Inteligência seletiva

Talvez o segredo da longevidade dos dinossauros seja a sua estupidez

Uma das confusões mais comuns quando se discute o processo de seleção natural proposto por Charles Darwin é a afirmação de que a evolução das espécies marcha em direção à complexidade crescente, isto é, que a vida tende a criar animais cada vez mais complexos, como se tivesse um plano.

O perigo de tal afirmação é -fora o fato de estar definitivamente errada- que ela põe o ser humano no ápice da criação: nós como objetivo final da vida. Nada mais conveniente para alimentar o discurso dos criacionistas, que diriam que, como a complexificação da vida leva invariavelmente aos humanos, não há dúvida de que somos mesmo a imagem de Deus.

Pensemos nos dinossauros. Os primeiros surgiram no Período Triássico, há 230 milhões de anos. Pelo menos esses são os fósseis mais antigos, aliás achados no Brasil e Argentina. Dada a sofisticação de seus esqueletos, muito provavelmente seus primos reptilianos já existiam bem antes disso.

É sempre bom lembrar que o registro fóssil é necessariamente incompleto, já que é impossível recuperar todas as espécies que viveram há centenas de milhões de anos. De qualquer forma, lá estavam eles, dominando a cadeia alimentar por dezenas de milhões de anos. Os últimos dinossauros são encontrados há 65 milhões de anos, a data da gigantesca colisão de asteróide que selou o destino dos grandes répteis e de mais de 40% da vida na Terra. Arredondando, para simplificar, se os dinossauros surgiram há 250 milhões de anos e sumiram há 50 milhões, viveram por mais ou menos 200 milhões anos. Nada mau, comparado ao nosso 1 milhão.

Se os dinossauros sobreviveram por tanto tempo, podemos supor duas coisas: ou eram muito mais inteligentes do que imaginamos ou inteligência não é necessariamente o caminho da seleção natural. Em outras palavras, a vida não leva necessariamente à inteligência.

Examinemos a primeira hipótese, a de que os dinossauros talvez fossem brilhantes e, por isso, sobreviveram por tanto tempo. Análises dos fósseis de dinossauros demonstram que não eram particularmente inteligentes. Suas caixas cranianas eram pequenas comparadas ao seu tamanho, e não há evidência de córtex frontal avantajado. Também não são encontrados artefatos junto aos ossos petrificados. A conclusão é que não eram mais inteligentes do que uma sucuri ou um jacaré.

A longa existência dos dinossauros e a ausência de qualquer indicação de que tivessem inteligência superior demonstra que a vida não tem um plano que leva necessariamente à inteligência. De fato, a seleção natural não tem nenhum plano. Ela é completamente acidental, levando simplesmente à preponderância das espécies que têm maior facilidade de sobreviver em determinadas condições. Quando essas condições mudam, espécies que antes estavam bem adaptadas podem desaparecer. Por exemplo, se a temperatura do planeta cair rapidamente, animais de sangue frio, como os répteis, terão dificuldade de sobreviver. Caso a temperatura aumente drasticamente, serão os animais peludos e de sangue quente que sofrerão mais. Sempre fico angustiado quando vejo um São Bernardo na praia de Ipanema em pleno verão.

Se estamos aqui há menos de um milhão de anos, temos um grande desafio pela frente. Dado o que já fizemos com o nosso planeta, não é óbvio que iremos sobreviver por tanto tempo quanto os dinossauros. Se a inteligência leva ao domínio sobre as outras espécies e a um maior controle sobre as flutuações climáticas, ela cria novas ameaças. Talvez o segredo da longevidade dos dinossauros seja justamente a sua estupidez.

Realidade surreal

A física quântica acomodou as bizarrices dos átomos

Na virada do século 20, os físicos sabiam que tinham um grande problema pela frente. Ao descobrir o elétron em 1897, J. J. Thomson havia demonstrado que átomos não eram indivisíveis e sim compostos de pedaços de matéria com carga elétrica.

Quando, em 1911, Ernest Rutherford descreveu a estrutura do átomo como tendo um núcleo pesado e positivamente carregado, circundado por elétrons com carga negativa, a situação piorou. Segundo as leis do eletromagnetismo, que descrevem as propriedades das cargas elétricas em movimento, um elétron em órbita seria instável: logo, ele espiralaria sobre o núcleo como um avião camicase.

Resumindo, a física clássica previa que os átomos não poderiam existir. A situação era complicada.

Passados 15 anos, tudo seria diferente. Uma nova física, a física quântica, surgiu para acomodar as propriedades bizarras dos átomos e das suas partículas constituintes. Mas os físicos pagaram um preço alto para conquistar o mundo do muito pequeno.

Se, antes, a física clássica orgulhava-se de oferecer uma descrição determinística do mundo, onde o futuro poderia ser previsto com precisão, no mundo dos átomos esse determinismo tinha que ser abandonado.

Em 1926, o alemão Werner Heisenberg propôs o princípio da incerteza, que seria a marca registrada da nova física: é impossível determinar a posição e a velocidade de uma partícula ao mesmo tempo com precisão arbitrária (quanto mais precisa a medida da posição da partícula, mais imprecisa será a da sua velocidade).

Ou seja, não dá para saber exatamente o local da partícula. Podemos apenas demarcar uma região do espaço onde ela deve estar. Esse "deve estar" incomodava muita gente. A perda do determinismo clássico levou a uma física probabilística, em que pode-se apenas estimar onde está a partícula.

A questão que fervilhava na cabeça de Heisenberg, Bohr, Einstein e outros era: esse indeterminismo faz parte da realidade, é uma assinatura de como a natureza de fato é? Ou será que é apenas uma limitação da física quântica, algo que uma teoria mais profunda poderia explicar?

Caso existisse mesmo uma barreira quântica, a física teria que se contentar com uma descrição incompleta da realidade. Einstein não gostava nada disso. Por preconceito, ele e outros diziam que não poderia ser assim, que a natureza tinha de ter uma ordem fundamental oculta por trás das probabilidades quânticas. Bohr, Heisenberg e outros diziam que a natureza era assim mesmo, que a realidade era surreal, exibindo um indeterminismo inerente. Como decidir?

Em 1935, Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen (EPR) escrevem um artigo criticando a física quântica. Imagine um elétron como um pião, girando. Imagine outro elétron girando no sentido oposto. O par de elétrons forma um todo, com uma "quantidade de giro" (ou "spin") nula.

No artigo, EPR diziam que, segundo a física quântica, se separássemos o par e invertêssemos a direção do giro de um elétron, o outro inverteria instantaneamente sua direção de giro de forma que o spin total continuasse nulo. Mas uma troca instantânea de informação viola a lei da causalidade, que diz que nada pode viajar mais rápido do que a luz. Algo de podre existe no reino quântico, EPR afirmaram.

Nos anos 60, o físico John Bell propôs um teste para resolver a questão. Experimentos foram realizados nos anos 70 e 80 e o veredicto foi, para muitos, surpreendente. Não existe qualquer indicação de que a física quântica esteja incompleta. A realidade aparenta mesmo ser surreal, limitando o quanto podemos saber.

A lua está sempre no céu?

John Wheeler foi uma mistura de artesão, matemático habilidoso e poeta

Essa foi a pergunta que Einstein fez ao então jovem professor de física da Universidade de Princeton John Wheeler.


Einstein criticava a posição da física quântica, que estuda as propriedades dos átomos e das partículas subatômicas, segundo a qual apenas por meio do ato de medir podemos inferir a existência de alguma coisa: no caso, a Lua só existe se alguém a observar. Claro, Einstein estava sendo sarcástico, tentando expor a posição paradoxal do mundo quântico em que a realidade é determinada pela interação entre o observador e o observado.

Só podemos afirmar que um elétron existe ao medirmos suas propriedades. Imagino que Wheeler, que foi aluno do também legendário Niels Bohr - um dos pioneiros da física quântica -, tenha insistido que, no caso dos átomos e das partículas, a situação era estranha mesmo. Wheeler, que morreu na semana passada aos 96 anos, foi um dos grandes nomes da física do século 20, testemunha de acontecimentos que mudaram a história.

Freeman Dyson, outro monstro sagrado da física que felizmente ainda está vivo, encontrou o melhor modo de definir Wheeler: uma mistura de artesão, matemático habilidoso e poeta. Wheeler foi um daqueles raros cientistas visionários, capazes de enxergar os caminhos futuros da física antes de seus colegas.

Um exemplo disso foi o modo como ele, nos anos 1950, transformou o estudo da teoria da relatividade geral de Einstein em algo aceitável no currículo de física. A teoria, devido às poucas observações e testes acessíveis na época, estava relegada ao quase esquecimento.

Wheeler começou a ensinar relatividade geral em Princeton, influenciando toda uma geração de físicos teóricos. Dentre eles, o grande físico brasileiro Jayme Tiomno, que obteve vários resultados fundamentais quando trabalhou com Wheeler.

Outra característica de Wheeler era sua habilidade de combinar idéias de áreas diferentes, criando algo novo.

No final dos anos 1930, junto com Bohr, visualizou o núcleo atômico como uma gota. Quando a gota era atingida por um nêutron, ela se dividia (fissionava). Essa idéia explicava de forma simples o processo de fissão nuclear, que está por trás da bomba atômica e da geração de energia em usinas como Angra 2, no litoral do Rio. Wheeler trabalhou no Projeto Man-hattan, que desenvolveu a bomba atômica entre 1942 e 1945, e mais tarde no desenvolvimento da poderosa bomba de hidrogênio, motivado por um patriotismo que incomodou vários de seus colegas mais liberais.

Talvez sua contribuição mais popular seja ter inventado o nome "buraco negro" para designar o estado final do processo de colapso gravitacional sofrido por estrelas com massas bem maiores do que a do Sol.

O nome, aparentemente, foi inspirado por uma pergunta durante uma palestra que Wheeler deu em Nova York no ano de 1967. Quando uma estrela chega ao fim de sua vida, implode sobre si mesma com tremenda violência. A gravidade à sua volta aumenta de tal forma que nem mesmo a luz pode escapar: o resultado é um buraco no espaço, de onde nada (ou quase nada) sai. Daí o nome.

Lembro-me de uma conferência em Princeton em 2003, celebrando seu nonagésimo aniversário. Wheeler ouviu as várias apresentações, inclusive a minha, em completo silêncio.
Ao fim, levantou-se e, com voz trêmula, agradeceu a todos os presentes. Declarou sua tristeza em ver o mundo divido em cruzadas religiosas e previu que uma grande conflagração ocorreria antes de chegarmos à paz. Espero que essa sua última previsão esteja errada.

Verdades relativas

O conhecimento científico é cumulativo, dependente de novas tecnologias e idéias

Na semana passada, quando dava uma aula sobre o sistema astronômico do alexandrino Ptolomeu, que viveu em torno de 150 d. C., uma estudante perguntou: "Professor, esse sistema de epiciclos está todo errado, não?" A resposta imediata -e incorreta- é: "Claro, todo mundo sabe que esses círculos imaginários não existem nos céus". A resposta correta é bem mais sutil. Nas ciências naturais, certo, errado, verdadeiro ou falso são condições que muitas vezes devem ser interpretadas no contexto em que foram determinadas. Coisas que nos parecem erradas hoje eram consideradas certas no passado.

Para quem não estava na minha aula, Ptolomeu é famoso por ter proposto um modelo completo dos movimentos celestes, capaz de prever as posições futuras do Sol, da Lua e dos seis planetas conhecidos então com uma precisão aproximada de duas luas cheias, um feito muito acima de qualquer outro modelo celeste da Antigüidade. Se alguém queria saber, por exemplo, onde Marte estaria em dois meses, ou dois anos, bastava usar o modelo de Ptolomeu para calcular a sua posição futura.

Para os astrólogos, precisão era sinônimo de sucesso: quanto mais preciso o modelo, melhores seriam as previsões astrológicas derivadas dele.

O modelo ptolomaico, com a Terra no centro (ou quase), era tão eficiente que sobreviveu, com pequenas alterações feitas por astrônomos árabes, até meados de 1500, quando entram em cena Copérnico e Ticho Brahe.

Portanto, para um astrônomo do século 6 ou 12, o modelo de Ptolomeu era a verdade. Não que as pessoas imaginassem que os planetas estavam presos a círculos que, por sua vez, estavam presos a outros círculos que giravam nos céus. O objetivo de Ptolomeu não era explicar as causas dos movimentos celestes, como seria o caso com Kepler e Newton no século 17, quando foi proposta a força da gravidade. Na época de Ptolomeu, não existia essa preocupação com causas.

A pergunta "mas o que causa os movimentos celestes?" não fazia parte do discurso científico. Bastavam modelos capazes de prever as posições planetárias com precisão, mesmo sendo compostos de círculos imaginários.

Com Kepler e Newton, ficou claro que as órbitas planetárias em torno do Sol eram resultado de uma atração invisível. Em 1609, Kepler propôs que essa atração era de origem magnética.

E, de quebra, que as órbitas não eram circulares, mas elípticas. Em 1686, Newton mostrou que a força era a gravitacional, a mesma que faz uma maçã cair no chão. O enorme sucesso e a enorme precisão da teoria newtoniana rapidamente tornaram-na a verdade sobre o cosmo. Objetos com massa exercem uma força mútua que cai com o quadrado da distância entre eles. Essa foi a "verdade" até 1916.

Naquele ano, Einstein propôs uma nova teoria da gravidade, na qual a atração entre dois corpos era conseqüência da curvatura do espaço entre eles. A massa deforma o espaço e a aceleração atribuída à força gravitacional vem do movimento nesse espaço curvo. Essa é a nossa "verdade".

Mas sabemos, ou ao menos deveríamos saber, que essa história não tem fim. Excluindo as verdades matemáticas do tipo 2 + 2 = 4, o conhecimento científico é cumulativo, dependente do desenvolvimento de novas tecnologias e idéias. Nossas verdades sobre a natureza permanecem verdadeiras até que alguém demonstre que elas são aproximações incompletas. No mínimo, essa perspectiva deveria nos ensinar a defender nossas verdades temporárias com a humildade de quem aprende com o passado.

Máquinas maravilhosas

São essas as nossas pirâmides e catedrais, monumentos à nossa curiosidade

Imagino que em todas as eras as pessoas se maravilhem com as invenções de seus cientistas e engenheiros. Penso na sensação que Arquimedes causou na Grécia antiga, ao conseguir repelir o exército romano com suas catapultas enquanto, segundo a lenda, suas lentes mirabolantes queimavam os navios invasores. Ou como Galileu enfeitiçou o Senado de Veneza com seu telescópio e Anton von Leeuwenhoek revelou mundos invisíveis com seu microscópio.

Nossa era não é diferente. Penso imediatamente em três máquinas, ou melhor, instrumentos, que juntos vêm ampliando nosso conhecimento do mundo em três fronteiras: o muito grande, o muito pequeno e o biológico.

No muito grande, o leitor deve já ter adivinhado, é impossível não mencionar o Telescópio Espacial Hubble, considerado por alguns o instrumento científico mais importante de todos os tempos. Não sei se concordo com a adjetivação exagerada, mas não há dúvida de que as imagens que o Hubble nos trouxe do espaço ajudaram em muito a transformar nossa concepção do cosmo.

Planetas extra-solares e berçários de estrelas, detalhes de mundos distantes, como as luas de Júpiter e Saturno, a espetacular colisão entre o cometa Shoemaker-Levy 9 e Júpiter, galáxias das mais variadas formas, a expansão do Universo medida com grande precisão, supernovas explodindo, enfim, um cosmo dinâmico, de uma beleza inigualável, que nos remete às nossas origens.

Na esfera da biologia, o Projeto Genoma, que revelou o genoma humano e o de muitas outras espécies, só foi possível devido ao desenvolvimento de máquinas de seqüenciamento automático de DNA, que combinam química e lasers para acelerar a leitura das séries das quatro bases químicas A, G, C e T (adenina, guanina, citosina e timina) que compõem os genes.

No caso dos humanos, são 30 mil genes, cerca de 3 bilhões de pares de bases, cuja leitura e ordenação seriam impossíveis manualmente.

Dessa informação, será possível identificar o componente genético de várias doenças, possibilitando novos tipos de tratamento e o estudo de como pessoas com certos genes reagirão a remédios diferentes -o mesmo medicamento pode não surtir efeito semelhante em pessoas com diferenças genéticas específicas.

É importante lembrar que a predisposição genética não age sozinha, já que fatores exógenos também contribuem para o surgimento de muitas doenças. No entanto, saber que existe uma predisposição genética pode ser extremamente útil na prevenção de vários males.

Eu mesmo fui testado outro dia para câncer no pâncreas, o mal que causou a morte de meu pai. (Felizmente, por enquanto tudo bem!)

Outro uso é na comparação do genoma entre espécies diferentes. Por exemplo, diferimos em cerca de 1% dos chimpanzés, com foco nas áreas reprodutiva e imunológica.

Finalmente, a maravilhosa máquina do muito pequeno: o Grande Colisor de Hádrons (LHC, do inglês Large Hadron Collider) -a maior máquina já construída, um túnel subterrâneo de 27 km de circunferência acoplado a detectores do tamanho de prédios de cinco andares e a mais de 30 mil computadores. O LHC deve entrar em funcionamento no final deste ano, ajudando os físicos a responderem a uma das questões mais fundamentais da ciência: a origem da massa.

De quebra, essa máquina poderá nos dar pistas sobre a existência de dimensões extra do espaço e mesmo produzir miniburacos negros. São essas as nossas pirâmides e catedrais, monumentos à nossa curiosidade e à incrível inventividade humana.

O fim justifica os meios

Apesar dos avanços nas simulações por computadores, a medicina e a biologia ainda não podem abrir mão dos testes feitos com animais

Cientistas interessados em salvar vidas (humanas) não têm muitas alternativas aos testes com animais. Que os façam do modo mais humano

Como é feita a ciência? Como os cientistas chegam às suas conclusões sobre os mecanismos e propriedades do mundo natural, da vida e do corpo humano? Essa questão vai ao coração do que constitui ciência e verdade científica. Muita gente acredita que ciência é sinônimo de verdade, que as afirmações dos cientistas são uma certeza absoluta. A coisa não é assim tão simples. Isso porque o próprio conceito do que é verdade evolui, muda com o tempo. O que era verdade na época de Cabral, um Cosmo fechado com a Terra imóvel no centro, não é mais verdade. Por outro lado, sabemos que, se alguém cair de um telhado, vai se espatifar no chão com uma velocidade calculável usando a lei da queda livre de Galileu, aprimorada nas leis de movimento de Newton. Essas leis não falham. Serão, então, uma verdade absoluta?

Tudo depende da natureza do fenômeno. Se a teoria científica é baseada em medidas, ela tem de oferecer uma descrição precisa do que está sendo medido. Por exemplo, no caso da queda, Galileu mostrou que todos os corpos, independentemente de suas massas, caem com a mesma aceleração. Essa aceleração, mostrou Newton mais tarde, depende da massa e do raio da Terra. Ou seja, em outro planeta, a lei de Galileu também funciona, mas os corpos cairiam com uma aceleração diferente. Fenômeno descrito, assunto encerrado, certo? Errado!

Teorias científicas estão sempre sendo testadas. E se o corpo cair muito rápido? E se a massa do planeta, ou melhor, de uma estrela, for muito grande? Será que as leis de Galileu e Newton ainda funcionam? A ciência avança justamente quando teorias são expostas ao seu limite de validade. De certa forma, cientistas são como crianças tentando quebrar seus brinquedos, testando até onde eles agüentam os seus abusos. São das falhas de uma teoria que nascem novas teorias. No caso da queda dos corpos e da gravidade, Einstein mostrou que as leis de Newton têm, sim, limites. Por exemplo, elas não explicam com alta precisão a órbita de Mercúrio. Nasceu assim uma nova teoria da gravidade, a teoria da relatividade geral, da qual a teoria de Newton é um caso limite, funcionando quando os objetos têm massas pequenas comparadas à uma estrela como o Sol ou estão bem distantes dela.

Portanto, a ciência não é sinônimo de verdade, mas da constante busca por ela. Cientistas sabem que a noção de verdade é algo elusivo, que quando achamos que chegamos perto ela escapa por entre os nossos dedos. Por isso é necessário testar sempre hipóteses e teorias científicas. E isso não ocorre apenas nas ciências físicas. Na biologia e na medicina é a mesma coisa. Se queremos obter um novo remédio, várias possibilidades têm de ser testadas até que se tenha sucesso. No caso da medicina, o dilema envolve a natureza dos testes. Como testar uma droga experimental num ser humano, se não sabemos se vai ou não funcionar? Se, em alguns casos, ela pode até matar o indivíduo?

Aqui entram várias considerações éticas que não aparecem nos testes da relatividade geral. Em muitos casos, drogas e tratamentos (e cosméticos) são aplicados em animais antes de serem testados em humanos. Isso significa que pomos um valor maior na vida humana do que na de um camundongo ou chimpanzé. Imagino que ninguém goste disso. Por essa razão, vários laboratórios, especialmente de cosméticos, declaram não fazer testes em animais. Na medicina e na biologia, a coisa é mais complicada. Para combater as doenças, precisamos de remédios. Apesar de não exisitir uma solução óbvia, simulações em computadores cada vez mais avançados tendem a aliviar ao menos um pouco esse dilema. No meio tempo, cientistas interessados em salvar vidas (humanas) não têm outra opção. Espero que o façam do modo mais humano possível. Afinal, nós não gostaríamos de ser cobaias de outra espécie.

Gênese cósmica

A luz que nos separa da escuridão é a luz da nossa curiosidade

Em meados de março, cientistas norte-americanos revelaram análises dos dados colhidos durante cinco anos pelo satélite WMAP (do inglês, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). O satélite, em si, é já um feito impressionante. Sua missão foi medir pequenas flutuações de temperatura no banho de radiação que permeia o cosmo, a chamada radiação cósmica de fundo.

Uma imagem útil é a de uma banheira cheia d'água. Mesmo que a temperatura pareça ser a mesma em todos os lugares, um termômetro ultra-sensível mediria variações diminutas aqui e ali. No caso do Universo, a temperatura média é de 2,75 graus acima do zero absoluto (na escala Celsius, 273 graus negativos), e as flutuações medidas pelo WMAP são de centésimos de milésimos de grau.

O WMAP, como sugere o nome, mapeou a temperatura dos céus, registrando regiões ligeiramente mais quentes ou mais frias do que a média. O significado dessas regiões é profundo: essencialmente, são as impressões digitais dos processos que marcaram a infância cósmica, dando origem às primeiras galáxias e estrelas, os fósseis de nossas origens.

Como todo bom fóssil, esses objetos registram um passado remoto -mais precisamente, de quando o Universo tinha apenas 400 mil anos, uma pequena fração dos seus 13,73 bilhões atuais. A história cósmica, a versão moderna que inclui o Big Bang, o grande evento que marcou a origem de tudo, é hoje reconstruída com tremenda precisão. Quando físicos e astrônomos afirmam que o Universo tem 13,73 bilhões de anos (com uma margem de erro de apenas 0,12 bilhão de anos), não estão fantasiando ou especulando. Estão fazendo uma afirmação baseada em medidas concretas e irrefutáveis.

Todas as culturas de que temos registro tentaram de alguma forma tecer relatos de sua origem. Talvez os relatos mais significativos de uma cultura sejam justamente seus mitos de criação, as narrativas que contam como surgiram o mundo, os animais e as pessoas. Esses mitos são sagrados, marcando a relação entre a divindade (ou divindades) criadoras e os humanos, sua criação. Mesmo que em algumas culturas não existam deuses criadores, as narrativas de criação do mundo definem as forças criadoras de suas crenças.

No relato mais popular em nossa cultura, o Gênese bíblico, a força criadora gera o mundo ao separar a luz da sombra. Passados 3.000 anos, reconstruímos esse relato, medindo as propriedades, se não dessa primeira luz divina e sobrenatural, da radiação que de fato preenche o cosmo.

É inevitável traçar paralelos entre o relato judaico-cristão de criação e o modelo cosmológico do Big Bang. "Ah, está vendo? Esses cientistas estão simplesmente redescobrindo o que a Bíblia já dizia há milênios." Na verdade, não é nada disso. A história científica da criação estará sempre incompleta, aprimorando-se a cada nova descoberta. Ela independe da fé. Se hoje podemos afirmar que o Universo tem 13,73 bilhões de anos, que as primeiras estrelas surgiram quando ele tinha 430 milhões de anos, nós o fazemos baseados em 400 anos de ciência.

São os dados que nos contam o que ocorreu, dados obtidos por meio da incrível inventividade humana. Se existe algo de semelhante entre a Bíblia e o Big Bang é que ambos estão interessados na história da criação. E isso não é uma coincidência. Afinal, ambos refletem a mesma curiosidade humana de voltar ao passado, retraçando os passos que levam até as nossas origens. A luz que nos separa da escuridão é a luz da nossa curiosidade.

Medir é preciso

"Cada vez que estendemos nossa habilidade de enxergar, nós vemos algo novo"

Louis-Victor-Pierre-Raymond, o sétimo duque de Broglie, teve uma carreira um tanto excêntrica. Seu interesse inicial era em história. Porém, em torno da Primeira Guerra Mundial, influenciado pelo irmão Maurice, um físico experimental, Louis começou a se interessar pela nova ciência que estudava os átomos, a física quântica.

Em 1922, apresentou sua tese de doutorado, "Pesquisas sobre a Teoria Quântica", onde teve uma idéia revolucionária: a matéria, tal qual a luz, tem propriedades ondulatórias. Até então, todo mundo imaginava que a matéria fosse feita de átomos, e os átomos, de prótons e elétrons, pequenas partículas, visualizadas como bolas de bilhar. Onda é o oposto, espalhada pelo espaço. Como a matéria pode ser ambas as coisas?

Ondas são descritas pelo seu "comprimento de onda", a distância entre duas cristas consecutivas. (A melhor imagem aqui não é uma solitária onda do mar, mas aquelas que vemos quando jogamos uma pedra numa poça d'água, ondas concêntricas separadas por uma distância fixa, o seu comprimento de onda.) De Broglie sugeriu que objetos materiais, de elétrons a cadeiras e pessoas, têm um comprimento de onda que diminui com sua massa.

Eu e você, caro leitor, temos um comprimento de onda ridiculamente pequeno, razão pela qual não nos vemos ondulando quando nos deparamos com nossa imagem no espelho. Mas elétrons, ou mesmo átomos, com massas bem menores, têm comprimentos de onda perceptíveis. Sendo assim, exibem efeitos atribuídos a ondas de luz, como a refração e a interferência. Esses efeitos podem ser usados para construir equipamentos de medida ultraprecisos. O que se faz usando a interferência da luz pode ser repetido com a interferência de átomos com uma precisão 10 mil vezes maior.

Quando duas ondas se encontram, suas cristas e vales se sobrepõem, ou melhor, interferem. Se as duas ondas estiverem perfeitamente em sincronia (ou em fase), crista se soma com crista, vale com vale e temos uma onda duas vezes mais alta. Essa é a interferência construtiva. Se uma crista bate com um vale, as ondas se anulam, numa interferência destrutiva.

Entre esses dois extremos muita coisa pode acontecer. Imagine por exemplo duas ondas idênticas que viajam em direção a uma parede. Ao serem refletidas, espelhos forçam as ondas a interferir. Detalhes no padrão de interferência revelam diferenças na distância percorrida pelas ondas, causadas por irregularidades na parede ou durante o percurso.

Dentre as várias aplicações, uma das mais lucrativas é o estudo de cavidades subterrâneas. Por exemplo, a existência de bolsões de petróleo e gás natural ou de veios de minérios e diamantes. Outra aplicação em desenvolvimento, talvez não tão lucrativa, é a detecção de terroristas em cavernas.

Para atingir alta precisão, os interferômetros atômicos precisam funcionar a baixíssimas temperaturas, da ordem de um milionésimo de grau acima do zero absoluto, um feito tecnológico que De Broglie jamais poderia imaginar possível. Mas ele concordaria que as idéias de hoje são a tecnologia de amanhã.

Grupos de cientistas nos EUA e na Europa estão usando o efeito para medir a força da gravidade com alta precisão. Por exemplo, a teoria de Newton prevê uma variação da gravidade entre o nível do mar e o topo do monte Everest de 0,3%. O objetivo aqui não é só aumentar a precisão de uma medida, mas sim, como disse o Prêmio Nobel Steven Chu, "medir o primeiro dígito de uma nova ciência. Cada vez que estendemos nossa habilidade de enxergar, nós vemos algo novo".

As primeiras galáxias

Observar objetos tão distantes é uma façanha incrível

O nome pode não ser muito inspirador: A1689-zD1. Mas o que representa, sim. Não, não é o nome de um robô capaz de atos mirabolantes. A1689-zD1 é o nome de uma galáxia muito especial. Segundo observações recentes, ela é a galáxia mais distante jamais observada. Para ser preciso, sua luz, extremamente fraca, viajou durante 13 bilhões de anos para chegar até nossos telescópios. Ou seja, a A1689-zD1 está a aproximadamente 13 bilhões de anos-luz de distância, uma relíquia da infância cósmica, das nossas origens.

Em 1929, o astrônomo norte-americano Edwin Hubble revelou ao mundo uma descoberta revolucionária: ao contrário do que se pensava desde a Grécia Antiga, o cosmo não era estático, a encarnação do eterno Ser. Segundo suas observações, o Universo era uma entidade dinâmica, sempre em transformação. Em particular, seus dados indicavam que esse dinamismo cósmico se manifestava na forma de uma expansão muito peculiar. Todos os pontos do espaço afastam-se uns dos outros. Não só isso: a velocidade desse afastamento, ou recessão, cresce linearmente com a distância: quanto mais longe um objeto está de outro, mais rápido ele se afasta.

"Ôpa! Essa não!" -exclama o leitor, indignado. "Se todos os pontos estão se afastando, como é que eu não estou em expansão (fora, claro, a expansão semanal da barriga após as cervejinhas de sábado)? Ou a distância entre a Terra e a Lua não aumenta, ou mesmo entre a Terra e o Sol?" Boa pergunta. Essa expansão cósmica não ocorre nas escalas mundanas do nosso dia-a-dia; apenas em escalas de distância intergalácticas, da ordem de milhões de anos-luz. Como referência, nossa galáxia vizinha, Andrômeda, está a dois milhões de anos-luz daqui.

A razão é que nossos corpos, sistemas solares e mesmo galáxias inteiras estão sujeitos a forças atrativas mais fortes do que a expansão espacial.

Mas, nos últimos 80 anos, ficou claro que a expansão cósmica é uma realidade. Hoje, sabemos que ela começou no famoso Big Bang, o evento que deu origem ao nosso Universo em torno de 13,7 bilhões de anos atrás. A Terra tem "apenas" 4,6 bilhões de anos -em torno de um terço da idade cósmica.

Esses dados põem a formação da A1689-zD1 a menos de 700 milhões de anos após o bang. Ela e suas primas nasceram juntamente com as primeiras estrelas. Observar objetos tão distantes é uma façanha incrível.

Quanto mais longe a fonte de luz, mais fraca é. Por isso não conseguimos ver Urano e Netuno a olho nu. Telescópios compensam isso, coletando luz e amplificando-a. Ainda assim, objetos muito distantes como a A1689-zD1 são imperceptíveis mesmo para nossos telescópios mais avançados. Não só sua distância enfraquece sua luz, como a expansão cósmica também não ajuda.

Se imaginarmos a luz como uma onda, o efeito da expansão é esticá-la como o fole de um acordeão. Quanto mais distante e, portanto, mais rápida a expansão, mais esticada fica a onda de luz e mais fraco o seu sinal. Muitas vezes, objetos distantes não são vistos com telescópios comuns, que detectam a luz visível. São necessários telescópios especiais que detectam as ondas de infravermelho ou de rádio, ambas mais fracas do que a luz.

No caso da A1689-zD1, um efeito extra ajuda: a luz de um objeto distante que passa perto de uma grande concentração de massa pode ser amplificada. É a chamada lente gravitacional.
Uma amplificação de dez vezes foi o que permitiu a descoberta dessa galáxia, retrato da infância cósmica.

Robôs tropicais

Nem num Fla-Flu, que cresci vendo, havia tanta vontade

O estádio estava lotado. Quase 2.000 jovens, com idades de 14 a 19 anos, lotavam as arquibancadas e o campo. Mas não se via rede de vôlei, trave de futebol de salão ou cesta de basquete. Nem mesmo era um show de rock que estava para começar. Eram 50 grupos multicoloridos, cercando geringonças metálicas, fios, rodas e ferramentas espalhadas por toda a parte, um caos tecnológico completo. Objetivo: cada grupo, representando uma escola ou um consórcio de escolas, tinha de construir um robô desenhado especificamente para realizar tarefas montadas para a competição: um campeonato de robôs, onde times competem para construir o mais veloz e o mais eficiente.

Nem mesmo num Fla-Flu decisivo, que eu cresci assistindo, vi tanto entusiasmo. E o sensacional é que o objetivo era incentivar o trabalho em equipe, a criatividade, influenciar jovens, especialmente moças e grupos minoritários, a participarem de um evento tecnológico, a se interessarem por ciência, computação e engenharia.

O evento ocorreu fim de semana passado aqui no Estado de New Hampshire, onde moro. Os 50 times representavam a região da Nova Inglaterra, que inclui os estados de New Hampshire, Maine, Vermont, Massachussetts, Rhode Island e Connecticut. Meu filho de 14 anos competia no time da sua escola. Desde o início de novembro, ia para a escola de engenharia todos os dias por 5 horas para trabalhar no seu robô com seus companheiros. Cada grupo tem um ou mais mentores -engenheiros, professores, voluntários que ensinam os jovens (e, em certos casos, aprendem) a construir um robô a partir de um kit comum. A dedicação era completa.

Novas amizades surgiram, baseadas em interesses comuns nas áreas de ciência e tecnologia.
O evento é realizado todos os anos pela organização First, uma sigla que em português significa "Para Inspiração e Reconhecimento de Ciência e Tecnologia". A idéia é motivar jovens a entrar para as áreas de ciência e tecnologia, eliminando o absurdo tabu de que "isso é coisa para nerd". Pelo que vi na turma da competição desse ano, que abriu o campeonato de 2008 nos EUA, tinha de tudo. Mas o que mais tinha era entusiasmo. O desafio deste ano é construir um robô capaz de tirar uma bola de uma plataforma, carregá-la em torno de uma pista oval e lançá-la sobre a mesma plataforma, como num jogo de vôlei.

Depois das eliminatórias, oito times foram selecionados. Esses times escolhem dois parceiros dos outros times para firmar uma "aliança". Essas alianças fazem com que times colaborem entre si para tentar vencer os demais. É empolgante. Mas foi quando o fundador da First, Dean Kamen, fez o seu discurso, que me empolguei de verdade. Pois ele falou na competição como sendo um evento internacional, envolvendo Canadá, Israel e Brasil! É, jovens brasileiros vêm participando desses campeonatos já há alguns anos. Ano passado, foram 450 jovens representando 15 equipes competindo em Porto Alegre. Neste ano, a competição, aberta ao público, será em São José dos Campos (local bem apropriado) nos das 14 e 15 de março. Para mais detalhes, ver www.brfirst.org.

Se isso soa como propaganda é porque é. Recomendo que professores levem suas turmas, que pais que queiram motivar seus filhos e filhas a estudarem mais, a entrarem para áreas tecnológicas, assistam ao evento. É muito divertido, uma grande celebração do espírito de colaboração e da inventividade humana. Apenas uma nação com um parque tecnológico autônomo e um espírito inovador sobreviverá num mundo competitivo. Boa sorte aos times!

Marcelo Gleiser explica as células-tronco e mostra os seus benefícios

da Folha Online

A discussão sobre as células-tronco é interminável. Cientistas são a favor desta técnica enquanto religiosos afirmam que extrair células-tronco de embriões equivale a assasiná-los. No dia 05 de março de 2008, o Supremo Tribunal Federal inicia uma votação sobre as pesquisas a cerca do tema.

Divulgação

Volume traz reflexões sobre o homem, o tempo e o espaço

No livro "Micro Macro 2", da Publifolha, o físico Marcelo Gleiser aborda as discussões entre a Igreja e os cientistas sobre questões relacionadas ao uso de células-tronco, além de explicar com clareza quais os propósitos desta prática.

Leia abaixo trecho do livro sobre as células-tronco.

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CÉLULAS-TRONCO E A MEDICINA DO FUTURO

"Galileu e Copérnico estavam corretos: a Terra é mesmo redonda e gira em torno do Sol. Eu acredito que o intelecto que nos foi dado por Deus deve ser usado para diferenciar entre o dogmatismo que nos aprisiona e a prática ética da ciência, que é o que devemos apoiar aqui hoje." Estas foram as palavras de um deputado do partido republicano norte-americano, Christopher Shays, durante as discussões que precederam um voto do Congresso decidindo se o governo federal deve ou não financiar a pesquisa envolvendo células-tronco retiradas de embriões humanos. Para a surpresa de muitos, incluindo a liderança conservadora do partido republicano e do presidente Bush, a medida foi aprovada por 238 votos a favor e 194 contra. O Senado já mostrou o seu apoio. Bush, por sua vez, ameaça usar o seu poder de veto.

A política científica norte-americana está passando por uma redefinição baseada nas políticas evangélicas de Bush e seu gabinete. As verbas da National Science Foundation foram reduzidas, as da NASA redirecionadas em grande parte para programas de pequeno valor científico e grande valor propagandístico, como a exploração humana de Marte, as políticas de preservação meio-ambientais do governo Clinton estão sendo desmanteladas, como na recente liberação de um refúgio natural no Alasca para a exploração de petróleo. O caso das células-tronco é importante por ser um claro exemplo de como decisões políticas que misturam ciência com dogmatismo religioso podem prejudicar não só os cientistas mas a população como um todo.

As células-tronco são extraídas de embriões humanos com aproximadamente 200 células. O interesse nelas vem de sua capacidade de gerar células de órgãos e tecidos os mais diversos, como se fossem verdadeiras fábricas. O potencial de terapias usando células-tronco é enorme, definindo toda uma nova área da medicina, tratando doenças que causam a degeneração de tecidos com a reposição de células saudáveis. Doença de Parkinson, diabetes, traumas na medula espinhal, são algumas das várias doenças, afligindo centenas de milhões de pessoas no mundo, que podem vir a ser tratadas.

A oposição afirma que retirar as células-tronco dos embriões equivale a assassiná-los, que a ciência não deve destruir vidas. Esta retórica é típica de uma agenda religiosa radical. Na prática, a situação é muito diferente. A proposta dos cientistas é de utilizar os embriões descartados pelas clínicas de fertilização artificial. Caso não fossem utilizados, seriam congelados indefinidamente ou simplesmente destruídos. Portanto, o que se propõe é justamente o uso dos embriões para salvar vidas, evitando assim que sejam destruídos inutilmente. Seguindo a posição de Bush, clínicas de fertilidade deveriam ser também proibidas, já que inúmeros óvulos são inseminados e embriões gerados para que apenas um ou dois venham a formar um feto.

Enquanto isso, cientistas coreanos anunciaram esta semana que são capazes de desenvolver linhas de células-tronco a partir de amostras vindas de doentes com uma eficiência que só se acreditava possível daqui há décadas. As células-tronco são obtidas de embriões clonados com as células dos pacientes, usando técnica semelhante à clonagem de animais. O objetivo não é clonar humanos, mas retirar as células-tronco dos embriões para tratar os pacientes. O papel da ciência é aliviar o sofrimento material do homem. É inútil tentar bloquear o seu progresso com uma agenda religiosa retrógrada. O que não for feito nos EUA ou no Brasil será feito em outro lugar.

Estrelas quânticas

Um fenômeno quântico equilibra um objeto do tamanho da Terra

Dentre as várias manifestações da relação da física do muito pequeno -átomos e partículas subatômicas- com a física do muito grande -estrelas, galáxias e o Universo como um todo- nenhuma talvez seja tão marcante quanto os três tipos de "cadáveres" estelares, os restos mortais de estrelas, conhecidos como anãs brancas, estrelas de nêutrons e os misteriosos buracos negros.

Estrelas nascem quando nuvens enormes de hidrogênio entram em colapso devido à própria gravidade. Como um balão murchando, elas se tornam cada vez mais densas e menores.

A um certo ponto, a pressão e temperatura na sua região central atingem os valores necessários para iniciar a fusão nuclear, na qual os átomos de hidrogênio (na verdade, apenas os prótons em seu núcleo) juntam-se para formar núcleos de hélio, com dois prótons e dois nêutrons. Essa transmutação nuclear (um elemento químico transformando-se em outro) libera uma quantidade gigantesca de energia: um quilo de hidrogênio fundido em hélio é suficiente para manter acesa uma lâmpada de 100 watts por um milhão de anos. E o Sol converte 300 milhões de toneladas de hidrogênio em hélio por segundo!

Essa fusão desenfreada não pode durar para sempre: um dia o hidrogênio no centro da estrela acaba. O problema é que é justamente a energia liberada na fusão que permite que a estrela sobreviva a si mesma: com tanta massa, sua tendência é implodir.

Quando a fusão começa a falhar, a gravidade -que, como sabemos, nunca dorme- toma a dianteira e contrai a estrela cada vez mais. A um certo ponto, a temperatura no centro vai de 15 milhões (a temperatura de fusão do hidrogênio) a 150 milhões de graus Celsius. Começa uma nova fusão, dessa vez de hélio em carbono.

O processo continua, com a fusão de elementos químicos cada vez mais pesados. Quais elementos são fundidos depende da massa da estrela. O Sol parará no oxigênio. Estrelas com massa ao menos oito vezes maior continuam até o ferro, quando a fusão termina abruptamente. A estrela implode violentamente, e suas regiões externas despencam em direção ao centro, como num prédio implodido. Ao chocar-se com o centro ultradenso, a matéria da estrela ricocheteia e voa para o espaço, numa enorme explosão. Nas estrelas mais pesadas, são essas as explosões conhecidas como supernovas.

A região central das estrelas sobrevive a esse drama. É ela que forma um dos três tipos de cadáver estelar. Estrelas pequenas, como o Sol, formam anãs brancas: objetos com a massa do Sol mas do tamanho da Terra. Seu equilíbrio vem dos elétrons aprisionados nos restos da estrela. Bastante anti-sociais, elétrons não gostam de ter outros por perto. Isso gera uma pressão que contrabalança a tendência implosiva da gravidade: um fenômeno quântico equilibra um objeto do tamanho da Terra. Estrelas ainda mais pesadas espremem os elétrons contra os prótons no centro. Dessa união são formados nêutrons que, como os elétrons, também são anti-sociais. Só que, por não terem carga elétrica, os nêutrons podem ser espremidos um pouco mais, formando objetos com a massa do Sol e do tamanho de uma montanha: as estrelas de nêutrons. Se a região central tiver massa maior do que aproximadamente três sóis, nem os nêutrons conseguem parar o colapso: ele continua até que a estrela engole a si mesma, fechando o espaço à sua volta. Nasce assim um buraco negro. Mas desses falamos num outro dia.

Origem comum

A visão moderna do cosmo aproxima as pessoas

Lendo os jornais, assistindo aos noticiários na TV, ou simplesmente prestando atenção ao que se passa à nossa volta, não há nada mais óbvio do que as diferenças da sociedade; conflitos políticos, raciais, domésticos, disparidades financeiras, preconceitos arraigados, enfim: um quadro que mostra o quanto somos diferentes uns dos outros e o quanto ainda temos que lutar para que essas diferenças sejam diminuídas.

Nessas horas, imagino que ninguém pense muito no que as ciências físicas e biológicas têm a dizer. Ninguém imagina que a visão moderna do cosmo nos aproxima uns dos outros de modo profundo, essencial. Talvez essa visão não ofereça consolo ao vermos uma criança pedindo esmola na rua, ou baleada no tráfico de drogas. Mas, se interpretada de forma correta, deveria oferecer um novo modo de pensar sobre o mundo e sobre nosso lugar nele. Seria ao menos um começo.

A pressão pela sobrevivência é e sempre foi a mola que propulsiona a vida, com todas as coisas boas e ruins que ela traz. A diferença humana é que adicionamos ao que é necessário quantitativamente -comida, abrigo, reprodução- aquilo que é qualitativamente aprazível. Não queremos apenas comer, queremos comer bem; não queremos apenas procriar, queremos ... bem, você me entende. Mas me pergunto se não está na hora de repensarmos nossa dependência das leis que regem a evolução, se não podemos, tal como tentamos fazer com as doenças, repensar a doente condição humana, combatê-la com nossa arma mais poderosa, nossa capacidade de reflexão.

Talvez precisemos começar do começo para que as coisas mudem, do começo não só da civilização, mas do começo de tudo. Somos todos, ricos e pobres, reis e camponeses, grilos, baleias e samambaias, produtos do cosmo, das mesmas leis que regem a natureza, compostos dos mesmos elementos químicos, forjados há bilhões de anos nas mesmas estrelas.

Nossa história, a minha, a sua, a de todo mundo nesse planeta, começou ao mesmo tempo, cerca de 14 bilhões de anos atrás, quando nosso universo começou sua expansão. Foi então que essa massa de energia começou a moldar as partículas que formam tudo o que existe, os primeiros elétrons, os prótons e nêutrons, os primeiros núcleo atômicos. Passados 400 mil anos, com o Universo ainda na sua infância, surgiram os primeiros átomos, os tijolos fundamentais da matéria.

Conglomerados de átomos, atraídos pela gravidade, formaram nuvens de matéria que, girando de forma instável, contraíram-se para formar as primeiras estrelas. Essas viveram pouco, vítimas de sua enorme massa. Ao morrer, entraram em colapso, forjando em suas entranhas os elementos químicos mais pesados -carbono, oxigênio, ferro- lançados ao espaço em seus últimos estertores. Esses átomos espalharam as sementes da vida pelo espaço. Outras estrelas nasceram e outras morreram cosmo afora.

Passados quase 10 bilhões de anos, nasceram o Sol, os planetas, a Terra e a Lua, todos com infâncias violentas: cometas e asteróides bombardeando suas superfícies, radiação solar letal e poucas chances de a vida surgir. Mas em um deles, por não estar nem muito longe nem muito perto do Sol, a água pôde manter-se líquida; por ter a massa certa, criou uma camada protetora à sua volta, a atmosfera. Aos poucos, os elementos químicos foram se combinando, formando moléculas complexas. Delas, surgiu a vida. E dela, surgimos nós. Nossa história, se contada assim, do começo, é a mesma.

Precisamos de 10 mil anos de civilização para aprendermos isso. Espero que não sejam necessários outros 10 mil para usarmos esse conhecimento com sabedoria.

O jovem Einstein

O físico de vinte e poucos anos vestia-se bem e era boa pinta


Talvez uma das fotos mais conhecidas do século 20 seja aquela de Albert Einstein (1879-1955) com a língua de fora. No seu aniversário de 72 anos, dia 14 de março de 1951, Einstein estava cansado dos jornalistas que não o deixavam em paz. Quando deparou-se com o exército de fotógrafos que o esperava, Einstein pôs a língua de fora, na esperança que os fotógrafos desistissem dele e fossem realmente embora.

Grande engano! A imagem tornou-se um ícone do gênio, excêntrico e brincalhão. Incontáveis filmes, desenhos animados e peças teatrais exploram o mito do cientista meio louco meio gênio, cabelos despenteados, sotaque carregado, roupas amarrotadas e sapatos desamarrados. Poucos sabem que esse Einstein tem muito pouco a ver com o outro Einstein, o jovem que criou teorias mirabolantes sobre o espaço, o tempo e a matéria, teorias que revolucionaram toda a visão que se tinha sobre o cosmo na época.

O jovem Einstein era um rapaz problemático, ao menos segundo os olhos de seus professores. Não que fosse um mau aluno: em 1896, graduou-se no então científico com as melhores notas da turma, mesmo que um ano mais novo. Seu problema maior era o autoritarismo do sistema educacional europeu. Os professores achavam-se literalmente intocáveis, incapazes de errar e muito menos de serem criticados por estudantes metidos.

Pois Einstein era justamente um desses estudantes que vivia questionando seus professores, tentando encontrar erros em seus argumentos, sem medo de se expor ou de criar controvérsia. Em 1898, quando cursava o Instituto Politécnico de Zurique, Weber, um dos maiores físicos da Europa e seu professor, afirmou: "Você é muito inteligente, mas jamais aceita a opinião dos outros". Einstein estava irritado com Weber, que limitava-se a ensinar a física pré 1850. Matava aulas e usava as notas de seu amigo Marcel Grossmann. Weber acabou opondo-se à sua carreira e Einstein não conseguiu emprego como seu assistente e também ficou de fora de uma universidade.

Acabou encontrando um emprego no escritório de patentes em Berna, na Suíça, graças à influência do pai de Grossmann. Nessa altura, Einstein tinha um círculo de amigos que se reunia sempre nos cafés da cidade para discutir filosofia e física, a chamada Academia Olímpia.

Enquanto lia os textos dos grandes filósofos e físicos, Einstein escrevia também seus próprios artigos. Era clara a sua liberdade e coragem intelectual. Esse Einstein, de vinte e poucos anos, vestia-se bem, era boa pinta e engraçado. Em 1904, seu melhor amigo, Michele Besso, juntou-se a ele no escritório de patentes.

Einstein diria dele: "Não poderia ter encontrado pessoa melhor para discutir minhas idéias em toda a Europa". Em 1905, Einstein publicou quatro artigos que mudaram a ciência. A teoria da relatividade especial foi apenas um deles. Qualquer dos outros trariam fama imortal ao seu autor. Tinha apenas 26 anos.

Na relatividade, Einstein vai contra 300 anos de física, demonstrando contra tudo e todos que o problema do éter, o meio que supostamente dava suporte à propagação da luz, não era um problema: o éter simplesmente não existia.

Anos de reflexão levaram a uma conclusão fantástica: "O tempo não pode ser absolutamente definido". O jovem rebelde traz a noção de perspectiva à ciência, ressaltando o papel do observador nas medidas de tempo e de espaço.

Se a elegância foi-se com a idade, ficou ao menos a rebeldia, se não tanto nas idéias ao menos na língua.

A primeira célula

Para entender a vida, temos de buscar a origem de sua unidade

A prendemos em biologia, numa das primeiras lições: a célula é a unidade fundamental de um organismo, consistindo de uma membrana circundando um núcleo que flutua em citoplasma.
Sabemos que células podem sobreviver por conta própria. Muitos organismos microscópicos, como a ameba ou o paramécio, consistem em apenas uma célula. Um vírus é uma entidade ainda mais simples, mas que não é propriamente viva: consistindo de uma cápsula feita de proteína e um interior com material genético, só consegue se replicar quando está dentro de uma célula viva.

Portanto, podemos dizer que a célula é a unidade fundamental da vida. Se quisermos entender a origem da vida, temos que entender como surgiram as primeiras células.

Alguns cientistas estão tentando fazer exatamente isso. Em seus laboratórios, procuram sintetizar uma célula primitiva, capaz de se reproduzir e sobreviver por si mesma. Em ciência, a mesma questão pode ser abordada de várias formas diferentes. No caso da origem da primeira célula, existem três caminhos.

No primeiro, investigado no Instituto J. Craig Venter, cientistas procuram uma célula mais básica: usando o micróbio parasita Mycoplasma genitalium, responsável por infecções urinárias, partem do mais complicado para o mais simples. O parasita tem apenas 528 genes no seu DNA, dos quais muitos são supérfluos. A questão é quais são eles e qual é o número mínimo de genes numa célula capaz de sobreviver. O processo é lento: combinações de genes são extraídas metodicamente e a célula resultante é testada.

Um dia os pesquisadores esperam chegar ao conjunto mínimo de genes capaz de manter a célula viva. Uma vez que estes sejam encontrados (se forem encontrados), o plano é recriar o DNA sinteticamente. A tarefa é complexa: ninguém conseguiu criar um DNA com centenas de milhares de unidades. Mesmo se o projeto falhar, as técnicas que estão sendo desenvolvidas permitirão o reparo e a reconstrução de material genético. Por exemplo, seria possível criar uma célula capaz de converter detritos orgânicos em hidrogênio combustível.

Críticos afirmam que esse procedimento não leva de fato à resolução do enigma da primeira célula. Afinal, esse parasita evoluiu durante centenas de milhões de anos para chegar ao seu estado atual. Outro grupo publicou uma receita para a construção de uma célula usando partes avulsas, como num kit de montagem de aeromodelo. Nessa receita, o maquinário molecular responsável pela vida seria baseado num genoma sintético com 151 genes e mais algumas proteínas. Uma vez encontrado, esse material é circundado por uma membrana de gordura (lipídios). Ao menos a membrana foi construída com sucesso. E proteínas foram sintetizadas em seu interior, o começo de algo semelhante à vida.

Mesmo esse processo usa moléculas modernas, produtos de bilhões de anos de evolução. O desafio é começar do começo, criando vida a partir do que não vive, como ocorreu na Terra há aproximadamente 3,8 bilhões de anos. Um terceiro grupo, da Universidade Harvard, vem tentando fazer isso: uma célula consistindo de uma membrana e uma única molécula de RNA capaz de se auto-replicar.

O desafio aqui é encontrar essa molécula. Estamos em desvantagem: a vida teve centenas de milhões de anos para realizar seus experimentos até encontrar a combinação certa. Por outro lado, temos nossa curiosidade e o conhecimento acumulado de centenas de anos de ciência. Com paciência e persistência, não se surpreenda se, em algumas décadas, gerar vida no laboratório virar rotina.

A infernal estrela-d'alva

Estudar o horrendo efeito estufa em Vênus poderá ser útil

Nada mais poético do que a visão da estrela-d'alva, brilhando ao pôr-do-sol feito um diamante nos céus. Quantos poemas e canções já não foram inspirados por esse emblema de beleza e pureza? É irônico que a nossa deusa da beleza, a Vênus celeste, seja, na realidade, um planeta verdadeiramente infernal.

O segundo planeta a partir do Sol - também o mais próximo da Terra- tem uma atmosfera composta principalmente de gás carbônico (96,5%) e nitrogênio, com praticamente nada de oxigênio. Nuvens de ácido sulfúrico flutuam a grandes altitudes. O planeta já foi comparado a uma panela de pressão: a temperatura na superfície é, em média, de 500 C; a atmosfera é tão densa que é impossível visualizar sua superfície de longe, como fazemos com a Lua ou Mercúrio. O único jeito é ir até lá, o que não é fácil.

Um dos mistérios com relação a Vênus é a ausência de água. Claro, com temperaturas de 500 C qualquer água na superfície teria evaporado.

Mas deveria ser encontrada ainda na atmosfera, em forma de vapor. Talvez, no passado, Vênus tenha sido um planeta diferente. Afinal, possui várias características muito semelhantes à Terra: o tamanho e a massa, por exemplo, indicando que sua composição rochosa não é muito diferente.
Carl Sagan, há muitos anos, propôs que Vênus foi vítima de um efeito estufa acelerado. Não que os incas venusianos (quem via "National Kid" quando era criança nos anos 60 e 70, coisa saudosa da minha geração, sabe do que estou falando) tenham poluído o planeta. O acúmulo de gás carbônico é que teria criado um cobertor permanente sobre o planeta, que a radiação solar e as erupções vulcânicas (Vênus talvez ainda tenha vulcões ativos) torraram ainda mais quente a atmosfera.

Os russos foram os pioneiros da exploração de Vênus. Em meados dos anos 70, duas sondas, Venera 9 e Venera 10, conseguiram enviar fotos durante uma hora, antes de seus circuitos virarem sopa metálica. Não encontraram os incas, mas encontraram rochas com pouco sinal de erosão.

Vênus é um planeta estranho: enquanto Mercúrio, Terra e Marte giram em torno de seus eixos no mesmo sentido do seu movimento em torno do Sol, Vênus gira ao contrário. Na verdade, quase não gira: seu "dia" é de 177 dias terrestres, mais da metade de seu ano, de 244 dias. A razão para essa anomalia não é conhecida; mas a conjectura é que Vênus tenha sofrido uma gigantesca colisão na infância, que alterou completamente sua rotação. Algo semelhante ao que ocorreu com a Terra e deu nascimento à Lua.

Recentemente, outra missão, desta vez da ESA (Agência Espacial Européia), aventurou-se sob as espessas nuvens de ácido de Vênus. Seu objetivo era resolver o mistério da água venusiana: se o planeta é tão parecido com a Terra, onde foi parar sua água?

A sonda encontrou evidência de que o planeta teve mais água no passado, o suficiente para cobrir sua superfície inteira com uma profundidade de 4,5 metros. (A Terra, como comparação, seria coberta por 2,8 km de água). Se essa água evaporou rapidamente, ela pode ter contribuído para o horrendo efeito estufa que domina Vênus.

Estudar o que ocorreu lá nos ajuda a evitar que algo semelhante ocorra aqui. O aquecimento de um planeta depende de vários fatores: a temperatura na superfície e suas variações, a composição de sua atmosfera, a emissão de gases e vapores de seu interior.
No mínimo, Vênus demonstra que o inferno existe, não no centro da Terra, mas nos céus.

O drama da descoberta

A natureza nem sempre corresponde aos nossos anseios

A ciência muitas vezes é considerada uma atividade sem emoções, destituída de drama, fria e racional. Na verdade, ela é justamente o oposto disso.A premissa da ciência é a nossa ignorância, nossa vulnerabilidade em relação ao desconhecido, ao que não sabemos. Existe sempre uma sensação de insegurança, de não termos certeza de estar indo na direção certa.

Nos casos mais comuns, quando experimentos revelam novos aspectos da natureza que não haviam nem sequer sido conjecturados, a enorme surpresa, a sensação de tatearmos no escuro, pode levar ao desespero. Nenhum exemplo na história da ciência é mais revelador desse drama do que o nascimento da física quântica, a físca que descreve o comportamento dos átomos e das partículas subatômicas -e que essencialmente está por trás de toda a revolução digital que rege a sociedade moderna. Ao final do século 19, a física estava com muito prestígio.

A mecânica de Newton, a teoria eletromagnética de Faraday e Maxwell, a compreensão dos fenômenos térmicos, tudo levava a crer que a ciência estava perto de chegar ao seu objetivo final, a compreensão de toda a natureza. Ao menos assim pensavam vários físicos. Grande engano. Para a surpresa de muitos, experimentos revelaram fenômenos que não podiam ser explicados pelas teorias da chamada era clássica.

Não se entendia por que corpos aquecidos acima de certas temperaturas brilhavam com aquela luz avermelhada que vemos nas brasas de uma boa fogueira. Não se entendia por que a luz violeta podia carregar eletricamente uma placa metálica neutra, enquanto a luz amarela nada fazia. Não se sabia se átomos eram ou não entidades reais, já que a física clássica previa que seriam instáveis, com os elétrons espiralando em direção ao núcleo.

Gradualmente, ficou claro que uma nova física era necessária para lidar com o mundo do muito pequeno. A questão era o quanto essa física seria diferente. Ninguém queria mudanças muito radicais. Ou quase ninguém. A primeira idéia da nova era veio de Max Planck, que, em 1900, propôs que átomos recebem e emitem energia em pequenos pacotes, que chamou de "quanta". Antes disso, qualquer sistema emitia e recebia energia continuamente, como quando aquecemos um bule d'água.

Eis como Planck descreveu seu estado emocional ao propor a idéia do quantum: "Resumidamente, posso descrever minha atitude como um ato de desespero, já que por natureza sou uma pessoa pacífica e contrária a aventuras irresponsáveis. Quaisquer que fossem as circunstâncias, qualquer que fosse o preço a ser pago, eu tinha de obter um resultado positivo". O uso da palavra "desespero" é revelador.

Planck viu-se forçado a propor algo de fundamentalmente novo, que ia contra tudo o que havia aprendido até então e que acreditava ser correto sobre a natureza. Abandonar o velho e propor o novo requer muita coragem intelectual. Planck o fez pois sabia que a física tinha como missão explicar o mundo natural, mesmo que a explicação contrariasse seus preconceitos.

Os experimentos não deixavam dúvida de que algo de novo era necessário. Planck, um modelo da integridade de um cientista, sabia que seu compromisso com a natureza era o único que importava. Como esse, existem muitos outros exemplos de cientistas que, deparados com resultados misteriosos e surpreendentes, lutam para propor e aceitar idéias que vão de encontro ao que acreditam ser correto.

Talvez essa seja a lição mais importante da ciência, que a natureza nem sempre corresponde aos nossos anseios e que precisamos encará-la com a humildade de quem sabe muito pouco.

O homem biônico

Em breve, os atletas mais velozes do mundo não terão pernas

Na semana passada, o mundo se deparou com uma notícia que parecia coisa de ficção científica. O atleta sul-africano Oscar Pistorius foi proibido pela Associação Internacional das Federações Atléticas (IAAF) de participar da Olimpíada de Pequim. A decisão foi acatada pelo Comitê Olímpico Internacional.

O motivo não foi doping.Segundo os membros da IAAF, Pistorius tem uma vantagem mecânica sobre seus adversários. Nascido sem o perônio nas duas pernas -o osso que conecta o joelho ao calcanhar-, Pistorius teve as duas pernas amputadas sob o joelho quando tinha onze meses. Em seu lugar, usa uma prótese de fibra de carbono com a forma da letra "J", fabricada por uma companhia da Islândia. Sempre interessado em atletismo e esportes, Pistorius conquistou o recorde mundial dos 100, 200 e 400 metros na Paraolimpíada, a olimpíada para atletas portadores de deficiência física. A coisa complicou quando Pistorius começou a marcar tempos que o qualificavam para representar seu país na Olimpíada.

Ano passado, chegou em segundo lugar na prova de 400 metros do campeonato sul-africano. O atual recorde mundial é de 43,18 segundos. Pistorius consegue marcar 46,56 segundos. E seu tempo está baixando progressivamente. Para chegar ao seu veredicto, a IAAF submeteu a prótese de Pistorius a uma série de testes no laboratório do cientista alemão Gert-Peter Brueggemann. Os testes foram claros: Pistorius pode correr na mesma velocidade que atletas sem deficiência usando 25% menos energia. O cientista concluiu que a lâmina protética retorna três vezes mais energia do que o calcanhar humano sob tensão máxima.

Temos aqui um dos primeiros casos nos quais a tecnologia modifica o corpo a ponto de criar um ser híbrido que não pode mais, ao menos segundo as regras do atletismo internacional, ser considerado humano. Claro, Pistorius está chocado com a decisão e promete que vai apelar. Seu exemplo inspira milhões de jovens com limitações físicas. Mas imagine a cena: Jogos Olímpicos de 2008, atletas preparando-se para a prova final dos 400 metros. Dentre eles, um rapaz com pernas de fibra de carbono.

Que impacto emocional sua presença teria sobre os outros atletas? Será que afetaria sua performance? Em julho passado, na competição da Liga de Ouro em Roma, Pistorius chegou em segundo lugar da prova B. A situação é constrangedora. Queremos ver o esforço de Pistorius reconhecido. Porém, sem tornar a competição injusta. Afinal, é uma questão de tempo até que fibras de carbono ainda mais sofisticadas estejam disponíveis, oferecendo uma vantagem ainda maior. Em breve, os atletas mais velozes do mundo não terão pernas. Ao menos pernas de carne e osso.

Vamos extrapolar um pouco. Membros mecânicos não são as únicas próteses possíveis. Casando materiais com eletrônica, não é absurdo especularmos que, num futuro não muito distante, será possível implantar chips no cérebro para vários fins. Por exemplo, já existem implantes que permitem que pessoas cegas distingam sombras e contrastes de claro e escuro; na semana passada, eletrodos no cérebro de uma macaca nos EUA fizeram um robô andar no Japão.

E se encontrarmos um implante que aumente o QI de uma pessoa? Será que os estudantes ricos que puderem ter esses implantes devem fazer vestibular com os outros? Se juntarmos esses avanços à genética, a coisa complica ainda mais. Logo chegaremos a um admirável mundo novo, conforme previu Aldous Huxley em seu romance de 1932. Só espero que sejamos mais sábios.

O rombo cósmico

É como se a natureza desse uma pista para que seus segredos sejam decifrados

Ahistória do Universo está escrita nos céus. O duro é interpretá-la. A situação é parecida com a dos paleontólogos, que tentam reconstruir o passado da vida na Terra com base nos fósseis, ou a dos geólogos, que tentam reconstruir a evolução da Terra desde sua infância por meio do estudo das rochas.

Por trás de cada uma dessas atividades está a convicção de que processos que ocorreram no passado foram causais, ou seja, resultados de causas que podem ser explicadas pela investigação científica. Existe, portanto, uma continuidade, uma história que pode ser resgatada com o auxílio das pistas certas. A cosmologia, que estuda a evolução do cosmo desde a sua formação até o presente, também conta com pistas -fósseis de seu passado.

O mais importante dos fósseis cosmológicos é a chamada radiação cósmica de fundo, formada quando surgiram os primeiros átomos, há aproximadamente 14 bilhões de anos. Se visualizarmos o Universo como o espaço interno de uma banheira, essa radiação seria a água. As galáxias, com todas as suas estrelas e planetas, seriam pequenos objetos flutuando nesse "oceano" de radiação, como grãos de poeira. Ou seja, essa radiação, prevista por Ralph Alpher, George Gamow e Robert Herman -os três cientistas que propuseram o modelo do Big Bang no final da década de 1940- está por toda parte. Como toda radiação eletromagnética, incluindo a luz que vemos com nossos olhos (a porção visível do espectro eletromagnético), ela é formada por fótons, as partículas de luz propostas por Einstein em 1905. Cálculos indicam que há cerca de 400 fótons por centímetro cúbico de espaço (um cubo com a extensão da sua unha). Esses fótons pertencem à radiação de microondas, sendo, portanto, invisíveis e muito frios.

Tal como a água da banheira, que pode ser mais quente aqui ou ali, a radiação de fundo também sofre variações de temperatura. No caso, essas variações são devidas aos puxões gravitacionais sofridos pelos fótons quando eles se aproximam de uma concentração de massa. A gravidade atrai toda forma de matéria e radiação, inclusive a luz, fazendo com que ela perca energia, diminuindo sua temperatura. Os buracos negros são o caso extremo, onde a atração é tão forte que nem os fótons -a luz- podem escapar. Essas variações de temperatura foram medidas com enorme precisão durante os primeiros anos deste milênio pelo satélite da Nasa WMAP.

Inicialmente, os dados indicavam que tudo parecia se comportar conforme o esperado, com flutuações distribuídas igualmente em torno de uma média: tantos locais mais quentes quanto locais mais frios. Recentemente, foi descoberta uma enorme região anômala na radiação cósmica de fundo, um rombo frio com um ângulo aproximado de 5 graus. Como comparação, a Lua cheia ocupa em torno de 1 grau no céu. A probabilidade de tal desvio é de apenas 1,85%, bem pequena. Quando deparados com anomalias dessa magnitude, cientistas ficam animados: é como se a natureza estivesse dando uma pista para que seus segredos sejam decifrados.

No caso, o passado do Universo, bem próximo de sua infância. Os processos que imprimiram esse buraco estavam presentes logo após o Big Bang, no primeiro milhão de anos de existência do Universo. Várias explicações foram já propostas. Uma delas sugere que o rombo tenha sido causado por um defeito cósmico, uma cicatriz deixada pela ruptura de simetrias que ligavam todas as forças da natureza numa só.

Neste caso, o micro, a física que usa essas simetrias para explicar como as partículas de matéria interagem, deixaria sua assinatura no macro, no Universo como um todo.

Celebrando a vida

A humanidade deve trabalhar para as futuras gerações

Talvez todos os anos sejam turbulentos. Mas tenho cá pra mim que 2007 foi um dos mais atribulados dos últimos tempos, tanto em coisas boas quanto em coisas ruins. Das ruins imagino que o leitor esteja já farto de ouvir e ver na TV e jornais, terminando com o trágico assassinato da ex-primeira-ministra do Paquistão, Benazir Bhutto. Das boas é sempre mais difícil, pois notícia boa não parece vender tanto quanto notícia ruim. Mas acho que, entre tanta desgraça, alguns sinais de esperança também apareceram no ano passado. Muitos deles, fico feliz em afirmar, vieram do trabalho de cientistas.

O Prêmio Nobel da Paz foi concedido ao ex-vice-presidente norte-americano Al Gore e aos cientistas (incluindo vários brasileiros) que trabalham no Painel Internacional Sobre Mudança Climática, o IPCC. A mobilização com relação à questão do aquecimento global jamais foi tão forte. Até mesmo o governo norte-americano, sempre o maior obstáculo com relação à imposição de controles sobre a emissão de gases, começou a dar uma balançada. Com as eleições presidenciais ocorrendo em novembro deste ano, imagino que o futuro governo, mesmo se republicano (o que parece pouco provável no momento) terá uma política ambiental bem mais aberta ao controle de emissões de poluentes, ao financiamento de pesquisa de fontes de energia independentes de combustíveis fósseis e à proteção da fauna e da flora mundial.

Não há dúvida de que existe muito trabalho pela frente. Mas a conscientização de que o aquecimento global é uma realidade e de que o futuro do nosso planeta está em nossas mãos é hoje tema de conversa em bares e jantares de família, nas escolas e nos centros de pesquisa do mundo inteiro.

Pela primeira vez na história, a humanidade deve trabalhar em conjunto para garantir a qualidade de vida das gerações futuras. A Guerra Fria, por exemplo, também foi uma ameaça global, mas a discussão não se dava em convenções com mais de uma centena de países, com representantes de Papua-Nova Guiné exercendo pressão sobre os delegados norte-americanos.

Na genética, duas grandes descobertas. A primeira, que é possível obter células-tronco pluripotentes a partir de células adultas, o que acaba com a discussão ética que vinha atravancando a pesquisa nessa área. Os cientistas que usam células-tronco para tentar obter curas para males que afligem milhões de pessoas não serão mais chamados de assassinos por grupos religiosos conservadores e poderão sair dos tribunais e voltar aos laboratórios.

Claro, sempre existirão questões éticas ligadas à pesquisa genética, ao que pode ou deve ser feito nessa área. Por exemplo, a clonagem de seres humanos é vista pela maioria esmagadora dos cientistas como algo tanto inútil sob o ponto de vista médico quanto eticamente indefensável.

Outra descoberta fenomenal, que relatei na última coluna de 2007, foi a dos vírus fósseis que impregnaram nosso genoma e que podem revolucionar o combate à muitas doenças hoje incuráveis, como é o caso da Aids.

Em 2008, entra em funcionamento na Suíça a maior máquina já construída, o acelerador gigante de partículas que promete responder a várias questões fundamentais da física, entre elas a origem da massa e a possibilidade de que as forças da natureza sejam manifestações de uma só, o campo unificado. A missão Kepler, da Nasa, buscará outros planetas como a Terra, na esperança de que a vida não seja um privilégio nosso.

Sendo um inveterado otimista, vejo este ano como o início de uma nova era em que a vida, acima de tudo, será respeitada e celebrada.