Existem três questões que tradicionalmente eram província exclusiva da religião, mas que, com o passar dos anos, tornaram-se parte integral do discurso científico. Elas podem ser agrupadas como o "mistério das três origens" -a do Universo, a da vida e a da mente. O que a física vem fazendo para compreender o mistério da criação, ou melhor: "Por que existe algo, ao invés do nada?" O que a biologia vem fazendo para desvendar o mistério da vida, ou: "Em que grau de complexidade um grupo de moléculas orgânicas pode ser considerado vivo?"
Finalmente, as ciências cognitivas vêm tentando entender como o cérebro cria aquilo que algumas pessoas chamam de mente, outras de alma. É difícil contemplar questões mais profundas sobre o Universo que nos cerca e sobre a natureza humana. Para muitos, principalmente para aqueles mais religiosos, é difícil aceitar o fato de que a ciência pode avançar o nosso conhecimento ao tentar responder, mesmo se apenas em parte, a essas questões. Devemos, porém, diferenciar a temática das três questões: elas envolvem áreas muito distintas da ciência moderna.
Dentro dessa separação temática, é importante analisarmos, mesmo se hipoteticamente, até onde essas questões podem mesmo ser resolvidas por meio da indagação científica. Volta e meia retornaremos à esse tema. Hoje, sabemos que o Universo teve um princípio, um momento inicial a partir do qual ele passou a se expandir. Sabemos também que esse momento inicial deu-se há aproximadamente 14 bilhões de anos, quando a matéria do Universo encontrava-se dissociada em seus componentes mais fundamentais.
Mas não podemos ter certeza do que de fato ocorreu no momento inicial. Na verdade, a pergunta não faz sentido dentro do discurso científico. Isso porque a nossa descrição das propriedades físicas do Universo tem limites e deixa de fazer sentido ao nos aproximarmos do instante inicial. Em particular, não sabemos nem falar sobre espaço e tempo: a noção de um espaço onde os fenômenos naturais ocorrem durante a passagem do tempo não é mais válida.
E, mesmo se soubéssemos, aceitando alguns modelos matemáticos propostos nas últimas décadas para descrever a origem do Universo, uma outra questão permaneceria em aberto: "Qual a origem das leis da física?". E essa pergunta não pode ser respondida dentro da estrutura atual da ciência: a ciência não pode explicar a sua própria origem. A origem da vida permanece um mistério. Vários cientistas acreditam que a vida originou-se em alguma outra parte (ou partes) do nosso Sistema Solar ou da galáxia e que chegou aqui transportada por asteróides ou cometas. Mesmo que essa hipótese seja verdadeira, ela não explica a origem da vida, apenas a origem da vida na Terra.
A questão é complicada, pois não sabemos nem mesmo como definir vida propriamente. Um vírus, por exemplo, só está vivo quando em contato com um outro organismo vivo. Em princípio, deveria ser possível encontrar uma "receita", misturando-se alguns dos ingredientes que sabemos serem importantes em seres vivos, de forma a criar moléculas orgânicas capazes de se reproduzir e de se alimentar do ambiente à sua volta, duas condições usadas na definição de um ser vivo. Mas ainda estamos longe de encontrar essa receita.
Finalmente, a origem da mente. De onde vem a nossa essência, o que chamamos de "eu"? Hoje, a pesquisa em ciências cognitivas indica que a mente (ou o nosso "eu") é criada pelo cérebro, por meio de manifestações complexas de redes de neurônios espalhadas pelo seu volume. Imagens do cérebro em funcionamento, obtidas usando ressonância magnética ou tomografia de elétron-pósitron, mostram como áreas diferentes respondem tanto a estímulos externos, como a foto de alguém conhecido ou uma música, como a estímulos internos, como na invocação de memórias ou na redação de uma carta.
Dentro da visão moderna, o cérebro funciona como uma espécie de teatro da mente, recriando a realidade física externa a partir de nossos sentidos e percepções. O que chamamos de "eu" é uma atividade fisiológica do cérebro, resultado de um contínuo processamento de informação. Na complexidade do cérebro residem tanto nossas concepções do que é vida ou da origem do Universo como de seu próprio funcionamento.
domingo, 1 de julho de 2001
domingo, 24 de junho de 2001
Viagem sem retorno
Nada no Universo, talvez com exceção do cérebro humano, é tão misterioso quanto um buraco negro. Acreditamos que todas as centenas de bilhões de galáxias, a parte visível de nosso Universo, tenham um desses corpos em seu centro, com massas milhões de vezes maiores do que a massa do Sol. Como sabemos disso? Examinando o movimento de estrelas próximas do centro das galáxias e inferindo que ele só pode ser explicado por uma enorme concentração de massa em um volume muito pequeno, justamente as propriedades de um buraco negro gigante. Para explorarmos um pouco da física dos buracos negros, precisamos de dois ingredientes: a descrição da vida e da morte de uma estrela e a teoria da relatividade geral de Albert Einstein, onde a gravidade é causada pela curvatura do espaço em torno de um objeto maciço.
Uma estrela é basicamente composta de hidrogênio. Sua existência depende de um equilíbrio dramático entre a força da gravidade, que tende a fazer com que a estrela "imploda" sobre si mesma, e a pressão liberada em seu interior devido à fusão nuclear de hidrogênio em hélio. O problema é que, um dia, a estrela consumirá quase todo o hidrogênio em seu interior e terá de fundir hélio em carbono para continuar a existir. Para estrelas com massas oito vezes maiores que a do Sol, essa cadeia de fusão em elementos mais pesados continua até chegar ao ferro. Com a interrupção do processo de fusão, a estrela perde a base e acaba expelindo grande parte de sua região externa, deixando no centro seus restos mortais.
Dependendo da massa da estrela original e da violência dessa explosão final, esses restos podem ser uma anã branca (no caso do Sol), uma estrela de nêutrons ou um buraco negro (no caso de estrelas com massas bem maiores que a do Sol). Se os restos da estrela têm uma massa acima de três ou quatro massas solares, ela continuará seu colapso. Com a massa permanecendo aproximadamente a mesma, quanto menor o raio da estrela, maior será a sua própria gravidade.
E, quanto maior a gravidade da estrela, maior a curvatura do espaço em volta. Finalmente, a situação torna-se insustentável: a estrela é tão pequena e compacta que o espaço se encurva sobre si mesmo, e nada, nem mesmo a luz, pode escapar. Ela virou um buraco negro. Todo buraco negro é circundado por uma região imaginária, que chamamos de horizonte. Se o Sol fosse transformado em um buraco negro, seu horizonte teria um raio de três quilômetros.
Tal como a fronteira de um redemoinho no mar, o horizonte marca o ponto além do qual não se pode mais retornar. Ali, o espaço passa a se comportar de forma semelhante ao tempo em nossa realidade. Do mesmo modo que, para nós, o tempo flui em uma única direção, dentro do horizonte é o espaço que se torna unidirecional. Dentro do horizonte, só se pode viajar em direção ao centro, onde a gravidade assume, teoricamente, um valor infinito. É uma viagem sem retorno. Claro, seria impossível chegarmos tão próximos do horizonte de um buraco negro.
Nenhuma tecnologia que possamos conceber no momento poderia resistir à tremenda pressão gravitacional ou ao bombardeio de radiação em torno do turbilhão cósmico causado pelo buraco negro. Uma imagem adequada, mas não muito poética, é a de um ralo, sugando matéria que desaparece em uma pequena região negra. Mesmo que o buraco negro em si seja invisível, a matéria sendo tragada para as suas profundezas emite radiação, que delata sua presença.
O horizonte nos protege dos absurdos que ocorrem perto da zona central do buraco negro, chamada de singularidade central. Como é possível ter uma região no espaço onde a gravidade assume um valor infinito? Nós ainda não sabemos. Na verdade, a singularidade central denuncia a quebra das leis da física, mantendo o mistério central do buraco negro intacto. Mesmo se hoje nós sabemos muito sobre a estrutura e as propriedades desses objetos, sua essência permanece desconhecida, apontando em direção a uma nova física e a novas concepções da estrutura do espaço e do tempo.
Uma estrela é basicamente composta de hidrogênio. Sua existência depende de um equilíbrio dramático entre a força da gravidade, que tende a fazer com que a estrela "imploda" sobre si mesma, e a pressão liberada em seu interior devido à fusão nuclear de hidrogênio em hélio. O problema é que, um dia, a estrela consumirá quase todo o hidrogênio em seu interior e terá de fundir hélio em carbono para continuar a existir. Para estrelas com massas oito vezes maiores que a do Sol, essa cadeia de fusão em elementos mais pesados continua até chegar ao ferro. Com a interrupção do processo de fusão, a estrela perde a base e acaba expelindo grande parte de sua região externa, deixando no centro seus restos mortais.
Dependendo da massa da estrela original e da violência dessa explosão final, esses restos podem ser uma anã branca (no caso do Sol), uma estrela de nêutrons ou um buraco negro (no caso de estrelas com massas bem maiores que a do Sol). Se os restos da estrela têm uma massa acima de três ou quatro massas solares, ela continuará seu colapso. Com a massa permanecendo aproximadamente a mesma, quanto menor o raio da estrela, maior será a sua própria gravidade.
E, quanto maior a gravidade da estrela, maior a curvatura do espaço em volta. Finalmente, a situação torna-se insustentável: a estrela é tão pequena e compacta que o espaço se encurva sobre si mesmo, e nada, nem mesmo a luz, pode escapar. Ela virou um buraco negro. Todo buraco negro é circundado por uma região imaginária, que chamamos de horizonte. Se o Sol fosse transformado em um buraco negro, seu horizonte teria um raio de três quilômetros.
Tal como a fronteira de um redemoinho no mar, o horizonte marca o ponto além do qual não se pode mais retornar. Ali, o espaço passa a se comportar de forma semelhante ao tempo em nossa realidade. Do mesmo modo que, para nós, o tempo flui em uma única direção, dentro do horizonte é o espaço que se torna unidirecional. Dentro do horizonte, só se pode viajar em direção ao centro, onde a gravidade assume, teoricamente, um valor infinito. É uma viagem sem retorno. Claro, seria impossível chegarmos tão próximos do horizonte de um buraco negro.
Nenhuma tecnologia que possamos conceber no momento poderia resistir à tremenda pressão gravitacional ou ao bombardeio de radiação em torno do turbilhão cósmico causado pelo buraco negro. Uma imagem adequada, mas não muito poética, é a de um ralo, sugando matéria que desaparece em uma pequena região negra. Mesmo que o buraco negro em si seja invisível, a matéria sendo tragada para as suas profundezas emite radiação, que delata sua presença.
O horizonte nos protege dos absurdos que ocorrem perto da zona central do buraco negro, chamada de singularidade central. Como é possível ter uma região no espaço onde a gravidade assume um valor infinito? Nós ainda não sabemos. Na verdade, a singularidade central denuncia a quebra das leis da física, mantendo o mistério central do buraco negro intacto. Mesmo se hoje nós sabemos muito sobre a estrutura e as propriedades desses objetos, sua essência permanece desconhecida, apontando em direção a uma nova física e a novas concepções da estrutura do espaço e do tempo.
domingo, 17 de junho de 2001
O fóton, partícula de luz
O ano de 1905 é muitas vezes mencionado como milagroso na vida de Albert Einstein. Com apenas 26 anos, ele publicou, durante esse ano, quatro artigos que revolucionaram o desenvolvimento da física moderna. Em um deles, Einstein trata do chamado movimento browniano, a agitação que é observada quando pequenas partículas são postas em suspensão em um líquido. O efeito foi descoberto em 1827 pelo botânico inglês Robert Brown, enquanto observava grãos de pólen flutuando sobre gotas d'água. Einstein mostrou que o movimento em forma de ziguezague das partículas microscópicas (no caso de Brown, o pólen) é causado por colisões com as moléculas do líquido. Esse artigo abriu o caminho para a aceitação da existência dos átomos, que, até então, permanecia disputada por vários físicos e filósofos.
Dois dos artigos publicados por Einstein em 1905 tratam da teoria da relatividade especial, onde ele mostrou que medidas do comprimento de objetos e de intervalos de tempo são diferentes para observadores em movimento relativo. Isso porque a velocidade da luz é finita, mesmo que bastante alta (300.000 km/s), e idêntica para todos os observadores.
Mas hoje gostaria de me concentrar no quarto (na verdade o primeiro a ser publicado) dos famosos artigos, no qual Einstein avançou a hipótese de que a luz, ou melhor, a radiação eletromagnética, pode ser interpretada como sendo tanto composta por partículas como por ondas, propagando-se pelo espaço. Vale a pena lembrar que a luz visível é apenas uma pequena porção do vasto espectro da radiação eletromagnética. Ele vai das ondas de rádio, de baixa frequência e longo comprimento de onda, até os raios gama, de altíssima frequência e pequeno comprimento de onda, passando por radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta e raios X.
No artigo, Einstein propõe uma explicação revolucionária para o chamado efeito fotoelétrico, descoberto pelo alemão Heinrich Hertz (o mesmo que descobriu as ondas de rádio) em 1887. Imagine uma placa metálica eletricamente neutra. É possível eletrificar a placa, isto é, dar-lhe uma carga elétrica positiva, se a irradiarmos com certos tipos de radiação eletromagnética. Mas o efeito só ocorre se a radiação tiver frequência relativamente alta, do ultravioleta em diante. Se iluminarmos a placa com luz amarela, nada irá acontecer: sua carga seguirá neutra. E de nada adiantará aumentar a intensidade da luz. Mesmo com uma fonte de luz amarela extremamente intensa, a placa continuará neutra. As tentativas iniciais de explicar o efeito a partir da teoria ondulatória da luz falharam. A descoberta de Hertz criou um impasse na física. Einstein, em um ato de extrema coragem intelectual, supôs que a radiação eletromagnética fosse formada por pequenas balas de radiação, que ganharam o nome de fótons. Einstein propôs que a energia de um fóton fosse proporcional à sua frequência -quanto maior a frequência de um fóton, maior a sua energia. Portanto, um fóton de radiação ultravioleta tem energia maior do que um fóton de radiação correspondente a algum tom da cor amarela.
Essa simples relação explica por que a luz ultravioleta, e não a amarela, pode eletrificar a placa metálica. A placa é feita de átomos, que têm elétrons girando em torno do núcleo, em órbitas diversas. Esses elétrons, com carga negativa, são atraídos eletricamente pelo núcleo, que tem carga positiva. Imagine um fóton como um pequeno projétil que se chocaria com o elétron mais externo do átomo: se o fóton tiver energia suficiente, ele será capaz de arrancar o elétron do átomo, sobrepondo a atração entre o elétron e o núcleo atômico. Com isso, o átomo fica com um déficit de uma carga negativa (o elétron perdido), o que equivale a ganhar uma carga positiva.
Em 1914, o americano Robert Millikan, muito a contragosto, confirmou a expressão proposta por Einstein para explicar o efeito fotoelétrico. Diferentemente do que muitos pensam, Einstein ganhou o prêmio Nobel em 1921 pela sua explicação do efeito fotoelétrico e não pela teoria da relatividade. A natureza física da luz continuou a assombrar (e a inspirar) o gênio pelo resto de sua carreira. O que significa algo ser tanto partícula quanto onda? Por que a velocidade da luz é a mais alta possível? Para ele, esses mistérios deveriam ser explicados por teorias mais fundamentais da física. A procura por elas continua.
domingo, 10 de junho de 2001
Energia nas mãos do acaso
O país está passando pela pior crise energética de toda a sua história. Já não chega o fato de a energia elétrica no Brasil ser das mais caras do mundo. O racionamento de energia elétrica está sendo imposto sobre a população e a indústria, sob ameaça de multas altíssimas e do temido apagão. Por que isso está acontecendo?
Há várias respostas. A mais imediata é que o fornecimento de energia elétrica no Brasil depende pesadamente de fontes hidrelétricas, de água que cai. Aliás, a geração de energia elétrica a partir da queda d'água é um belo exemplo da conversão de energia potencial gravitacional (todo objeto que cai de certa altura tem energia "armazenada") em energia elétrica, passando por vários estágios intermediários. Mas acho que hoje não é o dia para falar disso.
Numa frase, economia e população cresceram, aumentando a demanda de energia, e as chuvas não vieram conforme "planejado". Ponho as aspas por dois motivos. O primeiro é que parte desse planejamento se baseia em estimativas de chuvas no Sudeste: se não chove o suficiente, as represas não atingem níveis acima do considerado seguro, 49%. Aparentemente, o nível médio atual está em 27%, o que causou o desespero na administração federal, provocando as medidas já conhecidas, anunciadas dia 18 de maio pelo presidente da República.
Qual o problema com esse planejamento? Não se pode confiar na regularidade climática, baseando uma grande porção do fornecimento de energia para a região com maior demanda no país no ritmo natural das chuvas, que são mais abundantes no verão. São, mas não foram. E, muito provavelmente, segundo as simulações que estudam as consequências climáticas do efeito estufa, a concentração de gases na atmosfera irá causar oscilações climáticas ainda maiores e mais imprevisíveis.
É extremamente arriscado basearmos fatia tão grande do abastecimento de energia em uma fonte que não tem um comportamento confiável. Certamente um país com uma rede hidrográfica como a do Brasil deve explorar ao máximo o seu potencial. Mas não quase que exclusivamente.
Infelizmente, com a nova administração americana plantada nos poços de petróleo do Texas, nada será feito para minimizar a concentração de gases na atmosfera, ao menos pelos próximos quatro anos. Mesmo que medidas sejam tomadas, seus efeitos não serão imediatos. É a atitude de agir só quando não houver mais escolha. Ironicamente, o rico Estado da Califórnia também está passando por uma séria crise no fornecimento de energia, com apagões já ocorrendo e aumento de preços muito além da inflação. Sem querer parecer a trombeta do Apocalipse, esse é um indício de que está na hora de rever políticas energéticas antes que seja tarde demais.
Mais especificamente, não existe solução única e perfeita para o problema da energia. Todas as fontes possíveis têm aspectos positivos e negativos, mesmo as renováveis, como a solar ou a eólica.
O fornecimento de energia tem de ser de acordo com as características locais. Em uma área com clima desértico, com baixa concentração populacional, a energia solar é uma ótima opção. Em outra com fortes ventos, a energia eólica deve ser explorada. Às vezes, o ideal é uma combinação de diversas fontes. Em princípio, seria ideal usar o Sol como nosso provedor primário de energia -afinal, a energia criada pela fusão nuclear no interior da estrela já é transformada em biomassa pelas florestas.
Porém, a tecnologia de produção das células fotoelétricas usadas na transformação de calor em eletricidade emprega cristais cujo processo de fabricação é altamente poluente. Triste, mas verdadeiro. Para fazer um uso melhor da energia solar, é necessário aumentar tanto a eficiência do processo de transformação como criar novas tecnologias de conversão de calor em eletricidade.
É fundamental que o governo entenda a necessidade da diversificação das fontes de energia. O planeta Terra é finito, mesmo que seus vários combustíveis fósseis -carvão mineral, petróleo, gás natural- ainda venham a durar por muitas décadas. Isso requer pesquisa e investimento tanto por parte do governo como da indústria privada. Certamente, essa escolha é bem mais promissora para o futuro do país do que acreditar na dança da chuva.
Há várias respostas. A mais imediata é que o fornecimento de energia elétrica no Brasil depende pesadamente de fontes hidrelétricas, de água que cai. Aliás, a geração de energia elétrica a partir da queda d'água é um belo exemplo da conversão de energia potencial gravitacional (todo objeto que cai de certa altura tem energia "armazenada") em energia elétrica, passando por vários estágios intermediários. Mas acho que hoje não é o dia para falar disso.
Numa frase, economia e população cresceram, aumentando a demanda de energia, e as chuvas não vieram conforme "planejado". Ponho as aspas por dois motivos. O primeiro é que parte desse planejamento se baseia em estimativas de chuvas no Sudeste: se não chove o suficiente, as represas não atingem níveis acima do considerado seguro, 49%. Aparentemente, o nível médio atual está em 27%, o que causou o desespero na administração federal, provocando as medidas já conhecidas, anunciadas dia 18 de maio pelo presidente da República.
Qual o problema com esse planejamento? Não se pode confiar na regularidade climática, baseando uma grande porção do fornecimento de energia para a região com maior demanda no país no ritmo natural das chuvas, que são mais abundantes no verão. São, mas não foram. E, muito provavelmente, segundo as simulações que estudam as consequências climáticas do efeito estufa, a concentração de gases na atmosfera irá causar oscilações climáticas ainda maiores e mais imprevisíveis.
É extremamente arriscado basearmos fatia tão grande do abastecimento de energia em uma fonte que não tem um comportamento confiável. Certamente um país com uma rede hidrográfica como a do Brasil deve explorar ao máximo o seu potencial. Mas não quase que exclusivamente.
Infelizmente, com a nova administração americana plantada nos poços de petróleo do Texas, nada será feito para minimizar a concentração de gases na atmosfera, ao menos pelos próximos quatro anos. Mesmo que medidas sejam tomadas, seus efeitos não serão imediatos. É a atitude de agir só quando não houver mais escolha. Ironicamente, o rico Estado da Califórnia também está passando por uma séria crise no fornecimento de energia, com apagões já ocorrendo e aumento de preços muito além da inflação. Sem querer parecer a trombeta do Apocalipse, esse é um indício de que está na hora de rever políticas energéticas antes que seja tarde demais.
Mais especificamente, não existe solução única e perfeita para o problema da energia. Todas as fontes possíveis têm aspectos positivos e negativos, mesmo as renováveis, como a solar ou a eólica.
O fornecimento de energia tem de ser de acordo com as características locais. Em uma área com clima desértico, com baixa concentração populacional, a energia solar é uma ótima opção. Em outra com fortes ventos, a energia eólica deve ser explorada. Às vezes, o ideal é uma combinação de diversas fontes. Em princípio, seria ideal usar o Sol como nosso provedor primário de energia -afinal, a energia criada pela fusão nuclear no interior da estrela já é transformada em biomassa pelas florestas.
Porém, a tecnologia de produção das células fotoelétricas usadas na transformação de calor em eletricidade emprega cristais cujo processo de fabricação é altamente poluente. Triste, mas verdadeiro. Para fazer um uso melhor da energia solar, é necessário aumentar tanto a eficiência do processo de transformação como criar novas tecnologias de conversão de calor em eletricidade.
É fundamental que o governo entenda a necessidade da diversificação das fontes de energia. O planeta Terra é finito, mesmo que seus vários combustíveis fósseis -carvão mineral, petróleo, gás natural- ainda venham a durar por muitas décadas. Isso requer pesquisa e investimento tanto por parte do governo como da indústria privada. Certamente, essa escolha é bem mais promissora para o futuro do país do que acreditar na dança da chuva.
quarta-feira, 6 de junho de 2001
A corrida com o tempo
Durante o século 6 a.C., uma profunda revolução ocorreu na história da humanidade. Grandes pensadores apareceram em vários locais do mundo, propondo idéias que redefiniram o conhecimento. Na China, Lao-Tsé e Confúcio, na Índia, Sidarta Gautama -o Buda-, e, na Grécia, surgiram os primeiros filósofos pré-socráticos. Aliás, o primeiro dos pré-socráticos, Tales de Mileto, foi considerado por Aristóteles como o primeiro dos filósofos.
Na Itália, apareceu uma outra escola do pensamento grego, fundada pelo legendário Pitágoras. Muitas das idéias que até hoje influenciam o pensamento ocidental surgiram dos milésios (nome dado aos seguidores de Tales de Mileto) e, principalmente, dos pitagóricos.Nós todos ouvimos falar do teorema de Pitágoras na escola, aquele que diz que a soma dos quadrados dos catetos de um triângulo retângulo é igual ao quadrado da hipotenusa.
Para começar, parece certo que esse teorema não foi inventado pelo próprio Pitágoras, mas isso não é tão importante. O que Pitágoras e seus seguidores fizeram vai muito além desse belíssimo teorema. Para os pitagóricos, a estrutura do mundo natural, a ordem que percebemos nos fenômenos e objetos à nossa volta (e mesmo em nossas próprias mentes), pode ser reduzida a relações entre números.
Em particular, números inteiros. Segundo fontes secundárias (nenhum dos escritos de Pitágoras sobreviveu), Pitágoras descobriu uma relação entre as notas musicais e os números inteiros examinando como diferentes notas são criadas em um instrumento de cordas, como a lira ou o monocórdio, uma espécie de violão com uma corda só. É fácil fazer o teste com um violão: para obtermos uma oitava mais alta, soamos a corda na metade de seu comprimento, isto é, na razão 2/1.
Para uma quinta mais alta, soamos a corda a 2/3 de seu comprimento e assim por diante. Com isso, Pitágoras demonstrou a existência de uma profunda relação entre a música e a matemática. Mais ainda, são precisamente as notas que obedecem a essas razões entre números inteiros que são consonantes (esteticamente belas).
A união criada por Pitágoras foi além da relação entre a matemática e as notas musicais, trazendo em si o conceito de harmonia, uma palavra aparentemente criada pelos pitagóricos. Pitágoras abriu o caminho para a ciência como uma descrição quantitativa da natureza, baseada em um arranjo racional dos números inspirado por noções estéticas. Para os pitagóricos, os números representavam a ponte entre a razão humana e a razão divina, a linguagem de codificação do mundo externo e interno.
O seu objetivo era atingir o êxtase (outra palavra pitagórica) pela contemplação da dança dos números, a criação de ressonâncias entre as harmonias da natureza e as da mente.A idolatria de Pitágoras pela beleza das relações entre os números não se restringia à Terra. Para ele, o cosmo era um instrumento musical, cujas melodias eram entoadas pelo movimento dos planetas. As distâncias entre os planetas e a Terra obedeciam a razões entre números inteiros que podiam ser identificadas com as notas musicais.
O cosmo ressoava com a harmonia das esferas, que aparentemente só Pitágoras podia ouvir (tanto Milton quanto Shakespeare escreveram poemas sobre a harmonia das esferas, mais de 2.000 anos após Pitágoras).A ciência, herdeira de Pitágoras, procura sempre por essa harmonia entre os números e o mundo natural. São incontáveis os exemplos de cientistas inspirados por uma visão essencialmente pitagórica do mundo, por um desejo de estabelecer novas pontes entre a razão humana e a natureza. E cada descoberta, por menor que seja, tem o seu lado de agonia e o seu lado de êxtase.
É interessante que a própria idéia de ressonância ocupa um lugar essencial na física moderna, representando uma situação onde um sistema responde com tremenda intensidade a um estímulo causado por um agente externo a ele. É essa a ressonância que buscamos na natureza, nossas mentes tentando decifrar a música das esferas, em busca de uma harmonia maior com o cosmo em que vivemos.
Na Itália, apareceu uma outra escola do pensamento grego, fundada pelo legendário Pitágoras. Muitas das idéias que até hoje influenciam o pensamento ocidental surgiram dos milésios (nome dado aos seguidores de Tales de Mileto) e, principalmente, dos pitagóricos.Nós todos ouvimos falar do teorema de Pitágoras na escola, aquele que diz que a soma dos quadrados dos catetos de um triângulo retângulo é igual ao quadrado da hipotenusa.
Para começar, parece certo que esse teorema não foi inventado pelo próprio Pitágoras, mas isso não é tão importante. O que Pitágoras e seus seguidores fizeram vai muito além desse belíssimo teorema. Para os pitagóricos, a estrutura do mundo natural, a ordem que percebemos nos fenômenos e objetos à nossa volta (e mesmo em nossas próprias mentes), pode ser reduzida a relações entre números.
Em particular, números inteiros. Segundo fontes secundárias (nenhum dos escritos de Pitágoras sobreviveu), Pitágoras descobriu uma relação entre as notas musicais e os números inteiros examinando como diferentes notas são criadas em um instrumento de cordas, como a lira ou o monocórdio, uma espécie de violão com uma corda só. É fácil fazer o teste com um violão: para obtermos uma oitava mais alta, soamos a corda na metade de seu comprimento, isto é, na razão 2/1.
Para uma quinta mais alta, soamos a corda a 2/3 de seu comprimento e assim por diante. Com isso, Pitágoras demonstrou a existência de uma profunda relação entre a música e a matemática. Mais ainda, são precisamente as notas que obedecem a essas razões entre números inteiros que são consonantes (esteticamente belas).
A união criada por Pitágoras foi além da relação entre a matemática e as notas musicais, trazendo em si o conceito de harmonia, uma palavra aparentemente criada pelos pitagóricos. Pitágoras abriu o caminho para a ciência como uma descrição quantitativa da natureza, baseada em um arranjo racional dos números inspirado por noções estéticas. Para os pitagóricos, os números representavam a ponte entre a razão humana e a razão divina, a linguagem de codificação do mundo externo e interno.
O seu objetivo era atingir o êxtase (outra palavra pitagórica) pela contemplação da dança dos números, a criação de ressonâncias entre as harmonias da natureza e as da mente.A idolatria de Pitágoras pela beleza das relações entre os números não se restringia à Terra. Para ele, o cosmo era um instrumento musical, cujas melodias eram entoadas pelo movimento dos planetas. As distâncias entre os planetas e a Terra obedeciam a razões entre números inteiros que podiam ser identificadas com as notas musicais.
O cosmo ressoava com a harmonia das esferas, que aparentemente só Pitágoras podia ouvir (tanto Milton quanto Shakespeare escreveram poemas sobre a harmonia das esferas, mais de 2.000 anos após Pitágoras).A ciência, herdeira de Pitágoras, procura sempre por essa harmonia entre os números e o mundo natural. São incontáveis os exemplos de cientistas inspirados por uma visão essencialmente pitagórica do mundo, por um desejo de estabelecer novas pontes entre a razão humana e a natureza. E cada descoberta, por menor que seja, tem o seu lado de agonia e o seu lado de êxtase.
É interessante que a própria idéia de ressonância ocupa um lugar essencial na física moderna, representando uma situação onde um sistema responde com tremenda intensidade a um estímulo causado por um agente externo a ele. É essa a ressonância que buscamos na natureza, nossas mentes tentando decifrar a música das esferas, em busca de uma harmonia maior com o cosmo em que vivemos.
A Primeira Causa
Em 1931, o padre e astrofísico belga Georges Lemaître propôs uma idéia que soava quase absurda: no início do tempo, o Universo teria sido um núcleo atômico gigantesco, prestes a se desintegrar, como os núcleos de átomos de urânio ou plutônio. Segundo Lemaître, esse núcleo deveria ser considerado como o estado inicial do Universo. Com o tempo ele teria se desintegrado, gerando vários tipos de radiação e partículas -os materiais constituintes do Universo primordial, muito anteriores à existência de átomos comuns, como o de hidrogênio.
Durante o processo de desintegração, o átomo e seus detritos radioativos teriam ocupado um volume cada vez maior, que Lemaître associou com o volume do Universo. Em sua "visão" da origem cósmica, o espaço e o tempo seriam criados conjuntamente com a desintegração do átomo primordial. Prudentemente, Lemaître não adiantou qualquer sugestão ou mecanismo para o aparecimento de seu átomo primordial.
Essa questão, conhecida como a Primeira Causa, continua sendo debatida até hoje: quem foi o "agente" ou a causa física que viabilizou todas essas outras causas? Lemaître se inspirou nos resultados do astrônomo americano Edwin Hubble, que em 1929 mostrou que o Universo está em expansão -quanto mais longe a galáxia, maior a velocidade com que ela se afasta. (Um observador em qualquer outro local concluiria o mesmo. Não existe um centro no Universo, todos os pontos sendo equivalentes, como é o caso na superfície de uma esfera.)
Portanto, raciocinou Lemaître, se olharmos para o passado da história cósmica, quanto mais jovem o Universo, mais aglomerada estaria a sua matéria. É possível imaginar um momento em que a matéria do Universo ocupou um volume mínimo, atingindo altíssima densidade: esse seria o átomo primordial de Lemaître. Na época, era perfeitamente razoável supor que a densidade máxima da matéria era a dos núcleos atômicos, de dezenas de bilhões de gramas por centímetro cúbico, equivalente a uma montanha espremida em um cubo de açúcar.
A idéia de um Universo com uma origem e uma evolução temporal inspirou alguns e causou aversão em outros. Em particular, três físicos da Universidade de Cambridge (Reino Unido) propuseram, entre 1948 e 1950, um modelo alternativo, o Estado Estacionário, no qual o Universo não teria tido uma origem: ele existiria eternamente e, em média, aparentaria ser sempre o mesmo. Ora, um Universo infinitamente velho não tem um momento de criação, o que resolve a questão da Primeira Causa.
O Estado Estacionário foi proposto na mesma época do modelo do Big Bang, uma adaptação mais concreta das idéias de Lemaître que inclui uma modificação fundamental: que, em sua infância, o Universo não só teria sido extremamente denso, mas, também, extremamente quente. Ambos os modelos fizeram suposições cruciais, justificadas apenas subjetivamente. O modelo do Estado Estacionário supõe que, para tornar a expansão do Universo compatível com a idéia de um Universo em média idêntico, a matéria teria de ser criada na mesma proporção em que a expansão a dilui (daí o nome, "Estado Estacionário").
Essa criação de matéria viola a lei da conservação de energia (energia e matéria aqui são usadas conjuntamente). O trio de ingleses argumentou que a violação era tão pequena que não poderia ser detectada. Como toda medida tem uma precisão limitada, só se pode afirmar que a energia é conservada dentro dessa precisão. Ou seja, talvez ela seja violada, mas não podemos sabê-lo. Já o modelo do Big Bang, conforme sua proposição por George Gamow e seus colaboradores, supõe uma receita para a matéria que preenchesse o Universo inicialmente (prótons, nêutrons, elétrons e radiação), sem se preocupar, tal como Lemaître, com a origem dessa matéria. Para eles, o importante era o que eles poderiam prever com o seu modelo. Portanto, enquanto um modelo tentou resolver a questão da Primeira Causa supondo um Universo infinitamente velho, o outro deixou a questão de lado, adotando uma postura mais pragmática.
Hoje, o modelo do Estado Estacionário foi deixado de lado, pois é incapaz de explicar certas propriedades do Universo. Já o modelo do Big Bang vem sendo coroado de sucesso. O que deixa, mais uma vez, a questão da Primeira Causa. Mas essa discussão fica para outra semana.
Durante o processo de desintegração, o átomo e seus detritos radioativos teriam ocupado um volume cada vez maior, que Lemaître associou com o volume do Universo. Em sua "visão" da origem cósmica, o espaço e o tempo seriam criados conjuntamente com a desintegração do átomo primordial. Prudentemente, Lemaître não adiantou qualquer sugestão ou mecanismo para o aparecimento de seu átomo primordial.
Essa questão, conhecida como a Primeira Causa, continua sendo debatida até hoje: quem foi o "agente" ou a causa física que viabilizou todas essas outras causas? Lemaître se inspirou nos resultados do astrônomo americano Edwin Hubble, que em 1929 mostrou que o Universo está em expansão -quanto mais longe a galáxia, maior a velocidade com que ela se afasta. (Um observador em qualquer outro local concluiria o mesmo. Não existe um centro no Universo, todos os pontos sendo equivalentes, como é o caso na superfície de uma esfera.)
Portanto, raciocinou Lemaître, se olharmos para o passado da história cósmica, quanto mais jovem o Universo, mais aglomerada estaria a sua matéria. É possível imaginar um momento em que a matéria do Universo ocupou um volume mínimo, atingindo altíssima densidade: esse seria o átomo primordial de Lemaître. Na época, era perfeitamente razoável supor que a densidade máxima da matéria era a dos núcleos atômicos, de dezenas de bilhões de gramas por centímetro cúbico, equivalente a uma montanha espremida em um cubo de açúcar.
A idéia de um Universo com uma origem e uma evolução temporal inspirou alguns e causou aversão em outros. Em particular, três físicos da Universidade de Cambridge (Reino Unido) propuseram, entre 1948 e 1950, um modelo alternativo, o Estado Estacionário, no qual o Universo não teria tido uma origem: ele existiria eternamente e, em média, aparentaria ser sempre o mesmo. Ora, um Universo infinitamente velho não tem um momento de criação, o que resolve a questão da Primeira Causa.
O Estado Estacionário foi proposto na mesma época do modelo do Big Bang, uma adaptação mais concreta das idéias de Lemaître que inclui uma modificação fundamental: que, em sua infância, o Universo não só teria sido extremamente denso, mas, também, extremamente quente. Ambos os modelos fizeram suposições cruciais, justificadas apenas subjetivamente. O modelo do Estado Estacionário supõe que, para tornar a expansão do Universo compatível com a idéia de um Universo em média idêntico, a matéria teria de ser criada na mesma proporção em que a expansão a dilui (daí o nome, "Estado Estacionário").
Essa criação de matéria viola a lei da conservação de energia (energia e matéria aqui são usadas conjuntamente). O trio de ingleses argumentou que a violação era tão pequena que não poderia ser detectada. Como toda medida tem uma precisão limitada, só se pode afirmar que a energia é conservada dentro dessa precisão. Ou seja, talvez ela seja violada, mas não podemos sabê-lo. Já o modelo do Big Bang, conforme sua proposição por George Gamow e seus colaboradores, supõe uma receita para a matéria que preenchesse o Universo inicialmente (prótons, nêutrons, elétrons e radiação), sem se preocupar, tal como Lemaître, com a origem dessa matéria. Para eles, o importante era o que eles poderiam prever com o seu modelo. Portanto, enquanto um modelo tentou resolver a questão da Primeira Causa supondo um Universo infinitamente velho, o outro deixou a questão de lado, adotando uma postura mais pragmática.
Hoje, o modelo do Estado Estacionário foi deixado de lado, pois é incapaz de explicar certas propriedades do Universo. Já o modelo do Big Bang vem sendo coroado de sucesso. O que deixa, mais uma vez, a questão da Primeira Causa. Mas essa discussão fica para outra semana.
domingo, 3 de junho de 2001
O astrônomo e o papa
Poucos episódios na longa história de conflitos entre a ciência e a religião são tão conhecidos como o que ocorreu entre o grande cientista italiano Galileu Galilei e a Igreja Católica durante as primeiras décadas do século 17. De um lado, temos Galileu, o cientista mais respeitado da Itália, brilhante e arrogante, sua personalidade uma complexa mistura de um aguçado racionalismo e uma profunda fé. Do outro, a Igreja Católica, que na época passava por sérios problemas devido à emergência da Reforma protestante, que acusava o papa, os bispos e os cardeais de corrupção e decadência. Essa não era uma boa hora para desafiar a autoridade eclesiástica. Mas foi exatamente isso o que fez Galileu.
Em 1609, Galileu soube da invenção do telescópio por um fabricante de lentes holandês. Astutamente, apoderou-se da idéia, construindo seu próprio telescópio, bem mais potente do que os existentes na Holanda. Seu plano era vendê-lo para o Senado de Veneza, na época uma importante potência marítima. Galileu convenceu o Senado da importância do telescópio como arma de defesa, já que ele permitia a identificação de navios inimigos a distâncias bem maiores do que as perceptíveis a olho nu.
Mas Galileu não era apenas um bom homem de negócios. Ele foi o primeiro a apontar o telescópio para os céus, descobrindo mundos jamais vistos. Entre as suas descobertas cito apenas duas, as irregularidades na superfície da Lua e as quatro maiores luas de Júpiter.
Ambas descobertas iam de encontro às idéias de Aristóteles, que, mesmo tendo sido elaborados 2.000 anos antes, ainda eram fielmente ensinadas nas universidades. Mais ainda, a igreja havia forjado uma aliança com o aristotelismo, baseando sua teologia na premissa de que a Terra é o centro do cosmo e de que ela é imóvel. Segundo Aristóteles, a Lua, os planetas e as estrelas seriam feitos de éter, uma substância que não encontramos aqui na Terra. E todos os corpos celestes girariam em torno da Terra, carregados por esferas cristalinas, invisíveis aos olhos. Se a Lua tinha montanhas e vales, não poderia ser tão diferente da Terra, concluiu Galileu. E as esferas cristalinas certamente teriam sido estilhaçadas pelas luas de Júpiter.
Suas descobertas o convenceram da veracidade das idéias de Copérnico, de que o Sol era o centro do cosmo, e que a Terra era apenas um planeta entre os demais. (Se bem que Copérnico manteve as esferas cristalinas em seu modelo do Sistema Solar.) Como Galileu poderia conciliar o que seus olhos viam tão claramente com a estrutura dos céus apresentada pela igreja, baseada nas interpretações teológicas defendidas pelo clero? Como conciliar a fé e a razão?
Galileu não teve dúvida: use a razão para descrever a natureza e seus fenômenos e reveja, se necessário, as interpretações teológicas baseadas em observações errôneas do mundo. Afinal, argumentou Galileu, nossas interpretações da palavra de Deus podem estar equivocadas, mesmo que Ele jamais erre. Claro que os líderes eclesiásticos não gostaram de ter sua teologia ameaçada por um astrônomo -a autoridade da igreja já estava abalada o suficiente pela Reforma.
Mesmo após ter recebido uma ordem para abandonar tais opiniões em 1616, Galileu resolveu renovar o ataque quando seu amigo, o cardeal Maffeo Barberini, tornou-se o papa Urbano 8º. Seu plano era apresentar uma prova irrefutável do movimento da Terra, baseada em sua explicação das marés. Urbano concordou que Galileu escrevesse um livro sobre seus argumentos, contanto que ele incluísse a possibilidade de que Deus pudesse milagrosamente gerar as marés em uma Terra imóvel todos os dias.
Galileu pôs as opiniões do papa na voz de um personagem chamado Simplício, com o óbvio intuito de ridicularizá-lo. Como resultado, foi detido pela Inquisição e, em 1633, forçado (após visitar um calabouço com vários instrumentos de tortura) a renunciar a suas opiniões. A igreja venceu a batalha, mas, claro, perdeu a guerra: em 1642, ano em que morreu Galileu, nasceu Isaac Newton, que comprovaria as idéias do florentino.
Por que Galileu insistiu em contrariar a igreja? Ao que tudo indica, sua missão era dupla: fazer justiça às descobertas da razão e salvar a igreja de futuros embaraços. Para ele, a grandiosidade da obra divina não podia ser limitada por interpretações arbitrárias da Bíblia. Ela estava escrita nas estrelas.
Em 1609, Galileu soube da invenção do telescópio por um fabricante de lentes holandês. Astutamente, apoderou-se da idéia, construindo seu próprio telescópio, bem mais potente do que os existentes na Holanda. Seu plano era vendê-lo para o Senado de Veneza, na época uma importante potência marítima. Galileu convenceu o Senado da importância do telescópio como arma de defesa, já que ele permitia a identificação de navios inimigos a distâncias bem maiores do que as perceptíveis a olho nu.
Mas Galileu não era apenas um bom homem de negócios. Ele foi o primeiro a apontar o telescópio para os céus, descobrindo mundos jamais vistos. Entre as suas descobertas cito apenas duas, as irregularidades na superfície da Lua e as quatro maiores luas de Júpiter.
Ambas descobertas iam de encontro às idéias de Aristóteles, que, mesmo tendo sido elaborados 2.000 anos antes, ainda eram fielmente ensinadas nas universidades. Mais ainda, a igreja havia forjado uma aliança com o aristotelismo, baseando sua teologia na premissa de que a Terra é o centro do cosmo e de que ela é imóvel. Segundo Aristóteles, a Lua, os planetas e as estrelas seriam feitos de éter, uma substância que não encontramos aqui na Terra. E todos os corpos celestes girariam em torno da Terra, carregados por esferas cristalinas, invisíveis aos olhos. Se a Lua tinha montanhas e vales, não poderia ser tão diferente da Terra, concluiu Galileu. E as esferas cristalinas certamente teriam sido estilhaçadas pelas luas de Júpiter.
Suas descobertas o convenceram da veracidade das idéias de Copérnico, de que o Sol era o centro do cosmo, e que a Terra era apenas um planeta entre os demais. (Se bem que Copérnico manteve as esferas cristalinas em seu modelo do Sistema Solar.) Como Galileu poderia conciliar o que seus olhos viam tão claramente com a estrutura dos céus apresentada pela igreja, baseada nas interpretações teológicas defendidas pelo clero? Como conciliar a fé e a razão?
Galileu não teve dúvida: use a razão para descrever a natureza e seus fenômenos e reveja, se necessário, as interpretações teológicas baseadas em observações errôneas do mundo. Afinal, argumentou Galileu, nossas interpretações da palavra de Deus podem estar equivocadas, mesmo que Ele jamais erre. Claro que os líderes eclesiásticos não gostaram de ter sua teologia ameaçada por um astrônomo -a autoridade da igreja já estava abalada o suficiente pela Reforma.
Mesmo após ter recebido uma ordem para abandonar tais opiniões em 1616, Galileu resolveu renovar o ataque quando seu amigo, o cardeal Maffeo Barberini, tornou-se o papa Urbano 8º. Seu plano era apresentar uma prova irrefutável do movimento da Terra, baseada em sua explicação das marés. Urbano concordou que Galileu escrevesse um livro sobre seus argumentos, contanto que ele incluísse a possibilidade de que Deus pudesse milagrosamente gerar as marés em uma Terra imóvel todos os dias.
Galileu pôs as opiniões do papa na voz de um personagem chamado Simplício, com o óbvio intuito de ridicularizá-lo. Como resultado, foi detido pela Inquisição e, em 1633, forçado (após visitar um calabouço com vários instrumentos de tortura) a renunciar a suas opiniões. A igreja venceu a batalha, mas, claro, perdeu a guerra: em 1642, ano em que morreu Galileu, nasceu Isaac Newton, que comprovaria as idéias do florentino.
Por que Galileu insistiu em contrariar a igreja? Ao que tudo indica, sua missão era dupla: fazer justiça às descobertas da razão e salvar a igreja de futuros embaraços. Para ele, a grandiosidade da obra divina não podia ser limitada por interpretações arbitrárias da Bíblia. Ela estava escrita nas estrelas.
domingo, 27 de maio de 2001
Sobre os campos
Os campos quânticos volta e meia aparecem citados em livros e filmes esotéricos
O conceito de campo é um desses que, quando usados fora de contexto, dão vazão a mil e uma distorções. Claro, falo aqui dos campos da física, não dos de esportes. Eu me lembro, quando era garoto, de assistir à série "Perdidos no Espaço", e de como a espaçonave deles -acho que se chamava Júpiter 2- tinha um campo de força que a protegia de eventuais invasores, uma espécie de escudo invisível e muito eficiente.
Essa noção de campo de força era mesmo meio mágica e parecia ser coisa do futuro, de ficção científica. Mal sabia eu então que nosso próprio planeta também tem um campo de força, no caso o campo magnético terrestre, que nos protege de outros invasores do espaço, os raios cósmicos e a radiação e as partículas vindas do Sol. Foi durante o século 19 que o conceito de campo tomou forma, a partir dos trabalhos do inglês Michael Faraday e do escocês James Clerk Maxwell.
Faraday era o físico experimental por excelência, brilhante em sua intuição sobre as propriedades da eletricidade e do magnetismo. Foi ele quem descobriu que o magnetismo pode gerar uma corrente elétrica. O experimento é bem simples: basta ter um imã e um fio circular. Passando o imã dentro do fio, como uma bola de basquete no aro da cesta, cria-se uma corrente elétrica no fio. O essencial aqui é que o imã tem de estar em movimento. Faraday visualizou o resultado de sua experiência através do que chamou de "linhas de força", representações espaciais da presença da eletricidade e do magnetismo nos objetos.
Por exemplo, uma carga elétrica esférica tem linhas de força que emanam radialmente do seu centro, feito cabelos no estilo punk. Maxwell generalizou as idéias de Faraday, criando o conceito de campo. Essencialmente, o campo reflete a presença de alguma fonte no espaço à sua volta. Por exemplo, o campo da carga elétrica é esse conjunto de linhas de força radiais. Mesmo sem vermos a carga elétrica, podemos sentir sua presença por meio de seu campo.
Basta aproximarmos outra carga elétrica dela e observaremos que, se for positiva, será repelida, e se for negativa, será atraída. Maxwell obteve as equações que descrevem o comportamento dos campos elétricos e magnéticos criados por cargas e imãs, mostrando que são manifestações de uma coisa só, o campo eletromagnético.
Eis outro exemplo de campo. Você é uma fonte de calor. Aproxime a mão de sua testa. Você sentirá calor emanando dela; quanto mais longe da testa, menor a temperatura. (A menos, claro, que esteja muito quente no quarto. Vamos supor que a temperatura do quarto seja de uns 15 graus Celsius, bem mais baixa do que os 36,5 graus de um ser humano normal.) Existe um campo de temperatura à sua volta, cuja intensidade diminui em função da distância.
Com o desenvolvimento da física atômica, o conceito de campo ganhou ainda mais importância. Hoje os físicos representam as partículas elementares da matéria (elétrons, quarks etc.) como sendo flutuações de um campo, no caso, do campo dos elétrons e dos quarks. É comum não se falar mais de partículas, apenas de seus campos associados e de como eles interagem entre si. Tudo isso ocorre a distâncias subatômicas, completamente fora do alcance dos nossos sentidos e sem nenhum efeito macroscópico.
Esses são os campos quânticos, que volta e meia aparecem citados em livros e filmes esotéricos. Ao que tudo indica, sua ação só é relevante em escalas submicroscópicas. A união espiritual do homem com o cosmo ocorre por meio de nossa busca por significados. Aí sim a física pode oferecer um caminho, uma visão de mundo.
O conceito de campo é um desses que, quando usados fora de contexto, dão vazão a mil e uma distorções. Claro, falo aqui dos campos da física, não dos de esportes. Eu me lembro, quando era garoto, de assistir à série "Perdidos no Espaço", e de como a espaçonave deles -acho que se chamava Júpiter 2- tinha um campo de força que a protegia de eventuais invasores, uma espécie de escudo invisível e muito eficiente.
Essa noção de campo de força era mesmo meio mágica e parecia ser coisa do futuro, de ficção científica. Mal sabia eu então que nosso próprio planeta também tem um campo de força, no caso o campo magnético terrestre, que nos protege de outros invasores do espaço, os raios cósmicos e a radiação e as partículas vindas do Sol. Foi durante o século 19 que o conceito de campo tomou forma, a partir dos trabalhos do inglês Michael Faraday e do escocês James Clerk Maxwell.
Faraday era o físico experimental por excelência, brilhante em sua intuição sobre as propriedades da eletricidade e do magnetismo. Foi ele quem descobriu que o magnetismo pode gerar uma corrente elétrica. O experimento é bem simples: basta ter um imã e um fio circular. Passando o imã dentro do fio, como uma bola de basquete no aro da cesta, cria-se uma corrente elétrica no fio. O essencial aqui é que o imã tem de estar em movimento. Faraday visualizou o resultado de sua experiência através do que chamou de "linhas de força", representações espaciais da presença da eletricidade e do magnetismo nos objetos.
Por exemplo, uma carga elétrica esférica tem linhas de força que emanam radialmente do seu centro, feito cabelos no estilo punk. Maxwell generalizou as idéias de Faraday, criando o conceito de campo. Essencialmente, o campo reflete a presença de alguma fonte no espaço à sua volta. Por exemplo, o campo da carga elétrica é esse conjunto de linhas de força radiais. Mesmo sem vermos a carga elétrica, podemos sentir sua presença por meio de seu campo.
Basta aproximarmos outra carga elétrica dela e observaremos que, se for positiva, será repelida, e se for negativa, será atraída. Maxwell obteve as equações que descrevem o comportamento dos campos elétricos e magnéticos criados por cargas e imãs, mostrando que são manifestações de uma coisa só, o campo eletromagnético.
Eis outro exemplo de campo. Você é uma fonte de calor. Aproxime a mão de sua testa. Você sentirá calor emanando dela; quanto mais longe da testa, menor a temperatura. (A menos, claro, que esteja muito quente no quarto. Vamos supor que a temperatura do quarto seja de uns 15 graus Celsius, bem mais baixa do que os 36,5 graus de um ser humano normal.) Existe um campo de temperatura à sua volta, cuja intensidade diminui em função da distância.
Com o desenvolvimento da física atômica, o conceito de campo ganhou ainda mais importância. Hoje os físicos representam as partículas elementares da matéria (elétrons, quarks etc.) como sendo flutuações de um campo, no caso, do campo dos elétrons e dos quarks. É comum não se falar mais de partículas, apenas de seus campos associados e de como eles interagem entre si. Tudo isso ocorre a distâncias subatômicas, completamente fora do alcance dos nossos sentidos e sem nenhum efeito macroscópico.
Esses são os campos quânticos, que volta e meia aparecem citados em livros e filmes esotéricos. Ao que tudo indica, sua ação só é relevante em escalas submicroscópicas. A união espiritual do homem com o cosmo ocorre por meio de nossa busca por significados. Aí sim a física pode oferecer um caminho, uma visão de mundo.
domingo, 20 de maio de 2001
Visitantes extraterrestres
Poucos assuntos são mais fascinantes do que a possibilidade de vida extraterrestre. Dezenas de milhões de pessoas no mundo inteiro afirmam ter visto objetos voadores não-identificados. Milhões afirmam não só terem visto os Ovnis como terem entrado neles, na maioria das vezes sequestrados por seres extraterrestres extremamente curiosos, em particular sobre a biologia reprodutora humana. "Fotos" de discos voadores, de charutos voadores, de espaçonaves das formas mais diversas aparecem todas as semanas em jornais e revistas. Mais recentemente, a série de TV "Arquivo X", com seus agentes do FBI lutando contra uma aliança entre setores do governo norte-americano e invasores alienígenas, vem hipnotizando audiências na América do Norte e do Sul. Por que esse interesse enorme por seres extraterrestres? E, afinal, onde eles estão?As respostas a essas perguntas podem facilmente encher vários livros. (E já o fizeram, como, por exemplo, o livro do astrônomo americano Carl Sagan "O Mundo Assombrado por Demônios", ou o do físico inglês Paul Davies "O Quinto Milagre".) Hoje, gostaria de tratar mais da segunda questão: onde estão os extraterrestres? Mais precisamente, por que os cientistas não acreditam nos depoimentos de tanta gente? As razões são várias e gostaria de examinar algumas delas: a maioria absoluta das milhões de histórias de sequestro por seres extraterrestres contém idéias semelhantes. Uma luz intensa aparece no quarto da vítima à noite, a vítima "flutua" em direção à espaçonave, onde ela é sujeita a vários exames médicos, em geral focados nos seus órgãos sexuais. Após essas torturas, a vítima "flutua" de volta para a sua cama. Apesar de as vítimas desses sequestros jurarem que suas experiências realmente aconteceram, às vezes sendo profundamente traumatizadas por elas, jamais são capazes de fornecer uma prova concreta de um contato com outros seres vivos, por exemplo algum aparelho ou objeto que tenha sido manufaturado em outro planeta. Tudo se passa como em um daqueles sonhos extremamente reais, que fazem confundir o que é sonho e o que é realidade mesmo após acordar. Por que esses seres extraterrestres, inteligentes o suficiente para desenvolver uma tecnologia de transporte interestelar, têm de repetir as mesmas experiências milhares de vezes? Nossa biologia não é assim tão complicada. Por que eles jamais contatam líderes políticos ou cientistas para trocar informações mais relevantes, preferindo aparecer sorrateiramente na calada da noite ou em lugares remotos do planeta? Por que algumas de suas espaçonaves caem ao chegar aqui, após viajarem por sabe-se lá quantos anos-luz? Eu não duvido da honestidade de muitas dessas pessoas que juram ter sido sequestradas. Mas, na ausência de provas concretas, é mais fácil atribuir suas experiências a alguma forma de alucinação do que a um sequestro por um visitante extraterrestre. Visitantes noturnos foram amplamente documentados a partir da Idade Média e até bastante recentemente, mas eles eram atribuídos a demônios que atormentavam suas vítimas sexualmente. Nossa galáxia, a Via Láctea, tem cerca de 100 mil anos-luz de diâmetro e mais de 10 bilhões de anos de existência. Desde a sua formação, um raio de luz poderia tê-la atravessado de ponta a ponta 100 mil vezes. Se nós supuséssemos que apenas uma estrela em cada bilhão tem planetas onde a vida inteligente se desenvolveu, nossa galáxia teria centenas de civilizações inteligentes. Certamente, algumas delas teriam se desenvolvido bem antes de nós, talvez até antes do nascimento do Sol há 5 bilhões de anos. Essas civilizações teriam tido bilhões de anos para desenvolver sua tecnologia e viajar pela galáxia, colonizando planetas pelo caminho. Mesmo que suas espaçonaves viajassem a apenas 10% da velocidade da luz, elas poderiam ter atravessado a galáxia inteira milhares de vezes. Será que nós somos assim tão insignificantes que fomos esquecidos pelos extraterrestres? É possível, mas improvável. Será que os extraterrestres existem, mas não têm interesse em colonizar a galáxia? É possível, mas difícil de confirmar. Ninguém mais do que os cientistas adorariam confirmar a existência de vida extraterrestre, especialmente vida inteligente. Mas, enquanto não tivermos provas concretas, temos de nos manter céticos.
domingo, 13 de maio de 2001
A célula e o tribunal
Pesquisa com embrião deve ser debatida sem viés religioso
Dia 20 de abril de 2007 ficará registrado como a data em que o Supremo Tribunal Federal (STF) realizou, pela primeira vez nos seus 178 anos de história, uma audiência pública. Nada como a transparência para alavancar o processo democrático que, sem ela, é inviável. A pauta não poderia ter sido mais apropriada e relevante: a decisão sobre o uso de células-tronco embrionárias nas pesquisas que visam desenvolver curas para uma série de doenças que matam ou incapacitam milhões de pessoas, do mal de Parkinson e do diabetes às paralisias causadas por danos à medula espinhal.
Fiquei orgulhoso quando soube que 96% dos senadores e 85% dos deputados federais aprovaram a passagem da Lei de Biossegurança em 2005, e que o Presidente da República fez o mesmo. Decisões como esta estão sendo duplicadas pelo mundo afora, pelo menos nos países que levam a pesquisa científica a sério, dada a promessa clínica desses futuros tratamentos. Mas meu orgulho durou pouco. Foi durante a sessão aberta do STF, onde 34 cientistas foram convidados para depor sobre a questão das células-tronco e suas implicações éticas, que a natureza do processo ficou clara.
Primeiro, é importante lembrar que a lei parou no STF devido à ação do subprocurador-geral da República, Cláudio Fonteles, que a considera inconstitucional. Seu argumento, semelhante ao de grupos conservadores aliados da Igreja Católica, é que assim que o espermatozóide funde-se ao óvulo, está se falando de um ser vivo: destruir o embrião para extrair-lhe as células-tronco seria assassiná-lo. A questão debatida assiduamente pelos cientistas, e que monopoliza a opinião pública, é determinar onde começa a vida.
Entretanto, a resposta é completamente irrelevante para este debate. Isto por que não se está propondo a criação de fábricas de embriões para extração de suas células-tronco, a clonagem de humanos ou outros cenários funestos que incitam os piores pesadelos de livros e filmes de ficção científica. O que se propõe é a utilização dos embriões que seriam descartados por clínicas de reprodução por serem inviáveis, como argumentou a pró-reitora de pesquisa da USP, a geneticista Mayana Zatz.
Que fim mais digno pode ter um embrião condenado à destruição do que participar de uma pesquisa que tem o potencial de salvar milhões de pessoas? A escolha me parece semelhante, ao menos em parte, à dos que doam seus órgãos para transplantes. Ao menos partes de seus corpos poderão ajudar aqueles em necessidade, em vez de apodrecerem sob a terra ou de serem cremadas. Focar o debate constitucional na questão de onde começa a vida é desviá-lo para o inevitável conflito religioso, tirando seu mérito científico.
Não surpreende que Fonteles, franciscano, tenha acusado a doutora Zatz, judia, de ser influenciada por sua religião, que diria que a vida começa no nascimento e não na fecundação. Ora, é claro então que a posição de Fonteles é baseada em sua fé e não em qualquer consideração científica. A primeira audiência pública do STF, um momento histórico para o Brasil, transformou-se numa troca de acusações de cunho religioso.
Enquanto isso, milhões de pessoas continuam morrendo e os embriões apodrecendo nos congeladores ou no lixo. A questão do uso de embriões decretados inviáveis para reprodução na pesquisa médica deve ser separada da questão religiosa. A missão da ciência é aliviar o sofrimento humano. A da religião também. A única inconstitucionalidade aqui é ir contra os votos dos representantes do povo e impedir que essa missão seja cumprida.
Trinta anos de supersimetria
O mundo está repleto de simetrias, e o ser humano é fascinado por elas. Nosso corpo é simétrico em relação a um eixo vertical imaginário passando pelo centro de nossa cabeça. Um lado é (quase) idêntico ao outro. O mesmo com uma borboleta. É difícil pensar em algum animal que não tenha alguma simetria em sua forma. Ou flores. Ou conchas. De fato, é difícil atribuirmos o conceito de beleza a algo que não exiba alguma simetria. Esse senso estético é talvez um dos melhores exemplos de como a matemática da natureza está imbuída em nossas percepções.
Outros exemplos de simetria são os que nós mesmos construímos, na tentativa de aliar a estética do mundo natural ao funcionalismo dos objetos que usamos em nosso dia a dia. Dê uma rápida olhada à sua volta e observe como você está cercado de simetria por todos os lados. Imagine se cada um desses objetos fosse assimétrico, mesas, portas e molduras tortas, papéis de parede sem padrões repetitivos, cada ladrilho de um tamanho diferente (nesse caso o chão teria vários buracos) e por aí a fora. Partindo desse mundo concreto para a representação simbólica do mundo que usamos nas ciências naturais, a simetria torna-se também extremamente útil.
A física atômica e nuclear depende crucialmente da existência de simetrias. Alguns estados atômicos exibem simetrias esféricas, outros parecem mais com cilindros. Sem a existência dessas simetrias, seria praticamente impossível obtermos uma descrição quantitativa de suas propriedades. No mundo das partículas subatômicas, várias simetrias aparecem em suas interações, nas forças que essas partículas exercem entre si. Um elétron, com sua carga elétrica negativa, repele outro elétron. Essa e outras forças entre partículas são mediadas por outras partículas. No caso dos elétrons, essas partículas são os fótons, pequenos "pacotes" de radiação eletromagnética.
Portanto, falamos de dois tipos de partículas, as partículas de matéria e as partículas de força. A simetria de uma força está diretamente ligada ao número de seus mediadores. No caso da repulsão eletromagnética entre os elétrons, só existe um tipo de partícula, o fóton. No caso da força nuclear forte, que mantém os quarks coesos dentro de prótons e nêutrons, os mediadores são oito. E, no caso da força nuclear fraca, responsável pela radioatividade, eles são três. Essas simetrias não são reveladas no espaço concreto, mas no espaço matemático onde essas teorias são formuladas. Mas elas continuam sendo simetrias, mesmo que nós não possamos vê-las diretamente.
A teoria que descreve como as partículas interagem através dessas três forças, o Modelo Padrão, é extremamente bem-sucedida. Mas várias questões permanecem em aberto, indicando que existe algo além dela. Por exemplo, não entendemos por que as três forças entre as partículas de matéria (e a gravidade também, a quarta) têm intensidades tão diferentes, ou por que as massas das partículas são tão diferentes, ou o que acontece a distâncias milhões de vezes menores do que um próton. Aqui entra a supersimetria.
Criada independentemente nos dois lados da "cortina de ferro" no início dos anos 70, a supersimetria dá o passo definitivo na busca por um princípio que possa unificar os dois tipos de partículas na natureza, as de matéria (elétrons, quarks etc.) e as de força (fóton, etc.). Daí o prefixo "super". Segundo as teorias supersimétricas, cada partícula tem uma companheira que é o seu complemento. A companheira supersimétrica de uma partícula de matéria é uma partícula de força, e vice-versa.
O que se mostrou, em mais de 30 mil artigos publicados sobre o assunto nos últimos 30 anos, é que a supersimetria pode responder a várias das perguntas que afligem o Modelo Padrão. Uma consequência imediata da supersimetria é que ela dobra o número de partículas existentes. Até agora, não observamos nenhuma das duplicatas. Mas isso não é, ainda, um problema. Essas companheiras supersimétricas são bem mais maciças do que as partículas normais e seriam invisíveis em nossos experimentos atuais.
Mas não por muito tempo. Até o fim da década, uma máquina sendo construída na Suíça terá energias altas o suficiente para "produzir" partículas supersimétricas. Ou não. Afinal, mesmo que a supersimetria seja muito elegante, nem todas as simetrias matematicamente belas existem no mundo real.
Outros exemplos de simetria são os que nós mesmos construímos, na tentativa de aliar a estética do mundo natural ao funcionalismo dos objetos que usamos em nosso dia a dia. Dê uma rápida olhada à sua volta e observe como você está cercado de simetria por todos os lados. Imagine se cada um desses objetos fosse assimétrico, mesas, portas e molduras tortas, papéis de parede sem padrões repetitivos, cada ladrilho de um tamanho diferente (nesse caso o chão teria vários buracos) e por aí a fora. Partindo desse mundo concreto para a representação simbólica do mundo que usamos nas ciências naturais, a simetria torna-se também extremamente útil.
A física atômica e nuclear depende crucialmente da existência de simetrias. Alguns estados atômicos exibem simetrias esféricas, outros parecem mais com cilindros. Sem a existência dessas simetrias, seria praticamente impossível obtermos uma descrição quantitativa de suas propriedades. No mundo das partículas subatômicas, várias simetrias aparecem em suas interações, nas forças que essas partículas exercem entre si. Um elétron, com sua carga elétrica negativa, repele outro elétron. Essa e outras forças entre partículas são mediadas por outras partículas. No caso dos elétrons, essas partículas são os fótons, pequenos "pacotes" de radiação eletromagnética.
Portanto, falamos de dois tipos de partículas, as partículas de matéria e as partículas de força. A simetria de uma força está diretamente ligada ao número de seus mediadores. No caso da repulsão eletromagnética entre os elétrons, só existe um tipo de partícula, o fóton. No caso da força nuclear forte, que mantém os quarks coesos dentro de prótons e nêutrons, os mediadores são oito. E, no caso da força nuclear fraca, responsável pela radioatividade, eles são três. Essas simetrias não são reveladas no espaço concreto, mas no espaço matemático onde essas teorias são formuladas. Mas elas continuam sendo simetrias, mesmo que nós não possamos vê-las diretamente.
A teoria que descreve como as partículas interagem através dessas três forças, o Modelo Padrão, é extremamente bem-sucedida. Mas várias questões permanecem em aberto, indicando que existe algo além dela. Por exemplo, não entendemos por que as três forças entre as partículas de matéria (e a gravidade também, a quarta) têm intensidades tão diferentes, ou por que as massas das partículas são tão diferentes, ou o que acontece a distâncias milhões de vezes menores do que um próton. Aqui entra a supersimetria.
Criada independentemente nos dois lados da "cortina de ferro" no início dos anos 70, a supersimetria dá o passo definitivo na busca por um princípio que possa unificar os dois tipos de partículas na natureza, as de matéria (elétrons, quarks etc.) e as de força (fóton, etc.). Daí o prefixo "super". Segundo as teorias supersimétricas, cada partícula tem uma companheira que é o seu complemento. A companheira supersimétrica de uma partícula de matéria é uma partícula de força, e vice-versa.
O que se mostrou, em mais de 30 mil artigos publicados sobre o assunto nos últimos 30 anos, é que a supersimetria pode responder a várias das perguntas que afligem o Modelo Padrão. Uma consequência imediata da supersimetria é que ela dobra o número de partículas existentes. Até agora, não observamos nenhuma das duplicatas. Mas isso não é, ainda, um problema. Essas companheiras supersimétricas são bem mais maciças do que as partículas normais e seriam invisíveis em nossos experimentos atuais.
Mas não por muito tempo. Até o fim da década, uma máquina sendo construída na Suíça terá energias altas o suficiente para "produzir" partículas supersimétricas. Ou não. Afinal, mesmo que a supersimetria seja muito elegante, nem todas as simetrias matematicamente belas existem no mundo real.
domingo, 6 de maio de 2001
A música das esferas
Durante o século 6 a.C., uma profunda revolução ocorreu na história da humanidade. Grandes pensadores apareceram em vários locais do mundo, propondo idéias que redefiniram o conhecimento. Na China, Lao-Tsé e Confúcio, na Índia, Sidarta Gautama -o Buda-, e, na Grécia, surgiram os primeiros filósofos pré-socráticos. Aliás, o primeiro dos pré-socráticos, Tales de Mileto, foi considerado por Aristóteles como o primeiro dos filósofos. Na Itália, apareceu uma outra escola do pensamento grego, fundada pelo legendário Pitágoras. Muitas das idéias que até hoje influenciam o pensamento ocidental surgiram dos milésios (nome dado aos seguidores de Tales de Mileto) e, principalmente, dos pitagóricos. Nós todos ouvimos falar do teorema de Pitágoras na escola, aquele que diz que a soma dos quadrados dos catetos de um triângulo retângulo é igual ao quadrado da hipotenusa. Para começar, parece certo que esse teorema não foi inventado pelo próprio Pitágoras, mas isso não é tão importante. O que Pitágoras e seus seguidores fizeram vai muito além desse belíssimo teorema. Para os pitagóricos, a estrutura do mundo natural, a ordem que percebemos nos fenômenos e objetos à nossa volta (e mesmo em nossas próprias mentes), pode ser reduzida a relações entre números. Em particular, números inteiros. Segundo fontes secundárias (nenhum dos escritos de Pitágoras sobreviveu), Pitágoras descobriu uma relação entre as notas musicais e os números inteiros examinando como diferentes notas são criadas em um instrumento de cordas, como a lira ou o monocórdio, uma espécie de violão com uma corda só. É fácil fazer o teste com um violão: para obtermos uma oitava mais alta, soamos a corda na metade de seu comprimento, isto é, na razão 2/1. Para uma quinta mais alta, soamos a corda a 2/3 de seu comprimento e assim por diante. Com isso, Pitágoras demonstrou a existência de uma profunda relação entre a música e a matemática. Mais ainda, são precisamente as notas que obedecem a essas razões entre números inteiros que são consonantes (esteticamente belas). A união criada por Pitágoras foi além da relação entre a matemática e as notas musicais, trazendo em si o conceito de harmonia, uma palavra aparentemente criada pelos pitagóricos. Pitágoras abriu o caminho para a ciência como uma descrição quantitativa da natureza, baseada em um arranjo racional dos números inspirado por noções estéticas. Para os pitagóricos, os números representavam a ponte entre a razão humana e a razão divina, a linguagem de codificação do mundo externo e interno. O seu objetivo era atingir o êxtase (outra palavra pitagórica) pela contemplação da dança dos números, a criação de ressonâncias entre as harmonias da natureza e as da mente. A idolatria de Pitágoras pela beleza das relações entre os números não se restringia à Terra. Para ele, o cosmo era um instrumento musical, cujas melodias eram entoadas pelo movimento dos planetas. As distâncias entre os planetas e a Terra obedeciam a razões entre números inteiros que podiam ser identificadas com as notas musicais. O cosmo ressoava com a harmonia das esferas, que aparentemente só Pitágoras podia ouvir (tanto Milton quanto Shakespeare escreveram poemas sobre a harmonia das esferas, mais de 2.000 anos após Pitágoras). A ciência, herdeira de Pitágoras, procura sempre por essa harmonia entre os números e o mundo natural. São incontáveis os exemplos de cientistas inspirados por uma visão essencialmente pitagórica do mundo, por um desejo de estabelecer novas pontes entre a razão humana e a natureza. E cada descoberta, por menor que seja, tem o seu lado de agonia e o seu lado de êxtase. É interessante que a própria idéia de ressonância ocupa um lugar essencial na física moderna, representando uma situação onde um sistema responde com tremenda intensidade a um estímulo causado por um agente externo a ele. É essa a ressonância que buscamos na natureza, nossas mentes tentando decifrar a música das esferas, em busca de uma harmonia maior com o cosmo em que vivemos.
domingo, 29 de abril de 2001
Ver para crer
Em recente visita ao Brasil, fui convidado a participar de um programa de TV para jovens. O programa é ao vivo e, naquele dia, tratava de ciência: sua importância em nossas vidas, seu impacto em nosso futuro etc. No estúdio, além de convidados como os atores Carlos Palma e Oswaldo Mendes, do elenco da peça "Copenhagen", e dois jovens pesquisadores, estavam também uns 30 estudantes de ensino médio de uma escola particular da Grande São Paulo.
Durante o programa, a apresentadora fez uma pergunta à sua audiência: "Diga o nome de dois cientistas". Após um longo intervalo, um braço levanta-se corajosamente: "Graham Bell e Thomas Edison". "E aí Marcelo, vale?", pergunta a apresentadora. "Não", respondo, "ambos eram inventores e não cientistas." Finalmente, para alívio de todos, alguém responde: "Einstein e Rutherford".No final do programa, a apresentadora pede-me que faça duas perguntas para a audiência. "E agora?", reflito.
Esse programa é ao vivo, sem a garantia da edição. Bem, farei duas perguntas simples, para evitar problemas. Dirigindo-me à apresentadora, faço sinal de que estou pronto. Primeira pergunta: "O que causou a extinção dos dinossauros?" A resposta vem quase que imediatamente: "O impacto de um asteróide". "Muito bem", digo entusiasmado."Agora, a segunda pergunta: se você jogar uma pena e uma bola de boliche ao mesmo tempo do alto de um edifício, qual cairá primeiro?" A resposta veio em coro: "A pena! A pena!". Eu olho incrédulo para a apresentadora, para os atores e para os pesquisadores. "Como é, rapaziada?" -eu digo. "A pena?" -"É professor, a pena", insiste a turma.
Felizmente, um rapaz diz, meio encabulado, "as duas caem ao mesmo tempo". "É, se desprezarmos a resistência do ar, as duas caem ao mesmo tempo", respondo.O mais incrível, ou talvez triste, dessa história foi a razão que os estudantes me deram justificando sua resposta: "Ah, professor, essa deve ser uma pergunta com truque". Pergunta com truque. O que pode ser mais óbvio do que jogar uma pena e uma bola de boliche no chão?Eu não falei em resistência do ar ou qualquer outra complicação, apenas o simples e corriqueiro ato de jogar dois corpos no chão, que requer um mínimo absoluto de observação.
Mas a educação recebida por esses jovens, como é de praxe em tantas escolas, não favorece a observação, mas o "truque", isto é, a questão com um certo nível de raciocínio, desenhada para "pegar" aqueles mais inocentes nas provas de vestibular. Porque me pareceu claro que a atitude de desprezar o bom senso em nome da esperteza só pode ser consequência da filosofia de ensino adotada em nossas escolas, focada no formato das provas de vestibular e não no material didático em si.
Vamos contrastar as duas questões: ninguém estava presente quando os dinossauros foram extintos há 65 milhões de anos, mas a resposta veio imediatamente. Já jogar um objeto ao chão é algo que fazemos todos os dias. Uma bola de boliche e uma pena, qual cairá primeiro?A ciência tem de ser ensinada por meio de demonstrações em salas de aula. Em toda a minha carreira de estudante, jamais vi um professor demonstrar um conceito físico na sala. As aulas são todas teóricas, equações e problemas, enquanto medidas e demonstrações ocorrem nas aulas de laboratório.
Mas o que poderia ser mais eficiente, ao falar de um fenômeno natural, do que demonstrá-lo na sala de aula? Faça os alunos jogarem uma bola de gude e uma pena no chão com e sem (quando possível, usando um tubo ligado a uma bomba de vácuo) a resistência do ar.Uma das respostas que recebo de educadores quando faço esse comentário é a falta de recursos em muitas escolas, especialmente da rede pública.
Não tenho a menor dúvida de que esse é mesmo um problema sério. Mas, por outro lado, inúmeros conceitos em física e química podem ser demostrados com pedras, bolas de gude, barbantes, sal, bicarbonato de sódio, suco de limão, elásticos e outros materiais que não custam caro e são de fácil acesso.O que é necessário é uma mudança na filosofia do ensino das ciências, focalizando mais a visualização do fenômeno do que sua discussão conceitual, até que se atinja um equilíbrio entre ambos. O velho adágio "ver para crer" deve ser aplicado mais enfaticamente nas nossas salas de aula.
Durante o programa, a apresentadora fez uma pergunta à sua audiência: "Diga o nome de dois cientistas". Após um longo intervalo, um braço levanta-se corajosamente: "Graham Bell e Thomas Edison". "E aí Marcelo, vale?", pergunta a apresentadora. "Não", respondo, "ambos eram inventores e não cientistas." Finalmente, para alívio de todos, alguém responde: "Einstein e Rutherford".No final do programa, a apresentadora pede-me que faça duas perguntas para a audiência. "E agora?", reflito.
Esse programa é ao vivo, sem a garantia da edição. Bem, farei duas perguntas simples, para evitar problemas. Dirigindo-me à apresentadora, faço sinal de que estou pronto. Primeira pergunta: "O que causou a extinção dos dinossauros?" A resposta vem quase que imediatamente: "O impacto de um asteróide". "Muito bem", digo entusiasmado."Agora, a segunda pergunta: se você jogar uma pena e uma bola de boliche ao mesmo tempo do alto de um edifício, qual cairá primeiro?" A resposta veio em coro: "A pena! A pena!". Eu olho incrédulo para a apresentadora, para os atores e para os pesquisadores. "Como é, rapaziada?" -eu digo. "A pena?" -"É professor, a pena", insiste a turma.
Felizmente, um rapaz diz, meio encabulado, "as duas caem ao mesmo tempo". "É, se desprezarmos a resistência do ar, as duas caem ao mesmo tempo", respondo.O mais incrível, ou talvez triste, dessa história foi a razão que os estudantes me deram justificando sua resposta: "Ah, professor, essa deve ser uma pergunta com truque". Pergunta com truque. O que pode ser mais óbvio do que jogar uma pena e uma bola de boliche no chão?Eu não falei em resistência do ar ou qualquer outra complicação, apenas o simples e corriqueiro ato de jogar dois corpos no chão, que requer um mínimo absoluto de observação.
Mas a educação recebida por esses jovens, como é de praxe em tantas escolas, não favorece a observação, mas o "truque", isto é, a questão com um certo nível de raciocínio, desenhada para "pegar" aqueles mais inocentes nas provas de vestibular. Porque me pareceu claro que a atitude de desprezar o bom senso em nome da esperteza só pode ser consequência da filosofia de ensino adotada em nossas escolas, focada no formato das provas de vestibular e não no material didático em si.
Vamos contrastar as duas questões: ninguém estava presente quando os dinossauros foram extintos há 65 milhões de anos, mas a resposta veio imediatamente. Já jogar um objeto ao chão é algo que fazemos todos os dias. Uma bola de boliche e uma pena, qual cairá primeiro?A ciência tem de ser ensinada por meio de demonstrações em salas de aula. Em toda a minha carreira de estudante, jamais vi um professor demonstrar um conceito físico na sala. As aulas são todas teóricas, equações e problemas, enquanto medidas e demonstrações ocorrem nas aulas de laboratório.
Mas o que poderia ser mais eficiente, ao falar de um fenômeno natural, do que demonstrá-lo na sala de aula? Faça os alunos jogarem uma bola de gude e uma pena no chão com e sem (quando possível, usando um tubo ligado a uma bomba de vácuo) a resistência do ar.Uma das respostas que recebo de educadores quando faço esse comentário é a falta de recursos em muitas escolas, especialmente da rede pública.
Não tenho a menor dúvida de que esse é mesmo um problema sério. Mas, por outro lado, inúmeros conceitos em física e química podem ser demostrados com pedras, bolas de gude, barbantes, sal, bicarbonato de sódio, suco de limão, elásticos e outros materiais que não custam caro e são de fácil acesso.O que é necessário é uma mudança na filosofia do ensino das ciências, focalizando mais a visualização do fenômeno do que sua discussão conceitual, até que se atinja um equilíbrio entre ambos. O velho adágio "ver para crer" deve ser aplicado mais enfaticamente nas nossas salas de aula.
domingo, 22 de abril de 2001
O debate Einstein-Bohr
Durante as primeiras três décadas do século 20, a física foi dominada por duas grandes personalidades, Albert Einstein e Niels Bohr. Einstein, conhecido pelas suas duas teorias da relatividade, a especial e a geral, teve também um papel fundamental no desenvolvimento da outra grande revolução conceitual da época, a mecânica quântica, que estuda o comportamento de sistemas atômicos e subatômicos.
Bohr, por outro lado, foi um dos arquitetos da revolução quântica, o primeiro a sugerir um modelo para os átomos que explicava uma série de descobertas experimentais que não se encaixavam dentro da descrição clássica da física. Mas Bohr fez muito mais do que sugerir a estrutura do átomo com um núcleo pesado cercado de elétrons em órbitas discretas, como os degraus de uma escada. Ele arquitetou a estrutura conceitual da mecânica quântica, que difere profundamente da concepção clássica da realidade. Foi essa interpretação que gerou o longo e frutífero conflito entre as duas grandes mentes.
A física clássica, desenvolvida durante os séculos 17 e 19, baseava-se em um determinismo explícito: é possível descrever o comportamento de um sistema individual a partir de algumas informações básicas, como sua posição e sua velocidade iniciais e as forças que atuam sobre ele. Se deixarmos uma bola cair de uma certa altura, ela será atraída pela força da gravidade e se chocará com o chão após um certo intervalo de tempo. (Na verdade, a situação é mais sutil. Certos sistemas clássicos são caóticos, e sua evolução temporal pode ser extremamente complexa.
Porém ela continua a ser determinista.) Esse determinismo clássico teve de ser abandonado na formulação da mecânica quântica. Átomos e partículas subatômicas não se comportam como bolas sendo atraídas por forças, revelando uma realidade intrinsecamente diferente da realidade clássica que dita o comportamento do mundo à nossa volta, ou seja, dos fenômenos que ocorrem na escala humana.Um exemplo ilustra o indeterminismo na mecânica quântica.
Considere uma amostra com um número bem grande de átomos radioativos, como o urânio ou o plutônio. Átomos radioativos desintegram-se "espontaneamente" em átomos menores e em outras partículas, após um certo período de tempo. Essa afirmação, segundo a mecânica quântica, é probabilística: dada uma amostra, metade de seus átomos irá decair após um certo tempo, a meia-vida do átomo (para o plutônio-241, a meia-vida é de 2,4 milhões de anos). É impossível prevermos quando um determinado átomo da amostra irá decair; podemos apenas afirmar que a probabilidade do decaimento de metade da amostra é dada pela sua meia-vida. O determinismo da mecânica clássica tem de ser abandonado ao tratarmos de sistemas atômicos e subatômicos.
Bohr, em sua interpretação da mecânica quântica, argumentou que esse indeterminismo não é uma "fraqueza" da teoria, mas uma propriedade intrínseca do mundo do muito pequeno. Einstein concordava que a mecânica quântica era uma teoria extremamente bem-sucedida, mas não que a natureza era intrinsecamente indeterminável. Para ele, uma teoria completa da mecânica quântica seria perfeitamente determinista, e o decaimento de um átomo individual poderia ser previsto com grande precisão.
A teoria quântica seria apenas uma aproximação dessa teoria final.Por trás das posições dos dois cientistas podemos discernir mais do que suas diferenças de opinião sobre a estrutura da mecânica quântica. Einstein acreditava profundamente na capacidade humana em obter uma descrição "completa" da natureza, do muito pequeno ao muito grande. Para ele, a atividade científica era investida de uma espiritualidade que refletia essa convicção. Não entender a razão de todas as coisas era uma derrota do intelecto humano que ele não estava disposto a aceitar.
Para Bohr, o sucesso da teoria era o sucesso de nossa razão. Por que forçar a natureza a ter o comportamento que corresponde aos nossos anseios espirituais? Se a natureza é intrinsecamente incerta, discreta e probabilística, nós devemos ter orgulho de termos descoberto essa sua sutileza. O debate só se encerrou com a morte de Einstein em 1955. Mas ele continua até hoje, essencialmente dentro das posições definidas pelos dois titãs. Por enquanto, vence Bohr, mas o futuro é indeterminado.
Bohr, por outro lado, foi um dos arquitetos da revolução quântica, o primeiro a sugerir um modelo para os átomos que explicava uma série de descobertas experimentais que não se encaixavam dentro da descrição clássica da física. Mas Bohr fez muito mais do que sugerir a estrutura do átomo com um núcleo pesado cercado de elétrons em órbitas discretas, como os degraus de uma escada. Ele arquitetou a estrutura conceitual da mecânica quântica, que difere profundamente da concepção clássica da realidade. Foi essa interpretação que gerou o longo e frutífero conflito entre as duas grandes mentes.
A física clássica, desenvolvida durante os séculos 17 e 19, baseava-se em um determinismo explícito: é possível descrever o comportamento de um sistema individual a partir de algumas informações básicas, como sua posição e sua velocidade iniciais e as forças que atuam sobre ele. Se deixarmos uma bola cair de uma certa altura, ela será atraída pela força da gravidade e se chocará com o chão após um certo intervalo de tempo. (Na verdade, a situação é mais sutil. Certos sistemas clássicos são caóticos, e sua evolução temporal pode ser extremamente complexa.
Porém ela continua a ser determinista.) Esse determinismo clássico teve de ser abandonado na formulação da mecânica quântica. Átomos e partículas subatômicas não se comportam como bolas sendo atraídas por forças, revelando uma realidade intrinsecamente diferente da realidade clássica que dita o comportamento do mundo à nossa volta, ou seja, dos fenômenos que ocorrem na escala humana.Um exemplo ilustra o indeterminismo na mecânica quântica.
Considere uma amostra com um número bem grande de átomos radioativos, como o urânio ou o plutônio. Átomos radioativos desintegram-se "espontaneamente" em átomos menores e em outras partículas, após um certo período de tempo. Essa afirmação, segundo a mecânica quântica, é probabilística: dada uma amostra, metade de seus átomos irá decair após um certo tempo, a meia-vida do átomo (para o plutônio-241, a meia-vida é de 2,4 milhões de anos). É impossível prevermos quando um determinado átomo da amostra irá decair; podemos apenas afirmar que a probabilidade do decaimento de metade da amostra é dada pela sua meia-vida. O determinismo da mecânica clássica tem de ser abandonado ao tratarmos de sistemas atômicos e subatômicos.
Bohr, em sua interpretação da mecânica quântica, argumentou que esse indeterminismo não é uma "fraqueza" da teoria, mas uma propriedade intrínseca do mundo do muito pequeno. Einstein concordava que a mecânica quântica era uma teoria extremamente bem-sucedida, mas não que a natureza era intrinsecamente indeterminável. Para ele, uma teoria completa da mecânica quântica seria perfeitamente determinista, e o decaimento de um átomo individual poderia ser previsto com grande precisão.
A teoria quântica seria apenas uma aproximação dessa teoria final.Por trás das posições dos dois cientistas podemos discernir mais do que suas diferenças de opinião sobre a estrutura da mecânica quântica. Einstein acreditava profundamente na capacidade humana em obter uma descrição "completa" da natureza, do muito pequeno ao muito grande. Para ele, a atividade científica era investida de uma espiritualidade que refletia essa convicção. Não entender a razão de todas as coisas era uma derrota do intelecto humano que ele não estava disposto a aceitar.
Para Bohr, o sucesso da teoria era o sucesso de nossa razão. Por que forçar a natureza a ter o comportamento que corresponde aos nossos anseios espirituais? Se a natureza é intrinsecamente incerta, discreta e probabilística, nós devemos ter orgulho de termos descoberto essa sua sutileza. O debate só se encerrou com a morte de Einstein em 1955. Mas ele continua até hoje, essencialmente dentro das posições definidas pelos dois titãs. Por enquanto, vence Bohr, mas o futuro é indeterminado.
terça-feira, 10 de abril de 2001
Radiografando o Universo
Wilhelm Röntgen, o físico que descobriu a misteriosa radiação que ele chamou de raios X em 1895, certamente ficaria boquiaberto se soubesse o que aconteceu com a sua descoberta nos últimos 105 anos. As aplicações médicas foram apenas o começo, inspiradas pelas radiografias que o próprio Röntgen tirou do dedo de sua mulher e que, para seu completo espanto, revelavam os ossos com incrível clareza.
A "mágica" dos raios X, seu poder de atravessar os tecidos e serem refletidos pelos ossos, está em seu pequeno comprimento de onda: como todas as formas de radiação eletromagnética _a luz visível sendo uma delas_ os raios X são uma propagação no espaço de um distúrbio eletromagnético, em geral causado pelo movimento acelerado de cargas elétricas. Aliás, qualquer onda é uma forma de distúrbio. Por exemplo, pense no que acontece quando você atira uma pedra em um lago: a queda da pedra disturba a água e esse distúrbio _uma troca de energia_ se propaga como ondas concêntricas, além do ponto de impacto.
Uma carga elétrica, quando acelerada, faz o mesmo, dissipando sua energia por meio de um distúrbio eletromagnético, que se propaga no espaço na velocidade da luz _cerca de 300.000 km/s. A diferença entre a luz e os raios X está no valor do comprimento de onda, que é bem menor para os raios X. Com isso, eles podem penetrar em materiais de densidade baixa, que é o caso da pele e dos músculos. Já os ossos, com sua maior densidade, refletem os raios X do mesmo modo que a pele reflete a luz visível.
Da medicina partimos para o Universo. As estrelas são fornalhas nucleares capazes de gerar quantidades enormes de radiação. As galáxias, que são aglomerados com milhões ou mesmo centenas de bilhões de estrelas, também emitem radiação. A que nós vemos, a radiação (luz) visível, revela apenas uma pequena parte do que realmente está acontecendo nesses objetos celestes. Quanto mais energia tiver a radiação, menor será seu comprimento de onda, e mais raios X serão emitidos. Daí que, ao olharmos para os céus com um telescópio sensível aos raios X, descobrimos os locais onde enormes quantidades de energia estão sendo emitidas.
A radiografia do Universo nos revela a física de seus membros mais exóticos, as estrelas de nêutrons e os buracos negros. Esses dois objetos astrofísicos têm uma coisa em comum: ambos representam os restos de uma estrela que esgotou seu combustível nuclear, sucumbindo à própria atração gravitacional. Em outras palavras, estrelas de nêutrons e buracos negros são estrelas que implodiram. Esse processo de implosão cria uma força gravitacional enorme, acelerando tudo o que passar por perto, inclusive cargas elétricas de uma estrela vizinha, ou da própria estrela que implodiu. Podemos visualizar o efeito gravitacional desses objetos como um ralo cósmico, sugando a matéria que estiver em sua vizinhança, tal como um ralo suga a água ao seu redor.
Esse processo cria uma enorme quantidade de raios X. Sob as lentes dos raios X, o Universo é composto apenas por buracos negros e outros objetos astrofísicos exóticos. Em 1999, a Nasa (agência espacial norte-americana) lançou o telescópio espacial Chandra, sensível apenas a fontes de raios X. O satélite tem uma órbita 200 vezes mais distante do que o telescópio espacial Hubble, viajando a um terço da distância até a Lua. A avançada tecnologia de detecção de raios X utilizada, com precisão equivalente a ler um sinal de "Pare" a uma distância de 18 quilômetros, permite a identificação de fontes extremamente distantes.
Como em astronomia toda a informação viaja na velocidade da luz, quanto mais distante for a fonte, mais tempo sua radiação leva para nos atingir. Olhar para o céu é olhar para o passado do Universo. Chandra identificou fontes a 12 bilhões de anos-luz de distância, quando as galáxias estavam nascendo, revelando um Universo pululando de buracos negros gigantescos, com massas milhões de vezes maiores do que a do Sol. Do dedo da esposa de Röntgen a buracos negros que emitiram sua radiação há 12 bilhões de anos é um pulo gigantesco, em apenas 105 anos. E são apenas as primeiras radiografias do Universo primordial. Para os sucessores de Chandra, as imagens atuais serão tão simples quanto as radiografias de um dedo
A "mágica" dos raios X, seu poder de atravessar os tecidos e serem refletidos pelos ossos, está em seu pequeno comprimento de onda: como todas as formas de radiação eletromagnética _a luz visível sendo uma delas_ os raios X são uma propagação no espaço de um distúrbio eletromagnético, em geral causado pelo movimento acelerado de cargas elétricas. Aliás, qualquer onda é uma forma de distúrbio. Por exemplo, pense no que acontece quando você atira uma pedra em um lago: a queda da pedra disturba a água e esse distúrbio _uma troca de energia_ se propaga como ondas concêntricas, além do ponto de impacto.
Uma carga elétrica, quando acelerada, faz o mesmo, dissipando sua energia por meio de um distúrbio eletromagnético, que se propaga no espaço na velocidade da luz _cerca de 300.000 km/s. A diferença entre a luz e os raios X está no valor do comprimento de onda, que é bem menor para os raios X. Com isso, eles podem penetrar em materiais de densidade baixa, que é o caso da pele e dos músculos. Já os ossos, com sua maior densidade, refletem os raios X do mesmo modo que a pele reflete a luz visível.
Da medicina partimos para o Universo. As estrelas são fornalhas nucleares capazes de gerar quantidades enormes de radiação. As galáxias, que são aglomerados com milhões ou mesmo centenas de bilhões de estrelas, também emitem radiação. A que nós vemos, a radiação (luz) visível, revela apenas uma pequena parte do que realmente está acontecendo nesses objetos celestes. Quanto mais energia tiver a radiação, menor será seu comprimento de onda, e mais raios X serão emitidos. Daí que, ao olharmos para os céus com um telescópio sensível aos raios X, descobrimos os locais onde enormes quantidades de energia estão sendo emitidas.
A radiografia do Universo nos revela a física de seus membros mais exóticos, as estrelas de nêutrons e os buracos negros. Esses dois objetos astrofísicos têm uma coisa em comum: ambos representam os restos de uma estrela que esgotou seu combustível nuclear, sucumbindo à própria atração gravitacional. Em outras palavras, estrelas de nêutrons e buracos negros são estrelas que implodiram. Esse processo de implosão cria uma força gravitacional enorme, acelerando tudo o que passar por perto, inclusive cargas elétricas de uma estrela vizinha, ou da própria estrela que implodiu. Podemos visualizar o efeito gravitacional desses objetos como um ralo cósmico, sugando a matéria que estiver em sua vizinhança, tal como um ralo suga a água ao seu redor.
Esse processo cria uma enorme quantidade de raios X. Sob as lentes dos raios X, o Universo é composto apenas por buracos negros e outros objetos astrofísicos exóticos. Em 1999, a Nasa (agência espacial norte-americana) lançou o telescópio espacial Chandra, sensível apenas a fontes de raios X. O satélite tem uma órbita 200 vezes mais distante do que o telescópio espacial Hubble, viajando a um terço da distância até a Lua. A avançada tecnologia de detecção de raios X utilizada, com precisão equivalente a ler um sinal de "Pare" a uma distância de 18 quilômetros, permite a identificação de fontes extremamente distantes.
Como em astronomia toda a informação viaja na velocidade da luz, quanto mais distante for a fonte, mais tempo sua radiação leva para nos atingir. Olhar para o céu é olhar para o passado do Universo. Chandra identificou fontes a 12 bilhões de anos-luz de distância, quando as galáxias estavam nascendo, revelando um Universo pululando de buracos negros gigantescos, com massas milhões de vezes maiores do que a do Sol. Do dedo da esposa de Röntgen a buracos negros que emitiram sua radiação há 12 bilhões de anos é um pulo gigantesco, em apenas 105 anos. E são apenas as primeiras radiografias do Universo primordial. Para os sucessores de Chandra, as imagens atuais serão tão simples quanto as radiografias de um dedo
domingo, 8 de abril de 2001
Poeira das estrelas
Todas as noites, olhamos para o céu (ou se não o fazemos ao menos deveríamos) para confirmar que está tudo tranquilo lá em cima, que as estrelas continuam brilhando pacatamente, que as Três Marias continuam sendo três e não duas ou quatro e que a Lua ainda não nos abandonou. Essa imagem de tranquilidade, escuridão e sossego é um privilégio garantido pelas enormes distâncias cósmicas.
A luz que vem da estrela mais próxima do Sol, a Alfa Centauri, demora mais de quatro anos para chegar até nós e isso viajando a uma velocidade de 300.000 km/s. Não é à toa que a maioria das culturas antigas via o céu noturno como um bastião de regularidade, especialmente se deixarmos de lado os impetuosos planetas e cometas.Mas o céu não tem nada de pacato. Muito pelo contrário, se existe uma palavra que possa resumir a natureza física do cosmo, ela tem de ser transformação.
Na natureza, abreviando o dito do grande químico francês Lavoisier, tudo se transforma. E os grandes motores das transformações cósmicas -da criação e da destruição de mundos, da geração de elementos químicos que aparecem em planetas, sapos e pessoas- são as explosões que marcam o fim da vida das estrelas. Pode parecer estranho falar em vida das estrelas, como se elas fossem seres vivos, mas a verdade é que a analogia é muito apropriada. Estrelas também nascem, evoluem e morrem, e desse ciclo nascem outras estrelas e outros mundos. Podemos até imaginar que as estrelas são uma espécie de reciclador de material cósmico.
A partir de hidrogênio e um pouco de hélio, elas geram praticamente todos os outros elementos do Universo. Em outras palavras, o ferro, o carbono, o ouro e o urânio que encontramos aqui na Terra e em nossos corpos vieram da explosão de uma estrela em nossa vizinhança cósmica há 5 bilhões de anos.Quando uma estrela com massa superior a oito massas solares esgota o seu combustível nuclear, o seu fim é uma questão de pouco tempo. Em breve, ela será destruída por uma explosão de uma violência indescritível, liberando uma energia equivalente a 10 mil trilhões de trilhões de megatoneladas de TNT. (Ou, em notação mais compacta, 1028 megatoneladas de TNT). Como comparação, uma bomba nuclear produz algumas megatoneladas de TNT.
Uma supernova, como é chamada a estrela moribunda, pode brilhar mais intensamente do que toda uma galáxia contendo bilhões de estrelas.A energia gerada no coração das estrelas vem da transmutação entre os elementos químicos que ocorre através da fusão nuclear. Durante a fase mais longa da vida da estrela, hidrogênio funde-se em hélio, tal como no Sol hoje, contrabalançando a contração gravitacional forçada continuamente por suas camadas mais externas.
Eventualmente, o hidrogênio no coração da estrela se esgota, e hélio é fundido em carbono. A gravidade vai tentando comprimir a estrela ainda mais, e ela funde o que pode para resistir a sua própria implosão. A uma certa altura, o processo deixa de ser eficiente, as camadas externas da estrela despencam sobre a sua rígida região central e são ricocheteadas para o espaço sideral com velocidades que chegam a 50.000 km/s. Com isso, todos os elementos químicos que estavam sendo "cozinhados" no interior da estrela são espalhados pela sua vizinhança, como sementes em um jardim.
As supernovas irrigam o espaço à sua volta com os elementos químicos que darão origem a outros mundos.A cada segundo, uma supernova detona em alguma parte do Universo. Em nossa galáxia, temos de esperar de 30 a 50 anos para presenciar tal evento. Às vezes, uma explosão ocorre próxima o suficiente para ser observada a olho nu. Mas, nos últimos 2.000 anos, apenas seis foram registradas. A mais espetacular apareceu em 1054 na constelação do Touro.
Segundo registros do Observatório Imperial de Pequim, na China, essa supernova foi visível durante o dia por três semanas e à noite por um ano, desaparecendo tão misteriosamente quanto ela apareceu. Certamente, para os astrônomos imperiais e os outros observadores celestes que presenciaram essas aparições, as estrelas novas deviam ser mensagens dos deuses. E para nós? Talvez a sua mensagem mais importante seja a profunda união de todas as coisas cósmicas: que nós, como tudo o mais no Universo, somos poeira das estrelas.
A luz que vem da estrela mais próxima do Sol, a Alfa Centauri, demora mais de quatro anos para chegar até nós e isso viajando a uma velocidade de 300.000 km/s. Não é à toa que a maioria das culturas antigas via o céu noturno como um bastião de regularidade, especialmente se deixarmos de lado os impetuosos planetas e cometas.Mas o céu não tem nada de pacato. Muito pelo contrário, se existe uma palavra que possa resumir a natureza física do cosmo, ela tem de ser transformação.
Na natureza, abreviando o dito do grande químico francês Lavoisier, tudo se transforma. E os grandes motores das transformações cósmicas -da criação e da destruição de mundos, da geração de elementos químicos que aparecem em planetas, sapos e pessoas- são as explosões que marcam o fim da vida das estrelas. Pode parecer estranho falar em vida das estrelas, como se elas fossem seres vivos, mas a verdade é que a analogia é muito apropriada. Estrelas também nascem, evoluem e morrem, e desse ciclo nascem outras estrelas e outros mundos. Podemos até imaginar que as estrelas são uma espécie de reciclador de material cósmico.
A partir de hidrogênio e um pouco de hélio, elas geram praticamente todos os outros elementos do Universo. Em outras palavras, o ferro, o carbono, o ouro e o urânio que encontramos aqui na Terra e em nossos corpos vieram da explosão de uma estrela em nossa vizinhança cósmica há 5 bilhões de anos.Quando uma estrela com massa superior a oito massas solares esgota o seu combustível nuclear, o seu fim é uma questão de pouco tempo. Em breve, ela será destruída por uma explosão de uma violência indescritível, liberando uma energia equivalente a 10 mil trilhões de trilhões de megatoneladas de TNT. (Ou, em notação mais compacta, 1028 megatoneladas de TNT). Como comparação, uma bomba nuclear produz algumas megatoneladas de TNT.
Uma supernova, como é chamada a estrela moribunda, pode brilhar mais intensamente do que toda uma galáxia contendo bilhões de estrelas.A energia gerada no coração das estrelas vem da transmutação entre os elementos químicos que ocorre através da fusão nuclear. Durante a fase mais longa da vida da estrela, hidrogênio funde-se em hélio, tal como no Sol hoje, contrabalançando a contração gravitacional forçada continuamente por suas camadas mais externas.
Eventualmente, o hidrogênio no coração da estrela se esgota, e hélio é fundido em carbono. A gravidade vai tentando comprimir a estrela ainda mais, e ela funde o que pode para resistir a sua própria implosão. A uma certa altura, o processo deixa de ser eficiente, as camadas externas da estrela despencam sobre a sua rígida região central e são ricocheteadas para o espaço sideral com velocidades que chegam a 50.000 km/s. Com isso, todos os elementos químicos que estavam sendo "cozinhados" no interior da estrela são espalhados pela sua vizinhança, como sementes em um jardim.
As supernovas irrigam o espaço à sua volta com os elementos químicos que darão origem a outros mundos.A cada segundo, uma supernova detona em alguma parte do Universo. Em nossa galáxia, temos de esperar de 30 a 50 anos para presenciar tal evento. Às vezes, uma explosão ocorre próxima o suficiente para ser observada a olho nu. Mas, nos últimos 2.000 anos, apenas seis foram registradas. A mais espetacular apareceu em 1054 na constelação do Touro.
Segundo registros do Observatório Imperial de Pequim, na China, essa supernova foi visível durante o dia por três semanas e à noite por um ano, desaparecendo tão misteriosamente quanto ela apareceu. Certamente, para os astrônomos imperiais e os outros observadores celestes que presenciaram essas aparições, as estrelas novas deviam ser mensagens dos deuses. E para nós? Talvez a sua mensagem mais importante seja a profunda união de todas as coisas cósmicas: que nós, como tudo o mais no Universo, somos poeira das estrelas.
domingo, 25 de março de 2001
Reflexões dominicais sobre ética e ciência
A ciência precisa de liberdade para progredir. É difícil imaginar que idéias possam fluir em uma realidade cheia de obstáculos morais e censuras legislativas. A ciência, aqui, não difere de cultura em geral: é difícil também imaginar que a produtividade cultural possa sobreviver apenas clandestinamente, se bem que esse foi e é o caso em ditaduras militares ou religiosas. A censura e a rigidez moral castram a criatividade, mas não conseguem destruí-la.
Por outro lado, se a ciência serve à sociedade, ela deve prestar contas ao cidadão. Afinal, ao menos em pesquisa mais básica, quem paga a conta são os governos, a partir da coleta de impostos. E, como quem paga os impostos é o cidadão, a produtividade científica é financiada, em grande parte, pela sociedade.
Claro, existe também a pesquisa financiada diretamente pela indústria, com fins lucrativos. Ou a pesquisa financiada pelo governo com fins militares. Com o desenvolvimento acelerado da tecnologia nos últimos 20 anos, essas linhas divisórias têm se tornado cada vez mais invisíveis. Um físico desenvolvendo um novo tipo de liga metálica pode estar interessado em suas propriedades a baixíssimas temperaturas (a ciência básica, pois baixas temperaturas não são viáveis comercialmente), ou na sua utilização na construção civil (a ciência aplicada), ou na sua utilização em mísseis intercontinentais (a ciência bélica). A liga metálica é a mesma, mas ela pode servir a propósitos completamente distintos.
Aqui surge um dilema para o cientista: até que ponto sua obrigação profissional deve interferir em sua atividade criativa? Será que o físico trabalhando em uma universidade, sabendo que sua nova liga metálica pode ser usada em mísseis, deve divulgar seus resultados?
Para citar um exemplo histórico, Leonardo da Vinci construiu várias armas de guerra para o seu patrono. Mas ele recusou-se a divulgar seus planos para a construção de um submarino, pois sabia que seu uso, aliado à perversidade do homem, provocaria mortes horrendas sob as águas. Da Vinci não queria ter seu nome associado a tal máquina de destruição. Hoje, apenas um submarino da Marinha norte-americana é capaz de carregar 24 mísseis nucleares de alcance intercontinental, suficientes para destruir uma boa fração da vida na Terra.
A lição dessa história é clara: nenhuma invenção permanecerá "escondida" por muito tempo. Alguém acabará por redescobri-la mais cedo ou mais tarde. Os norte-americanos ficaram completamente boquiabertos quando os soviéticos detonaram uma bomba atômica logo após o fim da Segunda Guerra, seguida de uma bomba de hidrogênio.
O Projeto Genoma, envolvendo centenas de cientistas espalhados pelo mundo, compete com laboratórios privados na corrida pelo mapeamento do genoma humano. A biotecnologia levanta uma série de novos desafios éticos, questões que a sociedade precisa confrontar. Este mês, um trio de médicos anunciou em Roma que a clonagem de humanos é uma questão de tempo. E não muito. Várias pessoas têm uma verdadeira aversão à idéia de que será possível construirmos cópias exatas de um ser humano. Mais ainda, com a manipulação direta do gene, será também possível "encomendar" uma pessoa, como encomendamos um terno no alfaiate. Essa cor de olhos, essa altura, essa cor de pele, um bom atleta, Q.I. alto.
A primeira reação é: "Mas que absurdo! Isso deve ser proibido!" Mas essa reação é inútil. Porque a pesquisa irá continuar, proibida ou não, do mesmo modo que jornalistas, músicos e cineastas continuam a trabalhar sob regimes de ditadura. Países irão adotar políticas diferentes, alguns mais liberais do que outros.
Veja o exemplo recente do Reino Unido, autorizando a pesquisa que usa embriões para buscar a cura de várias doenças. Portanto, fora laboratórios clandestinos, os cientistas podem sempre emigrar para países mais liberais. É fácil criticar os cientistas pela sua "ganância", por esse apetite de querer sempre ir em frente. Mas essa é justamente a força da ciência. Sem essa curiosidade, ela entra em estagnação. O que a sociedade deve exigir dos cientistas é um compromisso moral com a verdade, um franco diálogo em que as repercussões das pesquisas são discutidas abertamente. É hipócrita culpar o inventor da pólvora pela morte de todas as pessoas em guerras. Somos nós que vamos à guerra, nossos governos, nossos soldados, nossos cientistas.
Por outro lado, se a ciência serve à sociedade, ela deve prestar contas ao cidadão. Afinal, ao menos em pesquisa mais básica, quem paga a conta são os governos, a partir da coleta de impostos. E, como quem paga os impostos é o cidadão, a produtividade científica é financiada, em grande parte, pela sociedade.
Claro, existe também a pesquisa financiada diretamente pela indústria, com fins lucrativos. Ou a pesquisa financiada pelo governo com fins militares. Com o desenvolvimento acelerado da tecnologia nos últimos 20 anos, essas linhas divisórias têm se tornado cada vez mais invisíveis. Um físico desenvolvendo um novo tipo de liga metálica pode estar interessado em suas propriedades a baixíssimas temperaturas (a ciência básica, pois baixas temperaturas não são viáveis comercialmente), ou na sua utilização na construção civil (a ciência aplicada), ou na sua utilização em mísseis intercontinentais (a ciência bélica). A liga metálica é a mesma, mas ela pode servir a propósitos completamente distintos.
Aqui surge um dilema para o cientista: até que ponto sua obrigação profissional deve interferir em sua atividade criativa? Será que o físico trabalhando em uma universidade, sabendo que sua nova liga metálica pode ser usada em mísseis, deve divulgar seus resultados?
Para citar um exemplo histórico, Leonardo da Vinci construiu várias armas de guerra para o seu patrono. Mas ele recusou-se a divulgar seus planos para a construção de um submarino, pois sabia que seu uso, aliado à perversidade do homem, provocaria mortes horrendas sob as águas. Da Vinci não queria ter seu nome associado a tal máquina de destruição. Hoje, apenas um submarino da Marinha norte-americana é capaz de carregar 24 mísseis nucleares de alcance intercontinental, suficientes para destruir uma boa fração da vida na Terra.
A lição dessa história é clara: nenhuma invenção permanecerá "escondida" por muito tempo. Alguém acabará por redescobri-la mais cedo ou mais tarde. Os norte-americanos ficaram completamente boquiabertos quando os soviéticos detonaram uma bomba atômica logo após o fim da Segunda Guerra, seguida de uma bomba de hidrogênio.
O Projeto Genoma, envolvendo centenas de cientistas espalhados pelo mundo, compete com laboratórios privados na corrida pelo mapeamento do genoma humano. A biotecnologia levanta uma série de novos desafios éticos, questões que a sociedade precisa confrontar. Este mês, um trio de médicos anunciou em Roma que a clonagem de humanos é uma questão de tempo. E não muito. Várias pessoas têm uma verdadeira aversão à idéia de que será possível construirmos cópias exatas de um ser humano. Mais ainda, com a manipulação direta do gene, será também possível "encomendar" uma pessoa, como encomendamos um terno no alfaiate. Essa cor de olhos, essa altura, essa cor de pele, um bom atleta, Q.I. alto.
A primeira reação é: "Mas que absurdo! Isso deve ser proibido!" Mas essa reação é inútil. Porque a pesquisa irá continuar, proibida ou não, do mesmo modo que jornalistas, músicos e cineastas continuam a trabalhar sob regimes de ditadura. Países irão adotar políticas diferentes, alguns mais liberais do que outros.
Veja o exemplo recente do Reino Unido, autorizando a pesquisa que usa embriões para buscar a cura de várias doenças. Portanto, fora laboratórios clandestinos, os cientistas podem sempre emigrar para países mais liberais. É fácil criticar os cientistas pela sua "ganância", por esse apetite de querer sempre ir em frente. Mas essa é justamente a força da ciência. Sem essa curiosidade, ela entra em estagnação. O que a sociedade deve exigir dos cientistas é um compromisso moral com a verdade, um franco diálogo em que as repercussões das pesquisas são discutidas abertamente. É hipócrita culpar o inventor da pólvora pela morte de todas as pessoas em guerras. Somos nós que vamos à guerra, nossos governos, nossos soldados, nossos cientistas.
domingo, 18 de março de 2001
A violenta ascensão e queda dos dinossauros
Hoje gostaria de abordar um tema que desperta o interesse de cientistas de várias áreas, desde a astrofísica e a geologia até a biologia e a paleontologia: o das causas violentas de ascensão e queda dos dinossauros. Como o leitor pode imaginar, qualquer tópico que misture tantas áreas diferentes de pesquisa cria também polêmica. O consenso vem apenas após muita briga, ou melhor, após pesquisa e discussão acadêmica.
Os dinossauros reinaram supremos sobre as outras espécies por mais de 100 milhões de anos. Há 65 milhões de anos, eles desapareceram em um intervalo curtíssimo de tempo. A evidência de que a extinção ocorreu rapidamente é baseada na espessura da chamada camada K/ T, que separa o Período Cretáceo do Terciário. Em termos geológicos, podemos imaginar que a superfície da Terra é como uma torta de várias camadas, cada uma com um sabor diferente. Do mesmo modo que, para preparar a torta, as camadas são superpostas uma após a outra, a superfície da Terra também retrata a ordem temporal com que as diferentes camadas de sedimentos foram depositadas. Quanto mais profunda for a camada, mais antiga ela é, funcionando como um calendário da história da Terra.
Vários estudos realizados dos dois "lados" da camada K/T mostram que, de fato, enquanto a camada correspondente ao Período Cretáceo é rica em fósseis de dinossauros, na camada do Terciário eles são quase que inexistentes. Essa conclusão não foi imediata: quando os fósseis são raros, a determinação de sua abundância é muito difícil. Fora isso, em 65 milhões de anos, um grande número de fósseis pode ter sido (e foi) destruído. Hoje está claro que os dinossauros desapareceram mesmo abruptamente há 65 milhões de anos.
A causa desse desaparecimento foi um dos focos das brigas, ou melhor, discussões acadêmicas, a que me referi acima. A maioria dos paleontólogos defendia a idéia de que a extinção dos dinossauros tivesse ocorrido gradualmente, devido a uma combinação de causas, incluindo atividade vulcânica, mudanças climáticas e desequilíbrio na cadeia alimentar. Dale Russell foi um dos poucos paleontólogos a propor um mecanismo diferente. Em 1971, junto com o astrofísico Wallace Tucker, Russell sugeriu que os dinossauros foram extintos devido à explosão de uma estrela (uma supernova) em nossa vizinhança, que bombardeou a Terra com doses letais de radiação.
O catastrofismo entrava triunfalmente na paleontologia.Durante a década de 80, ficou claro que 70% das espécies foram extintas há 65 milhões de anos devido ao impacto de um cometa ou um asteróide. A prova é baseada em dois fatos principais: primeiro, encontrou-se o elemento irídio na camada K/T em quantidades muito maiores do que o normal. Sabemos que esse elemento é bem mais abundante em asteróides e cometas do que na Terra. Segundo, a cratera causada pelo impacto foi descoberta na península de Yucatán, no México.
A extinção dos dinossauros permitiu que os mamíferos, até então bastante insignificantes, evoluíssem a ponto de, há 4 milhões de anos, surgirem os primeiros hominídeos. Sem o impacto, provavelmente não estaríamos aqui.A novidade maior é que, aparentemente, a era dos dinossauros também foi iniciada por um outro impacto cataclísmico. Na transição entre os Períodos Permiano e Triássico, há 250 milhões de anos, 95% das espécies foram dizimadas, tanto nos mares como em terra. Pelo que sabemos hoje, essa foi a maior extinção na história da vida na Terra. Ela foi também a extinção que criou as condições que facilitaram a evolução dos dinossauros. Recentemente, cientistas descobriram excesso de um composto de carbono chamado fulereno, que tem o formato de uma bola de futebol.
Como uma bola, essas moléculas bastante grandes podem armazenar gases em seu interior. Uma análise desses gases, principalmente hélio e argônio, mostrou que sua abundância relativa corresponde a quantidades observadas em meteoritos e não às encontradas na Terra. Ou seja, os fulerenos soterrados na camada P/T têm uma origem extraterrestre. Os dinossauros devem a sua ascensão e a sua queda à colisão de corpos celestes com a Terra. Nossa ascensão também se deve, em parte, ao mesmo motivo. Esperemos que não a nossa queda.
Os dinossauros reinaram supremos sobre as outras espécies por mais de 100 milhões de anos. Há 65 milhões de anos, eles desapareceram em um intervalo curtíssimo de tempo. A evidência de que a extinção ocorreu rapidamente é baseada na espessura da chamada camada K/ T, que separa o Período Cretáceo do Terciário. Em termos geológicos, podemos imaginar que a superfície da Terra é como uma torta de várias camadas, cada uma com um sabor diferente. Do mesmo modo que, para preparar a torta, as camadas são superpostas uma após a outra, a superfície da Terra também retrata a ordem temporal com que as diferentes camadas de sedimentos foram depositadas. Quanto mais profunda for a camada, mais antiga ela é, funcionando como um calendário da história da Terra.
Vários estudos realizados dos dois "lados" da camada K/T mostram que, de fato, enquanto a camada correspondente ao Período Cretáceo é rica em fósseis de dinossauros, na camada do Terciário eles são quase que inexistentes. Essa conclusão não foi imediata: quando os fósseis são raros, a determinação de sua abundância é muito difícil. Fora isso, em 65 milhões de anos, um grande número de fósseis pode ter sido (e foi) destruído. Hoje está claro que os dinossauros desapareceram mesmo abruptamente há 65 milhões de anos.
A causa desse desaparecimento foi um dos focos das brigas, ou melhor, discussões acadêmicas, a que me referi acima. A maioria dos paleontólogos defendia a idéia de que a extinção dos dinossauros tivesse ocorrido gradualmente, devido a uma combinação de causas, incluindo atividade vulcânica, mudanças climáticas e desequilíbrio na cadeia alimentar. Dale Russell foi um dos poucos paleontólogos a propor um mecanismo diferente. Em 1971, junto com o astrofísico Wallace Tucker, Russell sugeriu que os dinossauros foram extintos devido à explosão de uma estrela (uma supernova) em nossa vizinhança, que bombardeou a Terra com doses letais de radiação.
O catastrofismo entrava triunfalmente na paleontologia.Durante a década de 80, ficou claro que 70% das espécies foram extintas há 65 milhões de anos devido ao impacto de um cometa ou um asteróide. A prova é baseada em dois fatos principais: primeiro, encontrou-se o elemento irídio na camada K/T em quantidades muito maiores do que o normal. Sabemos que esse elemento é bem mais abundante em asteróides e cometas do que na Terra. Segundo, a cratera causada pelo impacto foi descoberta na península de Yucatán, no México.
A extinção dos dinossauros permitiu que os mamíferos, até então bastante insignificantes, evoluíssem a ponto de, há 4 milhões de anos, surgirem os primeiros hominídeos. Sem o impacto, provavelmente não estaríamos aqui.A novidade maior é que, aparentemente, a era dos dinossauros também foi iniciada por um outro impacto cataclísmico. Na transição entre os Períodos Permiano e Triássico, há 250 milhões de anos, 95% das espécies foram dizimadas, tanto nos mares como em terra. Pelo que sabemos hoje, essa foi a maior extinção na história da vida na Terra. Ela foi também a extinção que criou as condições que facilitaram a evolução dos dinossauros. Recentemente, cientistas descobriram excesso de um composto de carbono chamado fulereno, que tem o formato de uma bola de futebol.
Como uma bola, essas moléculas bastante grandes podem armazenar gases em seu interior. Uma análise desses gases, principalmente hélio e argônio, mostrou que sua abundância relativa corresponde a quantidades observadas em meteoritos e não às encontradas na Terra. Ou seja, os fulerenos soterrados na camada P/T têm uma origem extraterrestre. Os dinossauros devem a sua ascensão e a sua queda à colisão de corpos celestes com a Terra. Nossa ascensão também se deve, em parte, ao mesmo motivo. Esperemos que não a nossa queda.
domingo, 11 de março de 2001
Réquiem para uma catedral do espaço
Dentro de poucos dias, o Pacífico Sul vai receber em torno de 40 toneladas de detritos fumegantes, os restos mortais da magnífica estação espacial russa conhecida como Mir. A maior parte das suas 135 toneladas será carbonizada durante a reentrada na atmosfera. Se tudo correr conforme o planejado, a reentrada se dará entre 13 e 18 de março, e o impacto, em uma área desabitada de 6.000 quilômetros por 200 quilômetros, entre a Nova Zelândia e a ilha de Páscoa.
Com o fim da estação Mir, se encerra uma página da história da exploração do espaço, o último capítulo da corrida espacial fomentada pela Guerra Fria.A estação Mir foi a primeira a ser construída a partir de módulos individuais, que podem ser conectados a uma estrutura principal. Essa arquitetura dá tremenda versatilidade à espaçonave, pois novos módulos podem ser adicionados já com a estrutura flutuando em torno da Terra.
Seu primeiro módulo, pesando 20 toneladas, com 13 metros de comprimento e 4,1 metros de diâmetro, foi posto em órbita no dia 19 de fevereiro de 1986, inaugurando 15 anos de exploração espacial, que incluíram a visita de 104 astronautas, russos e americanos, transportados em mais de 140 vôos e 60 missões de reabastecimento. Inúmeras experiências científicas foram realizadas na Mir, uma das mais importantes sendo o teste de como seres humanos se comportam em ambientes quase sem gravidade por longos períodos de tempo.
O médico russo Valeri Polyakov é o detentor atual do recorde de permanência, tendo ficado a bordo da Mir por 14 meses.Esse tipo de experimento é fundamental para o futuro do programa espacial, já que uma missão tripulada de ida e volta para Marte demoraria três anos (seis meses de viagem de ida, seis de viagem de volta e mais dois anos no destino, esperando o ponto justo entre as órbitas da Terra e de Marte que minimize a distância viajada e o combustível utilizado). Fora as mudanças fisiológicas causadas pela ausência prolongada de gravidade, os astronautas têm de lidar com as privações emocionais e o estresse causado ao enfrentarem situações de vida ou morte.
Outro problema é a exposição a doses bem mais altas de radiação do que as que recebemos aqui na Terra, protegidos pela atmosfera.Sem a experiência acumulada pelos russos com a Mir, a Estação Espacial Internacional (ISS), a nova catedral do espaço, não poderia ter sido construída. Sendo uma colaboração entre vários países, mas principalmente entre a Rússia e os EUA, a ISS também inaugura uma nova era no programa espacial, a da cooperação internacional. Se a queda do Muro de Berlim foi o símbolo terrestre do fim da Guerra Fria, a ISS é seu símbolo no espaço.
Na verdade, a ISS é um símbolo maior ainda, uma demonstração concreta da possibilidade de união entre os vários países e as diversas culturas da Terra em prol de um fim conjunto de interesse para toda a humanidade: nosso destino no espaço.A estação espacial Mir, em seus 15 anos de funcionamento, demonstrou a viabilidade de um programa prolongado de exploração espacial baseado em uma plataforma-mãe, um trampolim para o resto do cosmo.
Não é difícil imaginar um futuro onde teremos várias estações espaciais, ilhas espalhadas pelo Sistema Solar, onde missões vindas da Terra ou de outros planetas possam reabastecer seu combustível, sua tripulação possa "esticar as pernas" e dados científicos possam ser discutidos e analisados. Talvez, como no filme "Guerra nas Estrelas", algumas delas tenham até bares onde os astronautas possam beber uma cerveja e ouvir um jazz. Isso supondo que essas estruturas sejam capazes de gerar sua própria gravidade, o que é em princípio possível por meio de rotação ou aceleração (os leitores que assistiram ao filme "2001: Uma Odisséia no Espaço" devem estar lembrados de como a estação espacial girava).
Quando era garoto, eu estava convencido de que em 2001 estaríamos todos viajando em espaçonaves, quem sabe até explorando os mistérios do Sistema Solar em missões tripuladas. Mas os sonhos são assim mesmo, bem mais apressados do que a realidade. Hoje continuo convencido de que isso tudo irá acontecer. Só prefiro não arriscar quando. Mas seja lá quando for, espero que a velha e sábia Mir continue viva na nossa memória como tendo sido o primeiro trampolim para o espaço.
Com o fim da estação Mir, se encerra uma página da história da exploração do espaço, o último capítulo da corrida espacial fomentada pela Guerra Fria.A estação Mir foi a primeira a ser construída a partir de módulos individuais, que podem ser conectados a uma estrutura principal. Essa arquitetura dá tremenda versatilidade à espaçonave, pois novos módulos podem ser adicionados já com a estrutura flutuando em torno da Terra.
Seu primeiro módulo, pesando 20 toneladas, com 13 metros de comprimento e 4,1 metros de diâmetro, foi posto em órbita no dia 19 de fevereiro de 1986, inaugurando 15 anos de exploração espacial, que incluíram a visita de 104 astronautas, russos e americanos, transportados em mais de 140 vôos e 60 missões de reabastecimento. Inúmeras experiências científicas foram realizadas na Mir, uma das mais importantes sendo o teste de como seres humanos se comportam em ambientes quase sem gravidade por longos períodos de tempo.
O médico russo Valeri Polyakov é o detentor atual do recorde de permanência, tendo ficado a bordo da Mir por 14 meses.Esse tipo de experimento é fundamental para o futuro do programa espacial, já que uma missão tripulada de ida e volta para Marte demoraria três anos (seis meses de viagem de ida, seis de viagem de volta e mais dois anos no destino, esperando o ponto justo entre as órbitas da Terra e de Marte que minimize a distância viajada e o combustível utilizado). Fora as mudanças fisiológicas causadas pela ausência prolongada de gravidade, os astronautas têm de lidar com as privações emocionais e o estresse causado ao enfrentarem situações de vida ou morte.
Outro problema é a exposição a doses bem mais altas de radiação do que as que recebemos aqui na Terra, protegidos pela atmosfera.Sem a experiência acumulada pelos russos com a Mir, a Estação Espacial Internacional (ISS), a nova catedral do espaço, não poderia ter sido construída. Sendo uma colaboração entre vários países, mas principalmente entre a Rússia e os EUA, a ISS também inaugura uma nova era no programa espacial, a da cooperação internacional. Se a queda do Muro de Berlim foi o símbolo terrestre do fim da Guerra Fria, a ISS é seu símbolo no espaço.
Na verdade, a ISS é um símbolo maior ainda, uma demonstração concreta da possibilidade de união entre os vários países e as diversas culturas da Terra em prol de um fim conjunto de interesse para toda a humanidade: nosso destino no espaço.A estação espacial Mir, em seus 15 anos de funcionamento, demonstrou a viabilidade de um programa prolongado de exploração espacial baseado em uma plataforma-mãe, um trampolim para o resto do cosmo.
Não é difícil imaginar um futuro onde teremos várias estações espaciais, ilhas espalhadas pelo Sistema Solar, onde missões vindas da Terra ou de outros planetas possam reabastecer seu combustível, sua tripulação possa "esticar as pernas" e dados científicos possam ser discutidos e analisados. Talvez, como no filme "Guerra nas Estrelas", algumas delas tenham até bares onde os astronautas possam beber uma cerveja e ouvir um jazz. Isso supondo que essas estruturas sejam capazes de gerar sua própria gravidade, o que é em princípio possível por meio de rotação ou aceleração (os leitores que assistiram ao filme "2001: Uma Odisséia no Espaço" devem estar lembrados de como a estação espacial girava).
Quando era garoto, eu estava convencido de que em 2001 estaríamos todos viajando em espaçonaves, quem sabe até explorando os mistérios do Sistema Solar em missões tripuladas. Mas os sonhos são assim mesmo, bem mais apressados do que a realidade. Hoje continuo convencido de que isso tudo irá acontecer. Só prefiro não arriscar quando. Mas seja lá quando for, espero que a velha e sábia Mir continue viva na nossa memória como tendo sido o primeiro trampolim para o espaço.
domingo, 4 de março de 2001
A estufa global
O astrônomo e divulgador de ciência norte-americano Carl Sagan foi o primeiro a propor uma explicação para a curiosa atmosfera de Vênus, um planeta coberto por uma espessa camada de gases que deixa o calor do Sol entrar, mas pouco dele sair. Podemos fazer uma analogia com cobertores. Nosso corpo irradia calor constantemente.
A função do cobertor, ou de um casaco, é manter esse calor perto de nosso corpo, de modo a evitar que ele resfrie. Quanto maior o número de cobertores, mais quente você se sentirá, pois menos calor poderá escapar. A atmosfera de Vênus, 90 vezes mais maciça do que a da Terra, funciona como um cobertor extremamente espesso, deixando pouquíssimo do calor perto da superfície escapar.Sagan argumentou corretamente que o problema com Vênus é a sua proximidade do Sol. Se puséssemos a Terra na posição de Vênus, a temperatura aumentaria dramaticamente, levando a uma maior evaporação dos oceanos. Mais ainda, rochas que retêm dióxido de carbono (CO2), o rei dos gases que causam o efeito estufa, liberariam o gás com maior rapidez, aumentando sua concentração na atmosfera.
O novo excesso de vapor d'água e de CO2 bloquearia o fluxo de calor da Terra para o espaço, aumentando ainda mais a temperatura na superfície. Esse aumento de temperatura desencadearia um efeito estufa acelerado (como se o cobertor engrossasse com o tempo), o que rapidamente transformaria a Terra em Vênus, que tem temperaturas de 450C, dia e noite. Um verdadeiro inferno.Felizmente, a Terra não está tão perto do Sol quanto Vênus. Infelizmente, nós estamos trabalhando arduamente para engrossar o nosso próprio cobertor, com o aumento desenfreado da quantidade de emissão de CO2 e outros gases que provocam o efeito estufa em nossa atmosfera.
Um estudo do Painel Internacional de Mudança Climática (IPCC), com a participação de 700 cientistas do mundo inteiro, acaba de publicar parcialmente os resultados de seu estudo, encomendado pelas Nações Unidas e o mais detalhado até o momento.As notícias, como era de esperar, são péssimas. Na coluna de 21 de dezembro de 1997, comentei sobre os resultados do mesmo Painel, divulgados em 1995. Os resultados atuais são muito mais precisos, devido a avanços na modelagem do fluxo de calor na atmosfera e ao poder dos computadores. Por exemplo, a estação de trabalho que eu usava em 1995 era a mais rápida do mundo, com processadores de 266 MHz. Hoje, é relativamente fácil comprar um PC com processadores de frequência três vezes maior.
Em 1995, o painel do IPCC estimava que, até o ano 2001, a temperatura média global aumentaria entre 1C e 3,5C. A estimativa agora é de que o aumento possa chegar a 10,4C nos próximos cem anos, o maior aumento de temperatura nos últimos 10 mil anos, que teria consequências climáticas gravíssimas para todo o planeta.Sem querer soar como o profeta do apocalipse (que, aliás, é o assunto de meu próximo livro), mudanças de temperatura a esse nível causariam secas devastadoras, enchentes, tempestades violentíssimas e um aumento geral da pestilência, principalmente da malária e do cólera. Vários cientistas alertam para outros tipos de doenças que se manifestariam mais agressivamente, com a proliferação de insetos transmissores.
E adivinhe quem sofrerá as piores consequências? Os países da África, da Ásia e da América Latina, aí incluído o Brasil.Alguns países industrializados, incluindo o maior poluente do mundo, os EUA, ainda não ratificaram o Protocolo de Kyoto de 1997, que requer um corte na emissão dos gases que causam o efeito estufa em 5%, tendo por base os níveis de 1990, até 2012. Nem isso. O que fazer?Alguns, inclusive cientistas, só acreditam vendo e não dão credibilidade ao IPCC. Eles são aqueles que só após a casa queimar se dão conta de que não vão ter onde morar. No mínimo, podemos agir localmente, comprando carros econômicos, indo junto com colegas ao trabalho, usando transportes públicos (quando seguro), usando menos energia em casa e no escritório e criticando aqueles que não o fazem. Caso contrário, estaremos contribuindo para tornar nossa Terra um lugar insuportável para as futuras gerações.
A função do cobertor, ou de um casaco, é manter esse calor perto de nosso corpo, de modo a evitar que ele resfrie. Quanto maior o número de cobertores, mais quente você se sentirá, pois menos calor poderá escapar. A atmosfera de Vênus, 90 vezes mais maciça do que a da Terra, funciona como um cobertor extremamente espesso, deixando pouquíssimo do calor perto da superfície escapar.Sagan argumentou corretamente que o problema com Vênus é a sua proximidade do Sol. Se puséssemos a Terra na posição de Vênus, a temperatura aumentaria dramaticamente, levando a uma maior evaporação dos oceanos. Mais ainda, rochas que retêm dióxido de carbono (CO2), o rei dos gases que causam o efeito estufa, liberariam o gás com maior rapidez, aumentando sua concentração na atmosfera.
O novo excesso de vapor d'água e de CO2 bloquearia o fluxo de calor da Terra para o espaço, aumentando ainda mais a temperatura na superfície. Esse aumento de temperatura desencadearia um efeito estufa acelerado (como se o cobertor engrossasse com o tempo), o que rapidamente transformaria a Terra em Vênus, que tem temperaturas de 450C, dia e noite. Um verdadeiro inferno.Felizmente, a Terra não está tão perto do Sol quanto Vênus. Infelizmente, nós estamos trabalhando arduamente para engrossar o nosso próprio cobertor, com o aumento desenfreado da quantidade de emissão de CO2 e outros gases que provocam o efeito estufa em nossa atmosfera.
Um estudo do Painel Internacional de Mudança Climática (IPCC), com a participação de 700 cientistas do mundo inteiro, acaba de publicar parcialmente os resultados de seu estudo, encomendado pelas Nações Unidas e o mais detalhado até o momento.As notícias, como era de esperar, são péssimas. Na coluna de 21 de dezembro de 1997, comentei sobre os resultados do mesmo Painel, divulgados em 1995. Os resultados atuais são muito mais precisos, devido a avanços na modelagem do fluxo de calor na atmosfera e ao poder dos computadores. Por exemplo, a estação de trabalho que eu usava em 1995 era a mais rápida do mundo, com processadores de 266 MHz. Hoje, é relativamente fácil comprar um PC com processadores de frequência três vezes maior.
Em 1995, o painel do IPCC estimava que, até o ano 2001, a temperatura média global aumentaria entre 1C e 3,5C. A estimativa agora é de que o aumento possa chegar a 10,4C nos próximos cem anos, o maior aumento de temperatura nos últimos 10 mil anos, que teria consequências climáticas gravíssimas para todo o planeta.Sem querer soar como o profeta do apocalipse (que, aliás, é o assunto de meu próximo livro), mudanças de temperatura a esse nível causariam secas devastadoras, enchentes, tempestades violentíssimas e um aumento geral da pestilência, principalmente da malária e do cólera. Vários cientistas alertam para outros tipos de doenças que se manifestariam mais agressivamente, com a proliferação de insetos transmissores.
E adivinhe quem sofrerá as piores consequências? Os países da África, da Ásia e da América Latina, aí incluído o Brasil.Alguns países industrializados, incluindo o maior poluente do mundo, os EUA, ainda não ratificaram o Protocolo de Kyoto de 1997, que requer um corte na emissão dos gases que causam o efeito estufa em 5%, tendo por base os níveis de 1990, até 2012. Nem isso. O que fazer?Alguns, inclusive cientistas, só acreditam vendo e não dão credibilidade ao IPCC. Eles são aqueles que só após a casa queimar se dão conta de que não vão ter onde morar. No mínimo, podemos agir localmente, comprando carros econômicos, indo junto com colegas ao trabalho, usando transportes públicos (quando seguro), usando menos energia em casa e no escritório e criticando aqueles que não o fazem. Caso contrário, estaremos contribuindo para tornar nossa Terra um lugar insuportável para as futuras gerações.
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