Uniformitarianismo versus catastrofismo

Quando eu era garoto, minha família costumava passar os fins de semana em Teresópolis, uma cidade na Serra dos Órgãos, perto do Rio de Janeiro. "Subir a serra" era para mim uma aventura fantástica: a densa mata atlântica circundando os picos dramáticos das várias montanhas, árvores teimando em crescer sobre pedra, tantas vezes desafiando a gravidade em sua audácia. Perto do famoso Dedo de Deus, um imenso paredão aponta verticalmente para o céu, elevando-se por uns 200 metros antes de começar a encurvar-se gradualmente. Numa dessas subidas, eu perguntei ao meu pai, "As montanhas não mudam nunca?" "Claro que sim", ele respondeu, "Mas o tempo para uma montanha passa muito mais devagar do que para nós ou para uma árvore". Passados muitos anos, o paredão continua lá, essencialmente idêntico, decorado por árvores que mudam a cada estação.

Essa visão da transformação gradual da Terra, introduzida por Charles Lyell em 1830, é conhecida como uniformitarianismo. Durante os anos 60 essa visão ganhou ainda mais força com a descoberta da "tectônica de placas", onde geólogos observaram que a crosta terrestre pode ser interpretada como sendo composta por enormes placas continentais flutuando lentamente, como navios à deriva em um mar de fraca correnteza. A velocidade dessas placas é de apenas alguns centímetros por ano, comparável à velocidade de crescimento de suas unhas. Portanto, não só os processos erosivos que esculpem as montanhas como, também, os processos de formação de montanhas e continentes satisfazem ao gradualismo proposto por Lyell. Os eventos mais dramáticos ficam restritos a erupções vulcânicas, dilúvios e mudanças climáticas.

Mas a Terra não pode ter sempre gozado de uma existência pacífica, onde tudo ocorre gradualmente. A superfície da Lua e de planetas vizinhos, como Mercúrio e Vênus, é coberta por enormes crateras, cicatrizes de um passado extremamente violento. Durante o seu primeiro bilhão de anos, o Sistema Solar se assemelhava a uma galeria de tiro ao alvo, com a Terra sofrendo intenso bombardeio devido a colisões com asteróides e cometas. Hoje, acredita-se que a própria Lua teria sido arrancada da Terra devido a uma colisão com um protoplaneta de dimensões semelhantes à de Marte. Dentro dessa visão, a infância da Terra não teve nada de gradual ou uniforme, tendo sido pontuada por impactos de dimensões catastróficas.

Vem à mente a imagem de um escultor perante um enorme bloco de pedra. Suas primeiras ações são violentas, retirando grandes pedaços de pedra até que o bloco assuma a estrutura básica da estátua final. A partir daí, o escultor irá detalhar gradualmente o bloco já formado, até que ele chegue à forma desejada. A Terra continuará sempre em formação, visto que as placas continentais permanecem à deriva. Mas a era das transformações catastróficas já terminou. A história da Terra revela uma complementaridade essencial entre o catastrofismo e o uniformitarianismo: o que vemos hoje é produto de ambos processos geológicos, um local e outro nos ligando ao cosmos.

Essa complementaridade pode ser estendida à própria diversificação da vida sobre a Terra. A teoria da evolução de Darwin foi fortemente influenciada pelas idéias de Lyell: as raras mutações que ocorrem nas diversas espécies são ainda mais raramente benéficas à sua sobrevivência. As espécies são extintas gradualmente, por exemplo, devido a mudanças ambientais ou a um desequilíbrio na população entre predador e presa. A evidência dessa extinção gradual é obtida por meio de escavações, onde procura-se por fósseis de uma determinada espécie. Em uma extinção gradual, a abundância dos fósseis diminui aos poucos, e não abruptamente. Porém, o catastrofismo também invadiu a biologia. Hoje, temos evidência de que várias espécies foram extintas subitamente, com seus fósseis desaparecendo misteriosamente após uma certa data. Em muitos casos, incluindo o dos dinossauros, esse desaparecimento foi causado por colisões catastróficas com objetos celestes. Ou seja, mesmo que as colisões tenham sido mais abundantes na infância da Terra, elas ocorreram também em épocas mais recentes. A diversidade da vida, tal como a da geologia do nosso planeta, é consequência da complementaridade entre o uniformitarianismo e o catastrofismo.

Prevendo o destino do cosmo

Todos os dias, milhões (bilhões?) de pessoas lêem o seu horóscopo em jornais e revistas, ansiosos por antecipar os eventos de suas vidas: Será que terei sorte na loteria? No amor? No trabalho? Será que viverei por muitos anos? É extremamente sedutor tentar prognosticar o nosso destino, tentar burlar as surpresas que o tempo nos trará. Esse interesse em prognosticar o futuro não se restringe à nossa vida individual. Se as nossas vidas têm uma duração finita, o que será do cosmo em que vivemos? Afinal, a Terra também tem uma história, com um princípio (há 4,6 bilhões de anos), um meio (a época atual) e um fim (em aproximadamente 5 bilhões de anos, quando o Sol entrar em seus estertores finais).

Apesar do tom pessimista, o fim da Terra não representa necessariamente o fim da espécie humana. Podemos imaginar que, em alguns milhões de anos (ou menos), iremos desenvolver tecnologias capazes de nos transportar para um outro sistema planetário, colonizando outras partes da galáxia do mesmo modo que exploradores do século 16 colonizaram novos continentes. Mas a situação se complica se o Universo entrar em pane. Nos últimos 50 anos, a cosmologia mostrou que o cosmo também tem uma história, com um princípio (há aproximadamente 14 bilhões de anos), um meio (a época atual, em que o Universo contém bilhões de galáxias e, no mínimo, uma espécie inteligente) e um fim. E, se o Universo inteiro desaparecer, realmente estaremos encurralados pelo fim do tempo. A menos, claro, que descubramos passagens para outros universos, o que no momento viola várias leis da física. Deixando de lado tal possibilidade, a questão do fim do cosmo se torna extremamente importante: o que diz a cosmologia a respeito?

Até 1998, a resposta era imediata: o destino do Universo depende da quantidade de matéria que ele possui. A física que descreve a evolução do Universo é ditada pela teoria da relatividade geral, de Einstein. Para tornar as coisas mais simples, uma excelente analogia pode ser feita entre o destino cósmico e um foguete escapando da gravidade terrestre. No caso do foguete, duas forças estão em jogo: a gravidade terrestre atrai o foguete, dificultando o seu escape (e o foguete atrai a Terra de volta, sem muitos resultados), e as turbinas do foguete o impulsionam em direção ao espaço.

Quanto mais potente for o foguete, maior a altura que ele alcançará. No final, o foguete atingirá uma velocidade suficiente para escapar da gravidade terrestre. Essa velocidade é conhecida como "velocidade de escape" (a velocidade de escape para a Terra é de 11 quilômetros por segundo). Portanto, existe uma competição entre a gravidade terrestre e a potência das turbinas do foguete.

Voltando ao Universo, a competição é semelhante: a quantidade total de matéria no Universo tende a diminuir sua taxa de expansão, como se o Universo estivesse tentando escapar de sua própria gravidade. Portanto, tudo depende de quanta matéria (e energia, pois, devido à famosa relação E=mc2, não podemos separar as duas) existe no Universo. Se o Universo tiver menos matéria do que a sua densidade crítica (a densidade de "escape"), sua gravidade não será suficiente para reverter a sua expansão em contração. Caso contrário, o Universo entrará em uma fase de contração que terminará em seu colapso final. O desafio é então "medir" a quantidade de matéria no Universo e compará-la com a densidade crítica. Mas, em 1998, tudo mudou.

Astrônomos descobriram que o Universo está passando por uma fase em que a sua expansão está sendo acelerada. Essa aceleração não cabe no modelo simples do Universo escapando da própria gravidade. Para que o Universo esteja acelerando, um outro ingrediente é necessário, uma espécie de antigravidade, conhecida como constante cosmológica.

A presença da constante cosmológica complica as previsões do destino do Universo baseadas apenas em sua quantidade de matéria. Por exemplo, é perfeitamente possível que o Universo tenha densidade acima da crítica, sem jamais entrar em colapso. Para piorar, não basta medirmos o valor atual da constante cosmológica. E se ele mudar no futuro, por exemplo, indo a zero? Caso a aceleração cósmica seja confirmada, será difícil (se não impossível) prevermos o destino do cosmo. Teremos de aprender a viver com essa incerteza.

Os cinco eclipses mais importantes da história

O primeiro eclipse total do Sol do novo milênio ocorreu no dia 21 de junho passado. Apenas aqueles que se encontravam dentro de uma faixa varrende oeste a leste o cone sul da África tiveram o privilégio de assistir ao vivo um dos espetáculos mais emocionantes da natureza. Tal como no eclipse de agosto de 1999, eu acompanhei um grupo de ex-alunos do Dartmouth College, a universidade onde leciono nos EUA, misturando turismo com aulas de astronomia. No nosso navio, posicionado a oeste de Madagascar, estavam também grupos da Universidade Harvard e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, cada um deles com o seu professor. A coluna de hoje foi inspirada por uma das palestras proferidas por Owen Gingerich, um famoso historiador da ciência e o responsável pelo grupo de Harvard.

O tema da palestra de Gingerich era "Os cinco eclipses mais importantes da história". Claro, a escolha dos "cinco mais" tem uma grande dose de arbitrariedade. De qualquer forma, os cinco eclipses selecionados tiveram mesmo um papel muito importante no desenvolvimento da astronomia. O primeiro ocorreu no dia 28 de maio de 585 a.C. Supostamente, esse eclipse teria sido "previsto" pelo grego Tales de Mileto, considerado por muitos, inclusive o grande Aristóteles, como o primeiro dos filósofos ocidentais. O ponto crucial aqui não é o eclipse, mas sua previsão. Antes de Tales, os fenômenos naturais eram atribuídos a ações divinas e não a fatores compreensíveis racionalmente. Os céus passaram a ser acessíveis à razão, inaugurando nova era do pensamento humano.

Saltando mais de 2.000 anos de história, o segundo eclipse da lista ocorreu no dia 18 de julho de 1860. Esse foi o primeiro eclipse a ser fotografado -e o casamento entre a astronomia e a fotografia é um dos mais felizes da história da ciência. As fotos facilitaram a descoberta de que os jatos de gás incandescente conhecidos como proeminências surgem da superfície solar e não externamente a ela, conforme se acreditava na época. No dia 18 de agosto de 1868, durante o terceiro eclipse da lista, um espectroscópio revelou, pela primeira vez, a composição química dos gases presentes nas proeminências. Em 1859, os alemães Bunsen e Kirchhoff haviam demonstrado que cada elemento químico tem o seu próprio espectro de emissão de luz, obtido quando uma amostra do elemento é aquecida a ponto de emitir radiação. O espectro das proeminências solares revelou claramente as linhas vermelhas, verdes e azuis do hidrogênio. Mas o espectro também revelou a presença de linhas amarelas que não correspondiam a qualquer elemento encontrado na Terra até então. Esse "novo" elemento foi chamado de hélio, em homenagem ao deus grego ligado ao movimento do Sol pelos céus.

O quarto eclipse da lista ocorreu no dia 7 de agosto de 1869. Dessa vez, fotografou-se o espectro da coroa, a região externa ao disco solar, cuja beleza translúcida é apenas visível durante eclipses totais ou quando o disco solar é artificialmente obscurecido. Vários elementos foram identificados, incluindo o hélio e um outro elemento misterioso, que ficou conhecido como "coroneum". Apenas no século 20 ficou claro que o elemento "coroneum" não era um novo elemento químico presente apenas na coroa solar, mas sim o elemento ferro altamente ionizado.

Um elemento ionizado tem um ou mais de seus elétrons retirados de seu átomo. No caso do "coroneum", metade dos elétrons dos átomos de ferro foi arrancada. Com isso, astrônomos concluíram que a coroa não só é extremamente tênue -os átomos de ferro não conseguem resgatar novos elétrons para voltar ao seu estado não-ionizado- mas que ela também goza de temperaturas altas o suficiente para promover as colisões responsáveis pela dramática ionização dos átomos de ferro. Ainda não se sabe ao certo por que razão a coroa apresenta temperaturas tão altas.

O último dos eclipses da lista ocorreu em 1919, varrendo uma faixa entre o Ceará e a Guiné, na costa oeste da África. Astrônomos confirmaram que a força da gravidade pode ser interpretada como a curvatura do espaço em torno de um corpo maciço, conforme previu Einstein. Ao passar junto ao Sol, a luz proveniente das estrelas é desviada de sua trajetória retilínea. A curvatura do espaço é revelada durante um eclipse, modificando profundamente nossa percepção do Universo onde vivemos.

A nova super-rede

O desenvolvimento dos computadores nos últimos 15 anos vem modificando profundamente a pesquisa científica nas áreas mais variadas, da cosmologia até a geologia e a genética. Eu me lembro, quando ainda era estudante de doutorado em meados dos anos 80, da dificuldade que era rodar um programa relativamente simples. Primeiro, era preciso ir ao prédio onde estavam os terminais de acesso aos computadores (caso não fosse necessária a leitura de cartões).

Depois, era longa a espera até que o pequeno processador calculasse as derivadas de que precisava para resolver a minha equação. Finalmente, eu tinha de esperar os resultados serem impressos na impressora central e ficar na fila para recebê-los. Era possível fazer um gráfico das soluções, mas a tecnologia existemnte era bastante primitiva. Para a maioria das pessoas, criar uma animação das soluções era coisa de ficção científica.

As ciências físicas baseiam-se em modelos matemáticos usados na descrição dos fenômenos naturais. Muitas vezes essa descrição envolve equações que não podem ser resolvidas "à mão", isto é, não é possível encontrar soluções dessas equações em termos de funções matemáticas comuns, como o seno ou o logaritmo. Em outros casos, temos de resolver muitas equações ao mesmo tempo, o que seria humanamente impossível. É aqui que residem as mais importantes aplicações dos computadores nas ciências físicas: o que não podemos resolver à mão, resolvemos numericamente, por meio de cálculos aproximados realizados em computadores. Claro, quanto mais complicada a equação (ou equações), mais poderoso deve ser o computador. Por exemplo, hoje sabemos que as galáxias não estão distribuídas pelo cosmo ao acaso, mas sim respeitando uma estrutura extremamente complexa. Uma imagem útil na descrição da distribuição de galáxias é a de um banho de espuma. As galáxias estão distribuídas na superfície das bolhas, enquanto seu interior é essencialmente vazio. Usando a lei da gravitação, é possível simularmos a distribuição de galáxias observada por astrônomos, testando assim as teorias de formação da estrutura cósmica. Para isso são usados os computadores mais poderosos do mundo, capazes de resolver mais de 258 milhões de equações conjuntamente, com 512 processadores em paralelo.

Em cálculos dessa natureza, quanto maior o número de processadores, melhor. É aqui que entra a idéia da "super-rede": por todo o mundo, milhões de computadores passam uma enorme parte de seu tempo em hibernação, esperando por novos cálculos ou tarefas. Por que não criar uma super-rede, capaz de identificar quais computadores estão sendo subutilizados, integrando-os em cálculos feitos em outros computadores? Como um gigantesco polvo estendendo seus tentáculos, a super-rede otimizaria o uso dos computadores, conectando máquinas em Pequim e São Paulo para realizar os cálculos de um meteorologista russo ou de um geólogo australiano.

Tal como com o desenvolvimento da internet, são os físicos que vêm tentando desenvolver programas capazes de reconhecer quais nódulos na super-rede são utilizáveis em um dado momento e como integrá-los nos cálculos, oferecendo ao mesmo tempo uma interface que torna a sua utilização relativamente fácil. Por exemplo, os programas sendo testados atualmente decidem por si só como otimizar a distribuição das tarefas entre os vários nódulos. Essas incluem não só a resolução de equações em simulações, mas, também, a análise de enormes quantidades de dados. Como um outro exemplo, experimentos envolvendo colisões de partículas elementares a altas energias produzem milhares de trilhões de bits de dados por ano, cujas análises mais primárias necessitam de 20 trilhões de operações por segundo. O computador mais veloz atualmente pode processar "apenas" 3 trilhões de dados por segundo. O apetite por maiores velocidades de processamento e armazenamento de dados só tende a crescer.

Dois problemas essenciais com a super-rede são a fidelidade e a rapidez na transmissão de informação, além da segurança. Como um gigantesco animal cibernético, é importante que a super-rede tenha excelentes sistemas cardiovascular (para o fluxo de informação) e imunológico (na defesa contra um vírus). Caso contrário, a super-rede será a Torre de Babel da era da informática.

O Universo em transição

Durante o século 20, nossa concepção do Universo mudou profundamente. De um Universo estático, proposto por Einstein em 1917, passamos a um Universo em expansão, onde galáxias afastam-se umas das outras com velocidades proporcionais à sua distância. Quanto mais longe a galáxia, maior a sua velocidade de "recessão". Até 1924, não se sabia ao certo se a Via Láctea era a única galáxia ou se outras nebulosas visíveis com telescópios também o eram. Hoje sabemos que a Via Láctea é apenas uma entre centenas de bilhões de galáxias, cada uma com centenas de bilhões de estrelas. É extremamente difícil concebermos a grandiosidade do Universo a partir de nossa limitada percepção terrestre. Mas é justamente esse o objetivo da astronomia e da cosmologia.

Sabemos também que o Universo em que vivemos surgiu há cerca de 14 bilhões de anos. Não sabemos ao certo os detalhes dessa origem: nossas leis não se aplicam às condições brutais de temperatura e pressão que reinavam nos primeiros instantes de existência do cosmo. A verdade é que não é necessário que saibamos os detalhes do nascimento do Universo para descrevermos o que aconteceu durante a sua infância. Claro, nossa descrição seria mais completa se soubéssemos esses detalhes, e muitas das dúvidas que temos hoje seriam resolvidas. Porém, podemos perfeitamente deixar de lado a questão da origem e investigar o que ocorreu no Universo durante os seus primeiros momentos de existência. Os detalhes do parto são importantes, mas não são fundamentais.

Quando o astrofísico George Gamow propôs o modelo do Big Bang, durante a década de 1940, ele supôs que o Universo primordial fosse composto de uma sopa de partículas elementares, os tijolos fundamentais da matéria. Na época, esses tijolos consistiam de prótons, nêutrons, elétrons -as partículas que compõem os átomos-, mais os fótons -as partículas da radiação eletromagnética- e os neutrinos, partículas sem massa que participam de processos radioativos. O que Gamow não se perguntou foi de onde vinham essas partículas. Segundo as leis da mecânica quântica, a parte da física que estuda os átomos e as partículas subatômicas, cada partícula deveria ser acompanhada de sua antipartícula, que é essencialmente idêntica a ela, mas com carga elétrica oposta (além de outras propriedades menos importantes). O pósitron, a antipartícula do elétron, tem carga positiva; o antipróton, a antipartícula do próton, tem carga negativa.

O problema é que, segundo a mecânica quântica, partículas e antipartículas deveriam aparecer em pé de igualdade. Mas sabemos que isso não ocorre: quando partículas encontram suas antipartículas, ambas se desintegram em radiação. Nesse caso, não existiriam seres vivos se perguntando sobre a sua origem. Por que existe mais matéria do que antimatéria? Essa é uma das perguntas mais importantes da física moderna.

Uma das possibilidades é que as forças que regem as interações entre as partículas de matéria favoreçam a produção de matéria sobre a de antimatéria. Em particular, segundo as teorias atuais, duas delas, a força eletromagnética e a força nuclear fraca, comportam-se de forma semelhante em altas temperaturas. Ou seja, elas se comportam como uma única força, a força "eletrofraca". No Universo primordial, as altas temperaturas eram ideais para a unificação das duas forças. Com a expansão, a temperatura cai e as forças passam a se comportar de forma distinta. É nesse processo de separação da força eletrofraca nas forças fraca e eletromagnética que o excesso de matéria sobre antimatéria pode ocorrer.

Quando vapor d'água é resfriado rapidamente, vemos a condensação de gotas de água líquida. Imagine que, no Universo primordial, a força eletrofraca correspondesse à fase de vapor e as forças já separadas correspondessem à fase líquida. Com o resfriamento do Universo, bolhas da fase líquida aparecem no interior do vapor. No vapor, matéria e antimatéria coexistem, mas é possível criar mais matéria do que antimatéria. Dentro das bolhas isso já não é possível. A parede da bolha funciona como uma espécie de filtro, através do qual entra mais matéria do que antimatéria. Segundo as teorias atuais, esse excesso tornou possível a existência de galáxias, estrelas, planetas e gente, tudo isso herança de um Universo em transição.

O aquecimento global

O aquecimento global é um fenômeno concreto e poderá ter consequências extremamente sérias, tanto para a sociedade quanto para o equilíbrio ecológico do planeta, até o final deste século. Essa foi a conclusão de relatório publicado no início de junho pela Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos. O relatório foi encomendado pela administração do presidente George W. Bush, cujas políticas ambientais vêm sofrendo fortes críticas no mundo inteiro. E com razão. Bush e seus assessores reverteram várias das políticas implementadas pelo governo de Bill Clinton e Al Gore, incluindo a rejeição do Protocolo de Kyoto, que visa limitar a emissão de gases produzidos pela queima de combustíveis fósseis, principalmente o gás carbônico, CO2. Considerando que os EUA emitem em torno de 25% do CO2 lançado na atmosfera, a decisão é no mínimo desastrosa e irresponsável. Como justificativa, Bush defende a qualidade de vida dos americanos: "Não posso comprometer minha população, especialmente durante uma crise energética e econômica". Infelizmente, quem paga o pato (e a conta) é o resto do mundo.

Bush faz parte de uma tradição política antiquada, definida pelos interesses dos grandes produtores de petróleo de seu Estado, o Texas. Ele se recusa a enxergar o óbvio: a repercussão global de decisões políticas locais, especialmente no que tange ao balanço ecológico do planeta. Segundo a maioria dos cientistas que pesquisam o impacto ambiental da poluição, os últimos 20 anos foram os mais quentes dos dois últimos séculos, e essa tendência só tende a continuar.
A atmosfera está se transformando, tornando-se cada vez mais impermeável à irradiação de calor de baixo para cima, ou seja, da superfície para o espaço. O efeito é um pouco como um carro estacionado na praia com as janelas fechadas: o calor solar entra, mas não sai por completo. E, tal como em um carro, mesmo após as portas serem abertas, a temperatura não cai imediatamente. A reversão do aquecimento global, supondo que, de fato, novas políticas de controle da emissão de gases sejam implementadas em breve por todas as nações industrializadas, levaria décadas.

O aquecimento será pior nas altas latitudes e nas regiões áridas. E o gás carbônico, apesar de ser o principal responsável, não é o único. Outros gases, como metano, ozônio (aquela nebulosidade amarelada que vemos pairando sobre as cidades grandes), óxido nitroso (responsável pela chuva ácida) e os clorofluorocarbonos também contribuem. Por que os cientistas não conseguem convencer os líderes políticos da seriedade da situação? A resposta está relacionada, em parte, com a dificuldade de provar em definitivo o papel dos gases em suspensão na atmosfera no aumento gradativo das temperaturas globais. A temperatura média da Terra oscila devido a vários fatores, incluindo a atividade solar. Os dados não mentem: a temperatura está, de fato, aumentando. Mas concluir que esse aumento se deve exclusivamente à poluição industrial é difícil e deixa espaço para interpretações contraditórias.

São essas interpretações que servem aos grupos de interesse dos industriais e dos produtores de combustíveis fósseis (carvão, petróleo, gás natural), que não têm a menor intenção de arcar com as despesas envolvidas no controle da emissão de gases. A economia vai de encontro à consciência ambiental e à responsabilidade global dos líderes políticos e dos grandes industriais.
Como costumo afirmar, nosso planeta é finito: ele tem uma quantidade finita de matéria-prima e uma capacidade limitada de reciclar os dejetos que abandonamos em sua atmosfera, superfície e em seus oceanos. Seria errôneo acreditar que a situação atual não representa um problema para nós e para as gerações futuras. Infelizmente, como vimos com a nossa própria crise energética, líderes políticos tendem a responder apenas quando a situação torna-se insustentável. E, em geral, quem sofre é a população, que precisa fazer sacrifícios. Mas o aquecimento global não é equivalente a um "apagão". As consequências são mais sérias, desde a erosão do litoral e a consequente destruição das comunidades costeiras, devido ao aumento do nível do mar, até a proliferação de novas pestes e doenças infecciosas. Planejar o futuro é condição fundamental para a preservação da nossa qualidade de vida. E o futuro já chegou.

Dualismo solar

O Sol é a nossa fonte de vida: precisamos do seu calor, da sua luz, da sua gravidade. Mas, como sabemos muito bem,qualquer coisa em exagero faz mal. Muito calor, muita luz, muita gravidade e poderemos dizer adeus à vida aqui na Terra. Apesar de seu aspecto pacato e confiável, o Sol é uma gigantesca usina de fusão nuclear.

A temperatura em sua superfície é de 6.000C e, em seu interior, ela pode chegar a 15.000.000C. A quantidade de energia radiativa gerada pelo Sol por segundo é de 4 X 1026 (4 seguido de 26 zeros) Watts, equivalente a 100 bilhões de bombas nucleares de um megaton cada. Compare essa luminosidade com a de sua lâmpada na sala de jantar, de talvez 100 Watts. É claro que uma existência com tanta dramaticidade não pode ser muito pacata ou estável. O Sol muda com o tempo, e nós iremos sofrer as consequências dessas mudanças. A menos que possamos nos proteger.

Como qualquer estrela, o Sol tem uma história, com princípio, meio e fim. No momento, estamos no meio da história: o Sol, com aproximadamente 5 bilhões de anos, está na metade de sua vida. Esse período relativamente estável, onde a estrela gera energia fundindo núcleos de hidrogênio em hélio, é conhecido como sequência principal. Em 5 bilhões de anos, o Sol esgotará o hidrogênio em sua região central e sairá da sequência principal. Infelizmente, bem antes disso, variações em sua luminosidade - a quantidade total de energia gerada pelo Sol por segundo- terão seríssimas consequências para a preservação da vida na Terra.Desde a sua formação, há cerca de 5 bilhões de anos, a luminosidade do Sol aumentou entre 30% e 40%.

No próximo bilhão de anos, ela aumentará mais 10%, o suficiente para destruir a vida na superfície da Terra. Sem dúvida, 1 bilhão de anos é um intervalo enorme de tempo, especialmente se nos lembrarmos que os primeiros hominídeos apareceram há menos de 10 milhões de anos. Mas esta situação nos faz refletir sobre a preservação da vida na Terra, na preservação de tudo que nós construímos no intervalo de apenas 10 mil anos, que marca o início da civilização.

Supondo que nós seremos sábios o suficiente para sobreviver à nós mesmos, uma enorme suposição no momento, o que os nossos descendentes poderiam fazer para escapar da ira solar?Uma possibilidade é nos afastarmos do Sol. Se o astro começar a nos cozinhar, devemos aumentar a nossa distância orbital. Para tal, podemos usar um efeito já bastante conhecido das sondas espaciais, a catapulta gravitacional. A idéia é semelhante ao que uma criança faz em um balanço, mexendo as pernas em um movimento de vaivém, sempre no ponto mais longe da vertical.

Esse movimento impulsiona o balanço, fazendo com que ele ganhe altura. Uma sonda espacial passando perto de um planeta também pode receber uma espécie de empurrão, causado pela gravidade do planeta. Com isso, a sonda é acelerada sem ter de gastar combustível, podendo alcançar distâncias maiores.Segundo a Terceira Lei de Movimento de Newton, a cada ação corresponde uma reação. Portanto, o planeta também ganha um empurrão igual ao da sonda (no sentido contrário).

Só que, como a massa do planeta é muito maior do que a da sonda, o empurrão é desprezível.Imagine se conseguíssemos forçar um asteróide de aproximadamente cem quilômetros de diâmetro e com uma massa em torno de 10 mil trilhões de toneladas a se aproximar da Terra. A idéia seria fazer com que o asteróide passasse perto o suficiente para nos dar um empurrão em direção oposta ao Sol, alongando a nossa órbita. Para tal, a órbita do asteróide deve ser programada de modo que ele voe em direção a Júpiter ou Saturno após passar pela Terra.

Ao chegar ao extremo de sua órbita, o asteróide é relançado em direção à Terra, com a ajuda da gravidade de Júpiter e de turbinas instaladas em sua superfície controladas por controle remoto aqui da Terra. Um grupo de astrônomos da Universidade da Califórnia em Santa Cruz calculou que, se o asteróide passar por aqui a cada 6.000 anos, seremos capazes de nos afastar o suficiente do Sol para preservarmos a vida na Terra até o fim da sequência principal, isto é, por mais 5 bilhões de anos. Parece ficção científica, mas não é. No futuro, será uma questão de vida ou morte.

Os padrões da história humana

Por que a história da humanidade evoluiu de forma tão distinta nos vários continentes nos últimos 13 mil anos? Quais fatores determinaram o domínio das culturas eurasianas sobre as culturas nativas da África e das Américas?

Essas questões são o foco do trabalho do professor de fisiologia americano Jared Diamond, que leciona na Universidade da Califórnia em Los Angeles. Diamond resumiu suas idéias em um livro, "Guns, Germs and Steel", que recebeu o prestigioso prêmio Pulitzer em 1998. Hoje, gostaria de refletir sobre algumas dessas idéias, que acredito serem extremamente importantes no combate a um dos maiores males da sociedade, o racismo.

A questão do racismo não pode ser ignorada. Infelizmente, a noção aparece ao comparar-se o "sucesso", ou melhor, a dominação econômica das culturas européias e do leste asiático sobre as culturas nativas da África e das Américas, que são consideradas mais "primitivas". Ao analisar as causas desse desequilíbrio, Diamond tenta chegar à raiz do problema, mostrando que ele é consequência de diversos fatores, que incluem desde a preponderância das sociedades agrárias e do desenvolvimento de certas tecnologias devido a vantagens geográficas até a distribuição de doenças infecciosas nas várias partes do globo.

Historicamente, os impérios com instrumentos de metal conquistaram ou exterminaram as tribos com instrumentos de pedra. Até o final da última Idade do Gelo, que terminou há cerca de 13 mil anos, todos os humanos em todos os continentes viviam na Idade da Pedra, obtendo sua subsistência a partir da caça e da colheita direta de alimentos nas florestas e nos campos. Por alguma razão, as populações em diferentes continentes desenvolveram-se em ritmos distintos entre 11000 a.C. e 1500 d.C., época que demarca o claro domínio das culturas européias sobre as culturas nativas.

Segundo Diamond, e eu estou de pleno acordo, a resposta não tem nenhuma relação com diferenças de Q.I. entre os vários povos. O único modo de entendermos essas disparidades é examinando os processos que as produziram. Como é que algumas centenas de conquistadores espanhóis dizimaram os impérios inca e asteca, cujas populações eram de dezenas de milhões? O mesmo se deu com os nativos em nosso país e na América do Norte. Os invasores europeus tinham espadas de metal, armas de fogo e cavalos, enquanto que os nativos das Américas tinham apenas armas de madeira e pedra e nenhum animal que pudesse ser usado em combate.

Mas a conquista européia do Novo Mundo não se deu apenas por meio da vantagem militar. Foram as doenças infecciosas, como a varíola e o sarampo, introduzidas pelos europeus, que se espalharam de tribo em tribo, matando em torno de 95% da população nativa do Novo Mundo. Enquanto que na Europa essas doenças eram endêmicas, nas Américas e na África elas atuaram de forma devastadora. O mesmo na Austrália e nas ilhas do Pacífico.

Por que essas diferenças? É claro que as culturas nativas não desenvolveram doenças igualmente devastadoras para os europeus. A maioria das doenças epidêmicas que conhecemos floresceu em áreas de população densa, concentradas em cidades e vilas. Estudos mostram ainda que a maioria dessas doenças evoluiu a partir de doenças semelhantes em animais domésticos, muito mais comuns nas culturas agrárias européias. As culturas nativas tinham um número muito menor de animais domesticáveis.

O mesmo desequilíbrio ocorreu com plantas. O fato de a Eurásia ser geograficamente horizontal, enquanto que as Américas e a África são verticais é também fundamental. Na Eurásia, espécies domesticadas em um local podem facilmente adaptar-se ao leste e ao oeste, sem ter de enfrentar grandes diferenças climáticas. Já nas Américas e na África, o movimento tem de ser norte-sul, o que restringe a mobilidade dos animais e plantas domésticos.

O excesso de comida proveniente da domesticação de animais e plantas favoreceu o desenvolvimento de sociedades agrárias onde o poder era centralizado. Com isso, uma classe de artesãos tornou-se possível, que passou a desenvolver tecnologias e não apenas alimentos. Claro, não podemos ir a fundo aqui. Mas acho que Diamond deu um grande passo na compreensão das disparidades que hoje regem a nossa sociedade: armas de fogo, germes e ferro.

As três origens

Existem três questões que tradicionalmente eram província exclusiva da religião, mas que, com o passar dos anos, tornaram-se parte integral do discurso científico. Elas podem ser agrupadas como o "mistério das três origens" -a do Universo, a da vida e a da mente. O que a física vem fazendo para compreender o mistério da criação, ou melhor: "Por que existe algo, ao invés do nada?" O que a biologia vem fazendo para desvendar o mistério da vida, ou: "Em que grau de complexidade um grupo de moléculas orgânicas pode ser considerado vivo?"

Finalmente, as ciências cognitivas vêm tentando entender como o cérebro cria aquilo que algumas pessoas chamam de mente, outras de alma. É difícil contemplar questões mais profundas sobre o Universo que nos cerca e sobre a natureza humana. Para muitos, principalmente para aqueles mais religiosos, é difícil aceitar o fato de que a ciência pode avançar o nosso conhecimento ao tentar responder, mesmo se apenas em parte, a essas questões. Devemos, porém, diferenciar a temática das três questões: elas envolvem áreas muito distintas da ciência moderna.

Dentro dessa separação temática, é importante analisarmos, mesmo se hipoteticamente, até onde essas questões podem mesmo ser resolvidas por meio da indagação científica. Volta e meia retornaremos à esse tema. Hoje, sabemos que o Universo teve um princípio, um momento inicial a partir do qual ele passou a se expandir. Sabemos também que esse momento inicial deu-se há aproximadamente 14 bilhões de anos, quando a matéria do Universo encontrava-se dissociada em seus componentes mais fundamentais.

Mas não podemos ter certeza do que de fato ocorreu no momento inicial. Na verdade, a pergunta não faz sentido dentro do discurso científico. Isso porque a nossa descrição das propriedades físicas do Universo tem limites e deixa de fazer sentido ao nos aproximarmos do instante inicial. Em particular, não sabemos nem falar sobre espaço e tempo: a noção de um espaço onde os fenômenos naturais ocorrem durante a passagem do tempo não é mais válida.

E, mesmo se soubéssemos, aceitando alguns modelos matemáticos propostos nas últimas décadas para descrever a origem do Universo, uma outra questão permaneceria em aberto: "Qual a origem das leis da física?". E essa pergunta não pode ser respondida dentro da estrutura atual da ciência: a ciência não pode explicar a sua própria origem. A origem da vida permanece um mistério. Vários cientistas acreditam que a vida originou-se em alguma outra parte (ou partes) do nosso Sistema Solar ou da galáxia e que chegou aqui transportada por asteróides ou cometas. Mesmo que essa hipótese seja verdadeira, ela não explica a origem da vida, apenas a origem da vida na Terra.

A questão é complicada, pois não sabemos nem mesmo como definir vida propriamente. Um vírus, por exemplo, só está vivo quando em contato com um outro organismo vivo. Em princípio, deveria ser possível encontrar uma "receita", misturando-se alguns dos ingredientes que sabemos serem importantes em seres vivos, de forma a criar moléculas orgânicas capazes de se reproduzir e de se alimentar do ambiente à sua volta, duas condições usadas na definição de um ser vivo. Mas ainda estamos longe de encontrar essa receita.

Finalmente, a origem da mente. De onde vem a nossa essência, o que chamamos de "eu"? Hoje, a pesquisa em ciências cognitivas indica que a mente (ou o nosso "eu") é criada pelo cérebro, por meio de manifestações complexas de redes de neurônios espalhadas pelo seu volume. Imagens do cérebro em funcionamento, obtidas usando ressonância magnética ou tomografia de elétron-pósitron, mostram como áreas diferentes respondem tanto a estímulos externos, como a foto de alguém conhecido ou uma música, como a estímulos internos, como na invocação de memórias ou na redação de uma carta.

Dentro da visão moderna, o cérebro funciona como uma espécie de teatro da mente, recriando a realidade física externa a partir de nossos sentidos e percepções. O que chamamos de "eu" é uma atividade fisiológica do cérebro, resultado de um contínuo processamento de informação. Na complexidade do cérebro residem tanto nossas concepções do que é vida ou da origem do Universo como de seu próprio funcionamento.

Viagem sem retorno

Nada no Universo, talvez com exceção do cérebro humano, é tão misterioso quanto um buraco negro. Acreditamos que todas as centenas de bilhões de galáxias, a parte visível de nosso Universo, tenham um desses corpos em seu centro, com massas milhões de vezes maiores do que a massa do Sol. Como sabemos disso? Examinando o movimento de estrelas próximas do centro das galáxias e inferindo que ele só pode ser explicado por uma enorme concentração de massa em um volume muito pequeno, justamente as propriedades de um buraco negro gigante. Para explorarmos um pouco da física dos buracos negros, precisamos de dois ingredientes: a descrição da vida e da morte de uma estrela e a teoria da relatividade geral de Albert Einstein, onde a gravidade é causada pela curvatura do espaço em torno de um objeto maciço.

Uma estrela é basicamente composta de hidrogênio. Sua existência depende de um equilíbrio dramático entre a força da gravidade, que tende a fazer com que a estrela "imploda" sobre si mesma, e a pressão liberada em seu interior devido à fusão nuclear de hidrogênio em hélio. O problema é que, um dia, a estrela consumirá quase todo o hidrogênio em seu interior e terá de fundir hélio em carbono para continuar a existir. Para estrelas com massas oito vezes maiores que a do Sol, essa cadeia de fusão em elementos mais pesados continua até chegar ao ferro. Com a interrupção do processo de fusão, a estrela perde a base e acaba expelindo grande parte de sua região externa, deixando no centro seus restos mortais.

Dependendo da massa da estrela original e da violência dessa explosão final, esses restos podem ser uma anã branca (no caso do Sol), uma estrela de nêutrons ou um buraco negro (no caso de estrelas com massas bem maiores que a do Sol). Se os restos da estrela têm uma massa acima de três ou quatro massas solares, ela continuará seu colapso. Com a massa permanecendo aproximadamente a mesma, quanto menor o raio da estrela, maior será a sua própria gravidade.

E, quanto maior a gravidade da estrela, maior a curvatura do espaço em volta. Finalmente, a situação torna-se insustentável: a estrela é tão pequena e compacta que o espaço se encurva sobre si mesmo, e nada, nem mesmo a luz, pode escapar. Ela virou um buraco negro. Todo buraco negro é circundado por uma região imaginária, que chamamos de horizonte. Se o Sol fosse transformado em um buraco negro, seu horizonte teria um raio de três quilômetros.

Tal como a fronteira de um redemoinho no mar, o horizonte marca o ponto além do qual não se pode mais retornar. Ali, o espaço passa a se comportar de forma semelhante ao tempo em nossa realidade. Do mesmo modo que, para nós, o tempo flui em uma única direção, dentro do horizonte é o espaço que se torna unidirecional. Dentro do horizonte, só se pode viajar em direção ao centro, onde a gravidade assume, teoricamente, um valor infinito. É uma viagem sem retorno. Claro, seria impossível chegarmos tão próximos do horizonte de um buraco negro.

Nenhuma tecnologia que possamos conceber no momento poderia resistir à tremenda pressão gravitacional ou ao bombardeio de radiação em torno do turbilhão cósmico causado pelo buraco negro. Uma imagem adequada, mas não muito poética, é a de um ralo, sugando matéria que desaparece em uma pequena região negra. Mesmo que o buraco negro em si seja invisível, a matéria sendo tragada para as suas profundezas emite radiação, que delata sua presença.

O horizonte nos protege dos absurdos que ocorrem perto da zona central do buraco negro, chamada de singularidade central. Como é possível ter uma região no espaço onde a gravidade assume um valor infinito? Nós ainda não sabemos. Na verdade, a singularidade central denuncia a quebra das leis da física, mantendo o mistério central do buraco negro intacto. Mesmo se hoje nós sabemos muito sobre a estrutura e as propriedades desses objetos, sua essência permanece desconhecida, apontando em direção a uma nova física e a novas concepções da estrutura do espaço e do tempo.

O fóton, partícula de luz

O ano de 1905 é muitas vezes mencionado como milagroso na vida de Albert Einstein. Com apenas 26 anos, ele publicou, durante esse ano, quatro artigos que revolucionaram o desenvolvimento da física moderna. Em um deles, Einstein trata do chamado movimento browniano, a agitação que é observada quando pequenas partículas são postas em suspensão em um líquido. O efeito foi descoberto em 1827 pelo botânico inglês Robert Brown, enquanto observava grãos de pólen flutuando sobre gotas d'água. Einstein mostrou que o movimento em forma de ziguezague das partículas microscópicas (no caso de Brown, o pólen) é causado por colisões com as moléculas do líquido. Esse artigo abriu o caminho para a aceitação da existência dos átomos, que, até então, permanecia disputada por vários físicos e filósofos.

Dois dos artigos publicados por Einstein em 1905 tratam da teoria da relatividade especial, onde ele mostrou que medidas do comprimento de objetos e de intervalos de tempo são diferentes para observadores em movimento relativo. Isso porque a velocidade da luz é finita, mesmo que bastante alta (300.000 km/s), e idêntica para todos os observadores.

Mas hoje gostaria de me concentrar no quarto (na verdade o primeiro a ser publicado) dos famosos artigos, no qual Einstein avançou a hipótese de que a luz, ou melhor, a radiação eletromagnética, pode ser interpretada como sendo tanto composta por partículas como por ondas, propagando-se pelo espaço. Vale a pena lembrar que a luz visível é apenas uma pequena porção do vasto espectro da radiação eletromagnética. Ele vai das ondas de rádio, de baixa frequência e longo comprimento de onda, até os raios gama, de altíssima frequência e pequeno comprimento de onda, passando por radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta e raios X.

No artigo, Einstein propõe uma explicação revolucionária para o chamado efeito fotoelétrico, descoberto pelo alemão Heinrich Hertz (o mesmo que descobriu as ondas de rádio) em 1887. Imagine uma placa metálica eletricamente neutra. É possível eletrificar a placa, isto é, dar-lhe uma carga elétrica positiva, se a irradiarmos com certos tipos de radiação eletromagnética. Mas o efeito só ocorre se a radiação tiver frequência relativamente alta, do ultravioleta em diante. Se iluminarmos a placa com luz amarela, nada irá acontecer: sua carga seguirá neutra. E de nada adiantará aumentar a intensidade da luz. Mesmo com uma fonte de luz amarela extremamente intensa, a placa continuará neutra. As tentativas iniciais de explicar o efeito a partir da teoria ondulatória da luz falharam. A descoberta de Hertz criou um impasse na física. Einstein, em um ato de extrema coragem intelectual, supôs que a radiação eletromagnética fosse formada por pequenas balas de radiação, que ganharam o nome de fótons. Einstein propôs que a energia de um fóton fosse proporcional à sua frequência -quanto maior a frequência de um fóton, maior a sua energia. Portanto, um fóton de radiação ultravioleta tem energia maior do que um fóton de radiação correspondente a algum tom da cor amarela.

Essa simples relação explica por que a luz ultravioleta, e não a amarela, pode eletrificar a placa metálica. A placa é feita de átomos, que têm elétrons girando em torno do núcleo, em órbitas diversas. Esses elétrons, com carga negativa, são atraídos eletricamente pelo núcleo, que tem carga positiva. Imagine um fóton como um pequeno projétil que se chocaria com o elétron mais externo do átomo: se o fóton tiver energia suficiente, ele será capaz de arrancar o elétron do átomo, sobrepondo a atração entre o elétron e o núcleo atômico. Com isso, o átomo fica com um déficit de uma carga negativa (o elétron perdido), o que equivale a ganhar uma carga positiva.

Em 1914, o americano Robert Millikan, muito a contragosto, confirmou a expressão proposta por Einstein para explicar o efeito fotoelétrico. Diferentemente do que muitos pensam, Einstein ganhou o prêmio Nobel em 1921 pela sua explicação do efeito fotoelétrico e não pela teoria da relatividade. A natureza física da luz continuou a assombrar (e a inspirar) o gênio pelo resto de sua carreira. O que significa algo ser tanto partícula quanto onda? Por que a velocidade da luz é a mais alta possível? Para ele, esses mistérios deveriam ser explicados por teorias mais fundamentais da física. A procura por elas continua.

Energia nas mãos do acaso

O país está passando pela pior crise energética de toda a sua história. Já não chega o fato de a energia elétrica no Brasil ser das mais caras do mundo. O racionamento de energia elétrica está sendo imposto sobre a população e a indústria, sob ameaça de multas altíssimas e do temido apagão. Por que isso está acontecendo?
Há várias respostas. A mais imediata é que o fornecimento de energia elétrica no Brasil depende pesadamente de fontes hidrelétricas, de água que cai. Aliás, a geração de energia elétrica a partir da queda d'água é um belo exemplo da conversão de energia potencial gravitacional (todo objeto que cai de certa altura tem energia "armazenada") em energia elétrica, passando por vários estágios intermediários. Mas acho que hoje não é o dia para falar disso.
Numa frase, economia e população cresceram, aumentando a demanda de energia, e as chuvas não vieram conforme "planejado". Ponho as aspas por dois motivos. O primeiro é que parte desse planejamento se baseia em estimativas de chuvas no Sudeste: se não chove o suficiente, as represas não atingem níveis acima do considerado seguro, 49%. Aparentemente, o nível médio atual está em 27%, o que causou o desespero na administração federal, provocando as medidas já conhecidas, anunciadas dia 18 de maio pelo presidente da República.
Qual o problema com esse planejamento? Não se pode confiar na regularidade climática, baseando uma grande porção do fornecimento de energia para a região com maior demanda no país no ritmo natural das chuvas, que são mais abundantes no verão. São, mas não foram. E, muito provavelmente, segundo as simulações que estudam as consequências climáticas do efeito estufa, a concentração de gases na atmosfera irá causar oscilações climáticas ainda maiores e mais imprevisíveis.
É extremamente arriscado basearmos fatia tão grande do abastecimento de energia em uma fonte que não tem um comportamento confiável. Certamente um país com uma rede hidrográfica como a do Brasil deve explorar ao máximo o seu potencial. Mas não quase que exclusivamente.
Infelizmente, com a nova administração americana plantada nos poços de petróleo do Texas, nada será feito para minimizar a concentração de gases na atmosfera, ao menos pelos próximos quatro anos. Mesmo que medidas sejam tomadas, seus efeitos não serão imediatos. É a atitude de agir só quando não houver mais escolha. Ironicamente, o rico Estado da Califórnia também está passando por uma séria crise no fornecimento de energia, com apagões já ocorrendo e aumento de preços muito além da inflação. Sem querer parecer a trombeta do Apocalipse, esse é um indício de que está na hora de rever políticas energéticas antes que seja tarde demais.
Mais especificamente, não existe solução única e perfeita para o problema da energia. Todas as fontes possíveis têm aspectos positivos e negativos, mesmo as renováveis, como a solar ou a eólica.
O fornecimento de energia tem de ser de acordo com as características locais. Em uma área com clima desértico, com baixa concentração populacional, a energia solar é uma ótima opção. Em outra com fortes ventos, a energia eólica deve ser explorada. Às vezes, o ideal é uma combinação de diversas fontes. Em princípio, seria ideal usar o Sol como nosso provedor primário de energia -afinal, a energia criada pela fusão nuclear no interior da estrela já é transformada em biomassa pelas florestas.
Porém, a tecnologia de produção das células fotoelétricas usadas na transformação de calor em eletricidade emprega cristais cujo processo de fabricação é altamente poluente. Triste, mas verdadeiro. Para fazer um uso melhor da energia solar, é necessário aumentar tanto a eficiência do processo de transformação como criar novas tecnologias de conversão de calor em eletricidade.
É fundamental que o governo entenda a necessidade da diversificação das fontes de energia. O planeta Terra é finito, mesmo que seus vários combustíveis fósseis -carvão mineral, petróleo, gás natural- ainda venham a durar por muitas décadas. Isso requer pesquisa e investimento tanto por parte do governo como da indústria privada. Certamente, essa escolha é bem mais promissora para o futuro do país do que acreditar na dança da chuva.

A corrida com o tempo

Durante o século 6 a.C., uma profunda revolução ocorreu na história da humanidade. Grandes pensadores apareceram em vários locais do mundo, propondo idéias que redefiniram o conhecimento. Na China, Lao-Tsé e Confúcio, na Índia, Sidarta Gautama -o Buda-, e, na Grécia, surgiram os primeiros filósofos pré-socráticos. Aliás, o primeiro dos pré-socráticos, Tales de Mileto, foi considerado por Aristóteles como o primeiro dos filósofos.

Na Itália, apareceu uma outra escola do pensamento grego, fundada pelo legendário Pitágoras. Muitas das idéias que até hoje influenciam o pensamento ocidental surgiram dos milésios (nome dado aos seguidores de Tales de Mileto) e, principalmente, dos pitagóricos.Nós todos ouvimos falar do teorema de Pitágoras na escola, aquele que diz que a soma dos quadrados dos catetos de um triângulo retângulo é igual ao quadrado da hipotenusa.

Para começar, parece certo que esse teorema não foi inventado pelo próprio Pitágoras, mas isso não é tão importante. O que Pitágoras e seus seguidores fizeram vai muito além desse belíssimo teorema. Para os pitagóricos, a estrutura do mundo natural, a ordem que percebemos nos fenômenos e objetos à nossa volta (e mesmo em nossas próprias mentes), pode ser reduzida a relações entre números.

Em particular, números inteiros. Segundo fontes secundárias (nenhum dos escritos de Pitágoras sobreviveu), Pitágoras descobriu uma relação entre as notas musicais e os números inteiros examinando como diferentes notas são criadas em um instrumento de cordas, como a lira ou o monocórdio, uma espécie de violão com uma corda só. É fácil fazer o teste com um violão: para obtermos uma oitava mais alta, soamos a corda na metade de seu comprimento, isto é, na razão 2/1.

Para uma quinta mais alta, soamos a corda a 2/3 de seu comprimento e assim por diante. Com isso, Pitágoras demonstrou a existência de uma profunda relação entre a música e a matemática. Mais ainda, são precisamente as notas que obedecem a essas razões entre números inteiros que são consonantes (esteticamente belas).

A união criada por Pitágoras foi além da relação entre a matemática e as notas musicais, trazendo em si o conceito de harmonia, uma palavra aparentemente criada pelos pitagóricos. Pitágoras abriu o caminho para a ciência como uma descrição quantitativa da natureza, baseada em um arranjo racional dos números inspirado por noções estéticas. Para os pitagóricos, os números representavam a ponte entre a razão humana e a razão divina, a linguagem de codificação do mundo externo e interno.

O seu objetivo era atingir o êxtase (outra palavra pitagórica) pela contemplação da dança dos números, a criação de ressonâncias entre as harmonias da natureza e as da mente.A idolatria de Pitágoras pela beleza das relações entre os números não se restringia à Terra. Para ele, o cosmo era um instrumento musical, cujas melodias eram entoadas pelo movimento dos planetas. As distâncias entre os planetas e a Terra obedeciam a razões entre números inteiros que podiam ser identificadas com as notas musicais.

O cosmo ressoava com a harmonia das esferas, que aparentemente só Pitágoras podia ouvir (tanto Milton quanto Shakespeare escreveram poemas sobre a harmonia das esferas, mais de 2.000 anos após Pitágoras).A ciência, herdeira de Pitágoras, procura sempre por essa harmonia entre os números e o mundo natural. São incontáveis os exemplos de cientistas inspirados por uma visão essencialmente pitagórica do mundo, por um desejo de estabelecer novas pontes entre a razão humana e a natureza. E cada descoberta, por menor que seja, tem o seu lado de agonia e o seu lado de êxtase.

É interessante que a própria idéia de ressonância ocupa um lugar essencial na física moderna, representando uma situação onde um sistema responde com tremenda intensidade a um estímulo causado por um agente externo a ele. É essa a ressonância que buscamos na natureza, nossas mentes tentando decifrar a música das esferas, em busca de uma harmonia maior com o cosmo em que vivemos.

A Primeira Causa

Em 1931, o padre e astrofísico belga Georges Lemaître propôs uma idéia que soava quase absurda: no início do tempo, o Universo teria sido um núcleo atômico gigantesco, prestes a se desintegrar, como os núcleos de átomos de urânio ou plutônio. Segundo Lemaître, esse núcleo deveria ser considerado como o estado inicial do Universo. Com o tempo ele teria se desintegrado, gerando vários tipos de radiação e partículas -os materiais constituintes do Universo primordial, muito anteriores à existência de átomos comuns, como o de hidrogênio.

Durante o processo de desintegração, o átomo e seus detritos radioativos teriam ocupado um volume cada vez maior, que Lemaître associou com o volume do Universo. Em sua "visão" da origem cósmica, o espaço e o tempo seriam criados conjuntamente com a desintegração do átomo primordial. Prudentemente, Lemaître não adiantou qualquer sugestão ou mecanismo para o aparecimento de seu átomo primordial.

Essa questão, conhecida como a Primeira Causa, continua sendo debatida até hoje: quem foi o "agente" ou a causa física que viabilizou todas essas outras causas? Lemaître se inspirou nos resultados do astrônomo americano Edwin Hubble, que em 1929 mostrou que o Universo está em expansão -quanto mais longe a galáxia, maior a velocidade com que ela se afasta. (Um observador em qualquer outro local concluiria o mesmo. Não existe um centro no Universo, todos os pontos sendo equivalentes, como é o caso na superfície de uma esfera.)

Portanto, raciocinou Lemaître, se olharmos para o passado da história cósmica, quanto mais jovem o Universo, mais aglomerada estaria a sua matéria. É possível imaginar um momento em que a matéria do Universo ocupou um volume mínimo, atingindo altíssima densidade: esse seria o átomo primordial de Lemaître. Na época, era perfeitamente razoável supor que a densidade máxima da matéria era a dos núcleos atômicos, de dezenas de bilhões de gramas por centímetro cúbico, equivalente a uma montanha espremida em um cubo de açúcar.

A idéia de um Universo com uma origem e uma evolução temporal inspirou alguns e causou aversão em outros. Em particular, três físicos da Universidade de Cambridge (Reino Unido) propuseram, entre 1948 e 1950, um modelo alternativo, o Estado Estacionário, no qual o Universo não teria tido uma origem: ele existiria eternamente e, em média, aparentaria ser sempre o mesmo. Ora, um Universo infinitamente velho não tem um momento de criação, o que resolve a questão da Primeira Causa.

O Estado Estacionário foi proposto na mesma época do modelo do Big Bang, uma adaptação mais concreta das idéias de Lemaître que inclui uma modificação fundamental: que, em sua infância, o Universo não só teria sido extremamente denso, mas, também, extremamente quente. Ambos os modelos fizeram suposições cruciais, justificadas apenas subjetivamente. O modelo do Estado Estacionário supõe que, para tornar a expansão do Universo compatível com a idéia de um Universo em média idêntico, a matéria teria de ser criada na mesma proporção em que a expansão a dilui (daí o nome, "Estado Estacionário").

Essa criação de matéria viola a lei da conservação de energia (energia e matéria aqui são usadas conjuntamente). O trio de ingleses argumentou que a violação era tão pequena que não poderia ser detectada. Como toda medida tem uma precisão limitada, só se pode afirmar que a energia é conservada dentro dessa precisão. Ou seja, talvez ela seja violada, mas não podemos sabê-lo. Já o modelo do Big Bang, conforme sua proposição por George Gamow e seus colaboradores, supõe uma receita para a matéria que preenchesse o Universo inicialmente (prótons, nêutrons, elétrons e radiação), sem se preocupar, tal como Lemaître, com a origem dessa matéria. Para eles, o importante era o que eles poderiam prever com o seu modelo. Portanto, enquanto um modelo tentou resolver a questão da Primeira Causa supondo um Universo infinitamente velho, o outro deixou a questão de lado, adotando uma postura mais pragmática.

Hoje, o modelo do Estado Estacionário foi deixado de lado, pois é incapaz de explicar certas propriedades do Universo. Já o modelo do Big Bang vem sendo coroado de sucesso. O que deixa, mais uma vez, a questão da Primeira Causa. Mas essa discussão fica para outra semana.

O astrônomo e o papa

Poucos episódios na longa história de conflitos entre a ciência e a religião são tão conhecidos como o que ocorreu entre o grande cientista italiano Galileu Galilei e a Igreja Católica durante as primeiras décadas do século 17. De um lado, temos Galileu, o cientista mais respeitado da Itália, brilhante e arrogante, sua personalidade uma complexa mistura de um aguçado racionalismo e uma profunda fé. Do outro, a Igreja Católica, que na época passava por sérios problemas devido à emergência da Reforma protestante, que acusava o papa, os bispos e os cardeais de corrupção e decadência. Essa não era uma boa hora para desafiar a autoridade eclesiástica. Mas foi exatamente isso o que fez Galileu.

Em 1609, Galileu soube da invenção do telescópio por um fabricante de lentes holandês. Astutamente, apoderou-se da idéia, construindo seu próprio telescópio, bem mais potente do que os existentes na Holanda. Seu plano era vendê-lo para o Senado de Veneza, na época uma importante potência marítima. Galileu convenceu o Senado da importância do telescópio como arma de defesa, já que ele permitia a identificação de navios inimigos a distâncias bem maiores do que as perceptíveis a olho nu.

Mas Galileu não era apenas um bom homem de negócios. Ele foi o primeiro a apontar o telescópio para os céus, descobrindo mundos jamais vistos. Entre as suas descobertas cito apenas duas, as irregularidades na superfície da Lua e as quatro maiores luas de Júpiter.

Ambas descobertas iam de encontro às idéias de Aristóteles, que, mesmo tendo sido elaborados 2.000 anos antes, ainda eram fielmente ensinadas nas universidades. Mais ainda, a igreja havia forjado uma aliança com o aristotelismo, baseando sua teologia na premissa de que a Terra é o centro do cosmo e de que ela é imóvel. Segundo Aristóteles, a Lua, os planetas e as estrelas seriam feitos de éter, uma substância que não encontramos aqui na Terra. E todos os corpos celestes girariam em torno da Terra, carregados por esferas cristalinas, invisíveis aos olhos. Se a Lua tinha montanhas e vales, não poderia ser tão diferente da Terra, concluiu Galileu. E as esferas cristalinas certamente teriam sido estilhaçadas pelas luas de Júpiter.

Suas descobertas o convenceram da veracidade das idéias de Copérnico, de que o Sol era o centro do cosmo, e que a Terra era apenas um planeta entre os demais. (Se bem que Copérnico manteve as esferas cristalinas em seu modelo do Sistema Solar.) Como Galileu poderia conciliar o que seus olhos viam tão claramente com a estrutura dos céus apresentada pela igreja, baseada nas interpretações teológicas defendidas pelo clero? Como conciliar a fé e a razão?

Galileu não teve dúvida: use a razão para descrever a natureza e seus fenômenos e reveja, se necessário, as interpretações teológicas baseadas em observações errôneas do mundo. Afinal, argumentou Galileu, nossas interpretações da palavra de Deus podem estar equivocadas, mesmo que Ele jamais erre. Claro que os líderes eclesiásticos não gostaram de ter sua teologia ameaçada por um astrônomo -a autoridade da igreja já estava abalada o suficiente pela Reforma.

Mesmo após ter recebido uma ordem para abandonar tais opiniões em 1616, Galileu resolveu renovar o ataque quando seu amigo, o cardeal Maffeo Barberini, tornou-se o papa Urbano 8º. Seu plano era apresentar uma prova irrefutável do movimento da Terra, baseada em sua explicação das marés. Urbano concordou que Galileu escrevesse um livro sobre seus argumentos, contanto que ele incluísse a possibilidade de que Deus pudesse milagrosamente gerar as marés em uma Terra imóvel todos os dias.

Galileu pôs as opiniões do papa na voz de um personagem chamado Simplício, com o óbvio intuito de ridicularizá-lo. Como resultado, foi detido pela Inquisição e, em 1633, forçado (após visitar um calabouço com vários instrumentos de tortura) a renunciar a suas opiniões. A igreja venceu a batalha, mas, claro, perdeu a guerra: em 1642, ano em que morreu Galileu, nasceu Isaac Newton, que comprovaria as idéias do florentino.

Por que Galileu insistiu em contrariar a igreja? Ao que tudo indica, sua missão era dupla: fazer justiça às descobertas da razão e salvar a igreja de futuros embaraços. Para ele, a grandiosidade da obra divina não podia ser limitada por interpretações arbitrárias da Bíblia. Ela estava escrita nas estrelas.

Sobre os campos

Os campos quânticos volta e meia aparecem citados em livros e filmes esotéricos

O conceito de campo é um desses que, quando usados fora de contexto, dão vazão a mil e uma distorções. Claro, falo aqui dos campos da física, não dos de esportes. Eu me lembro, quando era garoto, de assistir à série "Perdidos no Espaço", e de como a espaçonave deles -acho que se chamava Júpiter 2- tinha um campo de força que a protegia de eventuais invasores, uma espécie de escudo invisível e muito eficiente.

Essa noção de campo de força era mesmo meio mágica e parecia ser coisa do futuro, de ficção científica. Mal sabia eu então que nosso próprio planeta também tem um campo de força, no caso o campo magnético terrestre, que nos protege de outros invasores do espaço, os raios cósmicos e a radiação e as partículas vindas do Sol. Foi durante o século 19 que o conceito de campo tomou forma, a partir dos trabalhos do inglês Michael Faraday e do escocês James Clerk Maxwell.

Faraday era o físico experimental por excelência, brilhante em sua intuição sobre as propriedades da eletricidade e do magnetismo. Foi ele quem descobriu que o magnetismo pode gerar uma corrente elétrica. O experimento é bem simples: basta ter um imã e um fio circular. Passando o imã dentro do fio, como uma bola de basquete no aro da cesta, cria-se uma corrente elétrica no fio. O essencial aqui é que o imã tem de estar em movimento. Faraday visualizou o resultado de sua experiência através do que chamou de "linhas de força", representações espaciais da presença da eletricidade e do magnetismo nos objetos.

Por exemplo, uma carga elétrica esférica tem linhas de força que emanam radialmente do seu centro, feito cabelos no estilo punk. Maxwell generalizou as idéias de Faraday, criando o conceito de campo. Essencialmente, o campo reflete a presença de alguma fonte no espaço à sua volta. Por exemplo, o campo da carga elétrica é esse conjunto de linhas de força radiais. Mesmo sem vermos a carga elétrica, podemos sentir sua presença por meio de seu campo.

Basta aproximarmos outra carga elétrica dela e observaremos que, se for positiva, será repelida, e se for negativa, será atraída. Maxwell obteve as equações que descrevem o comportamento dos campos elétricos e magnéticos criados por cargas e imãs, mostrando que são manifestações de uma coisa só, o campo eletromagnético.

Eis outro exemplo de campo. Você é uma fonte de calor. Aproxime a mão de sua testa. Você sentirá calor emanando dela; quanto mais longe da testa, menor a temperatura. (A menos, claro, que esteja muito quente no quarto. Vamos supor que a temperatura do quarto seja de uns 15 graus Celsius, bem mais baixa do que os 36,5 graus de um ser humano normal.) Existe um campo de temperatura à sua volta, cuja intensidade diminui em função da distância.

Com o desenvolvimento da física atômica, o conceito de campo ganhou ainda mais importância. Hoje os físicos representam as partículas elementares da matéria (elétrons, quarks etc.) como sendo flutuações de um campo, no caso, do campo dos elétrons e dos quarks. É comum não se falar mais de partículas, apenas de seus campos associados e de como eles interagem entre si. Tudo isso ocorre a distâncias subatômicas, completamente fora do alcance dos nossos sentidos e sem nenhum efeito macroscópico.

Esses são os campos quânticos, que volta e meia aparecem citados em livros e filmes esotéricos. Ao que tudo indica, sua ação só é relevante em escalas submicroscópicas. A união espiritual do homem com o cosmo ocorre por meio de nossa busca por significados. Aí sim a física pode oferecer um caminho, uma visão de mundo.

Visitantes extraterrestres

Poucos assuntos são mais fascinantes do que a possibilidade de vida extraterrestre. Dezenas de milhões de pessoas no mundo inteiro afirmam ter visto objetos voadores não-identificados. Milhões afirmam não só terem visto os Ovnis como terem entrado neles, na maioria das vezes sequestrados por seres extraterrestres extremamente curiosos, em particular sobre a biologia reprodutora humana. "Fotos" de discos voadores, de charutos voadores, de espaçonaves das formas mais diversas aparecem todas as semanas em jornais e revistas. Mais recentemente, a série de TV "Arquivo X", com seus agentes do FBI lutando contra uma aliança entre setores do governo norte-americano e invasores alienígenas, vem hipnotizando audiências na América do Norte e do Sul. Por que esse interesse enorme por seres extraterrestres? E, afinal, onde eles estão?As respostas a essas perguntas podem facilmente encher vários livros. (E já o fizeram, como, por exemplo, o livro do astrônomo americano Carl Sagan "O Mundo Assombrado por Demônios", ou o do físico inglês Paul Davies "O Quinto Milagre".) Hoje, gostaria de tratar mais da segunda questão: onde estão os extraterrestres? Mais precisamente, por que os cientistas não acreditam nos depoimentos de tanta gente? As razões são várias e gostaria de examinar algumas delas: a maioria absoluta das milhões de histórias de sequestro por seres extraterrestres contém idéias semelhantes. Uma luz intensa aparece no quarto da vítima à noite, a vítima "flutua" em direção à espaçonave, onde ela é sujeita a vários exames médicos, em geral focados nos seus órgãos sexuais. Após essas torturas, a vítima "flutua" de volta para a sua cama. Apesar de as vítimas desses sequestros jurarem que suas experiências realmente aconteceram, às vezes sendo profundamente traumatizadas por elas, jamais são capazes de fornecer uma prova concreta de um contato com outros seres vivos, por exemplo algum aparelho ou objeto que tenha sido manufaturado em outro planeta. Tudo se passa como em um daqueles sonhos extremamente reais, que fazem confundir o que é sonho e o que é realidade mesmo após acordar. Por que esses seres extraterrestres, inteligentes o suficiente para desenvolver uma tecnologia de transporte interestelar, têm de repetir as mesmas experiências milhares de vezes? Nossa biologia não é assim tão complicada. Por que eles jamais contatam líderes políticos ou cientistas para trocar informações mais relevantes, preferindo aparecer sorrateiramente na calada da noite ou em lugares remotos do planeta? Por que algumas de suas espaçonaves caem ao chegar aqui, após viajarem por sabe-se lá quantos anos-luz? Eu não duvido da honestidade de muitas dessas pessoas que juram ter sido sequestradas. Mas, na ausência de provas concretas, é mais fácil atribuir suas experiências a alguma forma de alucinação do que a um sequestro por um visitante extraterrestre. Visitantes noturnos foram amplamente documentados a partir da Idade Média e até bastante recentemente, mas eles eram atribuídos a demônios que atormentavam suas vítimas sexualmente. Nossa galáxia, a Via Láctea, tem cerca de 100 mil anos-luz de diâmetro e mais de 10 bilhões de anos de existência. Desde a sua formação, um raio de luz poderia tê-la atravessado de ponta a ponta 100 mil vezes. Se nós supuséssemos que apenas uma estrela em cada bilhão tem planetas onde a vida inteligente se desenvolveu, nossa galáxia teria centenas de civilizações inteligentes. Certamente, algumas delas teriam se desenvolvido bem antes de nós, talvez até antes do nascimento do Sol há 5 bilhões de anos. Essas civilizações teriam tido bilhões de anos para desenvolver sua tecnologia e viajar pela galáxia, colonizando planetas pelo caminho. Mesmo que suas espaçonaves viajassem a apenas 10% da velocidade da luz, elas poderiam ter atravessado a galáxia inteira milhares de vezes. Será que nós somos assim tão insignificantes que fomos esquecidos pelos extraterrestres? É possível, mas improvável. Será que os extraterrestres existem, mas não têm interesse em colonizar a galáxia? É possível, mas difícil de confirmar. Ninguém mais do que os cientistas adorariam confirmar a existência de vida extraterrestre, especialmente vida inteligente. Mas, enquanto não tivermos provas concretas, temos de nos manter céticos.

A célula e o tribunal

Pesquisa com embrião deve ser debatida sem viés religioso

Dia 20 de abril de 2007 ficará registrado como a data em que o Supremo Tribunal Federal (STF) realizou, pela primeira vez nos seus 178 anos de história, uma audiência pública. Nada como a transparência para alavancar o processo democrático que, sem ela, é inviável. A pauta não poderia ter sido mais apropriada e relevante: a decisão sobre o uso de células-tronco embrionárias nas pesquisas que visam desenvolver curas para uma série de doenças que matam ou incapacitam milhões de pessoas, do mal de Parkinson e do diabetes às paralisias causadas por danos à medula espinhal.

Fiquei orgulhoso quando soube que 96% dos senadores e 85% dos deputados federais aprovaram a passagem da Lei de Biossegurança em 2005, e que o Presidente da República fez o mesmo. Decisões como esta estão sendo duplicadas pelo mundo afora, pelo menos nos países que levam a pesquisa científica a sério, dada a promessa clínica desses futuros tratamentos. Mas meu orgulho durou pouco. Foi durante a sessão aberta do STF, onde 34 cientistas foram convidados para depor sobre a questão das células-tronco e suas implicações éticas, que a natureza do processo ficou clara.

Primeiro, é importante lembrar que a lei parou no STF devido à ação do subprocurador-geral da República, Cláudio Fonteles, que a considera inconstitucional. Seu argumento, semelhante ao de grupos conservadores aliados da Igreja Católica, é que assim que o espermatozóide funde-se ao óvulo, está se falando de um ser vivo: destruir o embrião para extrair-lhe as células-tronco seria assassiná-lo. A questão debatida assiduamente pelos cientistas, e que monopoliza a opinião pública, é determinar onde começa a vida.

Entretanto, a resposta é completamente irrelevante para este debate. Isto por que não se está propondo a criação de fábricas de embriões para extração de suas células-tronco, a clonagem de humanos ou outros cenários funestos que incitam os piores pesadelos de livros e filmes de ficção científica. O que se propõe é a utilização dos embriões que seriam descartados por clínicas de reprodução por serem inviáveis, como argumentou a pró-reitora de pesquisa da USP, a geneticista Mayana Zatz.

Que fim mais digno pode ter um embrião condenado à destruição do que participar de uma pesquisa que tem o potencial de salvar milhões de pessoas? A escolha me parece semelhante, ao menos em parte, à dos que doam seus órgãos para transplantes. Ao menos partes de seus corpos poderão ajudar aqueles em necessidade, em vez de apodrecerem sob a terra ou de serem cremadas. Focar o debate constitucional na questão de onde começa a vida é desviá-lo para o inevitável conflito religioso, tirando seu mérito científico.

Não surpreende que Fonteles, franciscano, tenha acusado a doutora Zatz, judia, de ser influenciada por sua religião, que diria que a vida começa no nascimento e não na fecundação. Ora, é claro então que a posição de Fonteles é baseada em sua fé e não em qualquer consideração científica. A primeira audiência pública do STF, um momento histórico para o Brasil, transformou-se numa troca de acusações de cunho religioso.

Enquanto isso, milhões de pessoas continuam morrendo e os embriões apodrecendo nos congeladores ou no lixo. A questão do uso de embriões decretados inviáveis para reprodução na pesquisa médica deve ser separada da questão religiosa. A missão da ciência é aliviar o sofrimento humano. A da religião também. A única inconstitucionalidade aqui é ir contra os votos dos representantes do povo e impedir que essa missão seja cumprida.

Trinta anos de supersimetria

O mundo está repleto de simetrias, e o ser humano é fascinado por elas. Nosso corpo é simétrico em relação a um eixo vertical imaginário passando pelo centro de nossa cabeça. Um lado é (quase) idêntico ao outro. O mesmo com uma borboleta. É difícil pensar em algum animal que não tenha alguma simetria em sua forma. Ou flores. Ou conchas. De fato, é difícil atribuirmos o conceito de beleza a algo que não exiba alguma simetria. Esse senso estético é talvez um dos melhores exemplos de como a matemática da natureza está imbuída em nossas percepções.

Outros exemplos de simetria são os que nós mesmos construímos, na tentativa de aliar a estética do mundo natural ao funcionalismo dos objetos que usamos em nosso dia a dia. Dê uma rápida olhada à sua volta e observe como você está cercado de simetria por todos os lados. Imagine se cada um desses objetos fosse assimétrico, mesas, portas e molduras tortas, papéis de parede sem padrões repetitivos, cada ladrilho de um tamanho diferente (nesse caso o chão teria vários buracos) e por aí a fora. Partindo desse mundo concreto para a representação simbólica do mundo que usamos nas ciências naturais, a simetria torna-se também extremamente útil.

A física atômica e nuclear depende crucialmente da existência de simetrias. Alguns estados atômicos exibem simetrias esféricas, outros parecem mais com cilindros. Sem a existência dessas simetrias, seria praticamente impossível obtermos uma descrição quantitativa de suas propriedades. No mundo das partículas subatômicas, várias simetrias aparecem em suas interações, nas forças que essas partículas exercem entre si. Um elétron, com sua carga elétrica negativa, repele outro elétron. Essa e outras forças entre partículas são mediadas por outras partículas. No caso dos elétrons, essas partículas são os fótons, pequenos "pacotes" de radiação eletromagnética.

Portanto, falamos de dois tipos de partículas, as partículas de matéria e as partículas de força. A simetria de uma força está diretamente ligada ao número de seus mediadores. No caso da repulsão eletromagnética entre os elétrons, só existe um tipo de partícula, o fóton. No caso da força nuclear forte, que mantém os quarks coesos dentro de prótons e nêutrons, os mediadores são oito. E, no caso da força nuclear fraca, responsável pela radioatividade, eles são três. Essas simetrias não são reveladas no espaço concreto, mas no espaço matemático onde essas teorias são formuladas. Mas elas continuam sendo simetrias, mesmo que nós não possamos vê-las diretamente.

A teoria que descreve como as partículas interagem através dessas três forças, o Modelo Padrão, é extremamente bem-sucedida. Mas várias questões permanecem em aberto, indicando que existe algo além dela. Por exemplo, não entendemos por que as três forças entre as partículas de matéria (e a gravidade também, a quarta) têm intensidades tão diferentes, ou por que as massas das partículas são tão diferentes, ou o que acontece a distâncias milhões de vezes menores do que um próton. Aqui entra a supersimetria.

Criada independentemente nos dois lados da "cortina de ferro" no início dos anos 70, a supersimetria dá o passo definitivo na busca por um princípio que possa unificar os dois tipos de partículas na natureza, as de matéria (elétrons, quarks etc.) e as de força (fóton, etc.). Daí o prefixo "super". Segundo as teorias supersimétricas, cada partícula tem uma companheira que é o seu complemento. A companheira supersimétrica de uma partícula de matéria é uma partícula de força, e vice-versa.

O que se mostrou, em mais de 30 mil artigos publicados sobre o assunto nos últimos 30 anos, é que a supersimetria pode responder a várias das perguntas que afligem o Modelo Padrão. Uma consequência imediata da supersimetria é que ela dobra o número de partículas existentes. Até agora, não observamos nenhuma das duplicatas. Mas isso não é, ainda, um problema. Essas companheiras supersimétricas são bem mais maciças do que as partículas normais e seriam invisíveis em nossos experimentos atuais.

Mas não por muito tempo. Até o fim da década, uma máquina sendo construída na Suíça terá energias altas o suficiente para "produzir" partículas supersimétricas. Ou não. Afinal, mesmo que a supersimetria seja muito elegante, nem todas as simetrias matematicamente belas existem no mundo real.

A música das esferas

Durante o século 6 a.C., uma profunda revolução ocorreu na história da humanidade. Grandes pensadores apareceram em vários locais do mundo, propondo idéias que redefiniram o conhecimento. Na China, Lao-Tsé e Confúcio, na Índia, Sidarta Gautama -o Buda-, e, na Grécia, surgiram os primeiros filósofos pré-socráticos. Aliás, o primeiro dos pré-socráticos, Tales de Mileto, foi considerado por Aristóteles como o primeiro dos filósofos. Na Itália, apareceu uma outra escola do pensamento grego, fundada pelo legendário Pitágoras. Muitas das idéias que até hoje influenciam o pensamento ocidental surgiram dos milésios (nome dado aos seguidores de Tales de Mileto) e, principalmente, dos pitagóricos. Nós todos ouvimos falar do teorema de Pitágoras na escola, aquele que diz que a soma dos quadrados dos catetos de um triângulo retângulo é igual ao quadrado da hipotenusa. Para começar, parece certo que esse teorema não foi inventado pelo próprio Pitágoras, mas isso não é tão importante. O que Pitágoras e seus seguidores fizeram vai muito além desse belíssimo teorema. Para os pitagóricos, a estrutura do mundo natural, a ordem que percebemos nos fenômenos e objetos à nossa volta (e mesmo em nossas próprias mentes), pode ser reduzida a relações entre números. Em particular, números inteiros. Segundo fontes secundárias (nenhum dos escritos de Pitágoras sobreviveu), Pitágoras descobriu uma relação entre as notas musicais e os números inteiros examinando como diferentes notas são criadas em um instrumento de cordas, como a lira ou o monocórdio, uma espécie de violão com uma corda só. É fácil fazer o teste com um violão: para obtermos uma oitava mais alta, soamos a corda na metade de seu comprimento, isto é, na razão 2/1. Para uma quinta mais alta, soamos a corda a 2/3 de seu comprimento e assim por diante. Com isso, Pitágoras demonstrou a existência de uma profunda relação entre a música e a matemática. Mais ainda, são precisamente as notas que obedecem a essas razões entre números inteiros que são consonantes (esteticamente belas). A união criada por Pitágoras foi além da relação entre a matemática e as notas musicais, trazendo em si o conceito de harmonia, uma palavra aparentemente criada pelos pitagóricos. Pitágoras abriu o caminho para a ciência como uma descrição quantitativa da natureza, baseada em um arranjo racional dos números inspirado por noções estéticas. Para os pitagóricos, os números representavam a ponte entre a razão humana e a razão divina, a linguagem de codificação do mundo externo e interno. O seu objetivo era atingir o êxtase (outra palavra pitagórica) pela contemplação da dança dos números, a criação de ressonâncias entre as harmonias da natureza e as da mente. A idolatria de Pitágoras pela beleza das relações entre os números não se restringia à Terra. Para ele, o cosmo era um instrumento musical, cujas melodias eram entoadas pelo movimento dos planetas. As distâncias entre os planetas e a Terra obedeciam a razões entre números inteiros que podiam ser identificadas com as notas musicais. O cosmo ressoava com a harmonia das esferas, que aparentemente só Pitágoras podia ouvir (tanto Milton quanto Shakespeare escreveram poemas sobre a harmonia das esferas, mais de 2.000 anos após Pitágoras). A ciência, herdeira de Pitágoras, procura sempre por essa harmonia entre os números e o mundo natural. São incontáveis os exemplos de cientistas inspirados por uma visão essencialmente pitagórica do mundo, por um desejo de estabelecer novas pontes entre a razão humana e a natureza. E cada descoberta, por menor que seja, tem o seu lado de agonia e o seu lado de êxtase. É interessante que a própria idéia de ressonância ocupa um lugar essencial na física moderna, representando uma situação onde um sistema responde com tremenda intensidade a um estímulo causado por um agente externo a ele. É essa a ressonância que buscamos na natureza, nossas mentes tentando decifrar a música das esferas, em busca de uma harmonia maior com o cosmo em que vivemos.