Qual a razão de utilizar mantas metalizadas em emergências?

Foto 1. Uma manta metalizada de emergência.

    Para quem já presenciou resgates em acidentes, deve ter notado que os socorristas utilizam  mantas  metálicas nas pessoas envolvidas em acidentes. A primeira impressão pode parecer que a utilização de uma manta metálica, não seria uma boa idéia, afinal metais são bons condutores térmicos. A sua utilização não ajudaria a esfriar mais rapidamente as pessoas?  Qual seriam as razões de utilizar estes tipos de mantas?

    Para responder esta questão é importante considerar como nosso organismo faz troca de energia com o ambiente. Existem quatro tipos de processos, que descrevemos a seguir.

Condução. Este processo ocorre quando dois corpos estão em contato, cada um com uma temperatura diferente. Neste caso vai ocorrer uma transferência de energia do corpo com temperatura mais alta para o corpo de temperatura mais baixa. 

Convecção. Este processo ocorre devido ao movimento de um fluido, em geral um fluido com temperatura maior é menos denso do que o mesmo fluído com tempertura menor. Isto faz com que  a componente menos densa acabe sobindo a mais densa  acaba descendo e ocupa o lugar.

A figura 2, ilustra o processo de condução e convecção em um corpo humano. A camada limite de ar perto do corpo (a fina camada verde grudado no corpo) é aquecido devido ao processo de condução, e a convecção ocorre devido ao fato do ar estar com temperatura menor que o corpo, causando uma convecção natural ( a "fumaça" verde se afastando do corpo).

Figura 2. A preseça da condução e a convecção em uma imagem térmica. By Gary Settles - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29523610

    Evaporação. No processo de evaporação, a energia é utilizada para realizar a mudança de fase de líquido para vapor. No corpo humano este processo está presente no suor e também na respiração.

  Irradiação térmica. Neste processo a energia é transferida como uma onda eletromagnética, concentrada na faixa do infravermelho.

Figura 3. Anita van den Broek / Shutterstock

    Destes diferentes processos, quais são as mais imporantes? Depende da situação , por exemplo quando realizamos atividades físicas intensas, a evaporação passa a ser dominante (cerca de 70%-80%), mas  quando estamos em repouso a irradiação térmica é responsável por cerca de 50% (ou mais) na transferência de calor do corpo humano para o ambiente, um percentual bem alto.

    Desta forma, passa a ser importante reduzir a transferência de calor por irradiação em situação de emergência. Uma manta metálica é um material que é um bom refletor de radiação, de forma que a radiação térmica do corpo ao incidir na manta, é refletida de volta, impedindo assim a troca com o ambiente externo. Além disso, por ser impermeável evita que o ar externo entre em contato com o corpo, eliminando bastante o efeito de convecçao, ajudando também a reduzir a evaporação da água que esteja eventualmente em contato com o corpo. Portanto, a manta metálica ajuda a reduzir bastante a troca de calor com o ambiente, reduzindo a chance de uma situação de hipotermia.  Notemos que a manta REDUZ a troca de calor, mas não a elimina, e sendo importante evitar  o contato com o solo para não permitir a troca de calor por condução,  caso não seja possível evitar o contat com o solo,  a pessoa deve ser colocada sobre um bom isolante térmico.

    Desta forma manta metálica,  pelo fato de ocupar pouco volume e ser muito leve, facilitando seu transporte é um recurso  muito importante em uma situação de emergência, que ajuda a manter a temperatura do corpo, evitando a troca excessiva de calor com o ambiente.

Fotón se movimenta em 37 dimesões?

 Talvez você tenha lido algo sobre o experimento no qual um pulso de luz foi gerado em 37 dimensões, e  esteja curioso para saber se é uma notícia real ou não. A resposta é sim, o experimento foi realizado e o resultado é real, e o artigo  foi publicado na revista Science Advances em janeiro de 2025, com o título  Exploring the boundary of quantum correlations with a time-domain optical processor . 

Mas este espaço de 37 dimensões não é o nosso espaço usual. Nosso Universo possui apenas três dimensões espaciais e uma temporal formando  o que denominamos espaço-tempo quadri-dimensional.

No caso das 37 dimensões do experimento, isto se refere as dimensões do Espaço de Hilbert, que é o espaço utilizado na mecãnica quântica, que é distinto do espaço-tempo quadri-dimensional. Um exemplo simples é quando descrevemos um sistema de dois estados (por exemplo  spin do elétron), neste caso a dimensão do espaço de Hilbert é dois. No caso, foi utilizado uma técnica de codificação denominado "time-bin" que seria algo como vasilha do tempo ou caixa do tempo [1]. A ideia do time-bin é quando um foton entra em um interferometro que possui dois caminhos com tempos de deslocamentos diferentes, o fóton sai do inteferometro  em um estado de superposição   do fóton que segue o caminho mais curto com o fóton que seguiu o caminho mais longo. A figura 1 retirado do artigo  de J.Brendel, N. Gisin, W. Tittel e H. Zbinden, 

Pulsed Energy-Time Entangled Twin-Photon Source for Quantum Communication ilustra a idéia da formação do time-bin.

 Figura 1. Ilustração de como é formado o time-bin. Fonte

Este processo pode ser utilizado para gerar uma sequência de em diferentes tempos, e serem utilizados como vetores de base no Espaço de Hilbert.

Fonte

Os autores utilizaram esta técnica para estudar o chamado paradoxo GHZ (ver em  Teorema GHZ ), na qual os resultados obtidos pela mecânica quântica entram em conflito com a previsões da física clássica ou de teorias quânticas denominadas não contextuais. 

O termo contextualidade significa que o resultado na medida de um conjunto de grandezas, depende do contexto, mesmo quando as grandezas são compatíveis. Por exemplo, dado um conjunto de grandezas A,B e C sendo A compativel com B e C [2]. Neste caso  quando o resultado obtido com a medida da grandeza A, não depende se realizarmos uma medida apenas de A, ou uma medida de A e B ou uma medida de A e C dizemos que a medida não depende do contexto. 

No exemplo do Teorema GHZ, na versão apresentada por Mermim,  temos um sistema de três partículas  nas quais medimos os spins das de  cada partícula, e obtemos uma inconsistência do tipo $+1=-1$ , indicando que o contexto na qual as medidas são efetuadas, são importantes (no caso do experimento de Mermin, quais orientações do spin são escolhidas para serem medidas).

Notas

[1] A ideia do time-bin foi apresentado no artigo J. Brendel, N. Gisin, W. Tittel, and H. Zbinden, “Pulsed  Energy-Time Entangled Twin-Photon Source for Quantum  Communication,” Phys. Rev. Lett. 82, 2594 (1999)   https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.2594.

[2] Grandezas  compatíveis significam que as grandezas podem ser medidas simultaneamente, ou que a medida de um não influencia a outra. No caso da mecânica quântica, significa que $[A,B]=0$ e [$[A,C]=0$. 

Um exemplo apresentado em Peres é  o  quadrado do momento angula de uma partícula $J^2= J_x^2+ J_y^2+ J_z ^2$. A medida da grandeza $j^2$ não depende de efetuarmos a medida somente de $ J^2$ ou com  $J_x^2$ ou $J_y^2 $.

Para entender o significado destas 37 dimensões, vamos imaginar  uma partícula pontual que esteja em movimento no espaço. Neste caso necessitamos de três coordenadas para descrever seu movimento, sendo as três coordenadas exatamente  a dimensão espacial usual do nosso espaço.   Mas se tivermos duas partículas, serão necessários seis coordenadas (três para cada partícula). ou se o objeto não for pontual, digamos uma régua (rígida), necessitamos de 5 coordenadas para descrever o seu movimento: três para descrever o movimento do centro de massa e outras duas coordenadas para descrever a  orientação da régua no espaço. Nos exemplos acima, o número de coordenadas  para descrever cada sistema, representa as dimensões do chamado Espaço de Configuração, que é diferente do espaço usual do nosso Universo. 

No caso de sistemas quânticos, a situação é semelhante, mas  utilizamos o chamado Espaço de Hilbert [].  Como exemplo imaginemos um sistema quântico com apenas uma partícula e que possui apenas dois estados. Nestes casos estes estados são descrito em um espaço de Hilbert de duas dimensões. Se tivermos  duas partículas ao invés de uma, o estado será descrito em um espaço de Hilbert de quatro dimensōes, e este número quatro não faz referência ao número de dimensões do nosso espaço- tempo. Considerando mais partículas, necessitamos de um espaço de Hilbert com mais dimensões.  Podemos pensar nestas dimensões do espaço de Hilbert como o número necessário de parâmetros para descrever o sistema de forma adequada.