10 mistérios científicos de coisas cotidianas
Por que músicas grudam na sua cabeça? Por que o céu é azul? O que é um relâmpago globular?
Estas questões estão respondidas (ou, pelo menos, quase respondidas). Partindo deste princípio, é fácil pensar que todas as coisas cotidianas têm explicações completas e claras, relegando mistérios ao raro, ao remoto e ao isolado. No entanto, muitas coisas cotidianas ainda estão cheias de segredos não revelados.
10. Fita adesiva emite raios X
Se você “puxar” certos tipos de fita adesiva em um vácuo, ela produz rajadas de raios-X. Um grupo de cientistas da Universidade da Califórnia em Los Angeles notou este fato pela primeira vez em 2008, embora cientistas soviéticos tenham observado algo semelhante (a produção de elétrons de alta energia, em vez de raios-X) na década de 1950. Porém, parece que ninguém acreditou nas descobertas soviéticas, afinal, como puxar uma fita poderia gerar tais elétrons de alta energia? Desde 2008, muitos outros cientistas produziram raios-X com fita adesiva, de modo que parece ser um fenômeno real. Mas como isso acontece?
Sabemos que “descascar” a fita faz com que a carga aumente; é o chamado efeito triboelétrico. Uma vez que a carga (e campo elétrico associado a ela) se tornam grandes o suficiente, há uma descarga súbita – acontece uma explosão de elétrons que se mantém tão rápida que quando as partículas atingem alguma matéria, são emitidos raios-X. O problema é entender como os elétrons aceleram tanto. O artigo de 2008 concluiu: “Os limites de energias e larguras de flash que podem ser alcançados estão além das teorias atuais da tribologia”.
9. Prótons
Objetos de uso diário são feitos de átomos e cada átomo contém um ou mais prótons. O átomo mais simples – hidrogênio – consiste de um próton e um elétron. Um próton pode ser modelado como uma pequena esfera com um raio constante. Usando dados de experimentos com hidrogênio, os cientistas estimaram o raio do próton: 0,8775 fentômetros, com uma incerteza de mais ou menos 0,0051 fentômetro. Um fentômetro (FM) é igual a um quadrilionésimo de metro.
Os cientistas queriam uma margem de erro menor do que 0,0051, então Randolf Pohl e seus colegas fizeram experimentos com uma forma exótica de hidrogênio chamado hidrogênio muônico. Este é parecido com o hidrogênio normal, exceto que o elétron é substituído por um muon, uma partícula semelhante a um elétron, mas com muito mais massa. Como esperado, os pesquisadores reduziram a incerteza até 0,00067 fm e uma experiência posteorior a reduziu ainda mais. Contudo, houve uma surpresa: eles chegaram a um valor muito menor para o raio do próprio próton.
Aqui está uma analogia. Suponha que você tenha uma vara de medição barata e que você a tenha usado para medir o raio de uma bola de praia gigante como sendo de 1 metro, com uma margem de erro de 0,1 metro. Em seguida, suponha que você tem um parquímetro gigante, que você usou para obter uma medição de 0,5 metro, com uma incerteza de 0,01 metro. O que está acontecendo? A bola não deve ter um raio diferente dependendo de como você a mede! Mas é exatamente isso que está acontecendo com as medições do raio dos prótons.
Será que a incerteza declarada no valor anterior é muito pequena? Ou talvez outros valores utilizados nos cálculos estavam errados? Ou será que algum novo fenômeno físico foi descoberto? É um mistério.
8. Cromossomo X
Os homens recebem cromossomo X de sua mãe e um cromossomo Y de seu pai. Já as mulheres têm um cromossomo X de sua mãe e um cromossomo X (diferente) de seu pai (outras combinações de cromossomos X e Y pode ocorrer, mas XY e XX são os mais comuns). Cada célula do corpo de uma mulher tem cópias de ambos os cromossomos X. A partir de 1949, uma sequência de descobertas levaram à conclusão de que um dos cromossomos X das mulheres é sempre inativo – a maior parte da informação genética nele é ignorada.
Suponha que temos uma célula de uma mulher na qual o cromossomo X de sua mãe está inativo e o cromossomo X do pai está ativo. Vamos chamá-la de “célula-pai”, enquanto a outra possibilidade seria de uma “célula-mãe”. Como uma célula decide se tornar uma célula-mãe ou uma célula-pai? Os cientistas acreditavam que isto era algo completamente aleatório, como se o organismo decidisse no cara ou coroa. Entretanto, experimentos recentes feitos com camundongos mostraram que um órgão inteiro (um olho, por exemplo) pode ser principalmente composto por células-mãe ou por células-pai. Não é aleatório e é um mistério ainda maior de entender como a célula faz sua escolha.
7. Magnetocepção dos animais
O que abelhas, pássaros e tubarões têm em comum? Eles conseguem sentir campos magnéticos. Isto é conhecido como magnetocepção (ou magnetorecepção). Como eles fazem isso? Existem duas hipóteses principais.
A primeira (e mais antiga) é que alguns animais têm pequenos ímãs em algumas de suas células. A ideia é que essas barras magnéticas se alinham com o campo magnético da Terra como agulhas de bússola, e suas orientações são comunicadas ao cérebro. Não é uma ideia maluca: minúsculos ímãs em barra foram encontrados em bicos de pombos, por exemplo. Infelizmente, as células do bico munidas de barras magnéticas acabaram por fazer parte do seu sistema imunológico, incapazes de se comunicar com o cérebro do animal.
A segunda hipótese principal é que há uma proteína no olho que, quando atingida pela luz azul, se divide em duas partes que são sensíveis a campos magnéticos. Claro, é possível que alguns animais usem ambos os mecanismos. Assim como também é possível que existam outros mecanismos. A ciência da magnetocepção animal ainda é nova, então muito permanece desconhecido.
6. Corar
O ato de corar consiste em uma vermelhidão involuntária do rosto, geralmente devido a fortes emoções ou estresse. É bem conhecido que a vermelhidão é devido ao alargamento dos vasos sanguíneos (vasodilatação), mas o que provoca a vasodilatação?
O primeiro sinal veio em 1982, quando Gustavo Mellander e sua equipe descobriram que as veias faciais têm receptores beta-adrenérgicos, além dos adrenoceptores alfa habituais. Esses receptores podem ser ativados pela adrenalina e moléculas semelhantes associadas com a resposta emocional. Será que os receptores beta-adrenérgicos nas veias faciais nos fazem corar?
Na década de 1990, Peter Drummond, professor de psicologia da Universidade de Murdoch, na Austrália, fez algumas experiências para descobrir. Algumas das suas cobaias receberam drogas para bloquear os alfa-adrenérgicos e outros receberam drogas para bloquear os receptores beta-adrenérgicos. Os participantes em seguida fizeram contas mentalmente estressante, cantaram ou fizeram exercícios físicos moderados, coisas que normalmente fazem com que as pessoas corem. Como esperado, o bloqueio de alfa-adrenérgicos não afetou a habilidade de corar. Já os bloqueadores beta-adrenérgicos causaram uma diminuição no fênomeno, mas não o inibiram completamente. Deve haver algo mais que nos faça corar, mas essa explicação permanece desconhecida.
5. Vidro
O vidro está por todos os lados na vida moderna: nas telas de smartphones, garrafas de refrigerante, canecas de café, janelas da cozinha, pode escolher. Certamente cientistas e engenheiros o entendem, não? Não.
O mistério está em como o vidro se forma. Você pode criá-lo ao aquecer uma substância formadora de vidro, como o dióxido de silício, até que ele se torne um líquido para, em seguida, o resfriar. Ao contrário, por exemplo, do sal, que muda de um líquido para um sólido cristalino a uma temperatura específica, o vidro torna-se mais e mais viscoso conforme esfria. Com uma temperatura baixa o suficiente, o vidro fica tão viscoso que se torna sólido, apesar de suas moléculas não estarem dispostas ordenadamente.
Em 2007, o físico norte-americano James Langer escreveu: “Nós não sabemos que tipo de transformação ocorre quando um líquido torna-se um vidro ou até mesmo se essa mudança familiar de estado é, na verdade, uma fase de transição termodinâmica como a condensação ou solidificação, ou algo completamente diferente.”A misteriosa transição vítrea” ainda é um tema de pesquisas ativas.
4. Alergia a amendoins
Nos Estados Unidos, o número de crianças com alergia a amendoim aumentou dramaticamente nos últimos anos. Um estudo descobriu que a prevalência em crianças aumentou de 0,4% em 1997 para 1,4% em 2008. Resultados semelhantes foram encontrados no Reino Unido, Canadá e Austrália. Por quê? Há muitas teorias.
Provavelmente, a ideia mais comum é a hipótese da higiene. Algumas crianças modernas crescem em ambientes muito limpos, onde não estão expostas às mesmas bactérias, fungos, pólen, vírus, etc, como os filhos de épocas anteriores. A hipótese é que, como resultado, seu sistema imunológico se desenvolve de forma diferente, por isso responde de forma diferente ao amendoim.
Outra possibilidade é que os amendoins são processados de forma diferente agora (eles são torrados), o que poderia torná-los mais alergênicos. Ou, talvez, crianças modernas não estejam recebendo quantidade suficiente de vitamina D. Talvez o amendoim seja introduzido tarde demais na dieta. Há muitas possibilidades, mas não muitas respostas.
3. Veneno da viúva negra
Aranhas viúvas-negras são encontrados em locais de clima temperado em todo o mundo. Quando picam os seres humanos, o veneno frequentemente causa dores terríveis em todo o corpo e flutuações da pressão arterial que podem durar dias. De acordo com o livro “The Red Hourglass”, de Gordon Grice, “algumas [vítimas] tentaram se matar para parar a dor”. Mas como ele funciona? É aí que as coisas ficam misteriosas.
Uma dose do veneno contém apenas algumas moléculas da neurotoxina, a qual tem um elevado peso molecular – na verdade, as moléculas são suficientemente grandes para serem vistas sob um microscópio comum. Como é que estas poucas moléculas conseguem afetar todo o corpo de um animal pesando dezenas ou mesmo centenas de quilos? Ninguém nunca explicou o mecanismo específico.
De alguma forma, a neurotoxina deve enganar o organismo para atacar a si mesmo. Compreender como faz isso pode fornecer insights sobre doenças auto-imunes e outras condições em que o corpo ataca a si mesmo.
2. Gelo
Jogadores de hóquei e patinadores deslizam sobre o gelo porque ele é muito escorregadio. Mas por que ele é tão escorregadio?! Os mesmos patins não deslizam sobre asfalto, vidro ou uma chapa de aço.
A resposta antiga era que o patim exerce pressão sobre o gelo. O aumento de pressão reduz o ponto de fusão do gelo, fazendo com que se derreta e crie uma fina camada de água no estado líquido, que é escorregadia. O problema com essa resposta é que a pressão não é grande o suficiente para explicar o deslizamento observado.
Duas outras respostas têm sido propostas. Uma delas é que o atrito derrete o gelo. A outra é a de que o limite de gelo/ar sempre tem uma fina camada de água no estado líquido. Há evidências experimentais para ambas as respostas, então a soução pode ser uma combinação delas, contudo a contribuição relativa de cada uma não é conhecida.
Também pode haver outros mecanismos em ação. A “escorregabilidade” do gelo não é a única propriedade esquisita da água – há muitas mais, entre elas o seu ponto de fusão, excepcionalmente elevado.
1. A dominância da matéria
Quase tudo que nos rodeia é feito de matéria, e não antimatéria. Mesmo quando a antimatéria consegue ser produzida (no decaimento radioativo de determinados átomos, por exemplo, ou em algumas trovoadas), ela normalmente colide com alguma matéria e rapidamente desaparece em uma explosão de raios gama de alta energia.
O problema é que o melhor modelo atual da física de partículas fundamentais, o Modelo Padrão, prevê que quantidades iguais de matéria e antimatéria deveriam ter sido produzidas pelo Big Bang. No entanto, parece haver mais matéria do que antimatéria. Por quê?
Uma possibilidade é que o Modelo Padrão precisa ser revisto, de modo que a nova versão preveja uma ligeira preferência para a produção da matéria sobre a antimatéria. Outra possibilidade é que o Modelo Padrão é bom, mas de alguma forma a antimatéria e a matéria se separaram, com espaço vazio entre elas. Mas que mecanismo as separaria? A gravidade as colocaria juntas, e não as empurraria uma para longe da outra.
Este problema é conhecido como “assimetria bariônica do universo”. Ele continua sendo um dos grandes mistérios não resolvidos da física moderna. [Listverse]
