O valor do prêmio é um pouco menos que um milhão de dólares, US$ 950 mil.

A comissão do prêmio Abel apresenta as suas justificativas para atribuir a Gromov o prêmio. Quem gosta de captar tendências ou pontos filosóficos nas declarações de pessoas que influenciaram a escolha, a declaração, curta, têm palavras suficientes (tradução livre):

Mickhail Gromov  sempre procura novas questões e constantemente pensa em novas ideias para solução de problemas antigos. He produziu um trabalho profundo e original ao longo de sua carreira e continua muito criativo. O trabalho de Gromov será uma fonte de inspiração para muitas descobertas matemáticas no futuro.

Statement in English:

“Mikhail Gromov is always in pursuit of new questions and is constantly thinking of new ideas for solutions to old problems. He has produced deep and original work throughout his career and remains remarkably creative. The work of Gromov will continue to be a source of inspiration for many future mathematical discoveries”.

Mikhail Gromov, 65 anos, recebe Prêmio Abel de 2009. Photo: Gérard Uferas

O que aconteceu antes do Big Bang?

Esta é uma pergunta frequente feita por quem começou a estudar ou ler sobre cosmologia.

As respostas curtas são: só Deus sabe; ninguém sabe.

Se soubéssemos da gravitação quântica, da massa de Higgs (LHC pode ajudar), da matéria e da massa escura saberíamos algo mais dos eventos logo após o que entendemos ter sido o Big Bang. Mas não antes, se é que haveria um antes.

A gente nunca está satisfeita com o que já sabemos! E isto é interessante nas ciências: a cada nova descoberta ou resposta, novas perguntas e inquietações.

Vamos por partes. Quem faz esta pergunta já tem noções da Cosmologia moderna, mas reproduzo o texto sintético e cuidadoso do Dr. Rogério Rosenfeld

Cosmologia é a Ciência que estuda a estrutura, evolução e composição do universo.

Reproduzo também duas ilustrações de uma publicação de The National Academic Press

que resumem, sem muitas palavras (in English) o modelo cosmológico padrão.

O que aconteceu antes do Big Bang só pode ser respondido se entendermos o que aconteceu no Big Bang. Há pesquisas, teóricas obviamente, que abordam algumas especulações, usando a metodologia científica, isto é, faz-se modelos matemáticos e explora-se o que seriam suas previsões de observações. Se elas forem compatíveis, o modelo pode ser aprimorado para fornecer novas previsões e assim por diante. Se as previsões forem incompatíveis com as observações, o modelo é descartado! Nesta linha há alguns físicos teóricos trabalhando no que é chamado de Cosmologia Quântica.

Eventualmente a compreensão do que é o Big Bang, vai tornar a pergunta “o que aconteceu antes”, sem sentido. Mas não custa perguntar por enquanto.

Dica da Plus Magazine

Rosas não falam, exalam o perfume …

Dia 08 de Março é o Dia Internacional da Mulher. Em homenagem às mulheres, especialmente à minha querida, apresento a poesia singela de Cartola (1908-1980) nas vozes do tricolor Nelson Gonçalves (1919-1998) e Eliseth cardoso (1920-1990):

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Bate outra vez
Com esperanças o meu coração
Pois já vai terminando o verão enfim

Volto ao jardim
Com a certeza que devo chorar
Pois bem sei que não queres voltar para mim

Queixo-me às rosas, mas que bobagem
As rosas não falam
Simplesmente as rosas exalam
O perfume que roubam de ti

Devias vir
Para ver os meus olhos tristonhos
E, quem sabe, sonhavas meus sonhos
por fim

Rosas da Officina de Bouquet´s de Holambra

Há outras interpretações da música, por exemplo:

As rosas não falam – (Luciana Mello) Acho que exagera na dramatização. Gravado ao vivo.

As Rosas Não Falam – (Nana Caymmi com Beth Carvalho) Fazem variações dramaturgas. Gravado ao vivo com bela orquestra.

As Rosas Não Falam – (Cartola ) O próprio compositor cantando, aos sessenta e tantos anos.

As Rosas Nao Falam – (Fagner)

As rosas não falam – (Nelson Gonçalves ) Minha versão preferida.