O mistério de Tunguska

Nesta semana, conferências vão comemorar centenário do evento

Na madrugada do dia 30 de junho de 1908, o sr. Semenov fumava calmamente seu cachimbo na varanda de uma estação comercial na bacia do rio Tunguska, na Sibéria, quando uma gigantesca explosão celeste lançou-o a seis metros de distância. O pobre Semenov, além de perder o seu cachimbo, perdeu também a consciência. Mais tarde, deu graças a Deus por ter sobrevivido, embora -imagino- tenha se perguntado o que os siberianos haviam aprontado para merecer tal castigo divino. A explosão devastou mais de 2.000 km2 de floresta, derrubando 80 milhões de pinheiros como se fossem palitos de fósforo. Sismógrafos detectaram tremores equivalentes a um terremoto com magnitude 5 na escala Richter. Ondas de choque na atmosfera foram detectadas por barômetros na Inglaterra. Se a explosão tivesse ocorrido num centro urbano, milhões de pessoas teriam morrido.

Com as complicações da Revolução Bolchevique, da Primeira Guerra Mundial iniciada em 1914 e a localização remota da devastação, passaram-se quase duas décadas até que uma expedição científica fosse averiguar o que ocorreu. Apesar de termos hoje melhores detalhes do evento, ainda existem dúvidas sobre a sua causa exata. Os danos na região sugerem que a explosão tenha ocorrido entre seis e oito quilômetros de altitude, liberando uma energia de 15 megatoneladas de TNT, equivalente à detonação simultânea de mil bombas atômicas como a que arrasou Hiroshima.

Satélites militares, equipados com sensores desenhados para detectar, entre outras coisas, detonações nucleares clandestinas, indicam que versões em miniatura do evento de Tunguska ocorrem freqüentemente. Nos anos 1990, a desintegração de um asteróide de aproximadamente sete metros de diâmetro liberou dezenas de quilotons na atmosfera. Impactos de objetos com diâmetros em torno de um metro ocorrem ao menos uma vez por semana, segundo os dados.

O fenômeno de Tunguska, bem maior, ocorre com uma freqüência de centenas de anos. Simulações em computadores que levam em conta a compressão e superaquecimento do ar à frente do bólido colocam o seu diâmetro em torno de 30 metros, como menciono no livro "O Fim da Terra e do Céu". A violência se deve à incrível velocidade do asteróide, cerca de 15 quilômetros por segundo: você pisca os olhos e o asteróide cruza os céus da área metropolitana do Rio.

Nesta semana, várias conferências vão comemorar o centenário do evento. Cientistas italianos afirmam que um lago na região teria sido escavado pela colisão de um dos fragmentos do bólido. Até hoje não se sabe se era um pedaço de cometa -formado por gases congelados e poeira- ou de um asteróide rochoso. Outros afirmam que fotos da região logo após o impacto mostram árvores intactas, o que contraria os italianos. Uma nova teoria proposta é que a explosão foi devida a um fenômeno terrestre conhecido como depósito de kimberlita, um tipo de erupção que traz diamantes à superfície terrestre e que libera enormes quantidades de metano, um gás altamente inflamável.

Dentre outras teorias bem mais implausíveis, como a do escritor de ficção científica Alexander Kazantsev, que sugeriu a explosão de um óvni, ou a de dois físicos que propuseram a explosão de um miniburaco negro que atravessou a Terra de sul a norte, explodindo na saída, fica o importante fato de que nossa atmosfera é como um colete à prova de balas: protege contra balas até um certo calibre, mas não consegue parar um tiro de bazuca.
Refletir sobre nossa fragilidade cósmica é um excelente exercício coletivo de humildade.

Mito ou Verdade?

A coroação da razão humana seria revelar o plano da Criação

Q uando resolvi que seria físico, tinha em mente um caminho bem claro: queria participar da busca pelas leis que estão por trás de tudo o que existe na natureza, as leis que ditam desde a origem do Universo até o comportamento dos átomos e das partículas de matéria.

Inspirado por livros como "A Evolução da Física", de Leopold Infeld e Albert Einstein, entendi que essa era a grande crença das ciências físicas, que a diversidade do mundo é uma ilusão dos sentidos. Ocultas entre as aparências estão essas leis fundamentais, esperando para serem descobertas.

O ápice do conhecimento, a coroação da razão humana, seria revelar o plano da Criação. Como escreveu Stephen Hawking em "Uma Breve História do Tempo", a descoberta dessas leis, da unificação de todos os processos naturais, seria equivalente a conhecer a "mente de Deus".

Não há dúvida que esse "Deus" de Hawking é uma metáfora, que ele não se referia ao Deus judaico-cristão.

Sendo esse o caso, que Deus é esse? Por que cientistas como Hawking e o Prêmio Nobel Steven Weinberg, por que imortais como Einstein e os arquitetos da física quântica Max Planck, Erwin Schrödinger e Werner Heisenberg dedicaram tantos anos de suas vidas à busca dessa teoria unificada? Por que milhares de físicos hoje continuam essa busca, convictos de que essa unificação existe? Tudo começou, como sempre, na Grécia antiga. Os filósofos da escola de Pitágoras, famoso pelo teorema dos triângulos retângulos (que, aparentemente, ele não inventou), acreditavam que a essência da natureza era matemática: os números, e as relações entre eles, descrevem tudo o que ocorre. O objetivo da filosofia era entender como. Segundo os pitagóricos, números e geometria eram inseparáveis.

O exemplo do triângulo torna isso claro, já que os comprimentos dos três lados do triângulo são dados por números relacionados por uma equação.

Formas e números, portanto, expressam a realidade.

O grande filósofo Platão abraçou a idéia dos pitagóricos e foi além. Segundo ele, a geometria era o caminho da verdade. A essência da realidade era geométrica e só podia ser contemplada pela mente. Simetria passou a ser sinônimo de beleza e de verdade.

Para Platão, o arquiteto divino do cosmo (que ele chamou de Demiurgo) era um geômetra.

Chegando ao século 17, Galileu, Kepler e, mais tarde, Newton abraçaram a geometria como a língua da natureza. Os "Principia", a obra em que Newton elabora os princípios da mecânica e a lei da gravidade, são escritos como um tratado geométrico. Inspirados pelo sucesso desses patriarcas, os físicos abraçaram o conceito de simetria platônico: por trás da diversidade dos fenômenos naturais, além das distorções de nossa percepção da realidade, há uma ordem que pode ser expressa em termos matemáticos. Essa ordem é a expressão máxima da verdade e cabe ao cientista desvendá-la. É ela a "mente de Deus". (Literalmente, para Kepler e Newton.)
Não há dúvida de que a idéia de simetria serviu bem à física. Ainda serve. Ela simplifica as equações: o Sol pode ser tratado como uma esfera, mesmo que não seja. Mas a avidez com que a idéia de unificação de tudo é buscada indica algo mais profundo.

No curto espaço dessa coluna, afirmo apenas que ela é diferente da idéia de que simetrias são boas aproximações para descrever o mundo natural. Não encontramos (ainda) indícios de que ela exista. Talvez porque seja mesmo muito sutil, ou talvez porque seja uma ilusão, um mito.

Seria herético imaginar que a natureza não se presta às nossas expectativas de ordem?

O dilema da escuridão cósmica

A especulação desenfreada faz a física virar metafísica

As ciências são baseadas em medidas e hipóteses construídas para explicá-las. A história de como essas hipóteses variaram desde os primórdios do pensamento científico está intimamente ligada à nossa capacidade de medir as propriedades da natureza com precisão crescente.

Mas o que ocorre quando não conseguimos medir com precisão suficiente, quando não dispomos de tecnologia para diferenciar as hipóteses plausíveis e demonstrar qual é a correta? Essa é uma questão de grande importância no desenvolvimento das teorias científicas. Talvez não seja exagero dizer que estamos passando por um momento de crise na física e na astronomia, onde não dispomos de dados para discernir dentre teorias que visam explicar o mesmo fenômeno.

Não só não dispomos de tecnologia no presente, como possivelmente não a teremos por décadas. O perigo, quando esse tipo de situação ocorre, é nos perdermos nos labirintos da especulação desenfreada, transformando física em metafísica.

Em geral, o que ocorre é o oposto: novas tecnologias revelam novos fenômenos, que requerem novas teorias para serem explicados. E, de fato, foi assim que a presente crise começou.

Em 1998, dois grupos de astrônomos descobriram uma anomalia na expansão do Universo. Desde 1929, sabemos que as distâncias entre as galáxias estão aumentando de acordo com uma lei bem simples, a chamada Lei de Hubble: as velocidades de afastamento das galáxias crescem linearmente com a sua distância: quanto mais longe a galáxia, maior a sua velocidade. Isso vem ocorrendo desde a origem do Universo, há 13,8 bilhões de anos.

Usando telescópios poderosos e técnicas avançadas de análise de dados, os astrônomos mostraram que, de 5 bilhões de anos para cá, a expansão cósmica passou a acelerar, como se uma espécie de antigravidade estivesse afastando as galáxias umas das outras ainda mais rapidamente do que prevê a Lei de Hubble. A causa responsável recebeu o nome de energia escura.

Imediatamente, hipóteses baseadas em processos físicos completamente diferentes foram propostas para explicar as novas observações. Até aí tudo bem, assim caminha a ciência.
O problema é que, passados 10 anos, ainda não temos como diferenciar qual é o caminho mais correto. E a possibilidade de termos novas tecnologias capazes de fazer isso nas próximas duas décadas não é boa.

Numa das explicações, uma espécie de fluido permeia todo o cosmos, idéia muito semelhante ao venerado éter da filosofia de Aristóteles, a quinta-essência que, segundo o grande pensador grego, preenchia o espaço, tornando-o pleno. Esse fluido, hoje chamado de "constante cosmológica", reapareceu com Einstein que, em 1917, usou-o em seu modelo cósmico.

Outra explicação afirma que o cosmo é preenchido por uma espécie de matéria difusa que, ao contrário da constante cosmológica, pode variar no espaço e no tempo, mesmo que discretamente. Ainda outra afirma que a teoria da gravidade de Einstein tem que ser modificada. Uma dessas três explicações -ou talvez outra, desconhecida- está certa. Mas qual?
A questão é, sem dúvida, abstrata. Mas faz parte da tentativa milenar de explicarmos o mundo em que vivemos e qual o nosso lugar nele. Do esforço, novas tecnologias serão desenvolvidas e novas idéias sobre o cosmo surgirão.

Ao contrário do que possa parecer, crise é coisa boa em ciência. Pelo menos aquelas que podem ser resolvidas. Apostando na nossa inventividade, acredito que encontraremos a resposta para o mistério da energia escura. Muito possivelmente, ela surpreenderá a todos.

Buscando vida em Marte

O planeta vermelho sofreu uma mudança climática radical

As primeiras imagens coloridas da sonda Phoenix chegaram na segunda-feira. Após uma viagem iniciada em agosto de 2007, cobrindo 680 milhões de quilômetros, a espaçonave-robô finalmente pousou com sucesso na superfície de Marte.

É a sexta missão a pousar no planeta vermelho, das 12 tentativas até agora.

A operação é um feito tecnológico simplesmente espetacular. Não só o pouso ocorreu quase sem problemas -o pára-quedas abriu sete segundos mais tarde, afetando em 25 quilômetros o local do pouso-, mas três satélites em torno de Marte voltaram suas câmaras em direção à Phoenix permitindo que pudéssemos ver o pouso. (Consulte a página da Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Phoenix_spacecraft, em inglês, atualizada constantemente).
Quem gosta de brincar com carrinhos e aviões de controle remoto sabe o quanto é difícil operá-los sem problemas. Imagine programar e operar uma espaçonave para pousar num planeta a centenas de milhões de quilômetros de distância.

A missão tem dois objetivos principais. O primeiro é estudar a história geológica do local de pouso, uma região plana no paralelo 68 em direção ao pólo Norte marciano. Em particular, os vários aparelhos científicos a bordo da Phoenix foram desenhados para verificar a existência de água na subsuperfície e identificar os seus traços. Por exemplo, se água, que hoje está congelada, existiu no passado em estado líquido, sua assinatura pode ser encontrada por padrões causados pela erosão das rochas e do solo.

Vários cientistas acreditam que Marte era bem mais quente no passado, quente o suficiente para que água líquida existisse em abundância. Possivelmente, Marte passou por uma mudança climática radical que causou um severo resfriamento em sua superfície. A memória desse passado está registrada no solo marciano.

O segundo objetivo da missão é procurar por uma zona habitável entre a superfície e o gelo subterrâneo. A sonda é dotada de um braço mecânico de 2,35 m com uma escavadeira que pode obter amostras do subsolo a meio metro de profundidade. Essas amostras serão analisadas pelo laboratório químico à bordo da sonda, que contêm oito fornos em miniatura (do tamanho de uma carga de caneta) capazes de aquecer as amostras a 1.000 C, quatro células de análise química e um espectrômetro de massa, aparelho capaz de identificar diferentes compostos químicos em uma amostra.

Com isso, cientistas serão capazes de analisar em detalhe a composição química do solo e subsolo marciano, incluindo minerais e compostos orgânicos, se eles existirem. A idéia é executar as experiências por três meses, o tempo de vida da missão. Tudo isso remotamente, da Terra. E ainda tem gente que acha que não fomos à Lua.

A última tentativa de identificação de vida em Marte foi com as sondas Viking 1 e 2, em 1976. Elas enviaram fotos fantásticas da superfície marciana, mas nenhum traço de vida. Isso não chega a ser surpreendente.

Mitos à parte, a superfície de Marte é extremamente nociva à vida. Temperaturas muito baixas, atmosfera quase sem oxigênio e, mais importante, doses imensas de radiação, tornam a possibilidade de vida na superfície muito remota. Daí a idéia de que se vida existir agora ou tiver existido no passado, estaria no subsolo.

A missão terá enorme sucesso se encontrar traços químicos dessa vida, ou, ao menos, a confirmação de água líquida no passado.

De qualquer forma, a desolação que vemos em Marte nos faz cientes da preciosidade da vida que temos aqui e da importância de preservarmos a nossa bela e frágil casa planetária.

Antepassados não tão distantes

Os chimpanzés sofrem quando perdem a mãe ou um amigo

Quando Darwin afirmou, no século 19, que somos descendentes de macacos, que temos mais a ver com criaturas peludas e barulhentas com rabos longos e dentes afiados do que com anjos celestes, os vitorianos ficaram ultrajados. Por 3.000 anos, a história que vinha sendo contada era diferente. Seríamos criação de Deus, quase tão perfeitos quanto ele. Não fosse a ousadia de Adão e Eva, estaríamos até agora passeando nus pelo Jardim do Éden, sem sabermos da existência do pecado original.

Muita gente ainda se ofende com a insistência dos cientistas em nos chamarem de macacos evoluídos. Mas deveríamos nos orgulhar de nossos antepassados, que encontraram meios de sobreviver em um ambiente austero e cheio de predadores.

Há 30 milhões de anos, babuínos, chimpanzés e humanos eram indiferenciáveis. Desde então, variações genéticas submetidas à pressão da seleção natural foram criando as diferenças que resultaram nos três primatas. Babuínos mostram uma grande sofisticação social, vivendo em grupos de aproximadamente 150 indivíduos que reúnem em torno de oito famílias.

Pesquisadores como Dorothy Cheney (nenhuma relação com o vice-presidente americano) e Robert Seyfarth, que passam longos períodos nas florestas de Botsuana, verificaram que babuínos, especialmente as fêmeas, desenvolvem fortes alianças familiares, defendendo membros da família em caso de desavenças com outros babuínos ou em ataques de predadores.
Para tal, os primatas desenvolveram meios de identificar seus parentes visualmente e por meio de vocalizações.

Não há dúvida de que o agrupamento dos babuínos exibe traços que podemos identificar na nossa sociedade. Quantas famílias têm um assobio especial que usam quando estão em lugares muito cheios?

Mas nossos parentes mais próximos são os chimpanzés, com quem dividimos 98,4% dos nossos genes. Jane Goodall, a pesquisadora inglesa que revelou ao mundo a sofisticação dos nossos primos, passou anos nas florestas da Tanzânia observando seu comportamento.

Diferentemente dos babuínos, a característica mais marcante dos chimpanzés não é o agrupamento, mas a sofisticação de seu comportamento.

Chimpanzés estão entre os poucos animais que usam ferramentas para efetuar tarefas. Cortam galhos longos para "pescar" formigas e cupins em troncos e cupinzeiros.

Como os babuínos, caçam em grupos e defendem seu território em ferozes guerras tribais. Como os humanos, sofrem quando perdem a mãe, o pai ou um irmão, ou quando um companheiro de longa data morre. Esses achados tornam difícil distinguir se somos um pouco macacos ou se os macacos são um pouco humanos. Certamente, eles nos remetem às nossas origens evolucionárias.

Recentemente, um experimento na Universidade de Kyoto, no Japão, comparou a memória dos chimpanzés com a dos humanos. Seqüências de cinco números de um a nove foram mostradas a estudantes e chimpanzés por frações de segundo na tela de um computador. Após 650 milésimos de segundo, os números do monitor viravam quadrados brancos. O teste envolvia tocar os quadrados em ordem numérica crescente.

Tanto os estudantes quanto o chimpanzé acertaram 80% das vezes. Quando o intervalo baixou para 210 milisegundos, os humanos acertaram 40% das vezes e o chimpanzé 80%. Perdemos para um macaco. "Talvez", disse um dos pesquisadores, "nossa habilidade para contar atrapalhe". No mínimo, o experimento mostra que nossos primos são bem menos distantes do que pensamos.

Matéria elusiva

Cientistas tentam achar partículas misteriosas há duas décadas

Uma das revelações mais importantes da ciência moderna é que somos feitos da mesma matéria que as estrelas. Todos os átomos de carbono, ferro, oxigênio etc. que compõem tudo o que existe têm a mesma origem, forjados durante os estágios finais da vida de estrelas.

São elas os grandes alquimistas cósmicos, capazes de transformar hidrogênio (o elemento químico mais simples e abundante no cosmo) em todos os outros elementos químicos. Nossa união com o Universo ocorre já ao nível mais fundamental: somos uma química animada por pensamentos.

Mas existe outra revelação importante e ainda bem misteriosa da ciência moderna. Os átomos feitos nas estrelas são uma pequena parcela, 5% aproximadamente, da matéria que preenche o Universo. Os outros 95% vêm em duas outras formas: 25% de matéria escura e 70% de energia escura. Da energia escura sabemos pouco: não é composta por partículas, como é caso dos átomos, compostos de prótons, nêutrons e elétrons, e mesmo da matéria escura.

É uma espécie de fluido, espalhado igualmente por todo o espaço. Mas ninguém sabe que fluido é esse; apenas que passou a dominar a evolução do cosmo há alguns bilhões de anos, causando uma inesperada aceleração em sua expansão: a energia escura atua como uma forma de antigravidade, aumentando cada vez mais as distâncias entre as galáxias.

A energia escura é uma descoberta recente. Seus efeitos foram observados pela primeira vez em 1998, causando um verdadeiro furor na comunidade científica. Mas a matéria escura é bem mais antiga. Sua existência foi conjecturada durante a década de 1930 pelo astrônomo Fritz Zwicky, que trabalhava no Instituto de Tecnologia da Califórnia, o Caltech. Zwicky estudava as propriedades de grupos de galáxias agregados por sua gravidade mútua. Medindo as velocidades das galáxias, Zwicky notou que eram bem maiores do que se fossem causadas pela matéria visível nelas.

Concluiu que existia matéria invisível -a matéria escura- que, como já diz o nome, não emite luz. Sua presença é sentida através de sua massa, de seus efeitos gravitacionais.

Medidas precisas da expansão cósmica e das propriedades das galáxias mostram que a matéria escura também é formada por partículas. Só que essas partículas são muito diferentes das partículas dos átomos, constituindo um novo tipo de matéria.

É esse caráter exótico da matéria escura que a torna fascinante e, claro, muito difícil de ser detectada. Durante as duas últimas décadas, vários grupos têm tentado achá-la.

Os experimentos mais promissores procuram medir os efeitos de uma colisão entre uma partícula de matéria escura e núcleos de matéria comum. Por exemplo, cristais de germânio e silício ou de iodeto de sódio.

Quando uma colisão ocorre, vibrações são sentidas no material, como quando pedras de vários tamanhos são jogadas numa piscina. Essas vibrações podem ser detectadas e a energia da colisão medida. Com isso, é possível obter a massa da partícula de matéria escura.

Recentemente, um grupo na Itália afirmou ter encontrado sinais promissores. Imediatamente, a comunidade científica se mobilizou, examinando o experimento e criticando os seus resultados. Esse ceticismo é fundamental em ciência: descobertas importantes precisam ser confirmadas por grupos diferentes. A controvérsia ainda não foi resolvida. Mas não há dúvida de que a descoberta da matéria escura terá um impacto enorme na nossa compreensão do Universo e de seus constituintes mais básicos.

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.