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Pensando o Futuro

DESENVOLVIMENTO DA FÍSICA E SUA INSERÇÃO NA VIDA SOCIAL

E ECONÔMICA DO PAÍS

Comissão Física para o Brasil

Sociedade Brasileira de Física

Comissão Física para o

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Alaor Silvério Chaves (Coordenador) José Ademir Sales de Lima

Alfredo Gontijo de Oliveira Anna Maria Pessoa de Carvalho

Celso Pinto Melo Daniel Ugarte Luiz Davidovich

Marcus Aloizio Martinez de Aguiar Marina Nielsen

Paulo Murilo de Oliveira Raul José Donangelo Renata Zukanovich Funchal

Ricardo M. Osorio Galvão Rita Maria C. de Almeida

Roberto Mendonça Faria Ronald Cintra Shellard

Susana Lehrer de Souza Barros Sylvio Roberto A. Canuto

Foco principal das discussões

• Identificar áreas da física que passarão por grandes transformações • Antever o impacto tecnológico e social dessas transformações

• Transbordamento da física e de seus métodos em outras ciências

• Como formar, organizar e apoiar pesquisadores para os novos desafios • Educação para a ciência e a tecnologia

Índice

INTRODUÇÃO

SUMÁRIO E RECOMENDAÇÕES

Desafios Estruturais

Formação de recursos humanos

1. INTRODUÇÃO

1.1 A física no mundo contemporâneo

1.1.1 A física no dia-a-dia 1.1.2 Relações com a indústria

1.2 O escopo da física 1.2.1 Matéria e forças

1.2.2 Do macro ao microcosmo 1.2.3 Reducionismo e universalidade

1.3 A natureza da pesquisa científica

1.3.1 Investimento, empresas e avaliação 1.3.2 Educação científica e inovação 1.3.3 Breve panorama brasileiro

2. DESAFIOS CIENTÍFICOS

2.1 Processos fundamentais da natureza

2.1.1 Raios cósmicos 2.1.2. Simetrias espaço-temporais 2.1.3 Modelo padrão 2.1.4 Interações eletrofracas 2.1.5 Cromodinâmica quântica 2.1.6 QCD na rede 2.1.7 Neutrinos

2.1.8 Teoria da estrutura nuclear 2.1.9 Física fotonuclear

2.1.10 Supersimetria e grande unificação

2.1.11 Detecção, massa e oscilação dos neutrinos 2.1.13 Física a altas energias e densidades

2.1.14 Astrofísica e partículas 2.1.15 Astrofísica nuclear 2.1.16 Astropartículas 2.1.17 Matéria escura

2.2 Estrutura e evolução do Universo

2.2.1 Os pilares do Big Bang 2.2.2 A aceleração do universo

2.3 Manipulação quântica de átomos, moléculas e fótons

2.3.1 Laser de átomos 2.3.2 Chips atômicos

2.3.3 Computadores quânticos 2.3.4 Criptografia quântica

Índice

2.4 Materiais Novos e Avançados

2.4.1 A tecnologia do silício 2.4.2 Fibras ópticas

2.4.3 Materiais magnéticos 2.4.4 Materiais poliméricos

2.4.5 Polímeros aplicados a dispositivos eletromecânicos 2.4.6 Polímeros eletrônicos 2.4.7 Polímeros fotônicos 2.4.8 Sistemas supramoleculares 2.4.9 Materiais cerâmicos 2.4.10 Cerâmicas avançadas 2.4.11 Cerâmicas supercondutoras 3.2.7 Polímeros eletrônicos e sistemas

supramoleculares orgânicos

2.5 Sistemas complexos

2.5.1 Sobre a definição de complexidade 2.5.2 Ordem e desordem

2.5.3 Modelagem 2.5.4 Sistemas caóticos 2.5.5 Desafios fundamentais 2.5.6 Perfil da área no Brasil

3.DESAFIOS MULTIDISCIPLINARES E FÍSICA APLICADA A PROBLEMAS BRASILEIROS

3.1 Energia

3.1.1 Consumo e demanda mundial 3.1.2 Situação brasileira

3.1.3 Fontes alternativas

3.2 Microeletrônica

3.2.1 Spintrônica

3.2.2 Sistemas orgânicos e supramoleculares 3.2.3 Dispositivos optoeletrônicos

3.2.4 Transistores de filmes finos orgânicos 3.2.5 Circuitos integrados

3.2.6 Dispositivos fotônicos

3.3.NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA

3.3.1 Principal suporte da N&N

3.3.2 Dois métodos de nanofabricação

3.3.3 Auto-organização na escala nanométrica 3.3.4 Nanotubos de carbono

3.3.5 Nanoestruturas com magneto-resistência gigante 3.3.6 N&N no diagnóstico e tratamento médico

3.3.7 Partículas magnéticas porosas

3.4 METROLOGIA CIENTÍFICA

3.4.1 Linguagem comum e padronizada 3.4.2 Necessidades e propostas

Índice

3.5 Instrumentação científica

3.5.1 Ações afirmativas

3.5.2 Recomendações para o Brasil

3.6 Física molecular 3.6.1 Breve histórico 3.6.2 Proximidade de áreas 3.6.3 Simulações computacionais 3.6.4 Destaques da atuação 3.7 Física médica

3.7.1 Diagnóstico por imagem 3.7.2 Radioterapia

3.7.3 Proteção radiológica e vigilância sanitária

3.7.4 Radiações não ionizantes 3.7.5 Outras áreas

3.7.6 Principais desafios

3.8 Simulação e modelagem

3.8.1 Previsão do tempo e descrição climática 3.8.2 Ecologia e meio ambiente

3.8.3 Tráfego em grandes cidades 3.8.4 Física em economia e finanças

3.9 Biofísica

3.9.1 Enovelamento de proteínas 3.9.2 Inibidores enzimáticos 3.9.3 Fotobiologia

3.10 Monitoramento atmosférico

3.10.1 Poluição atmosférica urbana 3.10.2 Poluição atmosférica global 3.10.3 Balanço de radiação planetária

3.11 Ecologia e meio ambiente

3.11.1 Modelagem atmosférica e de poluentes 3.11.2 Queimadas e poluição hídrica

3.11.3 Pós-graduação no Brasil

3.12 A pesquisa em ensino de física

3.12.1 Pesquisas sobre ensino e aprendizagem 3.12.2 Pesquisas em alfabetização científica 3.12.3 Tecnologia e ensino de física

3.12.4 A pesquisa em formação de professores

4. DESAFIOS ESTRUTURAIS

4.1. Infra-estrutura de pesquisa

4.1.1 Compartilhamento da infra-estrutura

4.1.2 Pesquisa induzida, básica e iniciativas individuais 4.1.3 Fundações Estaduais de Amparo à Pesquisa

Índice

4.2 Pesquisa fora da academia

4.2.1 Oportunidades perdidas

4.3 Teoria e experimento

5. FORMAÇÃO RECURSOS HUMANOS

5.1 Formação científica

5.1.1 Resultado preocupante

5.2 Formação de pesquisadores

5.2.1 Cursos de graduação mais flexíveis 5.2.2 Ênfase nas físicas moderna e

contemporânea

5.3 Formação para a tecnologia e inovação

5.3.1 Programa de interação com a indústria

5.4 Formação de professores

5.4.1 Dois modelos de currículos

5.4.2 Vestibular e reformulação da licenciatura

6. INCLUSÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA

6.1 Educação para a ciência e tecnologia

6.1.1 O ensino de física e a escola fundamental e média 6.1.2 Programas de formação continuada

6.1.3 O potencial de formação de professores de física

6.2 Alfabetização científica

6.3 Divulgação científica e o ensino formal da ciência

Desafios Científicos

• Constituintes da matéria e suas interações

• Estrutura e evolução do universo

• Manipulação quântica de átomos, moléculas e fótons

• Materiais novos e avançados

Desafios multidisciplinares e física aplicada a

problemas brasileiros

• Energia • Microeletrônica • Nanociência e Nanotecnologia • Metrologia Científica • Instrumentação Científica • Física Molecular • Física Médica • Simulação e Modelagem • Biofísica

• Meteorologia e monitoramento atmosférico • Ecologia e meio ambiente

A natureza da pesquisa científica

• Gera o conhecimento necessário para os avanços tecnológicos que sustentam o desenvolvimento econômico

• Contribui decisivamente para a montagem da infraestrutura

tecnológica e provê pessoal capacitado para enfrentar os desafios das novas descobertas e utilizar os frutos dos avanços científicos

• Contribui para a melhoria da qualidade de vida da população

• Estabelece paradigmas de competição/cooperação que são referências para o balisamento das relações internacionais

• É uma peça essencial na democratização da sociedade, pela dispersão do conhecimento científico e de seus métodos de investigação e análise

A árvore e o (imprevisível) fruto

A investigação de temas sem aplicação prática direta costuma gerar resultados de grande valor social e econômico.

A World Wide Web foi criada no CERN para facilitar o compartilhamento de bancos de dados

Várias áreas da medicina – medicina nuclear, imagens por raios X, ultrassom e ressonância magnética nuclear, cirurgias a laser e outras – decorreram de desenvolvimentos feitos no âmbito da física. Cinco físicos ganharam o prêmio Nobel de medicina e fisiologia. A

nanotecnologia deverá revolucionar a medicina e a farmacologia.

A microeletrônica, os computadores e as telecomunicações ópticas, que revolucionaram o mundo, foram frutos práticos da física

Transbordamento da física

A física é a plataforma da ciência e da tecnologia

contemporâneas. Cerca de um terço do PIB americano provém

de tecnologias baseadas na mecânica quântica.

Os métodos da física estão migrando para outras áreas do

conhecimento. Sistemas complexos, como a atmosfera, o

meio ambiente, o sistema econômico, o tráfego urbano e os

próprios seres vivos e sua evolução, estão sendo investigados

com sucesso crescente.

O físico contemporâneo é apreciado, cada vez mais,

principalmente como portador de ferramentas e métodos

poderosos de investigação científica.

O momento da ciência brasileira

Há, hoje, no Brasil, condições objetivas para um

salto qualitativo no cenário científico.

Esse salto, ancorado

na formulação de uma

agenda para a ciência do País, deve buscar

por um lado,

a inserção econômica e social

das atividades científicas visando benefícios

palpáveis para a sociedade brasileira e,

por outro,

a promoção de várias áreas da nossa ciência a um

papel de liderança mundial

.

Ciência: instrumento de Estado

A ciência é um instrumento de Estado

indispensável para o equacionamento dos

problemas que nos afligem, para os quais não

há solução fora da

modernização de nossa sociedade

e de sua inserção na era da inovação.

É um elemento central na busca da

competitividade internacional

de nossos meios de produção e o alicerce de

um programa voltado para uma

política industrial, tecnológica

e de comércio exterior

Planejamento sem excesso de dirigismo

O planejamento necessário para

induzir o

salto de qualidade

equilibra-se na linha tênue que separa

resultados programados

– ou induzidos –

daqueles que resultam do

processo espontâneo da pesquisa científica.

Esses dois elementos devem conviver,

Fundos Setoriais

Os Fundos Setoriais devem contemplar,

com generosidade e abrangência,

a cadeia de conhecimento

que vai da bancada do laboratório ao

produto numa vitrine.

Sem isso, as ciências que dão suporte ao

desenvolvimento de novas tecnologias

não terão fôlego, limitando, assim, a

possibilidade de avanço tecnológico

.

Desafios Estruturais

Laboratórios Nacionais:

Casas de ferramentas de alto

desempenho disponíveis para uso da comunidade de pesquisa

do País. Corpo técnico-científico limitado ao mínimo

necessário para manutenção da infra-estrutura

Centros Temáticos de Pesquisa:

Institutos temáticos

interdisciplinares de pesquisa. Temas selecionados com base

na relevância científica e nos interesses nacionais

Critérios técnicos e transparentes na seleção dos temas dos

Laboratórios e dos Centros e da sua localização geográfica.

Desafios estruturais

Editais universais:

Aumentar substancialmente os recursos

destinados aos editais universais do CNPq. Crescimento

rápido da comunidade científica e contenção do orçamento

criou demanda reprimida muito grande

Apoio Institucional:

Considerar a possibilidade do apoio

institucional antes realizado pela Finep

Projetos internacionais:

A participação brasileira em grandes

projetos internacionais de pesquisa é importante e estratégica

para o País. Projetos e equipes brasileiras selecionadas

criteriosamente. Os compromissos assumidos devem ser

fielmente honrados

Desafios Estruturais

Institutos de pesquisa tecnológica:

Criação de Institutos

tecnológicos, em cooperação com empresas, visando à

solução de gargalos tecnológicos. Associação com

programas de pós-graduação, com temas de tese propostos

pelas empresas

Distribuição regional:

Uma distribuição mais equilibrada

da ciência no território brasileiro trará benefícios a todos.

A criação de Institutos Temáticos – possivelmente em

temas com especificidades regionais – pode ser

mecanismo eficaz para esse fim

Desafios Estruturais

Teoria e Experimento:

Promover melhor balanço entre

atividades experimentais e teóricas através da formação de maior número de físicos experimentais. Prazos de bolsas de doutorado devem ser diferenciados, privilegiando as ciências experimentais. Bom número de excelentes estudantes devem ser enviados a

importantes centros no exterior para fazerem doutorado em áreas de física experimental de ponta

Bolsas de Produtividade de Pesquisa:

O programa de BPq do CNPq precisa ser substancialmente ampliado. Ele custa apenas R$100 milhões/ano e tem grande impacto num sistema universitário que custa mais de R$9 bilhões/ano. Todos os pesquisadores com mérito deveriam ter a BPq

Formação de Recursos Humanos

Teoria e Experimento:

Promover melhor balanço entre

atividades experimentais e teóricas através da formação de maior número de físicos experimentais. Prazos de bolsas de doutorado devem ser diferenciados, privilegiando as ciências

experimentais. Bom número de excelentes estudantes devem ser enviados a importantes centros no exterior para fazerem

doutorado em áreas de física experimental de ponta.

Regulamentação das Profissões:

A rígida regulamentação das profissões no Brasil é incompatível com o dinamismo com que atualmente se movimenta o recorte das profissões e precisa ser radicalmente revista.

Formação de Recursos Humanos

Ciclo Básico:

A implantação do ciclo básico nas universidades

Evitará a especialização precoce na educação superior. Os candidatos devem ser selecionados para grandes áreas do conhecimento.

Carreiras Flexíveis:

Reorientações de carreira devem ser flexibilizadas no ensino superior. A opção de carreira deve ser feita após o ciclo básico, e e as pós-graduações devem estar mais abertas para bons alunos que se graduaram em outras áreas.

Estudantes excelentes deveriam ser estimulados a se graduar em mais de uma carreira.

Formação de Recursos Humanos

Alfabetização Científica: Num programa nacional de longo

prazo de alfabetização científica, todos os cidadãos devem ser preparados para viver num mundo cada vez mais dominado pela ciência e a tecnologia. Isso é essencial para sua cidadania plena.

Licenciatura: Os cursos de licenciatura em física precisam ser revistos. Em especial, eles devem ter mais física moderna e contemporânea. Os professores devem ser preparados para ensinar física experimental sem ter de recorrer a laboratórios sofisticados.

Formação Interdisciplinar: Cursos novos que transponham as fronteiras tradicionais das disciplinas devem ser criados tanto na graduação quanto na pós-graduação.

Desafios Estruturais

• Infra-estrutura de pesquisa

• Pesquisa fora da academia

Formação de Recursos Humanos

• Formação de pesquisadores

•Formação para a tecnologia e a inovação

•Formação de professores