domingo, 25 de outubro de 1998

A busca da ciência pelas regras do xadrez cósmico

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Em 1789, o grande químico francês Antoine Laurent Lavoisier formulou sua famosa lei de conservação de matéria: "Nós devemos aceitar como um axioma incontestável que em todas as operações da natureza e da arte nada é criado; uma quantidade igual de matéria existe antes e depois do experimento". Tragicamente, Lavoisier foi decapitado aos 50 anos, por ter trabalhado como inspetor de impostos para o "ancien regime". Um apelo para salvar sua vida foi respondido com as infames palavras "La Republique n'a pas besoin de savants" (a República não precisa de cientistas).

A lei descoberta por Lavoisier expressa o caráter dinâmico da natureza, das transformações de elementos químicos entre si, de gases em líquidos, líquidos em sólidos ou, em nível subatômico, de partículas em outras partículas, em que a lei de conservação da massa é generalizada para a lei de conservação de energia e de momento, ou quantidade de movimento. O interessante é que uma lei que expressa as transformações na natureza é baseada em uma constante, no caso a quantidade total de massa.

Leis como essa são fundamentais para a descrição científica do mundo. De certa forma, podemos reduzir o trabalho do cientista, em particular do físico, em duas missões principais: primeiro, a busca por essas "leis de conservação", ou, mais ambiciosamente, leis naturais. Segundo, a aplicação dessas leis na descrição do maior número possível de sistemas encontrados no mundo, das partículas subatômicas aos aglomerados de galáxias ou ao Universo.

A propriedade mais importante dessas leis é sua universalidade. As leis da natureza são válidas em qualquer instante do tempo e em qualquer lugar do Universo (ou quase -talvez exceções existam no interior de buracos negros ou em situações muito exóticas). Elas fazem parte da linguagem universal da ciência, as regras com que explicamos a arquitetura e o funcionamento do mundo à nossa volta.

O físico norte-americano Richard Feynman ilustrou da seguinte forma essa busca pelas leis naturais: "Imagine que o mundo seja uma gigantesca partida de xadrez sendo disputada pelos deuses, e que nós fazemos parte da audiência. Não sabemos quais são as regras do jogo; podemos apenas observar o seu desenrolar. Em princípio, se observarmos por tempo suficiente, descobriremos algumas regras. As regras do jogo é o que chamamos de física fundamental".
Claro, a descoberta dessas regras e sua universalidade são alvo de constante verificação. Como podemos saber se a conservação de energia é válida em outros pontos do Universo, como a galáxia de Andrômeda, ou no interior do núcleo atômico? A resposta está na observação de fenômenos físicos nesses sistemas, que confirmem a validade de nossas leis.

Mas existem duas outras razões, fora seu absoluto sucesso até o momento, para nossa certeza de que essas leis naturais sejam o modo correto de se estudar o mundo: sua belíssima simplicidade e sua conexão com a simetria. A importância de uma determinada lei pode quase que ser medida pela sua simplicidade e pelo número de fenômenos que ela descreve; se duas leis descrevem adequadamente um determinado número de fenômenos, a mais simples é sempre a escolhida, um critério conhecido como "A Navalha de Occam", proposto em torno de 1320 pelo grande filósofo e teólogo inglês William de Occam. A relação entre leis de conservação e simetrias fica para uma outra coluna.

Mas qual é a origem dessas leis naturais? Por que o Universo funciona dessa forma, por meio de leis básicas e não de outra maneira? A ciência, pelo menos até o momento, não se propõe a explicar a origem de suas próprias leis, adotando uma postura descritiva: nós explicamos o mundo com essas leis, que são descobertas a partir de experimentos e observações. Se elas são ou não as regras do "xadrez divino", isso fica por conta de cada um.

domingo, 18 de outubro de 1998

A imaginação pré-socrática e a origem da ciência

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Aristóteles disse, inspirado por seu mestre Platão, que certas idéias tendem a reaparecer de tempos em tempos, que nós estamos fadados a redescobri-las devido ao seu incrível poder de sedução intelectual. O grande escritor argentino Jorge Luis Borges (1899-1986), em seu conto "O Imortal", explora justamente esse tema, o da criação do novo a partir da memória do velho. Criação passa a ser recriação; descoberta, redescoberta.

É como se a mente fosse um grande baú cheio de brinquedos, e nós fôssemos uma criança que, deslumbrada com tantos brinquedos, escolhe um para brincar, mas logo se cansa, jogando-o de volta no baú, para que uma outra criança o descubra no futuro. Nos olhos de cada criança, o mesmo brinquedo é sempre uma grande novidade.

Claro, às vezes algo de realmente novo e inédito aparece no panorama das idéias, um brinquedo novo no baú que vira foco de grande atenção durante um tempo, mas que aos poucos vai sendo posto de lado, pronto para ser redescoberto mais adiante. Levando essa analogia um pouco mais além, nossa mente é como um baú, que pode crescer para acomodar sempre mais brinquedos. Mas, como todos nós sabemos, alguns brinquedos, mesmo que velhos, serão sempre nossos favoritos.

Quando nos perguntamos de onde vieram as primeiras idéias filosóficas, as sementes do pensamento moderno ocidental, não temos a menor dúvida da resposta: da Grécia Antiga, em particular do período entre os séculos 4 a.C. e 6 a.C. O início dessa aventura intelectual é marcado pelo aparecimento dos filósofos pré-socráticos, que, segundo sabemos, foram os primeiros a tentar responder questões sobre a natureza usando a razão e não a mitologia ou a religião.

Esse apetite pelo saber racional, motivado pelo mesmo senso de mistério que motiva o pensamento religioso, está na raiz de toda a ciência. Às vezes ele é chamado de "encantamento jônico", celebrando os primeiro filósofos pré-socráticos que habitaram a Jônia, província grega na costa oeste da atual Turquia. Segundo Aristóteles, o primeiro deles foi Tales, que postulou, em uma visão profundamente orgânica da natureza, que a substância fundamental do cosmo é a água. Com esse esforço, nasce a idéia de se buscar por uma estrutura material unificada no mundo, algo que motiva o trabalho de cientistas em várias áreas distintas, da física de partículas elementares à biologia molecular e genética.

Para Tales e seus discípulos, a natureza é uma entidade dinâmica, em constante transformação, se renovando indefinidamente em novas formas e criações. Essa visão foi criticada por uma outra escola pré-socrática, a escola fundada por Parmênides, que acreditava exatamente no oposto: o que é essencial não pode se transformar. O que "é" simplesmente é. Nós podemos detectar aqui o germe da idéia de uma entidade eterna, transcendente, que está além das transformações naturais, que são necessariamente menos fundamentais. O debate entre o eterno e o novo, o Ser e o Vir-a-Ser, já havia começado então, há 2.500 anos. Ou, quem sabe, até antes disso. Pois esses são dois de nossos brinquedos preferidos.

A esse debate, podemos juntar a tradição pitagórica, que unia de forma mística o estudo da natureza por meio da razão e da espiritualidade. Para os pitagóricos, sem dúvida embriagados pelo encantamento jônico, os números eram mais do que números, suas razões e proporções uma espécie de escrita simbólica da razão universal. O estudo da natureza por meio dos números era o estudo dessa razão, o motivo mais nobre de dedicação do filósofo. Hoje, pouco resta de concreto dessas antigas tradições intelectuais. Mas, se os vários detalhes foram apagados pelo tempo, sua essência continua a nos inspirar, brilhando sempre um pouco mais do que os outros brinquedos no vasto baú da criatividade humana.

domingo, 11 de outubro de 1998

"Estrelomotos" e a nossa vizinhança cósmica

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Durante a noite do dia 27 de agosto, sete satélites de comunicação entraram misteriosamente em alerta vermelho: seus aparelhos foram desligados pelo computador central do satélite para que fossem protegidos de uma enorme onda de radiação eletromagnética, na sua maior parte de raios X. Rádios e telecomunicações na Terra, entre o Havaí e o Colorado, nos EUA, foram interrompidos ou sofreram forte interferência durante cinco minutos.

Cientistas especializados na ionosfera, a camada da atmosfera que é repleta de gases ionizados pela radiação ultravioleta proveniente do Sol, mediram que, durante a interrupção, a ionosfera baixou de sua altitude noturna, de aproximadamente 18 mil metros, até sua altitude diurna, de cerca de 12 mil metros.

Os leitores que são fãs do rádio sabem que à noite é possível receber transmissões de fontes mais distantes; isso porque a ionosfera é usada como uma espécie de espelho para refletir ondas de rádio de um ponto a outro na Terra. Portanto, quanto mais alta a ionosfera, mais longe as ondas podem viajar, explicando por que à noite as transmissões mais longas são mais eficientes. Que fenômeno pode ter causado o abaixamento da altitude da ionosfera em apenas uma porção da superfície terrestre?

Após um mês de muita pesquisa e especulação, foi achado o culpado da misteriosa interferência: uma estrela de nêutrons, localizada a 20 mil anos-luz da Terra, sofreu o que astrofísicos chamam de um "estrelomoto", uma espécie de terremoto extremamente violento, que rearranja a superfície da estrela. Estrelas de nêutrons são objetos muito exóticos, basicamente núcleos atômicos gigantes, com diâmetros em torno de 10 km e massas comparáveis à do Sol. Essa grande quantidade de matéria em um volume tão pequeno significa que a matéria que compõe a estrela de nêutrons é extremamente densa: uma colher de sopa pesa mais do que um Boeing-747, o famoso "Jumbo"!

Mas essa enorme densidade de matéria é apenas uma das várias excentricidades das estrelas de nêutrons. Como o nome já diz, elas são compostas principalmente de nêutrons, as partículas que, juntamente com os prótons, compõem os núcleos atômicos. Como a maioria dos objetos no espaço, estrelas de nêutrons também giram em torno de seus eixos. Mas, ao contrário da Terra, que completa uma rotação por dia, elas podem completar uma volta em menos de um segundo. Em certos casos, até em um milésimo de segundo! Imagine uma bola com 10 km de diâmetro, pesando tanto quanto o Sol, feita de nêutrons e girando mil vezes por segundo...

A matéria que compõe a estrela de nêutrons gera também fortíssimos campos magnéticos. A Terra também tem seu campo magnético, que usamos para nos orientar com nossas bússolas. Mas ele não se compara aos campos magnéticos encontrados em estrelas de nêutrons. Com a rotação da estrela, o campo magnético também gira, criando pulsos de radiação em uma direção fixa. Poeticamente, as estrelas de nêutrons são muitas vezes chamadas de "faróis cósmicos", seus feixes de radiação varrendo o cosmo como os faróis varrem os oceanos, alertando os marinheiros para a presença de rochedos.

Bem, há 20 mil anos a estrela de nêutrons conhecida como SGR-1900+14 sofreu um violentíssimo "estrelomoto", que provocou uma perturbação em seu campo magnético. Esse evento causou a produção de uma enorme quantidade de raios X e raios gama, que viajaram durante 20 mil anos pelo espaço, até atingir nossa ionosfera no dia 27 de agosto passado. Felizmente, ao chegarem, os raios X eram pouco intensos, comparáveis com os de um dentista. Mas o fenômeno mostrou pela primeira vez como eventos fora de nosso sistema solar podem afetar as condições ambientais aqui na Terra. As fronteiras de nossa vizinhança cósmica se estendem por uma distância muito maior do que imaginamos.

sábado, 3 de outubro de 1998

Do nariz de Tycho Brahe aos raios X do Universo

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

O grande astrônomo dinamarquês Tycho Brahe tinha grandes problemas com seu nariz. Na verdade, seus problemas não eram pelo nariz, mas por sua falta; um golpe da espada de seu primo em um duelo levou-lhe a maior parte do nariz. Como não ter nariz não era aceitável para a corte dinamarquesa, ele moldou um a partir de uma amálgama metálica, cuja composição ele variava de tempos em tempos em seu laboratório.

Aparentemente, Tycho sofria muito com seu nariz; não só a visão de uma pessoa com um nariz metálico era, mesmo no século 16, bastante aterrorizante, como o contato da amálgama com a pele era muito desconfortável. Daí que Tycho procurava continuamente por uma fórmula mais suave para seu rosto. Na noite de 11 de novembro de 1572, quando voltava de seu laboratório alquímico, Tycho viu algo inesperado: aparentemente, uma nova estrela surgira na constelação de Cassiopéia, que tem a forma de um "W" (ou talvez um "M", dependendo do ângulo e da pessoa que a observa).

Na época, a idéia de que uma nova estrela poderia surgir nos céus era absurda. De acordo com a filosofia aristotélica, que ainda dominava o meio acadêmico, os céus eram imutáveis, qualquer transformação sendo relegada à esfera abaixo da órbita lunar. Ora, como uma estrela poderia então surgir do nada? Tycho demonstrou que a "estrela nova" estava muito além da órbita lunar. Mais ainda, essa "estrela" era especial, pois era visível até durante o dia! Ele acompanhou a estrela durante os quatro meses em que ela permaneceu visível a olho nu. (O telescópio só foi usado metodicamente em astronomia a partir de 1609).

Tycho havia observado uma explosão de supernova, o evento que marca a "morte" de estrelas com massas consideravelmente maiores do que a massa do Sol. Suas observações contribuíram para a lenta demolição do edifício aristotélico, abrindo as portas para uma nova astronomia, em que mudanças caracterizam não só os objetos celestes, de planetas a galáxias, mas o próprio Universo. Essa visão dinâmica se deve principalmente à existência de instrumentos cada vez mais poderosos, que permitiram observar fenômenos celestes a distâncias cada vez maiores e com precisão também maior. Essa corrida por visões cada vez mais distantes e precisas é uma busca sem fim, uma metáfora da nossa curiosidade em conhecer as esquinas mais reclusas do Universo que habitamos.

Recentemente, a Nasa, agência espacial dos EUA, lançou um poderoso telescópio, cuja órbita chega a distâncias até 1/3 da distância entre a Terra e a Lua. Esse telescópio difere dos telescópios orbitais, como o Hubble, pois ele não "vê" o Universo dentro de seu espectro visível; conhecido como "Chandra" -em homenagem ao astrofísico indiano Subrahmanyan Chandrasekhar (realmente, não dava para usar o nome inteiro), cujas contribuições foram fundamentais para a compreensão dos processos que determinam a estrutura e o colapso de uma estrela-, esse telescópio produz imagens em raios X, revelando processos que são invisíveis a olho nu.

Posso imaginar a alegria de Tycho Brahe, hoje na parte do Paraíso reservada aos grandes astrônomos, ao saber que a primeira imagem do Chandra foi também de uma supernova em Cassiopéia (não a mesma). E os resultados não poderiam ter sido melhores; as imagens revelam as ondas de material expelido durante a explosão, hoje viajando a velocidades de cerca de 15 milhões de quilômetros por hora. A propagação das ondas mostra como a matéria se espalha pelo espaço interestelar, que é o mecanismo aceito hoje para explicar a distribuição de elementos químicos na galáxia; os mais pesados são produzidos nos momentos finais do colapso que marca o fim da estrela, sendo então distribuídos pelo espaço. O ditado que afirma sermos poeira das estrelas é perfeitamente correto. Inclusive o nariz metálico de Tycho.

quinta-feira, 1 de outubro de 1998

Velocidade da informação desafia educação moderna

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Nós vivemos em um mundo cada vez mais globalizado, numa era onde as pessoas são atacadas por todos os lados com uma quantidade enorme de informação. As barreiras entre os povos e as culturas são constantemente perfuradas (mas quase nunca vencidas) pela força da mídia e do consumismo desenfreado. Hoje em dia, nada mais comum do que vermos um beduíno em seu camelo, com sua calça Levis e óculos Giorgio Armani, entoando uma canção de Elton John. Na testa do camelo, em árabe, vemos a escrita "Lady Di, nós te amamos".

OK, talvez eu esteja exagerando um pouco. Mas, sem dúvida, é indiscutível a importância que o controle dos meios de informação têm na sociedade moderna. E o mais impressionante é a velocidade com que essa informação é disseminada. Bilhões de pessoas em todo o mundo assistiram à final da Copa (infelizmente), e várias centenas de milhões participam rotineiramente de guerras ou da humilhação de presidentes, sentados confortavelmente em suas salas de estar.

Parece mentira que foi apenas em 1886 que as primeiras ondas de rádio foram geradas no laboratório pelo grande físico alemão Heinrich Hertz, ou que a primeira transmissão telegráfica através do oceano Atlântico foi enviada em 1901 pelo italiano Guglielmo Marconi. Atualmente, a disseminação de informação conta com toda uma rede de satélites, que, juntamente com incontáveis antenas de transmissão, cobrem praticamente toda a superfície do planeta.

Essa globalização da informação implica necessariamente a detenção do poder pelas pessoas com acesso, ou, mais ainda, pelas pessoas que criam e disseminam essa informação. Lembro-me do recente filme americano "Mera Coincidência" ("Wag the Dog"), em que um "tycoon" de Hollywood é chamado para desviar a atenção do público americano dos escândalos sexuais do presidente durante a campanha eleitoral (bastante profético, aliás, esse filme...). A solução dos produtores foi simples: inventar uma guerra em um país remoto para sensibilizar a opinião pública.

Informação é poder. E, sem educação, não é possível ter acesso à informação. Mas, simples acesso à informação não é tudo. É necessário que saibamos refletir ativamente sobre a informação recebida, e não só recebê-la passivamente. Caso contrário, podemos nos tornar alvo de uma "realidade fabricada", como aquela apresentada comicamente no filme.

Daí o papel do educador, não só de transmitir informação, mas também de convidar sua audiência à reflexão, ensinando tanto os métodos necessários para tal como também a arte de duvidar. Educação é um processo de colaboração ativa entre o educador e sua audiência. Na minha opinião, o educador mais bem-sucedido é aquele que desperta em sua audiência o desejo de querer sempre aprender mais e a capacidade de criticar racionalmente aquilo que se está aprendendo. Sob esse prisma, a educação moderna pode não só se beneficiar do fácil acesso à informação, como também "filtrar" a desinformação.

A globalização da informação provoca uma fragilidade em sua própria audiência. Nós nos tornamos alvo em uma galeria de tiro e só podemos nos safar se soubermos pensar por nós mesmos. Uma sociedade educada é a que poderá tomar decisões que afetam seu futuro de modo coerente. Eis aqui alguns exemplos, ligados à educação científica. Devemos ou não interceder nas pesquisas da engenharia genética, que, com o desenvolvimento de processos de clonagem ou de cirurgia genética em fetos, levanta sérias questões éticas para a sociedade? Devemos ou não apoiar o desenvolvimento de tecnologias nucleares no espaço? Devemos ou não interceder junto ao governo para um maior controle da emissão de gases industriais, de modo a evitar graves mudanças climáticas no futuro? E os asteróides? Vão cair ou não em nossas cabeças?


Marcelo Gleiser é professor de física teórica do