Caros Leitores;
Por 130 anos, um pequeno e cilíndrico pedaço de
metal, composto 90% de platina e 10% de irídio, serviu como o protótipo
internacional do quilograma.
Isso significa que esse objeto físico, alojado em
um depósito subterrâneo de Paris e conhecido como “Le Grand K”, era a medida
usada para definir todos os outros quilogramas do planeta.
O problema é que não era uma boa medida. Se contaminantes microscópicos
no ar levassem o Le Grand K a ficar um pouco mais pesado, o próprio quilograma
ficava mais pesado. Se uma limpeza rigorosa ou um pequeno arranhão fizesse com
que se tornasse um pouco mais leve, o quilograma idem.
De fato, estima-se que, ao longo de sua vida, o Le Grand K tenha
perdido 50 microgramas de massa. E foi exatamente por isso que os cientistas
resolveram que precisavam de uma outra forma de medir o quilograma – uma que
não se alterasse com o tempo ou o ambiente.
A
redefinição
A história da ciência da medição
O problema dos objetos físicos
Constante de Planck
A era das redefinições constantes
A história da ciência da medição
O problema dos objetos físicos
Constante de Planck
A era das redefinições constantes
Não é de hoje que os cientistas vem discutindo o assunto – a
decisão foi tomada em novembro do ano passado (2018), na 26ª Conferência Geral
de Pesos e Medidas em Versalhes, na França. Delegados de 60 países reuniram-se
para o voto histórico. Foi unânime.
Finalmente, a partir desta segunda-feira (20 de maio de 2019), o
quilograma será definido não por um objeto, mas por uma propriedade fundamental
da natureza conhecida como constante de
Planck.
Como a velocidade da luz, o valor da
constante de Planck não pode flutuar. “Ao contrário de um objeto físico, uma
constante fundamental não muda”, esclarece Stephan Schlamminger, físico do Instituto Nacional
de Padrões e Tecnologia dos EUA. “Agora um quilograma terá a mesma massa se você
estiver na Terra, em Marte ou na galáxia de Andrômeda”.
Para deixar registrado, a maioria de
nós dificilmente notará a mudança. Um quilo de frango ou tomate no mercado
permanecerá exatamente o mesmo. Para a ciência, no entanto, a nova definição
representa um importante ponto de virada para a humanidade. “A capacidade de
medir com precisão crescente é parte do avanço de nossa espécie”, complementou
Walter Copan, diretor do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia.
As origens do sistema métrico remontam à Revolução Francesa no
final do século XVIII. Na época, estima-se que 250.000 diferentes unidades de
medida estavam sendo usadas na França, tornando o comércio um desafio. O
sistema foi concebido para ser racional e universal, com unidades baseadas em
propriedades da natureza, em vez de decretos reais.
“A ideia era que essas medições seriam eternas e iguais para
todos, em todos os lugares”, explica Ken Alder, historiador da ciência da
Universidade Northwestern (EUA).
A unidade fundacional do sistema era o
metro, que deveria ser um décimo de milésimo da distância do Polo Norte ao
equador ao longo do meridiano de Paris. Os cientistas cometeram um pequeno erro
em suas medições na época, e o metro ficou cerca de 2 milímetros mais longo do
que deveria. O quilograma foi definido como a massa de 10 centímetros cúbicos
de água a 4 graus Celsius.
Essas unidades foram adotadas pela
República Francesa em 1795, embora, na prática, as pessoas continuassem a usar
suas próprias medições locais por décadas. Países da Europa e da América do Sul
adotaram o sistema métrico ao longo do século XIX.
Em 1875, representantes dos EUA e 16
outros países assinaram o Tratado do Metro em Paris, concordando em adotar tal
sistema universal de unidades baseado no metro, no quilograma e no segundo
(este calculado com base no tempo médio que leva para a Terra completar uma
única rotação em seu eixo), a fim de simplificar o comércio entre as nações.
Embora o metro e o quilograma tenham sido baseados no tamanho da
Terra, foram oficialmente definidos por artefatos de metal, incluindo o Le
Grand K, fundidos em Londres em 1889 e mantidos em um cofre no porão do
recém-criado Escritório Internacional de Pesos e Medidas em Sevres, na França.
Os países membros receberam uma de 40 réplicas precisas.
O Tratado do Metro também estabeleceu a
Conferência Geral sobre Pesos e Medidas (CGPM), um grupo internacional
encarregado de estudar e votar mudanças propostas para unidades de medida para todos
os estados membros.
A CGPM aprovou mais três unidades
básicas em 1954 – o ampere para corrente elétrica, o kelvin para temperatura
termodinâmica e a candela para intensidade luminosa.
Em 1967, o segundo foi redefinido
baseado nas oscilações de um átomo de césio-133, um cálculo muito mais preciso
e confiável do que a rotação ligeiramente oscilante da Terra.
E, em 1983, o metro se tornou a
primeira unidade métrica ligada a uma propriedade fundamental do universo
quando foi redefinido como a distância percorrida pela luz no vácuo.
Agora, chegou a vez do quilograma. Os metrologistas ansiavam por
atualizar sua definição desde o início dos anos 1900, mas a capacidade de medir
a constante de Planck com a precisão necessária só foi alcançada recentemente.
A constante de Planck é um número que relaciona a energia e a
frequência da luz, mais ou menos como o número Pi relaciona a circunferência e
o diâmetro de um círculo.
Os avanços tecnológicos que fixaram o valor da constante vieram em
trancos e barrancos. Desde a década de 1970, invenções têm permitido medições
da constante, mas não com a exatidão desejada.
Em 2013, os especialistas concordaram
que, para mudar a definição do quilograma, precisávamos ser capazes de medir a
constante de Planck com uma precisão de 20 partes por bilhão, bem como provar
que dois métodos diferentes de a medir produziriam a mesma resposta.
“Uma experiência pode ter um defeito
oculto, mas se você tem duas abordagens absolutamente diferentes e elas
concordam entre si, então as chances de você estar completamente errado são
realmente muito baixas”, ilustra Ian Robinson, pesquisador do Laboratório
Nacional de Física do Reino Unido.
A primeira medição foi feita com uma
invenção chamada de “balança Kibble”, e a segunda envolveu uma esfera de
silício puro enriquecido. A esfera permitiu aos cientistas medir com precisão a
constante de Avogadro, que relaciona o número de átomos ou moléculas de uma
substância à sua massa. Isso, por sua vez, foi usado para determinar a
constante de Planck com a ajuda de equações bem estabelecidas, servindo de
verificação para os resultados da balança.
Uma filosofia similar de uso de constantes fixas tem embasado
novas definições de outras unidades de medida, como o mol, o kelvin e o ampere.
O mol será definido agora pelo valor da
constante de Avogadro, o kelvin pelo valor da constante de Boltzmann (que
relaciona a temperatura à energia), e o ampere pelo valor da carga elementar, a
menor carga observável no universo.
“Todo mundo tem acesso a essas
constantes fundamentais”, elucida Schlamminger. “Elas não discriminam entre
ricos e pobres. Tudo que você precisa é de um pouco de física”.
Os cientistas não sabem como as novas
unidades afetarão as descobertas futuras, mas é possível que afetem. Por
exemplo, o segundo agora pode ser medido com tanta precisão que os pesquisadores
podem detectar pequenas mudanças no campo gravitacional da Terra, uma vez que o
tempo se move um pouco mais rápido quanto mais se distancia de um centro de
gravidade.
O físico britânico William Thomson,
conhecido como Lorde Kelvin, disse uma vez que “medir é saber”. Nossa
capacidade de medir com precisão crescente, assim, nos habilita a aprender mais
sobre os fundamentos do universo e da vida. [Phys]
Fonte: HypeScience /
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Pesquisador Independente na Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e
Climatologia).
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do projeto S`Cool Ground Observation
(Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s
Radiant Energy System) administrado pela NASA.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo
de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e
National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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