Antes de os gostos de Galileu e Newton começarem a desvendar os segredos do universo, nossa compreensão de tudo estava quase totalmente ausente..

Não houve explicação cientificamente plausível para qualquer dos fenômenos no céu noturno e nenhum entendimento real de qualquer força da natureza.

Em suma, nós éramos as pessoas em Game of Thrones, mas sem os dragões e magia e zumbis.

No entanto, em vez de gastar milhares de anos construindo grandes muros ao invés de inventar coisas, nós usamos a disciplina da física para fornecer respostas a muitos dos mistérios da existência, e com esse conhecimento a raça humana alcançou coisas incríveis..

De alimentar a revolução industrial para desencadear a era da eletricidade e desvendar os segredos das estrelas, a física sustentou nossa aventura tecnológica no século XXI..

1. Leis do movimento de Newton

Antes de Isaac Newton, nossa compreensão de como os objetos se moviam no universo vinha dos gregos antigos. Por que objetos caem na terra? Aristóteles pensou que talvez fosse porque os objetos ansiavam por se unir ao solo. E por que eles diminuem a velocidade quando você os coloca em movimento? Porque eles se cansam, naturalmente.

As leis do movimento infinitamente mais avançadas de Newton foram publicadas pela primeira vez em seu lendário Principia em 1687, mais de 2000 anos após a morte de Artistotle. Nela, não apenas pela primeira vez ele descreveu definitivamente a força da gravidade que governa o movimento de objetos celestes como cometas, estrelas e planetas, mas também os comportamentos de objetos mais importantes ligados à Terra, como navios de guerra, balas de canhão, edifícios e ... pêras.

1ª lei:

Um objeto está em repouso ou se move a uma velocidade constante, a menos que seja influenciado por uma força externa.

2ª lei:

A aceleração de um objeto é diretamente proporcional e na mesma direção que a força resultante atuando sobre ele, e inversamente proporcional à sua massa. Assim, F = ma.

3ª lei:

Quando um objeto exerce uma força sobre outro, o segundo corpo exerce simultaneamente uma força igual em magnitude e oposta em direção àquela do primeiro..

As três leis do movimento de Newton estimularam a revolução industrial dos séculos XVIII e XIX. Máquinas agora operadas de acordo com leis bem definidas e compreendidas - locomotivas a vapor, fábricas e máquinas-ferramentas foram todas concebidas e projetadas usando a ciência newtoniana..

Sua matemática também foi fundamental na construção dos primeiros arranha-céus - a segunda lei pode ser usada para calcular todas as forças que atuam em cada centímetro quadrado de cada tijolo em sua casa. A terceira lei, por sua vez, é a chave para entender a propulsão a jato, que ainda é nossa única maneira de entrar no espaço..

2. Lei de Faraday

Se a gravidade era a primeira força do universo a ser verdadeiramente dominada, a segunda era algo que você está usando agora - a força unificada da eletricidade e do magnetismo conhecida como eletromagnetismo..

Por milênios, os humanos observaram a magnificência e o terror das tempestades de raios no céu nublado. As antigas civilizações paranóicas acreditavam que os deuses raivosos e mesquinhos eram responsáveis ​​por raios, e foi só no século XIX que aprendemos a aproveitar essa força na Terra..

Michael Faraday, um cientista de celebridades como Brian Cox ou Neil deGrasse Tyson hoje, deu notória exibição de eletricidade estática e muito mais na Royal Society in 19th Century London..

Sua maior contribuição para a civilização moderna foi através do que ficou conhecido como Lei de Faraday - a descoberta da indução. Em essência, é a percepção de que se você colocar um fio em um campo magnético e movê-lo, o campo magnético empurrará os elétrons no fio para criar uma corrente elétrica. O motor elétrico nasceu no local e a eletricidade foi dominada como uma ferramenta utilizável pela primeira vez.

"Qualquer mudança no ambiente magnético de uma bobina de fio induzirá uma voltagem nela."

Essa transformação da eletricidade de uma curiosidade em uma nova tecnologia poderosa lançou as bases para a revolução elétrica que se seguiu, alterando todas as facetas da vida humana no mundo desenvolvido. Isso permitiu que Nikola Tesla e outros usassem as primeiras lâmpadas, liberando o poder da luz artificial. Combinou espetacularmente com a física de Newton para criar usinas hidrelétricas. Permitiu a criação de cada dispositivo elétrico que já foi inventado.

A telefonia foi uma das consequências mais imediatas e transformadoras dessa era. Permitiu a comunicação a longa distância na forma de telegramas e telefones posteriores, uma tecnologia que iria sem fio graças às ondas eletromagnéticas de James Clerk Maxwell ...

3. equações de Maxwell

Michael Faraday nunca foi capaz de desenvolver e completar completamente seu trabalho com eletricidade e magnetismo, então foi deixado para James Clerk Maxwell, em 1862, fazer a descoberta possivelmente mais importante em toda a ciência..

As equações de Maxwell descrevem a relação entre eletricidade e magnetismo na linguagem da matemática. Ele ponderou que eles deviam ser fenômenos intimamente relacionados, e então descobriram que eles poderiam se combinar para criar ondas oscilantes. Ele usou a ciência pioneira da época para calcular a velocidade dessas ondas e, para surpresa de todos, era exatamente a velocidade da luz. Ele percebeu que isso não era coincidência, que a própria luz é uma onda eletromagnética oscilante.

Este trabalho lançou as bases para, entre milhões de outras coisas, uma mudança radical no diagnóstico de medicamentos, possibilitando máquinas incríveis como raios X e, posteriormente, tomografias por emissão de pósitrons e aparelhos de ressonância magnética. Ao entender como o eletromagnetismo funcionava, ele foi capaz de colocá-lo nas mãos daqueles que seguiram.

4. Segunda lei da termodinâmica

Também conhecida como a lei da entropia, e expressa em primeiro lugar pelo francês Sadi Carnot em 1824, esta é uma área da física que a maioria das pessoas conhece muito bem sem sequer ter que pensar nisso. Depende do fato de que, com o passar do tempo, as diferenças de temperatura e outros tipos de energia sempre diminuirão para um estado de equilíbrio termodinâmico..

"A entropia de um sistema isolado não em equilíbrio tenderá a aumentar com o tempo, aproximando-se de um valor máximo em equilíbrio."

Em outras palavras, é por isso que você fica com frio quando sai para a neve. Esta é uma lei que acabará por significar a morte pelo calor do universo, e é uma das principais razões pelas quais você coloca roupas nesta manhã.

Entender a física desses processos levou à invenção de tecnologias que mudam o mundo, como a refrigeração. Sem refrigeração, estaríamos sem alimentos frescos e transplantes de órgãos. O mesmo princípio rege o uso de dissipadores de calor para dissipar o calor dos microchips quentes dentro de nossos computadores. Microchips Mmmm.

5. Teoria atômica

Nossa compreensão dos blocos de construção da matéria - átomos trouxe a próxima era tecnológica. A era do computador.

Sem dúvida, a invenção mais impactante dessa ciência foi o humilde transistor no início do século XX. Sem transistores, é altamente duvidoso que tenhamos computadores, smartphones ou qualquer dispositivo eletrônico parecido com o que vemos hoje.

Os transistores são feitos de material semicondutor e são usados ​​para controlar o movimento de elétrons através de um circuito. Os primeiros dispositivos eletrônicos a usar transistores eram os primeiros rádios - esses primeiros sistemas de comunicação sem fio se comunicavam entre si usando ondas de luz com o maior comprimento de onda do espectro eletromagnético - ondas de rádio..

Essa tecnologia de transistor foi rapidamente adaptada e usada para substituir os tubos de vácuo primitivos nos primeiros computadores, reduzindo drasticamente o tamanho, o peso e, principalmente, o custo de construí-los..

O primeiro transistor de silício foi criado em 1954 pela Texas Instruments, colocando em movimento a era do computador. O silício foi um material ideal devido à sua abundância no universo, bem como às suas propriedades semicondutoras. Ao colocar muitos transistores em um pedaço de silício, os computadores de repente conseguiram fazer um grande número de cálculos em pouco tempo..

A lei de Moore está relacionada à previsão de Gordon E Moore, da Intel, de que o número de transistores em circuitos integrados de um certo tamanho dobraria a cada dois anos - efetivamente dobrando o poder de computação. Os chips de computador Haswell de última geração da Intel usam transistores de apenas 22nm de diâmetro - muito menores que a largura de um fio de cabelo humano - permitindo produção mais barata, cálculos simultâneos mais rápidos e com melhor eficiência operacional.

A lei de Moore acabará fracassando - os transistores serão tão pequenos que serão afetados pela realidade bizarra do mundo quântico e, assim, terão atingido seu tamanho ideal..

6. Teoria Quântica

A mecânica quântica é uma área da física fundamental que lida com o fenômeno natural encontrado nas menores escalas imagináveis. Nós já lidamos com o mundo quântico há mais de 100 anos, mas estamos apenas começando a fazer coisas incríveis com ele.

Os jive de Einstein podem explicar o modo como a gravidade molda o universo, mas não dizem nada sobre as formas aparentemente não intuitivas em que átomos e partículas subatômicas interagem com o universo e entre si..

Seu nav sentado é um dispositivo que simplesmente não existiria sem essa compreensão da física quântica. O sistema de posicionamento global requer uma capacidade de contar o tempo com uma precisão de um bilionésimo de segundo, e para isso temos que usar relógios atômicos.

Como funcionam os relógios atômicos

Dentro de relógios atômicos são átomos de césio, um metal raro. Os elétrons nos átomos de césio são feitos para saltar para um nível de energia mais alto longe do núcleo. Então, quando eles caem, eles emitem um fóton de luz. Esses feixes de luz pulsam 9 bilhões de vezes a cada segundo, cada um desempenhando o papel de um tick no segundo atômico.

Um módulo GPS calcula sua posição triangulando os timecodes dos satélites em órbita a uma distância aérea conhecida. Até mesmo uma imprecisão minúscula com qualquer um desses timecodes jogaria o sistema fora a ponto de se tornar completamente inútil. Em suma, sem uma compreensão do mundo quântico, o posicionamento global seria impossível.

E quanto ao seu leitor de Blu-ray? Os lasers dentro dele também são um produto da ciência quântica. Eles trabalham estimulando os elétrons orbitando átomos em um gás, que são então emitidos como fótons de luz.

Os lasers são impressionantes e usados ​​para todos os tipos de coisas nos dias de hoje, desde a leitura de dados de discos ópticos até armas de energia navais antipirataria e até mesmo a estimulação de reações de fusão em usinas experimentais onde os físicos tentam desvendar o potencial de A famosa equação de Einstein e = mc2. Eles querem liberar o poder das estrelas.

O poder de fusão um dia irá desbloquear quase infinitas quantidades de energia limpa, provavelmente permitindo a próxima grande era no esforço humano.

7. Um futuro quântico

Embora já tenhamos feito uso da ciência quântica, sem dúvida essa área da física ainda não produziu a maioria de seus segredos. Chegará o tempo em que as pessoas do futuro olharão para o nosso entendimento do universo e farão uma boba sobre o quão pouco sabíamos. Em suma, estamos ainda as pessoas em Game of Thrones.

A Quantum tem o poder de mudar o mundo de uma maneira similar ao modo como as leis do movimento de Newton impulsionaram a revolução industrial..

No coração da mecânica quântica está a idéia contraintuitiva de que partículas subatômicas podem estar em mais de um lugar ao mesmo tempo. Esta lei fundamental da natureza está sendo usada para projetar computadores quânticos - computadores que são mais poderosos que seu laptop em muitas ordens de grandeza..

Enquanto os computadores atuais usam bits na forma de 0s e 1s, os processadores quânticos usam bits quânticos (qubits) que podem ser 1s e 0s e tudo mais, tudo ao mesmo tempo. Por isso, ao procurar a resposta para um problema, ele não tentará as possíveis respostas sequencialmente e levará um milhão de anos, apenas calculará todas as possíveis respostas de uma vez e escolherá a melhor resposta..

Apenas um dos primeiros benefícios da quantum foi a criptografia quântica. Como o próprio ato de observar uma partícula quântica irá alterá-la (o efeito observador), isso pode ser usado para garantir a troca segura de informações pela Internet. Por exemplo, se você codificar um 1 ou um 0 em um fóton de luz e enviá-lo a um amigo, se um terceiro interceptasse e visualizasse essa informação, ele seria fundamentalmente alterado, alertando você e seu amigo.

Bancos e agências de inteligência já usam essa forma de criptografia quântica, mas, no futuro, toda segurança digital pode girar em torno dela.

Outros usos? Use sua imaginação. Imagine um processador quântico no PlayStation 26, permitindo gráficos fotorrealitários AmazingD.

Pontos quânticos já estão sendo alinhados para liderar a carga na guerra contra o câncer, o emaranhamento quântico pode levar ao desenvolvimento de incríveis painéis solares ou a comunicações mais rápidas do que a luz.

A nanotecnologia por si só pode mudar completamente a forma como praticamos a medicina, exploramos o universo e vivemos nossas vidas diariamente.

Nós da TechRadar visualizamos um futuro relaxante onde podemos usar um enorme computador quântico para simular um número infinito de macacos para escrever nossas páginas para nós. Comentários do macaco! O futuro vai ser um lugar maravilhoso.

Ilustrações por Jane Wan

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