STEM-Desenvolvimento Científico

   

Tem aparecido na mídia, cada vez mais nos últimos meses, de entidades governamentais e científicas, referência à expressão STEM (sigla em inglês para science, technology, engineering, mathematics).  Esta expressão aparece  em um contexto de investimentos para  revitalização das ciências diante dos desafios tecnológicos e econômicos e concorrência internacional que se está a deparar.

      Ciências refere-se às ciências naturais, ciências da vida e biomédicas, ciências atmosféricas, ciências espaciais, ciências de materiais, etc, tais como Biologia, Química, Física, Meteorologia, Oceanografia, Bioquímica, etc.  Tecnologia, Engenharia, e Matemática, principalmente Matemática Aplicada e Estatística complementam o quarteto STEM. Observe-se que as humanidades e ciências sociais (Direito, Artes, Filosofia, Política, Economia, Sociologia, etc)  são excluídas da definição de STEM, não obstante sua importância.

      Observe-se ainda como os quatro componentes de STEM atuam interativamente para o desenvolvimento da Ciência, para obtenção de resultados. As Ciências dependem de observações e medições, que são obtidas com equipamentos que são desenvolvidos por engenheiros e técnicos, com certas tecnologias, e dados obtidos são analisados estatisticamente ou estudados com modelos matemáticos e recursos computacionais. Novas soluções geram novas perguntas que precisam ser respondidas com novos experimentos, do que se obtém novas observações e medidas, e assim por diante.

Clareiras no Parque das Fontes do Ipiranga, São Paulo-SP, Brasil

    Será que estas clareiras são o resultado de fenômeno natural ou são o resultado de desequilíbrio ambiental?

A seguir, para comparação, uma foto de uma área sem extensas clareiras aparentes do mesmo parque. O mesmo padrão se percebe nas áreas preservadas de floresta na Serra da Cantareira, na zona norte da cidade.

 

A seguir, uma foto da mesma clareira.

    Como esta região sofre ação deletéria do entorno, então deixa de ser área 100% natural. Sugiro replantio de espécies nativas, de preferência de sementes da mesma reserva, e eliminação de espécies não nativas como os eucaliptos que lá se encontram nas bordas.  

Entropia x Ordem

 

   Há duas tendências notáveis no Universo, a formação de agregados, como, p.ex., buracos negros, e explosões, como, p.ex., o big bang. Nestes dois casos a ordem aumenta e a entropia (termodinâmica) diminui, ao contrário do que diz a Segunda Lei da Termodinâmica. Veja bem, a entropia passa a aumentar após deflagrada a explosão. A diminuição da entropia derruba a Segunda Lei da Termodinâmica, que passa a exigir novo enunciado.

    Há várias definições de entropia (termodinâmica, da Teoria de Informação,  a topológica, a de teoria de probabilidade, de sistemas dinâmicos,…). O que há em comum é que a variação da entropia é uma medida do aumento da desordem, da perda de informação, do aumento da incerteza, da irreversibilidade de processos.

    Na formação e crescimento de um buraco-negro, parte da matéria e radiação de uma região do Universo fica confinada dentro do horizonte de eventos do buraco-negro, o que faz com que  saiba com razoável certeza onde se encontra tudo o que caiu nele. Neste caso, a ordem (global) aumenta e a desordem (global) ou entropia (global) diminui. 

    Exemplo: Sabendo-se que existem 100 pombos em uma região, quanto mais pombos chegam a um pombal, mais ordem e menos entropia. A ordem é máxima quando os 100 pombos tiverem chegado ao pombal. Se em vez de 100 pombos considerarmos 200 pontos, o nível de ordem, assim como o nível de entropia é potencialmente mais alto.

    Exemplo: 1 milhão de livros postos em prateleiras de uma biblioteca. A ordem máxima é verificada quando todos os livros estiverem nos seus devidos lugares, e a entropia é máxima quando estiverem totalmente embaralhados. Observe-se que se em uma prateleira todos os livros forem iguais, então o embaralhamento desses livros não altera a ordem nem a entropia.

Bactérias de Arsênio

      [Arsênio (símbolo As) é um elemento químico, de número atômico 33; arsênico é uma substância química que contém arsênio.  ]

        Foi divulgado pela NASA, penso que de maneira precipitada, que uma dada bactéria, estremófilo: 1) Vive em um lago com alta concentração de arsênio; (2) Alimenta-se de arsênio; (3) O arsênio substitui o fósforo do dna da bactéria e incorpora-se ao dna da bactéria; (4) O arsênio é transmitido às próxims gerações.

         O notável é que o arsênio supostamente substitui o fósforo e é transmitido às gerações seguintes. Isto é notável porque pelo conhecimento científico estabelecido, tem-se como certo que a vida tem como base os elementos químicos C (carbono), O (oxigênio), H (hidrogênio), N (nitrogênio), P (fósforo) e S (enxofre).  Aqui base refere-se provavelmente aos átomos constituintes da molécula de guanina, citosina, timina e adenosina, que formam o dna. 

        A dúvida que surge é sobre o método de verificação da (1) incorporação do arsênio ao dna da bactéria; (2) substituição do fósforo pelo arsênio; (3) persistência do arsênio após sucessivas reproduções das bactérias.  Não sou especialista em Bioquímica mas suponho que sejam utilizados métodos estequiométricos (estudos de proporções de reagentes e produtos para determinação de fórmulas) e/ou espectroscopia, talvez espectroscopia de massa.  Tudo tem de ser muito bem verificado e calculado, para não se chegar a um novo fiasco como foi o da divulgação temerária pela NASA de bactérias  supostamente marcianas contidas em um suposto meteorito encontrado na Antártica. O surpreendente é a aceitação automática e acrítica dessas notícias pela mídia internacional e por algumas entidades acadêmicas. A propósito, o acesso ao artigo sobre a bactéria tem sido estranhamente restringido aos interessados. Só tive acesso a fontes secundárias, e de cientistas que criticaram e desautorizaram os resultados divulgados. 

O Universo Sempre Existente

 

     Os círculos descobertos por Roger Penrose, renomado cientista, matemático e físico de Oxford, apontam para um Universo muito mais antigo do que se imaginava.  Cabe agora investigar a natureza das explosões que supostamente originaram os círculos concêntricos, assim como verificar a exatidão dos dispositivos matemáticos usados para se concluir sobre a existência desses círculos, não só métodos de Estatística, como de espaços-tempos. 

      Cabe notar que, embora a idéia de Universo sempre existente não seja novidade, pesquisa científica séria sobre um Universo sempre existente  com registros obtidos experimentalmente  é novidade e define uma revolução na ciência.

     Há várias possibilidades para a origem dos círculos, originado por ondas de choque com material emitido após o big bang:

    1)   Explosões periódicas do núcleo persistente (o agregado do big bang);

    2)   Explosões decorrentes de colisões de buracos negros de alta densidade perto do núcleo persistente;

    3)  Explosóes de buracos negros com o núcleo persistente.

    4) Explosões anteriores ao big bang, com a posterior pulverização do núcleo principal.

    Em havendo periodicidade, ou quase periodicidade, ou periodicidade potencial, o Universo define-se como sempre existente.

Universo Pré-Big Bang

Um dos cientistas de mais alta reputação na atualidade,  Roger Penrose, publicou há pouco um artigo no arxive.org, depositório de artigos científicos da área de ciências exatas, em que afirma a existência de eventos antes do big bang. Utilizando-se de registros de radiação eletromagnética de microondas  (mostrada a seguir), com análise matemática sofisticada para tratar de espaços-tempos, desenvolvida desde a década de 60, conclui pela existência de eventos que precederam o big bang, que desprenderam intensa radiação, visíveis nesse registro, obtido por WMAP ( Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).   A argumentação física e matemática aparentemente está muito bem explicada no artigo do arxiv.

 

     Isto significa que o Universo pode ser muito mais antigo do que as teorias mais aceitas sugerem. Além disso, se houver uma infinidade dessas explosões, então o Universo é sempre existente; não tem início.    

Síntese Físico-Química de Substâncias

    Como se sintetiza uma substância, seja ela natural ou não?

    Utiliza-se um processo, que é uma coleção de procedimentos bem conhecidos, aplicados simultaneamente ou em sequência,  sobre as substâncias que compõem as reações químicas, físicas, ou físico-químicas. Não há mistério, é só aplicar os procedimentos, registrar os efeitos, e,  se houver sucesso na síntese, utilizar novamente, e se não houver sucesso, mudar o procedimento.

     Uma substância pode ser natural, extraída da Natureza, ou natural sintetizada artificialmente, se não for artificial não-natural. O que importa é a configuração dos átomos; se os átomos estiverem nas suas posições, com as ligações químicas específicas, então a priori não importa se a substância é natural ou se é artificialmente obtida. O desafio para o cientista ou técnico é a obtenção da substância.  A Natureza produz substâncias muito complexas, que são de muito difícil síntese por processos artificiais. Porém, em alguns casos, uma síntese de uma substância natural é possível, como no caso da uréia (a primeira substância orgânica a ser sintetizada em laboratório.  Some-se a isso as substâncias artificiais não existentes na Natureza, tais como plásticos. 

    Procedimento típicos:

        – colocar substâncias em contato (misturar);

        - elevar temperatura (p. ex. ferver, destilar);

        - abaixar temperatura (p. ex., congelar);

        - fazer luz incidir sobre a substância;

        - expor a substância à radiação eletromagnética (luz, raios X, raios gama, laser, infravermelho, ultra-violeta);

        - separação de substâncias (peneiração, filtragem, centrifugação, …);

        - usar catalisador;

        - usar enzima;

        - expor substância a campo elétrico;

        - expor a substância a campo magnético;

        - bombardear substância com partículas atômicas  (feche de elétrons, nêutrons, partículas ionizadas).

          - exposição à gravidade zero.