Férias no espaço

Que tal começar a planejar as férias de 2020? Destino: o espaço, ou melhor, um vôo a uma altitude de aproximadamente 100 km, considerada a fronteira entre a atmosfera terrestre e o espaço sideral. Preço? Talvez uns US$ 20 mil. Caro, sem dúvida. Mas o preço deverá cair com o tempo. Em 2050 será já bem mais barato. Parece ficção científica, mas não é. Muito em breve, o espaço não será província apenas de astronautas treinados pela Nasa ou organizações governamentais para-militares; o espaço será acessível a qualquer cidadão com dinheiro para pagar a passagem.

A era da exploração privada do espaço, com fins comerciais, começou dia 21 de junho, quando o piloto Mike Melvill, contratado da companhia americana Scaled Composites, alcançou uma altitude de 100 km com o foguete SpaceShipOne. Primeiro, a nave foi alçada a uma altitude de 15 km por um avião chamado White Knight. O foguete foi então liberado e, após planar por alguns instantes, seus jatos, usando um combustível combinando óxido nitroso (usado em carros "envenenados") e borracha, bem menos inflamável do que a mistura de hidrogênio e oxigênio usada pelo ônibus espacial da Nasa, o transportaram acima da atmosfera. O piloto relatou que a experiência foi "quase religiosa". "É uma coisa sensacional, a Terra lá em baixo. Deu para ver a sua curvatura." Ele não chegou a entrar em órbita, pois sua velocidade horizontal era de apenas 1 km por segundo e são necessários 8 km por segundo. Mas ele ficou em queda livre durante três minutos; para ilustrar o efeito, abriu um saco de balas e as deixou flutuando pela cabine até começar a viagem de volta.

Melvill é o primeiro homem a atingir o espaço em veículo construído pela iniciativa privada. Um novo capítulo foi escrito na história da exploração espacial. A empresa para a qual ele trabalha está atrás de um prêmio de US$ 10 milhões, o Prêmio X Ansari, que será dado ao primeiro foguete pilotado por humanos e construído pela iniciativa privada, capaz de carregar o peso equivalente a três pessoas até uma altitude de 100 km duas vezes em duas semanas. Ou seja, o veículo deve não só voar acima da atmosfera terrestre, mas, também, pousar e retornar ao ponto de partida. O veículo SpaceShipOne foi construído com uma doação de US$ 20 milhões de Paul Allen, co-fundador da Microsoft.

Mas a Scaled Composites não é a única empresa atrás do prêmio. Mais de 20 competidores estão inscritos, prometendo muita criatividade. Por exemplo, um grupo do Canadá terá seu foguete lançado do maior balão de hélio já construído. E isso é típico da conquista do ar pelo homem, motivar a iniciativa privada através de prêmios.

O próprio Santos Dumont voou em torno da Torre Eiffel e ganhou um prêmio de 100 mil francos, que doou para caridade. (Ele não precisava do dinheiro.) Em 1927, Charles Lindberg atravessou o Atlântico para ganhar o Prêmio Orteig, de US$ 25 mil. Agora é a vez do Prêmio X Ansari. Claro, o dinheiro é muito menos importante do que a glória do feito e sua repercussão financeira. Não é difícil imaginar que muita gente irá querer correr os riscos inerentes aos vôos espaciais para ter essa experiência "quase religiosa". Há aqui um paralelo entre a exploração marítima e aérea da Terra, que também teve riscos. Até hoje, navios naufragam e aviões caem. Mas o desejo de querer ir além é muito mais forte.

Em um futuro próximo, companhias especializadas irão levar pessoas ao espaço, além da atmosfera terrestre. (A Verig, Viação Espacial Rio Grandense.) Hotéis orbitais serão construídos, estações de banhos em que piscinas de águas térmicas imersas em cabines transparentes permitirão vistas únicas de nosso planeta, enquanto saboreia-se uma caipirinha. A gravidade poderá ser simulada com a rotação do hotel espacial, de modo que os clientes não fiquem flutuando durante todas as suas férias. (Mas quem quiser flutuar pode, em módulos sem rotação.) Dos hotéis orbitais até férias na Lua ou em Marte é só questão de tempo. E com a criatividade e competição de mercado que regem a iniciativa privada, não será nem tanto tempo assim.

Depois de amanhã

Esse deveria ser o título, em português, do filme sobre mudança climática que em inglês se chama "The Day after Tomorrow". A fita já levou pancada de climatologistas do mundo inteiro, pela maneira facilitária com que trata de processos ultracomplexos da atmosfera, mas esta coluna vai se permitir com ela uma generosidade que não teve com a trilogia "Matrix", por exemplo.

Apesar de todas as barbaridades científicas do enredo, é bom avisar, logo de cara, que o filme é apreciável. Vá lá, é de doer o entrecho do pai ausente, depois arrependido, que parte em busca do filho ilhado numa Manhattan soterrada em neve e gelo, mas as imagens...
Com tanta mobília para queimar na Biblioteca Pública de Nova York, a fogueira de livros permanece uma estupidez, também, mas a visão de centenas de milhares de refugiados norte-americanos cruzando o rio Grande e invadindo ilegalmente o México permite esquecê-la rápido.

Mesmo o artifício de fantasiar uma coleção de vórtices gigantescos sobre o hemisfério Norte para explicar a glaciação em cinco minutos aparece como licença cinematográfica aceitável. Mais, ainda, o cargueiro que desliza silencioso e fantasmagórico diante da biblioteca.
De um ponto de vista político atual, é de dar um prazer quase perverso assistir -ainda que só no escuro do cinema- a um presidente norte-americano desculpar-se em cadeia de TV por não ter dado crédito, no devido tempo, a cientistas alarmados com a possibilidade de uma mudança súbita no clima da Terra. E isso em solo estrangeiro -mexicano, para piorar-, agradecendo a generosidade de países que costumava chamar de Terceiro Mundo.

A onda gigantesca que se aproxima da Estátua da Liberdade também é de arrepiar -assim como o ícone nova-iorquino coberto de pingentes de gelo. Idem para a reciclagem da cena da fenda oculta sob a camada de neve, um clássico dos filmes sobre geleiras, que ao se abrir revela o imenso vazio de um shopping center. Cinema é isso, imagens para não esquecer.

Por que não mobilizá-las, então, na propagação de consensos científicos que o governo mais poderoso do planeta se recusa a reconhecer?

Há anos o Painel Intergovernamental sobre Mudança Climática (IPCC, como é conhecido em inglês o grupo de cientistas investido pela ONU) afirma que não há mais dúvidas quanto ao efeito da espécie humana sobre o clima. Veículos, indústrias e usinas termelétricas emitem compostos de carbono que agravam o efeito estufa, retendo mais radiação solar na atmosfera, aquecendo-a além da conta. O IPCC projeta que tal acumulação de gases possa causar um acréscimo de pelo menos 1C até o ano 2100.

Nem por isso George W. Bush e seus amigos da indústria do petróleo dão o braço a torcer. Escolhem estudos e cientistas que se especializaram em levantar dúvidas sobre tais projeções, uma vez que elas são coalhadas de incertezas (como reconhece o próprio IPCC). Constituem uma minoria entre climatologistas, mas -o que fazer?- os americanos simplórios gostam desses heróis quixotescos, que lutam contra tudo e contra todos para afirmar a própria convicção.

Quixote por Quixote, é preferível ver Dennis Quaid espinafrando o presidente dos EUA, numa fita ligeiramente implausível, do que aturar Bush, na vida real, dando uma banana para o resto do mundo.

As formigas, o grilo e as dimensões escondidas

Uma formiga, andando sobre um fio, não tem muita escolha, a não ser andar para frente ou para trás. Uma outra, andando sobre uma bola sempre na mesma direção, irá caminhar em círculos fechados, voltando sempre ao seu ponto de partida.

Em sua inocência de inseto, ela não se dá conta de que está repetindo o mesmo trajeto, espantada, após horas de caminhada carregando uma pesada folha, de como se afastou do formigueiro. De repente, alguém chuta a bola, e formiga e folha voam até bater no fio onde está a outra. Caem as duas no chão e, felizes da vida, percebem que podem se locomover outra vez em duas direções, norte-sul, leste-oeste. "Que alívio, achei que ia ficar sempre andando em linha reta, sem saber como chegar ao formigueiro", diz a primeira. "E eu?" -diz a outra-, "caminhei, caminhei e não sabia aonde estava indo, pois tudo parecia igual."

Um grilo, passando pelas duas, escuta a conversa. "Vocês formigas são muito burras mesmo", diz ele, saltando alegremente sobre as duas. "Aliás, burrice é uma característica de seres bidimensionais. Nós, grilos, somos privilegiados, pois podemos pular, além de andar. E eu digo para vocês, nada como um bom pulo para se sentir em paz com o mundo."

As formigas olham uma para a outra, batem as antenas e resolvem ir embora sem dar bola para o pretensioso grilo. "Que grilo mais metido, só porque ele pode pular, e nós, não, ele se acha todo importante", diz uma delas. "É, grilo é assim mesmo", responde a outra.

Na volta ao formigueiro, elas se deparam com uma árvore tombada. O tronco, já corroído, formava um túnel. Elas resolvem entrar para ver se encontram pulgões para o almoço. "Olha só que engraçado, se eu andar para frente e para trás, esta árvore é igual ao fio onde eu estava", diz uma. "É mesmo", responde a outra. "Se eu andar para o lado, acabo voltando ao ponto de onde comecei, feito o lugar onde eu estava antes."
O grilo, que seguiu as duas, entra pulando dentro do tronco. "Eta burrice, vocês nunca viram um cilindro? Ci-lin-dro. Em uma direção é reto e na outra é fechado, como um círculo."

"Ih, grilo, deixa a gente em paz, tá?" -diz uma formiga. "Nós temos muito o que fazer." O grilo sai pulando, balançando a cabeça.
Um físico e seu filho de oito anos estavam passeando pela mesma floresta. "Filho, você sabe que nós vivemos em três dimensões, certo? Norte-sul, leste-oeste, em cima e embaixo. Olha só aquelas duas formigas. Elas só andam em duas dimensões e nem sabem que existe uma terceira. Já aquele grilo ali, pulando sobre as duas, sabe que existem três."

O menino, muito esperto, responde: "Pai, é como a gente. No carro, andamos em uma dimensão, para frente ou para trás. Em um barco, andamos em duas. E em um avião, em três."

O físico olha para o filho, todo orgulhoso. "Isso mesmo! Filho, tenho uma idéia. Vamos confundir aquele grilo. Eu trouxe aqui um cano tão fino que ele não vai ter espaço para pular dentro dele. Põe ele dentro." O garoto pega o grilo e empurra o coitado para dentro do cano.

As formigas, que estão de longe assistindo à cena, rolam no chão de rir. "E agora, seu grilo?" -diz uma-, "você vai pular aí dentro também?" O grilo, humilhado, tenta atravessar o cano com o máximo de dignidade. O físico pega outro cano, ainda mais fino. O menino logo exclama: "Ô pai, esse aí é fino demais, nem as formigas dão dentro."

"Exatamente", diz o físico. "Mesmo que o cano seja perfeitamente real, nem as formigas nem o grilo poderão explorar o seu interior. Para esses insetos, o cano fino é uma dimensão invisível."

"Quer dizer que é possível que existam dimensões invisíveis para nós também, tão pequenas que não podemos explorá-las?" -pergunta o menino. "Exatamente, filho. Existem teorias que dizem que o espaço tem dez dimensões, e não três. As seis dimensões extras são tão pequenas que não podemos vê-las. O que não significa que elas não existam. Veja só."

O físico pega uma aranha bebê, bem pequenina, e a põe dentro do cano fino. Após alguns segundos, ela sai pelo outro lado, feliz da vida. "Para essa aranha, o mundo dentro do cano é perfeitamente real." O menino olha para o pai, desconfiado. "Mas por que dez dimensões, pai? E por que só três são grandes?" O físico sorri. "Ah filho, isso a gente vai ter de deixar para um outro passeio pela floresta."

A conexão Sol-Terra

Se existe algo de certo, em nossas vidas atribuladas, é que amanhã o Sol irá nascer novamente, banhando a Terra com seu calor e sua luz. Ainda bem, porque sem sua produção regular de energia não existiria vida na Terra. O Sol, cujo centro é uma gigantesca fornalha nuclear que transforma núcleos do átomo de hidrogênio (ou seja, prótons) em núcleos de hélio a temperaturas de 15 milhões de graus, sofre variações em sua luminosidade (a produção total de energia por segundo) de apenas 0,2 a 0,3%. Qualquer alteração maior na luminosidade solar teria conseqüências devastadoras aqui na Terra.

Por exemplo, calcula-se que, em aproximadamente 1 bilhão de anos, a luminosidade solar aumentará em 10%. Se o aumento ocorresse agora, os oceanos evaporariam imediatamente, e as rochas e montanhas na superfície terrestre derreteriam como manteiga. A atmosfera seria eliminada, tornando impossível a existência de vida. Aquele disco dourado que aparenta ser tão pacífico e regular, o mesmo, entra dia, sai dia, é, na verdade, uma bola de gases incandescentes sujeitos a campos magnéticos de enorme intensidade. A temperatura na superfície do Sol, embora bem menor do que no seu centro, é de 6.000C.

Que o Sol tenha um campo magnético não é uma grande surpresa; a Terra também tem um, se bem que de origem bem diferente. O magnetismo terrestre, mesmo que ainda não completamente compreendido, está ligado à composição de seu interior -metais liquefeitos pelo calor e pela pressão. Esses metais giram devido à rotação da Terra, criando um campo magnético cujos pólos sul e norte estão próximos, mas não alinhados, com os geográficos. O magnetismo solar é ainda menos compreendido. Sabe-se que ele vem do fluxo de gases de seu interior para seu exterior, combinado com a rotação do Sol em torno de seu eixo.

Os campos magnéticos solares refletem a incrível atividade que existe sob e sobre a sua superfície. As manchas solares, que aparecem como manchas negras sobre a superfície, são, na verdade, portos de entrada e saída de campo magnético. Elas sempre aparecem em pares, tal como ímãs que têm um pólo sul e um pólo norte. Uma mancha solar típica tem diâmetro de 10 mil a 20 mil quilômetros, uma ou duas vezes o diâmetro da Terra.
O campo magnético que sai da superfície solar por uma mancha e entra por outra pode ser visualizado como uma minhoca com suas extremidades presas ao solo. Dentro do tubo, o campo magnético tem uma intensidade mil vezes maior do que na região à sua volta. A coloração escura das manchas é devida a seus campos magnéticos, que, sendo bem mais fortes, tendem a bloquear parcialmente o fluxo de gases quentes até a superfície, tornando-a em torno de 500C mais fria. No Sol, uma região mais fria irradia menos e aparenta ser mais escura.

Existe uma conexão profunda entre o Sol e a Terra, que vai além do calor e luz que recebemos. Essa ligação é magnética. Tal como em um ímã comum, os campos magnéticos do Sol e da Terra se espalham pelo espaço à sua volta. As auroras são um exemplo dessa conexão.

O Sol não gera apenas radiação e calor. Os movimentos em sua superfície, combinados com flutuações de seu campo magnético, ejetam milhões de toneladas de matéria por segundo. Essa matéria, composta principalmente por elétrons e prótons, chama-se vento solar. Viajando pelo espaço a velocidades de 500 km/s, essas partículas chegam à Terra após alguns dias, caindo sobre os pólos magnéticos como areia por um funil. As colisões entre essas partículas e as moléculas de gás na atmosfera liberam radiações de energias diferentes, formando as cortinas ondulantes de luz das auroras nas regiões de altas latitudes.

Volta e meia, o nível de atividade solar aumenta. Com ela, aparecem mais manchas solares. Esse aumento ocorre com regularidade, em ciclos de 11 anos. Às vezes, bolhas gigantescas de matéria são ejetadas, que também podem chegar até a Terra. Quando isso ocorre, satélites podem ter suas comunicações interrompidas, e usinas elétricas podem falhar devido à sobrecarga. E isso com flutuações de apenas 0,2% na luminosidade solar.

É bom mesmo que o Sol continue a se comportar.

Vênus e outros planetas em trânsito

No último dia 8, acordei às cinco e meia da manhã e, munido de meu visor solar, um par de óculos com filtros especiais, saí de casa procurando pelo Sol nascente. Como é comum nas manhãs de primavera, uma densa névoa cobria o vale do rio Connecticut, onde moro, bloqueando quase completamente o céu. Não daria para ver o Sol nascer e muito menos Vênus passando à sua frente. Lembrei-me do astrônomo inglês Jeremiah Horrocks, um jovem brilhante que, em 1639, com apenas 20 anos de idade, foi o primeiro a prever quando ocorreria o trânsito de Vênus.

O pobre Horrocks, que morava em Lancaster, tinha de ter muita sorte para que o céu estivesse claro em dezembro, uma raridade na Inglaterra. Mas, conforme escreveu ele, "as nuvens, como que por intervenção divina, se dispersaram por completo, e eu fui então convidado a repetir minhas observações e a presenciar um espetáculo muito agradável".

Imagino que "agradável" era como um inglês do século 17 expressava o seu êxtase absoluto. No meu caso, não havia previsto o trânsito de Vênus, mas também dei sorte. A névoa começou a se dispersar e acabou servindo de filtro natural contra a luz do Sol. Por trás da névoa, pude ver claramente o seu disco luminoso e, sobre ele, um disco negro, perfeitamente circular: Vênus.

De minha posição na Nova Inglaterra, o espetáculo durou até as sete da manhã, quando Vênus terminou a sua passagem. Tudo voltou ao normal, a mancha negra desapareceu da superfície do Sol.

Hoje em dia, a observação do trânsito de Vênus é mais uma curiosidade: seu uso científico mais importante, medir a distância entre a Terra e o Sol, já foi explorado o suficiente. Sabemos que a Terra, em seu ponto de maior proximidade do Sol (o periélio), está a 147,1 milhões de quilômetros, com uma precisão de aproximadamente cem metros.
Para quem não pôde ver o trânsito desta vez, e o Brasil não foi privilegiado, o fenômeno se repetirá em 2012. É bom tentar vê-lo nessa oportunidade, porque a próxima será apenas em 2117.

Para entender a irregularidade dos trânsitos, é bom lembrar que os planetas giram em torno do Sol em órbitas elípticas que estão quase alinhadas em um mesmo plano, como uma pizza bem grossa. A variação na inclinação das órbitas e o tamanho pequeno de Vênus fazem com que a superposição de sua superfície (apenas 3% da superfície do Sol) com a da estrela seja bastante rara: os trânsitos ocorrem em pares separados por aproximadamente oito anos, e cada par de eventos é separado dos outros por cerca de 120 anos. O Sistema Solar é preciso como um relógio, mas seus mecanismos são bastante complicados.

No ano que vem a Agência Espacial Européia lançará a sonda Venus Express, que vai estudar o misterioso planeta. Aquele disco negro que vi na frente do Sol é extremamente quente, com temperaturas em sua superfície chegando a 460C. E, como Vênus gira muito lentamente em torno de seu eixo, o seu dia (uma revolução completa) é mais longo do que o seu ano (uma revolução completa em torno do Sol, que lá equivale a 225 dias terrestres).

Sua atmosfera extremamente densa é composta por nuvens amareladas de ácido sulfúrico. A pressão em sua superfície é equivalente à pressão a 900 metros de profundidade nos oceanos terrestres. Estranho como aqui na Terra a "estrela-d'alva" é associada à deusa da beleza. Nada como a distância para colorir a percepção das coisas.

Hoje, a importância dos trânsitos não está no nosso Sistema Solar, mas em outros. A passagem de um planeta de dimensões terrestres na frente de uma estrela distante diminui a sua luminosidade. Mesmo que o efeito seja mínimo, 1 parte em 10 mil, e muito raro, é possível medi-lo com tecnologia já existente.

Uma missão da Nasa para 2007, chamada Kepler, vai observar 100 mil estrelas semelhantes ao Sol em nossa vizinhança galáctica, durante quatro anos. Astrônomos esperam observar em torno de cem trânsitos. Caso esses trânsitos sejam medidos, teremos confirmação direta da existência de planetas com dimensões semelhantes às da Terra girando em torno de outras estrelas.
Horrocks acharia "muito agradável".

O grande colisor de matéria e antimatéria

Imagine que você queira descobrir o que existe dentro de uma laranja sem poder cortá-la. Uma possibilidade é acelerar uma laranja contra outra a velocidades bem altas. Quando a colisão ocorre, pedaços de casca, bagaço, suco e sementes voam para todos os lados. Uma análise desses detritos permite deduzir a composição interna da laranja. Essencialmente, é isso o que ocorre no interior dos colisores de partículas, máquinas gigantescas que buscam as partículas elementares da matéria.

Por elementar se entende uma partícula que não é composta por outras. Por exemplo, um átomo de hidrogênio não é elementar, pois é composto por um próton e um elétron. O próton também não é, pois é composto por três quarks. Mas os quarks e o elétron, ao que tudo indica, são elementares. Eles são alguns dos tijolos fundamentais da matéria.

Existem vários colisores de partículas espalhados pelo mundo, mas os dois pesos-pesados estão no Fermilab, perto de Chicago, nos EUA, e no Cern, o Centro Europeu de Física de Partículas, perto de Genebra, na Suíça. Nos dois centros, máquinas aceleram partículas de matéria contra partículas de antimatéria, em túneis circulares subterrâneos, até velocidades próximas da da luz.

As partículas e antipartículas colidem, transformando suas enormes energias em várias outras partículas, devido à conversão entre massa e energia prescrita pela famosa fórmula E=mc2. (Lembre-se de que movimento também tem energia, de modo que, quanto mais rápida a partícula, maior a sua energia.)
Antimatéria não tem nada de esotérico. Cada partícula de matéria comum, elétrons, prótons, quarks, tem sua irmã de antimatéria: pósitrons para elétrons, antiprótons e antiquarks para prótons e quarks. A diferença principal é que as partículas de antimatéria têm cargas elétricas opostas às de matéria.

O colisor do Fermilab, chamado Tevatron, acelera prótons contra antiprótons até energias equivalentes a 2.000 vezes a massa de um próton multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz, o c2 da fórmula. O do Cern, chamado LEP (Large Electron-Positron Collider, Grande Colisor de Elétrons e Pósitrons), atinge energias de até 200 vezes a massa de um próton (vezes c2). Uma nova máquina está em construção no Cern, devendo ficar pronta em alguns anos: o LHC (Large Hadron Collider, Grande Colisor de Hádrons), uma versão maior do Tevatron americano, com oito segmentos de 3,3 quilômetros cada.

Por que máquinas tão grandes (e caras, com custos de bilhões de dólares) são necessárias para estudar algo tão pequeno? Voltemos à colisão das laranjas. Se as laranjas forem aceleradas a baixas velocidades, as cascas nem chegarão a rasgar. Velocidades maiores revelarão que o interior da laranja está cheio de coisas, mas ainda não saberemos o que são elas. Com velocidades ainda maiores descobre-se que a laranja tem suco, bagaço e sementes. E se quisermos continuar o estudo, descobrir o que existe dentro da semente? Aumentamos ainda mais a velocidade, usamos muitas laranjas e, de vez em quando, uma semente se choca contra outra com tal violência que elas se quebram e vemos o que existe dentro.

Portanto, o estudo das propriedades da matéria a distâncias muito pequenas necessita de muita energia. Por isso as máquinas têm de ser tão grandes. Pense em como a gravidade acelera objetos que caem: quanto maior a altura, mais violento o impacto no chão. Com os colisores é a mesma coisa: quanto maior a sua extensão, maiores as velocidades atingidas pelas partículas.
Nos últimos 25 anos, esse quebra-quebra subatômico levou à construção do chamado Modelo Padrão da física de partículas, que resume tudo o que sabemos sobre a estrutura fundamental da matéria. O futuro dos grandes colisores, no entanto, é incerto. A menos que sejam inventadas novas tecnologias de aceleração, e várias vêm sendo discutidas, o custo de máquinas maiores é proibitivo.

A física de partículas terá de continuar a se alinhar cada vez mais com a cosmologia, usando o Universo como laboratório de estudo. Afinal, nenhum colisor na Terra poderá simular as energias que existiam momentos após o Big Bang. O segredo da estrutura da matéria se esconde na infância cósmica.

Universo às escuras

Algo escuro e repulsivo controla o Universo. Em 1998, astrônomos descobriram que o Universo está em expansão acelerada, como se uma espécie de antigravidade, em que a matéria sofre uma repulsão em vez de uma atração, estivesse dominando a dinâmica cósmica. A descoberta provocou uma onda de choque na comunidade científica.
Inicialmente, a maioria dos físicos e astrônomos achou que o efeito iria embora, que se tratava apenas de erro nas medidas. Mas a cada ano que passa, o que se vê é o oposto: as medidas iniciais estavam certas, e a aceleração do Universo parece estar aqui para ficar.

É importante entender que esses efeitos ocorrem apenas em enormes escalas de distância, de centenas de milhões ou bilhões de anos-luz: ninguém vai começar a expandir feito um balão; a Terra não será arrancada de sua órbita em torno do Sol, ou o Sol da sua em torno do centro da galáxia; a Via Láctea manterá a sua estrutura espiral.

Um modo de visualizar a aceleração cósmica é imaginar o Universo como um oceano que preenche todo o espaço, onde as ilhas são as galáxias ou aglomerados de galáxias (grupos com muitas galáxias) bem distantes. A gravidade continua sendo atrativa como sempre. As ilhas não crescem. Mas o oceano tem a estranha propriedade de querer se estender cada vez mais em todas as direções, carregando as ilhas com ele.

Que o Universo esteja em expansão não é novidade; já se sabia disso desde 1929. A surpresa é a taxa com que essa expansão ocorre, que é muito mais rápida do que o esperado. Mais ainda, as observações mostram que essa aceleração começou em um determinado momento no passado, quando o Universo tinha apenas alguns bilhões de anos (sua idade atual é de 14 bilhões de anos). Por quê?

A misteriosa força repulsiva é chamada de "energia escura". Escura pois não podemos vê-la; não emite qualquer tipo de radiação, o que torna sua observação direta bastante difícil. A aceleração cósmica é detectada através de fontes de luz extremamente poderosas que existem em galáxias, as supernovas tipo Ia, objetos que emitem quantidades explosivas de radiação. Voltando à analogia do oceano, as supernovas são como postes de luz fincados nas ilhas; quando as ilhas se afastam devido à expansão, a luz dos postes vai ficando mais fraca, não só devido à sua maior distância, mas, também, ao efeito Doppler, que faz com que diminua a freqüência de ondas provenientes de fontes que se afastam (feito o som da sirene de uma ambulância passando na rua).

Um dos objetivos das observações atuais e futuras é determinar se a energia escura sempre teve a mesma intensidade repulsiva ou se ela muda no tempo. Se a intensidade foi sempre a mesma, a energia escura é uma constante, que chamamos de constante cosmológica. Caso ela mude no tempo, ela pode ser modelada como um campo cuja intensidade varia com a expansão do Universo.

A idéia de campo aqui é simples, como a temperatura num quarto: cada ponto do espaço tem a sua temperatura, de modo que podemos falar no campo de temperaturas do quarto. O campo de energia escura é chamado quintessência, como a quinta essência dos gregos. A natureza da energia escura, campo ou constante, determina o destino do Universo.

Até agora, em torno de 200 supernovas foram medidas. O número é alto, mas ainda insuficiente para resolver a questão. Um projeto da Nasa (Snap, Supernova Acceleration Probe, ou Sonda de Aceleração das Supernovas), ainda não definitivamente aprovado devido ao desvio de verbas por George W. Bush para a exploração humana da Lua e de Marte, pretende medir a velocidade de 6.000 supernovas a partir de 2010.

Caso a energia escura seja constante no tempo, e os resultados atuais indicam que essa possibilidade é a mais provável, resta entender a origem da constante cosmológica. Qual poderia ser a fonte dessa repulsão que age identicamente em todo o cosmo? Ou, quem sabe, a teoria da gravidade atual, baseada na teoria da relatividade geral de Einstein, não funciona a grandes distâncias. Qualquer que seja a resposta, fica claro que a resolução do mistério abrirá portas para a compreensão do Universo. As dúvidas de hoje são o conhecimento de amanhã.

Einstein, ícone da ciência

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Ninguém ficou muito surpreso quando a revista norte-americana "Time" elegeu Einstein a "Pessoa do Século". Afinal, ele já havia aparecido na capa da revista cinco vezes, mais do que qualquer outra pessoa. Mesmo assim, muitos acharam um absurdo um cientista ter sido escolhido, em meio a tantos candidatos. Por que não Gandhi, Charles Chaplin, Winston Churchill, Picasso, John Lennon? Tenho certeza de que o leitor poderia encher esta coluna com seus candidatos.

Mas foi Einstein o escolhido, um físico teórico cuja obra científica é compreendida por poucos especialistas. Todo mundo associa Einstein à famosa fórmula E=mc2 e sabe que sua teoria da relatividade demoliu os conceitos de espaço e tempo absolutos, criando uma nova visão de mundo, em que diferentes observadores, em movimento relativo, têm percepções distintas da realidade.

O que poucos sabem é que a teoria busca justamente relacionar as percepções de diferentes observadores, mostrando como eles podem comparar suas medidas sem conflitos. A teoria é, na verdade, uma teoria de absolutos: as leis da física independem da percepção particular de observadores em movimento relativo. Elas são as mesmas para todos.

O que a teoria da relatividade faz é dar voz a cada observador, mostrando que sua percepção da realidade é perfeitamente válida e equivalente à de outros. Ela democratiza a percepção do real.
Einstein levou essa democratização para além da física. Pacifista, renunciou à cidadania alemã para protestar contra sua crescente militarização. Sionista, preocupava-se com o futuro dos judeus numa Europa repleta de anti-semitismo. Acreditava que o grande mal do mundo era sua divisão em fronteiras, cada país ilhado dentro da sua. Se pudesse, ele as aboliria, junto com os passaportes.

Quando, em 1919, uma das previsões de sua teoria da relatividade geral foi comprovada -a luz de estrelas distantes é desviada ao passar perto do Sol devido à curvatura do espaço em sua vizinhança-, Einstein foi imediatamente catapultado à fama internacional.

O mundo estava se recuperando de duas tragédias, a Primeira Guerra Mundial e a terrível epidemia da gripe de 1918, que matou entre 20 e 50 milhões de pessoas. Com a realidade enegrecida, as pessoas olharam para esse decifrador dos segredos do cosmo como uma espécie de profeta, alguém que conseguiu entender a natureza como nenhum outro.

O pressuposto esoterismo de suas idéias, lidando com espaço e tempo, com a velocidade da luz e a cosmologia, o átomo e suas propriedades, certamente contribuiu para tal. O cientista tornou-se profeta, ao mesmo tempo humano e semidivino.

Em uma capa da "Time" de 1979, o centenário do seu nascimento, o rosto de Einstein aparece em "close", circundado de galáxias e estrelas. A imagem o mostra envelhecido, sábio, olhos profundos e tristes, alguém que vislumbrou os segredos mais profundos e que sofreu com os males do mundo. Como contraste, a capa de 1946 mostra também o rosto de Einstein, mas atrás dele se vê uma nuvem em forma de cogumelo típica de uma explosão nuclear, com a fórmula E=mc2 escrita em meio à fumaça. Ou seja, logo após a Segunda Guerra, que terminou com as explosões nucleares em Hiroshima e Nagasaki, Einstein aparece como responsável pelo uso da ciência para fins destrutivos. Um pulo grande, disso até a pessoa do século! A participação de Einstein na construção da bomba foi praticamente inexistente. Ele escreveu uma carta ao presidente Roosevelt em 1939, sugerindo que os EUA iniciassem estudos sobre a produção de bombas antes que os nazistas o fizessem.

A famosa fórmula, que descreve parte das transformações de energia que ocorrem no núcleo atômico, foi proposta completamente fora do contexto de uma bomba e não é usada em sua construção. Mas como é sempre muito mais fácil culpar alguém do que entender o que de fato ocorreu, a mídia achou o seu bode expiatório.

Imagino como Einstein, que morreu em 1955, deve ter se sentido ao ver sua imagem usada desse modo. Talvez a capa de 1979 e a eleição dele como pessoa do século tenham sido a forma de a revista se desculpar por seu sensacionalismo em 1946. Um pouco tarde demais, mesmo em tempo relativo.

A natureza enfurecida

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Nos dias 9 e 10 de maio, o canal de TV norte-americano NBC mostrou o filme "10,5", onde uma série de terremotos monstruosos destrói boa parte da Costa Oeste americana, incluindo desde as maiores cidades da Califórnia, Los Angeles e São Francisco, e até Seattle, no estado de Washington.
O título refere-se à escala Richter, que mede a intensidade de terremotos. Um terremoto com 10,5 de intensidade seria absolutamente devastador. Segundo o filme, não é uma má idéia comprar terra no deserto do Arizona: em breve essas terras terão vista para o mar. O interessante é que "10,5" foi o filme mais visto nos últimos cinco anos de televisão: teve quase 21 milhões de telespectadores. Só o documentário "9-11", sobre os ataques terroristas em Nova York e Washington, bateu o recorde. Mas esse foi um desastre que de fato ocorreu.

Os terremotos gigantescos de "10,5" são coisa de criança quando comparados com o que vem por aí. No dia 28, estréia nos EUA o filme "O Dia Depois de Amanhã" (The Day After Tomorrow), uma produção de 125 milhões de dólares que narra a devastação da Terra por um desequilíbrio climático provocado pelo efeito estufa. Basicamente, o aquecimento global degela grande parte das calotas polares. Esse degelo injeta uma quantidade enorme de água doce nos oceanos, causando o resfriamento das águas do Atlântico Norte e interrompendo o ciclo de aquecimento e resfriamento que existe entre o sul e o norte do oceano Atlântico. O resultado é um caos total no clima do planeta: granizo do tamanho de abacaxis em Tóquio, neve em Nova Déli, tornados que destroem Los Angeles (parece que essa cidade não tem mesmo salvação), um maremoto destruindo Nova York e por aí afora.

Imagino que, se os produtores prestassem atenção ao Brasil, a metade leste de seu território também seria submersa pelas águas. (Ainda não vi o filme, apenas um trailer de dez minutos.) Após o caos inicial, grande parte da Terra entra em uma nova Era Glacial, como a que ocorreu há 10 mil anos. Tudo isso em alguns dias.

O diretor do filme, Roland Emmerich, que dirigiu "Independence Day", usou todos os efeitos especiais possíveis para criar um quadro assustador da fragilidade do homem perante a fúria da natureza. Climatologistas prevêem alguns destes efeitos caso a poluição global causada por gases industriais continue no nível atual. Mas o processo é lento, durando décadas ou até centenas de anos, e não dias. O que o filme faz é acelerar a devastação que, segundo muitos cientistas, será inevitável.

É justamente a lentidão das conseqüências do efeito estufa que torna difícil a implementação de controles e políticas de prevenção. Para complicar as coisas, as previsões dependem de modelos complexos e não são perfeitas, sendo portanto alvo de crítica por grupos de interesse ligados a certas indústrias, como as produtoras de petróleo e petroquímicas em geral, entre outras.
Mesmo cientistas vêm debatendo a relação entre o aquecimento global e a poluição. Em declaração recente, um grupo de cem cientistas australianos argumenta que o aquecimento faz com que o planeta fique mais úmido e que essa umidade aumenta a quantidade de plantas. Plantas diluem os efeitos dos gases causadores do efeito estufa, dando mais tempo para que políticas de prevenção sejam implementadas.

O que me parece óbvio é que mesmo o estudo dos australianos demonstra claramente o impacto da presença humana no planeta. Visto que a Terra é um sistema finito, com capacidade de absorção finita, é uma mera questão de tempo até que as perturbações causadas por humanos comecem a causar sérios desequilíbrios climáticos. Quem cutuca uma colméia sabe que, mais cedo ou mais tarde, ela cairá no chão.

A famosa teoria do caos nasceu das investigações de Edward Lorenz, um climatologista do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts). Ao analisar as equações descrevendo o fluxo de calor na atmosfera, ele descobriu que, devido a uma propriedade delas chamada não-linearidade, pequenas pertubações podem ter efeitos enormes. Os exageros de Hollywood são cientificamente implausíveis. Mas eles mostram que, em uma guerra entre nós e a natureza, os perdedores seremos nós.

Oppenheimer e a bomba

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Assim escreveu o físico J. Robert Oppenheimer, líder do Projeto Manhattan, que projetou e construiu as primeiras bombas atômicas norte-americanas, após o primeiro teste em 1945: "Sabíamos que o mundo jamais seria o mesmo. Algumas pessoas riam, outras choravam. Mas a maioria permaneceu em silêncio. Me recordei de uma passagem das escrituras hindus, o Bagavad-Gita: Vishnu, tentando convencer o príncipe a concluir suas tarefas, assumiu sua forma com vários braços e disse: "Agora sou a Morte, destruidora de mundos". Acho que todos nós, de uma forma ou de outra, estávamos pensando a mesma coisa". Mais tarde, em 1948, Oppenheimer declarou, "os físicos conheceram o pecado". Nenhum físico encarna tão claramente a complicada relação entre ciência, ética e moral.

Oppenheimer foi escolhido para liderar o Projeto Manhattan pelo general Leslie R. Groves, que comandava a operação em nome do governo. As credenciais científicas de Oppenheimer eram impecáveis: físico brilhante, ele já havia demonstrado sua criatividade em vários projetos, incluindo um em que ele obteve os primeiros resultados sobre buracos negros. Sua capacidade de liderança também era óbvia; em sua posição como professor na Universidade da Califórnia em Berkeley e no Instituto de Tecnologia da Califórnia, Oppenheimer, treinado nos melhores centros da Europa, formou a primeira geração de físicos teóricos dos EUA. Ele era respeitado pelos melhores físicos do mundo, inclusive Einstein e Bohr. A única "sombra" em seu currículo era a sua posição política. Embora Oppenheimer negasse a acusação, alguns políticos o consideravam um comunista. Talvez até um espião da União Soviética.

O debate sobre a afiliação política de Oppenheimer continua até hoje. O que se sabe é que as acusações foram usadas na década de 50 para desligá-lo de seu cargo de diretor da Comissão Americana de Energia Atômica. Por trás das manobras estava outro físico, Edward Teller, que discordava da política de antiproliferação nuclear defendida por Oppenheimer. Não havia dúvida que os físicos que trabalharam no Projeto Manhattan o fizeram com medo de que a Alemanha produzisse uma bomba atômica durante a guerra. A possibilidade de Hitler com a bomba era assustadora. Mas, após os episódios de Hiroshima e Nagasaki, a maioria dos físicos mudou radicalmente de posição. Desenvolver outras armas nucleares, como a bomba de hidrogênio, centenas de vezes mais poderosa do que as bombas de fissão nuclear jogadas no Japão, era imoral.

Mas não para Teller, um húngaro radicalmente anticomunista. Para ele, era apenas questão de tempo até que os soviéticos desenvolvessem não só bombas de fissão como as de urânio e plutônio, mas também as de fusão. E a possibilidade de Stalin ter bombas termonucleares sob seu poder era quase tão assustadora quanto Hitler. Para Teller, o único caminho para a segurança nacional era a corrida armamentista: um país com essas armas jamais seria atacado.
Em 1952, os EUA começaram a construção da bomba H. Oppenheimer, talvez paradoxalmente, inicialmente também tomou parte. Mas logo começou a sua oposição. Teller não iria permitir isso. Em 1953, um relatório para o Congresso dizia que "muito provavelmente, Oppenheimer era um agente soviético". Não havia qualquer evidência de fato incriminadora. Um processo foi aberto, no qual vários físicos defenderam a integridade de Oppenheimer. O prêmio Nobel I. I. Rabi declarou: "Vocês têm vários tipos de bomba atômica. O que mais querem? Vocês estão escrevendo a vida de um homem". Um homem que emergiu da Segunda Guerra como herói nacional e que, em 1954, teve cassado o seu acesso à política nuclear. Teller, usando a paranóia do medo que surte grande efeito na política norte-americana até hoje, acabou vencendo. Como disse em 1995 Hans Bethe, integrante do Projeto Manhattan: "Eu peço aos cientistas de todos os países que parem de trabalhar no desenvolvimento de armas nucleares ou quaisquer armas de destruição em massa". Mas as pesquisas continuam, alimentadas pelo medo e por um senso distorcido de patriotismo. Uma vez conhecido o pecado fica difícil retornar ao caminho da virtude.

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A realidade dual

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Aristóteles, em seu cosmo centrado na Terra, dividiu a realidade física em duas partes: abaixo da Lua e da Lua para cima. Abaixo da Lua, tudo era composto de quatro elementos -terra, água, ar e fogo. Esse era o mundo das transformações e mudanças. Da Lua para cima, tudo era feito de uma quinta substância, ou essência, o éter. O éter, supôs Aristóteles, era imutável, eterno.
Essa divisão do mundo persistiu até que, na Renascença, Copérnico, Galileu e Kepler defenderam que o Sol, e não a Terra, era o centro do cosmo. A transição se completou com a teoria da gravitação universal de Newton, que mostrou que a mesma lei da gravidade operava na Terra e no céu: assim na Terra como no céu, versão científica. A unificação de Newton suplantou a dualidade aristotélica. E assim tem sido na história da física, dualismos sendo suplantados por teorias mais avançadas.

No início do século 20, um outro dualismo assaltou a física e, portanto, a explicação da realidade em que vivemos. (Leitores podem discordar de que a física explique a realidade em que vivemos. Refiro-me apenas à realidade física do mundo, do espaço e do tempo e das interações entre objetos inanimados.) Uma nova teoria, a mecânica quântica, foi proposta, quase que forçadamente, para explicar o bizarro comportamento dos átomos e das moléculas.
As regras que regem o comportamento dos objetos de dimensões atômicas são muito diferentes das que regem o comportamento que percebemos no nosso dia-a-dia. Em particular, o mundo clássico, o mundo das nossas percepções imediatas, é um mundo de certezas e de previsões concretas. Sabemos que, se uma bola cair de uma certa altura, ela vai se chocar com o chão após um intervalo de tempo.

Já o mundo quântico é um mundo de incertezas e probabilidades: não podemos afirmar ao certo qual caminho um elétron percorrerá ao viajar de um ponto a outro do espaço, apenas quais os mais prováveis.

Será que esse dualismo entre o mundo clássico e o mundo quântico irá também desaparecer com o surgimento de uma nova teoria, como desapareceu o dualismo aristotélico? E que teoria seria essa?

Aqui, as opiniões dos físicos estão divididas. Existe um grupo que afirma que a transição entre o clássico e o quântico é contínua e que a teoria quântica é realmente fundamental: o mundo clássico está contido nela, no limite em que os objetos são grandes o suficiente.

Caso isso seja verdade, todas as teorias da física devem ter uma formulação compatível com o mundo quântico, inclusive a da gravidade. Ou seja, a teoria que descreve as interações entre as pessoas e a Terra, entre a Terra e o Sol e mesmo a expansão do Universo deve ter uma formulação quântica, baseada em probabilidades.

Não vemos esse comportamento quântico da gravitação porque ele só se manifesta a distâncias muito pequenas. Cálculos indicam que essas distâncias são da ordem de milionésimos de trilionésimos de um núcleo atômico, impossíveis de observar hoje ou em futuro próximo. Céticos dizem que as propriedades quânticas da gravitação são inobserváveis. Se esse for o caso, o problema fica complicado: uma teoria física tem de ser testável para ser aceita.

O outro grupo diz que a realidade é dual: existe um mundo clássico e um mundo quântico, e eles são disjuntos. Não existe razão para tentar uni-los em uma única descrição. A atração gravitacional entre dois prótons é perfeitamente desprezível quando comparada com a repulsão elétrica entre eles. Portanto, a gravitação não tem um papel relevante no mundo do muito pequeno e deveria ser deixada de lado.

O físico Freeman Dyson é partidário dessa filosofia, conforme afirmou em artigo recente para a "New York Review of Books" (edição de 13 de maio de 2004). Essa posição, bastante pragmática, me parece incompatível com a cosmologia moderna: se o Universo está hoje em expansão, ele era muito menor no passado. Em um certo ponto, ele foi tão pequeno que todas as distâncias eram subatômicas. Como não incluir a gravidade nessa descrição do cosmo? Parece-me que esse dualismo também irá cair um dia. Qual teoria conseguirá tal feito é assunto para outro domingo.

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A realidade do invisível

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Cientista tem de ser cético; caso contrário, a ciência perderia a sua credibilidade. Imagine se qualquer um pudesse propor uma "teoria" da gravidade, dando a sua explicação ao fenômeno da atração gravitacional. Seria extremamente perigoso usar qualquer dessas teorias para, por exemplo, lançar um satélite em órbita da Terra.

O ceticismo acirrado do cientista, que irrita muita gente, é absolutamente fundamental. Nós somos treinados para duvidar, para questionar. Apenas após passar por vários testes e confirmações, incluindo a explicação quantitativa de fenômenos observados, é que uma teoria será provisoriamente aceita.

Digo "provisoriamente" porque teorias nunca estão imunes a testes futuros. Muitas vezes, uma teoria que parece fornecer uma explicação completa de certos fenômenos acaba sendo revisada no futuro. Um exemplo é a própria gravidade. Até 1916, a teoria que Isaac Newton propôs em 1687 reinava suprema. Mas Einstein mostrou que ela é, na verdade, uma aproximação de uma teoria mais completa, a teoria da relatividade geral.

Essa é a cultura da ciência. Quando um cientista vai apresentar os resultados de sua pesquisa em um seminário, ele ou ela vai preparado para receber críticas e questões. Se a idéia estiver correta, ela sobrevive. Ou, pelo menos, deveria, caso o sistema fosse perfeito. Mas não é.
Muitas vezes, idéias corretas são massacradas, mesmo que expliquem fenômenos observados. Isso porque cientistas também são gente e, como qualquer um, também têm preconceitos com relação a essa ou aquela visão de mundo.

Uma ilustração disso é a história do átomo. Os gregos Leucipo e Demócrito propuseram, em torno de 400 a.C., que tudo é feito de tijolos invisíveis e indivisíveis de matéria, os átomos. Newton foi um grande defensor da teoria atômica, tentando explicar a luz usando partículas. Mas ninguém levou a idéia muito a sério até o século 20. Por que isso?

Eis um texto de 1883 do filósofo e físico alemão Ernst Mach, famoso pelos seus estudos de fenômenos supersônicos (daí a velocidade de aviões supersônicos ser dada em Mach 1, Mach 2 etc.): "Os átomos não podem ser percebidos pelos sentidos; como todas as substâncias, eles são produto do pensamento. Mesmo que a teoria atomística seja tão eficiente na reprodução de certos fatos, o físico que abraça as leis de Newton só poderá aceitar essas teorias como provisórias, tentando obter, de modo mais natural, um substituto satisfatório".

Ou seja, segundo Mach, como átomos são invisíveis, não podem ser levados a sério. São "produto do pensamento", e a ciência tem de ser construída com objetos que possam ser detectados pelos sentidos. Na época, não havia mesmo jeito de "ver" átomos. Microscópios haviam revelado o mundo invisível dos micróbios, mas se sabia que, se existissem, átomos estariam muito além da capacidade de microscópios comuns.

Na época em que Mach escreveu seu comentário, teorias estavam sendo propostas para explicar o comportamento dos gases (como o ar) usando átomos. Por exemplo, sabia-se que, quando se aquece um gás, sua pressão aumenta proporcionalmente à temperatura. Pressão e temperatura são grandezas macroscópicas, que podem ser medidas por instrumentos.

Foi a explicação da origem da temperatura e pressão de um gás que causou polêmica: em 1845, James Waterson propôs que, se um gás fosse composto por moléculas submicroscópicas, sua temperatura seria proporcional ao quadrado da velocidade média das moléculas: calor é movimento. Quanto mais quente o gás, mais rápido suas moléculas se movem. Já a pressão é proporcional ao quadrado da velocidade média multiplicado pelo número de moléculas: mais moléculas, pressão maior. Por isso sopramos o ar em um balão para fazê-lo crescer.
Waterson foi duramente criticado por usar objetos invisíveis. Seu artigo foi rejeitado. "Não faz o menor sentido e não deve ser lido perante a Royal Society", escreveu um crítico.

Passaram-se mais de 50 anos até que o átomo fosse aceito. E isso só ocorreu após a descoberta do elétron, em 1897, e a do núcleo atômico, em 1911. Após o invisível ter ficado visível. Às vezes, "produtos do pensamento" são reais. Mas, como nem sempre isso é verdade, é melhor mesmo ser cético.

Cético, mas não cego.

Em busca de vida extraterrestre

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Os robôs da Nasa, Spirit e Opportunity, descobriram evidência que, no passado, existia água líquida em Marte. Talvez até salgada, como nos oceanos terrestres. Essa foi uma das poucas notícias boas que vieram dos EUA recentemente. A descoberta é espetacular e confirma o que já se suspeitava há muito: que água líquida não existe só na Terra.

Água é o primeiro passo para que se encontre vida. Ao menos vida como a entendemos no momento. Esse, aliás, é um dos problemas que caçadores de vida extraterrestre enfrentam: o que se conhece de vida é limitado a apenas um exemplo, o nosso. É perfeitamente possível que existam formas de vida tão exóticas que nem sejam reconhecidas como tal pela ciência atual: metabolismos completamente diferentes, comportamentos bizarros. Portanto, quando se fala na busca por vida extraterrestre, fala-se de uma busca limitada àqueles seres que podemos identificar como vivos.

Inúmeros fatores complicam as previsões de como seriam as formas de vida extraterrestre. Por exemplo, a composição química do planeta (ou lua) e de sua atmosfera, se ele tiver uma.
Respiramos oxigênio e exalamos dióxido de carbono. Marte, hoje, tem uma atmosfera rica em dióxido de carbono (95,3%). Se essa era a composição de sua atmosfera no passado, formas de vida marcianas não podiam depender de oxigênio. Elas também deveriam ser imunes à radiação ultravioleta proveniente do Sol. Aqui na Terra, somos protegidos pela camada de ozônio, que funciona como uma espécie de escudo contra os raios ultravioleta solares. Essa camada de ozônio foi sendo formada aos poucos, produto do desenvolvimento de formas de vida. Ou seja, a própria presença da vida modifica a atmosfera do planeta.

Pelo que vemos aqui na Terra, a vida é extremamente criativa. Organismos foram encontrados nas profundezas escuras dos oceanos, perto de fendas subterrâneas que expelem água fervendo e enxofre. Alguns micróbios sobrevivem em meios ricos em ácido sulfúrico, em gelo, ou em ambientes repletos de radiação.

Isso leva muitos cientistas a acreditarem na existência de alguma forma de vida fora da Terra. E, se água existir no local, essas formas de vida provavelmente serão baseadas em carbono, como é o caso aqui. A água age como um meio perfeito para facilitar reações químicas entre compostos de carbono, os componentes básicos dos organismos vivos.

Caso exista vida fora da Terra, ela será provavelmente dominada por organismos unicelulares. Na hierarquia dos seres vivos, o mais simples é o mais abundante. Os micróbios existiram sozinhos durante 85% da história da vida na Terra. A explosão de complexidade nas formas de vida terrestre ocorreu há menos de 1 bilhão de anos. Sei que micróbios extraterrestres não têm tanta graça, mas provavelmente são eles que têm a maior probabilidade de existir em outros cantos do cosmo.

Existem duas questões fundamentais, que mal podemos tocar aqui, devido ao espaço. A primeira questão é sobre a origem da vida em si, isto é, como moléculas orgânicas, ricas em carbono, se tornaram suficientemente complexas a ponto de se auto-replicar e alimentar. Ou seja, como o inanimado tornou-se animado.

A segunda questão é como essas formas de vida primitiva se tornaram cada vez mais complexas a ponto de hoje, aqui na Terra ao menos, existirem urubus, lagostas e pessoas.
A primeira pergunta é um dos grandes mistérios da ciência moderna. Vamos deixá-la de lado, ao menos hoje. A segunda questão nós entendemos melhor.

Por trás da complexificação da vida opera a seleção natural; organismos sofrem mutações em seus genes e, raramente, essas mutações são benéficas, ajudando na adaptação da espécie. A história da vida na Terra é uma história dramática, pontuada por grandes cataclismos e extinções. A variação das espécies depende da história da Terra, de colisões com enormes asteróides e cometas, de erupções vulcânicas que modificaram a atmosfera etc.

Caso a história da Terra fosse outra, a história da vida aqui também seria outra. O que será encontrado em outras partes do cosmo dependerá da história local. Mas uma coisa é certa: de micróbios a ETs inteligentes, o pulo é enorme. E pouco provável.

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Desta vez foi por pouco

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Recentemente, dois eventos astronômicos reanimaram temores apocalípticos, como os retratados nos filmes "Armageddon" e "Impacto Profundo": colisões catastróficas entre asteróides ou cometas e a Terra.

No dia 13 de janeiro, um astrônomo trabalhando para o Linear (Lincoln Near Earth Asteroid Research Program, ou Programa Lincoln de Busca por Asteróides Próximos da Terra) detectou um novo asteróide. Fez quatro imagens do objeto em momentos diferentes, numa tentativa de compor a sua órbita.

Isso tudo é rotina e faz parte do Programa Spaceguard Survey, que reúne vários observatórios dedicados à caça de asteróides com diâmetros de pelo menos um quilômetro. O objetivo é observar as suas órbitas, certificando-se de que nenhum irá colidir com a Terra.

Por que asteróides com pelo menos um quilômetro de diâmetro? Por dois motivos. Primeiro, porque, quanto maior o asteróide, mais fácil é achá-lo no espaço. A tarefa dos astrônomos não é nada fácil: é como detectar um mosquito a quilômetros de distância.

Segundo, porque asteróides com mais de um quilômetro de diâmetro podem causar sérios danos ao planeta Terra, inclusive ameaçando a sobrevivência de grande parte da humanidade. É bom lembrar que foi um asteróide que precipitou a extinção dos dinossauros há 65 milhões de anos. (Rumores recentes questionando essa conclusão são extremamente duvidosos.)

Existem mais de 1.100 asteróides dessas dimensões circulando pelo Sistema Solar. Metade deles já foi catalogada, e nenhum até o momento apresenta perigo de colisão com a Terra. A outra metade, graças ao trabalho do Spaceguard, deverá ser catalogada até 2008.

O astrônomo Tim Spahr, do Linear, enviou seus dados para um portal especializado e foi jantar. Passada uma hora, o astrônomo amador europeu Reiner Stoss viu os dados de Spahr e concluiu que o asteróide, então chamado de AL00667, estaria seis vezes mais próximo da Terra em um dia.

Stoss enviou mensagem para um grupo de caçadores de asteróides. As observações indicavam que o asteróide era pequeno, com 30 m de diâmetro. Objetos desse tamanho podem explodir ainda na atmosfera, tendo pouco efeito sobre a superfície. Mas, se a explosão ocorrer em baixa altitude e sobre área habitada, eles podem causar grandes danos e perda de vida. Em 1908, um explodiu sobre a Sibéria, devastando dezenas de quilômetros quadrados de floresta.

A essa altura, outro astrônomo, Alan Harris do Instituto de Ciências Espaciais em Boulder, no Colorado (EUA), checou os dados da órbita. Concluiu que, caso estivesse correta, o asteróide iria se chocar com a Terra em um dia. Nervoso, Harris ligou para o chefe do programa de detecção de asteróides da Nasa (agência espacial dos EUA), Don Yeomans.

Em conjunto com outros astrônomos, Yeomans concluiu que o asteróide tinha 25% de chance de colidir com a Terra. Jamais astrônomos haviam chegado a esse tipo de margem de risco. E certamente não com apenas um dia de aviso prévio.
Um certo pânico se espalhou entre os astrônomos. Eram necessárias mais observações para confirmar se o risco era mesmo tão alto. Para piorar a situação, os céus se cobriram de nuvens, as grandes inimigas dos astrônomos.

Finalmente, na madrugada do dia 14, astrônomos buscaram pelo asteróide no local onde ele deveria estar, caso fosse mesmo se chocar com a Terra. Não estava. Ainda bem, pois observações posteriores mostraram que o asteróide é muito maior, com 500 m de diâmetro. O susto foi tão grande que a Nasa preparou um plano de comunicação para o caso de um asteróide entrar em rota de colisão com a Terra.

No dia 18 de março, outro asteróide passou perto. Aliás, mais perto do que qualquer outro já observado. Com 30 m de diâmetro, passou a apenas 43 mil quilômetros de distância, ou 3,4 diâmetros terrestres. Aqui, a novidade não foi que o asteróide tenha passado assim tão perto -estima-se que isso ocorra uma vez a cada um ou dois anos-, mas que tenha sido detectado, o que é um bom sinal.

O Sistema Solar é cheio de detritos, materiais que não se juntaram a planetas ou luas em sua formação. As colisões com a Terra são raras, mas ocorrem. Esses dois episódios provam que não ter um plano de defesa é, no mínimo, arriscado.

O futuro da corrida espacial

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Telescópio Espacial Hubble, instrumento científico mais popular das últimas décadas, está com seus dias contados. Como qualquer máquina, o telescópio orbital precisa de manutenção. Suas baterias solares e seus giroscópios -aparelhos que estabilizam a posição orbital e que são usados para seu redirecionamento- perdem a eficiência com o tempo. Até agora, a manutenção do Hubble vinha sendo feita por astronautas levados ao satélite pelos ônibus espaciais da agência espacial americana.

Conforme escreveu o físico Steven Weinberg na "New York Review of Books" (8 de abril de 2004), o Hubble deu à Nasa a melhor justificativa para o uso de vôos espaciais tripulados por humanos. Mas, como ele e muitos outros afirmam, essas missões de manutenção poderiam ter sido efetuadas por robôs. Pôr humanos no espaço é arriscado -vide os acidentes dos ônibus espaciais Challenger e Columbia- e muito mais caro. Tão mais caro que os custos ameaçam o futuro da exploração do espaço.

Recentemente, o presidente George Bush anunciou o seu plano de exploração espacial: construir uma base lunar até 2020 e de lá viajar até Marte.

O custo de tal empreitada foi estimado de forma conservadora em torno de 600 bilhões de dólares. Como, em geral, essas estimativas são sempre muito otimistas, o custo pode chegar a 1 trilhão de dólares. E de onde vem esse dinheiro? Principalmente da Nasa. O problema é que seu orçamento está sendo aumentado em apenas 5% ao ano. Conclusão: caso esse plano vá adiante, vários outros projetos da Nasa vão pagar a conta. Uma das primeiras vítimas deve ser o Hubble.
Dois dias após o anúncio do plano de Bush, a Nasa cancelou a missão de manutenção projetada para 2006. Sem ela, o telescópio espacial irá operar no máximo até 2009, quando outra missão (com custo de cerca de 300 milhões de dólares, caso seja tripulada) irá depositá-lo no fundo do oceano.

A possível morte do Hubble gerou um maremoto de protestos. Milhares de mensagens vêm sendo enviadas para o portal do telescópio, para a Nasa, para políticos. Alguém sugeriu privatizar o telescópio, vendê-lo para a Coca-Cola ou a Pepsi: a empresa pagaria pela manutenção do telescópio e, em troca, suas fotos trariam um pequeno logotipo de uma das bebidas no canto.

Outros disseram que, se o problema é que as missões com os ônibus espaciais são muito arriscadas, eles mesmos iriam em lugar dos astronautas. Ou, se o problema é dinheiro, que a Nasa peça doações para o público.

Nada disso estaria ocorrendo se a ênfase da corrida espacial fosse em explorar o espaço, e não em explorar o espaço com humanos. Inúmeras missões, incluindo o Hubble, mas também os robôs agora em Marte, os satélites que vêm mapeando as propriedades do Universo em microondas, raios X, raios gama, ultravioleta etc., foram todas robotizadas. Seus custos são incomparavelmente menores do que missões tripuladas. E os riscos, claro, não envolvem vidas humanas.

Do ponto de vista científico, missões tripuladas são praticamente inúteis. Por exemplo, tudo que os astronautas fizeram na Lua com as missões Apollo poderia ter sido feito com robôs. Claro, o romance não teria sido o mesmo, e eu mesmo sou defensor da exploração do espaço por humanos. Mas não agora e não unilateralmente, como querem fazer os EUA. Talvez essa unilateralidade seja a grande culpada. A corrida espacial é vista como símbolo de hegemonia tecnológica e, portanto, explorada politicamente.

E a retórica do "homem desbravador de fronteiras" ajuda a convencer o público de que explorar o espaço é importante, garantindo assim os enormes contratos para empresas de tecnologia aeroespacial. Dividir a exploração espacial com o mundo significa sacrificar essa hegemonia, perder o apoio da opinião pública e a conseqüente alocação de fundos federais para empresas privadas.

O que fazer? Parece-me que existem dois caminhos. Um é continuar a robotização da exploração espacial, que pode ser feita com fundos que já existem. O Hubble, mesmo sendo um robô, cativou o mundo. Outro seria globalizar a exploração humana do espaço. Afinal, a "última fronteira" é de todos, inclusive nossa. Mas isso significa despolitizar o espaço, o que pode ser mais romântico do que pôr um homem em Marte.

Mais um planeta?

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

No dia 16 de março, um time de astrônomos liderados por Michael E. Brown, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, anunciou a descoberta de um novo membro do Sistema Solar, o "pequeno planeta 2003 VB12, cujo nome popular é Sedna". Sedna é uma deusa dos esquimós que vive em uma caverna gelada no fundo do oceano Ártico.

A descoberta iniciou um acirrado debate entre os astrônomos. Sedna é o décimo planeta, ou apenas um grande asteróide? A resposta depende de como se define planeta. E essa definição não é nada trivial. Dependendo do que for decidido pela União Astronômica Mundial, e isso pode demorar mais de uma década, mesmo Plutão pode perder o seu status de planeta. (Pouco provável.)

Pode-se dizer que planeta é um corpo esférico que gira em torno do Sol em órbitas aproximadamente circulares. Todos os nove planetas são aproximadamente esféricos. Sedna também é, o que pode ajudar em seus status de planeta. Mas alguns grandes asteróides também são esféricos e não são considerados planetas. São necessários outros critérios.

"Órbitas aproximadamente circulares" porque órbitas não são circulares, mas elípticas. O alongamento de uma elipse, sua distorção em relação a um círculo perfeito, é chamado de excentricidade. Portanto, um círculo tem excentricidade nula, enquanto órbitas de cometas podem ter excentricidades muito grandes, refletindo suas órbitas alongadas em torno do Sol.
Em termos de excentricidade, Mercúrio e Plutão são já bem diferentes dos outros planetas. Há quem diga que ambos têm excentricidades muito grandes para serem considerados planetas. A excentricidade de Plutão é quase 28 vezes maior que a de seu vizinho Netuno.

Outro problema é a inclinação com relação ao plano eclíptico. Esse plano vem do fato de o Sistema Solar estar arranjado feito uma pizza: os planetas giram em torno do Sol em um plano achatado. Novamente, Mercúrio e Plutão são os rebeldes: Mercúrio está a 7 de inclinação em relação ao plano, enquanto Plutão está a 17,2. Alguns acham que isso deveria expulsar Plutão do time dos planetas.

Sedna é ainda mais controverso. Sua distância da Terra é hoje de mais de 13 bilhões de quilômetros, três vezes maior do que a de Plutão. Astrônomos estimam que Sedna tenha 3/4 do tamanho de Plutão. Considerando que o raio de Plutão é 18% do raio da Terra, Sedna é bem pequeno. Ainda assim, é o maior integrante do Sistema Solar após Plutão, o que ajuda em seu status de planeta.

Sua órbita é incrivelmente excêntrica: em seu ponto de maior proximidade do Sol, Sedna está 76 vezes mais distante do que a Terra. Plutão está 30 vezes. Em seu ponto de maior distância do Sol, está 880 vezes mais distante do que a Terra. Plutão está 49,3 vezes. Ou seja, julgando pela sua excentricidade, Sedna tem mais cara de cometa do que de planeta. Ele demora 10.500 anos para completar uma órbita em torno do Sol. Plutão demora 248.

Cometa ele não é. Sua superfície, ao contrário da dos cometas, não está coberta por materiais gelados típicos de cometas, como amônia, hidrogênio, água e metano. Aliás, sua superfície é quase tão vermelha quanto a de Marte, algo bem misterioso. Astrônomos ainda não conseguiram analisar sua composição química para determinar de onde vem essa cor vermelha.
Outro problema é como Sedna foi parar em sua estranha órbita, tão longe do Sol quando comparada com a de outros planetas, mas tão perto quando comparada com a de cometas de órbita alongada. Isso porque cometas são provenientes de duas regiões do Sistema Solar, espécies de berçários de cometas. Uma, o cinturão de Kuiper, fica um pouco além da órbita de Netuno. Outra, a nuvem de Oort, fica bem mais longe, o berçário dos cometas de órbita alongada, a mais de 10 mil vezes a distância entre Sol e Terra.

Sedna fica no meio. Uma hipótese é que ele tenha sido posto nessa órbita por uma estrela vizinha ao Sol, durante a formação do Sistema Solar. Qualquer que seja a explicação ou o status final de Sedna, fica a lição: quem acha que ciência tira o mistério da natureza, veja como, ao contrário, é ela que nos apresenta sempre novas questões e desafios que ampliam a compreensão do Universo em que vivemos.

As grandes muralhas cósmicas

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

No final dos anos 70, avanços na tecnologia de telescópios e processamento de dados permitiram que astrônomos fizessem com o Universo o que exploradores dos séculos 15 e 16 fizeram com a Terra: criar mapas para explorar terras longínquas. Claro, no caso do Universo, a exploração tem de ser feita indiretamente, pelo menos até que sejam inventadas caravelas cósmicas.
Se isso é uma desvantagem em relação a Cabral e seus amigos, temos também uma grande vantagem: ao contrário de pontos distantes na superfície da Terra, os pontos distantes do Universo, as galáxias, emitem luz que chega até nossos telescópios. Portanto, podemos explorá-las sem ter de ir a elas: elas vêm a nós.

Os mapas do Universo, ou mapas da estrutura de larga escala, são construídos medindo a posição de milhares de galáxias, situadas a distâncias que chegam a bilhões de anos-luz. Ou seja, a luz que chega aos nossos telescópios hoje saiu dessas galáxias antes da origem da Terra, há cerca de 4,5 bilhões de anos.

O mapeamento tridimensional do Universo começou para valer com o projeto liderado pelos astrônomos americanos Margaret J. Geller e John P. Huchra e pela francesa Valérie de Lapparent, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA). Em 1986, eles publicaram um mapa contendo a posição de 1.100 galáxias, parte de um levantamento que obteve a posição de 18 mil galáxias. Para visualizar o mapa, imagine as galáxias como pontos de luz, espalhados em torno da Terra em todas as direções.

Na verdade, mapas de galáxias são limitados a pequenas "fatias do céu", já que obter a posição de galáxias em todas as direções tomaria um tempo absurdo, especialmente em 1986. Os resultados do grupo do CfA foram surpreendentes. Ao contrário da expectativa geral, a de que galáxias estariam distribuídas aleatoriamente pelo espaço, o mapa mostrou que elas se agrupam em estruturas complexas, em torno de bolhas (chamados vazios cósmicos) e filamentos, alguns deles com centenas de milhões de anos-luz de extensão. Essas estruturas ficaram conhecidas como "muralhas cósmicas".

A maior delas, a "Grande Muralha", chegava a ter 700 milhões de anos-luz de extensão. Ela atravessava o mapa de ponta a ponta.

Isso criou um grande problema. O princípio mais fundamental da cosmologia, conhecido como Princípio Cosmológico, afirma que, em média, o Universo é o mesmo em qualquer lugar ou em qualquer direção. Claro, existem agrupamentos locais onde um número maior de galáxias e seus aglomerados são encontrados. Mas, a grandes distâncias, o Universo tem de ter a mesma cara. Feito um campo de futebol. Perto da grama, dá para ver buracos ou locais onde a grama está mais longa. Mas, de uma distância de cem metros, em média a grama parece ser toda igual, homogênea.

Uma muralha com extensão de 700 milhões de anos-luz parece contradizer o Princípio Cosmológico, como se o gramado fosse atravessado de ponta a ponta por um buraco de um metro de largura. Será que os fundamentos da cosmologia têm de ser revisados? Apenas mapas maiores poderiam resolver a questão.

Entre 1988 e 1994, um mapa contendo 26.418 galáxias foi produzido por Stephen Shectman, do Instituto Carnegie em Washington. Usando o telescópio de 2,5 metros do Observatório de Las Campañas, no Chile, Shectman pôde explorar distâncias bem maiores do que o time do CfA. Resultado: a Grande Muralha parecia ser a maior estrutura existente. Ou seja, o Universo aparentava ser homogêneo em escalas maiores do que centenas de milhões de anos-luz, e o Princípio Cosmológico permanecia válido. Mas o mapa ainda não era grande o suficiente para ser conclusivo. E se existissem estruturas com bilhões de anos-luz?

Dois grande projetos resolveram a questão. Fibras ópticas e computadores obtêm automaticamente a posição de centenas de galáxias por noite. Um grupo da Austrália e do Reino Unido mapeou 221.414 galáxias em 5 anos. Outro, o Levantamento Celeste Digital Sloan, mapeará 1 milhão de galáxias e já está na metade. Os mapas obtidos contêm muralhas com até 1 bilhão de anos-luz de extensão. Mas o Universo visível tem 14 bilhões de anos-luz. O campo é meio esburacado, mas ainda dá para jogar.

A misteriosa (e trágica) ilha de Páscoa

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Poucos lugares despertam tanto fascínio quanto a ilha de Páscoa, com suas gigantescas e sombrias estátuas. Localizada a 3.500 quilômetros da costa do Chile, a ilha é local da mais completa desolação. Nenhuma árvore com mais de três metros pode ser vista em toda a sua superfície. Não existem animais nativos ou pássaros. Somente as enormes cabeças esculpidas em rocha vulcânica, centenas delas, a maioria com ao menos cinco metros de altura, algumas chegando a 20, todas pesando dezenas de toneladas.

O mistério da Ilha da Páscoa já existia quando o primeiro explorador europeu, o holandês Jacob Roggeveen, desembarcou lá em 5 de abril de 1722, durante a Páscoa. Como, perguntou-se Roggeveen após encontrar a pedreira de onde saíram as estátuas, elas foram transportadas e erigidas, se não existe material na ilha para fazê-lo?

Durante quase três séculos, centenas de livros e artigos foram escritos tecendo teorias fantásticas sobre a origem e a função das misteriosas estátuas. Teriam elas sido produzidas por seres extraterrestres usando ferramentas ultramodernas antes de voltarem ao seu planeta, como sugeriu o escritor suíço Erich von Däniken? Ou talvez elas tenham sido feitas por incas ou egípcios que, de algum modo, chegaram até lá no passado, sugeriu o explorador norueguês Thor Heyerdahl, que atravessou oceanos em embarcações primitivas para ilustrar a sua hipótese.
Décadas de investigações por antropólogos e arqueólogos essencialmente resolveram o mistério das gigantescas estátuas. Dois livros publicados recentemente nos EUA, "Os Enigmas da Ilha da Páscoa", de John Flenley e Paul Bahn, e "Entre os Gigantes de Pedra", de Jo Anne Van Tilburg, contam uma história talvez não tão fascinante como a dos incas ou alienígenas, mas muito mais importante para a nossa sobrevivência.

Entre 1914 e 1915, a arqueóloga Katherine Routledge visitou a ilha, obtendo relatos dos descendentes das tribos polinésias que chegaram lá em torno do ano 900 d.C. Várias ferramentas usadas para esculpir as estátuas foram encontradas na região de Rano Raraku, uma cratera. A ilha chegou a ter uma população de 15 mil pessoas, em 11 tribos. Os chefes competiam entre si, erigindo as estátuas como símbolo de seu poder. Quanto maior, melhor. Na Idade Média, cidades faziam o mesmo com suas catedrais.

E como as estátuas foram transportadas e erigidas? Como nenhum europeu viu isso acontecer, o que se pode fazer é construir uma explicação consistente com os achados científicos. Pedras gigantescas foram transportadas por várias outras civilizações, em geral apoiadas sobre grades feitas de madeira e puxadas por cordas, como um trenó. Mas como, se não existem árvores na ilha?

Não existem agora, mas certamente existiram no passado. Flenley, usando técnicas que permitem identificar o pólen e restos carbonizados de plantas extintas, provou que, antes da chegada dos humanos, a ilha continha uma floresta subtropical rica em árvores enormes, incluindo uma palmeira gigante encontrada no Chile, que chega a ter 30 metros de altura. Todas elas foram sistematicamente derrubadas para serem usadas nas grades de transporte e em grandes canoas para a pesca de atum, golfinho e outros animais transoceânicos.

Estudos de ossos encontrados pela ilha mostram que, no passado, existiam 6 espécies de aves nativas e 25 de aves marinhas. Todos essas aves desapareceram. Foi possível também reconstruir como a alimentação dos nativos variou durante os séculos. Ossos de atum e golfinho, abundantes durante os primeiros séculos, desapareceram em torno de 1600: com todas as árvores derrubadas, não era mais possível construir canoas transoceânicas. Os nativos passaram a devorar sistematicamente os animais da ilha. Quando acabaram, ou quase (sobraram principalmente ratos), eles passaram a devorar a si próprios: em torno de 1700, a ilha entrou em uma era de canibalismo.

O homem é um predador ineficiente, imediatista, que tende a não calcular o quanto pode consumir antes de se autodestruir. O atum, o salmão e o bacalhau estão ameaçados. Florestas inteiras são derrubadas diariamente. A poluição continua crescendo. Talvez todos devêssemos fazer uma visita, real ou imaginária, à ilha da Páscoa, e aprender com sua trágica história, antes que só restem nossas estátuas e monumentos.

Um Universo banhado em energia escura

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Sei que dizer que energia é clara ou escura, ou que tem tonalidade, não faz muito sentido. Energia, em geral, está associada a objetos em movimento, como carros ou bolas de futebol, ou à capacidade que certos sistemas têm de causar movimento, como uma mola contraída (se soltar, ela se distende) ou uma bola solta de uma certa altura (que irá cair).

Esses dois tipos de energia, cinética (de movimento) ou potencial, são apenas parte da história. Segundo a teoria da relatividade, matéria é apenas uma forma de energia, e é possível, sob certas condições, converter uma na outra. Essa propriedade tem importantes conseqüências para a história do Universo, desde sua origem até seu futuro.
Quando Einstein propôs a sua teoria da relatividade geral em 1916, sabia que ela teria conseqüências para a nossa compreensão do Universo. Segundo a teoria, a matéria pode alterar a geometria do espaço: quanto mais massa (ou melhor, densidade) tem um objeto, mais curvo é o espaço à sua volta. Portanto, se soubéssemos a quantidade total de matéria no Universo, poderíamos determinar sua geometria.

Aqui entra a relação entre matéria e energia: se matéria exerce uma atração gravitacional sobre matéria, a energia também o faz. Ou seja, formas de energia podem encurvar o espaço. Se o Universo está repleto de tipos diferentes de matéria e energia, todos contribuem para a sua estrutura. E, se o Universo está em um cabo-de-guerra entre expansão e contração, a quantidade de matéria e os vários tipos de energia irão determinar, no final, o seu destino: expansão eterna ou contração apocalíptica.

Observações feitas em 1998 pegaram os astrofísicos de surpresa: elas sugeriam que o Universo, hoje, está em expansão mais acelerada do que no passado. Como mostrar algo tão estranho?
Astrônomos estão sempre em busca de objetos extremamente brilhantes. Quanto mais brilhante o objeto, mais fácil enxergá-lo. Especialmente se ele está a milhões ou bilhões de anos-luz daqui. Um de seus favoritos são as supernovas do tipo Ia, estrelas que detonam em explosões de potência inimaginável na Terra.

Segundo as teorias mais aceitas, essas estrelas têm, todas, propriedades muito semelhantes. Portanto, se uma próxima é observada, pode-se inferir a distância de outras medindo apenas a diferença em seu brilho. Essas estrelas funcionam literalmente como marcos de distância pelo Universo afora.

O que se descobriu em 1998 foi que as supernovas mais próximas têm maiores velocidades de recessão do que as mais distantes. Ou seja, elas estão se afastando da Terra mais rapidamente.
Uma imagem útil é a de vários trens saindo da estação em momentos diferentes. Em princípio, deveriam ter todos a mesma velocidade. Mas os que saíram mais recentemente, por algum motivo, estão viajando mais rápido do que os já mais distantes. A questão é: por quê?
Gravidade é uma força atrativa. Se o Universo está em expansão acelerada, é porque algo está causando uma espécie de "antigravidade", uma repulsão cósmica. Einstein mesmo havia proposto um termo em suas equações, que ele chamou de "pressão negativa", capaz de causar uma expansão acelerada. Mais tarde, o termo ficou conhecido como constante cosmológica, uma possibilidade matemática sem explicação física.

Outra proposta recente é que a aceleração seja causada por um campo hipotético, chamado de quintessência -feito o éter dos gregos. A diferença entre os dois vem do fato de que uma constante, como já diz o nome, não muda, sendo a mesma em todo o cosmos. Já um campo pode variar localmente -feito a temperatura em um quarto, maior perto de uma lâmpada do que embaixo da cama. Ambos carregam consigo energia que, como não pode ser vista, foi chamada de energia escura. Portanto, constante cosmológica ou quintessência, o Universo está banhado em energia escura.

Até agora, 16 supernovas foram observadas, favorecendo a constante cosmológica. Falta saber o que é essa constante. Ciência saudável é assim: especulações teóricas, por mais belas que sejam, sempre cedem às observações. Afinal, o objetivo é descrever a natureza da melhor forma possível, e não satisfazer às nossas fantasias.

As dimensões do espaço e a unificação das forças

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Em 1919, o matemático alemão Theodor Kaluza teve uma grande inspiração. Segundo conta seu filho, Kaluza, após horas fazendo cálculos em seu escritório, deu um tapa na mesa, assobiou bem alto e saiu correndo para mergulhar no lago em frente à sua casa. O filho também conta que Kaluza era um teórico não só em ciência, mas na vida também: para aprender a nadar, leu um livro. E parece que deu certo, já que não se afogou no lago durante a sua celebração.

Três anos antes, em 1916, Einstein apresentara a sua nova teoria da gravidade, segundo a qual a atração gravitacional entre dois corpos maciços pode ser interpretada como devida à curvatura do espaço em torno deles. Para corpos com massas pequenas comparadas ao Sol, a antiga teoria de Newton, em que gravidade é uma força caindo com o inverso do quadrado da distância, valia: a curvatura existe, mas é pequena. A teoria de Einstein reformulou o pensamento físico da época. A força gravitacional passou a ser interpretada geometricamente, e a geometria do espaço em torno de um corpo poderia ser determinada conhecendo-se sua massa e distribuição no espaço, seja ele uma esfera (estrelas) ou forma menos simétrica.

A grande inspiração de Kaluza foi tentar incorporar a única outra força conhecida na época, a força eletromagnética, dentro de uma formulação geométrica. Para tal, ele sugeriu algo completamente novo: porque não aumentar o número de dimensões do espaço de três para quatro? Ele mostrou que, em um espaço com quatro dimensões, é possível representar geometricamente tanto a gravidade quanto o eletromagnetismo: o que, nesse universo de cinco dimensões (quatro para o espaço e uma para o tempo), seria percebido como uma única força, em nossa realidade física tridimensional seria percebido como duas. Ou seja, Kaluza propôs uma unificação geométrica da gravidade e do eletromagnetismo em cinco dimensões.

O que levanta uma questão interessante: a nossa percepção física da realidade pode nos dar a impressão de que a natureza é deselegante, assimétrica, quando na verdade não é. Se pudéssemos inventar um "óculos multidimensional", capaz de enxergar a realidade em cinco dimensões, veríamos um mundo muito mais simples e unificado. Infelizmente, esses óculos não existem. Mas existe a matemática, que nos permite "ver" em qualquer número de dimensões.
Einstein não gostou da idéia de Kaluza. Após resistir a ela por um bom tempo, acabou aceitando-a, provavelmente como uma curiosidade matemática. Ele preferiu buscar a unificação das duas forças nas três dimensões normais e passou décadas tentando, sem obter um resultado satisfatório. E, mesmo que o tivesse obtido, a teoria seria incompleta: já nos anos 40, sabia-se que duas outras forças existiam no interior do núcleo atômico. Portanto, uma teoria realmente unificada deveria incorporar todas as quatro forças fundamentais da natureza. A questão era como fazê-lo.

Nos anos 80, surgiu a fascinante teoria das supercordas. Até então, acreditava-se que as entidades fundamentais da matéria eram partículas indivisíveis. Exemplos familiares incluem o elétron e os quarks, as partículas que compõem os prótons e nêutrons.

Os defensores das supercordas propõem uma revisão disso: as entidades fundamentais da matéria são pequenos objetos vibrantes. Tal qual uma corda de violão, que pode vibrar de vários modos produzindo notas diferentes, as supercordas também podem vibrar de modos diferentes, produzindo as várias partículas elementares.

E também as partículas que transmitem as forças entre as partículas elementares, como o fóton, responsável pela força eletromagnética entre duas partículas carregadas. Ou seja, as supercordas seriam a teoria de tudo, já que explicariam não só as partículas de matéria, mas também suas interações, a partir das quatro forças fundamentais.

O detalhe é que essas teorias existem em um espaço multidimensional. Os números variam entre 10 (9 espaciais) e 11. A inspiração de Kaluza permanece muito viva. O desafio é mostrar que as teorias não são apenas uma elegante curiosidade matemática, mas que correspondem à realidade física. O debate, acirrado, continua em aberto.