domingo, 29 de fevereiro de 2004

Em busca da ilha misteriosa

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Exploradores do passado sonhavam com ilhas perdidas, cheias de segredos e promessas de grandes riquezas e tesouros. Ou cheias de criaturas terríveis, desde dinossauros e outros animais extintos até monstros criados por cientistas que experimentavam com a genética humana e animal.

Mas as ilhas misteriosas dos físicos e químicos nucleares, mesmo se igualmente fascinantes, são bem menos conhecidas. Ainda que elas tenham a grande vantagem de ser reais. Se, no caso dos exploradores, as ilhas estão em alguma parte do globo terrestre (e, hoje em dia, do espaço sideral), no caso dos físicos e químicos nucleares, as ilhas estão entre os elementos químicos, os tijolos que compõem a matéria da qual nós e tudo o que existe no Universo somos feitos.
Vale lembrar que os elementos químicos que ocorrem naturalmente são diferenciados principalmente pelo número de prótons que têm em seus núcleos: do hidrogênio, o elemento mais abundante no Universo, com um próton, ao urânio, com 92. Elementos químicos mais pesados, ou seja, com mais prótons no núcleo, são artificialmente produzidos em laboratório em colisões a altíssimas energias entre átomos mais leves, ou em explosões nucleares.

O problema é que esses átomos mais pesados são altamente instáveis, desintegrando-se em outros mais leves e bem conhecidos em segundos ou frações de segundo. Essa instabilidade vem principalmente da repulsão elétrica entre os prótons, todos positivamente carregados. Aliás, núcleos com mais de um próton só existem porque outra força atrativa, a força nuclear forte, os mantêm coesos. Essa força é aproximadamente cem vezes mais forte do que a repulsão elétrica entre os prótons. Portanto, quando um número grande de prótons (mais de 92, número presente no urânio) se concentra no núcleo, a força forte não dá conta e ele se torna instável.
Mas será que existem núcleos que, apesar de superpesados, são também estáveis? Desde os anos 60, uma teoria da estrutura nuclear prevê que sim: núcleos são feitos por camadas como uma cebola, onde um certo número máximo de prótons e nêutrons pode ser distribuído em cada camada, como torcedores nos degraus de uma arquibancada.

Núcleos com camadas completas são altamente estáveis. Por exemplo, o núcleo natural mais pesado e estável é o chumbo, com 82 prótons e 126 nêutrons. Esses números de prótons e nêutrons que preenchem exatamente as camadas são chamados de "números mágicos". A grande ilha misteriosa dos cientistas nucleares é uma região de estabilidade prevista para núcleos com 184 nêutrons e 114, 120 ou 126 prótons, não se sabe ao certo. Caso elementos superpesados estáveis sejam encontrados, as possibilidades são fantásticas. Novos materiais, com propriedades químicas talvez totalmente novas e inesperadas, as criaturas da ilha dos cientistas nucleares.

Portanto, a descoberta recente de dois novos elementos químicos superpesados está sendo celebrada com muita fanfarra. Talvez eles sejam os primeiros recifes em torno da ilha prometida. À primeira vista, o alvoroço parece meio exagerado. Afinal, quem dá bola para dois elementos químicos superpesados, um com 113 prótons em seu núcleo e outro com 115, quando se sabe que eles são altamente instáveis, existindo por pouquíssimo tempo antes de se desintegrar em núcleos de átomos mais estáveis e já conhecidos? Mais precisamente, o de 115 prótons, batizado temporariamente de Ununpentio (ou Uup), decai em uma fração de segundo e o de 113, chamado Ununtrio (ou Uut), após 1,2 segundo.

A empolgação vem de dois fatos: primeiro, porque o último elemento químico produzido artificialmente foi descoberto em 1994, com 110 prótons, um hiato de 10 anos na busca pela ilha. Segundo, porque os novos elementos estão bem perto da prevista região de estabilidade.
Os dados, que ainda precisam ser confirmados por outros laboratórios, mas são muito promissores, mostram uma maior estabilidade do elemento Uut, comparado com o Uup. Será que o elemento com 114 prótons, bem entre eles, faz parte da ilha de estabilidade? Ou será que a ilha fica ainda mais longe? De qualquer forma, parafraseando Fernando Pessoa, sonhar é preciso, mas navegar também é preciso. Principalmente se por mares nunca dantes navegados.

domingo, 22 de fevereiro de 2004

O Carnaval da ciência


Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Domingo de Carnaval, e no Brasil, pelo menos, milhões de pessoas estão nas ruas pulando com seus blocos ou torcendo pelas suas escolas.
Este ano marca a entrada de um novo tema nas passarelas: a ciência. A escola de samba Unidos da Tijuca, do Rio de Janeiro, desfilará esta noite com o enredo "O Sonho da Criação e a Criação do Sonho: A Arte da Ciência no Tempo do Impossível", provando definitivamente que ciência também dá samba.

O enredo, desenvolvido com o apoio da Casa da Ciência/Centro Cultural de Ciência e Tecnologia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, explora a função do sonho e da imaginação na criatividade científica, usando como ilustração grandes avanços e descobertas na química, biologia e física. Tem até máquina do tempo.

Genial, essa iniciativa. Combinar a maior festa brasileira com ciência é ajudar a desmitificá-la junto a um público que, na maioria, tem pouco interesse por essas coisas. E o uso do sonho, do papel da imaginação na criatividade científica, como gancho é perfeito, pois ajuda a humanizar a ciência, a mostrar que ela também é fruto dos mesmos anseios e dúvidas que afligem a todo ser humano.

Afinal, a ciência lida com o desconhecido, com questões que vão desde o mundano e prático ao sublime e grandioso. Trazer essa busca pelo conhecimento para a passarela é um experimento que desbrava fronteiras culturais e que mostra grande coragem e inspiração do carnavalesco Paulo Barros e sua equipe.

Ninguém sabe ao certo o que é criatividade, ou por que alguns indivíduos são mais criativos do que outros. É comum dizer que criativo é aquele que consegue ver conexões e estabelecer pontes entre assuntos que, para a maioria, são completamente independentes.
Uma vez estabelecidas, porém, conexões antes ocultas se tornam óbvias, quase inevitáveis. A ciência é uma grande narrativa, uma linguagem que inventamos para traduzir o mundo natural em símbolos e conceitos que possamos compreender. Ela humaniza a natureza.

E a arte humaniza o homem. A junção das duas ocorre justamente na pergunta, na vontade de criar significado, de compreender os dois mundos onde coexistimos, o mundo exterior e o mundo interior (que, na verdade, são o mesmo). As mensagens se complementam e não podem ser separadas por completo.

Se Einstein falava de espaços curvos no início do século 20, e Bohr e outros, da descontinuidade inerente ao mundo atômico, Picasso e Braque falavam da decomposição da forma na pintura e na escultura, da reestruturação do espaço em sua representação gráfica. A ciência revelando uma nova compreensão do espaço e do tempo, e a arte, uma nova forma de expressá-los.
As duas fazem parte de nossa relação com o mundo. E ambas dependem da criatividade humana, da fusão de conceitos distintos, do sonho imaginativo e corajoso que consegue romper padrões estabelecidos e criar o novo.

Sem dúvida, alguns acharão que misturar samba com ciência é deturpar a seriedade do processo científico, transvesti-lo em algo que não é. Eu discordo. É justamente dessas novas roupas que a ciência precisa, para que seja apreciada por um número cada vez maior de pessoas. Isolar as descobertas científicas em jornais científicos e laboratórios é equivalente a esconder todos os quadros e poemas já escritos em um almoxarifado sem porta.

A ciência faz parte de nossa cultura e tem de ser vista como tal. Se o seu significado tem de ser traduzido para que seja captado por setores maiores da população, que seja assim. Ninguém espera aprender ciência a partir de um desfile de carnaval. Mas se pode aprender sobre ciência e, ainda mais importante, por que certos indivíduos decidem dedicar suas vidas na busca por significados e conexões por trás de nossa limitada percepção sensorial do mundo natural.

Portanto, boa sorte, Unidos da Tijuca. Fico orgulhoso de ver a ciência na avenida, em meio a muito samba, suor e cerveja. Afinal, a dança ocorre em vários níveis: das pessoas aos elétrons, prótons, neutrinos e às radiações as mais diversas, algumas vindas dos confins do espaço, outras daqui mesmo, tudo vibrando em freqüências visíveis e invisíveis, espalhando conhecimento e sorrisos em uma noite do verão carioca.

domingo, 15 de fevereiro de 2004

Samba do neutrino doido

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

O Carnaval está chegando, e os vários blocos e escolas estão acertando os últimos detalhes, sincronizando a bateria, apertando as fantasias, colando mais penas nos chapéus, encolhendo alguns milímetros a mais nos biquínis, reescrevendo trechos do samba-enredo. E, no meio do calor e da euforia crescente, os estranhos neutrinos continuam chovendo sobre a Terra, passando por tudo e todos, quase como fantasmas.

O samba dos neutrinos não tem enredo, só energia. Agora mesmo, o leitor está sendo atravessado por trilhões deles por segundo. Mas não se sinta violado. Como já diz o nome ("o pequeno nêutron", claro que dado por um italiano, no caso Enrico Fermi), neutrinos são partículas praticamente inertes, sem carga e com massa extremamente pequena. Aliás, até pouco tempo atrás, achava-se que nem massa eles tinham.

Quando o alemão Wolfgang Pauli propôs a existência do neutrino em 1930, ninguém deu muita bola. A partícula nasceu de parto induzido, para garantir uma das leis mais sacrossantas da física, a lei de conservação da energia. Energia pode se transformar, mas não ser criada. Portanto, um evento envolvendo a colisão de partículas subatômicas como elétrons e prótons tem de ter a mesma energia antes e depois. Mas quando um nêutron se desintegrava em um próton e um elétron (um nêutron isolado é uma partícula instável), ficava faltando energia. Pauli sugeriu que essa energia estava sendo carregada por uma nova partícula, o neutrino. Apenas em 1956 a sua existência foi confirmada. A dificuldade em achar o neutrino vem justamente da sua inabilidade de interagir com partículas de matéria. Eles podem atravessar a Terra inteira sem colidir uma única vez. Daí a sua reputação de partículas-fantasma.

Hoje, sabemos que existem ao menos três neutrinos, cada um associado à uma partícula diferente: o neutrino do elétron, o do múon e o do tau, descoberto há três anos. As partículas múon e tau são primos mais pesados do elétron, com a mesma carga elétrica. Neutrinos são forjados no centro de estrelas como o Sol, em desintegrações de núcleos radioativos e em raios cósmicos, quando prótons produzidos em diferentes regiões do espaço colidem com as moléculas de ar na atmosfera.

Aparentemente, os três tipos de neutrinos podem se metamorfosear entre si, trocando de identidade; o do elétron pode virar o do múon ou o do tau etc. Isso só pode ocorrer se eles de fato têm massa. É um fenômeno parecido com o que ocorre nas cores, que podem ser produzidas a partir de combinações do verde, vermelho e azul com diferentes pesos. Imagine então o neutrino como sendo uma combinação dos três tipos fundamentais, pulando de um para outro durante sua viagem pelo espaço. Esse é o samba do neutrino doido.

Em 1995, a coisa ficou mais complicada. Um experimento no laboratório de Los Alamos, nos EUA, indicou a possível existência de um quarto neutrino, chamado de "neutrino estéril". Se os outros neutrinos são difíceis de serem descobertos com a ajuda de suas interações com a matéria (e esse é o único de jeito de comprovar a sua existência), o neutrino estéril é muito mais. A maioria dos físicos acha que o experimento de Los Alamos está errado. Eles não viram o novo neutrino, mas inferiram a sua presença indiretamente, mostrando que existem três intervalos de massa entre os vários tipos de neutrino, e não dois. Do mesmo jeito que existem três espaços entre quatro dedos da sua mão, se existem três espaços entre as massas dos diferentes neutrinos, é porque existem quatro deles. Se isso for verdade, várias teorias terão de ser recalibradas, desde as que ditam como entendemos a geração de energia em estrelas até as que descrevem as partículas fundamentais da matéria e a expansão do Universo.

Um experimento no Fermilab, perto de Chicago (Illinois, EUA), irá caçar os neutrinos estéreis, produzindo um feixe de neutrinos e usando 800 toneladas de óleo Johnson como alvo. Os neutrinos colidem com os átomos de carbono do óleo, produzindo elétrons e múons, que são detectados. Da razão entre o número de elétrons e múons é possível inferir se existem quatro ou três neutrinos. A análise dos resultados levará anos. Nesse meio tempo, os neutrinos continuarão sambando pelo Universo, seguindo um enredo que só eles sabem.

domingo, 8 de fevereiro de 2004

Clima apocalíptico

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Há décadas cientistas vêm falando sobre os perigos do efeito estufa, o aquecimento da superfície terrestre causado pelo acúmulo de certos gases na atmosfera. A política ambiental americana, como se sabe, é desastrosa. Especialmente no presente governo, controlado por grupos de interesse ligados à indústria do petróleo. Até o presente, as previsões feitas por cientistas com relação a mudanças climáticas enfatizaram que elas são graduais, que os efeitos levariam décadas para serem percebidos.

Como existe um imediatismo na determinação de políticas ambientais (e todas as outras), é sempre mais fácil empurrar essas previsões futuras para o lado, fazendo vista grossa para os sinais já existentes das mudanças que estão por vir. "Temos problemas muito sérios agora. Não dá para ficar pensando no que pode ocorrer no futuro", diria um político sem conhecimento da ameaça climática.

As previsões de que as mudanças serão graduais estão sendo modificadas. Segundo novas pesquisas, podem ocorrer bem mais abruptamente do que o previsto. Em 2002, a Academia Nacional de Ciências dos EUA publicou relatório atestando que o clima pode mudar rapidamente. No Fórum Econômico Mundial do ano passado em Davos, Suíça, Robert Gagosian, diretor do Instituto Oceanográfico de Woods Hole (EUA), fez palestra alertando as autoridades mundiais sobre a possibilidade de que mudanças climáticas radicais ocorram em duas décadas, caso nada seja feito para controlar a emissão de gases-estufa.

Os indicadores incluem o derretimento acelerado das calotas polares e das geleiras alpinas e primaveras prematuras nas latitudes ao norte do planeta. A influência mais dramática do aquecimento global é na chamada corrente do Golfo, que circula dos trópicos ao Atlântico Norte e afeta o clima da Europa e o leste da América do Norte.

Na medida em que a corrente flui para o norte, ela libera calor, tornando-se mais densa. Um líquido mais denso sempre afunda quando em contato com outro menos denso, como mel em água. A corrente, mais densa, afunda na região do Atlântico Norte, circulando de volta aos trópicos, onde ela é reaquecida antes de fluir outra vez para o norte.
Quando a temperatura global aumenta, esse processo é modificado: com o degelo das calotas polares e geleiras, mais água doce entra no oceano, diminuindo a salinidade e a tendência de afundar. Isso pode interromper o circuito da corrente, provocando mudanças climáticas no hemisfério Norte similares às que ocorreram nos períodos glaciais.

Claro, não foi a poluição causada pelo homem que provocou a glaciação que ocorreu entre 78 mil e 13 mil anos atrás. Na verdade, não se sabe ainda exatamente o que a causou. Até bem recentemente, acreditava-se que o resfriamento teria ocorrido no planeta inteiro. Mas o estudo de certas camadas rochosas da Nova Zelândia mostrou que o hemisfério Sul não sofreu resfriamento comparável ao Norte, cujas temperaturas médias caíram mais de 7C. Parece pouco, mas não é. Durante a Idade do Gelo, a maior parte da América do Norte e da Europa foi coberta por uma espessa camada de gelo.

A indústria cinematográfica americana, como não poderia deixar de ser, já está preparando o superfilme-desastre, para julho de 2004. Nele, o ator Dennis Quaid faz o papel de um cientista que tenta salvar o mundo de uma catástrofe climática de dimensões apocalípticas, causada justamente por uma nova Idade do Gelo desencadeada pelo efeito estufa.

Segundo estimativas ainda bem preliminares, se a corrente parar de esquentar os países do Atlântico Norte, icebergs poderão ser vistos em Portugal. (E os portugueses vão querer voltar para cá.) Se o aquecimento não for tão extremo, poderá causar uma Mini-Idade do Gelo, como a que ocorreu entre 1300 e 1850, com invernos rigorosos, tempestades devastadoras e grandes secas.

Longe de mim querer ser alarmista bem antes do Carnaval. Mas a questão climática não pode ser deixada de lado. Não é este o mundo que queremos deixar para as futuras gerações.

domingo, 1 de fevereiro de 2004

Essa estranha gravidade

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Tudo cai, ao menos aqui na Terra. Cada vez que deixo cair as chaves, dinheiro, um copo (em geral cheio), enfim, coisas do dia-a-dia, imagino a gravidade, sorridente, dizendo: "Tá vendo, não dá para você se esquecer de mim".

De tão habituados que estamos com esse fato, nem nos perguntamos por que as coisas caem. Aliás, nem tudo cai. Caso contrário, balões de hélio ou hidrogênio, ou mesmo aqueles de São João, não subiriam. É mais correto dizer que cai tudo que é mais denso do que o ar.
Para evitar confusão, vamos deixar o ar de lado. Entra Galileu Galilei, na virada do século 16 para o 17. Foi o primeiro a perceber que, na ausência de ar, todos os objetos, sejam eles penas de galinha ou balas de canhão, caem com a mesma aceleração: se a pena e a bala caírem da mesma altura, chegarão ao chão ao mesmo tempo. Se não houvesse ar, claro.

Galileu não se perguntou por que as coisas caem. Ele se contentou em descrever como elas caem. Em 1600, William Gilbert, o médico da rainha Elizabeth 1ª da Inglaterra, sugeriu que a Terra era um ímã gigantesco (é mesmo, por isso funcionam as bússolas). Alguns anos mais tarde, Johannes Kepler, o alemão genial que revolucionou a astronomia, sugeriu que o Sol exercia uma força sobre os planetas que fazia com que eles girassem à sua volta. Ele julgou que essa força fosse magnética, já que ela agia à distância: o Sol não precisa tocar nos planetas para fazê-los girar à sua volta.

Entra Isaac Newton. Inspirado por Kepler e por Galileu, deu o grande passo que faltava: a força não é magnética e não existe só no Sol. Ele sugeriu que a força fosse gravitacional, agindo igualmente sobre os dois corpos.
Não é que a Terra atraia os objetos, fazendo com que eles caiam. Os objetos também atraem a Terra, com uma força da mesma magnitude e em sentido contrário. Só que, como a massa da Terra é muito maior do que a dos objetos, ela praticamente não se mexe, enquanto o objeto vai ao seu encontro.

Claro, quando o objeto é o Sol, é a Terra que se mexe: a sua órbita corresponde ao movimento de um corpo que está caindo sempre. Explico: imagine um canhão no alto de uma montanha muito alta. Se ele atirar uma bala sem muita velocidade, ela cairá perto da base da montanha. Quanto maior a velocidade, mais longe da base cairá a bala. Se a velocidade for muito alta, a bala seguirá a circunferência da Terra sem jamais tocar o solo. Ou seja, a bala entrará em órbita.

Órbita, então, é simplesmente a queda de um objeto que tem velocidade horizontal alta o suficiente para jamais tocar o solo. Segundo Newton, todo corpo com massa atrai outros corpos gravitacionalmente. E é igualmente atraído por eles. A teoria da gravidade de Newton descreve eficientemente os movimentos que vemos aqui na Terra e as órbitas dos planetas, cometas e outros objetos celestes. Mas ela não explica o que causa essa atração. Que propriedade estranha é essa que corpos exercem uns sobre os outros?

A massa do corpo indica a intensidade dessa atração. Mas por quê? Newton não tentou explicar. Ele dizia que entender isso não era relevante. (Mas, se tivesse entendido, aposto que não teria dito isso.)

Uma teoria científica explica o como dos fenômenos, e não os porquês. A teoria dele funcionava supondo uma atração a distância entre duas ou mais massas. Já era o suficiente.

Entra Albert Einstein, dizendo que a gravidade não precisa ser entendida como uma ação a distância entre dois corpos. Ela pode ser entendida como conseqüência da distorção da geometria do espaço na vizinhança de uma massa. Imagine um trampolim. Se não tem ninguém nele, ele fica plano. Uma bola de gude posta sobre a sua superfície não se mexe. Agora, imagine alguém na ponta do trampolim. Ele encurva. A bola de gude é acelerada em direção à pessoa.
Einstein disse que o mesmo ocorre com a curvatura do espaço. Em torno de uma massa, o espaço é curvo, e objetos são acelerados. Não sentimos isso porque nossas massas são muito pequenas para encurvar o espaço à nossa volta. Ainda bem. Caso contrário, a vida seria extremamente complicada.

Mas por que, perguntaria o leitor, a presença de uma massa encurva o espaço à sua volta? Que efeito estranho é esse? Pois é, que efeito estranho é esse? Einstein não saberia responder, e muito menos eu. Precisa entrar mais alguém.