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Especial Einstein

Roberto Covolan: Um Einstein nos hospitais

Trabalhos publicados em 1905 ganharam aplicações práticas

Covolan: aplicações práticas surgem a seu tempo

marcia minilloCovolan: aplicações práticas surgem a seu tempomarcia minillo

Os pesquisadores, não raro, reagem com desagrado quando lhes perguntam para que servem suas teorias ou trabalhos científicos. Para a maior parte deles, a ciência é a busca pelo conhecimento e se justifica como tal. “Há uma pressão da sociedade para que os investimentos em pesquisa retornem para essa mesma sociedade – e esse é um anseio legítimo –, mas, por outro lado, não há razão para se ter ansiedade a esse respeito”, disse o físico Roberto Covolan, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “Muitas vezes, pesquisas teóricas que buscam esclarecer problemas fundamentais acabam, no seu devido tempo, conduzindo a aplicações extremamente interessantes.” Os trabalhos de Albert Einstein fornecem alguns excelentes exemplos. Covolan falou na palestra “Impactos da obra de Einstein no campo da física médica”, do dia 15 de novembro, sobre aplicações hoje usadas correntemente que derivaram de quatro famosos artigos publicados em 1905.

O primeiro trabalho que Einstein publicou naquele ano, em março, tem o título “Sobre um ponto de vista heurístico referente à produção e conversão da luz”, no qual ofereceu uma explicação para o efeito fotoelétrico. A idéia de que a luz interage com a matéria por meio de quanta – pacotes de energia – não era exatamente nova. Em 1900, o físico alemão Max Planck havia proposto essa tese em um artigo que originou a mecânica quântica. Einstein foi além. Disse que a luz não só interage com a matéria como se propaga na forma de pacotes de energia, características quânticas inerente à natureza da luz. A teoria estabelecida até então era de que a luz se comportava como uma onda eletromagnética. Einstein usou a idéia de Planck sobre os quanta para explicar o efeito fotoelétrico, que consistia em arrancar elétrons de uma placa de metal quando se incidia um tipo de luz particular sobre ela. “É um fenômeno trivial hoje, usado em qualquer célula fotoelétrica”, lembrou Covolan, pesquisador do Grupo de Neurofísica do Instituto de Física da Unicamp.

O segundo artigo de 1905, de maio, foi sobre o fenômeno chamado movimento browniano, observado pelo botânico inglês Robert Brown em 1827. Einstein desenvolveu nesse artigo equações que permitiam a determinação do número de Avogadro, fundamental para teorias que indicavam a existência dos átomos. Coube a Einstein desenvolver equações que demonstraram, de fato, a existência do átomo. “Esse estudo foi extremamente interessante porque conseguiu dar evidências adicionais de que a matéria é constituída de átomos”, explicou.

O terceiro artigo, de junho, é o mais famoso porque trata da teoria da relatividade restrita (ou especial). “Ainda hoje é difícil aceitar que o transcurso do tempo dependa do estado de movimento de alguém”, disse. “Temos um sentimento de que tempo, assim como espaço, é algo absoluto, como dizia o conceito criado por Isaac Newton.” No entanto Einstein mostrou que tanto tempo quanto espaço são grandezas relativas – dependendo do estado de movimento do observador, o tempo pode passar mais devagar ou mais rápido.

O último trabalho que publicou naquele ano, em setembro, traz a expressão E = mc² (energia é igual à massa vezes velocidade da luz ao quadrado), que mostra  a equivalência entre energia e matéria: matéria pode se transformar em energia e energia em matéria.

Covolan relacionou esses trabalhos com aspectos ligados à física médica e à neurociência. Físico médico é aquele que faz uma interface entre física e medicina em algumas áreas, como radioterapia, medicina nuclear, radiologia, radiodiagnóstico e ressonância magnética – todas elas lidam com partículas subatômicas. “O campo de conhecimento que trata do tema é a física quântica e a teoria da relatividade.” A descoberta do efeito fotoelétrico, por exemplo, tem hoje aplicações na radioterapia. “A radioterapia usada contra tumores funciona quase essencialmente com base nesse efeito”, disse. O tratamento consiste em provocar a morte das células cancerígenas e evitar o desenvolvimento do tumor.

Os trabalhos de Einstein também levaram ao desenvolvimento de técnicas de neuroimagem. Existem equipamentos que fazem imagens funcionais do cérebro, que permitem ver as regiões que estão ativas quando se executa alguma função. É possível fazer isso por meio de aparelho de ressonância magnética, de tomografia por emissão de pósitrons e  magnetoencefalografia. Os três equipamentos são diferentes do ponto de vista de seu funcionamento físico. “Mas em todos eles está embutido muito de física quântica e de teoria da relatividade, porque tratam de partículas subatômicas”, lembrou Covolan.

Uma aplicação importante que está sendo investigada é tentar ver como as partes do cérebro se comunicam por meio de imagens por tensor de difusão, capazes de mostrar o direcionamento das fibras nervosas do cérebro. Já há técnicas para fazer imagens que mostram as fibras nervosas graças ao conhecimento que se tem do movimento browniano das partículas – movimento de difusão que as partículas fazem quando estão em meio líquido. As moléculas de água também fazem isso, mas, quando estão dentro de fibras nervosas, elas se difundem em uma direção preferencial – a da fibra. Essa técnica permite ver os feixes de fibras nervosas e como eles conectam diferentes regiões do cérebro. “Seria muito bom se o neurocirurgião soubesse como as coisas estão organizadas dentro da cabeça do paciente antes de operar.”

Covolan contou, por fim, sobre a tomografia óptica funcional, algo também recente, que se baseia no conceito de fótons. “A idéia é que podemos fazer difundir luz laser dentro da cabeça das pessoas; a luz atravessa a calota craniana, passa por dentro do cérebro e é coletada um pouco mais adiante”, explicou. Essa luz pode ser analisada, dando informações do que acontece naquela região do cérebro. A potência do laser usado é baixíssima e não causa problemas. Para chegar a isso se usa uma teoria de simulação com computador para a qual o conceito de fóton é fundamental. “É mais um exemplo de um conceito teórico e revolucionário que pode ser usado de modo prático”, concluiu.

Impactos da obra de Einstein no campo  da física médica
Roberto José Maria Covolan, físico e professor associado do Instituto de Física da Unicamp

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