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From: jose.smolka@vivo.com.br 
To: Celld-group@yahoogrupos.com.br 
Sent: Friday, April 16, 2004 5:56 PM
Subject: Re: [Celld-group] Transmissão Espacial

Pergunta: Se a transmissão entre antenas é a perturbação do campo eletromagnético do meio... e sabemos que a terra possui tal campo... como é feita a transmissão espacial? Qual campo é perturbado, por exemplo, numa transmissão de Marte para a Terra? Os campos dos planetas no percurso? Existem tais campos além das atmosferas dos planetas?

Gente, de vez em quando eu saio da toca para comentar algum assunto que achei interessante, e é o caso com a pergunta do Tassilu, que na verdade não é sobre engenharia, e sim sobre física.
A resposta começa com a descoberta da existência de ondas eletromagnéticas, feita por Herz no final do século XIX. Naquela época fenômenos ondulatórios já eram conhecidos dos físicos, mas todos os casos conhecidos até ali
exigiam algum suporte material para o transporte das ondas. Na falta de idéia melhor, na época foi proposta a existência de uma substância difusa por todo o universo, denominada "éter", e que serviria como suporte físico da propagação das ondas eletromagnéticas.

Ainda no século XIX, o trabalho de Maxwell provou que a presença do éter era completamente dispensável. BTW, as experiências de Michelson e Morley, que provaram a invariância da velocidade da luz, jogaram a pá de cal no conceito do éter.

Então como é que podemos descrever a propagação das ondas eletromagnéticas? Usando o conceito de campo vetorial.
Existe uma grande discussão filosófica (que eu não vou entrar aqui) sobre se o conceito de campo (vetorial ou escalar) é apenas uma construção matemática útil para descrever o comportamento dos objetos estudados, ou se isso nos diz alguma coisa sobre a própria estrutura básica do Universo.

Filosofia à parte, as equações de Maxwell são descrições sobre o comportamento dinâmico dos campos (vetoriais) elétrico e magnético. Conhecidas as distribuições espaciais (estáticas e dinâmicas) de carga elétrica e magnética (as condições de contorno), obtemos equações diferenciais lineares (atenção para este lineares!!) que permitem determinar os vetores E e B em qualquer ponto do espaço e em qualquer instante do tempo.

Vamos imaginar o vácuo. Isso corresponde à ausência de cargas (elétricas ou magnéticas), e produz soluções das equações de Maxwell que dizem que o vetor E e o vetor B são nulos em todos os pontos do espaço, e que esta situação é constante no tempo.

Introduza cargas estáticas no cenário anterior, e a solução das equações mostra uma situação onde os vetores E e B possuem valores diferentes nos diversos pontos do espaço, mas estes valores não variam no tempo.
Fazendo estas cargas se movimentarem, a solução das equações nos dá valores de E e B dinâmicos também no tempo, ou seja:
E=f(x,y,x,t) e
B=g(x,y,z,t),
onde f e g são funções vetoriais.

Voltando ao fato das equações serem lineares (lembram?).
Isso permite a superposição linear dos sinais, o que é a mesma coisa que dizer que o as funções f e g citadas acima podem ser vistas como o somatório de diversas
funções isoladas, cada uma resultante de eventos individuais. A analogia útil é a seguinte: imagine um tanque de água em repouso. Se você jogar várias pedras no tanque, a superfície irá apresentar um padrão ondulatório complexo (o termo que costumamos usar par isso é ruidoso), mas este padrão pode ser decomposto como uma soma de padrões mais simples, causados pela queda de cada pedra individualmente.

Então, quando injetamos um sinal eletromagnético (por exemplo, usando uma antena) dentro do "mar de ruído" de todos os outros sinais superpostos linearmente (os campos gerados pelos outros transmissores de sinais, pelos planetas, pelo sol, pela própria terra, pela radiação cósmica de fundo, pelas explosões de supernovas, pelos pulsars e quasars, etc. etc. etc. ), o nosso sinal se propaga, misturado nessa soma complexa, mas, mediante as técnicas adequadas, ele poderá ser isolado do ruído de fundo na recepção.

Resumindo: nós não estamos "perturbando" algum componente dos campos eletromagnéticos de fundo (o ruído) para transmitirmos o nosso sinal. Não há necessidade de nenhum campo prévio para que o nosso sinal se propague.

Na verdade, se houvesse uma região do espaço onde houvesse um vácuo de radiação, ali o nosso sinal seria detetável como a única perturbação dos campos elétricos e magnéticos. Em todos os outros lugares, o nosso sinal é apenas mais um dos vários sinais superpostos linearmente, o que dá a impressão que os vetores E e B estão variando aleatoriamente de um ponto do espaço para outro, e de um instante do tempo para outro.

P.S.: Para os físicos de plantão, até a última vez que eu andei fuçando este assunto, a compatibilização das equações de Maxwell com a teoria quântica é uma teoria denominada eletrodinâmica quântica. As forças nucleares forte e fraca são incorporadas na teoria da cromodinâmica quântica, e existem teorias (ainda não muito sólidas) que unificam as descrições da eletrodinâmica e cromodinâmica quânticas. Falta uma teoria quântica da gravidade que compatibilize a teoria quântica e a teoria da relatividade geral, para depois ser possível obter a chamada teoria da grande unificação, que poderia explicar, entre outras coisas, como era o universo nos primeiros 10E-43s após o big bang.

José Smolka