domingo, 31 de outubro de 1999

Uma decisão trágica

O dia 13 de outubro será lembrado como mais um dia trágico na trágica história iniciada em 16 de julho de 1945 com a detonação da primeira bomba nuclear no deserto próximo de Alamogordo, no Novo México, EUA. Em uma decisão profundamente irresponsável, o Senado norte-americano vetou o tratado que proibia testes de explosivos nucleares, provocando protestos no mundo inteiro, especialmente de outras potências nucleares.

As consequências de uma decisão como essa são as piores possíveis; países que estão em vias de desenvolver sua própria tecnologia nuclear bélica terão seus objetivos mais do que justificados. Afinal, se a maior superpotência do mundo se vê no direito de continuar seus testes nucleares e de desenvolver novas tecnologias de destruição, por que não países como Irã, Iraque, Coréia do Norte etc.? A previsão é que, dentro de uma década, o número de países com armas nucleares chegue a uma dezena.
Não é muito difícil imaginar a fragilidade de um mundo controlado pelo medo; mais cedo ou mais tarde, um líder político obcecado pelo poder, com uma visão distorcida das consequências de um ataque nuclear, detonará sua primeira bomba sobre um país vizinho, ou mesmo distante. Ou um país que tenha a bomba e que esteja perdendo uma guerra a usará como último recurso; um animal acossado sempre ataca antes de se entregar à morte.

Inicialmente, parece difícil entender o que passou pela cabeça desses senadores americanos quando votaram, 51 contra 48, por não ratificar o tratado. Os votos foram todos (com exceção de quatro republicanos que votaram com os democratas) dentro de linhas partidárias; ou seja, os republicanos, com a tradição de apoiar a corrida armamentista, votaram contra, e os democratas, a favor. Deixando de lado a ironia de um país que se diz o modelo democrático ter apenas dois partidos, os argumentos dados pelos senadores republicanos foram ridicularizados em outros países: citando as dificuldades (inexistentes sob o ponto de vista científico) de controle de testes nucleares por outros países, esse senadores dizem que os EUA não podem garantir sua segurança enquanto outros países desenvolvem novas armas. Ora, com um arsenal atual capaz de destruir nossa civilização várias vezes, qual a necessidade de novas armas e novos testes?

Poder implica responsabilidade. Para nossa geração e para as gerações futuras. Os EUA tinham em mãos uma grande oportunidade de promover um mundo mais seguro, mais maduro, em que a paz não é obtida por uma política de terror, como na Guerra Fria, mas por meio de uma colaboração entre os países. Infelizmente, a política local falou mais alto do que a responsabilidade e uma guerra partidária, nascida do ódio de um partido contra um presidente de outro, levou a uma decisão com repercussões maiores que qualquer partido ou presidente em qualquer país do mundo.

Provavelmente o leitor se lembra dos protestos contra os testes nucleares da França no atol de Mururoa, no Pacífico, ou da indignação mundial com os recentes testes nucleares da Índia e do Paquistão. Uma das vozes mais ativas no protesto, com ameaças de retaliação econômica, foi justamente os EUA. Como é possível uma hipocrisia dessas? É possível, e continuará a ser possível, enquanto políticos estiverem mais preocupados em gerar empregos (nada melhor do que uma corrida armamentista para tal) para seu eleitorado do que com as repercussões de suas decisões. Claro, os políticos têm de proteger os interesses da população que eles representam. Mas a corrida armamentista cria uma nova dimensão moral, que transcende problemas locais; um mundo sob o caos de uma guerra nuclear é um mundo sem fronteiras. Novos senadores e presidentes serão eleitos, e o tratado deverá ser reavaliado. Talvez esse episódio seja um passo necessário para um futuro mais digno para a humanidade.

domingo, 24 de outubro de 1999

A fúria do interior terrestre

O interior da Terra está longe de ser um meio passivo. Pelo contrário, a imagem que prevalece hoje é a de um interior dividido em várias camadas, como uma cebola. A parte central, com um raio de 3.500 km, é dividida em duas partes, a mais interior, sólida, com um raio de 1.300 km, e a mais exterior, líquida. A densidade no centro da Terra pode ser 12 mil vezes maior do que a da água, e a temperatura pode chegar a 5.000C, comparável à da superfície do Sol. Essa energia toda vem ainda do processo de criação e evolução inicial da Terra, com alguma contribuição de decaimentos radioativos. A Terra continua esfriando até hoje.

Essa parte central é envolta por outra camada, chamada manto, que também tem em torno de 3.000 km de raio. Mesmo que não possamos, como os heróis da aventura "Viagem ao Centro da Terra", de Jules Verne, visitar o manto, podemos conhecer sua composição por meio de explosões vulcânicas. A lava que é expulsa nessas explosões vem do manto, o que nos dá uma idéia da incrível complexidade subterrânea de nosso planeta. O manto, por sua vez, é envolto pela crosta terrestre, a fina "capa" com espessura variando entre 8 km e 15 km que nos protege do caos sob nossos pés. Mas essa proteção nem sempre é eficaz.

O leitor mais cético pode se perguntar: "Mas como cientistas podem conhecer tão bem o interior da Terra sem irem lá?". Ótima pergunta. O mapeamento do interior terrestre é um dos vários exemplos em ciência em que extraímos informação sobre algum sistema sem observá-lo diretamente. As informações sobre o mundo subterrâneo nos são reveladas por um dos eventos mais catastróficos do mundo natural, os terremotos.

Se, como descrevi acima, a densidade do interior terrestre aumenta em direção ao centro e a parte superior do manto é feita de material rochoso líquido (o magma, que vira lava quando expelido por vulcões), basicamente nós aqui na superfície boiamos sobre esse material. A caldeira infernal do interior gera quantidades enormes de gases que procuram por um escape em direção à superfície. A pressão é tão grande que chega a locomover pedaços da crosta, às vezes aproveitando falhas e fissuras. Esses movimentos são os terremotos, como os que ocorreram recentemente na Turquia e em Taiwan, causando a morte de milhares de pessoas. Nós, no Brasil, somos abençoados pela ausência de terremotos. E de vulcões, furacões...

Um terremoto que mede 7 na escala Richter (em torno de 25 por ano), libera 1025 ergs de energia, isto é, dez trilhões de trilhões de ergs, a energia equivalente à queima de 38 bilhões de litros de gasolina! Essa violência se propaga pela Terra em forma de ondas de dois tipos, as ondas de pressão (onda-P) e as ondas de torção (onda-S, do inglês "shear"). As ondas-P se propagam frontalmente, como uma coluna de dominós que vai caindo quando o primeiro é empurrado, enquanto a onda-S é mais parecida com as vibrações verticais da corda de um violão.

Essas ondas partem dos focos do terremoto e se propagam pela Terra em várias direções, emergindo em pontos diferentes do planeta, onde elas são estudadas por estações sismográficas. A partir das medidas obtidas nessas estações e das propriedades dessas ondas, podemos inferir qual a composição material do interior da Terra, como uma espécie de raio X. Por exemplo, sabemos que ondas-S são absorvidas por meios líquidos. Usando o fato de que ondas-S jamais são detectadas em pontos diametralmente opostos do planeta, ou seja, que elas não atravessam a Terra passando pela sua região central, deduzimos que essa região deve ser líquida.

Claro, o grande desafio para os que estudam terremotos é a possibilidade de prever quando eles irão ocorrer. Infelizmente, ainda não podemos prever a ocorrência de terremotos, apenas locais de maior risco. A resposta, por enquanto, permanece soterrada no caos subterrâneo.

domingo, 17 de outubro de 1999

Onde está o bóson de Higgs?

Segundo a física das partículas elementares, os tijolos fundamentais da matéria podem ser divididos em dois grupos: as partículas que compõem a matéria propriamente dita e as que transmitem as forças entre elas.

Há algumas imagens que são usadas na descrição dessas partículas: por exemplo, falamos de "bolas de bilhar" colidindo a velocidades próximas à da luz, ou usamos o popular brinquedo "Lego" para ilustrar como estruturas complicadas podem ser criadas com componentes simples. No caso do "Lego", as diferentes partículas são como blocos de tamanhos e cores diferentes. Mesmo que as analogias sejam úteis, elas passam uma imagem superficial do que acontece quando "olhamos" o mundo de bilionésimos de centímetro.

O "olhamos" entre aspas é intencional. Na verdade, não vemos partículas interagindo diretamente, como células em um microscópio. As interações são estudadas em aceleradores de partículas, máquinas desenhadas para extrair o máximo de informação durante e após o processo de colisão. Esses aceleradores têm detectores que funcionam como uma máquina fotográfica, registrando as trajetórias das partículas ejetadas na colisão. São como os sulcos deixados no gelo por patinadores: podemos inferir os detalhes da rota de um patinador, seu peso aproximado, quantos patinadores estavam presentes etc. Mas a analogia só funciona por pouco tempo, já que a superfície do gelo em breve se torna um caos de sulcos em todas as direções.

Com o auxílio desses aceleradores, hoje temos uma excelente idéia de quais são os tijolos fundamentais da matéria. O elétron faz parte de um grupo de seis partículas chamadas léptons, enquanto prótons e nêutrons são formados por partículas menores, chamadas quarks, ao todo também em seis. Fora essas 12 partículas de matéria, temos 12 partículas de força, o fóton, que transmite a força eletromagnética, três outras responsáveis pela força nuclear fraca -ligada a certos decaimentos radioativos- e oito glúons, responsáveis principais pelas interações entre quarks. Essa informação é incorporada ao modelo padrão das partículas, um grande sucesso da descrição reducionista.

Mas o modelo padrão tem também sérias limitações. Entre outras, não sabemos por que elétrons e prótons têm a mesma carga elétrica, ou qual a origem das massas das partículas de matéria. (E também das três responsáveis pela força fraca.) A idéia mais aceita é que essas massas resultam da interação das partículas de matéria com uma outra partícula, conhecida como "bóson de Higgs". O nome vem do físico indiano Satyendra Nath Bose, que contribuiu para nossa compreensão do comportamento de partículas que têm a tendência de se agrupar no estado de menor energia possível. As partículas de matéria, léptons e quarks, seguem certas restrições quanto à sua distribuição de energia. O bóson de Higgs supostamente cria um meio muito denso, em que as partículas de matéria devem se locomover. O efeito desse movimento em um meio denso é criar uma massa efetiva para as partículas de matéria, que medimos nos aceleradores. É como uma bola de gude movendo-se em água ou em mel. No mel, a partícula move-se com mais dificuldade, como se tivesse uma inércia maior.

O problema é que o bóson de Higgs é muito tímido; até o momento, ainda não conseguimos observá-lo em aceleradores, o que leva muitos a questionar se esse mecanismo de geração de massa está ou não correto. Mas assim caminha a ciência. Avanços ocorrem justamente das brechas no nosso conhecimento, com os experimentos servindo de bengala para nossa cegueira. Na próxima década, aceleradores atingirão energias altíssimas, em princípio capazes de revelar o mecanismo de geração de massa. Se for o Higgs, ótimo. Senão, certamente teremos aprendido algo fundamental sobre esse mundo invisível.

domingo, 10 de outubro de 1999

A grande lixeira nuclear


Nossa sociedade produz quantidades enormes de lixo. Esse lixo é compactado, às vezes tratado e reciclado, enterrado em grandes lixeiras e esquecido. O que fazer com o lixo nuclear, o material altamente radiativo que é produzido no processo de fissão nuclear em reatores?

Infelizmente, com o lixo nuclear, não podemos simplesmente esquecer, acreditando no poder da natureza em "limpar" nossa própria sujeira, como nas encostas de tantos de nossos rios. Com lixo nuclear, a única limpeza vem do tempo: materiais radiativos têm o que chamamos de "meia-vida", o tempo em que sua radiatividade decai a níveis mais aceitáveis. Infelizmente, para alguns materiais nucleares essa vida média pode ser de dezenas de milhares, até milhões, de anos. Mais ainda, o lixo nuclear pode ser tão radiativo que uma exposição de alguns segundos pode matar em dias ou horas.

Esse problema claramente é mais agudo em países que fazem amplo uso da energia nuclear. Mas o lixo vem também das armas nucleares e da aplicação de física nuclear à medicina, como no tratamento de várias formas de câncer. Diferentes tipos de lixo exigem diferentes tipos de tratamento, oferecendo maiores ou menores riscos. Alguns podem até ser reprocessados.

Existe uma ironia por trás do problema do lixo nuclear, que muitas vezes passa despercebida; nós usamos a energia nuclear com fins imediatos, seja para acender a luz em casa ou, há 55 anos, na terrível destruição de duas cidades japonesas e suas populações. O preço é a presença do lixo, a constante e agressiva memória de nossos usos e abusos da energia nuclear. De forma otimista, o uso da energia nuclear será apenas uma rápida fase na história da humanidade, no futuro suplantada por outras fontes de energia, como a solar ou a eólia, que talvez não sejam tão eficientes, mas, sem dúvida, bem mais seguras.

No meio tempo, o lixo nuclear vai se acumulando. Das várias sugestões para seu despojo, vale citar jogá-lo no Sol, no espaço, no fundo do mar, embaixo das calotas polares ou em buracos bem profundos na Terra. Aparentemente, essa última solução é a que está sendo adotada mais seriamente, ao menos pelo governo norte-americano. Técnicos acreditam ter encontrado o local ideal para a grande lixeira nuclear americana: a 150 km de Las Vegas, no meio do deserto, na montanha de Yucca. O projeto, orçado em US$ 35 bilhões, visa criar uma gigantesca cavidade sob a montanha capaz de armazenar, por milhares de anos, 77 mil toneladas de lixo radiativo.

A idéia é manter o lixo em cilindros ultra-resistentes que, associados à própria arquitetura da cavidade, ofereçam um "escudo" praticamente perfeito contra as ações destrutivas da natureza. Enquanto o lixo permanecer isolado, sua radiatividade vai enfraquecendo, até quase tornar-se inofensiva. Trata-se de um projeto único na história da humanidade, que visa construir algo capaz de desafiar a passagem do tempo, permanecendo funcional daqui há 10 mil ou até 100 mil anos. As pirâmides do Egito ainda estão de pé após 4.000 anos, mas não são mais muito funcionais.

Críticos acreditam que o "escudo" não resistirá à contínua ação da água, dizendo que essa estrutura apenas adiará o problema alguns milhares de anos. E isso se um grande terremoto, não raro na região, não destruir a estrutura inteira. E como criar um código capaz de explicar, para alguém daqui há 5.000 anos, o que está enterrado sob a montanha? Como nos comunicaremos no futuro? Será que uma caveira é suficiente? Qual o futuro da linguagem? Imagine que um horrível cataclismo, em 5.000 anos, destrua grande parte da vida na Terra. Um pobre sobrevivente, procurando por outros, se depara com esse estranho sinal, com uma caveira desenhada. "Ah! Deve ser um esconderijo com outros sobreviventes!", pensa nosso azarado. "Deixa eu tentar abrir essa enorme porta aqui..."


domingo, 3 de outubro de 1999

Do nariz de Tycho Brahe aos raios X do Universo



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.