A emoção do não-saber

Nossa ciência, pela realidade que percebemos, é incompleta

O objetivo da física é interpretar o mundo à nossa volta. Essa afirmativa parece simples mas, quando analisada em detalhe, vê-se logo que existem várias qualificações a serem feitas.
Para começar, que mundo é esse "à nossa volta"? Essa questão está relacionada com nossa definição de realidade. Como estabelecer o que é real? Certamente, antes de querer interpretar a realidade, temos de saber o que estamos interpretando.

Uma pedra, quando largada de uma certa altura, cai em direção ao chão. Esse é um fenômeno claro, dado que podemos ver a pedra caindo e, assim, medir seu tempo de queda, como este varia com a altura inicial da pedra, com sua velocidade inicial etc. Mas nem todos os fenômenos que ocorrem são assim tão simples.

Micróbios também estão caindo, mesmo que não possamos vê-los. O ponto aqui é que a definição de realidade, do que a física "mede", depende do que podemos ver. E o que podemos ver, por sua vez, depende dos instrumentos que usamos para ampliar nossa percepção da realidade. A conseqüência desse raciocínio é simples: jamais poderemos ter uma descrição completa da realidade, pelo simples fato que jamais poderemos "vê-la" por inteiro. Estamos condenados a uma visão míope do real.

Conseqüentemente, nossa ciência, enquanto descrição da realidade que podemos perceber, é necessariamente incompleta. Isso pode ser um choque para aqueles que acham que a ciência é dona da verdade absoluta ou que os cientistas sabem tudo. Grande ilusão. Sabemos aquilo que podemos averiguar sobre o mundo. O mundo, ou melhor, o Universo, seja ele macro ou micro, é bem mais amplo do que o que podemos medir.

Mas é justamente essa limitação que torna a pesquisa em ciência emocionante. Sabemos que um pouco além reside o desconhecido. E que esse além estará sempre lá. Estamos sempre descobrindo algo de novo, muitas vezes inesperado, sobre o mundo. Ou, se nada de novo aparece, estamos sempre aprimorando as teorias e modelos que já tínhamos, baseados em medidas melhores e mais precisas. Existe uma sinergia entre o que podemos observar e a nossa descrição da natureza.

Quanto mais poderosos nossos instrumentos, mais longe enxergamos: seja na direção de galáxias a bilhões de anos-luz de distância, seja na direção do muito pequeno, muito além do núcleo atômico. Acabo de visitar a maior máquina do mundo, o acelerador de partículas chamado LHC, do inglês "Large Hadron Collider" (Grande Colisor de Hádrons). Hádron é o nome genérico dado a partículas que interagem entre si por meio da força nuclear forte, a mesma que mantêm o núcleo atômico coeso, apesar da repulsão elétrica dos prótons. Uma colaboração de mais de 35 países, inclusive o Brasil, o LHC consiste num túnel circular de 27 km enterrado a 100 m de profundidade, perto de Genebra, na Suíça. Ele será inaugurado no ano que vem.

Sua função é acelerar prótons em direções opostas e colidi-los a velocidades próximas à da luz. Com isso, sua energia é transformada em matéria (da fórmula E=mc2), e novas partículas são forjadas. O LHC é uma espécie de microscópio gigante, o maior já construído, que permitirá uma visão totalmente nova do mundo do muito pequeno. É seguro afirmar que muitas surpresas vão ocorrer.

Conversei com o físico teórico John Ellis, que deverá visitar o Rio em agosto, sobre o experimento. "E se suas teorias estiverem erradas?" perguntei. "Ah, acho difícil", disse ele. "Mas seria fantástico! Imagine só o quanto aprenderíamos sobre o Universo."

As dimensões do espaço

Como saber se a nossa percepção da realidade não é enganosa?

Quantas dimensões espaciais existem? "Fácil", diria o leitor, "são três: comprimento, largura e altura. Ou, se você preferir, norte-sul, leste-oeste e a vertical". Sem dúvida, são essas as dimensões que percebemos no nosso dia-a-dia, as dimensões em que nos locomovemos. Mas será que é só isso? E se existirem dimensões que são invisíveis aos nossos olhos, ou mesmo microscópicas, por serem muito pequenas? Como se certificar de que nossa percepção da realidade não é enganosa?
Dou um exemplo. Imagine uma mangueira num jardim. De perto, a mangueira é um cilindro bem longo, tendo duas dimensões: seu comprimento e sua circunferência. Uma formiga pode tanto andar ao longo da mangueira quanto dar voltas ao seu redor. Mas, de longe, a mangueira vai se parecendo cada vez mais com uma linha e menos com um tubo.

Perdemos a percepção de que ela tem também uma largura. Bem de longe, a mangueira é indistinguível de um objeto com uma dimensão apenas, seu comprimento. Nem sempre nossa percepção da dimensionalidade do espaço corresponde à realidade. Tudo depende de perspectiva e da precisão dos nossos instrumentos de medida.

Como dizia o filósofo francês do final do século 17 Bernard Le Bovier de Fontenelle, queremos sempre saber mais do que enxergamos. A filosofia (leia-se busca pelo conhecimento) é conseqüência da combinação da nossa curiosidade com nossa miopia. Voltando às dimensões do espaço, talvez sejamos apenas míopes. Em matemática, pensar sobre dimensões extras é relativamente simples. Basta adicioná-las às equações descrevendo às propriedades do espaço. Essa é uma das maravilhas da matemática, nos fornecer meios de especular sobre realidades imaginárias, cuja estrutura depende apenas de consistência lógica, sem qualquer compromisso com a realidade. Mas em física a coisa é diferente.

As ciências físicas têm como missão descrever a realidade natural, além das aparências ou das especulações. Podemos especular sobre quantas dimensões espaciais existem, mas a realidade é uma só. A física busca por uma descrição da realidade cada vez mais completa.

A idéia de que existem dimensões extras surgiu em 1919. O físico-matemático alemão Theodor Kaluza sugeriu que duas forças fundamentais da natureza, a gravidade e o eletromagnetismo, são, na verdade, uma só quando vistas em um espaço de quatro dimensões espaciais. Ou seja, ilhados na nossa percepção da realidade, limitada à três dimensões, deixamos de vislumbrar a unidade fundamental que existe na natureza. Essa idéia tem um apelo que vai além do científico.

Hoje, físicos continuam a formular teorias de unificação das forças em espaços com mais de três dimensões. Desde a época de Kaluza, foram descobertas mais duas forças fundamentais, as forças nucleares forte e fraca, que atuam no interior do núcleo atômico. Para acolher essas duas novas forças, segundo as teorias atuais, são necessárias nove dimensões espaciais, seis a mais do que as que percebemos. Onde estão elas?

Se existem, são muito pequenas para serem percebidas, mesmo com nossos microscópios mais poderosos. Existe a possibilidade, remota, de que seus efeitos sejam medidos em uma máquina gigantesca prestes a entrar em funcionamento na Suíça, um acelerador de partículas conhecido como LHC, que já mencionamos em outras colunas. Caso não sejam, provavelmente serão décadas até que possamos testar essa idéia. No meio tempo, é bom lembrar de que o que vemos é apenas a pequena parte da realidade.

O filósofo do amor

Como o grego Empédocles via a força que torna a matéria coesa

C omo em dois dias estaremos celebrando o dia dos namorados (ou vocês estarão, pois aqui nos EUA a data é comemorada em 24 de fevereiro), achei oportuno refletir um pouco sobre como o amor está entrelaçado com as raízes da física. Nada parece mais absurdo, não é? Amor e física juntos. Mas um dos grandes filósofos da Antiguidade, o grego Empédocles, pensava assim.

Estamos falando de um passado remoto, em torno de 450 a.C., quando a física, ou mesmo o conceito de ciência como ela é entendida hoje, não existia. Tudo havia começado 150 anos antes, quando Tales de Mileto, considerado o primeiro filósofo grego, fez a pergunta que inaugurou a tradição intelectual que iria gerar, 2.000 anos mais tarde, o pensamento científico moderno: "De que tudo é feito? Qual é a composição material das coisas?"

Tales e seus discípulos da chamada escola milesiana (mais um grupo de filósofos do que uma escola filosófica propriamente dita) deram respostas que demonstravam sua crença de que a n atureza é uma entidade viva, dinâmica, sempre em transformação. Tales afirmou que tudo é água, enquanto Anaxímenes disse que tudo é ar. Outro dos milesianos, o enigmático Heráclito, favorecia o fogo, devido à sua capacidade de transformar a matéria. Cada um tinha a sua resposta para a essência material do cosmo. A

coisa complicou quando Parmênides, o fundador de outra linha filosófica muito influente, dizia o oposto: se você quer entender a essência das coisas, não olhe para o que muda, mas para o que é imutável, eterno. Segundo ele, o que muda pode nos enganar. E agora? A essência da realidade é transformação ou o que é imutável?

É aqui que entra Empédocles. Seu objetivo era tentar resolver esse aparente impasse filosófico entre o que chamamos de filosofia do ser e do devir. Empédocles sugeriu -e parece que foi o primeiro a dizer isso- que a matéria tem quatro "raízes" (a palavra "elementos" surgiu mais tarde, mas vamos usá-la daqui por diante): terra, água, ar e fogo, portanto juntando três dos elementos sugeridos individualmente pelos milesianos.

Ele postulou que esses quatro elementos são irredutíveis ou "fundamentais", ou seja, que eles não são compostos por outros elementos. Eles seriam a essência da matéria, eterna e imutável. Para conciliar as duas linhas de pensamento, Empédocles sugeriu que os quatro elementos poderiam se combinar ou separar-se de acordo com a ação de duas tendências: o amor, que une, e a discórdia, que separa. Com isso, foi o primeiro a sugerir uma interação entre formas de matéria que pode ser tanto atrativa quanto repulsiva.

Através da ação dessas duas interações, os quatro elementos criam as transformações que produzem o caráter dinâmico da natureza, ora criando formas e padrões simples ou complexos por meio do amor, ora destruindo-os por meio da discórdia. Não é nada surpreendente que Empédocles tenha usado o amor para representar a união da matéria. Afinal, é o que vemos acontecer à nossa volta e nas nossas vidas.

O que é surpreendente é que tenhamos esquecido essa construção poética da realidade, quando nos referimos apenas a forças de atração e de repulsão entre as partículas de matéria. Mesmo que não possa ser chamado de ciência, o pensamento de Empédocles capturou a essência do que anima a natureza: a atração e a repulsão da matéria, desde suas formas mais simples e primitivas até as mais complexas, dos elétrons aos homens.

Conversa sobre ETs

Nós, humanos, somos os gênios ou os idiotas do Universo?

Na semana passada, escrevi sobre o romance "Contato", de Carl Sagan, que explora a possibilidade de um primeiro contato com uma civilização extraterrestre muito mais avançada do que a nossa. Desde então, venho refletindo sobre a questão da nossa inteligência dentro de uma perspectiva mais cósmica e menos antropocêntrica.

Em geral, quando falamos de inteligência, nos comparamos a algum "gênio" ou "idiota" que conhecemos, ou a algum animal. Apesar de ser raro pensarmos sobre inteligência de forma mais abrangente, a reflexão sobre a possibilidade de vida extraterrestre inevitavelmente leva a isso. Afinal, somos gênios ou idiotas? Imagine que, na semana que vem, cientistas anunciem que foi descoberta vida em Marte. Nada de homenzinhos verdes, apenas organismos unicelulares feito nossos paramécios e amebas.

Qual seria o impacto de uma notícia dessas? Não sei se o leitor se lembra do pronunciamento de agosto de 1997, feito pelo então presidente norte-americano Bill Clinton, sobre a possível descoberta de vida em Marte. No caso, a vida estaria num meteorito que viajou de lá até aqui e que foi encontrado enterrado sob o gelo da Antártica. Após muito debate, ficou concluído que o meteorito fora contaminado por vida terrestre (embora alguns ainda achem que era mesmo vida marciana). Mas vamos supor que a descoberta tivesse sido confirmada: existe vida primitiva em Marte. E daí? Muita coisa.

A descoberta implicaria que a vida é possível em outro planeta. O fato de a vida existir num planeta próximo da Terra onde as condições são extremamente hostis confirmaria que ela é incrivelmente resistente e criativa. Conseqüentemente, se a vida existe num planeta frio e seco, com atmosfera de baixa densidade e sem oxigênio (ele compõe apenas 0,13% da atmosfera, dominada por gás carbônico), ela deve existir em muitos outros planetas. Talvez haja bilhões deles apenas na nossa galáxia.

Supondo, bastante razoavelmente, que os preceitos da teoria da evolução são aplicáveis a todas as formas de vida, a possibilidade de bilhões de planetas terem algum tipo de vida tem conseqüências profundas. Obviamente, mesmo se formas de vida multicelular forem muito mais raras do que as unicelulares (foram necessários quase 2 bilhões de anos até surgirem os primeiros seres multicelulares na Terra), seres multicelulares existirão pela galáxia afora.

Veja que, na Terra, foram necessários em torno de 500 milhões de anos para seres multicelulares virarem seres inteligentes, isto é, nós. Como a galáxia tem em torno de 10 bilhões de anos, a vida teve tempo de sobra para fazer a transição de unicelular a multicelular inteligente. Segundo esse ponto de vista, a galáxia deve ter muitas civilizações inteligentes. Ademais, como nossa tecnologia só começou a avançar rapidamente há uns 200 anos, somos os bebezinhos tecnológicos da galáxia.

Devem existir incontáveis civilizações muito mais avançadas do que nós. Ou não... Em 60 anos de tecnologia nuclear, escapamos por pouco de conflitos com potencial de varrer a vida humana no planeta. A ameaça ainda existe. Será esse o obstáculo maior à sobrevivência de uma civilização? Será que a definição de inteligência é a capacidade de agir coletivamente para a preservação da espécie? Nesse caso, somos gênios ou idiotas? Lendo as manchetes dos jornais, a Rússia desenvolvendo novas armas nucleares, os EUA querendo criar escudos antimísseis, os iranianos querendo imitar o Paquistão e a Índia, fica difícil nos considerar gênios. Espero, de coração, que eu esteja enganado.

Conversa com ETs

Talvez eles sejam um modelo do que podemos ser no nosso futuro

Semana passada, reli o romance de ficção científica "Contato", do famoso astrônomo e divulgador de ciência norte-americano Carl Sagan. Mais uma vez, o livro me surpreendeu pela sua clareza e pela intensidade de sua narrativa. Uma montanha de tópicos importantes é abordada, desde os princípios da radioastronomia e os absurdos da Guerra Fria (o livro foi publicado em 1985) até questões relacionadas com o embate entre ciência e religião.

Para quem não se lembra, o livro explora o primeiro contato entre nós e os seres extraterrestres. Sagan tenta manter a ciência em xeque, usando apenas conceitos aceitos, mesmo que alguns deles sejam bem especulativos. Ele foi um dos pioneiros do programa Seti, que busca inteligências extraterrestres (do inglês Search for Extra-Terrestrial Intelligence) usando antenas parabólicas gigantescas capazes de captar sinais de rádio de fontes extremamente distantes.

A idéia é bem simples. Do mesmo modo que, ao sintonizarmos um rádio numa estação de FM, digamos, 93,5 megahertz (93,5 milhões de ciclos por segundo), estamos captando ondas transmitidas de uma antena distante nessa freqüência específica, poderíamos sintonizar nossos radiotelescópios para receber sinais emitidos por "rádios" alienígenas, ou seja, transmissões de ondas de rádio vindas de outros planetas.

Vale esclarecer que ondas de rádio não têm nada a ver com o som que sai dos alto-falantes de um rádio. Elas são ondas eletromagnéticas viajando à velocidade da luz, semelhantes à luz visível mas com freqüências bem menores. O rádio é um aparelho capaz de transformar essas ondas eletromagnéticas invisíveis em ondas de som que podemos ouvir. Você está sempre rodeado de inúmeras ondas eletromagnéticas invisíveis aos olhos.

Fora as diversas ondas de rádio de todas as estações de AM, FM e TV, existem também microondas, e ondas no infravermelho e no ultravioleta. Se pudéssemos ver essas ondas todas, nossa realidade seria completamente caótica! Sagan explora com maestria essa possibilidade de ouvirmos extraterrestres. A heroína da história (já algo de muita importância, uma mulher como protagonista em uma obra de ciência) capta sinais extraterrestres.

Uma vez que a Terra gira, um consórcio mundial é montado para que o sinal seja captado continuamente. A mensagem, quando decifrada, tem informação de como construir uma máquina. Interessante que, no livro, cinco cientistas viajam, enquanto que, no excelente filme dirigido por Robert Zemeckis só vai um.

Claro que é um americano. (Ou melhor, americana.) Mas o interessante aqui é a discussão sobre a construção da máquina. Como nós reagiríamos numa situação dessas? Alguns argumentam que a máquina é uma bomba que destruirá a Terra. Outros que é uma espaçonave que trará os ETs aqui para nos escravizar. Por trás desses medos reside uma questão importante: se recebêssemos uma mensagem de ETs, será que deveríamos responder? Afinal, somos uma civilização extremamente imatura tecnologicamente.

Nossos primeiros rádios têm pouco mais de 80 anos. Certamente, outra civilização inteligente seria mais avançada. E se ela tivesse intenções destrutivas? Afinal, veja o que os europeus fizeram com suas colônias. Sagan demonstra seu otimismo ao imaginar ETs muito mais avançados e sábios do que nós, capazes de criar realidades virtuais indistinguíveis do mundo real. Os ETs são essencialmente o que chamaríamos de deuses. Talvez um modelo do que poderemos vir a ser no futuro, se soubermos conter nossos instintos destrutivos.

Sobre os campos

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

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

Essa noção de campo de força era mesmo meio mágica e parecia ser coisa do futuro, de ficção científica. Mal sabia eu então que nosso próprio planeta também tem um campo de força, no caso o campo magnético terrestre, que nos protege de outros invasores do espaço, os raios cósmicos e a radiação e as partículas vindas do Sol. Foi durante o século 19 que o conceito de campo tomou forma, a partir dos trabalhos do inglês Michael Faraday e do escocês James Clerk Maxwell. Faraday era o físico experimental por excelência, brilhante em sua intuição sobre as propriedades da eletricidade e do magnetismo. Foi ele quem descobriu que o magnetismo pode gerar uma corrente elétrica.

O experimento é bem simples: basta ter um imã e um fio circular. Passando o imã dentro do fio, como uma bola de basquete no aro da cesta, cria-se uma corrente elétrica no fio. O essencial aqui é que o imã tem de estar em movimento. Faraday visualizou o resultado de sua experiência através do que chamou de "linhas de força", representações espaciais da presença da eletricidade e do magnetismo nos objetos. Por exemplo, uma carga elétrica esférica tem linhas de força que emanam radialmente do seu centro, feito cabelos no estilo punk. Maxwell generalizou as idéias de Faraday, criando o conceito de campo.

Essencialmente, o campo reflete a presença de alguma fonte no espaço à sua volta. Por exemplo, o campo da carga elétrica é esse conjunto de linhas de força radiais. Mesmo sem vermos a carga elétrica, podemos sentir sua presença por meio de seu campo. Basta aproximarmos outra carga elétrica dela e observaremos que, se for positiva, será repelida, e se for negativa, será atraída. Maxwell obteve as equações que descrevem o comportamento dos campos elétricos e magnéticos criados por cargas e imãs, mostrando que são manifestações de uma coisa só, o campo eletromagnético.

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

Com o desenvolvimento da física atômica, o conceito de campo ganhou ainda mais importância. Hoje os físicos representam as partículas elementares da matéria (elétrons, quarks etc.) como sendo flutuações de um campo, no caso, do campo dos elétrons e dos quarks. É comum não se falar mais de partículas, apenas de seus campos associados e de como eles interagem entre si. Tudo isso ocorre a distâncias subatômicas, completamente fora do alcance dos nossos sentidos e sem nenhum efeito macroscópico. Esses são os campos quânticos, que volta e meia aparecem citados em livros e filmes esotéricos. Ao que tudo indica, sua ação só é relevante em escalas submicroscópicas. A união espiritual do homem com o cosmo ocorre por meio de nossa busca por significados. Aí sim a física pode oferecer um caminho, uma visão de mundo.

A célula e o tribunal

Pesquisa com embrião deve ser debatida sem viés religioso

Dia 20 de abril de 2007 ficará registrado como a data em que o Supremo Tribunal Federal (STF) realizou, pela primeira vez nos seus 178 anos de história, uma audiência pública. Nada como a transparência para alavancar o processo democrático que, sem ela, é inviável.

A pauta não poderia ter sido mais apropriada e relevante: a decisão sobre o uso de células-tronco embrionárias nas pesquisas que visam desenvolver curas para uma série de doenças que matam ou incapacitam milhões de pessoas, do mal de Parkinson e do diabetes às paralisias causadas por danos à medula espinhal.Fiquei orgulhoso quando soube que 96% dos senadores e 85% dos deputados federais aprovaram a passagem da Lei de Biossegurança em 2005, e que o Presidente da República fez o mesmo.

Decisões como esta estão sendo duplicadas pelo mundo afora, pelo menos nos países que levam a pesquisa científica a sério, dada a promessa clínica desses futuros tratamentos. Mas meu orgulho durou pouco. Foi durante a sessão aberta do STF, onde 34 cientistas foram convidados para depor sobre a questão das células-tronco e suas implicações éticas, que a natureza do processo ficou clara.

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

A questão debatida assiduamente pelos cientistas, e que monopoliza a opinião pública, é determinar onde começa a vida. Entretanto, a resposta é completamente irrelevante para este debate. Isto por que não se está propondo a criação de fábricas de embriões para extração de suas células-tronco, a clonagem de humanos ou outros cenários funestos que incitam os piores pesadelos de livros e filmes de ficção científica.

O que se propõe é a utilização dos embriões que seriam descartados por clínicas de reprodução por serem inviáveis, como argumentou a pró-reitora de pesquisa da USP, a geneticista Mayana Zatz. Que fim mais digno pode ter um embrião condenado à destruição do que participar de uma pesquisa que tem o potencial de salvar milhões de pessoas? A escolha me parece semelhante, ao menos em parte, à dos que doam seus órgãos para transplantes.

Ao menos partes de seus corpos poderão ajudar aqueles em necessidade, em vez de apodrecerem sob a terra ou de serem cremadas. Focar o debate constitucional na questão de onde começa a vida é desviá-lo para o inevitável conflito religioso, tirando seu mérito científico. Não surpreende que Fonteles, franciscano, tenha acusado a doutora Zatz, judia, de ser influenciada por sua religião, que diria que a vida começa no nascimento e não na fecundação.

Ora, é claro então que a posição de Fonteles é baseada em sua fé e não em qualquer consideração científica. A primeira audiência pública do STF, um momento histórico para o Brasil, transformou-se numa troca de acusações de cunho religioso. Enquanto isso, milhões de pessoas continuam morrendo e os embriões apodrecendo nos congeladores ou no lixo.

A questão do uso de embriões decretados inviáveis para reprodução na pesquisa médica deve ser separada da questão religiosa. A missão da ciência é aliviar o sofrimento humano. A da religião também. A única inconstitucionalidade aqui é ir contra os votos dos representantes do povo e impedir que essa missão seja cumprida.

Rebolado Cósmico

E o que faz a estrela rebolar? Sua corte de admiradores!

Nos últimos dias de abril, uma notícia estampou as manchetes de jornais do mundo inteiro: cientistas descobriram um planeta com propriedades semelhantes às da Terra, circulando uma estrela a 20 anos-luz de distância. A descoberta é importante por vários motivos. Primeiro, porque é extremamente difícil detectar exoplanetas, planetas que giram em torno de estrelas distantes, feito nós giramos em torno do Sol.

Mais difícil ainda é detectar planetas de porte modesto, com massas semelhantes à da Terra. Segundo, porque a estrela central daquele sistema planetário, a Gliese 581, está relativamente perto. Em termos astronômicos, 20 anos-luz não é muita coisa. Como comparação, as estrelas mais próximas do Sol, na constelação do Centauro, estão a aproximadamente 4,5 anos-luz de distância.

Ou seja, a luz delas, viajando a 300 mil km/segundo, demora 4 anos e meio para chegar até nossos olhos. Gliese 581 está apenas 5 vezes mais distante, praticamente nossa vizinha. A descoberta demonstra algo que já se suspeitava; a Terra não é uma anomalia astronômica. Existem outros planetas semelhantes à ela. Essa e outras descobertas indicam que planetas com características terrestres são abundantes.

Numa estimativa conservadora, ao menos um décimo das estrelas na Via Láctea são orbitadas por planetas como a Terra. Como existem em torno de 100 bilhões de estrelas na nossa galáxia, estamos falando de umas 10 bilhões de Terras espalhadas pelo espaço. As observações em si são um feito tecnológico notável.

Os astrônomos usaram um espectroscópio de alta definição, um aparelho que analisa as propriedades da luz vinda da estrela. A luz que passa pelo espectroscópio é captada por um telescópio operado pelo Observatório Europeu do Sul (European Southern Observatory) em La Silla, no Chile.

O método de detecção de planetas usa um efeito bem conhecido, o efeito Doppler: quando uma ambulância se aproxima tocando sua sirene, ouvimos a freqüência do som aumentar; mas quando se afasta, o som se torna mais grave para os nossos ouvidos. O mesmo ocorre com ondas de luz: quando a fonte de luz se aproxima, sua freqüência aumenta e a luz fica mais azulada; quando se afasta, a freqüência diminui e a luz fica avermelhada.

O que os astrônomos detectam é uma variação na luz da estrela, que ora se aproxima e ora se afasta da gente, numa espécie de rebolado cósmico. E o que faz, então, a estrela rebolar? Sua corte de admiradores, em outras palavras, os seus planetas! Quanto mais massa e mais próximos estiverem os planetas, maior a atração gravitacional exercida por eles sobre a estrela e mais ela rebola.

Medindo a variação na freqüência da luz da estrela, relacionada com a amplitude do seu rebolado, astrônomos determinam a massa e a distância dos planetas girando à sua volta. A Gliese 581 é uma estrela vermelha do tipo M, com luminosidade 100 vezes menor do que a do Sol. Se o planeta novo, chamado Gliese 581c, estivesse à mesma distância que nós do Sol, seria um mundo congelado, morto. Porém, está 15 vezes mais próximo.

Se sua atmosfera não for densa como a de Vênus, que é um verdadeiro inferno, a temperatura na superfície pode variar entre 0 e 40 graus, perfeita para água líquida e, quem sabe, a vida. É isso que explica o enorme interesse na descoberta. Se outras Terras são comuns, talvez a vida também seja. O próximo passo é tentar analisar a composição da atmosfera do novo planeta. Caso sejam encontrados traços de água, carbono e ozônio, podemos começar a nos sentir menos sozinhos no Universo.

Cordas e partículas

Será que vamos detectar dimensões extra do espaço?

De vez em quando, leitores pedem que eu escreva sobre as supercordas, essa tentativa de construir uma teoria que unifique a matéria e as interações que definem suas propriedades. Neste ano, com a inauguração, na Suíça, de uma máquina chamada Grande Colisor de Hádrons (do inglês "Large Hadron Collider", ou LHC), as supercordas poderão ter seu primeiro teste experimental, mesmo que indireto.

A expectativa é alta. Milhares de artigos (talvez dezenas de milhares) foram escritos nas últimas duas décadas sobre as supercordas e suas várias implicações.Carreiras inteiras vêm sendo dedicadas à construção da teoria. Mesmo que nada seja encontrado no LHC, a teoria continuará viva, na prática.

Mas a ausência de qualquer sinal não será vista com bons olhos pela maioria dos físicos. Afinal, a física é uma ciência empírica, que depende da validação de suas teorias por experimentos. A teoria de cordas é uma tentativa de resolver um dos dilemas mais fundamentais da física: a incompatibilidade entre a mecânica quântica, que descreve o comportamento dos átomos e das partículas subatômicas, como elétrons e quarks, com a teoria de Einstein para a gravidade, a chamada teoria da relatividade geral.

À primeira vista, a incompatibilidade das duas não é surpreendente. Afinal de contas, uma delas lida com o mundo do muito pequeno, enquanto a outra lida com o do muito grande, como estrelas e a expansão do Universo. Porém, uma das conseqüências da expansão cósmica é que o Universo, na sua infância, era muito menor do que é hoje.

Tão menor que suas propriedades devem poder ser descritas pela física das partículas. O problema é que, ao aplicarmos a teoria da relatividade geral a distâncias muito pequenas, obtemos resultados absurdos. Essencialmente, o problema vem do fato de a força gravitacional cair com o quadrado da distância.

Quando essa distância vai a zero, a força vai a infinito. O que fazer? Entram as supercordas. A idéia é que as entidades fundamentais da matéria não são partículas pontuais mas vibrações de tubos de energia, as cordas. Tal como uma corda de violão, que pode vibrar em freqüências diferentes, cada uma relacionada com uma nota musical, as diferentes vibrações das supercordas estão associadas com as partículas de matéria e suas forças. A teoria é extremamente elegante, seguindo os parâmetros geométricos da relatividade geral de Einstein e acomodando-os às leis do mundo quântico.

Vários resultados matemáticos importantes foram obtidos por físicos trabalhando com a teoria. As dificuldades começam quando aprendemos que a teoria das cordas só faz sentido quando formulada em mais de três dimensões espaciais e que demanda a existência de dezenas de partículas ainda não detectadas.

Onde estão essas dimensões invisíveis e essas partículas arredias? As dimensões podem ser tão minúsculas que jamais serão detectadas por máquinas que construirmos. Entretanto, existem versões da teoria nas quais as dimensões extra podem ter efeitos mensuráveis no LHC. Será que vamos detectar dimensões extra do espaço?

E o mesmo ocorre com as partículas extra: algumas versões da teoria prevêem a existência de partículas detectáveis no LHC.Portanto, a esperança de muitos é que alguns sinais surjam nos detectores. E se eles não surgirem? Os defensores das supercordas dirão que só com energias mais altas poderemos detectar sua existência.

Os críticos dirão que a teoria é uma fantasia metafísica que drena recursos de pesquisas mais imediatas e importantes. Como disse Heráclito, a verdadeira constituição das coisas gosta de se ocultar.

A guerra dos mundos

Marte é um planeta provavelmente desprovido de vida.

Que não seja esse o nosso futuro Em 1877, o astrônomo italiano Giovanni Schiaparelli, aproveitando-se de uma maior proximidade do planeta Marte, fez observações detalhadas de sua superfície. Dentro dos limites de seu telescópio, Schiaparelli discerniu o que pareciam ser linhas cruzando o planeta, como se fossem estradas gigantescas.

Chamou-as de "canali", aparentemente sem a intenção de dar-lhes a conotação de canais escavados propositadamente. Mesmo assim, foi esse o sentido que ficou popular. Dezenas de astrônomos voltaram seus telescópios para Marte, na tentativa de desvendar os segredos dos misteriosos canais.

Entre eles estava o milionário americano Percival Lowell, que largou seus negócios em Boston para construir um observatório de porte numa montanha do Arizona.Em 1895, Lowell publicou um livro com suas observações. Os canais, segundo ele, estavam mesmo lá, obras de porte gigantesco, estendendo-se por milhares de quilômetros sobre a superfície marciana.

Se fossem menores não poderiam ser vistos com os telescópios da época. Lowell chegou a comparar a situação com a Terra, se observada de Marte. Nenhum traço da presença humana seria detectado. Talvez as enormes plantações de milho e trigo no oeste americano, que os marcianos veriam mudar de cor nas diferentes estações, especulou.

Segundo ele, só havia uma explicação: os marcianos, que habitavam as regiões equatoriais do planeta, estavam morrendo de sede. Os canais, obras que seriam impossíveis com a tecnologia mais avançada da época, dirigiam água das calotas polares até plantações nos trópicos. O maior canal da Terra, o canal de Suez, aberto em 1869, tinha "apenas" 163 km. Os marcianos existiam, e eram muito mais avançados do que nós.

O livro de Lowell causou sensação. Dentre os entusiasmados com a possibilidade de vida em Marte estava o escritor inglês H. G. Wells. Em 1895, Wells havia publicado seu primeiro sucesso de ficção científica, "A Máquina do Tempo". Inspirado por Lowell e pela ciência da época, em 1898 Wells publica "A Guerra dos Mundos".

O livro conta a história de uma invasão marciana. Não havia qualquer intenção de comunicação por parte deles. Eles vieram para dominar a Terra e para beber o sangue dos terrestres. Usando idéias da teoria da evolução, Wells propôs que os marcianos fossem essencialmente o nosso futuro: seres muito mais inteligentes, seus corpos sendo invólucros para seus enormes cérebros.

Os únicos membros eram tentáculos que faziam o papel dos dedos das nossas mãos. Eles haviam evoluído a tal ponto que não comiam (apenas injetavam sangue diretamente em suas veias), não dormiam e sua reprodução era assexuada. Segundo Wells, eles haviam se libertado da prisão sensorial em que vivemos, vítimas que somos de nossos desejos e das nossas sensações.

O livro faz o que é comum em ficção científica: extrapolar a ciência da época para explorar também conseqüências éticas e morais. Tanto assim que, as duas adaptações para cinema, a de 1953, dirigida por Byron Haskin e a de 2005, dirigida por Steven Spielberg, adaptam a temática do livro para a sua realidade social. A de 1953 ecoa a era atômica e a Guerra Fria. Não existe qualquer motivo senão a aniquilação dos humanos.

Na de 2005, o foco é a desintegração da família e o medo da ameaça terrorista. Os ETs não são mais de Marte, pois sabemos que de lá não poderiam vir. Os canais de Lowell eram miragens. Marte é um planeta que, ao menos hoje, é provavelmente desprovido de vida. Esperemos que não seja esse o nosso futuro. A data de hoje é propícia para refletirmos sobre isso.

Sobre a Verdade

Além de toda a subjetividade humana, o que é real ou não?

O que é a verdade? O dicionário (Aurélio) nos diz que verdade é "conformidade com o real". Complicado isso, já que determinar o que é ou não "real" não é trivial. O que é real para uns, por exemplo, anjos, fadas e duendes, pode não ser para outros.

Segundo essa definição, para determinaram o que é verdadeiro temos que conhecer bem a realidade.E como fazer isso? Como distinguir, além da subjetividade humana, o que é real ou não? Esse é o problema, separar fato de opinião, o que é real "de verdade" do que é apenas fruto de uma visão pessoal ou de crenças de um grupo de pessoas.

Se tudo o que fazemos está ligado de um modo ou outro a quem somos, como, então, definir o que é verdade? Uma possibilidade é estabelecer categorias de verdade. No topo, ficam as verdades absolutas, que transcendem o elemento humano. Elas independem de opinião, de afiliação partidária, de religião, de contexto histórico ou de geografia.

São as verdades matemáticas, as que podem ser afirmadas categoricamente, como por exemplo: 2+2=4. Essa afirmação, uma vez compreendidos os símbolos, é tida como verdadeira. Ela é verdadeira para nós, para os monges de um monastério no Tibet, para sacerdotes egípcios que viveram há quatro mil anos, ou para supostas inteligências alienígenas que existam pelo cosmo afora.

Como esta, existem muitas outras, baseadas em asserções matemáticas que dependem da percepção de objetos no mundo. Se vemos uma pedra podemos associar uma unidade a ela ("uma" pedra). Se vemos uma podemos ver mais de uma e, com isso, construir uma aritmética. São muito úteis essas verdades matemáticas, mas menos interessantes.

Não que a matemática pura seja pouco interessante, pelo contrário. Existem complicações mesmo nela, inclusive ao nível mais elementar, algo que podemos tratar num outro domingo. Mas por serem verdades absolutas e, portanto, longe da confusa realidade humana, não dão muito espaço para a polêmica. A coisa fica complicada quando se discute, por exemplo, a realidade física. O Universo, ou melhor, nossa concepção dele, mudou muito nos últimos 500 anos. Para uma pessoa da Renascença, antes de Nicolau Copérnico (1473-1543), o cosmo era finito, com a Terra imóvel no centro.

O céu, a morada de Deus, ficava além da esfera das estrelas fixas. Era ela que marcava o fim do espaço. Após Copérnico e, principalmente, após Johannes Kepler (1571-1630) e Galileu Galilei (1564-1642) nas primeiras décadas do século 17, o Sol passou a ser o centro do cosmo e a Terra um mero planeta.

O que era "verdade" para alguém de 1520 não era para alguém de 1650. E o universo em que vivemos hoje, gigantesco, com centenas de bilhões de galáxias se afastando uma das outras, é completamente diferente do de uma pessoa de 1650. Qual dessas várias cosmologias é verdadeira? Todas e nenhuma delas.

Se definimos como verdade o que construímos com o conhecimento científico que detemos num determinado momento, todas essas versões são verdadeiras. Mas nenhuma delas é a verdade. Dado que jamais poderemos medir com absoluta precisão todas as facetas do cosmo e da Natureza, é essencialmente impossível obter uma versão absoluta do que seja a realidade física.

Consequentemente, a ciência jamais poderá encontrar a verdade. O que podemos fazer - e o fazemos maravilhosamente bem - é usar nossa razão e nossos instrumentos para nos aproximar cada vez mais dessa verdade intangível. É essa limitação que enobrece a ciência, dando-lhe sua dimensão humana.

O sonho de Kepler

Cientista foi autor do primeiro conto de ficção sobre extraterrestres

Em ciência, existem alguns casos famosos de sonhos que inspiraram grandes descobertas. Um deles foi o do químico alemão August Kekulé. Após anos tentando desvendar a estrutura do benzeno, Kekulé, em um devaneio diurno, visualizou uma serpente mordendo o próprio rabo, como no símbolo do Ourobouros. Daí deduziu que o benzeno tivesse a estrutura de um "anel" com seis átomos de carbono.

Einstein também inspirou-se em fantasias diurnas para criar suas teorias ousadas. Numa delas, imaginou-se cavalgando ao lado de uma onda de luz. Note que esses "sonhos" não eram do tipo noturno, mas visões alegóricas que ocorriam durante o dia.Outros cientistas e filósofos usaram alegorias para polemizar ou para atingir uma faixa maior da população, não especializada nas suas disciplinas. Dessas alegorias, talvez a primeira delas, seja o "Sonho", de Johannes Kepler, publicado postumamente em 1634.

Como os leitores do meu romance "A Harmonia do Mundo" sabem, para mim Kepler é um dos personagens mais relevantes e fascinantes da história da ciência, arquiteto, junto com Galileu Galilei e, posteriormente, Isaac Newton, da grande revolução copernicana que, no final da Renascença, redefiniu a visão de mundo da sociedade européia. "Sonho" é um conto de ficção científica -que eu saiba, o primeiro a tratar da possibilidade de vida extraterrestre. No caso, Kepler usou a Lua como cenário.

Como afirmou nas amplas notas que acompanham o conto, seu objetivo foi usar o movimento da Lua como argumento em favor do movimento da Terra. Para tal, Kepler usou a astronomia da época com tremenda coragem intelectual, proclamando que a Lua era muito mais parecida com a Terra do que os filósofos e a Igreja pregavam. Nosso satélite não era feito de éter e sim de pedra, e tinha crateras e montanhas como a Terra.

Kepler adicionou também rios, mares e lagos, onde as criaturas lunares nadavam. Ele imaginava esses seres como sendo inteligentes, capazes, por exemplo, de construir barcos tal como nós aqui na Terra. Existem duas raças de seres, os Subvolvanos e os Privolvanos. (Os nomes são inspirados pelo fato de esses seres verem a Terra revolver nos céus.) Os Privolvanos habitam as regiões do lado oculto da Lua e nunca vêem a Terra.

Suas noites são escuras e frias. Seus dias muito quentes. Já os Subvolvanos estão sempre de frente para a Terra. Suas noites são claras, já que, para eles, a Terra tem o tamanho de 15 luas para nós. Um dia e uma noite para as criaturas da Lua equivalem a um mês terrestre. Kepler cria uma realidade mágica para justificar sua viagem até a Lua.

Influenciado pela mãe, que quase foi queimada na fogueira acusada de bruxarias, conjurou espíritos das sombras capazes de transportar seres humanos pelo espaço. O conto é uma homenagem à sua mãe e à sua crença em uma realidade paralela àquela explicada pela ciência. Mas se a fórmula para se chegar à Lua era mágica e sobrenatural, a análise da astronomia sob o ponto de vista dos seres lunares é firmemente baseada em cálculos e observações.

Outros seres espalhados pelo espaço terão visões diferentes do céu; não somos os únicos a olhar para a noite e a medir o cosmo. Na descrição das criaturas, Kepler chega a mencionar seres "monstruosos e gigantescos", "esponjosos e porosos", formas de vida adaptadas à realidade lunar, completamente diferentes das encontradas aqui.

Ou seja, 250 anos antes de Wallace e Darwin, Kepler antevê que a vida se adapta às condições locais, a semente da idéia da evolução por seleção natural. Nada mal para um mero "sonho".

O truque dos neutrinos

Você é atravessado por trilhões dessas partículas-fantasmas a cada segundo

Durante anos, o físico Ray Davis insistia, contra tudo e todos, que algo estava errado com o Sol. Seu experimento, desenhado para contar quantos neutrinos eram emitidos pelo astro, discordava da previsão dos modelos que descreviam como o Sol produzia sua energia. Ninguém acreditava em Davis, afirmando que seu experimento não poderia estar certo.

Contar neutrinos individualmente, como se fossem bolinhas de gude, não era possível, ao menos não quando eram tão poucos. Essencialmente, o Sol é uma gigantesca usina nuclear. A energia que produz a radiação que nos aquece e que ilumina nossos dias vem da fusão de hidrogênio em hélio na sua região central, o mesmo processo que ocorre na detonação de uma bomba de hidrogênio. Os neutrinos são produtos dessa fusão, transportando energia para fora do Sol.

Eles podem fazer isso devido às sua propriedades extremamente bizarras: neutrinos são conhecidos como partículas-fantasmas, raramente interagindo com outras partículas de matéria. Conseqüentemente, podem atravessar paredes e mesmo planetas como se estivessem viajando pelo espaço vazio. Dia e noite, você é atravessado por vários trilhões de neutrinos por segundo.

É dessa ordem de grandeza número de grãos de areia na praia de Copacabana. Mesmo que neutrinos sejam como fantasmas, como há muitos deles saindo do Sol, de vez em quando um colide com uma partícula de matéria. Essa colisão é o cerne do experimento de Davis. A energia da colisão pode ser medida e, dela, o número de neutrinos pode ser estimado. Quando Davis comparou o resultado de seus experimentos com as previsões da teoria, notou uma discrepância grande.

Existiam apenas três explicações: ou seu experimento estava errado ou o modelo que explica a geração de energia do Sol estava errado -ou os neutrinos são ainda mais estranhos do que imaginávamos. Os astrofísicos insistiam que os modelos estavam certos. Davis insistia que seu experimento estava certo.

Foi então que uma explicação foi proposta, explorando uma possibilidade bizarra até mesmo para os neutrinos. A física de partículas havia determinado que existem três tipos de neutrinos. Os produzidos no centro do Sol são conhecidos como neutrinos do elétron. Os outros dois são os neutrinos do múon e os do tau, partículas parecidas com o elétrons só que mais pesadas.

Os neutrinos são como Sancho Pança, sempre fiéis aos seus Quixotes (os elétrons, os múons e os taus), aparecendo em certas reações em que essas partículas surgem. Segundo essa explicação, o truque dos neutrinos é que eles são capazes de se transformar uns nos outros quando viajam longas distâncias.

Portanto, se um experimento é sensível a apenas um tipo de neutrino, ele detectará menos do que o previsto, já que alguns deles terão se transformado nos outros dois tipos durante a viagem. Foi por isso que Davis mediu menos neutrinos do que o previsto. Dito e feito: outros experimentos confirmaram que a oscilação entre os neutrinos ocorre mesmo.

No Japão, um detector de neutrinos foi construído numa mina abandonada, um tanque com 50 mil toneladas de água pura. Outros dois operam no Canadá e nos EUA. Finalmente, o truque dos neutrinos foi desvendado. Davis ganhou o Prêmio Nobel e ficou claro que entendemos como o Sol brilha. E que continuará a brilhar e a criar neutrinos por mais 5 bilhões de anos.

Solidão cósmica

De 1 milhão de mundos com vida, uma pequena fração terá vida multicelular

Nos últimos 15 anos, astrônomos confirmaram algo que muitos cientistas e, antes deles, filósofos, suspeitavam: o Sol não é a única estrela que tem planetas girando à sua volta. Os planetas nascem juntamente com as estrelas, como conseqüência da implosão gravitacional de nuvens ricas em hidrogênio, hélio, oxigênio e muitos outros elementos.

Ou seja, nosso Sistema Solar não é especial, ao menos no que tange ao fato de ter planetas e luas em órbita de uma estrela central.Vamos então supor que, em média, as estrelas tenham ao redor de si em torno de cinco planetas e um número indefinido de luas. Claro, algumas vão ter mais planetas, outras menos -ou até nenhum planeta. Mas a suposição é razoável dentro do que sabemos hoje.

Como existem em torno de 200 bilhões de estrelas na nossa galáxia, a Via Láctea, nossa suposição implica que cerca de um trilhão de planetas, um trilhão de mundos, circulem pela nossa "vizinhança" cósmica. As aspas são um lembrete de que por vizinhança quero dizer apenas a nossa galáxia, com um diâmetro de 100 mil anos-luz. Uma vizinhança aparentemente grande mas ínfima na escala cósmica, onde existem algumas centenas de bilhões de galáxias, cada qual com seus milhões ou bilhões de estrelas.

Desse trilhão de planetas em nossa galáxia, talvez 1% esteja localizado na "zona habitável", o cinturão que define a distância entre planetas e estrela na qual é possível que exista água líquida: muito perto da estrela o calor evapora a água; muito longe, o frio a congela. No Sistema Solar, a Terra é o único planeta na zona habitável. Mas veja que mesmo essa regra é apenas relativamente útil: Europa, uma das luas de Júpiter -portanto, fora da zona habitável-, tem um oceano de água salgada sob uma crosta de gelo que cobre toda a sua superfície, como um bombom com licor dentro, duro por fora e líquido por dentro.

Desse 1% de planetas com água líquida, em torno de 10 bilhões em nossa galáxia, quantos podem ter desenvolvido vida? Ninguém sabe ao certo. Porém, o que vemos aqui na Terra é que a vida é extremamente criativa e resistente: bactérias foram encontradas sob o gelo das calotas polares, ao redor de chaminés submarinas onde a água ferve e não existe luz ou oxigênio, e até mesmo em piscinas usadas para resfriar reatores nucleares.

Dado que as mesmas leis da química e da física valem em todo o cosmo, não é absurdo supor, e, de fato, não vejo como pode ser diferente, que as leis da bioquímica e da biologia também valham em todo o Universo. Conseqüentemente, é muito provável que formas de vida primitiva tenham aparecido em outros mundos com água líquida. Digamos que 0,01% dos mundos com água líquida tenham vida, um em cada 10 mil. Ficamos com 1 milhão de mundos na Via Láctea com alguma forma de vida primitiva.

Quantos desses mundos desenvolvem seres multicelulares? Mais uma vez, ninguém sabe. Aqui na Terra, a vida permaneceu unicelular por quase 2 bilhões de anos. O pulo para seres multicelulares é difícil. Para seres complexos, como répteis ou mamíferos, maior ainda. Portanto, desse 1 milhão de mundos com vida, uma pequena fração terá vida multicelular. Qual? Ninguém sabe. Digamos 0,01%, o que nos deixa com cem mundos. Deles, talvez alguns tenham vida inteligente, um punhado deles. Ou talvez apenas um, o nosso. Difícil aceitar essa solidão cósmica. Mas pelo que sabemos hoje, ela parece ser inevitável. O que nos torna raros e preciosos.

A matemática da beleza

O belo segue princípios que o artista aprende olhando o mundo

O que conchas de caracóis, galáxias, furacões, os chifres de um bode e a curva do seu lábio superior têm em comum? Todos seguem a mesma curva fundamental, a espiral logarítmica. Não, seus lábios não são uma espiral, mas parte dela. Todas essas formas, além de revelarem uma elegância única, atestam também uma unidade nos processos criativos que existem no mundo natural.

No caso da espiral, ela surge quando a parte externa de um objeto cresce mais rapidamente do que a interna. Observar e apreciar a beleza das espirais equivalem a olhar para o mundo com os olhos de um artista e de um matemático ao mesmo tempo. Por trás dessas e muitas outras formas, existe um número mágico, a chamada seção áurea ou proporção divina, 1,618.

O número aparece na famosa série de Fibonacci, o italiano que em 1202 escreveu um manual de matemática chamado "Livro do Ábaco". Nele, Fibonacci examinou a série de números obtidos ao somarmos os dois anteriores: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144... Quando dividimos um número pelo seu antecessor, a série converge para a seção áurea. Por exemplo, 34/21 = 1,6190..., e 144/89 = 1,61798... Aliás, é essa a razão aproximada da sua altura e da altura do seu umbigo até o chão.

A sessão áurea define as proporções do retângulo áureo (o lado maior 1,618 vez maior do que o menor). A espiral logarítmica cabe dentro desse retângulo áureo. Deles surge também o triângulo áureo, um triângulo isósceles (dois lados iguais) com ângulos de 72-36-72. Essas formas aparecem e reaparecem na natureza e na organização espacial de inúmeras obras de arte.

Por exemplo, a Mona Lisa, talvez o quadro mais famoso do mundo, pintado por Leonardo da Vinci e terminado em 1507, respeita várias proporções áureas: a cabeça e o torso da modelo cabem num retângulo áureo e seu corpo e cabeça, num triângulo áureo. Seu olho esquerdo divide o quadro ao meio, dando-lhe a dimensão psicológica que o tornou imortal. Acabo de ler o livro "Math and the Mona Lisa" (A Matemática e a Mona Lisa) do físico e ilustrador Bülent Atalay.

O livro sairá em breve no Brasil pela editora Mercúrio Jovem. Nele, o autor explora uma pergunta essencial, usando Da Vinci como inspiração: Até que ponto é possível integrar os princípios criativos da arte e da ciência? A escolha de Leonardo não é acidental. Deixando de lado o furor recente provocado pelo livro "O Código Da Vinci", de Dan Brown, Leonardo, mais do que qualquer personagem da história, encarna a união da razão e da sensibilidade artística. "Olhe para a natureza e deixe-a ser sua mentora", afirmou.

Para Leonardo, a natureza obedece a regras estéticas ditadas pela matemática, a matemática da beleza. Mesmo que não tenha declarado explicitamente que seus quadros e ilustrações foram criados a partir de proporções baseadas na seção áurea, ela aparece em várias ocasiões. Seus projetos tecnológicos, como máquinas voadoras, submarinos, pára-quedas e catapultas, bem como seus quadros e desenhos anatômicos, são prova de que ele seguia à risca seu próprio conselho, usando as soluções estéticas encontradas na natureza para criar suas obras.

A construção da beleza segue princípios científicos que o artista aprende olhando para o mundo. Para Leonardo da Vinci, ciência e arte eram uma coisa só, um veículo de expressão cuja função era recriar a beleza das formas naturais. A natureza era sua grande mestra.

Luz estranha

Marie Curie amava o brilho dos minerais radioativos

H enri Becquerel era um homem que respeitava a tradição familiar. Tal qual seu avô e seu pai, dedicou a vida investigando a enigmática luminescência, o fenômeno em que um objeto emite luz sem ser aquecido. Um vaga-lume, por exemplo, pisca sem produzir calor.

Materiais fluorescentes, como telas antigas de TV, produzem luz quando irradiados e deixam de brilhar na ausência de irradiação. Já os materiais fosforescentes continuam brilhando mesmo sem serem irradiados, como por mágica. A diferença é enorme: objetos fosforescentes produzem sua própria radiação, enquanto os fluorescentes apenas convertem a radiação que recebem em luz visível.

O que Becquerel e o resto do mundo em 1896 ainda não sabiam é que existem dois tipos de materiais fosforescentes. Os mais comuns brilham durante um tempo após serem irradiados por luz, feito as estrelinhas que crianças usam para decorar o teto de seus quartos. Essa é uma fosforescência de origem química. Mas existe uma outra fosforescência que é bem mais misteriosa.

Foi essa que Becquerel descobriu e que ficou conhecida pelo nome de radioatividade. Becquerel suspeitava que a fosforescência tinha algo a ver com a luz do Sol. Para testar sua hipótese, pretendia deixar uma amostra de um mineral pegar um pouco de Sol, pô-la sobre uma placa fotográfica e embrulhar ambas com papel opaco.

Se o mineral emitisse alguma forma de radiação, seria registrada na placa fotográfica. Num dia ensolarado, Becquerel executou seu teste. Ao revelar a placa fotográfica, achou que tinha comprovado sua hipótese: viu a silhueta do mineral impressa sobre a placa, como se ele tivesse mesmo emitido radiação após ser exposto ao Sol. Felizmente para a ciência, o clima nublado de Paris complicou as coisas.

Becquerel quis testar uma variação do experimento, onde punha uma cruz de metal entre a placa fotográfica e o mineral. A idéia era ver se a radiação emitida pelo mineral fosforescente podia atravessar metais. Com as nuvens, seu experimento não pôde ser executado. Frustrado, Becquerel resolveu pôr o embrulho com a cruz entre o mineral e a placa numa gaveta.

Qual não foi a sua surpresa quando, após alguns dias, resolveu, ninguém sabe exatamente por quê, revelar a placa fotográfica após tirá-la da gaveta. A região coberta pela cruz era a única da placa que não tinha recebido nenhuma radiação! Ou seja, o mineral emitia radiação por si só, sem precisar ser irradiado pelo Sol.

Mais ainda, a radiação não atravessava o metal da cruz. Como a amostra mineral era rica em urânio, Becquerel chamou a radiação de "raios urânicos": havia descoberto a radioatividade natural, na qual a radiação é emitida espontaneamente pelos núcleos de átomos pesados. O átomo urânio, por exemplo, tem 92 prótons em seu núcleo.

A descoberta empolgou Pierre e Marie Curie, um casal jovem que trabalhava na Universidade Sorbonne, em Paris. Logo mostraram que outros elementos também eram radioativos: o tório, conhecido desde 1828, e dois outros que eles descobriram, o polônio e o rádio. Estes eram muito mais radioativos do que o urânio. Madame Curie amava a luz verde-azulada que alguns minerais radioativos emitiam, essa luz estranha que vem do coração da matéria.

Em 1903, Becquerel e os Curie receberam o Prêmio Nobel de Física. Mas a explicação da radioatividade demoraria um pouco mais, até que as propriedades do núcleo atômico fossem exploradas por Ernest Rutherford e outros cientistas

Breve história do átomo

Na Antiguidade, gregos achavam que matéria era algo indivisível

Q uando olhamos em torno e nos deparamos com a incrível diversidade do mundo natural, das múltiplas formas que os objetos assumem, das texturas, da variedade de materiais e substâncias, da areia às nuvens, das flores às baleias, parece impossível imaginar que existe uma ordem por trás disso tudo, que todas as formas de matéria são compostas por menos de 100 tipos de blocos fundamentais.

Mas é assim. E é assim não só aqui na Terra como também pelo Universo afora: os planetas e suas luas, os cometas e os asteróides, as estrelas, as nebulosas e as galáxias, todos os objetos que encontramos até agora são feitos dos mesmos blocos fundamentais, chamados átomos.Esses átomos têm uma nobre história, que começa nos primórdios da ciência, em torno de 400 a.C., na Grécia Antiga.

Foi lá que Leucippo e seu discípulo Demócrito, postularam que toda a matéria é feita de partículas indivisíveis chamadas átomos, o que não pode ser cortado. É bem verdade que os átomos dos gregos são bem diferentes dos átomos modernos. Enquanto que os átomos da Antiguidade eram infinitos em número, sabemos que existem 92 átomos ocorrendo naturalmente (outros podem ser produzidos no laboratório).

Para os gregos, os átomos encaixavam-se como num jogo de lego, sendo as interações entre eles estruturais. Já os modernos existem devido à interação entre os seus componentes, os elétrons, os prótons e os nêutrons. Ou seja, os átomos modernos não são indivisíveis: a interação que mantêm os átomos coesos é a eletricidade, a atração entre os elétrons e os prótons.

Os nêutrons, como já diz o nome, são eletricamente neutros e seu papel é ajudar a estabilizar os prótons no núcleo. Durante a Idade Média, os átomos foram essencialmente esquecidos na Europa. No século 17 apareceram críticos, como Descartes, que não gostavam da idéia de que átomos podiam se mover no espaço vazio, e entusiastas, como Pierre Gassendi e Isaac Newton, que defendiam a granularidade da matéria.

Mas foi o inglês John Dalton que, no início do século 19, deu o passo definitivo, propondo que todos os elementos químicos, do hidrogênio e carbono ao ouro e platina, são feitos de átomos, e que cada elemento tem o seu átomo, diferente dos demais. Dalton foi além, propondo que átomos podem se combinar para formar compostos e que reações químicas ocorrem quando os átomos se reagrupam.

A água, por exemplo, tem dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, sendo representada, como o leitor certamente sabe, pela notação H2O. Os compostos de Dalton são aquilo que chamamos de moléculas. No final do século 19 e início do século 20, com a descoberta de elétrons e prótons, ficou claro que átomos não são indivisíveis, como propuseram os gregos e Dalton. Átomos mudam quando o número de prótons muda.

É isso que caracteriza um elemento químico, o número de prótons em seu núcleo. O mais simples, o de hidrogênio, tem um próton, o de carbono tem seis e o de urânio 92. Quando Ernest Rutherford descobriu os prótons em 1918, ficou profundamente surpreso: os átomos são essencialmente vazios, os prótons no núcleo e os elétrons circulando em órbitas bem distantes. Por exemplo, se ampliarmos um núcleo até o tamanho de uma cereja, os elétrons estarão girando aproximadamente a 1 quilômetro de distância.

Hoje, quando pensamos nas partículas indivisíveis de matéria vamos além dos átomos. Até mesmo os prótons e nêutrons são compostos de partículas menores, chamadas quarks. Mas foram Leucippo e Demócrito que iniciaram essa longa jornada, há mais de 2400 anos.

Enxergando o Big Bang

Em um piscar de olhos, a luz dá sete voltas e meia na Terra

Qual é o ponto mais distante que podemos enxergar no cosmo? Quando olhamos para o céu noturno numa noite sem lua e longe das luzes da cidade, podemos ver talvez alguns milhares de estrelas. Com poucas exceções, são todas nossas vizinhas cósmicas, a distâncias de não mais do que dezenas de anos-luz.

É bom lembrar que astrônomos usam o ano-luz, a distância que a luz percorre em um ano no espaço vazio, na velocidade de 300 mil quilômetros por segundo, como unidade de distância. (Em meios materiais, como a água, a luz viaja mais devagar.) Num piscar dos seus olhos, a luz dá sete voltas e meia em torno da Terra. O Sol está a 8 minutos-luz da Terra: a luz que vemos saiu dele 8 minutos antes. São 150 milhões de quilômetros em 8 minutos -nada mau.

Quanto mais distante um objeto, maior a distância que sua luz viaja para chegar até nós. Portanto, a luz que vemos corresponde ao objeto como era no passado e não no presente: olhar para o cosmo é viajar para o passado. Quanto mais distante o objeto mais para o passado olhamos. Por exemplo, a luz de nossa galáxia vizinha, Andrômeda, saiu de lá há 2 milhões de anos, quando o gênero humano começava a despontar na África.

Hoje, astrônomos observam radiação de objetos a 13 bilhões de anos-luz. Como comparação, a Terra foi formada há 4,6 bilhões de anos. Como o Universo tem uma idade de 13,8 bilhões de anos, é natural indagar se podemos ver o seu próprio nascimento. Será possível ver o Big Bang? Infelizmente, não. Ao menos não por meio da captação de radiação eletromagnética, da qual a luz visível faz parte. (Os objetos mais distantes são vistos em ondas de rádio, que têm freqüência bem menor do que a da luz visível.)

A história do Universo pode ser dividida em duas eras, antes e depois dos 400 mil anos. Após essa idade, o cosmo ficou transparente, ou seja, a luz podia propagar-se livremente pelo espaço. É por isso que podemos receber radiação de objetos a 13 bilhões de anos-luz daqui. Mas, antes disso, o cosmo era opaco; a luz interagia intensamente com os elétrons e outras partículas de matéria e não se propagava longe.

Conseqüentemente, é impossível receber informação, por meio de radiação eletromagnética, do que ocorreu durante os primeiros 400 mil anos de existência do cosmo. Mas nem tudo está perdido. Existe um outro tipo de radiação que pode ser detectado e que existiu desde o início da história cósmica, a radiação gravitacional.

O próprio Einstein, que mostrou que a gravidade é produto da curvatura do espaço causada pela presença de massas, supôs que, se essas massas estão em movimento, a curvatura também muda no tempo, causando ondas na própria geometria do espaço. O leitor pode imaginar-se pulando num colchão de molas e observando como a curvatura em torno do seu traseiro muda. Tal como ondas na água, essas ondas podem ser detectadas.

A dificuldade, e a razão pela qual não foram detectadas até hoje, é que são extremamente fracas, quase que imperceptíveis. Os detectores que estão em fase final de construção podem detectar variações de dimensões atômicas. Mesmo assim, nada. A cada vez que algo de dramático ocorreu com a geometria cósmica, ondas gravitacionais foram produzidas.

E a grande vantagem delas é que atravessam todos os obstáculos, inclusive a opacidade que caracterizou os primeiros 400 mil anos que se seguiram ao Big Bang. Portanto, os detalhes da infância cósmica estão registrados nas ondas gravitacionais tal qual uma música está registrada em ondas de rádio. Basta construirmos antenas capazes de detectá-las para "vermos" o Big Bang.

Sonhos alquímicos

É comum, em meio aos transtornos da pesquisa, nos esquecermos de por que fazemos ciência

Quando se menciona a alquimia, logo se pensa em homens místicos, de barbas longas, tentando transformar chumbo em ouro em seus laboratórios escondidos no alto de lúgubres torres medievais. Ou no famoso livro de Paulo Coelho. Não há dúvida de que a alquimia tinha mesmo um aspecto místico, dado que as transformações da matéria por meio de reações químicas eram então cercadas de mistério.

Aquilo que não se compreendia era atribuído a forças ocultas, o que, de certa forma, não era tão errado assim: as forças eram mesmo ocultas -já que nada se conhecia da estrutura das moléculas e dos átomos. Por outro lado, as práticas alquímicas foram fundamentais para o desenvolvimento posterior da química, algo que não deve ser ignorado.Foram os filósofos pré-socráticos que, ao indagarem qual era a composição material do mundo, inauguraram a tradição científica.

Mesmo que os gregos não tenham desenvolvido o método de validação empírica que caracteriza a ciência, ou seja, mesmo que não tenham feito experimentos para comprovar suas hipóteses, foram eles que lançaram as bases racionais para a compreensão do mundo natural. A idéia de Leucipo e Demócrito de que tudo é composto de átomos está conosco até hoje, mesmo que os átomos modernos sejam bem diferentes do ideal grego.

Ainda mais fundamental é a noção de que a natureza está sempre em transformação e que essas transformações ocorrem devido a agentes que podem ser manipulados pelo homem: o fogo, por exemplo, é o agente transformador mais usado na antigüidade, para forjar espadas e escudos ou ferramentas diversas.

Os alquimistas também vão usar os poderes transformadores do fogo na sua busca pela purificação gradual dos metais em direção ao mais puro deles, o ouro. A tradição alquímica na Europa surgiu nos séculos 12 e 13, inspirada pelos textos de alquimistas muçulmanos escritos alguns séculos antes, especialmente os de Jabir Ibn Hayian, ou Geber.

Influenciado por Aristóteles, Geber dizia que as misturas dos quatro elementos (terra, água, ar e fogo) não são permanentes. Isso porque os elementos têm propriedades em comum: a água é fria e úmida, a terra é fria e seca. Tirar umidade da água gera gelo, que é frio e seco e, portanto, tem mais terra. Do mesmo modo, deveria ser possível transformar diferentes materiais entre si.

Para obter ouro, Geber propôs uma combinação inicial de enxofre (seco e quente) e mercúrio (úmido e frio) que, contendo todos os elementos e suas propriedades, poderia em princípio gerar qualquer outro. O ato de transformar metais em ouro, a Obra Magna, necessitava da "pedra filosofal", o catalisador essencial.

O problema era encontrá-la. Existiam também influências astrológicas que determinavam o possível sucesso das operações. O alquimista não era apenas o agente inerte de transformações materiais; ele mesmo se transformava espiritualmente através da sua prática, purificando-se à medida que se aproximava de seu objetivo.

A simbologia alquímica, carregada de misticismo e ocultismo, criava uma linguagem pré-científica que integrava o homem ao cosmos, a purificação dos metais levando à purificação da alma. Existe algo de muito belo nessa imagem em que a prática da ciência tem um significado que vai além do simplesmente material.

É comum, em meio aos desafios e transtornos da pesquisa, nos esquecermos de por que fazemos ciência, das motivações que levam alguém a dedicar a vida à pesquisa e ao ensino. Em momentos difíceis, penso no alquimista em seu laboratório, buscando por uma verdade que parece sempre mais perto, jamais aceitando que ela é inatingível em sua totalidade.

Terra quente

Quem vai pagar o preço daquilo que fizemos são as futuras gerações

Após seis anos de novos estudos, saiu o relatório do Painel Intergovernamental de Mudança Climática, o IPCC. Como ocorre em questões científicas complexas, e o estudo do clima é certamente extremamente complexo, o conhecimento vai sendo agregado aos poucos, a medida que dados mais abrangentes vão sendo coletados e modelos matemáticos mais sofisticados vão sendo desenvolvidos e testados.

Pela primeira vez, os membros do IPCC, um órgão internacional com centenas de cientistas e técnicos do mundo inteiro, foi bastante claro com relação à questão do aquecimento global. E, como o leitor deve ter ouvido na última semana, as novas sobre o assunto não são boas. Ninguém discute mais que a temperatura global está gradualmente aumentando: a última década foi de longe a mais quente dos últimos 150 anos. A discussão mais recente e urgente concentrava-se nas causas desse aumento.

São elas resultado de fatores naturais, como a ação do Sol ou da emissão de gases do interior terrestre, ou da poluição atmosférica causada pela industrialização da sociedade? No decorrer da sua história, a Terra passou por uma série de eras mais frias e mais quentes. Antes de 1500, os efeitos da civilização no clima eram desprezíveis. Para provar que o aquecimento atual é culpa dos homens e não da natureza, é necessário separar os efeitos dos dois agentes, o que não é nada fácil. Mas foi feito.

A história climática da Terra está registrada no gelo das calotas polares. Como o gelo é depositado ano após ano, é possível medir sua espessura e, analisando sua composição, determinar a concentração dos vários gases presentes na atmosfera ao longo dos anos, como o dióxido de carbono (CO2) e o metano.

Os dados comparam o número de moléculas dos gases com as moléculas de ar puro numa amostra. O que ficou determinado é que, em 2005, a concentração de CO2 era de 379 ppm (partes por milhão) Ou seja, para cada milhão de moléculas de ar, 379 eram de CO2. Nos últimos 650 mil anos de história, a concentração variou entre 180 ppm e 300 ppm. Fora isso, o crescimento foi mais acelerado nos últimos dez anos do que em qualquer outro período. Esse aumento da concentração é devido ao uso de combustíveis fósseis -como o carvão e a gasolina- e à queima de madeira para clarear florestas e para gerar calor e energia.

A concentração de metano também aumentou principalmente pela ação humana. O parecer do painel é claro: a melhora na compreensão dos dados e dos modelos de variação climática, leva à conclusão de que com confiança estimada em 90% o aquecimento global observado é causado pela ação humana.

Quem gosta de apostar, ou de jogar na bolsa ou no bicho, sabe muito bem que uma aposta com 90% de margem é segura. Portanto, o tal "debate" sobre as causas do aquecimento global também está encerrado. A culpa é nossa mesmo. (Detalhes no endereço www.ipcc.ch/SPM2feb07.pdf)

Quais as conseqüências desse aquecimento? Os efeitos variam dependendo da região. Mas pode-se esperar ondas de calor e tempestades mais violentas e freqüentes; secas mais longas; aumento do nível do mar, que, no século 20, já foi de 17 cm; aumento da temperatura global entre 2 e 4 graus; maior incidência de furacões.

Esse desequilíbrio gerará doenças, emigrações em massa das regiões costeiras, pestes na agricultura etc. Mesmo se os governos resolverem tomar providências sérias, podemos no máximo diminuir os efeitos do aquecimento. É tarde demais para evitá-los. Deixamos já nossa marca no planeta. E o pior é que quem vai pagar o preço são as futuras gerações