segunda-feira, 30 de dezembro de 2013

Causalidade e Determinismo

Heisenberg [1, 2] e Haile [3] abordam os conceitos de causalidade e determinismo numa forma que nos parece clara, e particularmente útil nas discussões sobre as interpretações das visões quântica e clássica da Natureza [4-6]. No que se segue tentaremos sintetizar.
Historicamente, o uso do conceito de causalidade como designação das leis de causa e efeito é relativamente recente. Na filosofia antiga, a palavra causa tinha um significado muito mais geral do que tem hoje. Os escolásticos, por exemplo, seguindo Aristóteles, falavam de quatro formas de causa: a causa formalis, a que hoje chamaríamos, talvez, a estrutura ou o esboço mental duma coisa; a causa materialis, ou seja, a matéria de que uma coisa se compõe; a causa finalis, que é o fim para que uma coisa foi feita, e a causa efficiens, que explica a coisa como consequência dum agente que a origina. Só esta última corresponde aproximadamente ao que hoje entendemos por causa.
O conceito de causa foi evoluindo ao longo dos séculos em estreita ligação com o conhecimento da realidade adquirido pelo homem, e com o aparecimento da ciência da natureza nos princípios da idade moderna. À medida que o homem foi adquirindo um maior grau de conhecimento dos processos materiais, a palavra causa foi sendo referida à ocorrência material que precedia a que se pretendia explicar e que, de algum modo, a tinha produzido.
Já em Kant, que, em muitos aspectos, não faz mais do que tirar as consequências filosóficas do desenvolvimento das ciências a partir de Newton, encontra-se a palavra "causalidade" empregada no sentido que se tornou usual desde o século XIX: "Quando verificamos que alguma coisa acontece pressupomos sempre qualquer outra coisa que, segundo uma regra, deu origem ao acontecimento".
Assim se foi, pouco a pouco, restringindo o alcance do princípio de causalidade, até se tornar equivalente à ideia de que um acontecimento natural é univocamente determinado, isto é, que o conhecimento preciso da natureza ou, pelo menos, de certo sector bem definido dela, basta, pelo menos teoricamente, para prever o futuro. Precisamente, a física newtoniana encontrava-se estruturada de tal modo que, conhecendo o estado de um sistema num dado instante, podia-se prever o futuro movimento do mesmo sistema.
A ideia de que, em última instância, assim ocorrem as coisas na natureza, encontrou, talvez, a sua expressão mais geral na ficção concebida por Laplace, de um demónio que, em certo instante, conhece a posição e a velocidade de todos os átomos, devendo encontrar-se em condições de calcular de antemão todo o futuro do universo. Quando à palavra causalidade se dá uma interpretação tão restritiva, fala-se antes em determinismo, entendo-se por tal, a doutrina segundo a qual existem leis naturais fixas, que determinam univocamente o estado futuro de um sistema a partir do seu estado actual.
O determinismo clássico-newtoniano foi complementado (não erradicado totalmente, sublinhe-se) pela mecânica quântica com a introdução de aspectos probabilisticos, os quais, a nosso ver, em nada  contradizem a objectividade da ciência. O problema essencial que a mecânica quântica levanta é o do significado de realidade objectiva que é frequentemente confundida com o conceito de objectividade da ciência. Mas isto será tema para outras discussões.

Referências

[1] W. Heisenberg, "A Imagem da Natureza na Física Moderna", Livros do Brasil, Lisboa, 1962.
[2] W. Heisenberg, "Physics and Philosophy", Penguin Books, 1990.
[3] J. M. Haile, "Molecular Dynamics Simulation. Elementary Methods",  J, Wiley & Sons, New York,  1992.
[4] J. Baggott, "Beyond Measure. Modern Physics, Philosophy and The Meaning of Quantum Theory", Oxford University Press, 2004.
[5] F. Fernandes, "The Interpretation of Quantum Mechanics Revisited", Coimbra University Press, 2011.
[6] F. Fernandes, "On Decoherence Theory", CCMM, Univ. Lisboa, 2012.

sábado, 28 de dezembro de 2013

Sobre o bosão de Higgs

O prémio Nobel da Física 2013, foi atribuído a Peter Higgs e François Englert pela descoberta do bosão de Higgs, cuja existência foi prevista teoricamente, em 1964, pelos trabalhos independentes de Englert e Higgs.
No vídeo seguinte, produzido pouco antes da confirmação experimental do bosão, o Dr. Lincoln explica de forma simples e apelativa o que é o bosão de Higgs.



( Se a imagem do vídeo não for visível no seu browser, tente: http://youtu.be/UPJ4F-bb6_A )

Durante a explicação refere-se que o top quark tem uma massa semelhante à do átomo de ouro. Note-se, contudo, que os protões e neutrões dos núcleos atómicos são constituídos apenas por up e down quarks, sendo o top quark, de facto, a partícula subatómica mais pesada, mas altamente instável, que se conhece como é descrito na nota:

http://press.web.cern.ch/backgrounders/top-quark

Finalmente, vale a pena ler a declaração de Peter Higgs ao jornal britânico The Guardian:

http://www.esquerda.net/artigo/nobel-da-f%C3%ADsica-de-2013-diz-que-hoje-não-teria-lugar-na-academia/30526

Perspectivas da Química Computacional

Onde se define o âmbito da Química Computacional e se refere a intensa actividade em Portugal. Uma contribuição para o Ano Internacional da Química, 2011, em português e inglês.

http://webpages.fc.ul.pt/~fmfernandes/QuimComp_AIQ2011/index.htm

Transições e Coexistência de Fases em Nanoclusters de KCl

Uma contribuição para o Ano Internacional da Química, 2011, em português e inglês. Inclui animações computacionais.

http://webpages.fc.ul.pt/~fmfernandes/clusters_IYC2011/index_po.htm

Cinquentenário da Simulação Computacional em Mecânica Estatística. II-Desenvolvimento e Aplicações Fundamentais

Onde se aborda o método da Dinâmica Molecular, o progresso e algumas aplicações da simulação computacional...

http://webpages.fc.ul.pt/~fmfernandes/Papers/bl93_05.pdf

Cinquentenário da Simulação Computacional em Mecânica Estatística. I-Os primeiros passos

Onde se descreve o nascimento do método de Monte Carlo e as "dores de parto" que sofreu...

http://webpages.fc.ul.pt/~fmfernandes/Papers/bl90_05.pdf

A descoberta do C60 e de outros Fulerenos. Arte, Geometria e Química

Slides de uma história contada a alunos do Ensino Secundário

http://webpages.fc.ul.pt/~fmfernandes/Papers/Fulerenos.pdf

Simulação Computacional. Teoria, "Teatro" e Unificação

Este artigo é uma adaptação da conferência-debate, com o mesmo título, proferida na Reitoria da Universidade de Lisboa, em Maio de 2003, a convite da Cátedra "A Razão" do Departamento de Filosofia da Faculdade de Letras. Trata-se de um texto nas fronteiras da ciência, da investigação e da filosofia. Traduz algumas das preocupações e interrogações do autor nas suas actividades docente e de investigação. Contém, porventura, polémica, "entropia" e contradições. Mas não são estes alguns dos ingredientes da ciência e da filosofia?

http://webpages.fc.ul.pt/~fmfernandes/Papers/boletimSPQ_099_025_07.pdf

sexta-feira, 27 de dezembro de 2013

The Interpretation of Quantum Mechanics Revisited

The foundations and meaning of quantum theory became a central issue to Albert Einstein and Niels Bohr since the onset of their impassioned debate in the 1920s, enriched by the contributions of many other distinguished scientists and philosophers. The questions are not settled down at all, despite the great achievements of the theory, its impressive accordance with experiment and predictive power. The fundamental and technological applications range from cosmology to biology, with the development of invaluable in- struments and the design of new materials.
Is quantum mechanics a complete or an incomplete theory? Is there an objective reality independent of the observer or is the reality created by the measurements? Are hidden-variable theories justifiable? Is there a quantum theory founded in a local-causal and non-linear approach that formally contains the orthodox linear theory as a special case? Can such a formulation unify classical and quantum physics? Are Heisenberg’s uncertainty relations valid in all cases?
Here, the subject is addressed as an adaptation of our contribution to the Colloquium “Quantal aspects in Chemistry and Physics. A tribute in memory of Professor Ruy Couceiro da Costa” held at Academia das Ciências de Lisboa, November 27, 2009.
Ruy Couceiro da Costa (1901-1955), University of Coimbra, was one of the first professors and researchers to apply and teach quantum mechanics at Portuguese universities. The above questions presumably crossed his mind as they do pervade, presently, the minds of teachers and researchers interested in the interpretation, philosophy and epistemology of quantum theory. 

http://webpages.fc.ul.pt/~fmfernandes/Papers/IQMR_FF.pdf

Slides

On decoherence theory

Java não é apenas Indonésia e Café

Java lembra Indonésia e café mas é, também, uma linguagem de programação subjacente em componentes electrónicos de telemóveis, automóveis, electrodomésticos, etc. Está instalada, por defeito, na maioria dos sistemas operativos (Windows, Linux e Unix, por exemplo) e as animações das páginas da Internet que vemos diariamente são baseadas em Java.
As aplicações seguintes em Java (uma mais pedagógica e a outra mais do foro da investigação) são da área da química-física:

"Acid Strong Base Titrations Model"

"Chemical Potentials by Monte Carlo Simulations"

A despeito da especialidade, o objectivo desta nota é chamar a atenção para a página de "Open Source Physics (OSP)" onde pode apreciar-se a variedade de aplicações que são oferecidas (sem quaisquer encargos) em diferentes áreas do conhecimento para além da física e química. Com curiosidade e persistência, qualquer pessoa pode compreendê-las e utilizar. Basta para isso fazer o "download" e correr no seu computador. As instruções estão online. 
As aplicações foram desenvolvidas com "Easy Java Simulations (EJS)", uma ferramenta poderosa de programação em Java, relativamente simples e com todas as excepcionais interfaces gráficas, da autoria de Francisco Esquembre (Universidade de Murcia). Quem queira programar e ver os códigos das aplicações terá de instalar essa ferramenta (sem qualquer encargo), seguindo as instruções descritas na página.
OSP, é um projecto com as contribuições da comunidade científica internacional que entende o conhecimento como património de toda a humanidade. Está radicado nos Estados Unidos e é suportado pela National Science Foundation (NSF). 

Química em Vídeos. Um Laboratório Vivo

"O que eu ouço, eu esqueço. O que eu vejo, eu lembro. O que eu faço, eu entendo", é um aforismo chinês (Confúcio) que, certamente, todos compreendem bem.
"Fazer" em Química, dada a sua vastidão e cuidados especiais na manipulação de muitas substâncias, não é uma tarefa que se possa realizar, em geral, na bancada de uma cozinha. Contudo, graças à Internet, podemos assistir directamente, com um simples "clique", a uma numerosa série de experiências, explicações e cuidados sobre elementos químicos, moléculas, medicamentos, reactores nucleares, armas químicas, etc.
Trata-se de um projecto da Universidade de Nottingham, Reino Unido, disponível em:


Vale a pena visitar este "Laboratório de Química" em acção.

NOTA: Uma vez que se referiu a "bancada de cozinha", diga-se que não há ponta de desprezo por tal local: nele se praticam excelentes cardápios, que são, na sua esssência, processos químicos. A propósito, veja-se: