WEBVTT

00:00:06.610 --> 00:00:10.313
Como seu smartphone sabe
exatamente onde você está?

00:00:10.313 --> 00:00:13.636
A resposta está a 19 mil km de altura

00:00:13.636 --> 00:00:18.229
em um satélite que marca o tempo
usando um relógio atômico

00:00:18.229 --> 00:00:21.406
baseado na mecânica quântica.

00:00:21.406 --> 00:00:22.436
Ufa!

00:00:22.436 --> 00:00:24.425
Vamos por partes.

00:00:24.425 --> 00:00:29.121
Primeiramente, por que é tão importante 
saber que horas são em um satélite

00:00:29.121 --> 00:00:32.149
se estamos interessados na localização?

00:00:32.149 --> 00:00:34.359
Primeiro, seu telefone precisa determinar

00:00:34.359 --> 00:00:37.696
a distância entre ele e o satélite.

00:00:37.696 --> 00:00:40.883
Cada satélite emite
constantemente sinais de rádio

00:00:40.883 --> 00:00:45.762
que viajam pelo espaço até
seu telefone na velocidade da luz.

00:00:45.762 --> 00:00:48.562
Seu telefone registra
a hora de chegada do sinal

00:00:48.562 --> 00:00:51.753
e a utiliza para calcular 
a distância até o satélite

00:00:51.753 --> 00:00:57.717
usando uma fórmula simples:
distância = c x tempo,

00:00:57.717 --> 00:01:03.085
onde "c" é a velocidade da luz e "tempo" é
o tempo de viagem do sinal.

00:01:03.085 --> 00:01:04.336
Mas há um problema.

00:01:04.336 --> 00:01:06.238
A luz é extremamente rápida.

00:01:06.238 --> 00:01:09.640
Se só conseguíssemos calcular o tempo
com precisão de segundos,

00:01:09.640 --> 00:01:12.950
todos os lugares na Terra, e muito além,

00:01:12.950 --> 00:01:16.102
pareceriam estar à mesma
distância do satélite.

00:01:16.102 --> 00:01:20.375
Então, para calcular uma diferença de
apenas alguns metros de distância,

00:01:20.375 --> 00:01:24.168
precisamos do melhor relógio já inventado.

00:01:24.168 --> 00:01:27.697
Apresentamos os relógios atômicos. 
Alguns deles são tão precisos

00:01:27.697 --> 00:01:30.563
que não ficariam atrasados
nem adiantados nenhum segundo

00:01:30.563 --> 00:01:35.603
mesmo que funcionassem pelos
próximos 300 milhões de anos.

00:01:35.603 --> 00:01:38.687
Os relógios atômicos funcionam
graças à física quântica.

00:01:38.687 --> 00:01:41.808
Todos os relógios precisam
de uma frequência constante.

00:01:41.808 --> 00:01:45.371
Ou seja, eles devem realizar
uma ação repetitiva

00:01:45.371 --> 00:01:49.385
para marcar incrementos
equivalentes de tempo.

00:01:49.385 --> 00:01:52.731
Da mesma forma que um relógio antigo
depende da constante oscilação

00:01:52.731 --> 00:01:55.847
do pêndulo sob ação da gravidade,

00:01:55.847 --> 00:01:57.939
o tique-taque do relógio atômico

00:01:57.939 --> 00:02:03.041
é mantido pela transição entre dois
níveis de energia de um átomo.

00:02:03.041 --> 00:02:06.069
É aí que entra a física quântica.

00:02:06.069 --> 00:02:09.311
Segundo a mecânica quântica,
os átomos contêm energia

00:02:09.311 --> 00:02:13.168
mas eles não podem armazenar
uma quantidade aleatória.

00:02:13.168 --> 00:02:18.215
Em vez disso, a energia atômica limita-se
a um conjunto definido de níveis.

00:02:18.215 --> 00:02:20.300
Chamamos isso de quanta.

00:02:20.300 --> 00:02:24.402
Como analogia, imagine que você está
dirigindo um carro em uma estrada.

00:02:24.402 --> 00:02:25.730
À medida que você acelera,

00:02:25.730 --> 00:02:32.222
a velocidade vai gradativamente
de 20 km/h a 70 km/h, por exemplo.

00:02:32.222 --> 00:02:34.792
Agora, se você tivesse
um carro atômico quântico,

00:02:34.792 --> 00:02:37.778
a aceleração não seria linear.

00:02:37.778 --> 00:02:44.495
Em vez disso, a transição
entre as velocidades seria instantânea.

00:02:44.495 --> 00:02:48.768
Em um átomo, quando ocorre a transição
de um nível de energia para outro,

00:02:48.768 --> 00:02:50.183
a mecânica quântica afirma

00:02:50.183 --> 00:02:54.622
que a diferença entre as energia
é igual a uma frequência característica,

00:02:54.622 --> 00:02:57.199
multiplicada por uma constante,

00:02:57.199 --> 00:03:02.815
onde a variação de energia é igual a 
um número chamado constante de Planck,

00:03:02.815 --> 00:03:05.092
vezes a frequência.

00:03:05.092 --> 00:03:10.297
Essa frequência característica
é o que precisamos para criar o relógio.

00:03:10.297 --> 00:03:16.311
Os satélites de GPS usam átomos de césio 
e de rubídio como padrões de frequência.

00:03:16.311 --> 00:03:18.651
No caso do césio 133,

00:03:18.651 --> 00:03:28.846
a frequência característica do relógio é
9.192.631.770 Hz.

00:03:28.846 --> 00:03:31.636
Ou seja, 9 bilhões de ciclos por segundo.

00:03:31.636 --> 00:03:33.625
É um relógio extremamente rápido.

00:03:33.625 --> 00:03:36.005
Não importa a habilidade do relojoeiro,

00:03:36.005 --> 00:03:38.160
cada pêndulo, mecanismo de corda

00:03:38.160 --> 00:03:42.760
e cristal de quartzo gera
frequências ligeiramente distintas.

00:03:42.760 --> 00:03:46.969
No entanto, todos os 
átomos de césio 133 do universo

00:03:46.969 --> 00:03:50.818
oscilam exatamente na mesma frequência.

00:03:50.818 --> 00:03:53.261
Então, graças ao relógio atômico,

00:03:53.261 --> 00:03:57.279
conseguimos medir o tempo com precisão
de bilionésimos de segundos,

00:03:57.279 --> 00:04:02.294
e obtemos uma medição bastante precisa
da distância em relação ao satélite.

00:04:02.294 --> 00:04:06.821
Vamos ignorar o fato de que,
com certeza, você está na Terra.

00:04:06.821 --> 00:04:10.327
Já sabemos que você está
a uma distância fixa do satélite.

00:04:10.327 --> 00:04:13.187
Ou seja, você está em algum lugar
na superfície de uma esfera

00:04:13.187 --> 00:04:15.950
em cujo centro está o satélite.

00:04:15.950 --> 00:04:18.137
Calcule sua distância
em relação a outro satélite

00:04:18.137 --> 00:04:21.218
e você obterá outra esfera sobreposta.

00:04:21.218 --> 00:04:22.186
Siga fazendo isso,

00:04:22.186 --> 00:04:23.793
e com apenas quatro medições

00:04:23.793 --> 00:04:27.269
e pequenas correções baseadas na
teoria da relatividade de Einstein,

00:04:27.269 --> 00:04:33.537
é possível determinar sua localização
com absoluta precisão.

00:04:33.537 --> 00:04:34.970
Sendo assim, só precisamos de:

00:04:34.970 --> 00:04:37.770
uma rede de satélites 
de bilhões de dólares,

00:04:37.770 --> 00:04:39.817
átomos de césio oscilantes,

00:04:39.817 --> 00:04:41.232
mecânica quântica,

00:04:41.232 --> 00:04:42.327
relatividade,

00:04:42.327 --> 00:04:43.484
um smartphone,

00:04:43.484 --> 00:04:45.727
e você.

00:04:45.727 --> 00:04:47.109
Bem simples.