MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Imagine um futuro longínquo, quando aviões, trens ou qualquer outro meio de transporte tenham se tornado coisa do passado. Para ir de um ponto a outro no espaço, bastará entrar em uma cabine de teletransporte e sair, instantaneamente, em outra, no destino desejado. Poderemos começar uma viagem em São Paulo e terminá-la no Rio, ou em outra galáxia...
Mas essa história é velha! Basta assistir a um episódio da série "Jornada nas Estrelas" que veremos o Capitão Kirk ser teletransportado sem maiores mistérios. Ficção científica? Sem dúvida. Mas, recentemente, físicos na Áustria e na Itália, conseguiram pela primeira vez teletransportar uma propriedade de um fóton -uma partícula de luz cuja existência foi proposta por Einstein em 1905- de um ponto a outro no espaço. Instantaneamente.
Sabemos que a luz pode ser descrita como ondas eletromagnéticas que se propagam à velocidade de 300.000 km/s no espaço vazio. Como toda onda, a luz pode ser polarizada, ou seja, ela pode estar vibrando em apenas um determinado plano.
Imagine uma corda com uma das extremidades amarrada a uma árvore. Vibrando a outra extremidade, podemos fazer com que a corda ondule com "polarizações" diferentes, por exemplo, perpendicular ou paralela à árvore. O fóton, como digno representante corpuscular da luz, ou melhor, da radiação eletromagnética, também exibe diferentes polarizações.
Nas experiências feitas na Áustria e na Itália, a propriedade do fóton teletransportada foi sua polarização. Imagine que Maria esteja interessada em teletransportar para João a polarização de um fóton. Maria tem dois fótons, que ela chama de A e M (de mensageiro). João tem um fóton B. O teletransporte seria, então, fazer com que o fóton de João (B) adquira a polarização original do fóton de Maria (A). No teletransporte, nenhum fóton viaja fisicamente através do espaço separando Maria e João. Apenas as propriedades do fóton A, de Maria, se materializam instantaneamente no fóton B, de João. (Para o leitor curioso, esse fenômeno não viola a causalidade.)
Como que esse fenômeno bizarro de interação instantânea a distância é possível? O comportamento de objetos no mundo submicroscópico muitas vezes vai contra nossas noções do que é ou não possível. No caso dos fótons, é possível construir um par de fótons que exibem, juntos, uma propriedade conhecida como "entrelaçamento".
Se um par de fótons está entrelaçado, ao medirmos a polarização de um deles, o outro imediatamente assumirá a polarização perpendicular à que foi medida. Se os fótons A e M estão entrelaçados e se medirmos A com polarização vertical, M assumirá polarização horizontal.
O que é fantástico é que esse efeito não depende da distância entre os dois fótons. A e M podem estar separados por um metro, dez quilômetros (como no experimento recente) ou estar em outra parte da galáxia. Mas, ao medirmos a polarização de A, M assumirá imediatamente a polarização perpendicular. Einstein jamais aceitou essa possibilidade. Mas vários experimentos comprovaram o entrelaçamento de dois fótons.
Voltando a João e Maria, eles entrelaçam os fótons M e B. Maria, por sua vez, entrelaça seus dois fótons, A e M. O que acontece? Quando Maria entrelaça A e M, sabemos que M assumirá a polarização perpendicular a A. Mas, como M e B também estão entrelaçados, sabemos que B assumirá a polarização perpendicular a M. Ou seja, B assumirá a polarização original de A.
As aplicações são potencialmente imensas, mesmo que ainda não possamos sequer imaginar como teletransportar seres humanos. Mas nos campos emergentes de criptografia e computação quântica (computadores baseados em moléculas), o teletransporte será um ingrediente fundamental. O que era ficção vai se tornando, de fóton em fóton, realidade.
domingo, 22 de fevereiro de 1998
domingo, 15 de fevereiro de 1998
Uma brevíssima história do vazio
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Há muitos anos, Gilberto Gil compôs uma canção que dizia: "É sempre bom lembrar que um copo vazio está cheio de ar". Ela lembra a frase budista: "Onde existe luz existe sombra". Vazio e cheio, luz e sombra: a idéia da complementaridade de opostos está profundamente arraigada no pensamento humano.
Mas o que acontece com o copo vazio se todo o seu ar for retirado? Imaginemos uma fantástica bomba de vácuo, uma máquina capaz de sugar todo o ar de dentro de qualquer recipiente perfeitamente lacrado. Será que conseguiremos chegar ao ponto de um vazio absoluto? (Claro, um copo implodiria devido à pressão, mas estamos imaginando um copo "perfeito".)
A possibilidade ou não da existência de um "vazio absoluto" já era debatida ferozmente na Grécia Antiga, em torno do século 5 a.C. Segundo Parmênides, filósofo pré-socrático que viveu em Eléa, sul da Itália, o Universo é permeado pela presença de "Eon", o Ser em seu sentido mais abstrato, a Existência onipresente e estática, imutável e perfeita. Portanto, o Vazio é uma impossibilidade, já que sua existência seria equivalente à de um Não-Ser, que contradiria a onipresença absoluta do Eon.
Para contrariar os parmenidianos, os atomistas postularam que tudo é composto de átomos e se movimenta no vazio. Tudo na natureza pode ser reduzido a átomos e seus agregados, que se movem no espaço vazio. A imutabilidade do Ser de Parmênides é transferida aos átomos, indestrutíveis e eternos. Mas, para os atomistas, o vazio existe.
Aristóteles retomou de certa forma a tese de Parmênides de que o vazio não existe: "A natureza odeia o vácuo". Como para ele a velocidade dos corpos em movimento é inversamente proporcional à densidade do meio, um meio perfeitamente vazio (densidade nula) implicaria movimentos de velocidade infinita, um absurdo para Aristóteles.
Pulando quase 2.000 anos, o debate sobre a natureza do vazio voltou a estimular a imaginação dos filósofos da natureza. René Descartes, no século 18, postulou a existência de vórtices no espaço que transportavam os planetas em suas órbitas, enquanto Newton assumiu, como os atomistas, que o espaço interplanetário é vazio; a força da gravidade é a responsável pelos movimentos dos objetos celestes.
No século 19, o problema do vazio reapareceu em outro ramo da física, o eletromagnetismo. O britânico James Maxwell mostrou que a luz é uma onda eletromagnética que se propaga à velocidade de 3.000 km/s. Mas as ondas se propagam em um meio material: as de som se propagam no ar e as do mar, na água. De fato, ondas são apenas uma manifestação da propagação de energia através de um meio material. E as ondas luminosas? Em que meio elas se propagam?
Para Maxwell, ondas luminosas se propagam em um meio material chamado "éter". Todos os cientistas da época acreditavam na existência do éter, apesar de suas propriedades muito estranhas, preenchendo todo o espaço (Aristóteles outra vez!), mas, ao mesmo tempo, sendo imponderável, rígido como um sólido e incapaz de oferecer resistência ao movimento dos objetos celestes.
Em 1905, Einstein apresenta sua teoria da relatividade restrita, em que ele mostra que o éter é perfeitamente descartável. O vazio reaparece triunfalmente, juntamente com toda uma reformulação das idéias newtonianas de espaço e tempo. Mas a festa durou pouco. Com o desenvolvimento da mecânica quântica na década de 20, ficou claro que pequenas violações na lei de conservação de energia são possíveis, mesmo que por pouquíssimo tempo. E como matéria e energia são "interconversíveis", essas flutuações quânticas de energia podem criar matéria. O vácuo quântico é repleto dessas flutuações, partículas que aparecem e desaparecem continuamente numa dança de criação e destruição. O vazio não existe. Aristóteles, que não riu por último, pode sorrir novamente.
especial para a Folha
Há muitos anos, Gilberto Gil compôs uma canção que dizia: "É sempre bom lembrar que um copo vazio está cheio de ar". Ela lembra a frase budista: "Onde existe luz existe sombra". Vazio e cheio, luz e sombra: a idéia da complementaridade de opostos está profundamente arraigada no pensamento humano.
Mas o que acontece com o copo vazio se todo o seu ar for retirado? Imaginemos uma fantástica bomba de vácuo, uma máquina capaz de sugar todo o ar de dentro de qualquer recipiente perfeitamente lacrado. Será que conseguiremos chegar ao ponto de um vazio absoluto? (Claro, um copo implodiria devido à pressão, mas estamos imaginando um copo "perfeito".)
A possibilidade ou não da existência de um "vazio absoluto" já era debatida ferozmente na Grécia Antiga, em torno do século 5 a.C. Segundo Parmênides, filósofo pré-socrático que viveu em Eléa, sul da Itália, o Universo é permeado pela presença de "Eon", o Ser em seu sentido mais abstrato, a Existência onipresente e estática, imutável e perfeita. Portanto, o Vazio é uma impossibilidade, já que sua existência seria equivalente à de um Não-Ser, que contradiria a onipresença absoluta do Eon.
Para contrariar os parmenidianos, os atomistas postularam que tudo é composto de átomos e se movimenta no vazio. Tudo na natureza pode ser reduzido a átomos e seus agregados, que se movem no espaço vazio. A imutabilidade do Ser de Parmênides é transferida aos átomos, indestrutíveis e eternos. Mas, para os atomistas, o vazio existe.
Aristóteles retomou de certa forma a tese de Parmênides de que o vazio não existe: "A natureza odeia o vácuo". Como para ele a velocidade dos corpos em movimento é inversamente proporcional à densidade do meio, um meio perfeitamente vazio (densidade nula) implicaria movimentos de velocidade infinita, um absurdo para Aristóteles.
Pulando quase 2.000 anos, o debate sobre a natureza do vazio voltou a estimular a imaginação dos filósofos da natureza. René Descartes, no século 18, postulou a existência de vórtices no espaço que transportavam os planetas em suas órbitas, enquanto Newton assumiu, como os atomistas, que o espaço interplanetário é vazio; a força da gravidade é a responsável pelos movimentos dos objetos celestes.
No século 19, o problema do vazio reapareceu em outro ramo da física, o eletromagnetismo. O britânico James Maxwell mostrou que a luz é uma onda eletromagnética que se propaga à velocidade de 3.000 km/s. Mas as ondas se propagam em um meio material: as de som se propagam no ar e as do mar, na água. De fato, ondas são apenas uma manifestação da propagação de energia através de um meio material. E as ondas luminosas? Em que meio elas se propagam?
Para Maxwell, ondas luminosas se propagam em um meio material chamado "éter". Todos os cientistas da época acreditavam na existência do éter, apesar de suas propriedades muito estranhas, preenchendo todo o espaço (Aristóteles outra vez!), mas, ao mesmo tempo, sendo imponderável, rígido como um sólido e incapaz de oferecer resistência ao movimento dos objetos celestes.
Em 1905, Einstein apresenta sua teoria da relatividade restrita, em que ele mostra que o éter é perfeitamente descartável. O vazio reaparece triunfalmente, juntamente com toda uma reformulação das idéias newtonianas de espaço e tempo. Mas a festa durou pouco. Com o desenvolvimento da mecânica quântica na década de 20, ficou claro que pequenas violações na lei de conservação de energia são possíveis, mesmo que por pouquíssimo tempo. E como matéria e energia são "interconversíveis", essas flutuações quânticas de energia podem criar matéria. O vácuo quântico é repleto dessas flutuações, partículas que aparecem e desaparecem continuamente numa dança de criação e destruição. O vazio não existe. Aristóteles, que não riu por último, pode sorrir novamente.
domingo, 8 de fevereiro de 1998
As nebulosas e as sementes primordiais do Universo
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
O astrônomo inglês William Herschel, descobridor do planeta Urano, comparava o céu noturno com um jardim "repleto de criações as mais variadas". Após décadas de árduas observações, Herschel compilou um catálogo celeste com mais de 2.500 dessas "criações", na época conhecidas apenas como nebulosas.
Para Herschel e outros astrônomos do início do século 19, nebulosas eram objetos celestes difusos, que, ao contrário de planetas ou estrelas, não apareciam como pontos de luz mas como manchas luminosas. Foram necessários outros cem anos para que a natureza das nebulosas fosse desvendada.
Por que a demora? Se olharmos para o céu em uma noite sem Lua, longe de qualquer cidade e de suas luzes, podemos distinguir apenas três objetos que seriam classificados por Herschel como nebulosas: Andrômeda, nossa galáxia vizinha, a aproximadamente 2 milhões de anos-luz do Sol, e as duas Nuvens de Magalhães, a 170 mil anos-luz do Sol. Devido à sua distância de nós, as nebulosas são difíceis de serem observadas. Com o desenvolvimento dos telescópios de grande porte, ficou claro que elas são vários tipos de objetos de natureza muito diversa, as "criações" do jardim cósmico de Herschel.
Existem galáxias, nebulosas planetárias, que são restos mortais de explosões estelares, aglomerados globulares de estrelas, nuvens de gás interestelar e vários outros tipos de "nebulosas". Mas, nem mesmo em seus sonhos mais criativos, Herschel poderia imaginar o quanto é rico e complicado o jardim celeste.
Nas últimas duas décadas, armados de poderosos telescópios e de novas tecnologias ópticas, que permitem que vastas porções do céu sejam fotografadas digitalmente com grande precisão, astrônomos descobriram que os céus não só exibem as mais variadas criações, mas também uma riquíssima cultura.
Talvez o melhor modelo da estrutura cósmica descoberta pelos astrônomos seja a do banho de espuma. Do mesmo modo que em um banho de espuma bolhas se tocam apenas na superfície, galáxias também são encontradas na "superfície" de bolhas, regiões com o interior praticamente vazio.
Um dos maiores mistérios da astronomia moderna é desvendar os mecanismos responsáveis pela formação dessas vastas estruturas cósmicas. Segundo observações atuais, muitas delas trabalho do excelente astrônomo brasileiro Luis Nicolacci da Costa, os "vazios cósmicos" podem ter diâmetros de dezenas de milhões de anos-luz!
O escultor principal dessa vasta estrutura cósmica é a força da gravidade. Modelos numéricos que tentam reproduzir as estruturas observadas usam a gravidade como a força responsável pelo colapso da matéria em estruturas organizadas, de galáxias e aglomerados de galáxias a bolhas cósmicas. No momento, os modelos mais bem-sucedidos, ou seja, que reproduzem melhor as estruturas observadas, usam três ingredientes. Primeiro, se adiciona matéria bariônica, ou seja, matéria ordinária, feita de prótons e nêutrons. A essa adiciona-se um outro tipo de matéria, conhecida como "matéria escura", que apenas interage com a matéria ordinária devido à gravidade. A natureza da matéria escura permanece ainda um mistério. Mas estamos certos de sua presença no Universo.
Mas só adicionarmos matéria e gravidade não é suficiente. É necessário também plantarmos sementes, concentrações de energia que possam provocar o colapso inicial da matéria bariônica e escura. Essas sementes primordiais são resultado de processos físicos que ocorreram durante a infância do Universo e ainda são foco de muita especulação. Mas, sem essas sementes, o jardim cósmico jamais poderá florescer, dando origem às suas ricas criações.
especial para a Folha
O astrônomo inglês William Herschel, descobridor do planeta Urano, comparava o céu noturno com um jardim "repleto de criações as mais variadas". Após décadas de árduas observações, Herschel compilou um catálogo celeste com mais de 2.500 dessas "criações", na época conhecidas apenas como nebulosas.
Para Herschel e outros astrônomos do início do século 19, nebulosas eram objetos celestes difusos, que, ao contrário de planetas ou estrelas, não apareciam como pontos de luz mas como manchas luminosas. Foram necessários outros cem anos para que a natureza das nebulosas fosse desvendada.
Por que a demora? Se olharmos para o céu em uma noite sem Lua, longe de qualquer cidade e de suas luzes, podemos distinguir apenas três objetos que seriam classificados por Herschel como nebulosas: Andrômeda, nossa galáxia vizinha, a aproximadamente 2 milhões de anos-luz do Sol, e as duas Nuvens de Magalhães, a 170 mil anos-luz do Sol. Devido à sua distância de nós, as nebulosas são difíceis de serem observadas. Com o desenvolvimento dos telescópios de grande porte, ficou claro que elas são vários tipos de objetos de natureza muito diversa, as "criações" do jardim cósmico de Herschel.
Existem galáxias, nebulosas planetárias, que são restos mortais de explosões estelares, aglomerados globulares de estrelas, nuvens de gás interestelar e vários outros tipos de "nebulosas". Mas, nem mesmo em seus sonhos mais criativos, Herschel poderia imaginar o quanto é rico e complicado o jardim celeste.
Nas últimas duas décadas, armados de poderosos telescópios e de novas tecnologias ópticas, que permitem que vastas porções do céu sejam fotografadas digitalmente com grande precisão, astrônomos descobriram que os céus não só exibem as mais variadas criações, mas também uma riquíssima cultura.
Talvez o melhor modelo da estrutura cósmica descoberta pelos astrônomos seja a do banho de espuma. Do mesmo modo que em um banho de espuma bolhas se tocam apenas na superfície, galáxias também são encontradas na "superfície" de bolhas, regiões com o interior praticamente vazio.
Um dos maiores mistérios da astronomia moderna é desvendar os mecanismos responsáveis pela formação dessas vastas estruturas cósmicas. Segundo observações atuais, muitas delas trabalho do excelente astrônomo brasileiro Luis Nicolacci da Costa, os "vazios cósmicos" podem ter diâmetros de dezenas de milhões de anos-luz!
O escultor principal dessa vasta estrutura cósmica é a força da gravidade. Modelos numéricos que tentam reproduzir as estruturas observadas usam a gravidade como a força responsável pelo colapso da matéria em estruturas organizadas, de galáxias e aglomerados de galáxias a bolhas cósmicas. No momento, os modelos mais bem-sucedidos, ou seja, que reproduzem melhor as estruturas observadas, usam três ingredientes. Primeiro, se adiciona matéria bariônica, ou seja, matéria ordinária, feita de prótons e nêutrons. A essa adiciona-se um outro tipo de matéria, conhecida como "matéria escura", que apenas interage com a matéria ordinária devido à gravidade. A natureza da matéria escura permanece ainda um mistério. Mas estamos certos de sua presença no Universo.
Mas só adicionarmos matéria e gravidade não é suficiente. É necessário também plantarmos sementes, concentrações de energia que possam provocar o colapso inicial da matéria bariônica e escura. Essas sementes primordiais são resultado de processos físicos que ocorreram durante a infância do Universo e ainda são foco de muita especulação. Mas, sem essas sementes, o jardim cósmico jamais poderá florescer, dando origem às suas ricas criações.
domingo, 1 de fevereiro de 1998
Beleza = simetria + ordem
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
A beleza é uma dessas coisas extremamente difíceis de serem definidas com precisão. O que para uns é belo, para outros pode ser horrível. Essa subjetividade cultural da beleza vai além do visual. Para os ocidentais, uma ópera chinesa ou um recital de cítara indiana pode ser uma experiência dolorosa. Para um aborígine australiano, Mozart pode soar no mínimo distante, certamente exótico.
No entanto, existem certos valores estéticos que parecem transcender fronteiras culturais ou mesmo temporais. Após a conquista romana do Egito, a decoração das múmias passou a ser influenciada pela arte clássica, criando uma espécie de fusão entre a arte egípcia e a greco-romana.
Retratos das pessoas mumificadas, pintados em estilo clássico, decoravam as tampas dos sarcófagos, dando-nos a oportunidade de aprender um pouco sobre os valores culturais e artísticos de uma sociedade que existiu há cerca de 2.000 anos.
É um fato curioso e relevante a universalidade do conceito de simetria como expressão do belo. Mesmo para olhos "ocidentais", a beleza da arte egípcia antes e depois da conquista romana é indiscutível. O mesmo acontece com a arte muçulmana, com suas decorações suntuosas de mesquitas em ladrilhos pintados em padrões geométricos, que influenciou a obra do pintor francês Henri Matisse. E quem não gosta de um tapete persa?
Portanto, algumas obras só são belas para uma certa cultura, enquanto outras transcendem barreiras culturais. A meu ver, a diferença entre dois tipos de beleza está ligada à noção de ordem. Temos de organizar o mundo à nossa volta por razões originalmente ditadas pela sobrevivência em um ambiente austero e competitivo.
Unidos à necessidade "tribal" de organização, certos fenômenos naturais se manifestam ordenadamente. Na aparição diurna do Sol, no ciclo anual das estações ou na volta periódica dos planetas, a natureza exibe, de forma aconchegantemente previsível, ciclos que ajudam a organizar nossa vida. O imprevisível, como furacões, tempestades ou a morte, está ligado ao mistério do desconhecido e à quebra da ordem. A desordem é assustadora e inspiradora, à sua maneira.
Simetria é o ponto de encontro entre beleza e ordem. Existe algo profundamente satisfatório na apreciação de uma forma simétrica, seja ela a arquitetura de um templo grego, de uma pirâmide egípcia ou de uma catedral gótica. Ou as asas de uma borboleta, a concha de um molusco, um arco-íris. Essa apreciação universal pelo simétrico como manifestação do belo vai além de sua expressão artística através dos tempos. Simetria é também uma das grandes fontes de inspiração da criatividade científica.
Pitágoras, no século 6 a.C., fundou uma escola filosófica que preconizava os números como representação da estética universal, uma ponte entre a razão humana e o mundo natural. Segundo os pitagóricos, tudo podia ser representado por números, sendo o papel do filósofo descobrir as relações secretas entre eles e a natureza.
Os pitagóricos criaram a noção de harmonia para representar o estado de transcendência que é atingido quando nossas aspirações estéticas, manifestas por meio dos números e suas relações, encontram ressonância no mundo real. Ordem, beleza e simetria são unificadas em uma experiência que une o místico ao intelectual.
Essa busca pelo que é tanto racionalmente belo quanto relacionado com uma descrição do mundo real é o que inspira grande parte da obra científica tanto no passado quanto hoje. Nós, como os pitagóricos, também celebramos a harmonia dos números na descrição científica da natureza.
especial para a Folha
A beleza é uma dessas coisas extremamente difíceis de serem definidas com precisão. O que para uns é belo, para outros pode ser horrível. Essa subjetividade cultural da beleza vai além do visual. Para os ocidentais, uma ópera chinesa ou um recital de cítara indiana pode ser uma experiência dolorosa. Para um aborígine australiano, Mozart pode soar no mínimo distante, certamente exótico.
No entanto, existem certos valores estéticos que parecem transcender fronteiras culturais ou mesmo temporais. Após a conquista romana do Egito, a decoração das múmias passou a ser influenciada pela arte clássica, criando uma espécie de fusão entre a arte egípcia e a greco-romana.
Retratos das pessoas mumificadas, pintados em estilo clássico, decoravam as tampas dos sarcófagos, dando-nos a oportunidade de aprender um pouco sobre os valores culturais e artísticos de uma sociedade que existiu há cerca de 2.000 anos.
É um fato curioso e relevante a universalidade do conceito de simetria como expressão do belo. Mesmo para olhos "ocidentais", a beleza da arte egípcia antes e depois da conquista romana é indiscutível. O mesmo acontece com a arte muçulmana, com suas decorações suntuosas de mesquitas em ladrilhos pintados em padrões geométricos, que influenciou a obra do pintor francês Henri Matisse. E quem não gosta de um tapete persa?
Portanto, algumas obras só são belas para uma certa cultura, enquanto outras transcendem barreiras culturais. A meu ver, a diferença entre dois tipos de beleza está ligada à noção de ordem. Temos de organizar o mundo à nossa volta por razões originalmente ditadas pela sobrevivência em um ambiente austero e competitivo.
Unidos à necessidade "tribal" de organização, certos fenômenos naturais se manifestam ordenadamente. Na aparição diurna do Sol, no ciclo anual das estações ou na volta periódica dos planetas, a natureza exibe, de forma aconchegantemente previsível, ciclos que ajudam a organizar nossa vida. O imprevisível, como furacões, tempestades ou a morte, está ligado ao mistério do desconhecido e à quebra da ordem. A desordem é assustadora e inspiradora, à sua maneira.
Simetria é o ponto de encontro entre beleza e ordem. Existe algo profundamente satisfatório na apreciação de uma forma simétrica, seja ela a arquitetura de um templo grego, de uma pirâmide egípcia ou de uma catedral gótica. Ou as asas de uma borboleta, a concha de um molusco, um arco-íris. Essa apreciação universal pelo simétrico como manifestação do belo vai além de sua expressão artística através dos tempos. Simetria é também uma das grandes fontes de inspiração da criatividade científica.
Pitágoras, no século 6 a.C., fundou uma escola filosófica que preconizava os números como representação da estética universal, uma ponte entre a razão humana e o mundo natural. Segundo os pitagóricos, tudo podia ser representado por números, sendo o papel do filósofo descobrir as relações secretas entre eles e a natureza.
Os pitagóricos criaram a noção de harmonia para representar o estado de transcendência que é atingido quando nossas aspirações estéticas, manifestas por meio dos números e suas relações, encontram ressonância no mundo real. Ordem, beleza e simetria são unificadas em uma experiência que une o místico ao intelectual.
Essa busca pelo que é tanto racionalmente belo quanto relacionado com uma descrição do mundo real é o que inspira grande parte da obra científica tanto no passado quanto hoje. Nós, como os pitagóricos, também celebramos a harmonia dos números na descrição científica da natureza.
domingo, 25 de janeiro de 1998
O dramático ciclo de vida das estrelas
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
O que é uma estrela? A expli cação mais simples é que uma estrela normal é uma bola de fogo enorme que passa a vida em luta com a gravidade.
A pressão das reações termo nucleares no interior da estrela balança a força gravitacional, que tende a fazê-la implodir. Uma estrela é resultado do dra mático balanço entre implosão e explosão, que pode durar bi lhões de anos.
Ainda não sabemos ao certo como nasce uma estrela. Os mo delos mais plausíveis assumem que elas nascem em regiões ri cas em gás, principalmente hi drogênio. Com a explosão de uma outra estrela vizinha, essas nuvens de gás passam a ter re giões mais densas do que outras e começam a implodir devido à gravidade, tornando-se cada vez mais densas.
Na medida em que essas Ése mentes» continuam seu colap so, sua temperatura e densida de aumentam, eventualmente permitindo a "fusão" de hi drogênio em hélio.
A enorme energia liberada por esses processos de fusão nu clear causa uma pressão que se opõe ao colapso da massa gaso sa. Assim nasce uma estrela.
Na maior parte da existência de uma estrela normal, essas duas forças opostas continuam seu balanço de forma quase que pacífica. Para uma estrela como o nosso Sol, hoje em sua meia-i dade, esse período de paz dura em torno de 10 bilhões de anos.
Mas a vida de uma estrela no céu é tão dramática quanto a de uma Éestrela do cinema» na Terra. Para que a estrela possa existir, ela tem de se autoconsu mir, devorando desesperada mente suas entranhas de hidro gênio para balancear a inexo rável força da gravidade. É a fútil luta contra o tempo, que jamais será vencida, apenas atenuada. No final, a estrela não tem mais combustível para continuar sua luta; a gravida de, em seu triunfo final, faz com que ela comece a implodir.
Os detalhes da fase de implo são dependem da massa inicial da estrela. É como se, de repen te, tirassem os três primeiros andares de um edifício de dez pavimentos. Sem suporte, os se te andares superiores despen cam, causando pressões ainda maiores na parte inferior.
Em geral, esse colapso é segui do de uma expansão da estrela, que pode resultar na expulsão de enormes quantidades de ma téria para o espaço, numa espé cie de estertor cósmico.
As pressões mais elevadas na região central fazem com que elementos químicos mais pesa dos que o hélio sejam fundidos. Para estrelas como o Sol, a fu são nuclear chega até aos ele mentos carbono e oxigênio. Pa ra estrelas mais pesadas, ela chega até ao elemento ferro.
Uma estrela consome tudo o que pode antes de declarar a gravidade vencedora. Após a luta, a estrela encontra, ao me nos em parte, um repouso final. Há três possibilidades para a configuração final de seus res tos mortais, que dependem de sua massa inicial.
Estrelas até oito vezes mais maciças do que o Sol se tornam anãs brancas, com um diâme tro de 10 mil quilômetros e uma densidade igual à que obtería mos se comprimíssemos a torre Eiffel em um centímetro cúbico!
Estrelas mais pesadas termi nam sua existência em uma ex plosão de supernova. Para elas, existem dois destinos possíveis. Se o núcleo central, sua região mais densa, tiver massa até três vezes a massa do Sol, ele se transformará em uma estrela de nêutrons, uma espécie de nú cleo atômico gigante (feito ape nas de nêutrons), com diâmetro de apenas um quilômetro e densidade um bilhão de vezes maior que a das anãs brancas.
Núcleos ainda mais pesados continuam seu colapso gravita cional, tornando-se cada vez menores e mais densos, até que sua gravidade se torne tão in tensa, que nem mesmo a luz possa escapar de seu interior. Assim nasce um buraco negro, onde a gravidade reina supre ma e sozinha.
domingo, 18 de janeiro de 1998
O homem que colocou o Sol no centro do Universo
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Nós aprendemos na escola que Nicolau Copérnico, o intrépido astrônomo polonês do século 16, foi o primeiro a propor que o Sol está no centro do cosmos. Antes dele, segundo nossas lições de história, todos pensavam que a Terra era o centro.
Mas Copérnico não foi o primeiro a propor o Sol como centro do cosmos. Ele foi um personagem fundamental da história da astronomia, uma ponte entre a Era Clássica e o pensamento renascentista, que revolucionou a concepção do Universo.
Mas, se ele não foi o primeiro a propor o sistema heliocêntrico (o Sol no centro), então quem foi? A resposta está em um texto de Arquimedes, o grande inventor e matemático grego.
Em "O Contador de Areia", Arquimedes propôs uma notação especial para representar números muito grandes. Para ilustrar seu novo método, ele calculou quantos grãos de areia seriam necessários para encher todo o volume do cosmos. Para isso, ele se baseou no maior cosmos que existia na época, o modelo de Aristarco de Samos.
O curioso é que o modelo de Aristarco era completamente diferente dos de seus antecessores. Conforme escreveu Arquimedes, "Aristarco supôs que o Sol e as estrelas fixas permanecem imóveis, com o Sol no centro e a Terra girando ao seu redor em um movimento circular". Até então, se acreditava que as estrelas faziam parte de uma esfera cristalina que girava, assim como todos os planetas e o Sol, em torno da Terra.
Para compreendermos melhor o incrível feito de Aristarco, vamos voltar à Grécia Antiga, em torno de 310 a.C., aproximadamente o ano de seu nascimento. A filosofia de Aristóteles reinava suprema, justificando de forma simples os movimentos encontrados na natureza, com seu irresistível apelo ao bom senso. Portanto, objetos pesados caem no chão porque são feitos do elemento "terra", ao qual sempre tendem a voltar. Já os objetos celestes, como os planetas, a Lua, as estrelas e o Sol, são feitos de um quinto elemento (ou a quinta-essência, o "éter"), cujo movimento natural é o circular. Segundo os aristotélicos, os objetos celestes viajam em órbitas circulares em torno da Terra, que permanece fixa no centro do cosmos.
É muito natural assumir que a Terra está imóvel no centro e que todo o resto do céu gira à sua volta. Afinal, nada do que vemos todos os dias e noites nos céus nos dá uma indicação de que a Terra está em movimento. Mas nossa percepção não corresponde necessariamente à realidade. Livrar-se dessa visão antropocêntrica é talvez uma das tarefas mais difíceis na atividade de um cientista.
No seu único trabalho que sobreviveu, Aristarco usa de argumentos geométricos brilhantes para obter não só os diâmetros relativos da Terra, do Sol e da Lua como também suas distâncias relativas. Concluindo que o Sol é muito maior do que a Terra e que ele está muito mais longe de nós que a Lua, Aristarco propôs seu modelo heliocêntrico, num gesto de extrema coragem intelectual. É possível, como propôs Arthur Koestler, em seu livro "Os Sonâmbulos", que Aristarco tenha sido influenciado por idéias pitagóricas.
Infelizmente, argumentos do tipo -"mas, se a Terra está em movimento, por que ao jogarmos uma pedra para cima ela cai em nossas mãos?"- e a falta de uma prova concreta de que a Terra está mesmo em movimento fizeram com que as idéias de Aristarco fossem esquecidas por quase 2.000 anos. Copérnico, na Itália, em plena Renascença, conhecia os textos de Arquimedes e de Aristarco. Seu ato heróico não foi por ter sido o primeiro a propor o heliocentrismo, mas ter obtido uma síntese das idéias de Aristarco com os princípios estéticos da Renascença, expressa na sua recriação de um novo cosmos, dominado pelo Sol.
domingo, 11 de janeiro de 1998
O enigma da singularidade inicial
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Uma das questões mais fascinantes da cosmologia é também talvez a mais difícil de ser abordada: a questão da singularidade inicial, da origem de tudo, a origem do Universo, do tempo, do espaço e da matéria.
Em matemática, o termo "singularidade" representa um ponto que não pode ser descrito por uma função contínua. Imagine uma superfície qualquer, como a de um globo, em que qualquer ponto pode ser localizado em função de dois números (ou coordenadas), como a latitude e a longitude.
Agora imagine a mesma superfície com um pequeno furo em um local qualquer. Esse ponto é uma "singularidade" nessa superfície, não fazendo parte de descrição em termos de uma função contínua.
Segundo o modelo do Big Bang, o Universo surgiu de uma singularidade inicial, um "ponto" no qual todas as funções que descrevem seu comportamento exibem singularidades. Por exemplo, a densidade de matéria tende ao infinito, as distâncias entre dois (e todos) os pontos tende a zero e a temperatura tende ao infinito.
A singularidade inicial marca nossa ignorância completa do que aconteceu nesse instante, que os religiosos chamam de momento da Criação. Nossa descrição matemática dos processos físicos ocorridos nesse instante é inconsistente. Nossa compreensão do comportamento da matéria e da energia a tais temperaturas e pressões é incompleta e inconclusiva.
À primeira vista, a singularidade inicial parece ser algo que não pode ser compreendido racionalmente por meio de um discurso puramente científico. Mas vamos com calma. Durante o século 20, todo um novo universo físico nos foi revelado pelo estudo dos átomos e das partículas elementares.
Com o estudo cuidadoso dessas entidades submicroscópicas, ficou claro que a física das dimensões muito pequenas, a mecânica quântica, é completamente diferente da física que descreve o comportamento da matéria em dimensões acessíveis à percepção humana.
Imagine que a história do Universo esteja registrada em um filme que podemos passar do passado para o presente ou vice-versa. Se passarmos o filme do presente para o passado, veremos o Universo se encolher, com as distâncias entre as galáxias ficando cada vez menores.
Se continuarmos a passar o filme em direção ao passado, chegaremos a uma época em que a matéria estava completamente desintegrada e que a temperatura era enorme, muito maior que no interior do Sol. Continuando nossa projeção, chegaremos a uma época em que o próprio tamanho do Universo será comparável às distâncias subatômicas.
Se ignorássemos o que nos ensinou a mecânica quântica, chegaríamos eventualmente na singularidade inicial, na qual todas as distâncias entre todos os pontos chegariam a zero; o Universo deixaria de existir, com a singularidade engolindo o próprio espaço e o tempo.
Mas não podemos ignorar a mecânica quântica! A singularidade inicial é o que chamamos de um conceito clássico, uma consequência de aplicarmos uma teoria, no caso, a teoria da relatividade geral de Einstein, em um regime no qual ela não é aplicável. Portanto, a existência da singularidade inicial não deve ser interpretada como uma barreira absoluta do conhecimento, mas como um ponto em que a descrição do Universo como um todo deve ser feita através de um casamento entre a mecânica quântica e a relatividade geral.
Ainda não sabemos como construir uma teoria capaz de descrever os momentos iniciais do Universo, embora existam alguns candidatos. O enigma da singularidade inicial persiste, talvez menos misterioso do que no passado, mas igualmente inescrutável no presente.
especial para a Folha
Uma das questões mais fascinantes da cosmologia é também talvez a mais difícil de ser abordada: a questão da singularidade inicial, da origem de tudo, a origem do Universo, do tempo, do espaço e da matéria.
Em matemática, o termo "singularidade" representa um ponto que não pode ser descrito por uma função contínua. Imagine uma superfície qualquer, como a de um globo, em que qualquer ponto pode ser localizado em função de dois números (ou coordenadas), como a latitude e a longitude.
Agora imagine a mesma superfície com um pequeno furo em um local qualquer. Esse ponto é uma "singularidade" nessa superfície, não fazendo parte de descrição em termos de uma função contínua.
Segundo o modelo do Big Bang, o Universo surgiu de uma singularidade inicial, um "ponto" no qual todas as funções que descrevem seu comportamento exibem singularidades. Por exemplo, a densidade de matéria tende ao infinito, as distâncias entre dois (e todos) os pontos tende a zero e a temperatura tende ao infinito.
A singularidade inicial marca nossa ignorância completa do que aconteceu nesse instante, que os religiosos chamam de momento da Criação. Nossa descrição matemática dos processos físicos ocorridos nesse instante é inconsistente. Nossa compreensão do comportamento da matéria e da energia a tais temperaturas e pressões é incompleta e inconclusiva.
À primeira vista, a singularidade inicial parece ser algo que não pode ser compreendido racionalmente por meio de um discurso puramente científico. Mas vamos com calma. Durante o século 20, todo um novo universo físico nos foi revelado pelo estudo dos átomos e das partículas elementares.
Com o estudo cuidadoso dessas entidades submicroscópicas, ficou claro que a física das dimensões muito pequenas, a mecânica quântica, é completamente diferente da física que descreve o comportamento da matéria em dimensões acessíveis à percepção humana.
Imagine que a história do Universo esteja registrada em um filme que podemos passar do passado para o presente ou vice-versa. Se passarmos o filme do presente para o passado, veremos o Universo se encolher, com as distâncias entre as galáxias ficando cada vez menores.
Se continuarmos a passar o filme em direção ao passado, chegaremos a uma época em que a matéria estava completamente desintegrada e que a temperatura era enorme, muito maior que no interior do Sol. Continuando nossa projeção, chegaremos a uma época em que o próprio tamanho do Universo será comparável às distâncias subatômicas.
Se ignorássemos o que nos ensinou a mecânica quântica, chegaríamos eventualmente na singularidade inicial, na qual todas as distâncias entre todos os pontos chegariam a zero; o Universo deixaria de existir, com a singularidade engolindo o próprio espaço e o tempo.
Mas não podemos ignorar a mecânica quântica! A singularidade inicial é o que chamamos de um conceito clássico, uma consequência de aplicarmos uma teoria, no caso, a teoria da relatividade geral de Einstein, em um regime no qual ela não é aplicável. Portanto, a existência da singularidade inicial não deve ser interpretada como uma barreira absoluta do conhecimento, mas como um ponto em que a descrição do Universo como um todo deve ser feita através de um casamento entre a mecânica quântica e a relatividade geral.
Ainda não sabemos como construir uma teoria capaz de descrever os momentos iniciais do Universo, embora existam alguns candidatos. O enigma da singularidade inicial persiste, talvez menos misterioso do que no passado, mas igualmente inescrutável no presente.
domingo, 4 de janeiro de 1998
As misteriosas explosões de raios gama
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Quando o assunto é explosões, nada pode competir com fenômenos astrofísicos. A morte de uma estrela modesta como o Sol, por exemplo, acompanha uma explosão que engole todos os planetas até Júpiter, transformando tudo que encontrar pela frente em poeira cósmica. (O leitor não precisa se preocupar em aumentar o valor de sua apólice de seguros. O Sol ainda produzirá energia "docilmente" por mais uns 5 bilhões de anos.)
Estrelas com uma massa consideravelmente maior do que a do Sol têm sua morte marcada por um evento ainda mais dramático, conhecido como explosão de supernova. Durante seu clímax, essa explosão pode ser mais brilhante do que uma galáxia inteira com bilhões de estrelas.
Mas supernovas são como "estalinhos de São João" em comparação com as explosões de raios gama, um dos maiores mistérios da astrofísica moderna.
Em 1963, os EUA assinaram um tratado que proíbe testes nucleares na atmosfera, no espaço e embaixo d'água. Para monitorar a atividade nuclear de outros países no espaço (leia-se a então União Soviética), foram lançados detectores em órbitas localizadas mais ou menos na metade da distância entre a Terra e a Lua, capazes de revelar um pulso originado de uma explosão nuclear a distâncias de até quase 2 milhões de km da Terra.
Ian Strong e sua equipe do Laboratório Nacional de Los Alamos não detectaram nenhuma explosão nuclear espacial. Mas, ocasionalmente, seus detectores assinalavam um fenômeno completamente inesperado: pulsos de radiação altamente energética, muito lentos para serem explosões nucleares e muito rápidos para serem causados por qualquer outra fonte astrofísica conhecida, como supernovas. Strong e seus colaboradores batizaram esses eventos de "explosões de raios gama".
Strong e seu time só publicaram seus resultados em 1973, tentando no meio tempo encontrar alguma explicação plausível para os estranhos eventos. Nos últimos 25 anos, mais de 2.000 explosões de raios gama foram detectadas por vários outros grupos, provocando uma enorme agitação na comunidade astrofísica mundial. Sabemos que esses eventos não têm nada a ver com nosso Sistema Solar ou com nossa galáxia. Eles são eventos cosmológicos e não "locais". Mas ainda não temos a menor idéia do mecanismo responsável por essas explosões gigantescas, onde elas ocorrem e por que elas ocorrem. Tudo o que sabemos é que essas explosões são os eventos mais violentos no Universo.
Mas algum progresso está sendo feito. Em 1996, um time de astrofísicos holandeses e italianos lançou um satélite chamado BeppoSax. No dia 8 de maio de 1997, o BeppoSax detectou uma explosão de raios gama acompanhada por uma emissão prolongada de raios X. Em poucas horas, um dos telescópios gigantes no topo do monte Mauna Kei, no Havaí, fotografava o espectro da misteriosa fonte de raios gama.
Da análise do espectro, ficou claro que a explosão ocorreu mais ou menos na metade do intervalo de tempo entre o presente e a origem do Universo, ou seja, entre o presente e a origem do próprio tempo.
A confirmação de que as explosões de raios gama ocorreram durante a infância do Universo só aumenta seu mistério. Para serem observadas hoje, essas explosões têm de gerar em segundos mais energia do que o Sol gera durante seus 10 bilhões de anos de atividade. Que tipo de fenômeno é capaz de gerar essa quantidade monstruosa de energia em tão pouco tempo? Muito possivelmente, a explicação virá de uma compreensão mais profunda da relação entre matéria e energia em campos gravitacionais muito intensos. Existem mais coisas entre o céu e a Terra do que jamais poderá supor nossa vã ciência.
especial para a Folha
Quando o assunto é explosões, nada pode competir com fenômenos astrofísicos. A morte de uma estrela modesta como o Sol, por exemplo, acompanha uma explosão que engole todos os planetas até Júpiter, transformando tudo que encontrar pela frente em poeira cósmica. (O leitor não precisa se preocupar em aumentar o valor de sua apólice de seguros. O Sol ainda produzirá energia "docilmente" por mais uns 5 bilhões de anos.)
Estrelas com uma massa consideravelmente maior do que a do Sol têm sua morte marcada por um evento ainda mais dramático, conhecido como explosão de supernova. Durante seu clímax, essa explosão pode ser mais brilhante do que uma galáxia inteira com bilhões de estrelas.
Mas supernovas são como "estalinhos de São João" em comparação com as explosões de raios gama, um dos maiores mistérios da astrofísica moderna.
Em 1963, os EUA assinaram um tratado que proíbe testes nucleares na atmosfera, no espaço e embaixo d'água. Para monitorar a atividade nuclear de outros países no espaço (leia-se a então União Soviética), foram lançados detectores em órbitas localizadas mais ou menos na metade da distância entre a Terra e a Lua, capazes de revelar um pulso originado de uma explosão nuclear a distâncias de até quase 2 milhões de km da Terra.
Ian Strong e sua equipe do Laboratório Nacional de Los Alamos não detectaram nenhuma explosão nuclear espacial. Mas, ocasionalmente, seus detectores assinalavam um fenômeno completamente inesperado: pulsos de radiação altamente energética, muito lentos para serem explosões nucleares e muito rápidos para serem causados por qualquer outra fonte astrofísica conhecida, como supernovas. Strong e seus colaboradores batizaram esses eventos de "explosões de raios gama".
Strong e seu time só publicaram seus resultados em 1973, tentando no meio tempo encontrar alguma explicação plausível para os estranhos eventos. Nos últimos 25 anos, mais de 2.000 explosões de raios gama foram detectadas por vários outros grupos, provocando uma enorme agitação na comunidade astrofísica mundial. Sabemos que esses eventos não têm nada a ver com nosso Sistema Solar ou com nossa galáxia. Eles são eventos cosmológicos e não "locais". Mas ainda não temos a menor idéia do mecanismo responsável por essas explosões gigantescas, onde elas ocorrem e por que elas ocorrem. Tudo o que sabemos é que essas explosões são os eventos mais violentos no Universo.
Mas algum progresso está sendo feito. Em 1996, um time de astrofísicos holandeses e italianos lançou um satélite chamado BeppoSax. No dia 8 de maio de 1997, o BeppoSax detectou uma explosão de raios gama acompanhada por uma emissão prolongada de raios X. Em poucas horas, um dos telescópios gigantes no topo do monte Mauna Kei, no Havaí, fotografava o espectro da misteriosa fonte de raios gama.
Da análise do espectro, ficou claro que a explosão ocorreu mais ou menos na metade do intervalo de tempo entre o presente e a origem do Universo, ou seja, entre o presente e a origem do próprio tempo.
A confirmação de que as explosões de raios gama ocorreram durante a infância do Universo só aumenta seu mistério. Para serem observadas hoje, essas explosões têm de gerar em segundos mais energia do que o Sol gera durante seus 10 bilhões de anos de atividade. Que tipo de fenômeno é capaz de gerar essa quantidade monstruosa de energia em tão pouco tempo? Muito possivelmente, a explicação virá de uma compreensão mais profunda da relação entre matéria e energia em campos gravitacionais muito intensos. Existem mais coisas entre o céu e a Terra do que jamais poderá supor nossa vã ciência.
domingo, 28 de dezembro de 1997
O cérebro humano e o mistério da consciência
.
O cérebro e o seu funcionamento representam um dos grandes desafios para a ciência moderna. É irrelevante, para compreender por que alguém chora ao ouvir um poema ou ao dizer adeus a uma pessoa amada, descrever o cérebro como um conjunto de bilhões de neurônios que se comunicam por impulsos elétricos.
Até mesmo a compreensão do funcionamento de um único neurônio apresenta dificuldades. Neurônios aparentemente podem tomar "decisões" individualmente, resolvendo quando transmitir ou não um determinado impulso. Representações simplistas de um neurônio como um ente inerte que apenas dá passagem a sinais elétricos levam a modelos do cérebro que estão longe de corresponder ao seu funcionamento real.
Passando dos neurônios para as funções superiores do cérebro, cria-se uma série de problemas extremamente complexos. Como definir a mente? Como temos consciência de nós mesmos? Como definir o que é a consciência? Qual a relação entre a mente e a consciência?
O neurologista português Antonio R. damásio, que trabalha há muitos anos nos Estados Unidos, acredita que "consciência" é um fenômeno biológico que nos permite explorar o conteúdo da mente, dos sentimentos, dos pensamentos e do conhecimento.
Note o uso do termo "biológico" na definição de consciência. Para damásio e muitos outros (em geral a maioria dos cientistas que trabalham nessa área), a consciência é um estado emergente do cérebro, explicável cientificamente. Não é necessário inventar uma faísca divina, uma alma ou outra explicação sobrenatural para preencher nossa ignorância de como funciona o cérebro. Apesar disso, cientistas admitem que é necessário descobrir novos aspectos da atividade cerebral, talvez um novo paradigma científico.
Em 1937, o grande neurobiólogo Charles Sherrington usou a seguinte metáfora para descrever o funcionamento do cérebro: "De repente, a parte superior da grande massa cinzenta, que há momentos jazia perfeitamente inerte, começa a ser iluminada por pequenos pontos de luz que produzem pulsos viajando em todas as direções. O cérebro está acordando e, com ele, a mente desperta mais uma vez. É como se a Via Láctea entrasse em uma dança cósmica. Rapidamente, a massa cinzenta se transforma em uma roça de fiar mágica, milhões de pontos de luz acendendo e apagando de forma precisa e harmônica, gerando padrões e subpadrões plenos de significados que se renovam constantemente." (C.S. Sherrington, "Man on His Nature", Cambridge University Press, Cambridge, 1951. Tradução minha.)
Essa visão dinâmica do cérebro permanece até hoje. Técnicas modernas de observação, como a ressonância nuclear magnética e a tomografia por emissão de pósitrons, permitem que os pesquisadores possam "observar" o cérebro em ação. O aspecto mais imediato que é revelado nessas observações é a imensa complexidade do funcionamento cerebral, até mesmo em tarefas que aparentemente são tão simples.
Por exemplo, pense em alguma pessoa querida que esteja longe. Você consegue recriar a imagem e a voz dessa pessoa, acionando neurônios responsáveis pela visão e pela audição. Você pode também recriar a presença dessa pessoa em algum lugar especial, como uma casa de campo durante alguma ocasião especial, como uma noite de Ano Novo. Surgindo em sua mente, essa memória faz você ficar consciente de quanto você tem saudade dessa pessoa, trazendo lágrimas aos seus olhos. Você sussurra, em uma linguagem silenciosa, interna a sua mente: "Feliz Ano Novo!", estabelecendo um canal de comunicação entre você e seu passado, um tempo que só existe em sua consciência.
O cérebro e o seu funcionamento representam um dos grandes desafios para a ciência moderna. É irrelevante, para compreender por que alguém chora ao ouvir um poema ou ao dizer adeus a uma pessoa amada, descrever o cérebro como um conjunto de bilhões de neurônios que se comunicam por impulsos elétricos.
Até mesmo a compreensão do funcionamento de um único neurônio apresenta dificuldades. Neurônios aparentemente podem tomar "decisões" individualmente, resolvendo quando transmitir ou não um determinado impulso. Representações simplistas de um neurônio como um ente inerte que apenas dá passagem a sinais elétricos levam a modelos do cérebro que estão longe de corresponder ao seu funcionamento real.
Passando dos neurônios para as funções superiores do cérebro, cria-se uma série de problemas extremamente complexos. Como definir a mente? Como temos consciência de nós mesmos? Como definir o que é a consciência? Qual a relação entre a mente e a consciência?
O neurologista português Antonio R. damásio, que trabalha há muitos anos nos Estados Unidos, acredita que "consciência" é um fenômeno biológico que nos permite explorar o conteúdo da mente, dos sentimentos, dos pensamentos e do conhecimento.
Note o uso do termo "biológico" na definição de consciência. Para damásio e muitos outros (em geral a maioria dos cientistas que trabalham nessa área), a consciência é um estado emergente do cérebro, explicável cientificamente. Não é necessário inventar uma faísca divina, uma alma ou outra explicação sobrenatural para preencher nossa ignorância de como funciona o cérebro. Apesar disso, cientistas admitem que é necessário descobrir novos aspectos da atividade cerebral, talvez um novo paradigma científico.
Em 1937, o grande neurobiólogo Charles Sherrington usou a seguinte metáfora para descrever o funcionamento do cérebro: "De repente, a parte superior da grande massa cinzenta, que há momentos jazia perfeitamente inerte, começa a ser iluminada por pequenos pontos de luz que produzem pulsos viajando em todas as direções. O cérebro está acordando e, com ele, a mente desperta mais uma vez. É como se a Via Láctea entrasse em uma dança cósmica. Rapidamente, a massa cinzenta se transforma em uma roça de fiar mágica, milhões de pontos de luz acendendo e apagando de forma precisa e harmônica, gerando padrões e subpadrões plenos de significados que se renovam constantemente." (C.S. Sherrington, "Man on His Nature", Cambridge University Press, Cambridge, 1951. Tradução minha.)
Essa visão dinâmica do cérebro permanece até hoje. Técnicas modernas de observação, como a ressonância nuclear magnética e a tomografia por emissão de pósitrons, permitem que os pesquisadores possam "observar" o cérebro em ação. O aspecto mais imediato que é revelado nessas observações é a imensa complexidade do funcionamento cerebral, até mesmo em tarefas que aparentemente são tão simples.
Por exemplo, pense em alguma pessoa querida que esteja longe. Você consegue recriar a imagem e a voz dessa pessoa, acionando neurônios responsáveis pela visão e pela audição. Você pode também recriar a presença dessa pessoa em algum lugar especial, como uma casa de campo durante alguma ocasião especial, como uma noite de Ano Novo. Surgindo em sua mente, essa memória faz você ficar consciente de quanto você tem saudade dessa pessoa, trazendo lágrimas aos seus olhos. Você sussurra, em uma linguagem silenciosa, interna a sua mente: "Feliz Ano Novo!", estabelecendo um canal de comunicação entre você e seu passado, um tempo que só existe em sua consciência.
domingo, 21 de dezembro de 1997
O mundo que poderemos deixar para nossos filhos
.
Outro dia, almocei com um colega astrônomo italiano, que tinha participado em Genebra, na Suíça, de um painel mundial de cientistas que estudam os possíveis efeitos de mudanças globais e locais no clima devido à interferência humana. Em meia hora de conversa, meu colega me deixou completamente arrasado. Como é quase Natal, acho que devemos refletir sobre o nosso presente para as gerações futuras.
O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) foi estabelecido em 1988 pela Organização Meteorológica Mundial e pelo Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente com os objetivos de avaliar cientificamente os processos responsáveis por mudanças climáticas e seus impactos socioeconômico e ambiental e de formular estratégias de ação. Vários brasileiros estão envolvidos nesse Painel, incluindo L. G. Meira Filho, J. Goldenberg, P. Nastari, P. Moura Costa e outros, trabalhando com centenas de cientistas da Argentina ao Zimbábue.
As conclusões das análises científicas são baseadas em modelos climáticos sofisticados, que utilizam computadores dos mais poderosos do mundo. Abaixo cito algumas das conclusões do segundo estudo do painel, apresentadas em 1995.
Existem dois agentes principais de mudanças climáticas. O primeiro resulta da ação combinada dos gases que produzem o efeito estufa, ou seja, que impedem que a radiação de calor vá para as camadas superiores da atmosfera, provocando um aquecimento global do planeta. O painel concluiu que as concentrações desses gases aumentaram substancialmente durante a era industrial (de 1800 em diante). Por exemplo, o metano aumentou em 145%, enquanto o dióxido de carbono aumentou em 30% e o óxido nitroso, em 15%.
O aumento da concentração desses gases levou a uma elevação de 0,3°C a 0,6°C na temperatura média do planeta desde o final do século passado, com ênfase nos últimos anos, que foram os mais quentes desde 1860. O nível global do mar subiu entre 10 cm e 25 cm nos últimos cem anos.
O segundo agente das mudanças climáticas são os aerossóis, partículas microscópicas em suspensão no ar, geradas principalmente na queima de combustíveis fósseis e de biomassa. Aerossóis causam o efeito inverso ao dos gases do efeito estufa, produzindo um resfriamento que, na maioria das vezes, é local e de duração curta em comparação com o aquecimento causado por gases-estufa.
As extrapolações para o futuro levaram em conta grande parte das possíveis incógnitas que aparecem nesses difíceis estudos. Mesmo assim, as conclusões são terríveis. Até o ano 2100, a temperatura global média subirá entre 1°C e 3,5°C, com um aumento associado no nível do mar entre 15 cm e 95 cm. Localmente, as variações climáticas irão exacerbar secas e enchentes, com incêndios de vastas proporções, pestes agrícolas descontroladas, alterações em diversos ecossistemas, que, por sua vez, influenciarão a produção agropecuária e a indústria pesqueira.
Fora prejuízos ao planeta como um todo e às atividades econômicas locais, a poluição atmosférica causará cada vez mais danos à saúde global da população mundial, com um aumento nos tipos de agentes infecciosos, nas doenças do aparelho respiratório e na incidência de câncer. A isso, se deve adicionar o impacto psicológico devido, por exemplo, à emigração de comunidades costeiras, forçada por furacões, maremotos ou pelo aumento aparentemente inofensivo do nível do mar. (O que será do mundo sem Veneza? Ou Trancoso?)
Nessa época em que nos preocupamos tanto com histórias apocalípticas inspiradas pela Bíblia, talvez devêssemos nos preocupar mais com o lento apocalipse que nós próprios estamos causando, com nossa ganância e arrogância, ao mundo que vamos deixar para nossos filhos.
Outro dia, almocei com um colega astrônomo italiano, que tinha participado em Genebra, na Suíça, de um painel mundial de cientistas que estudam os possíveis efeitos de mudanças globais e locais no clima devido à interferência humana. Em meia hora de conversa, meu colega me deixou completamente arrasado. Como é quase Natal, acho que devemos refletir sobre o nosso presente para as gerações futuras.
O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) foi estabelecido em 1988 pela Organização Meteorológica Mundial e pelo Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente com os objetivos de avaliar cientificamente os processos responsáveis por mudanças climáticas e seus impactos socioeconômico e ambiental e de formular estratégias de ação. Vários brasileiros estão envolvidos nesse Painel, incluindo L. G. Meira Filho, J. Goldenberg, P. Nastari, P. Moura Costa e outros, trabalhando com centenas de cientistas da Argentina ao Zimbábue.
As conclusões das análises científicas são baseadas em modelos climáticos sofisticados, que utilizam computadores dos mais poderosos do mundo. Abaixo cito algumas das conclusões do segundo estudo do painel, apresentadas em 1995.
Existem dois agentes principais de mudanças climáticas. O primeiro resulta da ação combinada dos gases que produzem o efeito estufa, ou seja, que impedem que a radiação de calor vá para as camadas superiores da atmosfera, provocando um aquecimento global do planeta. O painel concluiu que as concentrações desses gases aumentaram substancialmente durante a era industrial (de 1800 em diante). Por exemplo, o metano aumentou em 145%, enquanto o dióxido de carbono aumentou em 30% e o óxido nitroso, em 15%.
O aumento da concentração desses gases levou a uma elevação de 0,3°C a 0,6°C na temperatura média do planeta desde o final do século passado, com ênfase nos últimos anos, que foram os mais quentes desde 1860. O nível global do mar subiu entre 10 cm e 25 cm nos últimos cem anos.
O segundo agente das mudanças climáticas são os aerossóis, partículas microscópicas em suspensão no ar, geradas principalmente na queima de combustíveis fósseis e de biomassa. Aerossóis causam o efeito inverso ao dos gases do efeito estufa, produzindo um resfriamento que, na maioria das vezes, é local e de duração curta em comparação com o aquecimento causado por gases-estufa.
As extrapolações para o futuro levaram em conta grande parte das possíveis incógnitas que aparecem nesses difíceis estudos. Mesmo assim, as conclusões são terríveis. Até o ano 2100, a temperatura global média subirá entre 1°C e 3,5°C, com um aumento associado no nível do mar entre 15 cm e 95 cm. Localmente, as variações climáticas irão exacerbar secas e enchentes, com incêndios de vastas proporções, pestes agrícolas descontroladas, alterações em diversos ecossistemas, que, por sua vez, influenciarão a produção agropecuária e a indústria pesqueira.
Fora prejuízos ao planeta como um todo e às atividades econômicas locais, a poluição atmosférica causará cada vez mais danos à saúde global da população mundial, com um aumento nos tipos de agentes infecciosos, nas doenças do aparelho respiratório e na incidência de câncer. A isso, se deve adicionar o impacto psicológico devido, por exemplo, à emigração de comunidades costeiras, forçada por furacões, maremotos ou pelo aumento aparentemente inofensivo do nível do mar. (O que será do mundo sem Veneza? Ou Trancoso?)
Nessa época em que nos preocupamos tanto com histórias apocalípticas inspiradas pela Bíblia, talvez devêssemos nos preocupar mais com o lento apocalipse que nós próprios estamos causando, com nossa ganância e arrogância, ao mundo que vamos deixar para nossos filhos.
domingo, 14 de dezembro de 1997
Há cem anos, Thomsom descobria o elétron
Em outubro de 1897, o físico inglês J. J. Thomson (1856-1940), no Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge, "descobriu" o elétron, um dos feitos científicos mais importantes dos últimos cem anos.
Thomson estava interessado nos estranhos fenômenos que ocorrem quando descargas elétricas atravessam tubos catódicos, que são ampolas de vidro com duas placas metálicas em seu interior, ligadas aos pólos de uma bateria. A ampola contém gás bastante rarefeito. Os tubos de televisão são versões modernas desses tubos catódicos.
Ao se conectar à bateria, um estranho raio se propaga pelo tubo catódico, produzindo uma mancha fosforescente em sua parede. Thomson mostrou que esses "raios catódicos" eram defletidos por um campo magnético e por um campo elétrico. (O leitor pode fazer uma experiência divertida, passando um imã em frente a uma tela de TV e checando a distorção da imagem.)
Baseado em suas medidas, Thomson mostrou que esses raios eram compostos de "corpúsculos" com carga elétrica negativa e com massa pelo menos 1.000 vezes menor do que um átomo de hidrogênio, o objeto mais leve conhecido na época. (Ele não usou o nome elétron, inventado em 1891 pelo físico irlandês G. Johnstone Stoney.)
Seus resultados eram independentes do tipo de gás usado no tubo catódico. Corajosamente, Thomson concluiu que esses corpúsculos eram constituintes dos átomos de todas as substâncias. O elétron foi descoberto!
A descoberta do elétron foi também a descoberta da primeira partícula elementar. Por elementar, denotamos objetos que não podem ser subdivididos em outros ainda menores.
Segundo essa definição, o átomo não é uma partícula elementar, já que é composto por prótons, nêutrons e elétrons. Nem mesmo os prótons e nêutrons são elementares; eles são compostos por quarks.
Com sua descoberta, Thomson deu continuidade a uma tradição antiga, herdada dos filósofos pré-socráticos da Grécia Antiga, a busca pelos constituintes fundamentais da matéria.
O elétron criou sérias dores de cabeça para os físicos do início do século 20. Em 1924, o físico francês Louis de Broglie propôs que, tal como Einstein havia sugerido para o fóton (partículas de radiação eletromagnética) em 1905, elétrons também exibem a chamada dualidade onda-partícula, isto é, exibem propriedades físicas de ondas, como a difração, e também propriedades de partículas. Tudo depende do preparo do experimento.
Essa dualidade de comportamento sugere que na realidade o elétron não é partícula nem onda. Mas nós apenas sabemos representá-lo através dessas duas imagens concretas. E já que o elétron exibe esta ou aquela propriedade, de acordo com os detalhes do experimento, o próprio observador tem um papel na definição da realidade física do elétron. Não podemos dizer que um determinado elétron existe antes de ele ser observado.
A tecnologia depende de modo fundamental das propriedades do elétron. Correntes elétricas são elétrons em movimento.
Imagens em tubos de televisão são formadas quando elétrons se chocam contra o interior da tela, pintado de material fosforescente. Transistores, usados em quase todos aparelhos eletrodomésticos e computadores, dependem da mobilidade de elétrons em diversos tipos de materiais, como silício e germânio.
Inúmeras aplicações tecnológicas futuras sendo estudadas hoje são baseadas nas propriedades do elétron, como por exemplo supercondutividade a altas temperaturas, chips ultravelozes, ou "computadores quânticos", que usam moléculas para efetuar cálculos.
Sem dúvida, esse é o século do elétron. E pelo jeito, o elétron continuará a nos surpreender ainda por muitos outros séculos.
Thomson estava interessado nos estranhos fenômenos que ocorrem quando descargas elétricas atravessam tubos catódicos, que são ampolas de vidro com duas placas metálicas em seu interior, ligadas aos pólos de uma bateria. A ampola contém gás bastante rarefeito. Os tubos de televisão são versões modernas desses tubos catódicos.
Ao se conectar à bateria, um estranho raio se propaga pelo tubo catódico, produzindo uma mancha fosforescente em sua parede. Thomson mostrou que esses "raios catódicos" eram defletidos por um campo magnético e por um campo elétrico. (O leitor pode fazer uma experiência divertida, passando um imã em frente a uma tela de TV e checando a distorção da imagem.)
Baseado em suas medidas, Thomson mostrou que esses raios eram compostos de "corpúsculos" com carga elétrica negativa e com massa pelo menos 1.000 vezes menor do que um átomo de hidrogênio, o objeto mais leve conhecido na época. (Ele não usou o nome elétron, inventado em 1891 pelo físico irlandês G. Johnstone Stoney.)
Seus resultados eram independentes do tipo de gás usado no tubo catódico. Corajosamente, Thomson concluiu que esses corpúsculos eram constituintes dos átomos de todas as substâncias. O elétron foi descoberto!
A descoberta do elétron foi também a descoberta da primeira partícula elementar. Por elementar, denotamos objetos que não podem ser subdivididos em outros ainda menores.
Segundo essa definição, o átomo não é uma partícula elementar, já que é composto por prótons, nêutrons e elétrons. Nem mesmo os prótons e nêutrons são elementares; eles são compostos por quarks.
Com sua descoberta, Thomson deu continuidade a uma tradição antiga, herdada dos filósofos pré-socráticos da Grécia Antiga, a busca pelos constituintes fundamentais da matéria.
O elétron criou sérias dores de cabeça para os físicos do início do século 20. Em 1924, o físico francês Louis de Broglie propôs que, tal como Einstein havia sugerido para o fóton (partículas de radiação eletromagnética) em 1905, elétrons também exibem a chamada dualidade onda-partícula, isto é, exibem propriedades físicas de ondas, como a difração, e também propriedades de partículas. Tudo depende do preparo do experimento.
Essa dualidade de comportamento sugere que na realidade o elétron não é partícula nem onda. Mas nós apenas sabemos representá-lo através dessas duas imagens concretas. E já que o elétron exibe esta ou aquela propriedade, de acordo com os detalhes do experimento, o próprio observador tem um papel na definição da realidade física do elétron. Não podemos dizer que um determinado elétron existe antes de ele ser observado.
A tecnologia depende de modo fundamental das propriedades do elétron. Correntes elétricas são elétrons em movimento.
Imagens em tubos de televisão são formadas quando elétrons se chocam contra o interior da tela, pintado de material fosforescente. Transistores, usados em quase todos aparelhos eletrodomésticos e computadores, dependem da mobilidade de elétrons em diversos tipos de materiais, como silício e germânio.
Inúmeras aplicações tecnológicas futuras sendo estudadas hoje são baseadas nas propriedades do elétron, como por exemplo supercondutividade a altas temperaturas, chips ultravelozes, ou "computadores quânticos", que usam moléculas para efetuar cálculos.
Sem dúvida, esse é o século do elétron. E pelo jeito, o elétron continuará a nos surpreender ainda por muitos outros séculos.
domingo, 7 de dezembro de 1997
Os problemas sobre o cálculo da idade do Universo
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Em 1929, o astrônomo americano Edwin Hubble concluiu, a partir de suas observações, que o Universo está em expansão, com as galáxias se afastando umas das outras com velocidades proporcionais a suas distâncias. Hubble raciocinou que, como as galáxias estão se afastando cada vez mais agora, em algum instante no passado elas estavam praticamente se superpondo. Medindo as velocidades de várias galáxias e as distâncias entre elas, ele concluiu que esse instante ocorreu há cerca de 2 bilhões de anos.
O problema com essa estimativa é que já se sabia que a Terra tinha mais de 2 bilhões de anos. Como ela pode ser mais velha que o Universo? A questão roubou o sono de vários cosmólogos até 1952, quando Walter Baade demonstrou, com medidas mais precisas, que o Universo teria pelo menos 5 bilhões de anos. A idade da Terra hoje é estimada em torno de 4,5 bilhões de anos.
Mas a questão da idade do Universo está longe de ser resolvida. Existem três métodos usados para se estimar a idade do Universo. O primeiro deles é o usado por Hubble e Baade, que estima distâncias entre galáxias remotas e suas velocidades, extraindo delas a idade do Universo.
Em Astronomia, distâncias são estimadas a partir de uma lei que diz que a luminosidade de uma fonte cai com o quadrado da distância. Se temos duas fontes iguais em lugares distintos, sabendo-se a distância até o lugar mais próximo, podemos estimar a distância até o lugar mais distante. Assim, Hubble estimou a distância até a galáxia Andrômeda, que está a aproximadamente 2 milhões de anos-luz do Sol.
Esses "indicadores de distância" são fundamentais para se obter medidas precisas de distância. Em suas observações, Hubble usou um tipo de estrela conhecida como variável Cefeida, cuja luminosidade varia periodicamente. Mas encontrar variáveis Cefeida ou outros indicadores de distância em galáxias muito distantes não é nada fácil. E aí é que começa o problema dos astrônomos modernos. Diferentes indicadores de distância resultam em estimativas diferentes de distância e, portanto, em estimativas diferentes da idade do Universo. Valores atuais variam entre 8 e 25 bilhões de anos!
O segundo método utilizado para se estimar a idade do Universo vem do estudo de aglomerados estelares, conjuntos de milhares de estrelas atraídas entre si pela gravidade. A idéia é que nesses aglomerados podem ser encontradas algumas das estrelas mais velhas que existem. Como nós conhecemos razoavelmente bem como uma estrela se desenvolve queimando seu hidrogênio como combustível, podemos estimar sua idade a partir dos diferentes estágios durante sua evolução. A idade do Universo tem de ser maior do que a idade de suas estrelas mais velhas, ecoando o problema de Hubble com a idade da Terra.
Estimativas da idade desses aglomerados estelares variam entre 10 e 14 bilhões de anos. Finalmente, pode-se usar a "nucleocosmocronologia", que se baseia em medidas da abundância e da produção de isótopos radioativos e em estudos da evolução química de nossa galáxia para se estimar a época de formação dos elementos químicos encontrados no sistema solar. As estimativas indicam uma idade para a Via Láctea de pelo menos 9,6 bilhões de anos, com erros que tendem a aumentar esse valor em mais de 1 bilhão ou 2 bilhões de anos.
O que podemos concluir agora? Que o Universo tem de 10 a 20 bilhões de anos; que problemas com as várias medidas de distância, evolução estelar e abundância isotópica serão, em princípio, resolvidos na próxima década. Que boatos jornalísticos recentes dizendo que o modelo do Big Bang está errado devido a problemas com a idade do Universo não têm sentido. E que a Ciência está longe de progredir em linha reta ou de forma previsível.
especial para a Folha
Em 1929, o astrônomo americano Edwin Hubble concluiu, a partir de suas observações, que o Universo está em expansão, com as galáxias se afastando umas das outras com velocidades proporcionais a suas distâncias. Hubble raciocinou que, como as galáxias estão se afastando cada vez mais agora, em algum instante no passado elas estavam praticamente se superpondo. Medindo as velocidades de várias galáxias e as distâncias entre elas, ele concluiu que esse instante ocorreu há cerca de 2 bilhões de anos.
O problema com essa estimativa é que já se sabia que a Terra tinha mais de 2 bilhões de anos. Como ela pode ser mais velha que o Universo? A questão roubou o sono de vários cosmólogos até 1952, quando Walter Baade demonstrou, com medidas mais precisas, que o Universo teria pelo menos 5 bilhões de anos. A idade da Terra hoje é estimada em torno de 4,5 bilhões de anos.
Mas a questão da idade do Universo está longe de ser resolvida. Existem três métodos usados para se estimar a idade do Universo. O primeiro deles é o usado por Hubble e Baade, que estima distâncias entre galáxias remotas e suas velocidades, extraindo delas a idade do Universo.
Em Astronomia, distâncias são estimadas a partir de uma lei que diz que a luminosidade de uma fonte cai com o quadrado da distância. Se temos duas fontes iguais em lugares distintos, sabendo-se a distância até o lugar mais próximo, podemos estimar a distância até o lugar mais distante. Assim, Hubble estimou a distância até a galáxia Andrômeda, que está a aproximadamente 2 milhões de anos-luz do Sol.
Esses "indicadores de distância" são fundamentais para se obter medidas precisas de distância. Em suas observações, Hubble usou um tipo de estrela conhecida como variável Cefeida, cuja luminosidade varia periodicamente. Mas encontrar variáveis Cefeida ou outros indicadores de distância em galáxias muito distantes não é nada fácil. E aí é que começa o problema dos astrônomos modernos. Diferentes indicadores de distância resultam em estimativas diferentes de distância e, portanto, em estimativas diferentes da idade do Universo. Valores atuais variam entre 8 e 25 bilhões de anos!
O segundo método utilizado para se estimar a idade do Universo vem do estudo de aglomerados estelares, conjuntos de milhares de estrelas atraídas entre si pela gravidade. A idéia é que nesses aglomerados podem ser encontradas algumas das estrelas mais velhas que existem. Como nós conhecemos razoavelmente bem como uma estrela se desenvolve queimando seu hidrogênio como combustível, podemos estimar sua idade a partir dos diferentes estágios durante sua evolução. A idade do Universo tem de ser maior do que a idade de suas estrelas mais velhas, ecoando o problema de Hubble com a idade da Terra.
Estimativas da idade desses aglomerados estelares variam entre 10 e 14 bilhões de anos. Finalmente, pode-se usar a "nucleocosmocronologia", que se baseia em medidas da abundância e da produção de isótopos radioativos e em estudos da evolução química de nossa galáxia para se estimar a época de formação dos elementos químicos encontrados no sistema solar. As estimativas indicam uma idade para a Via Láctea de pelo menos 9,6 bilhões de anos, com erros que tendem a aumentar esse valor em mais de 1 bilhão ou 2 bilhões de anos.
O que podemos concluir agora? Que o Universo tem de 10 a 20 bilhões de anos; que problemas com as várias medidas de distância, evolução estelar e abundância isotópica serão, em princípio, resolvidos na próxima década. Que boatos jornalísticos recentes dizendo que o modelo do Big Bang está errado devido a problemas com a idade do Universo não têm sentido. E que a Ciência está longe de progredir em linha reta ou de forma previsível.
domingo, 30 de novembro de 1997
O Universo está em constante expansão
Se conseguirmos escapar das luzes da cidade grande, em uma noite sem nuvens e sem Lua, podemos distinguir uma faixa difusa de luz se estendendo pelo céu, uma névoa que brilha por si só, decorada aqui e ali por estrelas. Essa faixa de luz, como nós sabemos, é parte da Via Láctea, a galáxia onde vivemos.
Uma galáxia é um aglomerado de estrelas e gás atraídos pela gravidade. Na Via Láctea, existem centenas de bilhões de outras estrelas além do Sol. E no Universo existem centenas de bilhões de outras galáxias, cada uma contendo desde milhões até centenas de bilhões de estrelas.
Por incrível que pareça, até o início da década de 20, não sabíamos ao certo se existiam outras galáxias no Universo. Astrônomos debatiam se as "nebulosas" vistas com seus telescópios eram outras galáxias (conhecidas na época como "universos-ilha"), distantes da Via Láctea, ou se eram apenas nuvens de gás interestelar fazendo parte da nossa galáxia.
Em 1924, o jovem astrônomo norte-americano Edwin Hubble resolveu de vez essa questão, provando que algumas nebulosas não faziam parte da Via Láctea, mas eram outros "universos-ilha". O Universo se tornou muito maior do que muitos até então suspeitavam.
Mas a maior descoberta de Hubble ainda estava por vir. Entre 1929 e 1931, Hubble demonstrou que o Universo não só era muito maior do que se suspeitava, mas que ele era uma entidade dinâmica, em expansão.
Para demonstrar sua tese, Hubble usou o chamado "efeito Doppler", proposto pelo físico austríaco Johann Christian Doppler em 1842. Nós somos muito familiarizados com a versão auditiva do efeito Doppler. Quando uma sirene ou uma buzina viajam em nossa direção, ouvimos seus tons sempre mais agudos do que quando a mesma sirene ou buzina estão em repouso. Já quando a sirene ou buzina se afastam, ouvimos seus tons sempre mais graves.
Esse é um efeito típico da propagação de ondas. No caso da sirene ou buzina que se afastam, a distância entre duas cristas consecutivas (ou "comprimento de onda") aumenta, causando o som mais grave.
É como se o movimento da fonte "esticasse" a onda. No caso contrário, quando a fonte se aproxima, o comprimento de onda diminui e ouvimos o tom mais agudo. O mesmo efeito acontece com ondas de luz emitidas por alguma fonte, como uma estrela ou uma galáxia.
Examinando a luz emitida por várias galáxias em um aparelho chamado espectroscópio, Hubble observou que, geralmente, essa luz apresentava um desvio para maiores comprimentos de onda. Como o vermelho é a cor com maior comprimento de onda, esse efeito ficou conhecido como "desvio para o vermelho".
Baseado no efeito Doppler, Hubble concluiu que as galáxias estavam se afastando de nós com velocidades proporcionais a sua distância. Portanto, uma galáxia duas vezes mais distante se afasta duas vezes mais rápido. A expansão do Universo obedece a uma lei extremamente simples!
A noção de que o Universo está em expansão incita uma série de perguntas. No decorrer dos próximos meses, teremos a oportunidade de discutir algumas delas em detalhe. Eis aqui as cinco perguntas mais populares:
1) Se o Universo está em expansão, onde fica seu centro?
2) Essa expansão implica que o Universo deve ter tido um começo. Qual é a sua idade?
3) Qual é o seu tamanho?
4) Será que existe um "outro" universo lá fora?
5) Se o Universo teve um começo, qual será seu fim?
A curiosidade da humanidade em conhecer sua origem e destino é tão antiga quanto sua história. Por meio do casamento da física com a astronomia, cosmólogos estão, pela primeira vez, conseguindo desvendar alguns desses mistérios. Mas outros sempre aparecem em seu lugar.
Uma galáxia é um aglomerado de estrelas e gás atraídos pela gravidade. Na Via Láctea, existem centenas de bilhões de outras estrelas além do Sol. E no Universo existem centenas de bilhões de outras galáxias, cada uma contendo desde milhões até centenas de bilhões de estrelas.
Por incrível que pareça, até o início da década de 20, não sabíamos ao certo se existiam outras galáxias no Universo. Astrônomos debatiam se as "nebulosas" vistas com seus telescópios eram outras galáxias (conhecidas na época como "universos-ilha"), distantes da Via Láctea, ou se eram apenas nuvens de gás interestelar fazendo parte da nossa galáxia.
Em 1924, o jovem astrônomo norte-americano Edwin Hubble resolveu de vez essa questão, provando que algumas nebulosas não faziam parte da Via Láctea, mas eram outros "universos-ilha". O Universo se tornou muito maior do que muitos até então suspeitavam.
Mas a maior descoberta de Hubble ainda estava por vir. Entre 1929 e 1931, Hubble demonstrou que o Universo não só era muito maior do que se suspeitava, mas que ele era uma entidade dinâmica, em expansão.
Para demonstrar sua tese, Hubble usou o chamado "efeito Doppler", proposto pelo físico austríaco Johann Christian Doppler em 1842. Nós somos muito familiarizados com a versão auditiva do efeito Doppler. Quando uma sirene ou uma buzina viajam em nossa direção, ouvimos seus tons sempre mais agudos do que quando a mesma sirene ou buzina estão em repouso. Já quando a sirene ou buzina se afastam, ouvimos seus tons sempre mais graves.
Esse é um efeito típico da propagação de ondas. No caso da sirene ou buzina que se afastam, a distância entre duas cristas consecutivas (ou "comprimento de onda") aumenta, causando o som mais grave.
É como se o movimento da fonte "esticasse" a onda. No caso contrário, quando a fonte se aproxima, o comprimento de onda diminui e ouvimos o tom mais agudo. O mesmo efeito acontece com ondas de luz emitidas por alguma fonte, como uma estrela ou uma galáxia.
Examinando a luz emitida por várias galáxias em um aparelho chamado espectroscópio, Hubble observou que, geralmente, essa luz apresentava um desvio para maiores comprimentos de onda. Como o vermelho é a cor com maior comprimento de onda, esse efeito ficou conhecido como "desvio para o vermelho".
Baseado no efeito Doppler, Hubble concluiu que as galáxias estavam se afastando de nós com velocidades proporcionais a sua distância. Portanto, uma galáxia duas vezes mais distante se afasta duas vezes mais rápido. A expansão do Universo obedece a uma lei extremamente simples!
A noção de que o Universo está em expansão incita uma série de perguntas. No decorrer dos próximos meses, teremos a oportunidade de discutir algumas delas em detalhe. Eis aqui as cinco perguntas mais populares:
1) Se o Universo está em expansão, onde fica seu centro?
2) Essa expansão implica que o Universo deve ter tido um começo. Qual é a sua idade?
3) Qual é o seu tamanho?
4) Será que existe um "outro" universo lá fora?
5) Se o Universo teve um começo, qual será seu fim?
A curiosidade da humanidade em conhecer sua origem e destino é tão antiga quanto sua história. Por meio do casamento da física com a astronomia, cosmólogos estão, pela primeira vez, conseguindo desvendar alguns desses mistérios. Mas outros sempre aparecem em seu lugar.
domingo, 23 de novembro de 1997
O reducionismo na ciência e suas limitações
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Se conseguirmos escapar das luzes da cidade grande, em uma noite sem nuvens e sem Lua, podemos distinguir uma faixa difusa de luz se estendendo pelo céu, uma névoa que brilha por si só, decorada aqui e ali por estrelas. Essa faixa de luz, como nós sabemos, é parte da Via láctea, a galáxia onde vivemos.
Uma galáxia é um aglomerado de estrelas e gás, atraídos gravitacionalmente. Na Via láctea, existem centenas de bilhões de outras estrelas além do Sol. E no Universo, fora nossa galáxia, existem centenas de bilhões de outras galáxias, cada uma contendo desde milhões até centenas de bilhões de estrelas.
Por incrível que pareça, até o início da década de vinte nos não sabíamos ao certo se existiam outras galáxias no Universo. Astronômos debatiam se as "nebulosas" vistas com seus telescópios eram outras galáxias (conhecidas na época como "universos-ilha"), distantes da Via láctea, ou se eram apenas nuvens de gás interestelar fazendo parte da nossa galáxia.
Em 1924, o jovem astronômo americano Edwin Hubble resolveu de vez essa questão, provando que algumas nebulosas não faziam parte da Via láctea, mas eram outros "universos-ilha". O Universo se tornou muito maior do que muitos até então suspeitavam.
Mas a maior descoberta astronômica de Hubble ainda estava por vir. Entre 1929 e 1931, Hubble demonstrou conclusivamente que o Universo não só era muito maior do que se suspeitava, mas que ele era uma entidade dinâmica, em expansão.
Para demonstrar que o Universo estava em expansão, Hubble usou o chamado "efeito Doppler", proposto pelo físico austríaco Johann Christian Doppler em 1842. Nós somos muito familiares com a versão auditiva do efeito Doppler. Quando uma sirene ou uma buzina viaja em nossa direção, ouvimos seu tom sempre mais agudo do que quando a mesma sirene ou buzina está em repouso. Já quando a sirene ou buzina se afasta, ouvimos seu tom sempre mais grave.
Esse é um efeito típico da propagação de ondas. No caso da sirene ou buzina que se afastam, a distância entre duas cristas consecutivas (ou "comprimento de onda") aumenta, causando o som mais grave. É como se o movimento da fonte "esticasse" a onda. No caso contrário, quando a fonte se aproxima, o comprimento de onda diminui e ouvimos o tom mais agudo.
O mesmo efeito acontece com ondas de luz emitidas por alguma fonte, como uma estrela ou uma galáxia.
Examinando a luz emitida por várias galáxias através de um aparelho chamado espectroscópio, Hubble observou que, na sua maioria, a luz das galáxias apresentava um desvio para maiores comprimentos de onda. Como o vermelho é a cor com maior comprimento de onda, esse efeito ficou conhecido como "desvio para o vermelho".
Baseado no efeito Doppler, Hubble concluiu que as galáxias estavam se afastando de nós com velocidades proporcionais à sua distância. Portanto, uma galáxia duas vezes mais distante, se afasta duas vezes mais rápido. A expansão do Universo obedece a uma lei extremamente simples!
A noção de que o Universo está em expansão imediatamente incita uma série de perguntas. No decorrer dos próximos meses teremos a oportunidade de discutir algumas delas em detalhe. Eis aqui as cinco perguntas mais populares:
1) Se o Universo está em expansão, onde é o seu centro?
2) Se o Universo está em expansão, ele deve ter tido um começo. Nesse caso, qual é a sua idade?
3) Se o Universo está em expansão, qual é o seu tamanho?
4) Se o Universo está em expansão, será que existe um "outro" Universo lá fora?
5) Se o Universo está em expansão e portanto teve um começo, qual será seu fim?
A curiosidade da humanidade em conhecer sua origem e destino é tão antiga quanto sua história. Através do casamento da Física com a Astronomia, cosmólogos estão, pela primeira vez, conseguindo desvendar alguns desses mistérios. Mas curiosamente, outros sempre aparecem em seu lugar.
especial para a Folha
Se conseguirmos escapar das luzes da cidade grande, em uma noite sem nuvens e sem Lua, podemos distinguir uma faixa difusa de luz se estendendo pelo céu, uma névoa que brilha por si só, decorada aqui e ali por estrelas. Essa faixa de luz, como nós sabemos, é parte da Via láctea, a galáxia onde vivemos.
Uma galáxia é um aglomerado de estrelas e gás, atraídos gravitacionalmente. Na Via láctea, existem centenas de bilhões de outras estrelas além do Sol. E no Universo, fora nossa galáxia, existem centenas de bilhões de outras galáxias, cada uma contendo desde milhões até centenas de bilhões de estrelas.
Por incrível que pareça, até o início da década de vinte nos não sabíamos ao certo se existiam outras galáxias no Universo. Astronômos debatiam se as "nebulosas" vistas com seus telescópios eram outras galáxias (conhecidas na época como "universos-ilha"), distantes da Via láctea, ou se eram apenas nuvens de gás interestelar fazendo parte da nossa galáxia.
Em 1924, o jovem astronômo americano Edwin Hubble resolveu de vez essa questão, provando que algumas nebulosas não faziam parte da Via láctea, mas eram outros "universos-ilha". O Universo se tornou muito maior do que muitos até então suspeitavam.
Mas a maior descoberta astronômica de Hubble ainda estava por vir. Entre 1929 e 1931, Hubble demonstrou conclusivamente que o Universo não só era muito maior do que se suspeitava, mas que ele era uma entidade dinâmica, em expansão.
Para demonstrar que o Universo estava em expansão, Hubble usou o chamado "efeito Doppler", proposto pelo físico austríaco Johann Christian Doppler em 1842. Nós somos muito familiares com a versão auditiva do efeito Doppler. Quando uma sirene ou uma buzina viaja em nossa direção, ouvimos seu tom sempre mais agudo do que quando a mesma sirene ou buzina está em repouso. Já quando a sirene ou buzina se afasta, ouvimos seu tom sempre mais grave.
Esse é um efeito típico da propagação de ondas. No caso da sirene ou buzina que se afastam, a distância entre duas cristas consecutivas (ou "comprimento de onda") aumenta, causando o som mais grave. É como se o movimento da fonte "esticasse" a onda. No caso contrário, quando a fonte se aproxima, o comprimento de onda diminui e ouvimos o tom mais agudo.
O mesmo efeito acontece com ondas de luz emitidas por alguma fonte, como uma estrela ou uma galáxia.
Examinando a luz emitida por várias galáxias através de um aparelho chamado espectroscópio, Hubble observou que, na sua maioria, a luz das galáxias apresentava um desvio para maiores comprimentos de onda. Como o vermelho é a cor com maior comprimento de onda, esse efeito ficou conhecido como "desvio para o vermelho".
Baseado no efeito Doppler, Hubble concluiu que as galáxias estavam se afastando de nós com velocidades proporcionais à sua distância. Portanto, uma galáxia duas vezes mais distante, se afasta duas vezes mais rápido. A expansão do Universo obedece a uma lei extremamente simples!
A noção de que o Universo está em expansão imediatamente incita uma série de perguntas. No decorrer dos próximos meses teremos a oportunidade de discutir algumas delas em detalhe. Eis aqui as cinco perguntas mais populares:
1) Se o Universo está em expansão, onde é o seu centro?
2) Se o Universo está em expansão, ele deve ter tido um começo. Nesse caso, qual é a sua idade?
3) Se o Universo está em expansão, qual é o seu tamanho?
4) Se o Universo está em expansão, será que existe um "outro" Universo lá fora?
5) Se o Universo está em expansão e portanto teve um começo, qual será seu fim?
A curiosidade da humanidade em conhecer sua origem e destino é tão antiga quanto sua história. Através do casamento da Física com a Astronomia, cosmólogos estão, pela primeira vez, conseguindo desvendar alguns desses mistérios. Mas curiosamente, outros sempre aparecem em seu lugar.
domingo, 16 de novembro de 1997
Um passeio pelos "mistérios" da antimatéria
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Antimatéria é um assunto que sempre desperta um certo ar de mistério, de algo "do outro mundo". O próprio nome se dá mesmo a esse tipo de especulação. Afinal, "anti" quer dizer contrário, oposto ou conflitante. A antimatéria é muito menos misteriosa que sua reputação sugere. Mas isso não significa que ela seja menos fascinante.
Antimatéria não significa o oposto de matéria. Para entendermos o seu significado, devemos estudar a constituição da matéria no nível das partículas elementares.
Em meados dos anos 20, duas novas teorias sacudiam a física: a teoria da relatividade especial de Albert Einstein e a teoria quântica, de Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrõdinger e outros. Enquanto a relatividade especial descreve o movimento de objetos a velocidades próximas à da luz, a teoria quântica trata da física do muito pequeno, descrevendo processos que ocorrem em dimensões atômicas ou ainda menores.
Uma das questões na mente de alguns físicos da época era como casar as duas teorias, ou seja, como tratar movimentos muito rápidos que ocorrem a escalas atômicas. Por exemplo, elétrons orbitando o núcleo atômico podem assumir velocidades relativísticas, onde as correções da relatividade especial são importantes no estudo de seu movimento.
Em 1929, o físico inglês Paul Dirac obteve a primeira formulação relativística da mecânica quântica. Mas ao tentar resolver a equação do movimento de um elétron, Dirac se deparou com algo inesperado: fora o elétron, sua teoria parecia descrever o movimento de outra partícula!
Após algumas interpretações errôneas, Dirac e outros compreenderam que a outra solução era na verdade uma nova partícula, com massa idêntica ao elétron, mas com carga elétrica oposta. Como o elétron tem carga negativa, sua antipartícula ficou conhecida como pósitron. No resto, o pósitron é normal.
Em pouco tempo, ficou claro que todas partículas têm suas antipartículas. O próton, por exemplo, tem seu companheiro de carga negativa, o antipróton. A união da teoria quântica com a relatividade especial demanda a existência da antimatéria! Nos anos 30 e 40, as primeiras partículas de antimatéria foram detectadas no laboratório. Elas, portanto, não existem apenas no universo matemático dos físicos teóricos.
A relação entre matéria e antimatéria é bastante dramática. Quando uma partícula de matéria se choca com uma de antimatéria, elas se desintegram em radiação eletromagnética. Suas massas são convertidas em energia eletromagnética de acordo com a famosa fórmula E=mc2.
Essa energia é carregada pelas partículas que compõem o campo eletromagnético, conhecidas como fótons, cuja existência foi proposta por Einstein em 1905. Portanto, ao colidirem, partículas de matéria e antimatéria se desintegram em fótons.
Mas o contrário também pode ocorrer: fótons podem criar pares de partículas e antipartículas. Matéria, antimatéria e fótons são parceiros de uma constante dança subatômica de criação e destruição. Essa conversão entre matéria e energia é observada rotineiramente em aceleradores de partículas, capazes de colidi-las a altíssimas energias.
"Espere um momento!", exclama o leitor atento. "Se essa desintegração entre matéria e antimatéria realmente ocorre, onde foi parar toda essa antimatéria?" Ótima pergunta! Obviamente, se estamos aqui, sabemos que pelo menos a Terra é feita de matéria. A Lua também, pois vários astronautas pousaram lá sem se desintegrar. O mesmo vale para Marte. O Sistema Solar é dominado por matéria. Nossa galáxia também. Extrapola-se que o Universo seja praticamente só matéria. Mas a razão dessa imperfeição cósmica, a qual devemos nossa existência, vai ter que ficar para outra coluna.
especial para a Folha
Antimatéria é um assunto que sempre desperta um certo ar de mistério, de algo "do outro mundo". O próprio nome se dá mesmo a esse tipo de especulação. Afinal, "anti" quer dizer contrário, oposto ou conflitante. A antimatéria é muito menos misteriosa que sua reputação sugere. Mas isso não significa que ela seja menos fascinante.
Antimatéria não significa o oposto de matéria. Para entendermos o seu significado, devemos estudar a constituição da matéria no nível das partículas elementares.
Em meados dos anos 20, duas novas teorias sacudiam a física: a teoria da relatividade especial de Albert Einstein e a teoria quântica, de Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrõdinger e outros. Enquanto a relatividade especial descreve o movimento de objetos a velocidades próximas à da luz, a teoria quântica trata da física do muito pequeno, descrevendo processos que ocorrem em dimensões atômicas ou ainda menores.
Uma das questões na mente de alguns físicos da época era como casar as duas teorias, ou seja, como tratar movimentos muito rápidos que ocorrem a escalas atômicas. Por exemplo, elétrons orbitando o núcleo atômico podem assumir velocidades relativísticas, onde as correções da relatividade especial são importantes no estudo de seu movimento.
Em 1929, o físico inglês Paul Dirac obteve a primeira formulação relativística da mecânica quântica. Mas ao tentar resolver a equação do movimento de um elétron, Dirac se deparou com algo inesperado: fora o elétron, sua teoria parecia descrever o movimento de outra partícula!
Após algumas interpretações errôneas, Dirac e outros compreenderam que a outra solução era na verdade uma nova partícula, com massa idêntica ao elétron, mas com carga elétrica oposta. Como o elétron tem carga negativa, sua antipartícula ficou conhecida como pósitron. No resto, o pósitron é normal.
Em pouco tempo, ficou claro que todas partículas têm suas antipartículas. O próton, por exemplo, tem seu companheiro de carga negativa, o antipróton. A união da teoria quântica com a relatividade especial demanda a existência da antimatéria! Nos anos 30 e 40, as primeiras partículas de antimatéria foram detectadas no laboratório. Elas, portanto, não existem apenas no universo matemático dos físicos teóricos.
A relação entre matéria e antimatéria é bastante dramática. Quando uma partícula de matéria se choca com uma de antimatéria, elas se desintegram em radiação eletromagnética. Suas massas são convertidas em energia eletromagnética de acordo com a famosa fórmula E=mc2.
Essa energia é carregada pelas partículas que compõem o campo eletromagnético, conhecidas como fótons, cuja existência foi proposta por Einstein em 1905. Portanto, ao colidirem, partículas de matéria e antimatéria se desintegram em fótons.
Mas o contrário também pode ocorrer: fótons podem criar pares de partículas e antipartículas. Matéria, antimatéria e fótons são parceiros de uma constante dança subatômica de criação e destruição. Essa conversão entre matéria e energia é observada rotineiramente em aceleradores de partículas, capazes de colidi-las a altíssimas energias.
"Espere um momento!", exclama o leitor atento. "Se essa desintegração entre matéria e antimatéria realmente ocorre, onde foi parar toda essa antimatéria?" Ótima pergunta! Obviamente, se estamos aqui, sabemos que pelo menos a Terra é feita de matéria. A Lua também, pois vários astronautas pousaram lá sem se desintegrar. O mesmo vale para Marte. O Sistema Solar é dominado por matéria. Nossa galáxia também. Extrapola-se que o Universo seja praticamente só matéria. Mas a razão dessa imperfeição cósmica, a qual devemos nossa existência, vai ter que ficar para outra coluna.
domingo, 9 de novembro de 1997
Em busca das partículas fundamentais da matéria
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Demócrito e Leucipo, filósofos gregos do século 5 a.C., sugeriram que tudo no mundo é feito de átomos. Embora o átomo dos gregos seja diferente do átomo moderno, a idéia de que a matéria é feita de entidades fundamentais, indivisíveis, sobreviveu até hoje, como uma das heranças culturais da Grécia Antiga, assustadora em sua intuição de como funciona o mundo.
O átomo moderno não é perfeitamente denso nem indivisível como o dos gregos. Sabemos que os átomos têm um núcleo, composto por prótons e nêutrons, por sua vez orbitado por elétrons. O átomo mais simples, o de hidrogênio, tem apenas um próton e um elétron, enquanto o de urânio tem 92 prótons e 92 elétrons e pode ter 146 nêutrons!
Nas décadas de 30 a 50, os físicos estudaram processos envolvendo partículas em níveis de energia cada vez maiores. Basicamente, o método usado para estudar a composição fundamental da matéria é a força bruta. A idéia é colidir objetos a energias altíssimas em máquinas conhecidas como aceleradores de partículas e ver o que acontece. Por exemplo, podemos provocar a colisão entre um próton e um núcleo de um átomo de ouro, observando o resultado da colisão em detectores de partículas, máquinas capazes de "fotografar" o que acontece durante e após a colisão.
O que foi descoberto com esses experimentos e com as observações de raios cósmicos _partículas vindas do espaço que ao colidirem com a atmosfera têm papel semelhante ao dos aceleradores de partículas_ surpreendeu os cientistas. Esses experimentos revelaram centenas de outras partículas "elementares", resultados da transformação entre energia e massa prevista pela teoria da relatividade especial de Einstein. A energia de movimento das partículas é transformada em matéria, em novas partículas, durante a colisão. É como se colidíssemos bolas de tênis e criássemos elefantes e caminhões como resultado!
A descoberta dessas centenas de partículas levou os físicos a questionar o próprio conceito de "partícula elementar". Afinal, centenas de tijolos fundamentais da matéria, não são lá muito fundamentais. Essa situação embaraçosa mudou nos anos 60, com a sugestão do físico americano Murray Gell-Mann de que essas partículas eram compostas por outras menores que ele chamou de "quarks", termo tirado de um texto de James Joyce.
A idéia é simples. Do mesmo modo que os vários átomos podem ser explicados por combinações de prótons, nêutrons e elétrons, essas várias partículas podem ser explicadas por combinações de apenas alguns quarks. Com isso, físicos chegaram a um novo tipo de classificação das partículas fundamentais da matéria: as que são compostas por quarks e as que não são compostas por eles. As partículas que não são compostas por quarks são chamadas de léptons, do grego leve. O elétron, por exemplo, é um lépton.
A distinção entre esses dois tipos de partículas é baseada na interação entre elas. Todas as partículas compostas por quarks interagem através da força nuclear forte, responsável pela coesão do núcleo atômico. Como o núcleo é feito de prótons e nêutrons, e prótons sofrem uma repulsão elétrica, algo mais forte que essa repulsão tem de estar agindo. Essa "cola" nuclear é a força nuclear forte. Portanto, prótons e nêutrons são feitos por quarks, três para ser exato.
Hoje sabemos que existem seis quarks, todos observáveis em aceleradores de partículas. O mais pesado, o "top" quark, foi observado pela primeira vez ano passado no Fermilab, em um laboratório perto de Chicago. A esses seis quarks são adicionados seis léptons. Com isso, chegamos aos 12 tijolos fundamentais da matéria, versão atual. Mas o que acontecerá quando aumentarmos ainda mais as energias de nossos aceleradores?
especial para a Folha
Demócrito e Leucipo, filósofos gregos do século 5 a.C., sugeriram que tudo no mundo é feito de átomos. Embora o átomo dos gregos seja diferente do átomo moderno, a idéia de que a matéria é feita de entidades fundamentais, indivisíveis, sobreviveu até hoje, como uma das heranças culturais da Grécia Antiga, assustadora em sua intuição de como funciona o mundo.
O átomo moderno não é perfeitamente denso nem indivisível como o dos gregos. Sabemos que os átomos têm um núcleo, composto por prótons e nêutrons, por sua vez orbitado por elétrons. O átomo mais simples, o de hidrogênio, tem apenas um próton e um elétron, enquanto o de urânio tem 92 prótons e 92 elétrons e pode ter 146 nêutrons!
Nas décadas de 30 a 50, os físicos estudaram processos envolvendo partículas em níveis de energia cada vez maiores. Basicamente, o método usado para estudar a composição fundamental da matéria é a força bruta. A idéia é colidir objetos a energias altíssimas em máquinas conhecidas como aceleradores de partículas e ver o que acontece. Por exemplo, podemos provocar a colisão entre um próton e um núcleo de um átomo de ouro, observando o resultado da colisão em detectores de partículas, máquinas capazes de "fotografar" o que acontece durante e após a colisão.
O que foi descoberto com esses experimentos e com as observações de raios cósmicos _partículas vindas do espaço que ao colidirem com a atmosfera têm papel semelhante ao dos aceleradores de partículas_ surpreendeu os cientistas. Esses experimentos revelaram centenas de outras partículas "elementares", resultados da transformação entre energia e massa prevista pela teoria da relatividade especial de Einstein. A energia de movimento das partículas é transformada em matéria, em novas partículas, durante a colisão. É como se colidíssemos bolas de tênis e criássemos elefantes e caminhões como resultado!
A descoberta dessas centenas de partículas levou os físicos a questionar o próprio conceito de "partícula elementar". Afinal, centenas de tijolos fundamentais da matéria, não são lá muito fundamentais. Essa situação embaraçosa mudou nos anos 60, com a sugestão do físico americano Murray Gell-Mann de que essas partículas eram compostas por outras menores que ele chamou de "quarks", termo tirado de um texto de James Joyce.
A idéia é simples. Do mesmo modo que os vários átomos podem ser explicados por combinações de prótons, nêutrons e elétrons, essas várias partículas podem ser explicadas por combinações de apenas alguns quarks. Com isso, físicos chegaram a um novo tipo de classificação das partículas fundamentais da matéria: as que são compostas por quarks e as que não são compostas por eles. As partículas que não são compostas por quarks são chamadas de léptons, do grego leve. O elétron, por exemplo, é um lépton.
A distinção entre esses dois tipos de partículas é baseada na interação entre elas. Todas as partículas compostas por quarks interagem através da força nuclear forte, responsável pela coesão do núcleo atômico. Como o núcleo é feito de prótons e nêutrons, e prótons sofrem uma repulsão elétrica, algo mais forte que essa repulsão tem de estar agindo. Essa "cola" nuclear é a força nuclear forte. Portanto, prótons e nêutrons são feitos por quarks, três para ser exato.
Hoje sabemos que existem seis quarks, todos observáveis em aceleradores de partículas. O mais pesado, o "top" quark, foi observado pela primeira vez ano passado no Fermilab, em um laboratório perto de Chicago. A esses seis quarks são adicionados seis léptons. Com isso, chegamos aos 12 tijolos fundamentais da matéria, versão atual. Mas o que acontecerá quando aumentarmos ainda mais as energias de nossos aceleradores?
domingo, 2 de novembro de 1997
A força da ciência está na sua universalidade
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Dada a complexidade do mundo em nossa volta, não é nada surpreendente que os cientistas usem simplificações aparentemente drásticas no estudo de fenômenos naturais. Por exemplo, se quisermos estudar a órbita da Lua em torno da Terra, é irrelevante incluirmos em nossa descrição que a Terra tem montanhas, oceanos e atmosfera, ou que a Lua tem crateras de todos os tamanhos. Basta sabermos a massa da Terra e a da Lua e a distância entre elas.
O balanço de uma folha ao vento, o vaivém de uma criança num balanço, um sino soando: todos esses "sistemas" podem ser modelados, com maior ou menor precisão, pelo movimento de um pêndulo sujeito a uma força externa. No caso da folha, a força externa vem do vento, no caso da criança, dos empurrões de seu pai e, no caso do sino, do padre puxando a corda.
Numa primeira aproximação, o modelo matemático que descreve o movimento desses sistemas é essencialmente o mesmo. Pela descrição matemática dos fenômenos, os físicos revelam a belíssima unidade que existe na natureza. Modelos imitam a natureza, recriando suas sutilezas de forma compreensível.
Descrever o comportamento de sistemas complexos por fórmulas simples é um ingrediente fundamental no trabalho científico e um de seus maiores desafios. Há um equilíbrio delicado entre simplificar demais _ignorando dados fundamentais sobre um sistema_ e incluir detalhes irrelevantes que compliquem desnecessariamente seu estudo.
Para testarmos a eficiência de um modelo, comparamos suas previsões com medidas obtidas por cuidadosas observações. No exemplo da folha balançando ao vento, podemos medir o tempo que a folha demora para voltar a um determinado ponto. Se o resultado medido não for semelhante à previsão do modelo, este tem de ser modificado.
Isso é verdade tanto para o balançar de uma folha quanto para qualquer modelo matemático de descrição de algum fenômeno, de escalas subatômicas até o Universo como um todo. E aqui a intuição do cientista é fundamental. Como encontrar as modificações corretas? Para mim, a construção de modelos é uma arte: a de modelar a natureza.
Pelo seu processo criativo, o cientista viabiliza sua visão do mundo. Para mim, assim como a obra de um artista, a obra de um cientista é um reflexo de sua personalidade. Claro, o veículo de expressão é completamente diferente, pois as linguagens são diferentes. Mas o momento que existe entre o surgimento de uma idéia e sua expressão, seja por uma equação ou por uma aquarela, é essencialmente idêntico.
Ao recriar o mundo matematicamente, o cientista reinventa a realidade a sua volta, representando-a por símbolos universais. Mesmo que o processo criativo científico seja tão subjetivo quanto o processo criativo artístico, o produto final do trabalho do cientista é acessível a qualquer outro que domine o vocabulário técnico da ciência. (E, espero, também ao público não especializado por um esforço dos cientistas de transmitir suas idéias de modo acessível.)
Em princípio, não deve haver subjetividade na interpretação de uma obra científica. Os modelos criados por cientistas são universais. Por meio da universalidade de sua linguagem, esses modelos são gradativamente corrigidos e aprimorados (o progresso científico raramente caminha em linha reta), chegando eventualmente a uma formulação aceita pela comunidade científica.
É nessa universalidade que reside a força da ciência. As equações que descrevem um fenômeno são idênticas para todos os cientistas, independentemente de qualquer diferença religiosa, racial ou política. A natureza não se presta a nossos tolos jogos de poder. A Ciência, em sua versão mais pura, é uma das formas mais humanas de conhecimento.
especial para a Folha
Dada a complexidade do mundo em nossa volta, não é nada surpreendente que os cientistas usem simplificações aparentemente drásticas no estudo de fenômenos naturais. Por exemplo, se quisermos estudar a órbita da Lua em torno da Terra, é irrelevante incluirmos em nossa descrição que a Terra tem montanhas, oceanos e atmosfera, ou que a Lua tem crateras de todos os tamanhos. Basta sabermos a massa da Terra e a da Lua e a distância entre elas.
O balanço de uma folha ao vento, o vaivém de uma criança num balanço, um sino soando: todos esses "sistemas" podem ser modelados, com maior ou menor precisão, pelo movimento de um pêndulo sujeito a uma força externa. No caso da folha, a força externa vem do vento, no caso da criança, dos empurrões de seu pai e, no caso do sino, do padre puxando a corda.
Numa primeira aproximação, o modelo matemático que descreve o movimento desses sistemas é essencialmente o mesmo. Pela descrição matemática dos fenômenos, os físicos revelam a belíssima unidade que existe na natureza. Modelos imitam a natureza, recriando suas sutilezas de forma compreensível.
Descrever o comportamento de sistemas complexos por fórmulas simples é um ingrediente fundamental no trabalho científico e um de seus maiores desafios. Há um equilíbrio delicado entre simplificar demais _ignorando dados fundamentais sobre um sistema_ e incluir detalhes irrelevantes que compliquem desnecessariamente seu estudo.
Para testarmos a eficiência de um modelo, comparamos suas previsões com medidas obtidas por cuidadosas observações. No exemplo da folha balançando ao vento, podemos medir o tempo que a folha demora para voltar a um determinado ponto. Se o resultado medido não for semelhante à previsão do modelo, este tem de ser modificado.
Isso é verdade tanto para o balançar de uma folha quanto para qualquer modelo matemático de descrição de algum fenômeno, de escalas subatômicas até o Universo como um todo. E aqui a intuição do cientista é fundamental. Como encontrar as modificações corretas? Para mim, a construção de modelos é uma arte: a de modelar a natureza.
Pelo seu processo criativo, o cientista viabiliza sua visão do mundo. Para mim, assim como a obra de um artista, a obra de um cientista é um reflexo de sua personalidade. Claro, o veículo de expressão é completamente diferente, pois as linguagens são diferentes. Mas o momento que existe entre o surgimento de uma idéia e sua expressão, seja por uma equação ou por uma aquarela, é essencialmente idêntico.
Ao recriar o mundo matematicamente, o cientista reinventa a realidade a sua volta, representando-a por símbolos universais. Mesmo que o processo criativo científico seja tão subjetivo quanto o processo criativo artístico, o produto final do trabalho do cientista é acessível a qualquer outro que domine o vocabulário técnico da ciência. (E, espero, também ao público não especializado por um esforço dos cientistas de transmitir suas idéias de modo acessível.)
Em princípio, não deve haver subjetividade na interpretação de uma obra científica. Os modelos criados por cientistas são universais. Por meio da universalidade de sua linguagem, esses modelos são gradativamente corrigidos e aprimorados (o progresso científico raramente caminha em linha reta), chegando eventualmente a uma formulação aceita pela comunidade científica.
É nessa universalidade que reside a força da ciência. As equações que descrevem um fenômeno são idênticas para todos os cientistas, independentemente de qualquer diferença religiosa, racial ou política. A natureza não se presta a nossos tolos jogos de poder. A Ciência, em sua versão mais pura, é uma das formas mais humanas de conhecimento.
quinta-feira, 30 de outubro de 1997
Rumo ao planeta vermelho
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Durante os anos 60, era inevitável que uma criança quisesse ser astronauta quando crescesse. Com a missão Apolo, a humanidade, vestindo a bandeira americana, pousou na Lua. Neil Armstrong deixou suas pegadas indeléveis no solo poeirento de nosso satélite, afirmando "um pequeno passo para um homem, um gigantesco passo para a humanidade".
Mas o quadro da corrida espacial mudou bastante nos anos 70 e, principalmente, nos anos 80. Missões exploratórias passaram a ser feitas por satélites robotizados, controlados remotamente na Terra, enquanto que astronautas passaram a tomar conta das missões das "space shuttles", um misto de foguete e avião, capaz de aterrizar após orbitar a Terra.
A idéia romântica da exploração do espaço como última fronteira foi substituída por rentáveis missões dedicadas ao lançamento de satélites ou por missões científicas dedicadas tanto a observações astronômicas, livres da interferência atmosférica, ou a experimentos efetuados em órbita, aproveitando a ausência (simulada!) de gravidade.
Mas nos anos 90, e particularmente no final da década, a política de exploração espacial está novamente mudando. Dois projetos têm recebido destaque especial. Um é o laboratório espacial que a NASA está construindo, uma plataforma orbital que servirá não só como centro de pesquisas, mas também como ponte entre a Terra e futuras missões tripuladas. Outra é a "missão para Marte", que recebeu enorme impulso recentemente com a possível descoberta de restos de vida microorgânica em Marte e com o sucesso da sonda robotizada "Pathfinder", que explorou sua superfície este ano.
Muito possivelmente, as crianças da próxima década vão novamente sonhar em ser astronautas. E algumas irão ver esse sonho se tornar realidade, viajando em direção ao enigmático planeta vermelho.
especial para a Folha
Durante os anos 60, era inevitável que uma criança quisesse ser astronauta quando crescesse. Com a missão Apolo, a humanidade, vestindo a bandeira americana, pousou na Lua. Neil Armstrong deixou suas pegadas indeléveis no solo poeirento de nosso satélite, afirmando "um pequeno passo para um homem, um gigantesco passo para a humanidade".
Mas o quadro da corrida espacial mudou bastante nos anos 70 e, principalmente, nos anos 80. Missões exploratórias passaram a ser feitas por satélites robotizados, controlados remotamente na Terra, enquanto que astronautas passaram a tomar conta das missões das "space shuttles", um misto de foguete e avião, capaz de aterrizar após orbitar a Terra.
A idéia romântica da exploração do espaço como última fronteira foi substituída por rentáveis missões dedicadas ao lançamento de satélites ou por missões científicas dedicadas tanto a observações astronômicas, livres da interferência atmosférica, ou a experimentos efetuados em órbita, aproveitando a ausência (simulada!) de gravidade.
Mas nos anos 90, e particularmente no final da década, a política de exploração espacial está novamente mudando. Dois projetos têm recebido destaque especial. Um é o laboratório espacial que a NASA está construindo, uma plataforma orbital que servirá não só como centro de pesquisas, mas também como ponte entre a Terra e futuras missões tripuladas. Outra é a "missão para Marte", que recebeu enorme impulso recentemente com a possível descoberta de restos de vida microorgânica em Marte e com o sucesso da sonda robotizada "Pathfinder", que explorou sua superfície este ano.
Muito possivelmente, as crianças da próxima década vão novamente sonhar em ser astronautas. E algumas irão ver esse sonho se tornar realidade, viajando em direção ao enigmático planeta vermelho.
domingo, 26 de outubro de 1997
Físicos buscam a "teoria do campo unificado"
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Por que os cientistas gostam tanto de uma teoria? A resposta é mais simples do que parece. Teorias organizam, de forma concisa e precisa, fatos que são observados no laboratório e fora dele. Uma boa teoria deve ser capaz de explicar uma série de fenômenos observados na natureza e também de prever a existência de novos fenômenos a serem observados no futuro.
Podemos, por exemplo, contrastar a teoria da gravitação universal de Newton e a da relatividade geral de Einstein. Apesar de ambas tratarem do fenômeno gravitacional, elas o fazem de modo distinto. Enquanto a teoria de Newton descreve a gravitação como uma "ação a distância", ou seja, como uma força que atravessa (misteriosamente) o espaço vazio, Einstein propôs que a gravitação pode ser explicada por meio de um tratamento geométrico, em que a presença de um corpo maciço deforma a geometria do espaço à sua volta.
A geometrização do fenômeno gravitacional e seu sucesso teve um profundo impacto no resto da vida de Einstein. Se a gravitação pode ser explicada elegantemente por uma descrição puramente geométrica, por que não o eletromagnetismo, a única outra força que, como a gravitação, também tem longo alcance?
Até sua morte em 1955, Einstein procurou por uma formulação geométrica que não só explicasse os fenômenos eletromagnéticos, mas também os unificasse com a gravitação. Uma teoria unificada da gravitação e do eletromagnetismo trata fenômenos gravitacionais e eletromagnéticos como manifestação de uma única força, ou mais precisamente, de um único campo, o campo unificado. A cada força está associado um campo. Se colocarmos um prego perto de um ímã, sentimos a presença do campo magnético criado. Campo é uma manifestação espacial da presença de uma certa fonte.
A idéia de unificação é fundamental em física. O poder ou eficácia de uma teoria pode ser medido pela quantidade de fenômenos diversos que ela pode explicar. Newton unificou a física dos fenômenos gravitacionais celestes com a dos fenômenos gravitacionais terrestres. No século 19, Faraday, Maxwell e outros mostraram que fenômenos elétricos e magnéticos podem ser descritos conjuntamente pelo campo eletromagnético.
Apesar de Einstein ter falhado em sua missão, sua influência permanece viva até hoje. A idéia de unificação de forças é uma das mais populares entre físicos teóricos do mundo inteiro. Ao eletromagnetismo e à gravitação são adicionadas duas outras forças, que se manifestam apenas a distâncias subatômicas, que são as forças nucleares forte e fraca.
As quatro forças descrevem, em princípio, todos os fenômenos observados, desde escalas microscópicas às macroscópicas. Portanto, a "Teoria de Tudo" unificaria as quatro forças fundamentais em apenas uma, a força unificada. Essa unificação se manifesta apenas a energias extremamente altas, muito mais altas do que nós podemos testar nos laboratórios atuais. Por trás da realidade física, apenas visível a energias altíssimas, existe uma outra realidade, em que tudo é manifestação de um campo unificado. Em sua intimidade, a natureza é extremamente simples.
A idéia de unificação das quatro forças fundamentais não é absurda nem influenciada por tendências monoteístas, como pode parecer. Já conseguimos unificar as forças eletromagnética e fraca, conforme comprovado experimentalmente em 1983 por Carlo Rubia e seu time em Genebra, baseados em previsões teóricas de S. Glashow, A. Salam e S. Weinberg. A energias cerca de mil vezes maiores que as nucleares, as forças eletromagnética e fraca se manifestam como uma única força, a eletrofraca. O próximo passo é incluir a força nuclear forte e, eventualmente, a gravitação nessa unificação. Talvez a visão de Einstein não tenha sido apenas uma fantasia.
especial para a Folha
Por que os cientistas gostam tanto de uma teoria? A resposta é mais simples do que parece. Teorias organizam, de forma concisa e precisa, fatos que são observados no laboratório e fora dele. Uma boa teoria deve ser capaz de explicar uma série de fenômenos observados na natureza e também de prever a existência de novos fenômenos a serem observados no futuro.
Podemos, por exemplo, contrastar a teoria da gravitação universal de Newton e a da relatividade geral de Einstein. Apesar de ambas tratarem do fenômeno gravitacional, elas o fazem de modo distinto. Enquanto a teoria de Newton descreve a gravitação como uma "ação a distância", ou seja, como uma força que atravessa (misteriosamente) o espaço vazio, Einstein propôs que a gravitação pode ser explicada por meio de um tratamento geométrico, em que a presença de um corpo maciço deforma a geometria do espaço à sua volta.
A geometrização do fenômeno gravitacional e seu sucesso teve um profundo impacto no resto da vida de Einstein. Se a gravitação pode ser explicada elegantemente por uma descrição puramente geométrica, por que não o eletromagnetismo, a única outra força que, como a gravitação, também tem longo alcance?
Até sua morte em 1955, Einstein procurou por uma formulação geométrica que não só explicasse os fenômenos eletromagnéticos, mas também os unificasse com a gravitação. Uma teoria unificada da gravitação e do eletromagnetismo trata fenômenos gravitacionais e eletromagnéticos como manifestação de uma única força, ou mais precisamente, de um único campo, o campo unificado. A cada força está associado um campo. Se colocarmos um prego perto de um ímã, sentimos a presença do campo magnético criado. Campo é uma manifestação espacial da presença de uma certa fonte.
A idéia de unificação é fundamental em física. O poder ou eficácia de uma teoria pode ser medido pela quantidade de fenômenos diversos que ela pode explicar. Newton unificou a física dos fenômenos gravitacionais celestes com a dos fenômenos gravitacionais terrestres. No século 19, Faraday, Maxwell e outros mostraram que fenômenos elétricos e magnéticos podem ser descritos conjuntamente pelo campo eletromagnético.
Apesar de Einstein ter falhado em sua missão, sua influência permanece viva até hoje. A idéia de unificação de forças é uma das mais populares entre físicos teóricos do mundo inteiro. Ao eletromagnetismo e à gravitação são adicionadas duas outras forças, que se manifestam apenas a distâncias subatômicas, que são as forças nucleares forte e fraca.
As quatro forças descrevem, em princípio, todos os fenômenos observados, desde escalas microscópicas às macroscópicas. Portanto, a "Teoria de Tudo" unificaria as quatro forças fundamentais em apenas uma, a força unificada. Essa unificação se manifesta apenas a energias extremamente altas, muito mais altas do que nós podemos testar nos laboratórios atuais. Por trás da realidade física, apenas visível a energias altíssimas, existe uma outra realidade, em que tudo é manifestação de um campo unificado. Em sua intimidade, a natureza é extremamente simples.
A idéia de unificação das quatro forças fundamentais não é absurda nem influenciada por tendências monoteístas, como pode parecer. Já conseguimos unificar as forças eletromagnética e fraca, conforme comprovado experimentalmente em 1983 por Carlo Rubia e seu time em Genebra, baseados em previsões teóricas de S. Glashow, A. Salam e S. Weinberg. A energias cerca de mil vezes maiores que as nucleares, as forças eletromagnética e fraca se manifestam como uma única força, a eletrofraca. O próximo passo é incluir a força nuclear forte e, eventualmente, a gravitação nessa unificação. Talvez a visão de Einstein não tenha sido apenas uma fantasia.
domingo, 19 de outubro de 1997
A natureza sempre terá surpresas para a ciência
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
Em 1996, o jornalista John Horgan, que escreve para a revista "Scientific American", publicou o livro "O Fim da Ciência". Nele, Horgan argumenta que a ciência, especialmente a ciência pura ou fundamental, chegou ao seu fim; que as descobertas principais já foram feitas, e o que restou para as futuras gerações de cientistas são meros detalhes.
Como não poderia deixar de ser, o livro causou enorme sensação, instigando inúmeros debates entre Horgan e seus oponentes. Segundo Horgan, o grande problema da ciência moderna é seu próprio sucesso; cientistas conseguiram criar um "mapa da realidade física" que se estende desde o microcosmo de quarks e elétrons ao macrocosmo de planetas, estrelas e galáxias.
Horgan argumenta que devido ao sucesso desse mapa da realidade física, baseado na mecânica quântica e na relatividade, nada de realmente fundamental vai ser adicionado ao corpo de conhecimento científico. Apenas buracos nesse mapa serão tapados por cientistas pouco ambiciosos. O problema, para Horgan, são os cientistas "ambiciosos", que não se contentam em tapar buracos deixados por seus antecessores. Eles criam o que Horgan chama de "ciência irônica", baseada em mera especulação, que gera mais especulação e só isso, desvinculada da realidade física. Ou seja, que a ciência fundamental está se aproximando da filosofia ou mesmo da teologia em seu desespero de gerar idéias revolucionárias.
Como exemplos de "ciência irônica", Horgan cita a teoria de supercordas da física de altas energias, idéias sobre universos paralelos, a hipótese de Gaia, dos biólogos Lynn Margulis e James Lovelock, e teorias de complexidade, que tentam demonstrar como comportamento complexo, inclusive a própria vida, pode ser gerado por processos de auto-organização espontânea.
Os argumentos de Horgan possuem vários pontos fracos. Um deles é que vários cientistas de calibre, incluindo Lord Kelvin, argumentaram, no final do século passado, que a física havia chegado ao fim; com os triunfos da mecânica, do eletromagnetismo, e da termodinâmica (à qual Kelvin deu contribuições cruciais), nada de mais fundamental poderia ser descoberto. Ironicamente, quando Kelvin morreu em 1907, a física passava por profunda revolução, com a hipótese dos quanta de Max Planck e a relatividade especial de Einstein.
A ciência não tem uma evolução monotônica, a partir da qual possamos construir extrapolações sobre seu progresso conceitual. Me parece que o sr. Horgan está com muita pressa, impaciente com a demora de novas revoluções conceituais na ciência. Será que ele teme ficar sem idéias sobre o que escrever? Argumentos dessa natureza parecem ignorar como o progresso conceitual da ciência se dá a partir de suas limitações. Por exemplo, a mecânica newtoniana não pode ser aplicada na descrição do comportamento dos átomos ou de corpos com velocidades próximas à da luz. Dessas limitações surgiram a mecânica quântica e a teoria da relatividade.
O "mapa da realidade física", que Horgan considera ser _e sem dúvida é_, um grande sucesso, está repleto de seriíssimos problemas conceituais, como por exemplo a incompatibilidade da mecânica quântica e da teoria da relatividade geral na descrição da infância do Universo ou na física de buracos negros. Isso sem falar de novas fronteiras na ciência, como por exemplo o funcionamento do cérebro ou a engenharia genética.
Achar que chegamos ao fim de nossas explicações de fenômenos naturais, quando temos tantas questões em aberto, é extremamente pretensioso; a Natureza sempre nos surpreenderá, forçando-nos a expandir as fronteiras do conhecimento. Infelizmente para alguns, essa expansão requer muita paciência, tenacidade e humildade intelectual.
especial para a Folha
Em 1996, o jornalista John Horgan, que escreve para a revista "Scientific American", publicou o livro "O Fim da Ciência". Nele, Horgan argumenta que a ciência, especialmente a ciência pura ou fundamental, chegou ao seu fim; que as descobertas principais já foram feitas, e o que restou para as futuras gerações de cientistas são meros detalhes.
Como não poderia deixar de ser, o livro causou enorme sensação, instigando inúmeros debates entre Horgan e seus oponentes. Segundo Horgan, o grande problema da ciência moderna é seu próprio sucesso; cientistas conseguiram criar um "mapa da realidade física" que se estende desde o microcosmo de quarks e elétrons ao macrocosmo de planetas, estrelas e galáxias.
Horgan argumenta que devido ao sucesso desse mapa da realidade física, baseado na mecânica quântica e na relatividade, nada de realmente fundamental vai ser adicionado ao corpo de conhecimento científico. Apenas buracos nesse mapa serão tapados por cientistas pouco ambiciosos. O problema, para Horgan, são os cientistas "ambiciosos", que não se contentam em tapar buracos deixados por seus antecessores. Eles criam o que Horgan chama de "ciência irônica", baseada em mera especulação, que gera mais especulação e só isso, desvinculada da realidade física. Ou seja, que a ciência fundamental está se aproximando da filosofia ou mesmo da teologia em seu desespero de gerar idéias revolucionárias.
Como exemplos de "ciência irônica", Horgan cita a teoria de supercordas da física de altas energias, idéias sobre universos paralelos, a hipótese de Gaia, dos biólogos Lynn Margulis e James Lovelock, e teorias de complexidade, que tentam demonstrar como comportamento complexo, inclusive a própria vida, pode ser gerado por processos de auto-organização espontânea.
Os argumentos de Horgan possuem vários pontos fracos. Um deles é que vários cientistas de calibre, incluindo Lord Kelvin, argumentaram, no final do século passado, que a física havia chegado ao fim; com os triunfos da mecânica, do eletromagnetismo, e da termodinâmica (à qual Kelvin deu contribuições cruciais), nada de mais fundamental poderia ser descoberto. Ironicamente, quando Kelvin morreu em 1907, a física passava por profunda revolução, com a hipótese dos quanta de Max Planck e a relatividade especial de Einstein.
A ciência não tem uma evolução monotônica, a partir da qual possamos construir extrapolações sobre seu progresso conceitual. Me parece que o sr. Horgan está com muita pressa, impaciente com a demora de novas revoluções conceituais na ciência. Será que ele teme ficar sem idéias sobre o que escrever? Argumentos dessa natureza parecem ignorar como o progresso conceitual da ciência se dá a partir de suas limitações. Por exemplo, a mecânica newtoniana não pode ser aplicada na descrição do comportamento dos átomos ou de corpos com velocidades próximas à da luz. Dessas limitações surgiram a mecânica quântica e a teoria da relatividade.
O "mapa da realidade física", que Horgan considera ser _e sem dúvida é_, um grande sucesso, está repleto de seriíssimos problemas conceituais, como por exemplo a incompatibilidade da mecânica quântica e da teoria da relatividade geral na descrição da infância do Universo ou na física de buracos negros. Isso sem falar de novas fronteiras na ciência, como por exemplo o funcionamento do cérebro ou a engenharia genética.
Achar que chegamos ao fim de nossas explicações de fenômenos naturais, quando temos tantas questões em aberto, é extremamente pretensioso; a Natureza sempre nos surpreenderá, forçando-nos a expandir as fronteiras do conhecimento. Infelizmente para alguns, essa expansão requer muita paciência, tenacidade e humildade intelectual.
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