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Ciência pode causar pânico. Às vezes com razão, como no caso do desenvolvimento de armas nucleares, químicas ou biológicas. Imagine o que aconteceria se um grupo terrorista, com uma bactéria geneticamente alterada, contaminasse o abastecimento de água de Brasília. A bactéria, "construída" em laboratórios clandestinos com tecnologia roubada de indústrias de ponta, mataria em apenas dois dias. A mídia espalharia a notícia com a velocidade da luz, alertando a população para o perigo. Nesse caso, a velocidade de propagação da informação e o choque da notícia salvariam inúmeras vidas. Vamos analisar o outro lado -a mídia propagando o pânico erroneamente, também devido a uma "ameaça" científica, agora nas mãos de cientistas: os cientistas como assassinos!
Eis um exemplo recente e, na minha opinião, bastante ilustrativo. Em julho de 1999, a prestigiosa revista "Scientific American" publicou reportagem sobre uma experiência do laboratório de Brookhaven (EUA), conhecida como "Colisor de Íons Relativísticos Pesados" (a sigla, em inglês, é RHIC). Na experiência, núcleos de átomos de ouro são bombardeados por prótons acelerados a velocidades próximas à velocidade da luz. A idéia é recriar, por frações de segundo, as condições existentes durante o primeiro centésimo de milésimo de segundo após o Big Bang, evento que marcou a origem do Universo. Segundo as teorias modernas da física nuclear, os prótons e os nêutrons (integrantes do núcleo atômico) são compostos por partículas chamadas quarks, que interagem entre si trocando outras partículas, os glúons. Os glúons agem como uma cola nuclear: mantêm o núcleo coeso, apesar da repulsão elétrica de seus componentes. A densidades e temperaturas muito altas, como no Universo primordial ou no centro das colisões no RHIC, o núcleo e seus componentes são transformados em um novo estado da matéria, um plasma de quarks e glúons. Essa é a previsão da teoria que o experimento irá testar.
O artigo da "Scientific American", intitulado "Mini Big Bang", provocou o interesse de alguns leitores. Um deles perguntou se o experimento poderia criar um miniburaco negro que engoliria a Terra; afinal, argumentou, Stephen Hawking escreveu que miniburacos negros teriam existido momentos após o Big Bang. A resposta foi dada por Frank Wilczek, físico renomado, então no Instituto de Estudos Avançados em Princeton: "A idéia é muito implausível", disse ele. "Mas outra forma de matéria poderia aparecer no experimento, chamada "strangelet", com resultados catastróficos. Mas isso também é implausível", finalizou. Implausibilidade representa algo muito diferente para um cientista treinado ou uma pessoa fora da área. Afinal, vencer na loteria também é implausível, mas acontece. O público quer ouvir a palavra "impossível", que raramente é usada em física, a menos que exista uma violação óbvia de suas leis.
Uma enxurrada de artigos sensacionalistas apareceu em seguida. O jornal inglês "The Times" publicou a manchete: "Máquina do Big Bang pode destruir a Terra". Um repórter da rede norte-americana ABC chamou o RHIC de "máquina do juízo final", acusando os cientistas de "brincar de Deus". Um processo foi aberto para parar o experimento; um jovem escreveu ao diretor de Brookhaven dizendo estar desesperado com a possibilidade de um buraco negro em Nova York; surgiu um rumor de que um buraco negro criado pelo RHIC teria engolido o avião de John Kennedy Jr. Incrível a irresponsabilidade dos jornais e TVs que propagaram esses absurdos. Incrível também a falta de sensibilidade dos cientistas com relação à repercussão social de seu trabalho. Ciência pode causar pânico, especialmente se a sua divulgação depender de profissionais despreparados e do silêncio arrogante dos cientistas. Nesse meio tempo, no mês passado, o RHIC entrou em funcionamento -e nós ainda estamos aqui, sãos e salvos.
domingo, 20 de agosto de 2000
domingo, 6 de agosto de 2000
Brincando com a velocidade da luz
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Volta e meia eu recebo uma carta ou um trabalho de algum leitor irritado com a velocidade da luz. Afinal, se ela é mesmo a velocidade máxima com que a informação pode se propagar, ela também determina a causalidade na natureza, isto é, garante que a causa sempre precede o efeito. Imagine a situação oposta: um universo onde não exista uma relação necessária de causa e efeito. Nesse universo, seria possível que estivéssemos presentes no nosso nascimento, ou mesmo antes disso. Um paradoxo perverso diz que, nesse universo, um louco poderia voltar ao passado e matar seu próprio pai, ainda garoto. Mas, se o pai foi morto quando criança, como o seu filho assassino pode existir?
Por trás dessa ansiedade toda, está escondida, entre outras coisas, uma versão científica da mítica fonte da eterna juventude. Se pudéssemos controlar a causalidade, poderíamos viver para sempre. Daí que muita gente -de cientistas trabalhando em laboratórios de ponta a pessoas interessadas nessas questões por meio de um enfoque mais, digamos, filosófico- vem tentando bater a velocidade da luz. Bem, segundo a teoria da relatividade, proposta por Einstein em 1905, estabelecendo a relação entre causalidade e velocidade da luz, se um objeto tem massa, é impossível acelerá-lo até a velocidade da luz. Quanto maior a velocidade do objeto, maior sua massa, até que, ao chegar na velocidade da luz, sua massa fica infinitamente grande. E, para mover um objeto com massa infinita, precisamos de uma quantidade infinita de energia. A conclusão é simples: nós não vamos viajar a velocidades mais altas do que a velocidade da luz. Mas por que não a própria luz? Afinal, a única razão pela qual a luz viaja na sua velocidade é porque ela não tem massa. Basta criar um tipo de luz que seja capaz de viajar mais rápido do que a luz.
Em meados de julho, cientistas trabalhando no laboratório NEC em Nova Jersey, nos EUA, anunciaram, para grande espanto da comunidade científica e de todos os que ouviram a notícia, que eles haviam produzido pulsos de luz que viajaram mais rápido do que a velocidade da luz! Para entender o que aconteceu, devemos lembrar que a velocidade máxima da luz se dá no espaço vazio, ou vácuo, e é de 300 milhões de metros por segundo. Entretanto, em meios distintos, como a água ou o ar, a luz se propaga mais devagar. Recentemente, um grupo da Universidade de Harvard criou o equivalente a uma luz tartaruga, que se propagou a alguns metros por segundo. Mas bater a velocidade da luz no vácuo é outra história.
Quando falamos em velocidade da luz, estamos nos referindo a apenas uma onda eletromagnética com uma determinada frequência. Um "pulso" luminoso é um objeto muito distinto, composto por uma superposição de várias ondas luminosas, cada uma com uma frequência diferente. Quanto mais fino for o pulso, maior o número de ondas que o compõem; a superposição de ondas diferentes determina o feitio do pulso luminoso. Seu perfil é semelhante ao de um sino ou uma montanha com um pico bem arredondado. Existem duas velocidades associadas ao movimento do pulso; a velocidade de seu pico é chamada velocidade de grupo, e a velocidade de cada onda é a velocidade de fase. No vácuo, as duas são iguais, mas em meios absorventes ou dispersivos elas podem ser diferentes. Foi essa diferença que criou o efeito superluminal: um pulso luminoso atravessou um volume saturado com o elemento césio em forma gasosa; nesse meio, certas frequências sofrem uma dispersão anômala, mudando suas velocidades de fase. Com isso, o formato do pulso é deformado de modo a "empurrá-lo" para a frente. O resultado é uma velocidade de grupo (ou do pico) mais rápida do que a velocidade da luz no vácuo. De fato, o pico do pulso foi visto deixando o volume antes de entrar! (Lembre-se do formato de sino: o pico fica no meio do pulso.)
A velocidade superluminal foi a velocidade de grupo, ou do pico, do pulso; para que o pico tivesse saído antes de entrar, a parte frontal do pulso foi deformada radicalmente, "redesenhando" o formato do pulso luminoso.
Não existiu violação de causalidade, já que o efeito veio da reorganização das ondas compondo o pulso. Por enquanto, ainda vivemos em um universo onde a causa precede o efeito.
Volta e meia eu recebo uma carta ou um trabalho de algum leitor irritado com a velocidade da luz. Afinal, se ela é mesmo a velocidade máxima com que a informação pode se propagar, ela também determina a causalidade na natureza, isto é, garante que a causa sempre precede o efeito. Imagine a situação oposta: um universo onde não exista uma relação necessária de causa e efeito. Nesse universo, seria possível que estivéssemos presentes no nosso nascimento, ou mesmo antes disso. Um paradoxo perverso diz que, nesse universo, um louco poderia voltar ao passado e matar seu próprio pai, ainda garoto. Mas, se o pai foi morto quando criança, como o seu filho assassino pode existir?
Por trás dessa ansiedade toda, está escondida, entre outras coisas, uma versão científica da mítica fonte da eterna juventude. Se pudéssemos controlar a causalidade, poderíamos viver para sempre. Daí que muita gente -de cientistas trabalhando em laboratórios de ponta a pessoas interessadas nessas questões por meio de um enfoque mais, digamos, filosófico- vem tentando bater a velocidade da luz. Bem, segundo a teoria da relatividade, proposta por Einstein em 1905, estabelecendo a relação entre causalidade e velocidade da luz, se um objeto tem massa, é impossível acelerá-lo até a velocidade da luz. Quanto maior a velocidade do objeto, maior sua massa, até que, ao chegar na velocidade da luz, sua massa fica infinitamente grande. E, para mover um objeto com massa infinita, precisamos de uma quantidade infinita de energia. A conclusão é simples: nós não vamos viajar a velocidades mais altas do que a velocidade da luz. Mas por que não a própria luz? Afinal, a única razão pela qual a luz viaja na sua velocidade é porque ela não tem massa. Basta criar um tipo de luz que seja capaz de viajar mais rápido do que a luz.
Em meados de julho, cientistas trabalhando no laboratório NEC em Nova Jersey, nos EUA, anunciaram, para grande espanto da comunidade científica e de todos os que ouviram a notícia, que eles haviam produzido pulsos de luz que viajaram mais rápido do que a velocidade da luz! Para entender o que aconteceu, devemos lembrar que a velocidade máxima da luz se dá no espaço vazio, ou vácuo, e é de 300 milhões de metros por segundo. Entretanto, em meios distintos, como a água ou o ar, a luz se propaga mais devagar. Recentemente, um grupo da Universidade de Harvard criou o equivalente a uma luz tartaruga, que se propagou a alguns metros por segundo. Mas bater a velocidade da luz no vácuo é outra história.
Quando falamos em velocidade da luz, estamos nos referindo a apenas uma onda eletromagnética com uma determinada frequência. Um "pulso" luminoso é um objeto muito distinto, composto por uma superposição de várias ondas luminosas, cada uma com uma frequência diferente. Quanto mais fino for o pulso, maior o número de ondas que o compõem; a superposição de ondas diferentes determina o feitio do pulso luminoso. Seu perfil é semelhante ao de um sino ou uma montanha com um pico bem arredondado. Existem duas velocidades associadas ao movimento do pulso; a velocidade de seu pico é chamada velocidade de grupo, e a velocidade de cada onda é a velocidade de fase. No vácuo, as duas são iguais, mas em meios absorventes ou dispersivos elas podem ser diferentes. Foi essa diferença que criou o efeito superluminal: um pulso luminoso atravessou um volume saturado com o elemento césio em forma gasosa; nesse meio, certas frequências sofrem uma dispersão anômala, mudando suas velocidades de fase. Com isso, o formato do pulso é deformado de modo a "empurrá-lo" para a frente. O resultado é uma velocidade de grupo (ou do pico) mais rápida do que a velocidade da luz no vácuo. De fato, o pico do pulso foi visto deixando o volume antes de entrar! (Lembre-se do formato de sino: o pico fica no meio do pulso.)
A velocidade superluminal foi a velocidade de grupo, ou do pico, do pulso; para que o pico tivesse saído antes de entrar, a parte frontal do pulso foi deformada radicalmente, "redesenhando" o formato do pulso luminoso.
Não existiu violação de causalidade, já que o efeito veio da reorganização das ondas compondo o pulso. Por enquanto, ainda vivemos em um universo onde a causa precede o efeito.
domingo, 30 de julho de 2000
Um Sol inquieto
O Sol está passando por momentos difíceis. Nós, aqui na Terra, temos a impressão de que ele é um objeto pacífico, uma fonte constante de luz e calor, estável para sempre. Nada como uma enorme distância para esconder imperfeições e crises. Afinal, são 150 milhões de quilômetros entre a Terra e o "astro rei". A noção de que o Sol é um objeto perfeito foi sustentada pelos aristotélicos desde a Grécia Antiga. Ela só veio desaparecer no início do século 17, quando o italiano Galileu Galilei e astrônomos jesuítas descobriram as famosas "manchas solares", que, nos seus telescópios, pareciam pontos negros sobre a superfície solar ou próximos dela.
Deixando a interessante polêmica entre Galileu -que corretamente afirmava que as manchas eram parte da estrela- e os jesuítas -que afirmavam que as manchas eram planetas muito próximos do Sol-, ficou claro que o Sol não era um astro perfeito.
Longe disso. Com massa 300 mil vezes maior que a da Terra, raio cem vezes maior e temperatura, na superfície, de aproximadamente 6.000 graus Celsius, o Sol é um monstro em constante ebulição, cuja enorme quantidade de matéria é comprimida constantemente pela gravidade. No seu interior, hidrogênio -o elemento mais leve da Natureza, compondo 91,2% da matéria solar- se funde para formar hélio, o próximo na linhagem química. Esse processo de fusão nuclear é o responsável pela enorme quantidade de energia produzida pelo Sol, promovendo sua estabilidade contra a inexorável compressão gravitacional.
Para que a fusão nuclear possa ocorrer, a temperatura no centro solar chega a atingir 15 milhões de graus, enquanto a densidade da matéria é de 150 toneladas por metro cúbico, 20 vezes maior que a densidade do ferro.
Claro que um objeto que tem uma temperatura de milhões de graus no centro e de milhares de graus na superfície não pode ser lá muito pacífico. O calor gerado na região central flui por meio da matéria solar, criando correntes de convecção extremamente complexas; enquanto a matéria superaquecida vinda do interior solar viaja para a superfície, a matéria da superfície, relativamente mais fria, afunda para o interior.
Esse ir e vir cria padrões de convecção (parecidos com rocamboles) que transportam energia para a superfície em movimentos rotatórios. Perto da superfície solar, a densidade do gás fica tão pequena que essas correntes de convecção não podem mais ser mantidas. Chegamos à fotosfera, a superfície que vemos do Sol, onde o transporte de energia se dá por meio de radiação.
A fotosfera é tão estreita que mal pode esconder o caos térmico das correntes de convecção logo abaixo. Fotos do Sol tiradas por vários satélites e telescópios revelam uma superfície marcada por inúmeras erupções e "sucções" de gás incandescente, com uma granulosidade parecida com um prato de feijão e arroz: as erupções emergindo, as sucções afundando. Cada grão, porém, tem em torno de mil quilômetros de diâmetro e desaparece em 5 ou 10 minutos.
O aparecimento das manchas solares marca períodos em que a sopa solar ferve com mais energia do que o normal. Obedecendo a um ciclo de aproximadamente 11 anos, essas manchas parecem escuras porque são mais frias ("apenas" 4.500 graus!) do que a superfície solar. Além disso, elas estão intimamente ligadas ao magnetismo do Sol. Assim como a Terra, o Sol também tem seu campo magnético, causado pela combinação dos movimentos de rotação e de convecção da matéria ionizada (matéria que tem elétrons faltando) em seu interior.
As manchas aparecem em pares: uma com pólo positivo e outra com pólo negativo, como ímãs gigantescos, maiores que a Terra. Esses são os períodos das tempestades solares, quando mudanças bruscas no campo magnético solar causam erupções de bilhões de toneladas de matéria, viajando a mais de 5 milhões de quilômetros por hora.
Estamos passando pelo clímax de uma dessas tempestades. Em geral, elas causam a belíssima aurora boreal, quando uma fração dessa matéria é capturada pelo campo magnético da Terra. Também causam problemas com recepção de rádio na Terra e com o funcionamento de satélites, além de dificuldades com usinas elétricas. Mas não há motivo para alarme: o Sol, com ou sem tempestades, continuará a brilhar "pacificamente" por mais uns 5 bilhões de anos.
Deixando a interessante polêmica entre Galileu -que corretamente afirmava que as manchas eram parte da estrela- e os jesuítas -que afirmavam que as manchas eram planetas muito próximos do Sol-, ficou claro que o Sol não era um astro perfeito.
Longe disso. Com massa 300 mil vezes maior que a da Terra, raio cem vezes maior e temperatura, na superfície, de aproximadamente 6.000 graus Celsius, o Sol é um monstro em constante ebulição, cuja enorme quantidade de matéria é comprimida constantemente pela gravidade. No seu interior, hidrogênio -o elemento mais leve da Natureza, compondo 91,2% da matéria solar- se funde para formar hélio, o próximo na linhagem química. Esse processo de fusão nuclear é o responsável pela enorme quantidade de energia produzida pelo Sol, promovendo sua estabilidade contra a inexorável compressão gravitacional.
Para que a fusão nuclear possa ocorrer, a temperatura no centro solar chega a atingir 15 milhões de graus, enquanto a densidade da matéria é de 150 toneladas por metro cúbico, 20 vezes maior que a densidade do ferro.
Claro que um objeto que tem uma temperatura de milhões de graus no centro e de milhares de graus na superfície não pode ser lá muito pacífico. O calor gerado na região central flui por meio da matéria solar, criando correntes de convecção extremamente complexas; enquanto a matéria superaquecida vinda do interior solar viaja para a superfície, a matéria da superfície, relativamente mais fria, afunda para o interior.
Esse ir e vir cria padrões de convecção (parecidos com rocamboles) que transportam energia para a superfície em movimentos rotatórios. Perto da superfície solar, a densidade do gás fica tão pequena que essas correntes de convecção não podem mais ser mantidas. Chegamos à fotosfera, a superfície que vemos do Sol, onde o transporte de energia se dá por meio de radiação.
A fotosfera é tão estreita que mal pode esconder o caos térmico das correntes de convecção logo abaixo. Fotos do Sol tiradas por vários satélites e telescópios revelam uma superfície marcada por inúmeras erupções e "sucções" de gás incandescente, com uma granulosidade parecida com um prato de feijão e arroz: as erupções emergindo, as sucções afundando. Cada grão, porém, tem em torno de mil quilômetros de diâmetro e desaparece em 5 ou 10 minutos.
O aparecimento das manchas solares marca períodos em que a sopa solar ferve com mais energia do que o normal. Obedecendo a um ciclo de aproximadamente 11 anos, essas manchas parecem escuras porque são mais frias ("apenas" 4.500 graus!) do que a superfície solar. Além disso, elas estão intimamente ligadas ao magnetismo do Sol. Assim como a Terra, o Sol também tem seu campo magnético, causado pela combinação dos movimentos de rotação e de convecção da matéria ionizada (matéria que tem elétrons faltando) em seu interior.
As manchas aparecem em pares: uma com pólo positivo e outra com pólo negativo, como ímãs gigantescos, maiores que a Terra. Esses são os períodos das tempestades solares, quando mudanças bruscas no campo magnético solar causam erupções de bilhões de toneladas de matéria, viajando a mais de 5 milhões de quilômetros por hora.
Estamos passando pelo clímax de uma dessas tempestades. Em geral, elas causam a belíssima aurora boreal, quando uma fração dessa matéria é capturada pelo campo magnético da Terra. Também causam problemas com recepção de rádio na Terra e com o funcionamento de satélites, além de dificuldades com usinas elétricas. Mas não há motivo para alarme: o Sol, com ou sem tempestades, continuará a brilhar "pacificamente" por mais uns 5 bilhões de anos.
domingo, 23 de julho de 2000
Onde estão os ETs?
Na Terra, que tem em torno de 4,6 bilhões de anos, a vida surgiu bem cedo; amostras de rochas australianas contêm bactérias fossilizadas com 3,5 bilhões de anos. E, para chegar a essas bactérias, a evolução de seres vivos já devia ter começado bem antes, talvez 4 bilhões de anos atrás. Ou seja, a vida teve início por aqui tão logo as condições ambientais -temperatura, quantidade de água, nitrogênio e oxigênio- o permitiram. É difícil imaginar que o mesmo não tenha se repetido pela galáxia afora, em talvez em milhões de planetas. A vida extraterrestre é, a meu ver, praticamente certa.
E a vida inteligente? Aí já são outros quinhentos. Vários cientistas levam a possibilidade da existência de civilizações extraterrestres ultra-avançadas muito a sério. Programas como o Seti (do inglês, "Busca por Inteligência Extraterrestre") vêm vasculhando os céus em busca de sinais de rádio gerados por outros seres inteligentes. O leitor interessado em uma lista desses programas pode consultar o site "Sky and Telescope" (www.skypub.com/news/special/seti-toc.html). A idéia é que outras civilizações também tenham desenvolvido tecnologias para transmitir e receber ondas de rádio, que poderiam ser captadas por antenas daqui. Dadas as absurdas distâncias interestelares, "ouvir" vida extraterrestre é uma solução muito mais em conta do que embarcar em explorações ao vivo de outros sistemas solares.
Mesmo supondo que essas civilizações existam, estabelecer um diálogo seria muito frustrante. Imagine uma civilização em um planeta orbitando uma estrela em nossa vizinhança cósmica, a, digamos, 50 anos-luz daqui. (A Via Láctea tem um diâmetro aproximado de 100 mil anos-luz; um raio de luz -ou uma onda de rádio- demora 100 mil anos para atravessá-la, viajando a uma velocidade de 300 mil quilômetros por segundo). Se, um dia, recebermos uma transmissão de lá, ela saiu há 50 anos. Se nós a respondermos, sempre uma questão a ser considerada com muito cuidado, eles só a receberão em 50 anos. Não vai dar para muita conversa, pelo menos em uma geração.
Até o momento, não ouvimos nada. Defensores do programa Seti argumentam que a galáxia é muito grande, que civilizações precisam de transmissores potentes para que seus sinais cheguem até nós ou que, talvez, essas civilizações não estejam interessadas em conversar conosco. Como dizia Carl Sagan, "a ausência de evidência não significa evidência de ausência". Talvez. Muito possivelmente, a resposta está na raridade que é o desenvolvimento de inteligência dentro do processo evolucionário. Um cálculo simples mostra que, se inteligência fosse uma consequência automática da vida, nossa galáxia deveria ter milhões de civilizações, a maioria bem mais antiga e desenvolvida do que a nossa. Essas civilizações teriam tecnologias de exploração espacial que nós nem podemos ainda conceber, e a galáxia inteira já estaria colonizada por elas. A menos que nós mesmos sejamos uma criação dessas civilizações, uma possibilidade bastante absurda, não encontramos evidência da sua presença na Terra ou em outros planetas. Onde estão esses visitantes quase divinos de outros mundos?
Se a vida não é tão rara, a inteligência, ao menos aqui na Terra, surgiu por acaso, consequência de uma série de eventos completamente aleatórios. É importante lembrar que os dinossauros reinaram sobre a Terra durante 150 milhões de anos. Nada indicava que essa situação fosse se alterar. Uma colisão com um asteróide ou cometa, há 65 milhões de anos, mudou o balanço da vida no planeta, criando condições para que os até então insignificantes mamíferos pudessem evoluir, enquanto os dinossauros foram extintos.
Podemos mesmo dizer que, se a história da vida, ao menos a que podemos imaginar, é um experimento evolucionário que depende delicadamente de condições muito particulares, a história da vida inteligente depende de uma combinação de fatores que a torna extremamente rara. Quem sabe não seremos nós a civilização que irá colonizar a galáxia?
domingo, 16 de julho de 2000
A relatividade continua linda
Aquele que acha que ser gênio é encontrar solução para todos os seus problemas quase que magicamente, a intuição fulminante trazendo a resposta que, para a grande maioria, seria impossível descobrir, está enganado. O tal grito do "Ah-ah!", quando uma idéia explode de repente na cabeça, é, em geral, apenas o começo do processo criativo. Do "Ah-ah!" até a teoria ou o experimento revelador existe uma longa estrada, onde "gênio" se mistura com o leviano suor -mesmo que o da mente, não o do corpo. "Gênio" é um desses adjetivos fáceis de usar, mas difíceis de definir quantitativamente: onde fica a linha divisória entre o "muito inteligente" e o "genial"? Essa questão anima muitos debates entre os neurocientistas. Deixando-a de lado, pois, afinal, o que importa é a obra (e não como classificamos a mente de quem a criou), falemos da teoria da relatividade de Einstein, este que, sem dúvida, dá corpo ao conceito de gênio.
Em torno de 1910, Einstein estava confuso; ele havia desenvolvido a teoria da relatividade especial em 1905, na qual mostrou como observadores -aqueles que medem coisas que acontecem em algum lugar no espaço e em um determinado momento no tempo, que podemos, sem rigor, chamar de "fenômenos" -movendo-se com velocidades relativas constantes poderiam trocar informações sobre suas medidas experimentais. Segundo essa teoria, a velocidade da luz representa o limite máximo com que observadores podem trocar informações. Mas a ênfase em movimentos com velocidades constantes incomodava Einstein; afinal, a maioria absoluta dos movimentos observados na natureza ocorre com velocidades que mudam de valor ou direção (ao fazermos uma curva, por exemplo), isto é, a maioria dos movimentos é acelerada.
Foi numa "visão" -que alguns chamam de intuição; outros, de gênio; outros, menos inclinados a assuntos científicos, de revelação- que Einstein deu seu primeiro passo em direção à nova teoria, que inclui movimentos acelerados, se bem que de forma inesperada. Einstein se imaginou caindo de um telhado bem alto; fazendo bom uso de sua visão, ele se perguntou como descrever os movimentos de outros objetos que caiam, hipoteticamente, a seu lado. "Ora", pensou ele, "se estivéssemos caindo, não sentiríamos a gravidade da Terra. Estaríamos em queda livre". O leitor que já desceu em um elevador bem rápido ou numa montanha-russa conhece a sensação de leveza que vem com a queda. Por outro lado, um elevador que sobe parece aumentar a gravidade terrestre. Einstein concluiu, em 1907, que gravidade e aceleração estão intimamente relacionadas; que um movimento acelerado (o elevador que sobe) pode imitar a ação da gravidade. Uma teoria da relatividade incluindo aceleração necessariamente inclui gravidade. "Como formular essa idéia matematicamente?", perguntou-se Einstein. Como transformar a "visão" em teoria quantitativa? Aqui começa o suor do gênio e de todos nós que tentamos dar corpo a uma idéia. Da mente ao mundo há uma longa estrada.
Foram nove anos de esforços -não contínuos, mas, mesmo assim, de várias tentativas- até Einstein dar corpo às suas visões. Ele não poderia ter feito isso sem a ajuda de seu amigo Marcelo Grossman, que o instruiu na matemática, que tornou-se a linguagem da teoria da relatividade geral. A consequência principal da nova teoria foi tornar o espaço (e o tempo) em entidades plásticas, deformáveis, devido à presença de matéria (e energia); uma estrela encurva o espaço à sua volta, fazendo com que corpos em sua vizinhança se movimentem de forma acelerada nessa geometria distorcida, um pouco como crianças descendo um escorregador.
A colaboração entre Grossman e Einstein é celebrada regularmente em uma conferência (neste ano, durante a primeira semana de julho, em Roma). A riqueza da teoria geral da relatividade é tal que centenas de físicos do mundo inteiro, incluindo vários brasileiros, vieram debater suas novas idéias sobre uma teoria que já tem 84 anos. Tópicos vão de estrelas exóticas, que no momento existem apenas no papel -a colaboração deste autor-, até as propriedades geométricas dos buracos negros, a geração e detecção de ondas gravitacionais e a origem e a geometria do Universo como um todo. A relatividade continua linda e mais estimulante do que nunca.
Em torno de 1910, Einstein estava confuso; ele havia desenvolvido a teoria da relatividade especial em 1905, na qual mostrou como observadores -aqueles que medem coisas que acontecem em algum lugar no espaço e em um determinado momento no tempo, que podemos, sem rigor, chamar de "fenômenos" -movendo-se com velocidades relativas constantes poderiam trocar informações sobre suas medidas experimentais. Segundo essa teoria, a velocidade da luz representa o limite máximo com que observadores podem trocar informações. Mas a ênfase em movimentos com velocidades constantes incomodava Einstein; afinal, a maioria absoluta dos movimentos observados na natureza ocorre com velocidades que mudam de valor ou direção (ao fazermos uma curva, por exemplo), isto é, a maioria dos movimentos é acelerada.
Foi numa "visão" -que alguns chamam de intuição; outros, de gênio; outros, menos inclinados a assuntos científicos, de revelação- que Einstein deu seu primeiro passo em direção à nova teoria, que inclui movimentos acelerados, se bem que de forma inesperada. Einstein se imaginou caindo de um telhado bem alto; fazendo bom uso de sua visão, ele se perguntou como descrever os movimentos de outros objetos que caiam, hipoteticamente, a seu lado. "Ora", pensou ele, "se estivéssemos caindo, não sentiríamos a gravidade da Terra. Estaríamos em queda livre". O leitor que já desceu em um elevador bem rápido ou numa montanha-russa conhece a sensação de leveza que vem com a queda. Por outro lado, um elevador que sobe parece aumentar a gravidade terrestre. Einstein concluiu, em 1907, que gravidade e aceleração estão intimamente relacionadas; que um movimento acelerado (o elevador que sobe) pode imitar a ação da gravidade. Uma teoria da relatividade incluindo aceleração necessariamente inclui gravidade. "Como formular essa idéia matematicamente?", perguntou-se Einstein. Como transformar a "visão" em teoria quantitativa? Aqui começa o suor do gênio e de todos nós que tentamos dar corpo a uma idéia. Da mente ao mundo há uma longa estrada.
Foram nove anos de esforços -não contínuos, mas, mesmo assim, de várias tentativas- até Einstein dar corpo às suas visões. Ele não poderia ter feito isso sem a ajuda de seu amigo Marcelo Grossman, que o instruiu na matemática, que tornou-se a linguagem da teoria da relatividade geral. A consequência principal da nova teoria foi tornar o espaço (e o tempo) em entidades plásticas, deformáveis, devido à presença de matéria (e energia); uma estrela encurva o espaço à sua volta, fazendo com que corpos em sua vizinhança se movimentem de forma acelerada nessa geometria distorcida, um pouco como crianças descendo um escorregador.
A colaboração entre Grossman e Einstein é celebrada regularmente em uma conferência (neste ano, durante a primeira semana de julho, em Roma). A riqueza da teoria geral da relatividade é tal que centenas de físicos do mundo inteiro, incluindo vários brasileiros, vieram debater suas novas idéias sobre uma teoria que já tem 84 anos. Tópicos vão de estrelas exóticas, que no momento existem apenas no papel -a colaboração deste autor-, até as propriedades geométricas dos buracos negros, a geração e detecção de ondas gravitacionais e a origem e a geometria do Universo como um todo. A relatividade continua linda e mais estimulante do que nunca.
domingo, 9 de julho de 2000
O universo dos padrões que se repetem
Das menores escalas até as maiores, o Universo exibe uma série de padrões regulares que, grosso modo, podem ser resumidos em uma frase: existe um centro em torno do qual objetos transitam, movidos por uma força que aponta na direção desse centro. Vejamos alguns exemplos, do muito pequeno ao muito grande. Modelos do átomo são representados como tendo um núcleo com carga positiva, em torno do qual movem-se elétrons, de carga negativa. A força entre o núcleo e os elétrons é a atração elétrica entre cargas opostas. Mesmo que a estrutura do átomo seja bem mais complicada, essa imagem vale como uma primeira aproximação.
Na escala humana, os sexos opostos giram um em torno do outro, de vez em quando até se tocando. Já as mariposas giram em torno das lâmpadas, também tocando-as de vez em quando... OK, sem apelação, a próxima escala em que vemos esse padrão se repetir é na escala de atuação da força gravitacional. Primeiro, vemos a Lua girando em torno da Terra. E as muitas luas do sistema solar (pelo menos 63) orbitando seus planetas. Só Júpiter tem ao menos 16 luas. Essa corte de nove planetas e 63 luas orbita em torno do Sol, que por sua vez orbita o centro da Via Láctea, nossa galáxia. E o Sol, junto a mais algumas centenas de bilhões de outras estrelas, gira em torno do centro galáctico.
O mesmo padrão aparece em escalas ainda maiores. Galáxias de grande porte, como a Via Láctea ou a nossa vizinha Andrômeda, também têm suas galáxias satélites, orbitando as galáxias centrais como planetas em torno do Sol. Por exemplo, a nossa galáxia tem duas companheiras, as Nuvens de Magalhães, que estão a uma distância média de 300 mil anos-luz daqui. (Um ano-luz equivale a aproximadamente 10 trilhões de quilômetros.) As galáxias também gostam de se agrupar, formando aglomerados cuja dinâmica é caracterizada por um movimento orbital em torno do centro de massa, obtido a partir de uma espécie de média ponderada das várias galáxias no aglomerado.
Antes que o leitor fique tonto com tanto giro, faço uma observação que parece, ao menos hoje em dia, óbvia. O fato de o mesmo padrão reaparecer em tantas escalas diferentes -deixando o átomo de lado e se concentrando em astronomia- está nos dizendo algo de fundamental sobre esses objetos e a força que domina sua dinâmica, ou seja, a gravidade. Mas o quê? No século 18, o filósofo alemão Immanuel Kant sugeriu algo que, na época, parecia ser completamente inusitado: essa repetição do mesmo padrão, disse ele, é consequência do processo de formação desses vários sistemas, que também se repete das menores (planetas e suas luas) às maiores (galáxias) escalas. O mais incrível dessa proposta de Kant é que, na época, não se sabia que existiam outras galáxias; apenas em 1924 o astrônomo norte-americano Edwin Hubble demonstrou de forma conclusiva que o Universo é povoado por inúmeras (bilhões) galáxias, cada uma com seus milhões (para as anãs) ou bilhões de estrelas. Portanto, Kant intuiu a estrutura de um Universo que ninguém pôde confirmar por mais de cem anos.
Vamos voltar à escala humana e examinar outro padrão, talvez mais ameno à investigação científica do que a órbita dos sexos e das mariposas. Olhe para o seu corpo e para uma árvore na rua. O que você vê? Um tronco central, que se divide em troncos secundários, que se dividem em outros troncos ainda menores. O mesmo ocorre com rios: um rio maior, que se divide em tributários menores e estes em outros ainda menores, e assim por diante. O mesmo com o sistema circulatório, ou com os neurônios no cérebro. O que determina esse padrão? Otimização da distribuição da substância sendo transportada, do sangue e da seiva à água e aos impulsos elétricos. Essa hierarquia de troncos que se bifurcam leva à quantidade ideal da substância sendo transportada, usando o mínimo possível de energia.
Nós vivemos em um Universo onde a frequência com que certos padrões aparecem é consequência de processos de otimização ocorrendo em todas as escalas. O objetivo final de cada um desses sistemas, dos neurônios às árvores, aos planetas e às galáxias, é realizar uma tarefa usando o mínimo possível de recursos, garantindo assim a longevidade do sistema. Sem dúvida, a Natureza é sábia.
Na escala humana, os sexos opostos giram um em torno do outro, de vez em quando até se tocando. Já as mariposas giram em torno das lâmpadas, também tocando-as de vez em quando... OK, sem apelação, a próxima escala em que vemos esse padrão se repetir é na escala de atuação da força gravitacional. Primeiro, vemos a Lua girando em torno da Terra. E as muitas luas do sistema solar (pelo menos 63) orbitando seus planetas. Só Júpiter tem ao menos 16 luas. Essa corte de nove planetas e 63 luas orbita em torno do Sol, que por sua vez orbita o centro da Via Láctea, nossa galáxia. E o Sol, junto a mais algumas centenas de bilhões de outras estrelas, gira em torno do centro galáctico.
O mesmo padrão aparece em escalas ainda maiores. Galáxias de grande porte, como a Via Láctea ou a nossa vizinha Andrômeda, também têm suas galáxias satélites, orbitando as galáxias centrais como planetas em torno do Sol. Por exemplo, a nossa galáxia tem duas companheiras, as Nuvens de Magalhães, que estão a uma distância média de 300 mil anos-luz daqui. (Um ano-luz equivale a aproximadamente 10 trilhões de quilômetros.) As galáxias também gostam de se agrupar, formando aglomerados cuja dinâmica é caracterizada por um movimento orbital em torno do centro de massa, obtido a partir de uma espécie de média ponderada das várias galáxias no aglomerado.
Antes que o leitor fique tonto com tanto giro, faço uma observação que parece, ao menos hoje em dia, óbvia. O fato de o mesmo padrão reaparecer em tantas escalas diferentes -deixando o átomo de lado e se concentrando em astronomia- está nos dizendo algo de fundamental sobre esses objetos e a força que domina sua dinâmica, ou seja, a gravidade. Mas o quê? No século 18, o filósofo alemão Immanuel Kant sugeriu algo que, na época, parecia ser completamente inusitado: essa repetição do mesmo padrão, disse ele, é consequência do processo de formação desses vários sistemas, que também se repete das menores (planetas e suas luas) às maiores (galáxias) escalas. O mais incrível dessa proposta de Kant é que, na época, não se sabia que existiam outras galáxias; apenas em 1924 o astrônomo norte-americano Edwin Hubble demonstrou de forma conclusiva que o Universo é povoado por inúmeras (bilhões) galáxias, cada uma com seus milhões (para as anãs) ou bilhões de estrelas. Portanto, Kant intuiu a estrutura de um Universo que ninguém pôde confirmar por mais de cem anos.
Vamos voltar à escala humana e examinar outro padrão, talvez mais ameno à investigação científica do que a órbita dos sexos e das mariposas. Olhe para o seu corpo e para uma árvore na rua. O que você vê? Um tronco central, que se divide em troncos secundários, que se dividem em outros troncos ainda menores. O mesmo ocorre com rios: um rio maior, que se divide em tributários menores e estes em outros ainda menores, e assim por diante. O mesmo com o sistema circulatório, ou com os neurônios no cérebro. O que determina esse padrão? Otimização da distribuição da substância sendo transportada, do sangue e da seiva à água e aos impulsos elétricos. Essa hierarquia de troncos que se bifurcam leva à quantidade ideal da substância sendo transportada, usando o mínimo possível de energia.
Nós vivemos em um Universo onde a frequência com que certos padrões aparecem é consequência de processos de otimização ocorrendo em todas as escalas. O objetivo final de cada um desses sistemas, dos neurônios às árvores, aos planetas e às galáxias, é realizar uma tarefa usando o mínimo possível de recursos, garantindo assim a longevidade do sistema. Sem dúvida, a Natureza é sábia.
domingo, 2 de julho de 2000
Medindo a força da gravidade
Todo mundo conhece a força da gravidade; ela não desiste nunca, fazendo tudo cair constantemente. Das quatro forças da natureza, que incluem a força eletromagnética, também nossa conhecida, e as forças nucleares forte e fraca, que só têm influência no interior do núcleo atômico, a força da gravidade é, de longe, a mais familiar. Por incrível que pareça, ela é, também, a menos familiar. Isso porque a gravidade é uma força extremamente fraca e, portanto, difícil de ser medida. "Mas como?", exclama o leitor, visivelmente irritado. "Tudo cai e ainda assim esses cientistas não conseguem medir a força da gravidade com precisão?". Pois é, leitor, a coisa é mais complicada do que parece. Repare como é fraca a força da gravidade: um ímã vagabundo, desses de refrigerador, é capaz de levantar um prego, vencendo a atração gravitacional da Terra inteira, com sua massa de 6 bilhões de trilhões de toneladas (ou 6 x 1021 toneladas, em notação científica)!
O inglês Isaac Newton demonstrou, no final do século 17, que a força da gravidade entre dois corpos é proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional à distância entre elas. O ponto é que, para obtermos uma relação exata, essa proporcionalidade deve ser multiplicada por uma constante, que nós chamamos de G. É essa constante que determina a intensidade da força gravitacional entre dois corpos. Imagine duas massas de um quilo cada, separadas por um metro. A atração gravitacional entre elas é determinada pelo valor da constante G; uma constante pequena reflete uma atração pequena, uma constante grande, uma atração grande. Medir a força da gravidade, portanto, é equivalente a medir G. E como a atração gravitacional entre dois corpos é muito fraca, medir G não é nada fácil.
A primeira medida de G foi efetuada por outro inglês, Henry Cavendish, um pouco mais de cem anos após Newton propor sua lei gravitacional. Ele usou um aparato conhecido como balança de torção, que pode ser visualizado como um pequeno alteres suspenso por uma linha de pesca. O sistema tem de estar isolado de influências externas, como variações de temperatura, ou pessoas. Em seguida, deve-se aproximar uma massa relativamente grande (uma bola de chumbo de 10 kg, por exemplo), até uma das extremidades do alteres. A atração entre as duas bolas fará com que elas se aproximem, girando o haltere de um certo ângulo. Daí podemos calcular G. Cavendish obteve um resultado comparável ao resultado atual com precisão de 1%. O valor atual é de G = 6,67390 x 10-11, em unidades apropriadas (ou seja: 6,67390/ 100.000.000.000). Ou, pelo menos, esse é um dos valores atuais.
A polêmica surgiu em 1994, quando um grupo alemão, após 15 anos de pesquisas (!), anunciou uma medida para G 0,5% maior do que o valor então aceito. 0,5% parece pouco, mas no mundo de altíssima precisão das medidas em física é um verdadeiro vexame. Outras constantes fundamentais da natureza, números que, como G, nos permitem modelar fenômenos naturais e extrair resultados quantitativos de nossas medidas, são conhecidas com enorme precisão. A constante de Planck, importante em processos atômicos, é conhecida com precisão de 1 parte em 10 milhões. A velocidade da luz é hoje tomada como exata. Já a precisão de G, é de apenas uma parte em mil. (O leitor pode consultar o portal www.physics.nist.gov para ver detalhes.)
Essas disparidades na medida da força que nos é mais familiar vêm provocando uma grande reação na comunidade científica; vários experimentos de alta precisão estão sendo desenhados para melhorar as medidas de G. Por que tanto interesse? Nossa medida da massa da Terra, e de qualquer outro objeto celeste, depende de G; a taxa com que uma estrela produz sua radiação, ou a própria expansão do Universo, também. Conforme Einstein demonstrou em 1916, G mede a curvatura do espaço devido à presença de objetos muito maciços, como o Sol ou, mais dramaticamente, buracos negros. Não existem motivos imediatos para melhorarmos nossas medidas de G. Mas quem está preocupado com isto? Medir as constantes fundamentais da natureza faz parte do processo de descoberta do mundo à nossa volta; talvez algum dia poderemos até entender a origem dessas constantes, ou por que a gravidade é tão fraca.
O inglês Isaac Newton demonstrou, no final do século 17, que a força da gravidade entre dois corpos é proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional à distância entre elas. O ponto é que, para obtermos uma relação exata, essa proporcionalidade deve ser multiplicada por uma constante, que nós chamamos de G. É essa constante que determina a intensidade da força gravitacional entre dois corpos. Imagine duas massas de um quilo cada, separadas por um metro. A atração gravitacional entre elas é determinada pelo valor da constante G; uma constante pequena reflete uma atração pequena, uma constante grande, uma atração grande. Medir a força da gravidade, portanto, é equivalente a medir G. E como a atração gravitacional entre dois corpos é muito fraca, medir G não é nada fácil.
A primeira medida de G foi efetuada por outro inglês, Henry Cavendish, um pouco mais de cem anos após Newton propor sua lei gravitacional. Ele usou um aparato conhecido como balança de torção, que pode ser visualizado como um pequeno alteres suspenso por uma linha de pesca. O sistema tem de estar isolado de influências externas, como variações de temperatura, ou pessoas. Em seguida, deve-se aproximar uma massa relativamente grande (uma bola de chumbo de 10 kg, por exemplo), até uma das extremidades do alteres. A atração entre as duas bolas fará com que elas se aproximem, girando o haltere de um certo ângulo. Daí podemos calcular G. Cavendish obteve um resultado comparável ao resultado atual com precisão de 1%. O valor atual é de G = 6,67390 x 10-11, em unidades apropriadas (ou seja: 6,67390/ 100.000.000.000). Ou, pelo menos, esse é um dos valores atuais.
A polêmica surgiu em 1994, quando um grupo alemão, após 15 anos de pesquisas (!), anunciou uma medida para G 0,5% maior do que o valor então aceito. 0,5% parece pouco, mas no mundo de altíssima precisão das medidas em física é um verdadeiro vexame. Outras constantes fundamentais da natureza, números que, como G, nos permitem modelar fenômenos naturais e extrair resultados quantitativos de nossas medidas, são conhecidas com enorme precisão. A constante de Planck, importante em processos atômicos, é conhecida com precisão de 1 parte em 10 milhões. A velocidade da luz é hoje tomada como exata. Já a precisão de G, é de apenas uma parte em mil. (O leitor pode consultar o portal www.physics.nist.gov para ver detalhes.)
Essas disparidades na medida da força que nos é mais familiar vêm provocando uma grande reação na comunidade científica; vários experimentos de alta precisão estão sendo desenhados para melhorar as medidas de G. Por que tanto interesse? Nossa medida da massa da Terra, e de qualquer outro objeto celeste, depende de G; a taxa com que uma estrela produz sua radiação, ou a própria expansão do Universo, também. Conforme Einstein demonstrou em 1916, G mede a curvatura do espaço devido à presença de objetos muito maciços, como o Sol ou, mais dramaticamente, buracos negros. Não existem motivos imediatos para melhorarmos nossas medidas de G. Mas quem está preocupado com isto? Medir as constantes fundamentais da natureza faz parte do processo de descoberta do mundo à nossa volta; talvez algum dia poderemos até entender a origem dessas constantes, ou por que a gravidade é tão fraca.
domingo, 25 de junho de 2000
Ciência e moralidade
O físico J. Robert Oppenheimer, que chefiou a construção da bomba atômica norte-americana entre 1942 e 1945, registrou sua reação após o sucesso do primeiro teste, em palavras que são, hoje, famosas: "Eu lembrei-me de uma linha do Bhagavad-Ghita, as Escrituras hindus, onde o deus Vishnu diz, "Agora tornei-me a Morte, destruidora de mundos'". Uma invenção usando conceitos desenvolvidos por físicos interessados em entender o funcionamento do núcleo atômico transformou para sempre a história da humanidade. Os homens se transformaram na encarnação destrutiva de Vishnu, o Destruidor de Mundos.
A construção da bomba mostra o quanto a ciência não pode ser separada da sociedade em que está sendo desenvolvida. A idéia que ciência pode se desenvolver ignorando a realidade política à sua volta é um mito extremamente inocente. A mobilização do governo norte-americano iniciou-se após cartas enviadas por físicos para o presidente Roosevelt. Essas cartas sugeriam que armas de destruição de massa poderiam ser desenvolvidas por cientistas trabalhando para Hitler. O Projeto Manhattan, como ficou conhecido, representou uma enorme concentração de recursos financeiros e burocráticos, sob supervisão militar. Os físicos viam sua missão com heroísmo: construir a bomba antes dos nazistas e assim ganhar a guerra. Maquiavelicamente, o fim justificava os meios. Foi selado um pacto político entre ciência e governo. Mesmo que a razão principal de sua construção, a ameaça nazista, estivesse efetivamente derrotada quando a bomba ficou pronta, e os japoneses, se não derrotados, estivessem à beira da derrota, outra "ameaça" surgiu no mundo: os soviéticos e sua política expansionista. Se a primeira bomba terminou a guerra com o Japão, a segunda serviu de aviso aos soviéticos.
A construção da bomba não marcou a primeira contribuição entre cientistas e governo. Arquimedes, em torno de 250 a.C., ajudou o reino de Siracusa, criando catapultas e outras máquinas bélicas. Essa relação entre ciência e política é inevitável: ciência custa caro, e a indústria, com seu interesse em lucros a curto prazo, não pode se dar ao luxo de financiar grandes projetos. O que motiva governos a financiar projetos gigantes e extremamente custosos como a Estação Espacial, ou o Projeto Genoma Humano? O desenvolvimento de hegemonia tecnológica e, portanto, o domínio dos mercados econômicos; a geração de milhares de empregos; o controle político que vem como consequência dessa hegemonia tecnológica. Ah, quase que esqueço, o desenvolvimento da ciência, claro.
Existe também a ciência de menor escala, menos custosa mas nem por isso menos inventiva. Em condições ideais, ambas deveriam coexistir. Nos dois tipos de ciência, o cientista se depara com sérias questões morais. Em época de guerra, como durante o Projeto Manhattan, valores morais podem ser comprometidos pelo contexto de "vida ou morte". Não acredito que a maioria dos cientistas em Los Alamos teria optado por essa linha de pesquisa na ausência de um conflito mundial. Até que ponto a pesquisa deve -ou pode- ser "controlada"? Faz sentido impor limites ao progresso científico? Eu acho que não; o que foi pensado, jamais será "des-pensado"; invenções, censuradas aqui, reaparecerão ali. A bomba teria sido inventada mais cedo ou mais tarde. A clonagem de humanos será inventada mais cedo ou mais tarde. As decisões morais devem partir da honestidade de cada cientista em alertar a sociedade para as consequências de suas invenções, acima de compromissos políticos. Para isso, a sociedade tem de estar preparada para optar pelo seu próprio futuro. Moralidade parte do indivíduo e termina em uma sociedade educada.
A construção da bomba mostra o quanto a ciência não pode ser separada da sociedade em que está sendo desenvolvida. A idéia que ciência pode se desenvolver ignorando a realidade política à sua volta é um mito extremamente inocente. A mobilização do governo norte-americano iniciou-se após cartas enviadas por físicos para o presidente Roosevelt. Essas cartas sugeriam que armas de destruição de massa poderiam ser desenvolvidas por cientistas trabalhando para Hitler. O Projeto Manhattan, como ficou conhecido, representou uma enorme concentração de recursos financeiros e burocráticos, sob supervisão militar. Os físicos viam sua missão com heroísmo: construir a bomba antes dos nazistas e assim ganhar a guerra. Maquiavelicamente, o fim justificava os meios. Foi selado um pacto político entre ciência e governo. Mesmo que a razão principal de sua construção, a ameaça nazista, estivesse efetivamente derrotada quando a bomba ficou pronta, e os japoneses, se não derrotados, estivessem à beira da derrota, outra "ameaça" surgiu no mundo: os soviéticos e sua política expansionista. Se a primeira bomba terminou a guerra com o Japão, a segunda serviu de aviso aos soviéticos.
A construção da bomba não marcou a primeira contribuição entre cientistas e governo. Arquimedes, em torno de 250 a.C., ajudou o reino de Siracusa, criando catapultas e outras máquinas bélicas. Essa relação entre ciência e política é inevitável: ciência custa caro, e a indústria, com seu interesse em lucros a curto prazo, não pode se dar ao luxo de financiar grandes projetos. O que motiva governos a financiar projetos gigantes e extremamente custosos como a Estação Espacial, ou o Projeto Genoma Humano? O desenvolvimento de hegemonia tecnológica e, portanto, o domínio dos mercados econômicos; a geração de milhares de empregos; o controle político que vem como consequência dessa hegemonia tecnológica. Ah, quase que esqueço, o desenvolvimento da ciência, claro.
Existe também a ciência de menor escala, menos custosa mas nem por isso menos inventiva. Em condições ideais, ambas deveriam coexistir. Nos dois tipos de ciência, o cientista se depara com sérias questões morais. Em época de guerra, como durante o Projeto Manhattan, valores morais podem ser comprometidos pelo contexto de "vida ou morte". Não acredito que a maioria dos cientistas em Los Alamos teria optado por essa linha de pesquisa na ausência de um conflito mundial. Até que ponto a pesquisa deve -ou pode- ser "controlada"? Faz sentido impor limites ao progresso científico? Eu acho que não; o que foi pensado, jamais será "des-pensado"; invenções, censuradas aqui, reaparecerão ali. A bomba teria sido inventada mais cedo ou mais tarde. A clonagem de humanos será inventada mais cedo ou mais tarde. As decisões morais devem partir da honestidade de cada cientista em alertar a sociedade para as consequências de suas invenções, acima de compromissos políticos. Para isso, a sociedade tem de estar preparada para optar pelo seu próprio futuro. Moralidade parte do indivíduo e termina em uma sociedade educada.
domingo, 18 de junho de 2000
Imagens do cérebro
O que se passa em nossos cérebros quando pensamos? Será que podemos visualizar o foco de doenças psiquiátricas, como a esquizofrenia ou a obsessão compulsiva, por meio de máquinas capazes de representar a atividade cerebral em imagens? O cérebro é um dos mistérios da ciência moderna. Podemos até argumentar que, como tudo que criamos e sentimos se origina no cérebro, o cérebro é o maior mistério da ciência!
No nível fundamental, o cérebro é uma coleção de uns 100 bilhões de neurônios, células que transmitem impulsos elétricos através de um delicado balanço químico em suas sinapses, ou junções. Estímulos sensoriais captados por vários sistemas -a visão, a audição etc.- são traduzidos em impulsos elétricos, que por sua vez são enviados a partes diferentes do cérebro, onde um mapa da realidade é recriado pela ação de vários grupos de neurônios espalhados nos dois hemisférios. No nível fenomenológico, podemos definir o cérebro como um dispositivo de recriação da realidade. Mas essa definição é insuficiente, pois o cérebro é também capaz de criar realidades de "dentro para fora", mundos imaginários que existem apenas no indivíduo, ou também de recriar realidades, a memória. Daí que devemos ampliar nossa definição do que é o cérebro para um dispositivo capaz de criar realidades: as de fora para dentro, as de dentro para fora, e as recriadas pela memória. O problema é como isso é possível.
A arquitetura do cérebro é uma expressão da sua complexidade; não só o número de neurônios é enorme, mas as variações entre neurônios, o número de suas terminações (os dendritos), o comprimento do seu eixo principal (o axônio) são, também, riquíssimas. Felizmente, descobriu-se que muitos neurônios tendem a se agrupar de acordo com suas funções, em módulos especiais. Por exemplo, na área do córtex visual, esses módulos podem ter 0,1 mm de extensão e mais de 100 mil neurônios. Esse arranjo sugere que muitos neurônios agem em grupos. Uma imagem que vem em mente é uma árvore de Natal, luzes piscando aqui e ali, representando milhares de neurônios trabalhando para criar o que chamamos de mente.
Para entendermos o funcionamento do cérebro, temos de visualizá-lo em ação, representar sua atividade de forma dinâmica. O que acontece no cérebro quando uma pessoa lê alguma coisa, faz um cálculo, fala, ouve ou vê? Nos últimos 30 anos, uma série de tecnologias vindas da física vem causando uma revolução em nossa compreensão do cérebro e de seu funcionamento. Uma delas, a tomografia por emissão de pósitrons (PET), usa substâncias radioativas, injetadas na corrente sanguínea da pessoa, para monitorar mudanças no metabolismo cerebral, no fluxo de sangue em diferentes regiões ou na distribuição de substâncias químicas responsáveis pela transmissão de impulsos. As substâncias radioativas emitem uma partícula chamada pósitron, um elétron com carga positiva, que se choca com elétrons após viajar por curtíssimas distâncias. Essas colisões criam pares de fótons -as partículas da radiação eletromagnética- que são detectados por câmeras situadas em torno da cabeça do indivíduo. Com isso, usamos o decaimento radioativo de uma substância, e os vários processos de colisão que se seguem, para construir uma imagem da atividade cerebral. A resolução espacial do PET é de milímetros e a resolução temporal, de segundos.
Outra técnica é a imagem por ressonância magnética, ou MRI, que tem uma resolução espacial semelhante à PET, mas uma resolução temporal dez vezes mais rápida.
A última novidade no assunto é o magnetoencefalograma (MEG), que mede as minúsculas correntes elétricas no cérebro passando entre grupos de neurônios, com uma resolução espacial de milímetros e temporal de milésimos de segundo! O MEG permite a visualização da ação coletiva de grupos de neurônios, a base estrutural da mente. Combinando essas técnicas, que usam o micro para visualizar o macro, o cérebro fica um pouco menos misterioso. Mas, por enquanto, não muito!
No nível fundamental, o cérebro é uma coleção de uns 100 bilhões de neurônios, células que transmitem impulsos elétricos através de um delicado balanço químico em suas sinapses, ou junções. Estímulos sensoriais captados por vários sistemas -a visão, a audição etc.- são traduzidos em impulsos elétricos, que por sua vez são enviados a partes diferentes do cérebro, onde um mapa da realidade é recriado pela ação de vários grupos de neurônios espalhados nos dois hemisférios. No nível fenomenológico, podemos definir o cérebro como um dispositivo de recriação da realidade. Mas essa definição é insuficiente, pois o cérebro é também capaz de criar realidades de "dentro para fora", mundos imaginários que existem apenas no indivíduo, ou também de recriar realidades, a memória. Daí que devemos ampliar nossa definição do que é o cérebro para um dispositivo capaz de criar realidades: as de fora para dentro, as de dentro para fora, e as recriadas pela memória. O problema é como isso é possível.
A arquitetura do cérebro é uma expressão da sua complexidade; não só o número de neurônios é enorme, mas as variações entre neurônios, o número de suas terminações (os dendritos), o comprimento do seu eixo principal (o axônio) são, também, riquíssimas. Felizmente, descobriu-se que muitos neurônios tendem a se agrupar de acordo com suas funções, em módulos especiais. Por exemplo, na área do córtex visual, esses módulos podem ter 0,1 mm de extensão e mais de 100 mil neurônios. Esse arranjo sugere que muitos neurônios agem em grupos. Uma imagem que vem em mente é uma árvore de Natal, luzes piscando aqui e ali, representando milhares de neurônios trabalhando para criar o que chamamos de mente.
Para entendermos o funcionamento do cérebro, temos de visualizá-lo em ação, representar sua atividade de forma dinâmica. O que acontece no cérebro quando uma pessoa lê alguma coisa, faz um cálculo, fala, ouve ou vê? Nos últimos 30 anos, uma série de tecnologias vindas da física vem causando uma revolução em nossa compreensão do cérebro e de seu funcionamento. Uma delas, a tomografia por emissão de pósitrons (PET), usa substâncias radioativas, injetadas na corrente sanguínea da pessoa, para monitorar mudanças no metabolismo cerebral, no fluxo de sangue em diferentes regiões ou na distribuição de substâncias químicas responsáveis pela transmissão de impulsos. As substâncias radioativas emitem uma partícula chamada pósitron, um elétron com carga positiva, que se choca com elétrons após viajar por curtíssimas distâncias. Essas colisões criam pares de fótons -as partículas da radiação eletromagnética- que são detectados por câmeras situadas em torno da cabeça do indivíduo. Com isso, usamos o decaimento radioativo de uma substância, e os vários processos de colisão que se seguem, para construir uma imagem da atividade cerebral. A resolução espacial do PET é de milímetros e a resolução temporal, de segundos.
Outra técnica é a imagem por ressonância magnética, ou MRI, que tem uma resolução espacial semelhante à PET, mas uma resolução temporal dez vezes mais rápida.
A última novidade no assunto é o magnetoencefalograma (MEG), que mede as minúsculas correntes elétricas no cérebro passando entre grupos de neurônios, com uma resolução espacial de milímetros e temporal de milésimos de segundo! O MEG permite a visualização da ação coletiva de grupos de neurônios, a base estrutural da mente. Combinando essas técnicas, que usam o micro para visualizar o macro, o cérebro fica um pouco menos misterioso. Mas, por enquanto, não muito!
domingo, 11 de junho de 2000
Um pouco de caos é sempre bom
A física newtoniana, esse grande triunfo da racionalidade humana baseado nas teorias que o inglês Isaac Newton desenvolveu no século 17, criou uma visão de mundo fundamentada em um determinismo restrito: em um sistema físico qualquer, por exemplo, se conhecermos todas as posições e velocidades dos planetas orbitando o Sol em um determinado momento, poderemos prever as posições futuras ou reconstruir seus movimentos no passado remoto. Tal era a confiança nessa formulação mecânica do cosmo que, no início do século 19, o francês Pierre-Simon de Laplace declarou que, se uma "supermente" soubesse a posição e velocidade de todas as partículas do Universo, ela poderia prever todos os eventos futuros!
Nesse mundo de certezas, nada mais antipático que um problema sem solução. Como calcular os movimentos quando três corpos interagem gravitacionalmente, como um planeta em um sistema binário, isto é, com duas estrelas? (Contrariamente ao nosso Sol, cerca de 80% das estrelas aparecem em pares.) Esse problema, que parece simples, não tem solução exata. Cálculos em computadores indicam que as órbitas possíveis são caóticas, muito sensíveis às condições iniciais: uma pequena mudança na distância entre as estrelas ou na velocidade inicial do planeta gera uma órbita totalmente diferente. Um sistema simples pode ter comportamento complexo.
Essa sensibilidade às condições iniciais é uma das marcas registradas dos sistemas caóticos. Contrariamente ao uso comum da palavra, que significa o oposto de ordem, caos em um sistema físico representa um comportamento que, apesar de complexo, não é inteiramente desorganizado. Há uma persistência no comportamento do sistema, uma obediência a certos vínculos, que não existe em um sistema aleatório.
O clima é um exemplo de sistema caótico: é impossível prever com precisão qual será o clima em três ou quatro dias, mesmo que tenhamos uma quantidade enorme de dados e equações descrevendo os movimentos dos gases na atmosfera, o fluxo de calor, as diferenças de pressão etc.
Qualquer variação em um determinado local pode afetar o clima em outro local distante. Esse é o chamado "efeito borboleta", expressão cunhada por Edward Lorenz nos anos 60: o bater das asas de uma borboleta no Quênia pode afetar o clima no Canadá. Como jamais saberemos todos os detalhes que podem influenciar o clima mundial, jamais seremos capazes de prevê-lo perfeitamente. As equações continuam sendo determinísticas, mas o poder de previsão não é mais absoluto, como gostaria Laplace.
Por outro lado, o clima não é completamente louco; não neva no Rio de Janeiro (em São Paulo nunca se sabe). Há um limite para o caos climático. Esse mesmo comportamento aparece em outros sistemas que possuem a chamada não-linearidade, a propriedade de responder a estímulos de forma irregular. Em um sistema linear, a resposta é proporcional ao estímulo: se você chutar uma bola duas vezes mais forte, ela irá duas vezes mais longe. Em um não-linear, a situação é mais complicada; um estímulo menor pode causar uma resposta maior. A não-linearidade e a forte dependência das condições iniciais são dois ingredientes fundamentais dos sistemas caóticos.
Novas ferramentas foram criadas para estudar esses sistemas, que, em vez de uma descrição reducionista, usam métodos que dão uma informação global do sistema. Sistemas não-lineares têm comportamentos muito ricos; na verdade, eles é que são a regra da natureza. Sua propriedade mais importante é a emergência de ordem a partir de desordem. Furacões são um exemplo; a não-linearidade do sistema de gases atmosféricos conspira para formar um funil onde o ar se comporta de modo organizado. O mesmo efeito aparece no famoso "olho" de Júpiter, outro furacão gigantesco, resultado da auto-organização dos gases presentes em Júpiter. Sem caos, a natureza seria muito sem graça; um pouco de caos é sempre bom.
Nesse mundo de certezas, nada mais antipático que um problema sem solução. Como calcular os movimentos quando três corpos interagem gravitacionalmente, como um planeta em um sistema binário, isto é, com duas estrelas? (Contrariamente ao nosso Sol, cerca de 80% das estrelas aparecem em pares.) Esse problema, que parece simples, não tem solução exata. Cálculos em computadores indicam que as órbitas possíveis são caóticas, muito sensíveis às condições iniciais: uma pequena mudança na distância entre as estrelas ou na velocidade inicial do planeta gera uma órbita totalmente diferente. Um sistema simples pode ter comportamento complexo.
Essa sensibilidade às condições iniciais é uma das marcas registradas dos sistemas caóticos. Contrariamente ao uso comum da palavra, que significa o oposto de ordem, caos em um sistema físico representa um comportamento que, apesar de complexo, não é inteiramente desorganizado. Há uma persistência no comportamento do sistema, uma obediência a certos vínculos, que não existe em um sistema aleatório.
O clima é um exemplo de sistema caótico: é impossível prever com precisão qual será o clima em três ou quatro dias, mesmo que tenhamos uma quantidade enorme de dados e equações descrevendo os movimentos dos gases na atmosfera, o fluxo de calor, as diferenças de pressão etc.
Qualquer variação em um determinado local pode afetar o clima em outro local distante. Esse é o chamado "efeito borboleta", expressão cunhada por Edward Lorenz nos anos 60: o bater das asas de uma borboleta no Quênia pode afetar o clima no Canadá. Como jamais saberemos todos os detalhes que podem influenciar o clima mundial, jamais seremos capazes de prevê-lo perfeitamente. As equações continuam sendo determinísticas, mas o poder de previsão não é mais absoluto, como gostaria Laplace.
Por outro lado, o clima não é completamente louco; não neva no Rio de Janeiro (em São Paulo nunca se sabe). Há um limite para o caos climático. Esse mesmo comportamento aparece em outros sistemas que possuem a chamada não-linearidade, a propriedade de responder a estímulos de forma irregular. Em um sistema linear, a resposta é proporcional ao estímulo: se você chutar uma bola duas vezes mais forte, ela irá duas vezes mais longe. Em um não-linear, a situação é mais complicada; um estímulo menor pode causar uma resposta maior. A não-linearidade e a forte dependência das condições iniciais são dois ingredientes fundamentais dos sistemas caóticos.
Novas ferramentas foram criadas para estudar esses sistemas, que, em vez de uma descrição reducionista, usam métodos que dão uma informação global do sistema. Sistemas não-lineares têm comportamentos muito ricos; na verdade, eles é que são a regra da natureza. Sua propriedade mais importante é a emergência de ordem a partir de desordem. Furacões são um exemplo; a não-linearidade do sistema de gases atmosféricos conspira para formar um funil onde o ar se comporta de modo organizado. O mesmo efeito aparece no famoso "olho" de Júpiter, outro furacão gigantesco, resultado da auto-organização dos gases presentes em Júpiter. Sem caos, a natureza seria muito sem graça; um pouco de caos é sempre bom.
domingo, 4 de junho de 2000
Profecias e a estabilidade do Sistema Solar
O mundo deveria ter terminado no mês passado. Para ser mais explícito, no dia 5 ou no dia 17. Ao menos assim previam certas "profecias" apocalípticas. A causa? Um raro alinhamento dos planetas Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno com a Lua e o Sol no dia 5 e outro, um pouco menos dramático, no dia 17. Este último é mais uma convergência de planetas em uma região do céu compreendendo um arco de 19 graus do que um alinhamento propriamente dito, que seria equivalente a ter os planetas localizados em uma linha reta imaginária passando pela Terra.
Profecias como essa não são nenhuma novidade; a história está cheia de visões do fim do mundo, dilúvios, pragas e cataclismos os mais diversos, em geral consequência da ira divina. A passagem do ano 2000 foi encarada com um certo temor generalizado, uma mistura de profecias bíblicas com o possível caos tecnológico que seria causado por computadores, confundindo o ano 2000 com o ano 1900. Bilhões de dólares foram gastos e praticamente quase nada de caótico realmente aconteceu. Interessante essa adaptação de um simbolismo apocalíptico, uma herança religiosa, em um temor causado por uma tecnologia que acaba por nos controlar, o monstro destruindo seu criador, numa versão digital do mito do Dr. Frankenstein e sua criatura.
Até que ponto devemos levar a sério essas previsões de fim de mundo devido a alinhamentos planetários? A "causa" por trás da profecia é, claro, a força gravitacional; como cada planeta atrai a Terra em proporção à sua massa e em proporção inversa ao quadrado da sua distância, um alinhamento representaria uma maximização dessa atração, especialmente se todos os planetas estiverem do "mesmo lado", numa espécie de cabo de guerra planetário, a Terra contra o resto do Sistema Solar. O problema com essas profecias é que elas ignoram os números que resultam da simples aplicação da lei da gravitação aos alinhamentos. Vamos fazer algumas comparações: o astro que domina a dinâmica gravitacional do Sistema Solar é o Sol. podemos então estabelecer uma escala, onde a atração gravitacional entre o Sol e a Terra representa uma unidade, ou seja, com valor 1. A atração da Lua sobre a Terra é em torno de 5,6 milésimos da atração do Sol, ou, em nossa escala, 0,0056; a atração de Marte sobre a Terra é de 0,0000012; a atração de Júpiter sobre a Terra é de 0,000056; a atração de Saturno, 0,000004. Conclusão: mesmo se somarmos essas atrações, o resultado final é completamente desprezível. A atração gravitacional exercida pelos planetas sobre a Terra não irá causar cataclismos quando combinada durante esses alinhamentos.
A exploração econômica dessas profecias também é interessante, se não fosse trágica. Trágica porque milhares de pessoas, mal informadas com relação à ciência por trás desses fenômenos, os levam realmente a sério e gastam seu dinheiro e sua saúde em "serviços" de apoio aos cataclismos iminentes. Por exemplo, nos EUA existe um serviço privado chamado "Survival Center" (centro de sobrevivência), com endereço na Internet, que "previu" terremotos, maremotos e ventos de até 3.000 km/h causados pelo alinhamento do dia 5 de maio! Claro, o mesmo centro de sobrevivência também oferece vários produtos que podem ser extremamente úteis nessas circunstâncias, como geradores a gasolina, rádios a energia solar e velas com duração de seis dias. Como literatura de apoio, o portal oferece o livro "5/5/2000 Gelo: O Derradeiro Desastre", onde seu autor prevê que o alinhamento irá causar o degelo das calotas polares, que por sua vez causará enchentes comparáveis às de Noé.
Profecias à parte, desde o século 18 cientistas têm estudado a questão da estabilidade do Sistema Solar; já que a força gravitacional é atrativa, será que os planetas permanecerão em órbitas estáveis indefinidamente, ou será que eles escaparão da atração solar? Ou cairão no Sol? Em 1892, o matemático francês Henri Poincaré, após uma análise do problema, concluiu que não era possível assegurar a estabilidade do Sistema Solar. Técnicas mais modernas mudaram o veredicto positivamente, se incluirmos apenas forças gravitacionais. Infelizmente, efeitos dissipativos podem alterar esses resultados, causando uma futura instabilidade. Mas esses efeitos são muito, muito pequenos, e nada acontecerá por milhões de anos. No mínimo.
Profecias como essa não são nenhuma novidade; a história está cheia de visões do fim do mundo, dilúvios, pragas e cataclismos os mais diversos, em geral consequência da ira divina. A passagem do ano 2000 foi encarada com um certo temor generalizado, uma mistura de profecias bíblicas com o possível caos tecnológico que seria causado por computadores, confundindo o ano 2000 com o ano 1900. Bilhões de dólares foram gastos e praticamente quase nada de caótico realmente aconteceu. Interessante essa adaptação de um simbolismo apocalíptico, uma herança religiosa, em um temor causado por uma tecnologia que acaba por nos controlar, o monstro destruindo seu criador, numa versão digital do mito do Dr. Frankenstein e sua criatura.
Até que ponto devemos levar a sério essas previsões de fim de mundo devido a alinhamentos planetários? A "causa" por trás da profecia é, claro, a força gravitacional; como cada planeta atrai a Terra em proporção à sua massa e em proporção inversa ao quadrado da sua distância, um alinhamento representaria uma maximização dessa atração, especialmente se todos os planetas estiverem do "mesmo lado", numa espécie de cabo de guerra planetário, a Terra contra o resto do Sistema Solar. O problema com essas profecias é que elas ignoram os números que resultam da simples aplicação da lei da gravitação aos alinhamentos. Vamos fazer algumas comparações: o astro que domina a dinâmica gravitacional do Sistema Solar é o Sol. podemos então estabelecer uma escala, onde a atração gravitacional entre o Sol e a Terra representa uma unidade, ou seja, com valor 1. A atração da Lua sobre a Terra é em torno de 5,6 milésimos da atração do Sol, ou, em nossa escala, 0,0056; a atração de Marte sobre a Terra é de 0,0000012; a atração de Júpiter sobre a Terra é de 0,000056; a atração de Saturno, 0,000004. Conclusão: mesmo se somarmos essas atrações, o resultado final é completamente desprezível. A atração gravitacional exercida pelos planetas sobre a Terra não irá causar cataclismos quando combinada durante esses alinhamentos.
A exploração econômica dessas profecias também é interessante, se não fosse trágica. Trágica porque milhares de pessoas, mal informadas com relação à ciência por trás desses fenômenos, os levam realmente a sério e gastam seu dinheiro e sua saúde em "serviços" de apoio aos cataclismos iminentes. Por exemplo, nos EUA existe um serviço privado chamado "Survival Center" (centro de sobrevivência), com endereço na Internet, que "previu" terremotos, maremotos e ventos de até 3.000 km/h causados pelo alinhamento do dia 5 de maio! Claro, o mesmo centro de sobrevivência também oferece vários produtos que podem ser extremamente úteis nessas circunstâncias, como geradores a gasolina, rádios a energia solar e velas com duração de seis dias. Como literatura de apoio, o portal oferece o livro "5/5/2000 Gelo: O Derradeiro Desastre", onde seu autor prevê que o alinhamento irá causar o degelo das calotas polares, que por sua vez causará enchentes comparáveis às de Noé.
Profecias à parte, desde o século 18 cientistas têm estudado a questão da estabilidade do Sistema Solar; já que a força gravitacional é atrativa, será que os planetas permanecerão em órbitas estáveis indefinidamente, ou será que eles escaparão da atração solar? Ou cairão no Sol? Em 1892, o matemático francês Henri Poincaré, após uma análise do problema, concluiu que não era possível assegurar a estabilidade do Sistema Solar. Técnicas mais modernas mudaram o veredicto positivamente, se incluirmos apenas forças gravitacionais. Infelizmente, efeitos dissipativos podem alterar esses resultados, causando uma futura instabilidade. Mas esses efeitos são muito, muito pequenos, e nada acontecerá por milhões de anos. No mínimo.
domingo, 28 de maio de 2000
A primeira década do Hubble
No dia 24 de abril de 1990 a astronomia ganhou um dos maiores presentes de sua história: o telescópio orbital Hubble, um projeto da agência espacial norte-americana Nasa, cujo preço ficou em torno de US$ 3 bilhões.
Foram duas décadas de planejamento, de revisões técnicas, de adiamentos de lançamentos, de dramas e expectativas, de sonhos e especulações. Hoje, podemos dizer que, desde que Galileu ergueu seu pequeno telescópio aos céus em 1609, nenhum outro instrumento astronômico revolucionou tão profundamente nossa visão cósmica em tão pouco tempo. Acho que a primeira década do Hubble merece ser festejada por todos nós. O Universo hoje é muito diferente do Universo de dez anos atrás.
Foram dez anos movimentados: com 12 toneladas e o tamanho de um ônibus, o Hubble já circulou a Terra mais de 58,4 mil vezes, viajando mais de 2,5 bilhões de quilômetros, enfocando 14 mil objetos e gerando um total de 273 mil observações. Tudo isso remotamente, seus instrumentos controlados da Terra.
Os primeiros anos não foram fáceis. O espelho principal do telescópio teve sérios problemas de fabricação, que não foram detectados em terra, pois a administração da Nasa resolveu economizar testes de alta precisão. O telescópio entrou em órbita míope, para constrangimento da Nasa e de centenas de astrônomos que contavam com observações livres das distorções da atmosfera.
Passaram-se três anos até que uma solução brilhante foi desenvolvida, baseada em um jogo de lentes corretoras que mais do que compensaram a miopia do telescópio. Em uma missão que emocionou milhões de pessoas, um time de astronautas usou o ônibus espacial para ir ao encontro do telescópio e instalar as novas lentes. Desde então duas outras missões consertaram várias outras peças defeituosas e modernizaram partes já obsoletas do equipamento.
Segundo seus últimos visitantes, a fuselagem do telescópio está repleta de pequenos buracos, resultados do impacto de vários meteoros do tamanho de grãos de areia. Apesar desse tiroteio cósmico, estima-se que o Hubble continuará em funcionamento por mais uma década, cinco anos a mais do que o plano inicial.
Devido à sua precisão, certas imagens obtidas pelo Hubble já se tornaram parte da galeria que representa os símbolos da nossa era. Quem pode se esquecer das dramáticas imagens do cometa Shoemaker-Levy-9 chocando-se com Júpiter em 1994? Ou das vastas colunas de gás participando da dança de criação de estrelas? Ou das inúmeras imagens de planetas, galáxias, nebulosas e até galáxias em colisão? E o mais incrível é que podemos acessar essas imagens de casa, o Universo nas telas de nossos computadores.
Alguns resultados obtidos pelo Hubble estão causando uma verdadeira revolução na cosmologia moderna. Eis aqui três exemplos: astrônomos encontraram, em meio ao turbilhão de estrelas em galáxias distantes, certas estrelas que são usadas como marcos de distância. A partir desses marcos, é possível estimar a idade do Universo desde o evento que inaugurou sua expansão, o Big Bang, em torno de 14 bilhões de anos atrás, com erro de uns 2 bilhões. Parece muito, mas antes do Hubble o erro era de 10 bilhões.
Usando a precisão do telescópio para distinguir a estrutura de galáxias distantes, foi possível demonstrar que as misteriosas "explosões de raios gama", os eventos mais energéticos do cosmo, não são interiores à nossa galáxia, mas marcam períodos de formação de estrelas em galáxias muito ativas. Mesmo que o mecanismo gerador de tanta energia em tão pouco tempo permaneça misterioso, as pistas dadas pelo Hubble têm sido cruciais nesse estudo.
Finalmente, chegamos à observação mais controversa, que indica que o Universo está em um período de expansão acelerada. Se isso for verdade, em torno de 70% da energia do Universo é composta por uma espécie de fluido antigravitacional, cuja natureza no momento é um completo mistério. Como todo grande instrumento científico, o Hubble não se limita a responder perguntas. Aliado à nossa infinita curiosidade, ele nos ajuda a criar novas realidades, estendendo nossos olhos aos confins do Universo.
domingo, 21 de maio de 2000
O que seria do mundo sem as bolhas?
Ahhh! Nada como uma cerveja bem gelada após o trabalho, o colarinho de espuma branca, as bolhas subindo continuamente, numa coreografia dourada entre gases e líquido. Imagine o que seria do mundo sem bolhas! Uma cerveja ou um refrigerante chocos são intragáveis. E isso sem falar no champanhe, com suas bolhas rápidas, descrevendo elegantes trajetórias ascendentes.
Por incrível que pareça, a cerveja foi inventada entre 5.000 e 10 mil anos atrás, mas só em torno de 1600 d.C. descobriu-se que, se a fermentação ocorrer em um recipiente fechado, bolhas de gás são dissolvidas no líquido. As bolhas são principalmente gás carbônico, aparecendo em geral junto à parede do copo; normalmente uma bolha aparece devido a alguma "impureza", como um grão de poeira. Essas impurezas atuam como sementes, ou sítios de nucleação de bolhas, incitando o gás a concentrar-se ao seu redor. Quando a bolha atinge um certo tamanho, ela se desprende da parede do copo e começa a subir, já que seu interior tem menor densidade do que o líquido. Enquanto a bolha sobe ela também cresce, devido à diferença de pressão entre o gás no seu interior e aquele dissolvido no líquido.
Falando em bolhas de cerveja e champanhe, elas têm várias diferenças: a cerveja tem em torno de 30 vezes mais proteínas que o champanhe, e isso afeta a dinâmica das bolhas; em particular, essas moléculas aderem à sua superfície, aumentando sua viscosidade com o líquido ao redor. Por isso que bolhas de cerveja sobem bem mais devagar que as de champanhe. Mais ainda, as bolhas de champanhe crescem mais rapidamente, em parte devido a uma pressão três vezes maior. Ou seja, champanhe é uma mistura entre líquido e gás bem mais dinâmica que a cerveja. Existe uma cerveja escura irlandesa chamada Guinness, que, de acordo com seus fãs, é tão viscosa que algumas bolhas descem em vez de subir! Simulações em supercomputadores usando as equações da mecânica dos fluidos, com os parâmetros caracterizando o "fluido" Guinness, comprovaram o fenômeno, que é resultado de uma circulação do fluido a partir de sua região central, como um repuxo. Essas mesmas simulações são usadas para estudar a estabilidade de outros objetos, como aviões no ar. Isso é que é versatilidade!
Até agora, falamos de bolhas de gases em líquidos. E o oposto? Podemos falar também de "bolhas" de líquidos em gases. Um exemplo disso é a condensação, quando moléculas de um gás se juntam para formar um líquido. Em física, falamos de transformações (ou transições) de fase, quando uma substância vai de uma fase, por exemplo, gasosa, a outra, líquida. Há vários meios para forçar uma substância a mudar sua fase. O mais comum é mudar a temperatura: se resfriarmos vapor d'água, ele se transforma em líquido; se resfriarmos um líquido, ele se transforma em sólido (gelo). Claro, o processo vai nas duas direções. Tal como com as bolhas de cerveja e champanhe, essas transições também podem ser induzidas por impurezas misturadas. Sem impurezas, a condensação toma muito mais tempo, o que demonstra a importância da sujeira na vida cotidiana.
Outro exemplo importante da função da sujeira na transformação das substâncias é a chuva. Devido à menor temperatura a altas altitudes, o vapor que ascende condensa-se em minúsculas gotículas d'água. Essas gotículas, devido às suas pequenas massas e à fricção do ar, caem tão devagar que praticamente ficam em suspensão, formando as nuvens. Essas gotas agregam-se em torno de pequenos núcleos sólidos, grãos de sujeira, até atingir um tamanho grande o suficiente para se precipitar -é a chuva.
Portanto, caro leitor, a próxima vez que você tomar uma cerveja ou champanhe ou, se de menor idade, refrigerante, lembre-se que a física que causa o aparecimento das bolhas na sua bebida é, a grosso modo, relacionada com a que explica a chuva -uma, gotas de gás no líquido; a outra, gotas de líquido no gás.
domingo, 14 de maio de 2000
Miniaturização versus eficiência
Todos nós queremos computadores cada vez mais rápidos, com memórias cada vez maiores, imagens perfeitas em sua definição digital e, claro, preços cada vez mais baixos. Essa demanda tem desafiado a criatividade dos cientistas que enfrentam os inúmeros problemas que vão surgindo no caminho. Até agora, tudo tem andado às mil maravilhas, como todo consumidor de apetite voraz pode constatar. Eis alguns números: a capacidade de armazenamento de dados, ou a memória, dos discos rígidos aumentou numa taxa de 25% a 30% nos anos 80 e nos anos 90 em torno de 60%. Só no final do ano passado, o aumento na capacidade de armazenamento foi de 130%! Hoje, ela dobra a cada nove meses, mais rápido que a taxa de crescimento na capacidade dos microchips, que também é espantosa. Essa segue uma fórmula empírica chamada Lei de Moore, dobrando a velocidade de processamento -relacionada com a frequência do microchip- a cada 18 meses.
Esse progresso ultra-rápido está por trás da grande revolução tecnológica que estamos vivendo agora, a terceira revolução industrial (a primeira, na Alta Idade Média, com o desenvolvimento da indústria têxtil, e a segunda, com a máquina a vapor). Tudo isso graças ao sucesso com que a física quântica e a eletrônica permitiram uma miniaturização contínua no tamanho dos elementos que compõem esses instrumentos, sem comprometer sua eficiência. Muito pelo contrário. O preço por megabyte (milhões de bytes) de memória, que em 1988 era US$ 11,54, caiu para US$ 0,04 em 1998. A estimativa para 2002 é de US$ 0,003.
Essa corrida pelo menor e mais rápido está chegando ao fim. Não porque a demanda está decrescendo; hoje, um número cada vez maior da população mundial tem ou usa diariamente computadores e essa tendência só tende a crescer. O problema é que as tecnologias usadas na construção de discos rígidos e microchips está chegando ao limite entre dois mundos distintos, o mundo clássico e o mundo quântico, o mundo dos átomos, moléculas e partículas subatômicas. O grande desafio encarado pelos cientistas é que o mundo quântico é dominado por flutuações imprevisíveis, algo que vai de encontro à idéia de memória permanente, que deve ser imune a flutuações aleatórias. Vejamos como isso funciona.
A memória em computadores é "esculpida" magneticamente no material que compõe a superfície do disco rígido; cada unidade de informação, ou bit, é composta de centenas de grãos de certos materiais cujos átomos funcionam como mini-ímãs: imagine um disco daqueles pré-CDs, com a superfície semelhante a um tabuleiro de xadrez. A gravação da informação é efetuada por uma "agulha" magnética, que força os pequenos ímãs nos grãos -os quadrados do tabuleiro- a se alinhar em uma (zero) ou outra (um) direção, em um código binário. Uma vez esculpida no disco, a informação pode ser lida, com um dispositivo sensível às variações no campo magnético da superfície. Como aumentar a quantidade de informação em um disco rígido? Fácil. Basta aumentarmos o número de sulcos na superfície do disco e/ ou o tamanho dos grãos magnéticos e/ou a velocidade com que o disco gira. Cada uma dessas soluções está sendo aplicada. Discos giram com velocidades de 3.600 a 10 mil revoluções por minuto. Se girarem mais rápido, a turbulência causada pelo ar sobre a superfície causa erros na gravação e na leitura de informação.
O número de sulcos está hoje em torno de 5.000 por centímetro quadrado. Para aumentarmos esse número é necessário um posicionamento extremamente preciso da agulha magnética para a leitura de cada sulco. Para a gravação, o problema é maior: a informação sendo gravada pode saltar para o sulco vizinho. Já a diminuição do tamanho do grão encontra um problema ainda mais fundamental: em geral, são usados 500 a 1.000 grãos magnéticos para gravar um bit. Se diminuirmos o número de grãos por bit, não só o sinal magnético enfraquece, dificultando sua leitura, mas flutuações na temperatura podem inverter o sinal magnético aleatoriamente.
Várias novas tecnologias estão sendo propostas para resolver esses desafios; leitoras a laser para guiar as agulhas, materiais mais resistentes às flutuações térmicas. Muito provavelmente, o computador do futuro será muito diferente, um híbrido entre o clássico e o quântico.
Esse progresso ultra-rápido está por trás da grande revolução tecnológica que estamos vivendo agora, a terceira revolução industrial (a primeira, na Alta Idade Média, com o desenvolvimento da indústria têxtil, e a segunda, com a máquina a vapor). Tudo isso graças ao sucesso com que a física quântica e a eletrônica permitiram uma miniaturização contínua no tamanho dos elementos que compõem esses instrumentos, sem comprometer sua eficiência. Muito pelo contrário. O preço por megabyte (milhões de bytes) de memória, que em 1988 era US$ 11,54, caiu para US$ 0,04 em 1998. A estimativa para 2002 é de US$ 0,003.
Essa corrida pelo menor e mais rápido está chegando ao fim. Não porque a demanda está decrescendo; hoje, um número cada vez maior da população mundial tem ou usa diariamente computadores e essa tendência só tende a crescer. O problema é que as tecnologias usadas na construção de discos rígidos e microchips está chegando ao limite entre dois mundos distintos, o mundo clássico e o mundo quântico, o mundo dos átomos, moléculas e partículas subatômicas. O grande desafio encarado pelos cientistas é que o mundo quântico é dominado por flutuações imprevisíveis, algo que vai de encontro à idéia de memória permanente, que deve ser imune a flutuações aleatórias. Vejamos como isso funciona.
A memória em computadores é "esculpida" magneticamente no material que compõe a superfície do disco rígido; cada unidade de informação, ou bit, é composta de centenas de grãos de certos materiais cujos átomos funcionam como mini-ímãs: imagine um disco daqueles pré-CDs, com a superfície semelhante a um tabuleiro de xadrez. A gravação da informação é efetuada por uma "agulha" magnética, que força os pequenos ímãs nos grãos -os quadrados do tabuleiro- a se alinhar em uma (zero) ou outra (um) direção, em um código binário. Uma vez esculpida no disco, a informação pode ser lida, com um dispositivo sensível às variações no campo magnético da superfície. Como aumentar a quantidade de informação em um disco rígido? Fácil. Basta aumentarmos o número de sulcos na superfície do disco e/ ou o tamanho dos grãos magnéticos e/ou a velocidade com que o disco gira. Cada uma dessas soluções está sendo aplicada. Discos giram com velocidades de 3.600 a 10 mil revoluções por minuto. Se girarem mais rápido, a turbulência causada pelo ar sobre a superfície causa erros na gravação e na leitura de informação.
O número de sulcos está hoje em torno de 5.000 por centímetro quadrado. Para aumentarmos esse número é necessário um posicionamento extremamente preciso da agulha magnética para a leitura de cada sulco. Para a gravação, o problema é maior: a informação sendo gravada pode saltar para o sulco vizinho. Já a diminuição do tamanho do grão encontra um problema ainda mais fundamental: em geral, são usados 500 a 1.000 grãos magnéticos para gravar um bit. Se diminuirmos o número de grãos por bit, não só o sinal magnético enfraquece, dificultando sua leitura, mas flutuações na temperatura podem inverter o sinal magnético aleatoriamente.
Várias novas tecnologias estão sendo propostas para resolver esses desafios; leitoras a laser para guiar as agulhas, materiais mais resistentes às flutuações térmicas. Muito provavelmente, o computador do futuro será muito diferente, um híbrido entre o clássico e o quântico.
domingo, 7 de maio de 2000
Medindo a geometria do Universo
Se a Terra é redonda, parece que o Universo é plano. Essa afirmação tem sido feita com cada vez mais firmeza por cosmólogos que se preocupam com a geometria do cosmos, uma questão tão antiga quanto os vários relatos de criação do mundo. Em uma versão científica dessa questão, desavenças iniciais devem ser substituídas por um consenso geral, uma vez que os resultados de observações e análise de dados sejam propriamente interpretados e discutidos. Nos últimos oito anos, uma verdadeira bateria de projetos dedicados ao estudo dessa questão vem sistematicamente coletando dados, avidamente discutidos pela comunidade científica. Semana passada, dados de um experimento chamado Boomerang revelaram, de forma realmente convincente, que os resultados convergem mesmo para um Universo plano. Eis aqui como que um balão flutuando durante dez dias 38 km sobre a Antártica pode nos revelar algo sobre a geometria do Universo.
Segundo o modelo do Big Bang, o Universo primordial era extremamente quente e denso, com as partículas de matéria interagindo furiosamente com as partículas de radiação, os chamados fótons. A energia desses fótons está diretamente relacionada com sua temperatura, que é também a temperatura do Universo. À medida que o Universo se expande, e ele está em expansão desde seus momentos iniciais, sua temperatura cai e os fótons ficam cada vez menos energéticos. Passados em torno de 300 mil anos desde o "bang", os fótons não conseguem mais evitar que elétrons e prótons se juntem para formar átomos de hidrogênio. Durante essa época, o Universo muda de composição, sendo então formado por átomos de hidrogênio e fótons, que passam a se propagar livremente pelo espaço. Com a expansão do Universo, que agora tem em torno de 15 bilhões de anos, esses fótons se resfriaram ainda mais, estando hoje a temperaturas em torno de 3 graus acima do zero absoluto, isto é, -270C. Essa é a famosa radiação de fundo cósmico, prevista pelo modelo do Big Bang e observada pela primeira vez em 1965.
Vamos voltar ao momento em que os fótons passam a ser livres do resto da matéria (os recém-formados átomos de hidrogênio). Nessa época, existiam concentrações de matéria espalhadas pelo cosmo, regiões mais densas que, em alguns milhões de anos, com a força atrativa da gravidade, iriam formar as galáxias e grupos de galáxias que observamos hoje com nossos telescópios. Podemos imaginar uma espécie de sopa de legumes, os fótons formando o líquido e, essas regiões mais densas, os vários pedaços de cenoura, batata etc. Com a atração crescente da gravidade, alguns fótons "caem" dentro dessas regiões, iniciando uma espécie de cabo-de-guerra em que de um lado eles tentam escapar e de outro a gravidade os puxa para dentro da região. Esse vai-e-vem gravitacional produz uma oscilação na energia dos fótons. E, como a energia dos fótons está ligada a sua temperatura, esse processo cria pequenas flutuações de temperatura nos fótons que compõem a radiação de fundo cósmico. Ou seja, ao medir a temperatura dessa radiação, devemos detectar pequenas flutuações, que são os fósseis desse cabo-de-guerra que ocorreu na infância do Universo. O grande desafio é que essas flutuações são da ordem de um milionésimo de grau. Encontrá-las é equivalente a encontrar elevações de 1 metro na superfície da Terra, que tem um raio de 6,4 milhões de metros!
Essas medidas são feitas tanto em satélites quanto em balões. Antenas apontam para ângulos diversos no céu, e a temperatura dos fótons é medida por aparelhos de incrível precisão. As flutuações têm vários tamanhos e temperaturas. Flutuações com ângulo acima de 2 graus são produzidas durante o processo de separação entre fótons e matéria. Flutuações menores revelam algo sobre a distribuição das regiões com excesso de matéria antes desse processo. Essas é que foram medidas por Boomerang. A teoria prevê que a localização das flutuações de maior intensidade nos revela a geometria do Universo; os resultados são consistentes com um Universo de geometria plana, uma versão tridimensional da superfície de uma mesa. Agora, precisamos descobrir que tipos de matéria e energia estão servidos em nossa "mesa cósmica".
Segundo o modelo do Big Bang, o Universo primordial era extremamente quente e denso, com as partículas de matéria interagindo furiosamente com as partículas de radiação, os chamados fótons. A energia desses fótons está diretamente relacionada com sua temperatura, que é também a temperatura do Universo. À medida que o Universo se expande, e ele está em expansão desde seus momentos iniciais, sua temperatura cai e os fótons ficam cada vez menos energéticos. Passados em torno de 300 mil anos desde o "bang", os fótons não conseguem mais evitar que elétrons e prótons se juntem para formar átomos de hidrogênio. Durante essa época, o Universo muda de composição, sendo então formado por átomos de hidrogênio e fótons, que passam a se propagar livremente pelo espaço. Com a expansão do Universo, que agora tem em torno de 15 bilhões de anos, esses fótons se resfriaram ainda mais, estando hoje a temperaturas em torno de 3 graus acima do zero absoluto, isto é, -270C. Essa é a famosa radiação de fundo cósmico, prevista pelo modelo do Big Bang e observada pela primeira vez em 1965.
Vamos voltar ao momento em que os fótons passam a ser livres do resto da matéria (os recém-formados átomos de hidrogênio). Nessa época, existiam concentrações de matéria espalhadas pelo cosmo, regiões mais densas que, em alguns milhões de anos, com a força atrativa da gravidade, iriam formar as galáxias e grupos de galáxias que observamos hoje com nossos telescópios. Podemos imaginar uma espécie de sopa de legumes, os fótons formando o líquido e, essas regiões mais densas, os vários pedaços de cenoura, batata etc. Com a atração crescente da gravidade, alguns fótons "caem" dentro dessas regiões, iniciando uma espécie de cabo-de-guerra em que de um lado eles tentam escapar e de outro a gravidade os puxa para dentro da região. Esse vai-e-vem gravitacional produz uma oscilação na energia dos fótons. E, como a energia dos fótons está ligada a sua temperatura, esse processo cria pequenas flutuações de temperatura nos fótons que compõem a radiação de fundo cósmico. Ou seja, ao medir a temperatura dessa radiação, devemos detectar pequenas flutuações, que são os fósseis desse cabo-de-guerra que ocorreu na infância do Universo. O grande desafio é que essas flutuações são da ordem de um milionésimo de grau. Encontrá-las é equivalente a encontrar elevações de 1 metro na superfície da Terra, que tem um raio de 6,4 milhões de metros!
Essas medidas são feitas tanto em satélites quanto em balões. Antenas apontam para ângulos diversos no céu, e a temperatura dos fótons é medida por aparelhos de incrível precisão. As flutuações têm vários tamanhos e temperaturas. Flutuações com ângulo acima de 2 graus são produzidas durante o processo de separação entre fótons e matéria. Flutuações menores revelam algo sobre a distribuição das regiões com excesso de matéria antes desse processo. Essas é que foram medidas por Boomerang. A teoria prevê que a localização das flutuações de maior intensidade nos revela a geometria do Universo; os resultados são consistentes com um Universo de geometria plana, uma versão tridimensional da superfície de uma mesa. Agora, precisamos descobrir que tipos de matéria e energia estão servidos em nossa "mesa cósmica".
domingo, 30 de abril de 2000
A defesa que ataca
Há 55 anos, a primeira bomba atômica foi detonada no deserto de Álamo Gordo, no Estado norte-americano do Novo México. Esse evento causou uma profunda transformação na psique humana e em nossa história coletiva: criamos uma guerra sem vencedores, sendo capazes de nos destruir por completo. Nos alçamos ao nível dos piores deuses, aqueles que destroem cegamente, por capricho mais do que por razão.
Qualquer guerra é, por definição, absurda. Me questiono, de vez em quando, como a mesma espécie animal que é capaz de pôr um homem na Lua e de criar sinfonias e poemas belíssimos não consegue deixar de se matar, ou de planejar meios mais eficientes para se aniquilar.
Desculpem-me o tom pessimista, mas negar essa problemática apenas ajuda a mantê-la viva.
Quando Ronald Reagan era presidente dos EUA, um grupo de cientistas liderado por Edward Teller, o "pai" da bomba de hidrogênio americana, apresentou um projeto de defesa espacial antimísseis, a chamada Iniciativa Estratégica de Defesa (IED, do inglês SDI). O projeto rapidamente ganhou o apelido de "Guerra nas Estrelas": a idéia era ter plataformas flutuando em órbita terrestre, como as naves-mães dos filmes do George Lucas, que identificariam mísseis inimigos e os destruiriam por meio de canhões de raios laser de altíssima potência. A comunidade científica imediatamente reagiu, dizendo que o projeto era tecnicamente inviável.
Mas em política, uma vez que um projeto extremamente caro mostra a possibilidade de gerar inúmeros empregos para as comunidades dos membros do Congresso e Senado, ele se transforma em uma bola de neve, em que a politicagem aumenta na proporção inversa do conteúdo científico. O governo ignorou as críticas dos cientistas e manteve o projeto vivo. Até hoje! Este ano, o Congresso Norte-Americano aprovou uma verba de US$ 6,6 bilhões para a IED, em um total acumulado de US$ 60 bilhões desde o início dos anos 80.
Por que escrevo sobre essa problemática, que parece à primeira vista tão distante da nossa realidade econômica? Porque ela não está tão distante assim. E por várias razões.
Uma vez, um amigo meu disse que é necessário o mundo inteiro para sustentar uma nação como os EUA. Nós pagamos parte dessa conta, com certeza. Fora isso, a proposta americana de criar novas tecnologias bélicas ameaça o frágil processo de desarmamento nuclear, irritando a Rússia e a China.
A situação tornou-se ainda mais tensa recentemente, com mais uma proposta de uma tecnologia de "defesa" contra ataques de mísseis de nações hostis aos EUA, conhecida como Sistema Nacional de Defesa Contra Mísseis (SNDM). A idéia é menos ambiciosa do que a da "Guerra nas Estrelas": satélites em órbita e radares em terra com detectores de radiação infravermelha (calor) localizam um míssil que voa em direção aos EUA. Imediatamente, veículos destruidores (outros mísseis) perseguem o atacante, destruindo-o em uma colisão. Parece simples, não? O leitor deve se recordar dos mísseis tipo "Cruise" que os EUA usaram na Guerra do Golfo, que também tentaram interceptar mísseis iraquianos, com uma margem ridícula de sucesso. Mas agora, dizem os proponentes do SNDM, a tecnologia avançou e será possível construir tal proteção. Por mais algumas dezenas de bilhões de dólares nos próximos dez anos, é claro.
O problema, como já argumentaram vários cientistas, é que o SNDM não funciona. Existem duas armas que podem ser transportadas pelos mísseis intercontinentais: biológicas/químicas e nucleares. No caso das biológicas ou químicas, é muito mais eficaz fazer o míssil original distribuir centenas de "submunições", pequenas bombas que espalhariam os agentes químicos e biológicos pela atmosfera. Nesse caso, seria impossível para os mísseis do SNDM destruir todos esses "esporos do mal". No caso nuclear, o míssil original poderia soltar dezenas de balões de alta altitude, com apenas um deles contendo a bomba nuclear. Mais uma vez, essa contramedida neutralizaria a eficiência do sistema de defesa. Mais dinheiro seria gasto inutilmente, mais antagonismo criado contra a Rússia e China e maiores as consequências políticas e econômicas para o resto do mundo.
Qualquer guerra é, por definição, absurda. Me questiono, de vez em quando, como a mesma espécie animal que é capaz de pôr um homem na Lua e de criar sinfonias e poemas belíssimos não consegue deixar de se matar, ou de planejar meios mais eficientes para se aniquilar.
Desculpem-me o tom pessimista, mas negar essa problemática apenas ajuda a mantê-la viva.
Quando Ronald Reagan era presidente dos EUA, um grupo de cientistas liderado por Edward Teller, o "pai" da bomba de hidrogênio americana, apresentou um projeto de defesa espacial antimísseis, a chamada Iniciativa Estratégica de Defesa (IED, do inglês SDI). O projeto rapidamente ganhou o apelido de "Guerra nas Estrelas": a idéia era ter plataformas flutuando em órbita terrestre, como as naves-mães dos filmes do George Lucas, que identificariam mísseis inimigos e os destruiriam por meio de canhões de raios laser de altíssima potência. A comunidade científica imediatamente reagiu, dizendo que o projeto era tecnicamente inviável.
Mas em política, uma vez que um projeto extremamente caro mostra a possibilidade de gerar inúmeros empregos para as comunidades dos membros do Congresso e Senado, ele se transforma em uma bola de neve, em que a politicagem aumenta na proporção inversa do conteúdo científico. O governo ignorou as críticas dos cientistas e manteve o projeto vivo. Até hoje! Este ano, o Congresso Norte-Americano aprovou uma verba de US$ 6,6 bilhões para a IED, em um total acumulado de US$ 60 bilhões desde o início dos anos 80.
Por que escrevo sobre essa problemática, que parece à primeira vista tão distante da nossa realidade econômica? Porque ela não está tão distante assim. E por várias razões.
Uma vez, um amigo meu disse que é necessário o mundo inteiro para sustentar uma nação como os EUA. Nós pagamos parte dessa conta, com certeza. Fora isso, a proposta americana de criar novas tecnologias bélicas ameaça o frágil processo de desarmamento nuclear, irritando a Rússia e a China.
A situação tornou-se ainda mais tensa recentemente, com mais uma proposta de uma tecnologia de "defesa" contra ataques de mísseis de nações hostis aos EUA, conhecida como Sistema Nacional de Defesa Contra Mísseis (SNDM). A idéia é menos ambiciosa do que a da "Guerra nas Estrelas": satélites em órbita e radares em terra com detectores de radiação infravermelha (calor) localizam um míssil que voa em direção aos EUA. Imediatamente, veículos destruidores (outros mísseis) perseguem o atacante, destruindo-o em uma colisão. Parece simples, não? O leitor deve se recordar dos mísseis tipo "Cruise" que os EUA usaram na Guerra do Golfo, que também tentaram interceptar mísseis iraquianos, com uma margem ridícula de sucesso. Mas agora, dizem os proponentes do SNDM, a tecnologia avançou e será possível construir tal proteção. Por mais algumas dezenas de bilhões de dólares nos próximos dez anos, é claro.
O problema, como já argumentaram vários cientistas, é que o SNDM não funciona. Existem duas armas que podem ser transportadas pelos mísseis intercontinentais: biológicas/químicas e nucleares. No caso das biológicas ou químicas, é muito mais eficaz fazer o míssil original distribuir centenas de "submunições", pequenas bombas que espalhariam os agentes químicos e biológicos pela atmosfera. Nesse caso, seria impossível para os mísseis do SNDM destruir todos esses "esporos do mal". No caso nuclear, o míssil original poderia soltar dezenas de balões de alta altitude, com apenas um deles contendo a bomba nuclear. Mais uma vez, essa contramedida neutralizaria a eficiência do sistema de defesa. Mais dinheiro seria gasto inutilmente, mais antagonismo criado contra a Rússia e China e maiores as consequências políticas e econômicas para o resto do mundo.
domingo, 23 de abril de 2000
As verdades e incertezas do processo científico
A ciência é muitas vezes percebida como infalível, as palavras do cientista sempre certas, sem dúvida ou erro nas descobertas. O único outro candidato mortal a essa infalibilidade é, se não me engano, o papa. Deixando questões teológicas de lado, hoje, domingo de Páscoa, um dia após o aniversário dos 500 anos de nossa descoberta -ao menos pelos europeus-, gostaria de abordar a questão da "verdade" em ciência.
Essa questão não é simples e, como toda a questão filosófica, não tem resposta única. Há versões do que seja verdade em áreas diferentes do conhecimento e, às vezes, essas versões entram em choque. Aqui segue a minha versão que, espero, incite a reflexão do leitor. O desenvolvimento da ciência moderna, isto é, dos últimos 400 anos aproximadamente, nos ensinou que a verdade em si não existe: o que há é um ideal de verdade, ou melhor, de perfeição racional. Essa é uma herança dos filósofos pitagóricos da Grécia Antiga, reexpressa por Platão em termos de duas realidades, a das idéias e a da percepção sensorial da realidade física. Para Platão, apenas no mundo das idéias podia-se contemplar o conceito de verdade; o mundo dos sentidos é necessariamente imperfeito, pois a representação concreta de uma idéia jamais será tão perfeita quanto a própria idéia. Um exemplo é a imagem que você faz de um círculo, e a sua representação no papel.
A ciência é uma representação da realidade física e, portanto, imperfeita. O processo científico, a geração de hipóteses que são testadas experimentalmente ou por meio de observações (como na astronomia), é uma busca contínua por uma verdade -uma perfeição- que jamais será alcançada. Uma exceção é a matemática pura, que lida com objetos que existem num mundo de idéias.
O leitor pode pensar que essa imperfeição é uma fraqueza da ciência. Pois é o oposto! O fato de que as representações da realidade, como leis e teorias, são imperfeitas define o processo científico. Eis uma ilustração esquemática de como a coisa funciona. Um cientista observa um novo fenômeno; essa descoberta comprova certas hipóteses feitas por outros cientistas (em geral, os "teóricos"), que precisavam de uma comprovação para ser aceitas. Ou elas são uma completa surpresa. A comunidade científica responde imediatamente: outros grupos tentam replicar a descoberta em seus laboratórios, verificando se os resultados estão corretos ou precisos. Caso a descoberta seja confirmada, ótimo, as hipóteses adiantadas estão comprovadas e aprendemos algo de novo sobre a natureza. Caso contrário, os resultados e as hipóteses devem ser abandonados ou, no mínimo, modificados. Se a descoberta tiver sido uma surpresa, hipóteses e modelos são adiantados para tentar explicá-la por meio de leis simples.
O processo não para aí. Uma vez que ficou claro que o fenômeno realmente existe e as hipóteses funcionam, tenta-se explorar os limites dessas hipóteses. Eventualmente, descobre-se que os modelos nelas baseados deixam de funcionar e novas hipóteses são necessárias.
Recentemente, um grupo na Itália declarou ter observado um novo tipo de partícula elementar da matéria, cuja existência havia sido predita por certas teorias chamadas supersimétricas. Elas são completamente diferentes da matéria que conhecemos, isto é, aquela feita de prótons, nêutrons e elétrons. Possivelmente, elas podem constituir a chamada "matéria escura", que cosmólogos acreditam que possa constituir 90% da matéria no Universo. Imediatamente, outro grupo de físicos na Califórnia, que também procura por essas partículas, criticou os resultados dos italianos: os detectores do grupo californiano (e russo) não assinalaram a existência das partículas. Possivelmente, dizem eles, os sinais vistos pelos italianos são uma contaminação vinda de outras fontes, como a radiatividade natural. Essa polêmica, ainda em aberto, ilustra nossa discussão. Buscamos a "verdade", mas sabendo que ela será sempre temporária: mesmo que as partículas existam, comprovando as teorias atuais, aparecerão outras que forçarão sua revisão, e assim por diante.
Essa questão não é simples e, como toda a questão filosófica, não tem resposta única. Há versões do que seja verdade em áreas diferentes do conhecimento e, às vezes, essas versões entram em choque. Aqui segue a minha versão que, espero, incite a reflexão do leitor. O desenvolvimento da ciência moderna, isto é, dos últimos 400 anos aproximadamente, nos ensinou que a verdade em si não existe: o que há é um ideal de verdade, ou melhor, de perfeição racional. Essa é uma herança dos filósofos pitagóricos da Grécia Antiga, reexpressa por Platão em termos de duas realidades, a das idéias e a da percepção sensorial da realidade física. Para Platão, apenas no mundo das idéias podia-se contemplar o conceito de verdade; o mundo dos sentidos é necessariamente imperfeito, pois a representação concreta de uma idéia jamais será tão perfeita quanto a própria idéia. Um exemplo é a imagem que você faz de um círculo, e a sua representação no papel.
A ciência é uma representação da realidade física e, portanto, imperfeita. O processo científico, a geração de hipóteses que são testadas experimentalmente ou por meio de observações (como na astronomia), é uma busca contínua por uma verdade -uma perfeição- que jamais será alcançada. Uma exceção é a matemática pura, que lida com objetos que existem num mundo de idéias.
O leitor pode pensar que essa imperfeição é uma fraqueza da ciência. Pois é o oposto! O fato de que as representações da realidade, como leis e teorias, são imperfeitas define o processo científico. Eis uma ilustração esquemática de como a coisa funciona. Um cientista observa um novo fenômeno; essa descoberta comprova certas hipóteses feitas por outros cientistas (em geral, os "teóricos"), que precisavam de uma comprovação para ser aceitas. Ou elas são uma completa surpresa. A comunidade científica responde imediatamente: outros grupos tentam replicar a descoberta em seus laboratórios, verificando se os resultados estão corretos ou precisos. Caso a descoberta seja confirmada, ótimo, as hipóteses adiantadas estão comprovadas e aprendemos algo de novo sobre a natureza. Caso contrário, os resultados e as hipóteses devem ser abandonados ou, no mínimo, modificados. Se a descoberta tiver sido uma surpresa, hipóteses e modelos são adiantados para tentar explicá-la por meio de leis simples.
O processo não para aí. Uma vez que ficou claro que o fenômeno realmente existe e as hipóteses funcionam, tenta-se explorar os limites dessas hipóteses. Eventualmente, descobre-se que os modelos nelas baseados deixam de funcionar e novas hipóteses são necessárias.
Recentemente, um grupo na Itália declarou ter observado um novo tipo de partícula elementar da matéria, cuja existência havia sido predita por certas teorias chamadas supersimétricas. Elas são completamente diferentes da matéria que conhecemos, isto é, aquela feita de prótons, nêutrons e elétrons. Possivelmente, elas podem constituir a chamada "matéria escura", que cosmólogos acreditam que possa constituir 90% da matéria no Universo. Imediatamente, outro grupo de físicos na Califórnia, que também procura por essas partículas, criticou os resultados dos italianos: os detectores do grupo californiano (e russo) não assinalaram a existência das partículas. Possivelmente, dizem eles, os sinais vistos pelos italianos são uma contaminação vinda de outras fontes, como a radiatividade natural. Essa polêmica, ainda em aberto, ilustra nossa discussão. Buscamos a "verdade", mas sabendo que ela será sempre temporária: mesmo que as partículas existam, comprovando as teorias atuais, aparecerão outras que forçarão sua revisão, e assim por diante.
domingo, 16 de abril de 2000
A guerra dos sexos, revisitada
É tudo culpa da testosterona, dizem alguns biólogos e médicos. Outro dia, li um artigo no "The New York Times" sobre um jornalista que é HIV positivo e que recebe uma injeção de testosterona a cada duas semanas. O diagnóstico de uma baixa produção desse hormônio veio devido a cansaço e perda de peso. O jornalista declara que suas injeções não só lhe restauraram o peso e o ânimo, mas lhe fornecem uma dose de "masculinidade" que jamais conhecera. Sua musculatura aumentou, seu apetite explodiu, sua disposição mais que dobrou e suas atividades passaram a ser tratadas com uma intensidade quase desmesurada.
A testosterona é produzida tanto por homens quanto por mulheres. Em homens, ela é produzida nos testículos; nas mulheres, boa parte nos ovários.
A grande diferença é a quantidade: mulheres adultas têm, em média, entre 40 e 60 nanogramas (um bilionésimo) em um decilitro de plasma sanguíneo, e homens, entre 300 e mil nanogramas. A coisa começa cedo: na concepção, todo feto é feminino até ser hormonalmente alterado. Após seis semanas, o feto com cromossomo Y recebe uma enorme dose de testosterona, que de certa forma direciona sua definição sexual. A outra grande dose de testosterona ocorre na puberdade, quando vozes engrossam e uma atitude de guerreiro toma conta dos rapazes. (Ei, eu também passei por isso!)
Experimentos em ratos (em humanos eles não podem ser feitos) mostram que os machos recém-nascidos que têm sua testosterona bloqueada se tornam dóceis, seus pênis encolhendo ou desaparecendo (!). Já as fêmeas têm seus clitóris transformados em pênis e se comportam como machos na procriação. Em certas espécies de pássaros, as fêmeas, que são mudas, passam a cantar. Será que as diferenças entre homens e mulheres, não só as físicas, têm uma ligação com a testosterona? (Claro, sempre há variações.)
Essa questão é muito delicada, pois envolve não só biologia, mas a relação social entre os sexos e a estrutura de poder na sociedade. Levando essa argumentação ao extremo, certas características de comportamento, como a agressividade, a combatividade e um insaciável apetite sexual, são consequências dos diferentes níveis de testosterona não só entre os sexos, mas também dentro de cada grupo. Mulheres que têm seu sexo alterado tomam altas doses de testosterona e declaram não só um aumento no seu apetite sexual, mas também o crescimento de pêlos e às vezes até calvície. Soldados em guerra e boxeadores têm níveis mais altos de testosterona. Os pavões machos, com suas plumas exuberantes e uma atitude de "eu sou o melhor", têm níveis altíssimos de testosterona em comparação com outras aves.
Aparentemente, testosterona está relacionada com uma atitude de poder e domínio. A questão complica quando nos perguntamos sobre as dificuldades da mulher profissional em um mundo dominado por uma ética fundamentada em altas doses de testosterona.
Há aqui um claro conflito entre a arte de governar e a realidade da vida política: enquanto as qualidades associadas a baixas doses de testosterona -paciência, aversão ao risco, empatia- são fundamentais na vida de qualquer político (ou deveriam ser!), o dia-a-dia da política é fundado em disputas de poder, qualidades infelizmente relacionadas com altas doses de testosterona. Dentro dessa óptica, a batalha pela igualdade dos sexos está ligada com o controle racional das atitudes ligadas a níveis muito altos ou muito baixos da substância "T".
Isso não altera a importância da promoção dessa igualdade na sociedade, mas adiciona uma nova dimensão ao debate. Não como uma justificativa da diferença entre homens e mulheres, mas como um toque de despertar na missão dos defensores dessa igualdade (eu incluso): que a desigualdade física existe e que os sexos podem aprender um com o outro.
A testosterona é produzida tanto por homens quanto por mulheres. Em homens, ela é produzida nos testículos; nas mulheres, boa parte nos ovários.
A grande diferença é a quantidade: mulheres adultas têm, em média, entre 40 e 60 nanogramas (um bilionésimo) em um decilitro de plasma sanguíneo, e homens, entre 300 e mil nanogramas. A coisa começa cedo: na concepção, todo feto é feminino até ser hormonalmente alterado. Após seis semanas, o feto com cromossomo Y recebe uma enorme dose de testosterona, que de certa forma direciona sua definição sexual. A outra grande dose de testosterona ocorre na puberdade, quando vozes engrossam e uma atitude de guerreiro toma conta dos rapazes. (Ei, eu também passei por isso!)
Experimentos em ratos (em humanos eles não podem ser feitos) mostram que os machos recém-nascidos que têm sua testosterona bloqueada se tornam dóceis, seus pênis encolhendo ou desaparecendo (!). Já as fêmeas têm seus clitóris transformados em pênis e se comportam como machos na procriação. Em certas espécies de pássaros, as fêmeas, que são mudas, passam a cantar. Será que as diferenças entre homens e mulheres, não só as físicas, têm uma ligação com a testosterona? (Claro, sempre há variações.)
Essa questão é muito delicada, pois envolve não só biologia, mas a relação social entre os sexos e a estrutura de poder na sociedade. Levando essa argumentação ao extremo, certas características de comportamento, como a agressividade, a combatividade e um insaciável apetite sexual, são consequências dos diferentes níveis de testosterona não só entre os sexos, mas também dentro de cada grupo. Mulheres que têm seu sexo alterado tomam altas doses de testosterona e declaram não só um aumento no seu apetite sexual, mas também o crescimento de pêlos e às vezes até calvície. Soldados em guerra e boxeadores têm níveis mais altos de testosterona. Os pavões machos, com suas plumas exuberantes e uma atitude de "eu sou o melhor", têm níveis altíssimos de testosterona em comparação com outras aves.
Aparentemente, testosterona está relacionada com uma atitude de poder e domínio. A questão complica quando nos perguntamos sobre as dificuldades da mulher profissional em um mundo dominado por uma ética fundamentada em altas doses de testosterona.
Há aqui um claro conflito entre a arte de governar e a realidade da vida política: enquanto as qualidades associadas a baixas doses de testosterona -paciência, aversão ao risco, empatia- são fundamentais na vida de qualquer político (ou deveriam ser!), o dia-a-dia da política é fundado em disputas de poder, qualidades infelizmente relacionadas com altas doses de testosterona. Dentro dessa óptica, a batalha pela igualdade dos sexos está ligada com o controle racional das atitudes ligadas a níveis muito altos ou muito baixos da substância "T".
Isso não altera a importância da promoção dessa igualdade na sociedade, mas adiciona uma nova dimensão ao debate. Não como uma justificativa da diferença entre homens e mulheres, mas como um toque de despertar na missão dos defensores dessa igualdade (eu incluso): que a desigualdade física existe e que os sexos podem aprender um com o outro.
quinta-feira, 6 de abril de 2000
Fio, latas e a unificação das forças
Imagine uma formiga fadada a caminhar sobre uma linha de náilon, dessas que usamos para pescar. Ela não pode pular fora da linha, só pode andar para frente ou para trás. A linha tem um comprimento enorme, muito maior do que o da formiga. A coitada anda, anda e não chega jamais ao fim da linha. Seu "universo" tem uma dimensão e é infinito.
Essa formiga infeliz tinha uma prima que também se viu fadada a caminhar para sempre em um universo unidimensional. Só que esse era na forma de um círculo. A formiguinha descobriu isso ao notar que retornava sempre ao mesmo ponto, que ela marcou com um giz de formiga. Ela deu sorte porque o raio de seu "universo" era pequeno o suficiente para que ela cobrisse sua circunferência em tempo hábil. Se o raio fosse muito grande, ela jamais chegaria ao seu ponto de partida. Isso aconteceu, segundo os anais das formigas geômetras, com outra prima, essa a mais esperta de todas. Ela também queria saber se seu universo era infinito. Após usar o giz, andou por um bom tempo e não voltou ao seu ponto de partida. Ela então resolveu apontar um laser na direção da linha. E qual não foi sua surpresa ao ver a luz bater em seu calcanhar (supondo, claro, que formigas tenham calcanhar). Esse universo é fechado e sem fronteiras, já que qualquer ponto sobre o círculo é equivalente.
Já uma família de besouros teve outro destino. Eles tinham de andar na superfície de uma lata de palmitos, tão alta que eles nunca chegariam no topo. Os besouros ficavam na mesma área ocupada pelo rótulo da lata. Esse "universo" é bidimensional: com dois números, a altura e a posição angular na lata, você localiza o besouro. (Esses besouros são achatados como uma ameba). Ele é semelhante ao universo fechado das formigas em uma das suas direções (em torno da lata), mas é infinito na outra (sua altura). Portanto, o universo com duas dimensões dos besouros mistura os dois tipos de universo unidimensional das formigas.
Por incrível que pareça, esse universo bidimensional em forma de "lata de palmito" foi o primeiro modelo geométrico usado por físicos para construir uma teoria unificada dos campos gravitacional e eletromagnético. Em sua teoria da relatividade geral, proposta em 1916, Einstein mostrou que a força gravitacional está ligada à geometria do espaço: a presença de uma massa deforma a geometria à sua volta, causando desvios nos movimentos dos corpos em sua vizinhança. Na época, sabia-se da existência de uma outra força de longo alcance, a eletromagnética, que caía com o quadrado da distância, como a gravidade. Já que a relatividade propunha a geometrização da força gravitacional, por que não incluir o eletromagnetismo nesse esquema?
Em 1921, o físico alemão Theodor Kaluza (e mais tarde também Oskar Klein) propôs uma unificação das duas forças em um universo em cinco dimensões. A teoria da relatividade havia mostrado que a arena dos fenômenos físicos é um espaço quadridimensional (o espaço-tempo). Kaluza adicionou mais uma dimensão, mas com um detalhe: ela tinha de ser perpendicular ao espaço-tempo da relatividade e circular, como o universo fechado das formigas! Esse universo teria uma geometria semelhante ao universo dos besouros, com as quatro dimensões normais se estendendo ao infinito (a altura da lata) e a dimensão extra sendo fechada (como o círculo da lata).
A teoria de Kaluza mostra que o raio da dimensão extra está ligado à carga do elétron, a unidade básica de carga elétrica! A teoria reproduz a gravidade e o eletromagnetismo quando "vista" em quatro dimensões, ou seja, quando o raio da lata é muito menor que sua altura. Para nós, a dimensão extra é invisível, como se a lata afinasse até virar um fio. Essas idéias arrojadas e elegantes estão no coração das teorias modernas de unificação das forças.
Essa formiga infeliz tinha uma prima que também se viu fadada a caminhar para sempre em um universo unidimensional. Só que esse era na forma de um círculo. A formiguinha descobriu isso ao notar que retornava sempre ao mesmo ponto, que ela marcou com um giz de formiga. Ela deu sorte porque o raio de seu "universo" era pequeno o suficiente para que ela cobrisse sua circunferência em tempo hábil. Se o raio fosse muito grande, ela jamais chegaria ao seu ponto de partida. Isso aconteceu, segundo os anais das formigas geômetras, com outra prima, essa a mais esperta de todas. Ela também queria saber se seu universo era infinito. Após usar o giz, andou por um bom tempo e não voltou ao seu ponto de partida. Ela então resolveu apontar um laser na direção da linha. E qual não foi sua surpresa ao ver a luz bater em seu calcanhar (supondo, claro, que formigas tenham calcanhar). Esse universo é fechado e sem fronteiras, já que qualquer ponto sobre o círculo é equivalente.
Já uma família de besouros teve outro destino. Eles tinham de andar na superfície de uma lata de palmitos, tão alta que eles nunca chegariam no topo. Os besouros ficavam na mesma área ocupada pelo rótulo da lata. Esse "universo" é bidimensional: com dois números, a altura e a posição angular na lata, você localiza o besouro. (Esses besouros são achatados como uma ameba). Ele é semelhante ao universo fechado das formigas em uma das suas direções (em torno da lata), mas é infinito na outra (sua altura). Portanto, o universo com duas dimensões dos besouros mistura os dois tipos de universo unidimensional das formigas.
Por incrível que pareça, esse universo bidimensional em forma de "lata de palmito" foi o primeiro modelo geométrico usado por físicos para construir uma teoria unificada dos campos gravitacional e eletromagnético. Em sua teoria da relatividade geral, proposta em 1916, Einstein mostrou que a força gravitacional está ligada à geometria do espaço: a presença de uma massa deforma a geometria à sua volta, causando desvios nos movimentos dos corpos em sua vizinhança. Na época, sabia-se da existência de uma outra força de longo alcance, a eletromagnética, que caía com o quadrado da distância, como a gravidade. Já que a relatividade propunha a geometrização da força gravitacional, por que não incluir o eletromagnetismo nesse esquema?
Em 1921, o físico alemão Theodor Kaluza (e mais tarde também Oskar Klein) propôs uma unificação das duas forças em um universo em cinco dimensões. A teoria da relatividade havia mostrado que a arena dos fenômenos físicos é um espaço quadridimensional (o espaço-tempo). Kaluza adicionou mais uma dimensão, mas com um detalhe: ela tinha de ser perpendicular ao espaço-tempo da relatividade e circular, como o universo fechado das formigas! Esse universo teria uma geometria semelhante ao universo dos besouros, com as quatro dimensões normais se estendendo ao infinito (a altura da lata) e a dimensão extra sendo fechada (como o círculo da lata).
A teoria de Kaluza mostra que o raio da dimensão extra está ligado à carga do elétron, a unidade básica de carga elétrica! A teoria reproduz a gravidade e o eletromagnetismo quando "vista" em quatro dimensões, ou seja, quando o raio da lata é muito menor que sua altura. Para nós, a dimensão extra é invisível, como se a lata afinasse até virar um fio. Essas idéias arrojadas e elegantes estão no coração das teorias modernas de unificação das forças.
domingo, 2 de abril de 2000
A quase-estrela
No teatro, nem todas as estrelas brilham. No céu também. Seria muito conveniente se pudéssemos adotar um critério uniforme para determinar quem são as estrelas no teatro e no céu. Mas acho que as estrelas humanas ficariam muito aborrecidas: no céu, o que determina quem é ou não estrela é a massa do objeto. Mas ao menos uma coisa as estrelas do palco e do céu têm em comum, maciças ou não: elas se autoconsomem para poder brilhar, para produzir a radiação que tanto nos maravilha.
Já os planetas, que fazem corte à estrela, não produzem radiação suficiente para brilhar. Alguma radiação sempre é produzida, mas ela não aparece em frequências visíveis para nós. Qual, então, é o limite entre um planeta e uma estrela? Será que existe uma "quase-estrela", um objeto que é um intermediário entre um planeta gigante e uma pequena estrela, capaz de gerar alguma radiação, mas não de iniciar o processo de fusão nuclear, responsável pela enorme geração de energia de uma estrela comum?
Existe toda uma população de estrelas, de tamanhos e propriedades muito diferentes. Nosso sol, por exemplo, é conhecido como uma "anã amarela", uma estrela de tamanho discreto, porém suficientemente maciça para poder fundir hidrogênio em hélio. Sua superfície tem uma temperatura de 5.800 graus Kelvin (nessas temperaturas, não faz muita diferença qual escala usamos, Celsius, Kelvin etc.). Já uma "gigante vermelha" é muito maior do que o Sol, mas muito mais fria. Quanto mais fria uma estrela, mais vermelha ela é, o contrário do que em geral as pessoas associam com quente. O tom azul é bem mais quente do que o vermelho. Portanto, é de se esperar que, caso existam as tais "quase-estrelas", elas seriam meio avermelhadas. O nome anã vermelha já foi usado para caracterizar estrelas menores do que nosso Sol (em torno de um terço da massa e do raio), frias, mas ainda capazes de iniciar a fusão de hélio. Essas estrelas são centenas de vezes mais maciças do que Júpiter (o Sol é em torno de mil vezes mais maciço do que Júpiter).
Até recentemente, o elo que liga planetas gigantes como Júpiter às anãs vermelhas, as quase-estrelas, era apenas uma especulação. Como os astrônomos acreditam que o processo de formação de uma estrela (mesmo que pequena) é diferente do de um planeta, era razoável supor que não existisse um contínuo de objetos celestes: dos planetas gigantes temos de dar um salto até as menores estrelas. Essa situação mudou nos últimos anos, com a observação de vários objetos que podem ser caracterizados como quase-estrelas. Na verdade, essa classe de objetos ganhou um nome especial (que não deixa de ser bem horrível), as anãs marrons.
O grande desafio em achar esses objetos no céu é justamente a fraqueza de sua radiação. É muito mais fácil identificar um objeto de alta luminosidade do que um objeto que mal brilha no visível. É aí que a criatividade dos astrônomos entra no jogo. Uma série de técnicas observacionais foram desenvolvidas, que oferecem várias opções para a caça às anãs marrons.
Numa delas, usa-se o fato que ao menos metade das estrelas aparecem em pares, os sistemas binários. Basta acharmos uma delas, a mais luminosa, e estudarmos sua órbita para inferir a existência de uma companheira bem mais discreta. A massa que separa planetas das anãs marrons é em torno de 13 vezes a massa de Júpiter. Isso porque objetos mais maciços podem fundir deutério, um átomo de hidrogênio que carrega um nêutron no núcleo (um isótopo). Se a massa da companheira invisível for entre 13 e 200 Júpiteres (as anãs vermelhas), encontramos uma anã marrom. Em 1995, a primeira foi encontrada.
Outro método usa o fato de que o gás metano é encontrado na atmosfera de planetas gigantes, mas não em estrelas comuns, devido às suas altas temperaturas. Portanto, se metano for encontrado em objetos com a massa no intervalo correto, o objeto é uma anã marrom. A candidata de 1995 passou no teste. E muitas outras. Hoje, estima-se que existem ao menos tantas anãs marrons quanto estrelas comuns. Como sempre na ciência, uma descoberta gera sempre mais perguntas. Se existe um contínuo de objetos celestes, o que diferencia planetas de estrelas na formação de sistemas solares? Nessa pergunta se esconde o enigma de nossa própria origem.
Já os planetas, que fazem corte à estrela, não produzem radiação suficiente para brilhar. Alguma radiação sempre é produzida, mas ela não aparece em frequências visíveis para nós. Qual, então, é o limite entre um planeta e uma estrela? Será que existe uma "quase-estrela", um objeto que é um intermediário entre um planeta gigante e uma pequena estrela, capaz de gerar alguma radiação, mas não de iniciar o processo de fusão nuclear, responsável pela enorme geração de energia de uma estrela comum?
Existe toda uma população de estrelas, de tamanhos e propriedades muito diferentes. Nosso sol, por exemplo, é conhecido como uma "anã amarela", uma estrela de tamanho discreto, porém suficientemente maciça para poder fundir hidrogênio em hélio. Sua superfície tem uma temperatura de 5.800 graus Kelvin (nessas temperaturas, não faz muita diferença qual escala usamos, Celsius, Kelvin etc.). Já uma "gigante vermelha" é muito maior do que o Sol, mas muito mais fria. Quanto mais fria uma estrela, mais vermelha ela é, o contrário do que em geral as pessoas associam com quente. O tom azul é bem mais quente do que o vermelho. Portanto, é de se esperar que, caso existam as tais "quase-estrelas", elas seriam meio avermelhadas. O nome anã vermelha já foi usado para caracterizar estrelas menores do que nosso Sol (em torno de um terço da massa e do raio), frias, mas ainda capazes de iniciar a fusão de hélio. Essas estrelas são centenas de vezes mais maciças do que Júpiter (o Sol é em torno de mil vezes mais maciço do que Júpiter).
Até recentemente, o elo que liga planetas gigantes como Júpiter às anãs vermelhas, as quase-estrelas, era apenas uma especulação. Como os astrônomos acreditam que o processo de formação de uma estrela (mesmo que pequena) é diferente do de um planeta, era razoável supor que não existisse um contínuo de objetos celestes: dos planetas gigantes temos de dar um salto até as menores estrelas. Essa situação mudou nos últimos anos, com a observação de vários objetos que podem ser caracterizados como quase-estrelas. Na verdade, essa classe de objetos ganhou um nome especial (que não deixa de ser bem horrível), as anãs marrons.
O grande desafio em achar esses objetos no céu é justamente a fraqueza de sua radiação. É muito mais fácil identificar um objeto de alta luminosidade do que um objeto que mal brilha no visível. É aí que a criatividade dos astrônomos entra no jogo. Uma série de técnicas observacionais foram desenvolvidas, que oferecem várias opções para a caça às anãs marrons.
Numa delas, usa-se o fato que ao menos metade das estrelas aparecem em pares, os sistemas binários. Basta acharmos uma delas, a mais luminosa, e estudarmos sua órbita para inferir a existência de uma companheira bem mais discreta. A massa que separa planetas das anãs marrons é em torno de 13 vezes a massa de Júpiter. Isso porque objetos mais maciços podem fundir deutério, um átomo de hidrogênio que carrega um nêutron no núcleo (um isótopo). Se a massa da companheira invisível for entre 13 e 200 Júpiteres (as anãs vermelhas), encontramos uma anã marrom. Em 1995, a primeira foi encontrada.
Outro método usa o fato de que o gás metano é encontrado na atmosfera de planetas gigantes, mas não em estrelas comuns, devido às suas altas temperaturas. Portanto, se metano for encontrado em objetos com a massa no intervalo correto, o objeto é uma anã marrom. A candidata de 1995 passou no teste. E muitas outras. Hoje, estima-se que existem ao menos tantas anãs marrons quanto estrelas comuns. Como sempre na ciência, uma descoberta gera sempre mais perguntas. Se existe um contínuo de objetos celestes, o que diferencia planetas de estrelas na formação de sistemas solares? Nessa pergunta se esconde o enigma de nossa própria origem.
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