WEBVTT

00:00:06.760 --> 00:00:09.913
Como é que o nosso Smartphone
sabe exatamente onde estamos?

00:00:10.453 --> 00:00:13.663
A resposta está a 19 000 km de altura

00:00:13.663 --> 00:00:18.229
num satélite que regula as
horas por um relógio atómico

00:00:18.229 --> 00:00:20.840
impulsionado pela mecânica quântica

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

00:00:22.548 --> 00:00:24.233
Vejamos por partes.

00:00:24.625 --> 00:00:29.294
Primeiro, porque é tão importante
saber que horas são num satélite,

00:00:29.294 --> 00:00:31.921
quando aquilo que nos preocupa
é a localização?

00:00:31.921 --> 00:00:34.744
A primeira coisa que o nosso telefone
precisa de determinar

00:00:34.744 --> 00:00:37.504
é a que distância 
ele se encontra de um satélite.

00:00:37.696 --> 00:00:41.346
Cada satélite emite
permanentemente sinais de rádio

00:00:41.346 --> 00:00:45.405
que viajam do espaço 
para o nosso telefone, à velocidade da luz.

00:00:45.762 --> 00:00:48.640
O nosso telefone regista
o tempo de chegada do sinal

00:00:48.640 --> 00:00:51.796
e usa-o para calcular
a distância até ao satélite

00:00:51.796 --> 00:00:56.717
usando uma fórmula simples:
distância = c x tempo

00:00:57.717 --> 00:01:02.285
em que c é a velocidade da luz
e o tempo a duração da viagem do sinal.

00:01:02.954 --> 00:01:04.336
Mas há um problema.

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

00:01:06.238 --> 00:01:09.640
Se só pudéssemos calcular
a hora até ao segundo,

00:01:09.640 --> 00:01:13.115
todos os locais na Terra, 
e para além dela,

00:01:13.115 --> 00:01:16.930
pareceriam estar
à mesma distância do satélite.

00:01:16.223 --> 00:01:20.375
Portanto, para calcular essa distância
num raio de poucos metros,

00:01:20.375 --> 00:01:23.298
precisamos do melhor relógio
jamais inventado.

00:01:24.168 --> 00:01:27.697
Entram aqui os relógios atómicos,
alguns dos quais são tão precisos

00:01:27.697 --> 00:01:30.658
que não se adiantam nem atrasam um segundo

00:01:30.658 --> 00:01:34.533
mesmo que estejam a trabalhar
durante os próximos 300 milhões de anos.

00:01:35.603 --> 00:01:38.751
Os relógios atómicos funcionam
com base na física quântica.

00:01:38.847 --> 00:01:41.808
Todos os relógios têm que ter
uma frequência constante.

00:01:41.808 --> 00:01:45.718
Por outras palavras, um relógio
tem que ter uma ação repetitiva

00:01:45.718 --> 00:01:48.802
para distinguir incrementos
equivalentes de tempo.

00:01:49.385 --> 00:01:52.878
Tal como o relógio de caixa alta
depende do balançar constante

00:01:52.878 --> 00:01:55.937
de um lado para o outro,
de um pêndulo sob a força da gravidade,

00:01:55.937 --> 00:01:58.269
o tique-taque de um relógio atómico

00:01:58.269 --> 00:02:02.668
é mantido pela transição
entre dois níveis de energia de um átomo.

00:02:03.041 --> 00:02:05.817
É aqui que entra em ação
a física quântica.

00:02:06.469 --> 00:02:09.432
A mecânica quântica
diz que os átomos contêm energia,

00:02:09.432 --> 00:02:12.846
mas não podem conter
qualquer quantidade arbitrária.

00:02:13.168 --> 00:02:17.936
A energia atómica está forçada
a um conjunto preciso de níveis.

00:02:18.215 --> 00:02:20.300
Chamamos-lhe "quanta".

00:02:20.300 --> 00:02:24.402
Numa analogia simples, pensem em guiar
um carro numa autoestrada.

00:02:24.402 --> 00:02:26.286
Quando aumentamos a velocidade

00:02:26.286 --> 00:02:31.682
passamos gradualmente, por exemplo,
de 30km/hora para 100 km/hora.

00:02:32.222 --> 00:02:34.948
Mas, se tivermos um carro atómico quantum,

00:02:34.948 --> 00:02:37.778
não aceleraremos de modo linear.

00:02:38.990 --> 00:02:43.851
Saltamos instantaneamente 
de uma velocidade para a outra.

00:02:44.495 --> 00:02:47.810
A mecânica quântica diz que, 
num átomo,

00:02:47.810 --> 00:02:50.835
quando ocorre uma transição
de um nível de energia para outro,

00:02:50.835 --> 00:02:54.848
a diferença de energia
é igual a uma frequência característica,

00:02:54.848 --> 00:02:57.920
multiplicada por uma constante,

00:02:57.920 --> 00:03:02.988
em que a mudança de energia é igual
a um número, chamado constante de Planck,

00:03:02.988 --> 00:03:05.135
o tempo vezes a frequência.

00:03:05.135 --> 00:03:09.392
É desta frequência característica
que precisamos para fazer o nosso relógio.

00:03:10.297 --> 00:03:14.302
Os satélites GPS dependem dos átomos
de césio e rubídio

00:03:14.302 --> 00:03:16.311
como padrões de frequência.

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

00:03:18.651 --> 00:03:21.110
a frequência característica do relógio

00:03:21.110 --> 00:03:23.959
é de nove mil milhões, 
cento e noventa e dois milhões,

00:03:23.959 --> 00:03:28.576
seiscentos e trinta e um mil,
setecentos e setenta Hz.

00:03:28.846 --> 00:03:31.636
Ou seja 9000 milhões
de ciclos por segundo.

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

00:03:33.625 --> 00:03:36.283
Por mais habilidoso
que seja um relojoeiro,

00:03:36.283 --> 00:03:39.577
cada mecanismo de pêndulo, de corda,
de cristal de quartzo

00:03:39.577 --> 00:03:42.760
funciona a uma frequência
ligeiramente diferente.

00:03:42.760 --> 00:03:47.125
Mas todos os átomos de césio 133
do universo

00:03:47.125 --> 00:03:50.818
oscilam à mesma frequência,
exatamente.

00:03:51.331 --> 00:03:53.547
Portanto, graças ao relógio atómico,

00:03:53.547 --> 00:03:57.418
temos uma leitura rigorosa do tempo
até a um mil-milionésimo de segundo

00:03:57.418 --> 00:04:01.589
e uma medição muito precisa
da distância a esse satélite.

00:04:02.606 --> 00:04:06.821
Ignoremos o facto de que estamos,
com certeza, na Terra.

00:04:06.821 --> 00:04:10.327
Sabemos agora que estamos
a uma distância fixa do satélite.

00:04:10.327 --> 00:04:13.352
Por outras palavras, estamos algures
na superfície duma esfera

00:04:13.352 --> 00:04:15.713
centrada em volta do satélite.

00:04:15.713 --> 00:04:18.556
Medimos a nossa distância
em relação a um segundo satélite

00:04:18.556 --> 00:04:21.113
e obtemos outra esfera sobreposta.

00:04:21.131 --> 00:04:24.056
Continuemos a fazer isso,
e apenas com quatro medições

00:04:24.056 --> 00:04:27.521
e uma pequena correção, usando
a teoria da relatividade de Einstein,

00:04:27.521 --> 00:04:31.928
podemos assinalar a nossa localização
exatamente num ponto no espaço.

00:04:33.537 --> 00:04:35.040
Portanto, basta termos:

00:04:35.040 --> 00:04:38.033
uma rede de satélites de muitos
milhares de milhões de dólares,

00:04:38.033 --> 00:04:39.851
átomos de césio a oscilar,

00:04:39.851 --> 00:04:41.501
mecânica quântica,

00:04:41.501 --> 00:04:42.657
relatividade,

00:04:42.657 --> 00:04:43.997
um Smartphone

00:04:43.997 --> 00:04:45.205
e nós.

00:04:45.735 --> 00:04:47.109
É simples.