Entender profundamente sobre coisas que estão fora do nosso cotidiano é extremamente desafiador. Vivemos em uma escala de objetos com dimensões em centímetros, metros… Grandes distâncias (como milhões de quilômetros) estão fora de nossa experiência diária, assim como o que ocorre em escala atômica (no universo das coisas muito pequenas).
Para entender o que ocorre no mundo das pequenas coisas, a física precisou fugir da mecânica clássica e construir um novo arcabouço de conhecimento, que foi denominado mecânica quântica. Isso foi necessário porque o que acontece com uma maçã definitivamente não se repete no caso de um elétron. Ou seja, mergulhando mais fundo na matéria, entendemos que, além de haver mais espaço lá embaixo, tudo ocorre de modo completamente diferente.
Einstein não fez textos de autoajuda
Explicar exatamente o que acontece na escala quântica é algo que beira a complexidade extrema, pois requer um monte de conceitos novos, equações e modelos que restringem o debate ao público de físicos e áreas afins. Ao mesmo tempo, pessoas (muitas vezes sem nenhum tipo de formação na área), distorcem os conceitos da física quântica, chegando a propor absurdos como cura quântica e soluções que margeiam o negacionismo fantasiado de uma falsa ciência, que tem uma aderência muito boa com a população, que até se adaptou a ver no nome de Einstein (por exemplo) ser citado como autor de inúmeras sentenças de autoajuda que ele nunca citou.
A partir de hoje, neste espaço, apresentaremos uma série de textos que abordarão a mecânica quântica para não físicos.
E, nesta luta desigual, não há outra opção para a ciência senão torná-la mais acessível às pessoas. E, neste desafio, não há a opção de usar a equação de Schrödinger, a definição de autovalores nem de autovetores. Tem de ser no popular. Abarcando este propósito, apresentaremos, a partir desta, uma série de matérias do Nossa Ciência que abordarão a mecânica quântica para não físicos. Convido os leitores fiéis a não pularem do barco, prometo que será divertido.
Começaremos esta viagem por algo que está em nosso bolso, o telefone celular. Para os maiores de 40 anos, todos lembrarão que, antes dos aparelhos celulares, havia o telefone fixo. E quando surgiram os primeiros celulares, estes eram enormes, vinham com uma maleta enorme onde estava a bateria (o calcanhar de Aquiles destes eletrônicos). Com o tempo, seu tamanho foi diminuindo, a tela que era verde ou laranja assumiu milhares de cores, adquiriu a sensibilidade ao toque, incorporou a internet e as redes sociais…
A chave são os transistores
Esta revolução só foi possível devido ao avanço da eletrônica, que desenvolveu a instrumentação necessária para operar como elementos de processamento do telefone. Estes elementos, chamados de transistores, são como chaves – assumem apenas dois níveis: ligado (1) ou desligado (0), o que é fundamental para a eletrônica digital, que viabilizou o processamento de computadores (hoje embutidos nos celulares).
Voltando ao nosso bolso, a pergunta óbvia que devemos fazer é: se os aparelhos estão cada vez menores e mais rápidos, é porque neles cabem mais transistores. Então chegamos a uma conclusão: para aumentar o número de transistores, diminuindo o tamanho dos chips (o habitat dos transistores), temos de reduzir o tamanho dos transistores. Em telefones celulares atuais, há chips com 20 bilhões de transistores, com tamanhos da ordem de 10 nm. Ora, 1 nanometro é um bilionésimo do metro, ou seja, se pudéssemos medir com uma régua, isso seria 0,00000001 m, o que é muito pequeno.
Já falamos lá no começo da matéria que o mundo macroscópico funciona de uma forma e o das coisas pequenas, de outra. É de se esperar que o mundo quântico já se manifeste nestes componentes tão pequenos – ainda que continuem a diminuir. Embora fantasioso, neste ponto vale lembrar do mundo quântico do Homem-Formiga e o tanto de coisas estranhas que existem lá.
Então, é fundamental que os engenheiros que fazem nanotransistores conversem com os físicos que estudam as leis que regem o comportamento dessas coisas diminutas, pois há um limite a partir do qual elas deixam de se comportar como se esperava. E não significa que isto implique erro, mas apenas a passagem de um regime para outro. Para que os celulares do futuro se comportem como queremos, temos de entendê-los sob outra lente.
A partir da próxima semana, conversaremos sobre os processos que ocorrem quando as dimensões se tornam diminutas e o senso comum deixa de funcionar. Até lá!
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Helinando Oliveira é físico, professor titular da Universidade Federal do Vale do São Francisco (Univasf) e atualmente é vice presidente da Academia Pernambucana de Ciência