Sonhos de uma teoria final

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Qualquer pessoa que já olhou para um céu estrelado e se perguntou de onde veio isso tudo sabe muito bem que, quando nos deparamos com questões relativas às origens, as coisas complicam. Três delas ocupam hoje a atenção de cientistas em todo o mundo: a origem do Universo, a da vida e a da mente. Apesar de serem parte da pesquisa mais avançada em física, biologia e ciências cognitivas, elas são também as questões mais antigas da humanidade.

Antes de serem estudadas por cientistas, eram "respondidas" pelas religiões. As aspas são para lembrar que as respostas religiosas nem sempre estão de acordo, pelo contrário. É só ver as chacinas entre muçulmanos e hindus na Índia e Paquistão ou as Cruzadas (as medievais e a atual), para constatar que a revelação pela fé é uma escolha subjetiva. O que as religiões têm em comum é tentar responder a essas três questões. Em geral (mas não sempre), essas narrativas supõem a existência de um poder sobrenatural, absoluto, que decide criar o mundo, as pessoas e os animais. Todo mito de criação supõe que o Um dá origem à pluralidade das formas existentes.
Em física, a noção de que existe uma unidade fundamental na natureza é expressa pela geometria. Que a matemática é a linguagem usada pelas ciências físicas não é uma novidade. Mas a idéia que todos os fenômenos naturais podem ser reduzidos a um único princípio, baseado na geometria, é. Essa crença tem suas origens em Platão, que acreditava que a verdade só pode ser encontrada no mundo abstrato da razão, habitado por formas geométricas. Segundo ele, a percepção sensorial da realidade é falsa: o único círculo perfeito existe apenas em nossas mentes. Qualquer tentativa de representação do círculo será necessariamente imperfeita.

O platonismo ecoa nas salas dos físicos preocupados com questões sobre origens. Como escreveu Stephen Hawking em "Uma Breve História do Tempo", entender a estrutura geométrica do cosmos é entender a "mente de Deus". A metáfora não é acidente. Deus é o maior dos geômetras.

A física busca padrões ordenados na natureza. Cada padrão tem uma simetria associada. A esfera perfeita, objeto mais simétrico que existe, é sempre a mesma após qualquer rotação. Simetrias existem também nas atrações entre as partículas fundamentais da matéria, embora não seja fácil visualizá-las como no caso da esfera. Essas simetrias definem como as partículas trocam energia entre si. Um físico de partículas descreve o mundo material como sendo composto por partículas que interagem entre si com base em certas leis. Por exemplo, quando partículas interagem, a carga elétrica total é a mesma antes e depois da interação. Essas leis são expressas por simetrias, ou padrões geométricos.

A crença mítica no Um, o criador absoluto, se manifesta na física na crença de que a formulação final das leis que regem as interações entre matéria e força também têm uma formulação única, conhecida como teoria do campo unificado. Hoje, sabemos que existem quatro forças entre partículas. A gravidade e o eletromagnetismo são duas delas. Imagine então que o campo unificado seja um rio majestoso, que vai fluindo em direção ao mar. Na medida que se aproxima do mar, vai se separando, até que, na costa, divide-se em quatro.

Nós vivemos na costa, e percebemos a realidade por causa das quatro forças. Alguns aventureiros nadaram rio acima e encontraram o ponto da primeira das unificações. Até agora, ninguém conseguiu passar desse ponto. Os que tentaram falharam. Mas lendas relatam que a união final existe, que é só continuar nadando contra a corrente, rio acima. A crença na lenda inspira novas expedições. Conforme escreveu Steven Weinberg, um dos que encontraram o ponto onde dois rios se juntam, temos de supor que teremos sucesso. Caso contrário, certamente falharemos".

O Universo e a gota d'água

Outro dia, uma leitora amiga minha me perguntou por que esta coluna se chamava "Micro/Macro". "Nomezinho estranho esse, não?" disse ela, sorrindo. Após repreendê-la, afirmando (também sorrindo) que, se ela tivesse lido todos os textos, saberia responder à própria pergunta, me dei conta de que o nome merece mesmo uma explicação.

Meu pai costumava dizer que existe um universo em uma gota d'água. "O macro cabe no micro" era uma de suas frases prediletas. Na época, não dava muita bola para o que ele dizia. Hoje, já penso diferente e sei que não só o macro cabe no micro como o Universo é uma gota. Talvez uma gota em um infinito oceano de universos.

A partir dos anos 1970, duas áreas da física aparentemente muito diferentes começaram a se aproximar. Antes, uma relação entre as duas parecia ser impossível. No início a coisa foi meio tímida -algumas idéias arrojadas aqui e ali testando uma possível união. Hoje, uma não pode viver sem a outra. As áreas são a cosmologia, que estuda o Universo como um todo, sua origem e evolução, a área mais "macro" da ciência, e a física das partículas elementares, que estuda as propriedades das menores entidades que existem, ou seja, a área mais "micro" da ciência. Tudo o que sabemos sobre a natureza fica entre esses dois extremos. O que não sabemos também.

De onde veio essa união? Em 1965, o modelo do Big Bang foi confirmado por meio de observações realizadas por dois astrofísicos dos Laboratórios Bell que testavam transmissões de microondas para comunicações via satélite. Eles descobriram um ruído em sua antena que vinha de todas as direções do céu. Aflitos, conversaram com outros astrofísicos que explicaram que o "ruído" era radiação eletromagnética que vagava pelo Universo desde a sua infância. Usando dados atuais, percebeu-se que esse ruído foi produzido quando o Universo tinha em torno de 400 mil anos de idade.

Hoje, a idade do Universo é de cerca de 14 bilhões de anos. A conseqüência é imediata: se o Universo tem essa radiação toda e ela agora é muito fria (-270C), no passado, quando o Universo era mais jovem, ela era bem mais quente: quanto mais para trás no tempo, mais quente. E, como está em expansão desde seus primórdios, menor também.

E a matéria toda que existe? Quanto mais quente o Universo, mais difícil é para a matéria se manter coesa. Como exemplo, voltemos à gota do meu pai. Muito frio, ela congela. Muito quente, ela evapora. E se o calor aumenta? As ligações entre o átomo de oxigênio e os dois de hidrogênio se rompem e temos átomos livres. Mais calor, e os elétrons não conseguem continuar unidos aos prótons: os átomos se dissociam (ionizam) e não existe mais água. No Universo, isso ocorreu aos 400 mil anos. Antes disso, o calor era ainda maior. Com um segundo de vida, o Universo era tão quente que os prótons e nêutrons nos núcleos atômicos se separaram. A um centésimo de milésimo de segundo, prótons e nêutrons não existiam: eles se dissociam em quarks, as partículas das quais são feitos. A gota de meu pai virou uma sopa de quarks e elétrons, as partículas elementares da matéria. O macro virou micro.

Ainda nem chegamos ao tempo zero e o Universo virou uma sopa de partículas e radiação e continua encolhendo. Quando chegamos a uma fração ridiculamente pequena de um segundo (10-44 s, para os interessados), o Universo inteiro é do tamanho de uma gota d'água. E a temperatura é tão alta que nem sabemos que tipos de partícula existiam. Estamos no limite: macro e micro entrelaçados. E agora? Da física de partículas, uma inspiração: talvez nosso Universo seja mesmo uma gota, flutuando em um metaoceano, o multiverso feito de todos os universos. Meu pai adoraria saber disso. "Tá vendo filho? O próprio macrocosmo não passa de um microcosmo."

O Universo e a gota d'água

Marcelo Gleiser
especial para a Folha

Outro dia, uma leitora amiga minha me perguntou por que esta coluna se chamava "Micro/Macro". "Nomezinho estranho esse, não?" disse ela, sorrindo. Após repreendê-la, afirmando (também sorrindo) que, se ela tivesse lido todos os textos, saberia responder à própria pergunta, me dei conta de que o nome merece mesmo uma explicação.

Meu pai costumava dizer que existe um universo em uma gota d'água. "O macro cabe no micro" era uma de suas frases prediletas. Na época, não dava muita bola para o que ele dizia. Hoje, já penso diferente e sei que não só o macro cabe no micro como o Universo é uma gota. Talvez uma gota em um infinito oceano de universos.

A partir dos anos 1970, duas áreas da física aparentemente muito diferentes começaram a se aproximar. Antes, uma relação entre as duas parecia ser impossível. No início a coisa foi meio tímida -algumas idéias arrojadas aqui e ali testando uma possível união. Hoje, uma não pode viver sem a outra. As áreas são a cosmologia, que estuda o Universo como um todo, sua origem e evolução, a área mais "macro" da ciência, e a física das partículas elementares, que estuda as propriedades das menores entidades que existem, ou seja, a área mais "micro" da ciência. Tudo o que sabemos sobre a natureza fica entre esses dois extremos. O que não sabemos também.
De onde veio essa união? Em 1965, o modelo do Big Bang foi confirmado por meio de observações realizadas por dois astrofísicos dos Laboratórios Bell que testavam transmissões de microondas para comunicações via satélite. Eles descobriram um ruído em sua antena que vinha de todas as direções do céu. Aflitos, conversaram com outros astrofísicos que explicaram que o "ruído" era radiação eletromagnética que vagava pelo Universo desde a sua infância. Usando dados atuais, percebeu-se que esse ruído foi produzido quando o Universo tinha em torno de 400 mil anos de idade.

Hoje, a idade do Universo é de cerca de 14 bilhões de anos. A conseqüência é imediata: se o Universo tem essa radiação toda e ela agora é muito fria (-270C), no passado, quando o Universo era mais jovem, ela era bem mais quente: quanto mais para trás no tempo, mais quente. E, como está em expansão desde seus primórdios, menor também.

E a matéria toda que existe? Quanto mais quente o Universo, mais difícil é para a matéria se manter coesa. Como exemplo, voltemos à gota do meu pai. Muito frio, ela congela. Muito quente, ela evapora. E se o calor aumenta? As ligações entre o átomo de oxigênio e os dois de hidrogênio se rompem e temos átomos livres. Mais calor, e os elétrons não conseguem continuar unidos aos prótons: os átomos se dissociam (ionizam) e não existe mais água. No Universo, isso ocorreu aos 400 mil anos. Antes disso, o calor era ainda maior. Com um segundo de vida, o Universo era tão quente que os prótons e nêutrons nos núcleos atômicos se separaram. A um centésimo de milésimo de segundo, prótons e nêutrons não existiam: eles se dissociam em quarks, as partículas das quais são feitos. A gota de meu pai virou uma sopa de quarks e elétrons, as partículas elementares da matéria. O macro virou micro.

Ainda nem chegamos ao tempo zero e o Universo virou uma sopa de partículas e radiação e continua encolhendo. Quando chegamos a uma fração ridiculamente pequena de um segundo (10-44 s, para os interessados), o Universo inteiro é do tamanho de uma gota d'água. E a temperatura é tão alta que nem sabemos que tipos de partícula existiam. Estamos no limite: macro e micro entrelaçados. E agora? Da física de partículas, uma inspiração: talvez nosso Universo seja mesmo uma gota, flutuando em um metaoceano, o multiverso feito de todos os universos. Meu pai adoraria saber disso. "Tá vendo filho? O próprio macrocosmo não passa de um microcosmo."

Ensinar ciência com poesia

Conversei hoje com uma jornalista especializada em divulgação científica. Ela me falou de sua preocupação com o ensino de ciência no Brasil, especialmente nas escolas públicas. Me contou das dificuldades de encontrar professores. Professores formados adequadamente são uma raridade maior ainda. Aqueles que não só sejam formados, mas gostem de ciência são heróis que precisam ser reconhecidos. Sem recursos ou salário adequado, eles se esforçam em trazer para as crianças um pouco do que sabemos sobre o mundo.
Ela me falou também do avanço do criacionismo, em particular no Estado do Rio de Janeiro, e de como ele parece estar intrinsecamente relacionado ao avanço das igrejas evangélicas. Se ela não me disse isso, digo eu. Nos EUA, alguns Estados tentaram proibir o ensino da teoria da evolução de Darwin e o modelo do Big Bang em cosmologia, afirmando que essas teorias estão erradas e incompletas. Seus proponentes diziam que a perspectiva bíblica, criada há milhares de anos, deveria ser ensinada em pé de igualdade com a ciência. Não só em pé de igualdade, mas como uma alternativa. Me pergunto o que uma criança hinduísta acha disso tudo. No mínimo, que as religiões ocidentais são muito arrogantes, já que o deus delas toma precedência sobre os deuses de todas as outras.

Falamos do que pode ser feito para aliviar o problema. Constatamos o seguinte fato: crianças são naturalmente curiosas sobre o mundo. Todo pai ouve o filho ou filha perguntar por que o céu é azul, por que a Lua não cai, como que a lagarta vira borboleta e a semente vira planta, por que o mar tem ondas e os lagos não. Por que a vovó morreu. Poucos pais têm respostas para todas essas perguntas. Mas as crianças perguntam mesmo assim. "Sei lá, filho, eu lá tenho cara de enciclopédia?" Quando elas vão à escola, a curiosidade não diminui. Ao menos até elas chegarem à puberdade, quando existe uma transição de interesse: a curiosidade sobre o mundo se transforma em curiosidade sobre o outro, especialmente o outro do sexo oposto. Essa é a hora de ensinar biologia, antropologia, história, especialmente histórias sobre heróis.

Depois, as crianças viram adultos e das duas uma: ou a curiosidade sobre o mundo volta e elas lêem o que podem sobre ciência, ou a ciência se torna um bicho-papão, "o terror de minha adolescência", coisa para chatos, nerds e crianças.

A desculpa é sempre a mesma: a falta de recursos faz com que o ensino de qualidade seja impossível. Ciência vira coisa que acontece só no quadro-negro, cheio de fatos e fórmulas que não parecem ter nada a ver com o mundo real. Fazer demonstrações em sala de aula, experiências simples que ilustrem os conceitos ensinados, é algo aparentemente impossível. Mas na realidade não é. Sem dúvida, fica difícil demonstrar a difração de elétrons sem o equipamento adequado. Mas isso só é relevante para alunos de física do terceiro ano. Falo dos princípios da física básica, como o fato de todos os corpos serem atraídos igualmente pela gravidade terrestre.

Amarre uma pedra em um barbante e faça-a oscilar como um pêndulo. Conte quanto tempo demora para a pedra completar cinco oscilações. Agora, troque por outra pedra mais ou menos pesada e repita a experiência, largando-a do mesmo ângulo. Conte novamente o tempo de cinco oscilações. Ele será o mesmo. Para se demonstrar esse princípio extremamente importante basta usar pedras e um pedaço de barbante. Ou faça como Galileu e deixe as duas pedras caírem da mesma altura. Pegue um pente de plástico e um monte de pedacinhos de papel.

Esfregue o pente nos cabelos e aproxime-o dos pedacinhos de papel. O que ocorre? Eles serão atraídos ao pente. Por quê? Porque a fricção no pente causa um déficit de cargas, tornando-o atrativo. Matéria é feita de cargas elétricas. Misture soda cáustica com vinagre (bem pouquinho) e veja o que acontece, explicando a diferença entre substâncias ácidas e básicas.

Se não é equipamento, o que falta (fora salário e formação decentes)? Falta encontrar poesia na natureza e nas explicações que temos dela. O poeta Federico García Lorca escreveu: "A ciência é mil vezes mais lírica do que qualquer teogonia." Basta ver a ciência com os olhos do poeta e fazer do mistério a luz que ilumina a razão.

Anjos e demônios

Antes do best-seller "O Código Da Vinci", o escritor americano Dan Brown publicou "Anjos e Demônios" que, com o sucesso do "Código", virou também um best-seller. Apesar de o "Código" estar na minha estante, confesso que ainda não o li. Mesmo assim, acabei entrando no mundo de grandes intrigas e sociedades secretas de Brown pela porta dos fundos.

O jornalista e editor Dan Burstein publicou um livro sobre o "Código", com ensaios de especialistas. Bem, o livro sobre o livro também virou um sucesso. Tanto que Burstein resolveu repetir a dose e está preparando um livro semelhante sobre "Anjos e Demônios". É aqui que eu entro; a pedido de Burstein, li o livro e estou respondendo às suas perguntas. Por que meu interesse em participar? Porque "Anjos e Demônios" trata da "guerra" entre ciência e religião, tema de extrema importância.

"Anjos e Demônios" é escrito em estilo irresistível e acessível. Você prefere não dormir só para ler mais um pouquinho. Ele trata de questões que passam pela cabeça de todos: a existência de Deus, a possibilidade de se ter fé em um Universo que parece ter profunda indiferença por nós, a reconciliação entre o científico e o espiritual. Só que o livro leva o conflito entre razão e fé à uma conflagração apocalíptica.

Quando se fala em "guerra" entre ciência e religião, o termo é usado de forma metafórica. O Vaticano ainda não bombardeou o Centro Europeu de Física de Altas Energias, o Cern. E o Cern também não tem planos de bombardear o Vaticano. Essa é a premissa do livro. A idéia é genial: um físico religioso acredita ter reproduzido o Big Bang em laboratório, tornando a gênese um evento científico. Sua intenção não era contestar a existência de Deus. Pelo contrário, o cientista queria provar que é possível se criar algo a partir do nada. Mas o feitiço virou contra o feiticeiro.

Claro, a ciência de Dan Brown está completamente furada: seu cientista colidiu dois feixes de partículas a energias altíssimas. Da colisão surgiram partículas de matéria e antimatéria -o oposto das partículas de matéria. Por exemplo, um elétron tem como antipartícula um pósitron, com mesma massa e carga elétrica oposta. No livro, a criação de antimatéria é tratada como um evento fantástico, surgindo milagrosamente do ponto da colisão entre os dois feixes, feito a criação de matéria no Big Bang, vinda do nada. Na realidade, esse tipo de fenômeno é observado diariamente em aceleradores de partículas espalhados pelo mundo. O que ocorre é expressão da fórmula E=mc2: a energia das partículas em colisão é transformada em matéria, pares de partículas e antipartículas que "surgem" do ponto de colisão. O Big Bang é uma outra história.

Sendo um livro de ficção, a ciência estar incorreta é menos importante do que a discussão da crise espiritual que assola o mundo. Em um certo ponto, a secretária do diretor do Cern, uma católica, exclama: "Será que os cientistas acham que quarks e mésons [partículas de matéria] inspiram o homem comum? Ou que equações podem substituir a necessidade de termos fé no divino?" Essa é a expectativa de muita gente, que o avanço da ciência implique na diminuição da fé. A ciência é vista como uma ameaça à religião: quanto mais aprendemos sobre a natureza, mais difícil é aceitar a existência de forças sobrenaturais.

Realmente, sob o ponto de vista científico, a idéia de que existem forças ou entidades sobrenaturais não faz sentido. Afinal, se algo ocorre e é observado, esse algo deixa de ser sobrenatural. Se é ou não explicado pela ciência é outro problema. Via de regra, a explicação vem, mais cedo ou mais tarde. Ou seja, a expressão "fenômeno sobrenatural" não faz sentido. Mas existe um dogmatismo muito grande, dos dois lados. O avanço da ciência deixou um vácuo espiritual que ela não pode preencher. Perdas emocionais, questões éticas ou morais não serão decididas por teoremas ou experimentos. Por outro lado, negar o avanço científico é uma postura absurda. Existem anjos e demônios dos dois lados.