Na página Web da Gazeta de Física aqui já pode ser descarregado em pdf o número 2 de 2010. Entre os vários artigos destaque para a lição inaugural da cátedra de Física Teórica do Imperial College de Londres proferida por João Magueijo sobre "A anarquia e as leis da Física".
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A anarquia e as leia da Física
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September 11 2010, 2:56am | Comments »
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ÁGUA VIRTUAL
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“Mundo redondo, tenho o mar nas veias. E no mar há sereias.”Miguel Torga, “Orfeu Rebelde”, Coimbra, 1958.Miguel Torga tem razão poética, mas a razão científica diz que no mar há moléculas, uma multidão inimaginável de moléculas. A água, qualquer porção de água, não é mais do que um conjunto de moléculas de água. Cada uma delas, pequeníssima, é formada por um átomo de oxigénio central, ladeado por dois átomos de hidrogénio: o aspecto não é muito diferente do perfil da cabeça do rato Mickey, com uma cabeça redonda e duas orelhas, também redondas mas menores. E essas moléculas vagueiam mais ou menso livremente pelo espaço vazio: no vapor de água são mesmo bastante livres, na água líquida fazem-se e desfazem-se constantemente ligações entre as moléculas – é espantoso o jogo das moléculas num simples copo de água! - e, no gelo, as moléculas estão fixas a posições de uma rede cristalina. Para perceber melhor a dinâmica molecular, um dos meus colaboradores, na sua tese de doutoramento, criou, há alguns anos, com a ajuda da empresa de Coimbra Mediaprimer, um programa de simulação, que permitia dar um mergulho na realidade molecular da água, inacessível à vista desarmada. Esse programa intitulado “Água Virtual” (que, numa das suas versões, está acessível aqui ) usava modernas técnicas de realidade virtual para fazer com que as moléculas nos entrassem pelos olhos dentro e, por isso, também pelo cérebro dentro. Com a ajuda de manípulos, pode-se alterar a temperatura e a pressão de modo a causar mudanças de estado físico, isto é alterações da movimentação molecular. Pode-se fazer “zoom” para examinar de perto os inevitáveis choques moleculares. E pode-se também ver como eram supermoléculas, tal como existem temporariamente num copo de água, formadas por duas, três ou mais moléculas de água.Ao mergulhar no mundo microscópio da água, apercebemo-nos que a água – um dos mais banais líquidos do nosso planeta pois mais de 70 por cento da superfície do planeta é coberta por água e 60 por cento da maioria dos seres vivos não é mais do que água – é também uma substância muito complexa. De facto, a forma peculiar das moléculas e as complicadas interacções entre elas tornam-na num líquido que ainda hoje é objecto de intensas investigações científicas em laboratórios de física e de química, investigações essas que podem vir a ter relevância para questões do ambiente e da biologia. Depois de ter “viajado” pela “Água Virtual”, a leitora ou leitor nunca mais vai olhar para a água da mesma maneira...
September 10 2010, 3:37am | Comments »
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NUCLEAR: JA, DANKE?
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Minha crónica no "Sol" de hoje:No final do século passado tornou-se comum, na Alemanha, a expressão Nein, Danke, quando se falava de energia nuclear. Em 1986 tinha acontecido o acidente de Chernobyl, que originou uma nuvem radioactiva sobre a Europa Central. A romancista alemã Christa Wolf escreveu um romance sobre o assunto: Acidente. Multiplicaram-se na época os protestos contra as centrais nucleares. No ano de 2000, o governo alemão, sensível a esses protestos, resolveu determinar o encerramento a médio prazo das 17 centrais nucleares existentes. E não seriam construídas outras.Mas os tempos hoje são diferentes. No passado recente, o aumento das necessidades energéticas, o risco do aquecimento global, a instabilidade no Médio Oriente e o elevado custo das energias renováveis têm feito repensar a questão da energia nuclear. O governo alemão, presidido por Angela Merkel (que estudou Física e tem um doutoramento em Química Quântica), acaba de anunciar um adiamento do projectado fecho das centrais em funcionamento, concedendo uma moratória de oito anos para as centrais mais antigas e de 14 anos para as centrais mais recentes. A revista Der Spiegel noticiou com algum humor: “o governo deixa radiantes os amigos do átomo”. Isto acontece numa altura em que outros países europeus têm centrais em construção, em avançado estado de planeamento ou em fase preliminar de proposta. Na Europa, a Finlândia e a França estão a construir um reactor nuclear, e a Eslováquia dois. Países que torceram o nariz ao nuclear como o Reino Unido e a Itália têm agora centrais planeadas ou propostas. Fora da Europa, entre os países mais desenvolvidos, os Estados Unidos têm uma central em construção, o Canadá duas, o Japão também duas e a Rússia dez. E, em países com economias emergentes, o avanço do nuclear é ainda mais visível: a China tem 24 reactores em construção (além de 33 planeados e 120 propostos!), a Índia quatro e o Brasil um.Em Portugal, onde a electricidade é das mais caras da Europa, o debate sobre a energia nuclear tem reaparecido a espaços, embora não seja tão nítido e produtivo como noutros países. O actual governo tem procurado evitá-lo e, quando não o pode fazer, tem-se pronunciado contra, preferindo defender as energias renováveis. O ex-governador do Banco de Portugal Vítor Constâncio, do partido do governo, não hesitou, porém, antes de ir para a Europa, em defender o estudo da opção nuclear, apontando o exemplo finlandês. O principal partido da oposição, embora não advogue claramente a alternativa nuclear, tem-se pronunciado a favor da discussão sobre ela. Na minha opinião, o assunto não deve ser considerado tabu. A controvérsia que se vai agudizar nos próximos meses na Alemanha não deixará de ter um impacto aqui.
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September 9 2010, 5:19pm | Comments »
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HUMOR: FÍSICA QUÂNTICA 2
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September 6 2010, 4:59pm | Comments »
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HUMOR: FÍSICA QUÂNTICA 1
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September 6 2010, 4:58pm | Comments »
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Entrevista a Carlos Fiolhais sobre a teoria quântica
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Entrevista de António Piedade a Carlos Fiolhais sobre a Teoria Quântica, na sequência do artigo anterior:António Piedade - A que é que nos referimos quando adjectivamos de Quântica disciplinas como a Química e a Física?Carlos Fiolhais - Referimo-nos à teoria quântica, que começou a ser proposta em 1900 e que ficou estabelecida nos anos 20 do século passado. Permite descrever o comportamento do mundo à escala atómica e subatómica, embora tenha consequências a escalas maiores. Uma boa parte da Física é quântica e podemos dizer que toda a química também é quântica, isto é, os seus fenómenos assentam nessa teoria. É uma teoria um pouco estranha pois as partículas atómicas e subatómicas não se comportam como os objectos do nosso dia a dia, mas até hoje ainda não foi contrariada por nenhum facto experimental.AP - Que salto paradigmático ocorreu no nosso conhecimento sobre a matéria de que somos feitos, com a formulação, há mais de 100 anos, da Mecânica Quântica?CF - A primeira mudança que custou a aceitar foi a proposta de Planck de que a energia associada à radiação era emitida não em quantidades arbitrárias, mas sim num certo número de quantidades discretas (os “quanta”). Pouco depois Einstein disse que a luz não era apenas emitida e absorvida em “quanta” mas que existia sob a forma de “quanta”: os fotões ou “grãos de luz”. A luz era, portanto, uma onda e uma partícula, por muito paradoxal que isso parecesse. Mais tarde, percebeu-se que partículas materiais como os electrões são, eles próprios, também partículas e ondas. E percebeu-se como os electrões se organizam nos átomos, como os seus “saltos” permitem a emissão e absorção de luz, e como os electrões funcionam como uma “cola” para unir átomos em moléculas ou sólidos. Percebeu-se ainda que as leis da física quântica são bem diferentes das da física clássica: por exemplo se sabemos a posição de um electrão, não podemos saber a sua velocidade (princípio de incerteza de Heisenberg).AP - Quais as aplicações no nosso dia-a-dia do conhecimento entretanto acumulado pela mecânica quântica? Os computadores e as tecnologias da informação dependem dela?CF - Sim, muita da tecnologia actual baseia-se na física quântica. Os transístores que estão em todo o tipo de aparelhos (por exemplo nos computadores e televisões) são dispositivos de base quântica. O laser, que está também por todo o lado (por exemplo, nos cabos de fibra óptica), é também um fenómeno quântico.AP - Num artigo publicado primeiramente “on-line” na Nature Photonics, investigadores do Departamento de Electrónica e Telecomunicações da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, em Trondheim (aqui), dizem terem conseguido aceder, como “hackers”, a uma chave quântica secreta, que era a garantia de segurança da informação trocada entre dois dispositivos electrónicos, disponíveis no mercado, ligados remotamente entre si por fibra óptica. Alegam terem assim mostrado a falibilidade das chaves quânticas. O que é a criptografia quântica e quais as suas aplicações actuais?CF - A criptografia quântica é o uso das leis da física quântica para assegurar a privacidade das comunicações à distância (essa privacidade é exigida, por exemplo, quando fazemos operações bancárias no multibanco ou na Internet com o cartão de crédito). É uma das modernas aplicações da mecânica quântica. O referido artigo critica alguns aspectos de uma técnica particular. Não invalida a criptografia quântica, em geral, que é uma das esperanças para melhorar a segurança das nossas operações mais reservadas.AP - As chaves quânticas são comuns nas Tecnologias da Informação Computadorizada? Pode dar-nos exemplos da sua utilização?CF - A criptografia está a começar a ser usada e não há ainda exemplos de utilização corrente. Mas há protótipos que funcionam. A actual criptografia tem base uma mais matemática do que física, mas funciona bastante bem! A criptografia que vier a ser adoptada no futuro funcionará decerto ainda melhor…AP - Na sua opinião, qual é a relevância deste artigo para a robustez dos sistemas que baseiam na Criptografia Quântica?CF - Qualquer novidade científico-tecnológica, como a criptografia quântica, tem de ser criticada e testada. Artigos como este são muito úteis pois permitem escolher melhor os sistemas a adoptar. É muito curioso que, passados mais de cem anos desde a sua fundação, a teoria quântica continue a dar aplicações novas. E não é apenas na criptografia. A nanotecnologia – a engenharia à escala atómico-molecular – também promete novos benefícios para todos nós…
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September 6 2010, 3:31pm | Comments »
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Sobre a Teoria Quântica
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Novo texto do nosso colaborador habitual António Piedade saído no "Diário de Coimbra":Mais de cem anos depois de ter sido formulada a teoria quântica, que permite a mais exacta descrição e predição do comportamento das partículas atómicas e subatómicas (electrões, quarks, mesões, protões, neutrões, etc.), verifica-se um grande desconhecimento sobre o seu conteúdo, limites e aplicações. Por outro lado, a teoria continua a “dar-nos” aplicações tecnológicas surpreendentes e que tendem a tornar o nosso mundo mais seguro contra os usurpadores e abusadores da liberdade e dos direitos humanos.Um bom exemplo é o artigo que agora acaba de ser publicado na Nature Photonics (aqui). Investigadores noruegueses conseguiram abrir uma chave de segurança, baseada em propriedades quânticas, entre dois equipamentos comerciais remotos ligados através de fibra óptica. Comunicaram a sua descoberta ao fabricante dos equipamentos, supostamente invioláveis, que de pronto corrigiu o problema para garantir a segurança de informações partilhadas. Assegurada essa segurança, os investigadores publicaram o seu trabalho, alertando para a infalibilidade destes sistemas julgados infalíveis, tudo isto em resultado da inteligência e do profundo conhecimento da teoria e suas aplicações.Contraste antípoda é o desconhecimento generalizado na população, de facto transversal a todo o espectro de formações (poder-se-ia falar de uma iliteracia quântica), que permite aos modernos negociantes de “banha da cobra” utilizarem o adjectivo quântico para iludir a eficácia do efeito placebo: o mesmo produto (frasquinho de elixir, geleias encapsuladas, tiras de plástico para pulseiras feitas em qualquer fábrica oriental, muito provavelmente por trabalho infantil) causa o mesmo efeito do que aquele que seria obtido pela mesma pessoa se esta se convencesse que iria melhorar do seu desânimo, da sua falta de equilíbrio, da sua baixa autoconfiança e por aí fora, sem gastar um só cêntimo. O mesmo efeito resultaria se a pessoa mudasse do modo sedentário para outro mais móvel, ou se reflectisse sobre a causa real do seu estado. Mas reflectir, pensar, raciocinar, fazer uso do cérebro, órgão que é capaz das normais funções cognitivas para além das simplesmente reflexas, dá muito trabalho, cansa muito. É muito mais fácil pagar (normalmente exige-se dinheiro) e acreditar reflexamente que um produto “vazio”, mas embrulhado com as palavras “que quero ouvir”, vai resolver os meus problemas, sem qualquer esforço.Neste contexto, muito actual, importa dizer que a teoria quântica é válida e útil para estudar e descrever o comportamento dos átomos e das partículas que os compõem e que, por isso, se dizem subatómicas. Para descrever e entender o comportamento de corpos a escalas humanas e superiores, a mecânica clássica newtoniana (pré-relatividade) continua a ser válida e suficiente. Aliás, a mecânica clássica continua a ser útil e bastante para colocar um satélite em órbita geoestacionária ou mesmo para enviar uma sonda até Saturno. Mas, em rigor, será mesmo assim? Nem por isso. Se o corpo teórico clássico é suficiente para descrever o comportamento do satélite ou sonda, tendo em conta as forças gravíticas envolvidas entre ele, a Terra e os outros planetas, para o enviar e para controlar o seu movimento são necessários inúmeros equipamentos electrónicos, são necessárias tecnologias da informação. E estas últimas foram e são o resultado de aplicações da teoria quântica que descreve as propriedades dos electrões na matéria e dos fotões na radiação, assim como as respectivas interacções. Sem este conhecimento não é possível, por exemplo, entender as propriedades dos semicondutores. E, por isso, não teria sido possível inventar o transístor, os circuitos integrados, os “chips” electrónicos, etc. E, sem estes, não haveria a informática e as telecomunicações que hoje nos envolvem e trespassam.Paradoxalmente, a teoria quântica é imprescindível para que o comando da sua televisão (uma hoje banal aplicação tecnológica) funcione e, sob a ordem do seu polegar todo-poderoso, assista a uma operação de “marketing" dito quântico, no novo palco feirante, agora hertzianamente difundido, dos vendedores de ilusões. Nem precisa sequer de se mover do sofá para aumentar o estado da sua ignorância.António PiedadeNa figura: Réplica do primeiro transístor.
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September 6 2010, 3:11pm | Comments »
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MEDICINA QUÂNTICA?! (I)
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Novo texto de António Piedade saído no "Diário de Coimbra" (na foto imagem de ressonância magnética nuclear):“Toda a tecnologia suficientemente avançada é indistinguível da pura magia”Esta é a asserção da terceira lei de Sir Arthur C. Clarke, inclusa no seu livro "Profiles of The Future", escrito em 1961. Arthur Clarke, escritor de obras de ficção científica incontornáveis, como “2001, Odisseia no Espaço”, propôs, em 1945, os fundamentos do sistema de comunicações por satélites em órbitas geoestacionárias. Fez, para isso, uso do conhecimento sobre a radiação electromagnética adquirido cumulativamente por várias gerações dos melhores cientistas da humanidade nos últimos 200 anos (Maxwell, Hertz, Weber, Faraday, Snell, Marconi, Einstein, Planck, entre outros). De facto, muita da tecnologia que sustenta a nossa sociedade actual é fruto do conhecimento que temos dos campos, da forças e das radiações electromagnéticas, de que o espectro da luz visível, estudado por Newton, é só uma pequena parte.Desde as ondas de rádio até aos raios gama, passando pelas microondas e pelos raios X, não é difícil identificarmos actividades, processos e instrumentação, no nosso dia-a-dia, que decorrem da natureza da radiação electromagnética, que por sua vez dependem da frequência ou do comprimento de onda e da amplitude. Einstein teorizou a relação entre matéria e energia, através da famosa constante “c” que mais não é do que a velocidade a que qualquer radiação electromagnética, independentemente da sua frequência, se propaga no vazio. E Planck estabeleceu através da constante “h”, que tem o seu nome, a relação entre a energia de uma dada radiação electromagnética e a sua frequência. De facto, a velocidade de propagação das ondas electromagnéticas varia com a frequência, ou com a sua energia, se o vazio for preenchido por matéria (recorde-se que o som não se propaga no vácuo, por se tratar de uma onda mecânica e não electromagnética). O meio de propagação (ar, água, metal, tecido biológico, etc.) afecta a velocidade de propagação e até a própria capacidade de penetração de uma dada radiação electromagnética, e isto proporciona-nos tecnologias muito úteis que usamos sem nos apercebermos o que está por detrás delas.Isso é, em particular, evidente nas tecnologias da saúde e da vida. Inúmeros são os exemplos no nosso quotidiano. Um é a aplicação dos raios-X na detecção de inúmeras patologias e perturbações no organismo, determinante como auxiliar de diagnóstico, primeiro no quadro de uma medicina mais empírica e, mais recentemente, de uma medicina baseada na evidência, robustecida pela metodologia científica na minimização de erros tantas vezes fatais para o paciente. Outro exemplo é o da aplicação da radiação gama na radioterapia curativa ou paliativa de combate a determinados tipos de cancros sólidos. Ainda um outro exemplo é o da ressonância magnética nuclear, que faz uso de campos magnéticos e radiações electromagnéticas com frequências na gama das ondas de rádio e, por isso, muito menos nocivas do que, por exemplo, os raios X. Aliás, é espantoso o avanço nas técnicas de imagiologia por ressonância magnética registado nos últimos anos e tudo o que têm permitido desvendar a respeito da fisiologia do nosso corpo, mormente na neurofisiologia, conquanto permitem monitorizar uma determinada função e contextualizá-la com a anatomia envolvente.Um último exemplo, este visto por um ângulo oposto, é o efeito nefasto que a radiação ultravioleta, proveniente do Sol, provoca no ADN das células da nossa pele, induzindo mutações e danos biomoleculares que potenciam o desenvolvimento de certas formas de cancro.Sem o conhecimento minucioso das propriedades da interacção da radiação electromagnética com a matéria que constitui os tecidos do nosso corpo, em rigor com os átomos e moléculas que o constituem, não teria sido possível desenvolver aquelas e outras tecnologias para a saúde e da vida. Estas são áreas cientificamente bem fundamentadas e identificadas com a medicina nuclear e com a radiologia, disciplinas incluídas nos currícula para a formação de médicos e técnicos de saúde.O mesmo não se pode dizer, por ausência de qualquer informação científica acessível, de um pretenso conhecimento científico subjacente a uma dita "medicina quântica" que se começa a instalar, adubada pelo desconhecimento que o público em geral possui sobre a física e química quânticas.(continua)António Piedade
August 22 2010, 2:10pm | Comments »
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Onde estão os ET?
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A esta pergunta, colocada originalmente pelo físico Enrico Fermi, responde outro físico, Robert Park, na sua coluna "What's New" de 6 de Agosto: Estão em, casa deles, pois não dispõem de fonte de energia que lhes permita acelerar uma nave que vença as distâncias intergalácticas."FERMI PARADOX: WHERE ARE ALL THE SPACE ALIENS?The question of whether we are alone gnaws at us. In 1950, in a discussion of whether advanced civilizations might exist elsewhere in the Milky Way galaxy, Enrico Fermi famously asked, "Where are they?" This has come to be known as the Fermi paradox. If planets are a common feature of stars, the naturalistic assumption would be that life exists throughout the Milky Way galaxy. Sentient beings with the capacity to develop advanced technologies would be expected to evolve. Implicit in Fermi’s question was an assumption that advanced technologies would be capable of interstellar travel. Where are they? At home, as we are. Interstellar distances are too great. Travel time is not the principal obstacle. The barrier is the energy it would take to accelerate a spacecraft to a reasonable fraction of the speed of light. I hope that's the end of the Fermi paradox, and the Dyson sphere, and all that science fiction crap."Robert Park
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August 15 2010, 5:32am | Comments »
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A FÍSICA DO FOGO
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Minha crónica no "Sol" de hoje:Para o filósofo grego Heráclito de Éfeso, que viveu nos séculos VI e V antes de Cristo, tudo provinha do fogo e tudo seria consumido pelo fogo. Mas o que é o fogo? Na Antiguidade era um dos quatro elementos. O conceito só ficou, porém, claro quando emergiram a física e a química. A meio do século XVIII, a Academia de Ciências de Paris anunciou um prémio para a melhor memória sobre a natureza do fogo. Embora o primeiro lugar tenha sido ganho pelo maior matemático da época, o suíço Leonhard Euler, aconteceu algo inédito: um escrito da autoria de uma mulher foi pela primeira vez galardoado pela Academia com a respectiva publicação. A autora de “Dissertação sobre a Natureza e a Propagação do Som” era a francesa Madame de Châtelet, amante do filósofo Voltaire, o qual, tendo também concorrido, viu o seu trabalho ser igualmente distinguido.Para se perceber o que era uma combustão foi preciso, no entanto, esperar pelos trabalhos do químico francês Antoine-Laurent Lavoisier (muito ajudado por sua mulher, Marie-Anne), que identificou o oxigénio, quase ao mesmo tempo que dois outros cientistas. O oxigénio, esse sim, é que é um elemento químico, sem o qual o fogo não pode existir. Quando uma árvore arde, compostos de carbono das fibras da madeira combinam-se com o oxigénio da atmosfera, produzindo dióxido de carbono e água, numa reacção que liberta energia, manifesta pela emissão de calor e de luz. No século XIX, de posse dessa explicação, o inglês Michael Faraday já podia descrever “a história química de uma vela”, em conferências populares que procuravam tornar simples o que é um fenómeno extremamente complexo.Um fogo é, portanto, química. Mas, mostrando que química e física andam juntam como duas irmãs siamesas, a propagação de um fogo só se consegue explicar com a ajuda da física. Tomemos um fogo florestal, esse mal infelizmente tão comum no nosso país em tempo de Verão. Para explicar o modo como progride um desses fogos, já temos de falar de fenómenos físicos como difusão, convecção, radiação, etc. Ora, se uma chamazinha de uma vela já é uma coisa muito complicada, o que dizer de um imenso e demorado braseiro como o que há poucos dias alastrou nas encostas da Serra da Gralheira, em S. Pedro do Sul? Os físicos são, porém, engenhosos: criaram modelos cujo objectivo é captar o essencial dos muitos e variados processos que ocorrem num grande incêndio. Curiosamente, esses modelos, que são explorados em simulações computacionais, servem não só para descrever fogos florestais mas também o espalhamento do petróleo derramado no mar ou ainda o avanço de uma epidemia como a gripe. Tudo males que podem ser mais bem atacados se se fizer melhor ideia do modo como avançam. Como já alguém disse: “Prever é prover!”
August 13 2010, 3:48am | Comments »