Deus, Einstein e os dados

Ao escrever que Deus não joga com dados, Einstein demonstrou incômodo com a mecânica quântica

Talvez o leitor tenha já ouvido falar da famosa frase de Einstein em carta ao físico Max Born, de 4 de dezembro de 1926, popularizada como "Deus não joga dados". Que dados e que Deus eram esses?
Einstein referia-se à física quântica, que explica o comportamento dos átomos e das partículas subatômicas, como elétrons, prótons e fótons, as "partículas de luz".

Os "dados" aqui aludem a probabilidades, ao fato de no mundo quântico ser impossível determinar onde um objeto vai estar. No máximo, podemos calcular a probabilidade de ele ser encontrado aqui ou ali, com esta ou aquela energia.

Isso era bem diferente da física anterior, na qual ao saber a posição e velocidade de um objeto era possível, em princípio, determinar sua posição futura com precisão limitada só pelo instrumento de medida.

Para Einstein, uma física não determinista não podia ser a última palavra na descrição da natureza.
Outra versão, mais abrangente, deveria explicar as probabilidades e os paradoxos do mundo quântico. Aparentemente, Einstein estava equivocado. Deus joga dados sim.

A versão completa da frase de Einstein é um pouco diferente: "A mecânica quântica é certamente impressionante. Mas uma voz interior me diz que não é ainda a coisa real. A teoria diz muito, mas não nos traz mais perto dos segredos do Velho. Eu, pelo menos, estou convencido de que Ele não joga com dados".
O "Velho" aqui é uma figura metafórica representando não o Deus judaico-cristão, mas o espírito da natureza, a essência da realidade.

Para Einstein, a função da ciência é desvendar essa estrutura, revelar como funciona o mundo.
Por outro lado, ele tinha consciência de que nossas formulações científicas eram meras aproximações do que realmente ocorre: "Vejo a natureza como uma estrutura magnífica que podemos compreender apenas imperfeitamente e que deveria inspirar em qualquer pessoa com capacidade de reflexão um sentimento de humildade".

O que incomodava Einstein era a interpretação da mecânica quântica, que diferia da sua visão de mundo. Em parte, foi ele mesmo o culpado, ao propor que a luz podia ser interpretada como onda (como todos já sabiam em 1905) ou como partícula. Como é que a mesma coisa poderia se manifestar de formas tão diferentes?

A coisa piorou quando a equação descrevendo elétrons em torno de núcleos atômicos, a "mecânica ondulatória" que Erwin Schrödinger propôs em 1926, descrevia algo imaterial. Em vez de uma onda normal, como uma de água, a equação descreve uma "função de onda" cuja interpretação, proposta por Born, era muito estranha: o quadrado (para os experts, valor absoluto) da função dava a probabilidade de medirmos a partícula em determinada posição ou com determinada energia.

Ou seja, a equação fundamental da matéria não descrevia matéria!

Nesse caso, a essência da natureza não era algo de concreto, mas uma abstração matemática. A teoria funcionava, mas sua interpretação era um mistério. Esse era o problema que Einstein tinha com o Deus que joga dados. E até hoje, quando físicos começam a pensar no assunto, não conseguem evitar uma certa ansiedade, mesmo com todo o sucesso da física quântica.

Quão rara é a vida no Universo?

Satélites querem identificar planetas parecidos com a Terra, mas a ciência mostra que somos raros e valiosos

NESTA SEMANA, a agência espacial americana Nasa autorizou a construção de um satélite caçador de planetas parecidos com a Terra, mas que giram em torno de estrelas distantes. Com o nome de Tess (do inglês "Transit Exoplanet Survey Satellite"), ele identificará a ligeira queda da luz estelar provocada pela passagem de um planeta à frente de uma estrela, o método do "trânsito", e deverá ser lançado em 2017.

Kepler, a missão atual, usa o mesmo método e vem identificando milhares de potenciais planetas e confirmando centenas deles. Tess buscará planetas em uma região bem mais ampla do céu, focando em estrelas mais brilhantes.

Com isso, cientistas esperam identificar planetas mais parecidos com a Terra. A questão é saber quão raro é o nosso planeta, já que a maioria das estrelas tem planetas orbitando à sua volta.

Nossa galáxia, a Via Láctea, tem em torno de 200 bilhões de estrelas. Se pelo menos metade delas tem planetas e se, em média, estrelas têm em torno de quatro planetas, chegamos a 400 bilhões de planetas só na nossa galáxia.

Como não só planetas mas também suas luas podem ter condições favoráveis à vida, o número pode chegar a um trilhão de mundos. Sabemos que ao menos um planeta nesse trilhão tem vida. Quantos outros podem ter? Milhões? Centenas? Nenhum?

Parte da resposta depende justamente da frequência com que planetas rochosos como a Terra aparecem dentro da "zona habitável", a região em torno de uma estrela onde planetas e luas podem ter água líquida. A complicação é que certas luas fora dessa zona podem ter água líquida, como é o caso de Europa, a lua de Júpiter, que tem um oceano com quatro vezes mais água do que todos os oceanos da Terra, sob uma camada de gelo de dois quilômetros de espessura.

Portanto, um otimista diria que o Universo é cheio de vida, que é questão de tempo até acharmos algum sinal disso. Afinal, com tantos planetas e luas por aí... Só que a vida é algo muito complexo. O primeiro passo --reações químicas que de alguma forma geram vida da não vida-- não é algo trivial. Tanto que não temos a menor ideia de como repeti-lo no laboratório.

Missões como Kepler e Tess poderão até identificar traços de substâncias ligadas à vida na atmosfera de exoplanetas, como o ozônio e o oxigênio. Se isso ocorrer, teremos evidência de que a vida pode existir por lá. E é muito provável que algum tipo de vida simples exista em outros mundos.

Mas se você for um entusiasta de inteligências extraterrestres, a coisa fica bem mais difícil. Da vida simples aos seres multicelulares --e destes aos inteligentes--há muitos obstáculos que dependem dos detalhes da história do planeta.

Junte a isso a ausência de contato com "eles" e vemos que provavelmente estamos sós. Se não sós, ao menos isolados neste canto da galáxia. O que significa que somos raros e valiosos. Essa é uma das grandes revelações da ciência atual. Basta o mundo se convencer disso e começar a mudar.

A mágica receita cósmica

Possível sinal de matéria escura pode ser o primeiro raio de luz que iluminará nossa treva atual

A história da ciência é permeada de substâncias invisíveis e matérias obscuras.

Em 1667, o alquimista e médico alemão Johann Joachim Becher, procurando entender a combustão, propôs que substâncias queimavam devido à liberação de "flogisto": uma substância sem flogisto não queimava. A hipótese foi questionada quando se demonstrou que certos metais ganhavam peso quando queimavam, algo difícil de conciliar com a perda de uma substância.

Como solução, alguns especularam que o flogisto era mais leve do que o ar, enquanto outros sugeriram que tinha peso negativo. Esse tipo de atitude não é raro em ciência -quando uma ideia começa a falhar, medidas são tomadas para resgatá-la. Só com tempo e provas experimentais a ideia é abandonada ou modificada até fazer sentido.

Apenas em 1783 o grande químico francês Antoine-Laurent Lavoisier demonstrou que a combustão requer a presença de oxigênio e que a massa dos reagentes permanece constante em toda reação química: "Em todas as operações da natureza nada é criado; uma quantidade idêntica de matéria existe antes e depois do experimento".

Porém, confuso sobre a natureza do calor, Lavoisier propôs outra substância estranha, o "calórico". As coisas esfriam devido ao fluxo de calórico do quente ao frio. Para respeitar sua lei de conservação, o calórico não podia ter massa, sendo uma espécie de éter capaz de fluir.

O calórico, errado mas útil, foi abandonado em meados do século 19, quando se mostrou que o calor é uma forma de movimento, uma agitação da matéria.

Em pleno século 21, eis que vivemos num Universo pleno de substâncias obscuras. Observações astronômicas confirmam que a receita cósmica é um tanto estranha. Os números são revisados cada vez que um novo experimento publica resultados, como foi o caso do satélite europeu Planck há duas semanas.

Mas a estranheza permanece. Os átomos dos quais você e eu somos feitos são a minoria absoluta, contribuindo apenas com 4,9% do total. Do resto, sabemos menos.

Há duas contribuições principais: a matéria escura (26,8%) e a energia escura (68,5%). O adjetivo "escuro" vem do fato de não podermos "ver" tais substâncias. Sabemos que existem devido à sua ação sobre a matéria comum, os 4,9% que formam galáxias e estrelas.

Isso porque ambas substâncias escuras atuam gravitacionalmente: a matéria escura, provavelmente formada de algum tipo de partícula, circunda as galáxias como um véu translúcido; a energia escura, bem etérea, banha o Cosmo por inteiro e é sentida apenas em escalas gigantescas, de centenas de milhões de anos-luz. É ela a responsável por causar a aceleração do Universo.

Será que essas substâncias são nosso novo flogisto? Pouco provável. (Se bem que Lavoisier diria o mesmo do seu calórico.)

A matéria escura deforma o espaço à sua volta, fazendo com que raios de luz sejam desviados, e esse desvio é detectado.

Nesta semana, o primeiro sinal promissor de uma detecção foi feito por um instrumento da Estação Espacial Internacional. Ainda é cedo para confirmar, mas pode ser o primeiro raio de luz que iluminará nossa treva atual.