Fisica para todos

Em seu último livro, O fim da Terra e do céu, Marcelo Gleiser comprova seu talento para aproximar a física de todos. A paixão pela ciência e o dom para contar histórias são seus trunfos para tornar compreensível qualquer teoria, pesquisa ou descoberta. Ele consegue até provar que as visões da ciência e da religião sobre o fim do mundo estão mais próximas do que se pensa.


Marcelo Gleiser é o professor de Física que todo mundo gostaria de ter. No lugar de frases pomposas como "considere uma partícula" ou "despreze a resistência do ar", ele conta episódios deliciosos da história da ciência e da vida dos cientistas. Em vez de passar a aula inteira expondo fórmulas no quadro-negro, apresenta os fundamentos da física no laboratório, com demonstrações e experiências. "A ciência é ensinada de uma maneira tão chata que é um milagre as pessoas desejarem ser cientistas", queixa-se.

A tática é infalível. A disciplina Física para Poetas, que ministra no Dartmouth College, é a mais popular da universidade. É disputada até por alunos cujos cursos nada têm a ver com as leis de Newton ou da Termodinâmica. Para explicar a proeza, usa um expediente comum às suas aulas: as metáforas. "Do mesmo modo que você vai ao teatro assistir a uma ópera sem saber ler uma partitura ou tocar um instrumento, não precisa saber matemática para apreciar a beleza das idéias científicas."

É esse o seu jeito de tornar fáceis as mais intricadas teorias da Astrofísica ou Física Quântica. "Eu explico como é um buraco negro usando analogias, metáforas do dia-a-dia, histórias de que as pessoas possam fazer parte". Durante sua vinda ao país para lançar seu último livro, O fim da Terra e do céu, ele conversou com o Educacional por mais de uma hora. O papo foi longo e, como suas aulas, cativante. Para ele, a ciência "explica a natureza e cria novos mundos que não percebemos com nossos sentidos".

A seguir, ele fala das visões científicas e religiosas sobre o Apocalipse, dos avanços e limitações da ciência, de divulgação e ficção científica e mostra como melhorar as aulas de Física. Ele conta que sua queda pela física vem desde os tempos da escola, quando chegou a ter um grupo de estudos com os colegas, mas precisou enfrentar a pressão da família que preferia vê-lo engenheiro químico.

Nos seus livros, em que momento ciência e religião se encontram?

O meu primeiro livro, Dança do Universo, que saiu em 97 no Brasil, tratava sobre a origem de tudo. Não só sobre o big bang, mas também como várias religiões trataram a questão da origem do mundo. Eu achei que podia continuar essa reflexão — de como a ciência e a religião são interdependentes —, tratando também do fim do mundo. Resolvi mostrar como a ciência usou idéias da religião e, de certa forma, deu uma explicação racional ao que antes era só profecia.

Em todos os relatos do fim dos tempos, do juízo final, ele vem anunciado pelo caos celeste. Você tem essa associação, por exemplo, no livro do Apocalipse, de João, em que se descreve o caos cósmico: as estrelas caem do céu, o Sol fica negro, etc. Percebi que os astrônomos que deram início à física moderna também falaram dessas coisas. Você lê os textos de Newton, Haley e Laplace e eles falam que é mesmo possível que um asteróide — no caso, era mais um cometa — se chocasse com a Terra e causasse o Apocalipse.

O que eu faço é explorar essa complementaridade da ciência e da religião, mostrando que ambas respondem às mesmas perguntas de maneira diferente.

O ponto de encontro são as perguntas...

Se você quiser ter um ponto de encontro, vai encontrá-lo nas perguntas, nas idéias sobre a origem do Universo. Ciência e religião são complementares, são modos diferentes de expressar nossas dúvidas. Os grandes anseios que antes eram perguntas só da religião, hoje são perguntas também da ciência.

Como o senhor vê o fato de as grandes dúvidas — sobre a origem e o fim do mundo — interessarem hoje à ciência? Para cientistas como Fritjof Capra, isso é sinal de que separar e classificar os conhecimentos é uma tendência em crise, que é preciso entender os fenômenos em sua totalidade, se aproximar da religião...

Eu discordo de uma tendência infeliz que existe, em que se misturam ciência e esoterismo e se pensa que a física moderna está repetindo os ensinamentos dos grandes taoístas e zen-budistas do passado. Eu acho que não é por aí.

Então, o senhor acha que, para a ciência avançar na busca da resposta às grandes dúvidas, não é preciso que ela incorpore outros tipos de conhecimento, religiosos inclusive?

Isso é extremamente subjetivo, depende muito de cada um. Eu tendo a ver as coisas de maneira mais universal, mais multidisciplinar. Não é à toa que, quando escrevo livros, misturo tanta coisa: religião, ciência, filosofia, artes. Grandes pulos da ciência são dados justamente quando há uma junção de disciplinas, uma mistura mesmo. Cada vez mais, isso se torna verdade. Por exemplo: existem ciências emergentes, como a exobiologia — a biologia da vida extraterrestre —, em que se misturam biologia, astronomia, geologia, geofísica e química. Você está pulando barreiras. Então, pode pensar nas implicações éticas e religiosas de descobrir vida fora da Terra.

Acho que as grandes questões sempre são multidisciplinares por definição. Elas nunca vão ter uma resposta específica. Vão ter várias respostas que se complementam. Questões como a origem e o fim do mundo, envolvem tantas variáveis que são multidisciplinares e têm de ser respondidas de maneira geral.

É por isso que nem todo avanço científico e tecnológico tem sido capaz de diminuir o número de pessoas que se voltam para o esoterismo?

Eu acho que isso não é uma coisa tão nova. Mas talvez só agora a gente perceba melhor essa atração pelo sobrenatural, pelo esotérico. Eu acho que isso aí é um grande barômetro social. A maioria não tem acesso aos processos de tomada de decisão, só sofre as conseqüências... Quanto pior está a situação social, econômica, espiritual e quanto maiores forem os anseios, mais você tende a se apegar ao esoterismo.

O sucesso dos livros de auto-ajuda também é reflexo disso?

Por que eles são chamados de livros de auto-ajuda? Você fala com um astrólogo e ele diz que você tem uma participação individual na conjunção dos astros, do cosmos. É uma coisa que faz você se sentir importante. Outro exemplo é essa euforia em torno de fadas, duendes, gnomos e anjos ou ainda essa explosão do evangelismo no Brasil. Em 20 anos, mais de 20% da população virou evangélica... O que está acontecendo é que as pessoas estão precisando de novas respostas e, como a ciência não é tão popular quanto deveria ser — essa é uma de minhas cruzadas —, estão se apegando às coisas mais óbvias e acessíveis, que são a auto-ajuda e o esoterismo.

Mas isso não quer dizer que a ciência tenha essas novas respostas a que o senhor se refere, uma explicação científica para tudo... Ou o senhor acha que ela tem?

É claro que não, sem a menor dúvida. A ciência é incompleta, é criação nossa e nós somos seres incompletos. Se bem que alguns acham que não são (risos). Eu acho que somos. Fica claro quando você estuda a história da ciência que, cada vez que você descobre respostas para certas perguntas, muitas outras surgem. Não existe um fim, existe uma busca e, para mim, o fundamental é você participar dela e não tentar se focar somente na resposta, no objetivo final. O que nos transforma e nos torna pessoas melhores é participar dessa busca.

Nessa busca, uma pergunta é inevitável: para onde vamos? E essa pergunta remete ao tema do livro: a morte, o fim do mundo. O senhor acha que a ciência mudou a maneira com que o homem encara a morte?

Imagine você no século catorze, no meio da epidemia de peste, quando as pessoas morriam na rua. Aliás, a morte na rua já foi uma maneira muito clara de você aterrorizar a população. Você pendurava os mortos na rua, como o que aconteceu com Tiradentes. Hoje, você ver uma pessoa ser atropelada é um choque, uma coisa horrenda. Acho que os avanços da ciência tornaram a morte uma coisa mais distante, mas certamente não menos assustadora ou aterrorizante. Ninguém aceita a idéia da morte de maneira pacífica. Todo mundo se questiona sobre a origem de tudo e sobre o fim. Por quê? Porque nós somos uma espécie que tem a bênção e a maldição de perceber a passagem do tempo e ser consciente da própria morte. Eu falo que isso é uma maldição porque causa muita dor, muito sofrimento, mas, por outro lado, acho que dá vazão a muito da criatividade humana. Eu acho que muito da poesia, da pintura, das artes foi criado justamente por causa desse anseio nosso de preservar, de alguma forma, a nossa permanência aqui no nosso planeta.

O senhor mencionou rapidamente seu trabalho de divulgação científica. Como professores podem tornar a ciência mais popular?

Eu sempre digo que, infelizmente, a ciência é ensinada de uma maneira tão chata que é um milagre as pessoas desejarem ser cientistas. Por quê? Porque a ciência é ensinada como um formulário. Quando você fala de movimento retilíneo uniforme, parece até missa: "eme, erre, u". Essas coisas são totalmente desligadas da história da ciência, que é extremamente interessante, cheia de aventuras e desventuras. Você não sabe quem é Newton ou Galileu. Você não aprende quem são essas pessoas, só as fórmulas que elas inventaram. Falta inserir a ciência no contexto da história das idéias, mostrar que ela é parte da cultura da humanidade, do processo cultural em que é criada, não só um conjunto de fórmulas. E faltam demonstrações em sala de aula. Infelizmente, na escola, a ciência é ensinada no quadro-negro. E ciência é "ver para crer", sabe? Você não pode falar sobre a queda dos objetos, o crescimento das células ou sobre reações químicas sem mostrar as coisas acontecendo.

Por exemplo: nos Estados Unidos e na Europa, é fundamental que se use o laboratório nas aulas de ciências. Ao fazerem experimentos, as crianças aprendem e, mais ainda, se maravilham com aquilo, porque participar do processo de descoberta é muito mais interessante que ver fórmulas no quadro-negro.

É essa a idéia do curso Física para Poetas que o senhor criou, resgatar a história da ciência e levar demonstrações e simulações para a sala de aula?

Esse é um curso que eu acho que toda universidade no Brasil deveria ter. Ele consiste basicamente em dar um curso de física e astronomia para pessoas que não vão ser cientistas. A pessoa vai fazer Letras, Cinema, Medicina e vai fazer esse curso também! Por quê? Porque o curso mostra como a ciência funciona, como ela foi criada, dentro do contexto histórico. Hoje, é o curso mais popular da universidade. Acabei de dá-lo no semestre passado e a turma tinha 182 alunos, que é muita coisa para qualquer universidade. Eu fazia as demonstrações no ato. Por exemplo: aquela afirmação do Galileu de que todos os corpos caem com a mesma aceleração, independente da massa. Você joga um elefante e uma pena da mesma altura, e os dois vão cair no chão ao mesmo tempo. É uma coisa totalmente contra-intuitiva: a pena vai caindo em curvas e o elefante cai direto. Como é possível? Você tem que tirar o ar, a resistência do ar. Temos um tubo de vidro com uma moeda e uma pena. Esse vidro é acoplado a uma bomba de vácuo que suga o ar de dentro. Você faz isso, e a pena e a moeda caem exatamente ao mesmo tempo.

Se eu falar "despreze a resistência do ar que um elefante e uma pena caem ao mesmo tempo", ninguém vai acreditar. Você pode aplicar a fórmula, mas só se vir aquilo acontecendo é que vai dizer: "É verdade mesmo". Tem um filmezinho dessa experiência que os cosmonautas fizeram na Lua, com um martelo caindo.

Você percebe duas coisas fundamentais: primeiro, o fenômeno em si acontecendo e, segundo, que a ciência explica a natureza e cria novos mundos que não percebemos com nossos sentidos. É tudo muito pequeno — coisas microscópicas ou menores ainda, partículas elementares — ou muito grande, como astros e estrelas. São mundos completamente invisíveis para nós, mas que são revelados pela ciência.

E a questão da linguagem com que a ciência é ensinada. Isso também precisa mudar?

Depende. Se você está ensinando ciência na escola, tem que usar a linguagem dela, que é a matemática. Mas você pode fazer isso de uma forma mais humana, mais multidisciplinar do que é feito normalmente. Não se deve apenas jogar uma fórmula no quadro-negro, mas mostrar o que ela significou quando foi criada no século XVII ou XVIII ou outro qualquer.

Talvez os professores que passam fórmulas no quadro-negro achem que física é apenas matemática...

Isso é uma coisa extremamente complexa. Você tem os matemáticos puros, que não têm o menor interesse em descrever fenômenos do mundo real. Eles se fazem perguntas do tipo: qual é o maior número primo? Ou estudam geometrias em dimensões maiores que três ou quatro... Mas, por incrível que pareça, aí é que está o paradoxo: essas matemáticas mais esdrúxulas e que, aparentemente, não têm nada a ver com a realidade, acabam, muitas vezes, encontrando aplicações na física. Alguns cientistas do século XIX, Riemann, Lobatchevski e Gauss, que estudaram essas geometrias, não tinham a menor idéia de que elas iam ser o pão de cada dia da física de supercordas. Essas coisas não são muito previsíveis.

Eu não sou esse tipo de matemático abstrato. Sou muito mais intuitivo que dedutivo. Para mim, a matemática sempre veio depois da física. Primeiro, vejo e depois escrevo as equações.

Isso me faz lembrar um comentário seu sobre a relação entre física e matemática. O senhor dizia que a física descreve os fenômenos da realidade por meio de um instrumento — a matemática — que é fruto da imaginação, da criatividade do homem...

Existe um debate sobre isso: será que a matemática é uma linguagem universal ou humana? Quer dizer, se você tiver outros seres inteligentes no Universo, será que eles vão descobrir os mesmos teoremas? Ou será que a matemática é uma coisa humana, que saiu da nossa cabeça?

E como o senhor se posiciona nesse debate?

Eu acho que a matemática é uma coisa humana, e não universal. É uma criação do nosso cérebro, do nosso córtex, e tem a ver com a maneira como nós evoluímos aqui na Terra. Em contrapartida, acho que as leis da física são universais.

O senhor poderia dar um exemplo?

A física é baseada em leis de conservação, de movimento, leis universais. Eu acho que, se houver uma inteligência extraterrestre tecnologicamente desenvolvida, ela vai desenvolver seus próprios conceitos, sua própria matemática, para dizer que a energia é conservada em certos sistemas e encontrar outras expressões para essas leis universais. A matemática vai ser outra, a simbologia vai ser outra. Eles não vão falar em elétron. Elétron foi uma coisa que nós inventamos. Um sujeito lá de Alfa Centauro não vai falar de elétron, mas de outras coisas que vão representar exatamente o que nós chamamos de elétron. Aliás, esse é um tema que eu discuto no livro: a representação da realidade através da matemática.

Queria fazer uma pergunta dupla: o senhor comentou sobre o caráter universal da física, mas até que ponto ela é democrática no sentido de estar acessível a todos? Pode um estudante, uma criança, compreender a tecnologia de ponta? E, por outro lado, até que ponto a tecnologia é uma barreira que impede o desenvolvimento dos países pobres? É possível que surja um novo Galileu que, pela observação e com poucos recursos, revolucione a ciência?

Infelizmente, não existem tantos cientistas fazendo um trabalho de divulgação da ciência, mas acho que está melhorando. Os jornais e a própria televisão estão criando muito mais espaço para a ciência. Eu sempre falo que, do mesmo modo que você vai a um teatro assistir a uma ópera ou uma sinfonia sem saber ler uma partitura ou tocar um instrumento e consegue gostar, acho que você consegue se divertir com a ciência sem ser um cientista. Não precisa saber matemática para apreciar a beleza e a importância das idéias científicas. É esse o trabalho da divulgação científica, que até pouco tempo usava o termo "vulgarização", que é um horror, pois demonstra logo um preconceito. Você não está vulgarizando a ciência! Está divulgando, levando a ciência para as pessoas de uma forma cada vez mais acessível. E dá para fazer isso com todas as idades.

E a segunda parte da pergunta?

Sem dúvida, um dos grandes problemas da ciência em países emergentes como o Brasil é que, em vez de criarem tecnologia, eles importam. Nós exportamos produtos agropecuários e importamos tecnologia. Seria fundamental que nós começássemos a reverter essa situação e a criar mais autonomia tecnológica. Porque aqui não faltam físicos, químicos, matemáticos de excelente nível e conhecidos em todo o mundo. Faltam recursos e os instrumentos, que custam caro. Falta a iniciativa privada começar a financiar mais pesquisa básica, como nos Estados Unidos, de forma que um aluno que se forme em física ou química não tenha de ficar na universidade, mas possa trabalhar em indústrias fazendo pesquisa. Faltam essas coisas, mas eu espero que, com o exemplo da Embraer, dos aviões que estão sendo exportados... Esse é um exemplo perfeito. Os Estados Unidos mandam os últimos F-16, mas sem os últimos radares, sem os últimos mísseis, para manter o controle da hegemonia tecnológica e isso é um crime. Seria ótimo fazer isso aqui também, até trazer a tecnologia para aprendermos como se faz e vendê-la para outros países.

No caso do projeto Genoma Humano, existe uma oposição à hegemonia tecnológica de certos países. Há defensores do financiamento público para que as descobertas pertençam a toda a humanidade. O senhor acha que isso pode acontecer em outras áreas da ciência?

Vai ser muito difícil porque as empresas financiam as pesquisas com o lucro em mente. E divulgar esses dados seria como entregar o ouro ao bandido. Eu acho pouco provável que empresas privadas tenham interesse em financiar pesquisas para depois ter que revelar os dados para a concorrência. Mas acho que pode existir um acordo, ou uma legislação mesmo, para que haja uma revelação porcentual dos resultados das pesquisas. O que eu acho que deve haver é uma competição entre o setor público e o privado, que é exatamente o que está acontecendo com o projeto Genoma. Aliás, esse projeto mostra a eficiência do setor privado que, com muito menos gente e muito menos dinheiro, conseguiu os resultados ao mesmo tempo que o setor público.

Voltando ao livro, qual a diferença entre ele e um livro tradicional de física?

Ele é um livro de divulgação científica. Os meus livros não são livros-texto de ciência, não servem para formar cientistas, mas para informar as pessoas sobre ciência. É uma diferença muito grande.

Então, ele é um livro que traz mais respostas que perguntas?

Certamente, o livro traz várias respostas. Quem quiser saber o que é um buraco negro, o que está acontecendo na cosmologia moderna, se existe ou não a possibilidade de um asteróide se chocar com a terra, vai encontrar essas respostas no livro. Mas eu espero que ele também provoque uma reflexão sobre esses temas que vá além daquilo que está no livro e ajude as pessoas a fazer novas perguntas. Ele é uma espécie de semente: você planta a semente na cabeça das pessoas e, aos poucos, o questionamento vai regando-a para que ela continue a crescer.

O aluno que mantém o interesse pela ciência não vai sentir dificuldade para compreender as novas descobertas e a tecnologia de ponta que se lê nos jornais? Como explicá-las aos estudantes?

Sem o menor problema, da mesma maneira que eu explico como brilha uma estrela, como é um buraco negro. Você explica isso usando analogias, metáforas do dia-a-dia, histórias em que as pessoas possam entrar e fazer parte delas. Então, por exemplo, no meu último livro, O fim da Terra e do Céu, falo um pouco sobre a física dos buracos negros e, depois, exemplifico as coisas mais exóticas da ciência a esse respeito.

O que eu faço? Escrevi um conto de ficção científica em que um sujeito, no futuro, viaja por um buraco negro, atravessa-o e sai do outro lado, em um buraco branco, coisa que hoje em dia é hipotética, mas possível. Eu conto uma história e ela está cheia de informação científica.
Assim, todo mundo lê e, pelo retorno que recebo das pessoas, essa é a parte preferida do livro. Quando você está contando uma história para explicar ciência, está usando recursos ficcionais para trazer a ciência para as pessoas.

O senhor narra uma viagem a um buraco negro. O senhor já leu Contato, do Carl Sagan?

Eu nunca li o livro, mas o Carl Sagan usa a idéia do buraco para transportar a heroína até as inteligências [intergalácticas]... No meu livro, há uma viagem através do buraco negro a la Jorge Luis Borges, que é uma grande influência minha.

Quais são os autores de ficção científica de que o senhor mais gosta?

Você sabe quem foi o primeiro escritor de ficção científica de que temos registro?

Julio Verne...

Muito antes! Foi o Kepler, que viveu em cerca de 1600. Ele escreveu um livro chamado Somnio, sobre um indivíduo que viaja à Lua em sonho. Essa idéia de sonhar, de ver as coisas de uma forma ficcional, é importantíssima e realmente ajuda no desenvolvimento da ciência. Quem inventou os satélites artificiais foi Arthur C. Clarke, que escreveu 2001 [2001, uma odisséia no espaço]. Já que precisamos de antenas para mandar sinais, por que não pomos antenas no espaço, onde a cobertura é muito maior? E Clarke não era cientista. Ele até tinha formação técnica, mas não era cientista. Agora, para ser sincero, nunca gostei muito de ficção científica porque, para mim, os autores principais — Arthur C. Clarke, Isaac Asimov, Ray Bradbury, um pouco menos — fazem uma literatura muito mais sobre idéias futurísticas do que sobre pessoas, sobre grandes dilemas humanos, vamos dizer assim. E, para mim, a literatura é uma espécie de arena onde podemos ensaiar todos esses conflitos humanos, mais do que as idéias sobre o futuro. Na ficção científica, há muita descrição do futuro e personagens pouco desenvolvidos. A literatura que me influenciou está mais relacionada à fantasia do que à ficção científica. Eu sempre adorei o Edgar Allan Poe, por exemplo.

Então, o senhor concorda com a famosa frase do Einstein: a imaginação é mais importante que o conhecimento?

Eu concordo, sem a menor dúvida. Todo mundo precisa ter ferramentas. Você não pode ser pintor se não souber misturar cores ou não conhecer as técnicas mais apuradas. Mas, sem imaginação, o seu quadro, por mais técnico que seja, nunca vai ser especial. Acho que, primeiro, vem a imaginação e, depois, a técnica.

E o senhor não tem vontade de escrever um livro de ficção científica?

Estou pensando seriamente no assunto. Mas, por enquanto, é segredo.

Além da história da ciência e da ficção científica, cuja importância o senhor já comentou, no seu livro há muita pesquisa sobre história das religiões, mitos, civilizações antigas. Esses assuntos o interessam há muito tempo?

Eu sempre me interessei por isso. Antes de ser cientista, eu era um garoto meio místico. Quando tinha uns doze anos, estudei o taoísmo, o zen e uma porção de outras coisas menos conhecidas. Quando tinha 14 anos, percebi que as grandes questões filosóficas — a origem de tudo, qual é a nossa relação com o mundo, o que significa a mente, o consciente — também são abordadas pela ciência. Se você pergunta sobre a origem do mundo para um muçulmano, um hindu ou um índio maori, da Nova Zelândia, cada um vai contar uma história diferente e acreditar piamente nisso porque são coisas reveladas pela fé. Eu percebi que a ciência tratava dessas questões de forma universal. Essa foi a minha revelação: descobrir que a ciência é uma linguagem universal e indiferente a religiões, classes sociais, países. Não interessa de onde você veio e qual é a sua religião... Quando você descreve como funciona uma estrela, uma pessoa que é de outro país, de outra religião, vai entender. É uma coisa profundamente democrática e bela da ciência.

Como o senhor era nos seus tempos de escola?

Eu era bem CDF, mas era normal também (risos). Tocava violão, jogava vôlei, fui até campeão brasileiro de vôlei, quando eu estava no segundo ano do colegial. Aliás, o Bernardinho era meu levantador na seleção carioca. O Bebeto de Freitas era o técnico. Por outro lado, eu estudava muito e, desde o primeiro científico, lá pelos 15 anos, já tinha um grupo de estudos de física. Falávamos de movimento retilíneo uniforme, essas coisas todas, mas o nosso negócio era, toda semana, ler e discutir os artigos da Scientific American e livros de divulgação científica um pouco mais técnicos. Lemos juntos um livro do próprio Einstein chamado Princípios da relatividade.

E havia a orientação de alguém?

Não, fazíamos tudo sozinhos mesmo. Não tínhamos um guru. Mas, em geral, eu imagino que os professores do Ensino Médio possam ajudar grupos de estudo indicando leituras. Quisera eu que, na minha época de aluno, houvesse os livros de divulgação científica que existem hoje! Para mim, foi uma certa batalha tomar a decisão sobre que caminho seguir. Eu acabei fazendo Engenharia Química por dois anos e só depois me transferi para o curso de Física. Se eu tivesse lido esses livros quando era criança, aos 15 anos não teria a menor dúvida de que era isso mesmo que queria fazer.

Além da falta de livros, o senhor teve de enfrentar a pressão da família quando optou por seguir carreira numa área de ciência pura?

Não quero causar uma revolução nas famílias, mas acho que ciência no Brasil não é nenhum bicho-papão. Se você for bom, tiver aptidão e realmente for uma pessoa séria, ou seja, alguém que quer realmente estudar, que tem paciência para fazer uma lista de exercícios ou se reúna com os amigos como eu fiz, não vejo por que não pode ter uma carreira de cientista no Brasil. Existem várias pessoas nas universidades para provar que essa é uma carreira possível, o que não significa que seja fácil. As pessoas têm uma certa ilusão de que nos Estados Unidos tudo é a maior maravilha. Só para dar um exemplo, na minha época, havia 357 candidatos para uma vaga na universidade! O mercado lá também é difícil. O que existe lá e que, infelizmente, ainda não existe aqui — mas acho que isso vai mudar — é a absorção de cientistas pelo mercado de trabalho, e não somente pelas universidades e escolas. Muitas empresas, consultorias, financiadoras e empresas do mercado financeiro estão contratando físicos e matemáticos. Eu tenho vários amigos em Wall Street hoje em dia. Por quê? Porque eles fazem modelagem de sistemas.

Se você tem aptidão e é dedicado — porque física não é ficar olhando estrela, há uma certa ilusão poética com a ciência, porque é preciso trabalhar muito para ser cientista —, meu conselho é que você vá em frente e faça o que gosta.

Com meu pai mesmo, tive um certo atrito quando saí do curso de Engenharia para o de Física. Ele não gostou dessa idéia nem um pouco. Eu falei que ia sair da Universidade Federal do Rio de Janeiro para fazer o curso de Física da PUC-RJ, que era o melhor na época. Ele respondeu que não ia pagar, eu que me virasse. Eu fui e me virei. Pena que ele não esteja aqui para ver o que aconteceu com o filho rebelde (risos).

Lentes gravitacionais

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Em 1919, expedições astronômicas à África e ao nordeste do Brasil comprovaram uma das previsões mais estranhas da teoria da relatividade geral proposta por Einstein apenas três anos antes: a de que uma concentração de massa distorce a geometria do espaço à sua volta de modo a encurvar raios luminosos que passem por perto. As expedições observaram (com sucesso relativo) a luz de uma estrela distante durante um eclipse total do Sol. Com isso, era possível medir como a presença do Sol distorcia a trajetória dos raios de luz provenientes da estrela e comparar o desvio com a previsão de Einstein. A confirmação da teoria transformou Einstein em celebridade mundial quase que da noite para o dia: afinal, a teoria de Newton, aceita desde o final do século 17, havia sido suplantada.

Esse efeito da matéria sobre a luz abriu um número enorme de possibilidades para o estudo do Universo. Já que a matéria pode distorcer raios luminosos (e outras formas de radiação eletromagnética, mesmo se invisíveis aos nossos olhos, como ondas de rádio), ela pode agir exatamente como lentes agem sobre a luz, ora focando-a, ora distorcendo imagens. Imagino que o leitor saiba que uma lente de aumento pode focar raios de luz provenientes do Sol, de modo a aumentar a sua intensidade em um determinado ponto.

Imagino também que ao menos alguns dos leitores já tenham usado esse efeito para queimar papel ou formigas. Vamos então supor que em nossa galáxia existam inúmeros objetos maciços que não produzem luz, como planetas, ou têm baixa luminosidade, como estrelas de baixa massa, chamadas de anãs brancas ou anãs marrons. Se um desses objetos escuros passar em frente a uma estrela que estejamos observando, a luz dessa estrela sofrerá um desvio que tenderá a focalizá-la, aumentando a sua intensidade. Ou seja, o objeto intermediário age como se fosse uma lente, focando a luz de um objeto mais distante.

Esse método tem sido usado para estimar a quantidade de objetos maciços invisíveis em nossa galáxia. Isso é importante devido à presença da misteriosa "matéria escura", matéria que não emite sua própria luz, mas que exerce atração gravitacional tal como a matéria comum. Estima-se que em galáxias normais exista em torno de dez vezes mais matéria escura do que matéria luminosa. Usando o efeito de intensificação da luminosidade, astrônomos mostraram que ao menos 10% da matéria escura da galáxia existe na forma de objetos pequenos e maciços, como as anãs brancas.

Mas o efeito mais dramático das lentes gravitacionais aparece a distâncias bem maiores, quando os objetos estão localizados a bilhões de anos-luz da Terra. Quasares são fontes de radiação extremamente potentes e distantes. Caso sua radiação passe perto de uma galáxia ou um grupo de galáxias mais próximo, sua luminosidade pode ser amplificada, como no caso das estrelas em nossa própria galáxia. Esse efeito é semelhante ao de um amplificador de som. Podemos ver (ouvir) algo que seria invisível (inaudível) sem a amplificação.

Outra possibilidade é que, dependendo da distribuição de matéria, a imagem original do quasar possa ser duplicada ou multiplicada diversas vezes: em vez de vermos um quasar, vemos dois ou mais. Como a luz traça trajetórias diferentes para cada uma dessas imagens, elas não chegarão até nós ao mesmo tempo. Essa diferença no tempo de chegada pode ser usada para medir a distância até o quasar. Por exemplo, se o quasar sofrer uma grande flutuação na sua luminosidade, ela aparecerá em uma imagem antes de aparecer em outras. Medindo a diferença no tempo de chegada podemos estimar a distância.

Um outro efeito das lentes gravitacionais é o da distorção de imagens de objetos longínquos. O leitor pode fazer a seguinte experiência: pegue uma taça de vinho e coloque-a sobre o texto desta coluna. Movendo a taça você observará uma distorção da imagem do texto, que é maior perto da haste da taça, onde o vidro é mais curvo. O mesmo ocorre com imagens de quasares ou galáxias distantes: ao passar perto de galáxias mais próximas a imagem desses objetos longínquos é distorcida. Muitas vezes observam-se arcos luminosos, a imagem do objeto alongada e encurvada como pode-se ver com a taça de vinho. Com isso, é possível reconstruir a distribuição de massa da "lente", inclusive a quantidade de matéria escura presente. As lentes gravitacionais são uma nova janela para o Universo, que nos permite ver a matéria que é invisível aos nossos olhos.

O nascimento das galáxias

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Ao acompanharmos a evolução do pensamento astronômico, percebemos que, quanto mais aprendemos sobre o Universo, mais insignificante parece ser nossa posição nele. Se, na Antiguidade, a Terra era o centro do cosmos, a revolução copernicana dos séculos 16 e 17 mostrou que o Sol era o centro. No início do século 20, acreditava-se que a nossa galáxia, a Via Láctea, fosse o centro do cosmos, o Sol sendo apenas uma entre bilhões de estrelas. Em 1924, o astrônomo norte-americano Edwin Hubble mostrou que a Via Láctea era apenas uma entre bilhões de outras galáxias e que ela certamente não era o centro do Universo.

Em 400 anos, passamos do centro ao subúrbio do cosmos. Com o desenvolvimento da cosmologia moderna, ficou claro que o próprio conceito de "centro do Universo" não faz sentido: o Universo, tal como a superfície de uma bola ou uma mesa que se estende ao infinito em todas as direções, não tem um centro.

Nos anos 80, a humilhação continuou. Descobriu-se que nem mesmo a matéria que compõe as estrelas, os planetas e os seres vivos, feita de átomos com prótons e nêutrons no núcleo e elétrons à sua volta, é importante dentro do quadro cósmico. O Universo contém em torno de dez vezes mais "matéria escura" do que matéria convencional.

Ainda não se sabe ao certo o que é essa matéria escura. Como ela não produz radiação (daí ser chamada de "escura"), sabemos de sua presença apenas por sua interação gravitacional com a matéria comum, isto é, ao medirmos o efeito de sua massa em aglomerados de matéria comum, como as galáxias com suas estrelas e nuvens de gás.
Galáxias existem dentro de nuvens relativamente esféricas de matéria escura, que se estendem por distâncias muito maiores do que o diâmetro da galáxia. Aliás, ainda não está claro exatamente onde terminam esses "halos" de matéria escura. Alguns pesquisadores sugerem que possam estender-se até tocar os halos de galáxias vizinhas, como se fossem imensas teias de matéria invisível permeando o cosmos.

Essa parceria entre a matéria escura e a matéria comum não é acidental, mas, na realidade, é uma consequência do processo de formação das galáxias, que ocorreu principalmente durante os primeiros bilhões de anos após o Big Bang, o evento que marcou o início da expansão do nosso Universo.

Existem ao menos três ingredientes básicos para criar uma galáxia: matéria ordinária, na proporção inicial de três átomos de hidrogênio para um de hélio; uma quantidade em torno de dez vezes maior de matéria escura; e pequenas flutuações de energia, que induzam o processo de aglomeração gravitacional da matéria escura.
A origem dessas flutuações é assunto para outra coluna. Vamos apenas supor que elas existem e que foram criadas durante a infância mais tenra do Universo. Sua função é aumentar, por meio da força gravitacional, a concentração de matéria escura em certas regiões do espaço.

E por que apenas a matéria escura se concentra sob a ação gravitacional dessas flutuações de energia? A matéria normal também sofre essa ação. Mas, para que partículas de matéria ordinária ou escura possam se concentrar em um volume menor, elas têm de perder energia. (Imagine um grupo de camundongos em um saco: quanto mais agitados os camundongos, maior o volume do saco.)
Durante os primeiros 300 mil anos de existência do Universo, porém, as partículas de matéria ordinária interagiam tão furiosamente com as partículas de radiação eletromagnética, os fótons, que era impossível que elas perdessem energia suficiente para "cair" nos poços gravitacionais criados pelas flutuações de energia. Aliás, nem mesmo átomos podiam existir sob essas condições.

Como as partículas de matéria escura por definição não interagem com a radiação, elas puderam se aglomerar mais cedo, criando poços gravitacionais ainda maiores. Passados cerca de 300 mil anos, a expansão cósmica resfriou a radiação a ponto de permitir que os átomos de hidrogênio e hélio fossem formados. Com isso, eles começaram a sentir a presença dos aglomerados de matéria escura, que "caíam" em seu interior como água numa cachoeira.

Essas nuvens de gás se contraíram cada vez mais, devido à sua própria gravidade, até que, em pequenas regiões, o aumento da temperatura propiciou a formação das primeiras estrelas, que viveram apenas dezenas ou centenas de milhões de anos. Nosso Sol pertence a uma geração de estrelas bem posterior a essas. Sua existência (e a nossa) se deve a essa conspiração gravitacional entre a matéria ordinária e a matéria escura.

Energia, transformação e poesia

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Poucos conceitos na ciência, ou talvez nenhum, são tão importantes e tão pouco compreendidos quanto o conceito de energia. Afinal, nos referimos a energia a todo momento: "Ai, subir essa escada vai gastar toda a minha energia", ou "Olha a conta de luz do mês! Temos de parar de gastar tanta energia", ou "Essa crise de energia ainda vai piorar" e assim por diante. Afinal, o que é energia?

Energia não é uma substância, não é visível ou invisível. A definição que eu considero mais adequada é que energia é uma medida de transformação, que pode ser aplicada ao movimento, à luz, ao som, ao magnetismo, às reações químicas (como a digestão de alimentos ou a queima de gasolina), enfim, a qualquer processo natural que envolva alguma mudança ou a possibilidade de uma mudança. O leitor deve estar se perguntando: "Como assim, possibilidade de mudança? Você não acabou de dizer que energia é uma medida de transformação?". Pois é, de transformação ou da possibilidade de transformação. Como exemplo, imagine que você esteja segurando uma pedra a uma certa altura do chão. Se você largar a pedra ela cairá, até chocar-se com o chão.

Em física, essa "potencialidade" de a pedra cair é atribuída à sua energia potencial gravitacional, que aumenta com a altura: quanto mais no alto está a pedra, maior a sua energia potencial gravitacional. A transformação aqui é de energia potencial gravitacional em energia cinética, a energia de movimento. Portanto, quanto mais alta a pedra estiver, maior será a sua velocidade ao se chocar com o solo, já que uma quantidade maior de energia potencial foi transformada em energia cinética.

Durante o século 19, ficou claro que a energia tem uma propriedade fundamental: a sua conservação. Energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada. Em qualquer processo natural a quantidade total de energia é a mesma antes e depois, mesmo que ela tenha se transformado completamente. Voltando ao exemplo da pedra. Para que você pudesse alçar a pedra você teve de gastar energia. Essa energia vem da transformação da energia química dos alimentos que você ingeriu na energia de movimento de seus músculos. Alguma energia também é gasta devido à fricção do ar quando você movimenta a pedra e o ar em torno dela fica ligeiramente mais quente, pois a pedra força o movimento das moléculas de ar à sua volta. Aqui, há uma outra forma de energia se manifestando, o calor, medido por meio do movimento das moléculas de ar. Quanto maior sua velocidade, maior sua energia térmica, maior sua temperatura.

Portanto, o simples alçar de uma pedra envolve a transformação de energia química proveniente de alimentos em energia térmica e potencial gravitacional. Essa visão de perpétua transformação na natureza é, a meu ver, profundamente bela. Tudo o que observamos e mesmo o que é invisível aos nossos olhos e sentidos reflete, de alguma forma, uma transformação de energia. A luz e o calor que vêm do Sol são provenientes da transformação de matéria em energia devido a reações nucleares que ocorrem em seu interior. O nosso cérebro funciona devido à constante transformação de energia química em impulsos nervosos que transcorrem entre neurônios e sinapses. Terremotos ocorrem devido à liberação da tensão acumulada em pontos de contato de placas tectônicas. Na energia temos um método quantitativo para medir as transformações que ocorrem na natureza com enorme precisão, traduzindo o seu dinamismo em uma linguagem que somos capazes de entender e admirar.

Existem aqueles que acham que, ao quantificar a natureza em suas fórmulas e experimentos, os cientistas tiram tudo o que ela tem de belo. Esse tipo de atitude me lembra a postura dos poetas românticos do início do século 19, como o inglês Wordsworth, que respondiam com frustração aos avanços da ciência quantitativa.

Erraram os poetas e os cientistas. Os poetas por não entender a poesia que existe na descrição quantitativa do mundo natural e os cientistas por perderem de vista essa poesia, de tão imersos que estavam em suas fórmulas e números. Essa rixa aumentou o golfo entre as duas culturas, afastando-as cada vez mais, conforme argumentou em 1959 o escritor e físico inglês C.P. Snow. Talvez, ao reconhecermos a beleza da descrição científica do mundo, possamos reaproximar essas duas culturas, sem ter de gastar muita energia.

Os fantasmagóricos neutrinos

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Durante a década de 1930, ficou claro qual é o mecanismo responsável pela produção de energia do Sol e de outras estrelas: reações de fusão nuclear, em que núcleos mais leves são "transmutados" em outros mais pesados. Embora existam várias reações nucleares ocorrendo no interior do Sol, a mais importante é a fusão de átomos de hidrogênio, formando hélio. Um quilo de hidrogênio, quando fundido em hélio, produz energia para alimentar uma lâmpada de 100 watts por 1 milhão de anos. O Sol funde 300 milhões de toneladas de hidrogênio em hélio por segundo.

Um dos subprodutos do processo de fusão no Sol é uma partícula muito peculiar conhecida como neutrino. Tal como o nêutron, companheiro do próton no núcleo atômico, o neutrino não tem carga elétrica. Em contrapartida, enquanto o nêutron tem massa equivalente a 2.000 elétrons, o neutrino não tem massa. Pelo menos, assim dizia a teoria que descreve as partículas elementares da matéria e suas interações, o Modelo Padrão.

A combinação das ausências de carga e de massa faz com que o neutrino interaja apenas raramente com outras partículas, sendo capaz de atravessar paredes de chumbo de quilômetros de espessura sem uma única colisão. Daí o nome "partícula fantasma". No entanto, de uns anos para cá, várias descobertas vêm demolindo a visão simplista dos neutrinos.

Para começar, não existe apenas uma espécie de neutrino, mas três. Cada um está associado a uma partícula da família dos léptons, que inclui o elétron, o múon e o tau. Dizemos, então, que existem seis léptons fundamentais, que incluem o elétron-neutrino, o múon-neutrino e o tau-neutrino. Segundo o Modelo Padrão, nenhum dos três tipos tem massa.

O problema é que, caso isso seja verdade, nossas teorias sobre como brilha o Sol estão profundamente equivocadas. Desde os anos 60, experimentos vêm detectando o número de neutrinos provenientes do interior do Sol que viajam até a Terra. E o número de neutrinos detectados aqui é bem menor do que aquele previsto pela teoria. Portanto, das duas uma: ou nossas teorias sobre a fusão nuclear no Sol estão erradas, ou devemos modificar nossas idéias sobre neutrinos.

Uma das explicações propostas para justificar o déficit de neutrinos supõe que, durante sua longa viagem até aqui (150 milhões de quilômetros), eles possam transmutar-se uns nos outros: um elétron-neutrino poderia se transformar em um múon-neutrino, ou em um tau-neutrino etc. Até 1999, ficava difícil testar o efeito diretamente através dos neutrinos solares, embora já houvesse evidência sugerindo que o efeito é verdadeiro.

A situação mudou com a construção do Observatório de Neutrinos de Sudbury (SNO), situado a 2.000 metros de profundidade numa mina de níquel ainda ativa em Ontário, no Canadá. É interessante que o nome dessa instalação seja "observatório", mesmo sendo subterrânea. Mas esse é o único modo de isolar as colisões causadas por neutrinos que atravessam a Terra sem problemas de outras partículas que poderiam mascarar o seu sinal. E não devemos esquecer que as partículas estão vindo do Sol.

Os resultados das observações realizadas em Sudbury oferecem a primeira confirmação direta do fenômeno da oscilação dos neutrinos provenientes do Sol. Os resultados foram obtidos comparando dois experimentos, um sensível apenas ao elétron-neutrino e o outro sensível a todos os tipos de neutrino. Mostrou-se que o número de elétron-neutrinos detectados em um intervalo de tempo fixo é menor do que o número incluindo todos os tipos.

A conclusão é que as oscilações estão mesmo ocorrendo entre o Sol e a Terra, diminuindo o número de elétron-neutrinos detectados. O interessante é que a oscilação só é possível se os neutrinos tiverem massa. Caso os resultados sejam confirmados (o que é muito provável), teremos de rever o Modelo Padrão e o seu tratamento dos três neutrinos.

Esse resultado é um excelente exemplo de como funciona a ciência. Teorias são construídas com base em certas suposições que devem ser passíveis de confirmação ou refutação experimental. São os experimentos que têm a última palavra, não as teorias, por mais elegantes que elas sejam. Ao cientista cabe a humildade de aceitar a limitação de suas teorias e hipóteses, perante a criatividade da natureza. E o orgulho de poder decifrá-la, mesmo que através de caminhos tortuosos.

A revolução nanotecnológica

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Em sua tese de doutorado, Albert Einstein estimou a dimensão de uma molécula de açúcar. Usando dados experimentais sobre a difusão do açúcar em água, ele mostrou que cada molécula tem o diâmetro aproximado de um nanômetro, ou seja, um bilionésimo de metro. Essa escala de comprimento define, a grosso modo, uma fronteira fundamental na estrutura da matéria: estruturas maiores são essencialmente clássicas, isto é, descritas pelas leis da física clássica. Já estruturas menores são descritas pela mecânica quântica, desenvolvida durante as primeiras décadas do século 20 para descrever o comportamento de moléculas, átomos e partículas subatômicas.

Existem diferenças fundamentais e ainda misteriosas entre o comportamento de estruturas clássicas e quânticas. Por exemplo, é impossível determinarmos conjuntamente a posição e a velocidade de um elétron orbitando um núcleo atômico com grande precisão. Ou seja, quanto maior for a precisão da medida de sua posição, menor será a precisão da medida de sua velocidade. Esse fato, conhecido como Princípio de Incerteza, vem da íntima relação entre o ato de observar e o observado. No caso do elétron, para que possamos vê-lo, devemos interagir com ele, por exemplo, através de uma onda eletromagnética. Essa interação acaba dando um "empurrão" no elétron, alterando a sua posição.

De certa forma, o limite quântico é também um limite tecnológico. Podemos imaginar, como o fez o grande físico americano Richard Feynman em 1959, que seja possível construirmos máquinas com dimensões moleculares, ou nanomáquinas. Mas nada menor do que isso. Essa especulação de Feynman inspirou toda uma geração de físicos e engenheiros, que vem trabalhando ferozmente para transformá-la em realidade. A julgar pela quantidade de fundos dirigidos para a pesquisa em nanotecnologia, US$ 422 milhões nos EUA e US$ 835 milhões no resto do mundo só este ano, a revolução nanotecnológica está de vento em popa. Várias descobertas sensacionais vêm promovendo o entusiasmo cada vez maior dos cientistas e das agências financiadoras de pesquisa. Cientistas da IBM e de vários outros laboratórios de pesquisa conseguiram manipular átomos individualmente, rearranjando-os em padrões pré-determinados. Um dos caminhos a serem traçados é a substituição dos circuitos à base de silício por nanoestruturas. Outro é a utilização da nanotecnologia em biologia -materiais semicondutores de apenas alguns nanômetros já estão sendo usados para monitorar a atividade eletroquímica no interior de células. E as promessas para o futuro são ainda mais impressionantes.

Podemos imaginar que no futuro não muito distante será possível criar nanorrobôs capazes de efetuar obras de engenharia em escala atômica. Tudo o que preciso é suprir os robôs com os átomos necessários, uma fonte de energia e uma sequência de instruções.

Imagine que cada nanorrobô consista de 1 bilhão de átomos arranjados em uma estrutura extremamente complexa. Como ele atua em escalas muito pequenas, é possível que ele manipule outro bilhão de átomos por segundo, construindo uma nanomáquina qualquer -e por que não uma cópia exata de si mesmo? Ou seja, podemos imaginar nanorrobôs que possam se auto-replicar em apenas um segundo. Passados 60 segundos, um exército de em torno de um bilhão de bilhões de nanorrobôs teria sido criado. Ele poderia ser instruído para produzir CDs ou construir aviões, um grande avanço para a humanidade. Mas como eles seriam controlados? E se algo desse errado e alguém construísse nanorrobôs malignos, capazes de nos atacar, como parasitas? Em uma visão bem negra, o planeta inteiro terminaria coberto por essas máquinas, como por um enxame de abelhas.

Felizmente, problemas fundamentais podem impedir que nanorrobôs auto-replicáveis venham a existir, um deles sendo a própria escala em que eles operam. Como promover ligações entre dois átomos requer tremendo controle não só dos dois átomos, mas, também, de outros vizinhos, fica difícil criarmos um nanorrobô com braços suficientes para manter a ordem local. Afinal, os braços também são feitos de átomos e simplesmente não cabem no espaço disponível. Se a revolução nanotecnológica acontecer, provavelmente não será devido a esses nanorrobôs, mas talvez a outros, consideravelmente mais benignos.

Religião, ciência e terror

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É inevitável, após os terríveis acontecimentos do dia 11 de setembro, não refletir sobre suas causas e consequências. Meu plano original para a coluna de hoje, escrita dois dias após o incidente, era discutir as explosões mais violentas que ocorrem no Universo, conhecidas como explosões de raios gama. Aparentemente (não sabemos ainda ao certo), elas estão ligadas ao colapso de objetos estelares gigantescos. Especula-se que essas explosões, de uma fúria inimaginável, estejam relacionadas com o nascimento de galáxias, que por sua vez contêm milhões ou bilhões de estrelas.
Reaparece aqui uma característica fundamental da natureza, a profunda conexão entre destruição e criação, as duas inseparáveis e complementares. Pelo menos, assim pensava eu até o dia 11 de setembro. Hoje, já penso de uma maneira diferente.

A natureza não cria e destrói, ela transforma. São os homens que criam e destroem, e o fazem com apetite igualmente insaciável. O evento de 11 de setembro, quando dois símbolos da supremacia financeira e militar norte-americana foram alvos de ataques terroristas, me parece uma cruel inversão das cruzadas da Idade Média, quando os cristãos marcharam da Europa até Jerusalém para liberá-la do domínio islâmico. Os "Soldados de Cristo" mataram todos os judeus e muçulmanos que encontraram pela frente, em massacres absolutamente abomináveis. E isso em nome de sua religião, de sua profunda crença de que as suas ações homicidas eram perfeitamente justificadas pelo seu objetivo último, a busca pela redenção no dia do Juízo Final. Para os participantes das cruzadas, ao menos aqueles que não detinham interesses econômicos oportunistas, não havia uma distinção entre a realidade e a fantasia. Suas vidas eram parte do grande drama apocalíptico, que pregava que seu martírio e heroísmo seriam consagrados por toda a eternidade no paraíso.

O mesmo tipo de extremismo religioso leva os terroristas islâmicos a se suicidarem, explodindo bombas e aviões comerciais contra alvos do inimigo, matando milhares de pessoas. A guerra deles, o Jihad, é uma guerra tão santa quanto foram as cruzadas para os católicos da Europa medieval. E igualmente assassina e covarde.

A violência abominável desse evento nos mostra quão pouco nós realmente mudamos nos últimos mil anos. A ciência moderna, que tem apenas quatro séculos, transformou nossa civilização, mas não nosso espírito. Se antes usávamos lanças e espadas para matar, hoje usamos aviões e bombas. Nossa imaturidade como espécie jamais foi tão flagrante como agora. Vejo, tristemente, que os ensinamentos da ciência, que nos revelam de forma tão elegante a sabedoria da natureza, não foram capazes de influenciar e amenizar o extremismo religioso que dita o comportamento de tantos indivíduos, incluindo aqueles que optam por matar em nome de sua crença.

É importante discernirmos ciência como método de estudo do mundo natural dos usos que as pessoas fazem dela. A pesquisa imunológica descobre a cura para inúmeras doenças, mas também pode criar armas de destruição. A energia nuclear pode ser usada de forma responsável ou irresponsável, e assim por diante. Quando falo em ciência, falo do seu método de descoberta, de como nos apropriamos do conhecimento a respeito do mundo natural.

Esse método mostra, antes de mais nada, que ninguém é dono da verdade, que o conhecimento é acumulado a partir de um esforço conjunto, que envolve um trabalho de crítica e reavaliação constante, processo em que a única autoridade é o consenso final. Essa definição mostra que a ciência funciona de modo totalmente oposto ao extremismo religioso, em que a única verdade é baseada num dogma absolutamente rígido e inflexível e o debate é inexistente.

Parece-me que o extremismo religioso é uma forma de escravidão espiritual. Na medida em que toda a revelação deve ser aceita com base na fé, nada resta ao indivíduo senão aceitar passivamente essa "verdade", como um autômato que aceita os comandos de seu programa de computador. A ciência pode não ter todas as respostas, mas ao menos oferece autonomia ao indivíduo, fornecendo os instrumentos de sua liberdade. E, ao fazê-lo, nos ensina também a respeitar a vida e a lutar por sua preservação.

O dilema genético

Estamos todos, cientes ou não, querendo ou não, sendo arrastados pelo turbilhão causado pelas novas descobertas da engenharia genética. Sérias questões éticas, que deveriam ser discutidas por toda a sociedade, ocupam manchetes de jornais e revistas do mundo inteiro, relatando as maravilhas e os perigos da manipulação dos genes. Muitas pessoas encontram-se confusas, vítimas do inevitável sensacionalismo e da propagação de idéias erradas, sem saber como se posicionar perante as várias questões que emergem do agitado debate genético. Gostaria de tocar em alguns dos vários ângulos dessa questão, deixando clara ao leitor ao menos a minha posição.

Primeiro, os alimentos transgênicos. Sem a menor dúvida, engenhar vegetais capazes de sobreviver aos ataques de várias pragas e ainda de produzir bem mais por planta é de grande importância para a humanidade. Imagine como isso não ajudaria no combate a um dos maiores males que nos afligem, a fome. Vejo favoravelmente a manipulação genética da soja, do milho, ou de vários outros alimentos, contanto que eles não comprometam a estabilidade ecológica das regiões onde são produzidos.

Recentemente, cientistas na Universidade de Cornell nos EUA mostraram que larvas da borboleta monarca que se alimentam do pólen de milho transgênico morrem envenenadas. Caso esses resultados sejam confirmados em estudos mais detalhados, temos um sério problema em nossas mãos: um distúrbio no equilíbrio da cadeia alimentar pode ter várias consequências ecológicas, que nem temos hoje como prever. A solução não é proibir os transgênicos, mas exigir um estudo detalhado de seu impacto ecológico antes que sua produção em massa seja iniciada (ou continuada). A natureza é mais frágil do que parece.

A questão ética complica muito quando a aplicação da engenharia genética vai do reino vegetal ao animal. A clonagem de vários animais já é uma realidade: ovelhas, vacas, porcos etc. Não é surpresa alguma que se fale agora na clonagem de humanos. A iniciativa veio de um médico italiano, mas poderia ter vindo de qualquer outro mais interessado no oportunismo do que no código hipocrático. Aparentemente, ele já conseguiu 200 mulheres dispostas a participar do experimento, que poderá se dar até em águas internacionais, para que sejam evitadas as legislações proibitivas de vários países. Espero que o navio jogue tanto que as pipetas usadas durante o procedimento quebrem todas.

Em conversas com vários profissionais da área, ficou claro o desdém que a maioria tem por esse tipo de aplicação. Argumentos baseados em infertilidade não são, a meu ver, relevantes. Se, de fato, todos os métodos de fertilização falharem, que o casal adote uma criança, pois essas em necessidade é que não faltam. Riscos e prováveis consequências da clonagem humana são horrendos demais e não são justificados pelos potenciais benefícios.

Por outro lado, o uso das células-tronco é, a meu ver, mais do que justificado. Essas células, retiradas de blastocistos, embriões com alguns dias de vida, têm a capacidade de se transformar em qualquer célula especializada do corpo. Assim sendo, elas podem substituir células de vários tecidos e órgãos, como coração, pâncreas e sistema nervoso, oferendo a possibilidade de curar um sem-número de doenças, incluindo câncer, doença de Alzheimer, mal de Parkinson, diabetes e defeitos congênitos, entre muitas outras.

O problema é que as células-tronco devem ser retiradas de embriões, que são destruídos no processo. Os críticos argumentam que a destruição dos embriões equivale a assassiná-los, que um embrião é já uma quase-pessoa. Mas eles esquecem que os embriões utilizados como doadores de células-tronco são aqueles rejeitados pelas clínicas de fertilidade, os que não são implantados no útero da mãe. Portanto, eles seriam "destruídos" de qualquer modo, ou congelados e esquecidos. Como negar a possibilidade de restituir a vida a tantos que sofrem, baseando-se na preservação de embriões que serão destruídos? Ao menos, como doadores de suas células-tronco, esses embriões estarão participando de outras vidas, dando nova chance a milhões de doentes mundo afora. A escolha é clara.

Canibalismo galáctico

Nos últimos 20 anos, a astronomia extra-galáctica vem revelando uma série de propriedades inesperadas sobre a distribuição de galáxias no Universo. É incrível que até 1924 não se sabia ao certo se a Via Láctea era a única galáxia no Universo, ou se existiam outras como ela. Usando o telescópio de 100 polegadas (a medida refere-se ao diâmetro do espelho coletor de luz) situado no topo do Monte Wilson, o astrônomo norte-americano Edwin Hubble mostrou que muitas das nebulosas visíveis não eram parte da nossa galáxia, mas sim galáxias tão vastas e complexas quanto a nossa.

Hoje, sabemos que o Universo visível contém centenas de bilhões de galáxias, cada uma delas com centenas de bilhões de estrelas. No mínimo, a vastidão cósmica nos inspira uma profunda humildade: uma espécie inteligente, orbitando uma estrela relativamente medíocre, em uma galáxia que, apesar de belíssima, não tem nada de especial. O que é especial é a nossa capacidade de compreender o cosmo a partir de um planeta insignificante, usando apenas a nossa criatividade, motivada por uma atração irresistível pelo desconhecido.

O famoso filósofo alemão Immanuel Kant foi o primeiro a propor um mecanismo físico para a formação de galáxias. Em um ato de extrema coragem intelectual e profunda intuição, Kant visualizou o nascimento de galáxias a partir da contração gravitacional de gigantes nuvens de gás. A combinação da contração com o movimento de rotação da nuvem gera uma forma achatada, que é típica não só de várias galáxias, mas também de sistemas solares como o nosso, onde as órbitas dos planetas em torno da estrela central localizam-se aproximadamente em um disco, como em uma pizza. Kant especulou que a mesma estrutura hierárquica se repete através do Universo, desde os planetas com suas luas até as galáxias com suas inúmeras estrelas.

No entanto, ainda não sabemos ao certo como nascem as galáxias. Existem duas teorias básicas. Uma diz que galáxias como a Via Láctea nascem da contração de uma única nuvem de gás que vai se achatando aos poucos, de forma semelhante ao que propôs Kant. Uma outra teoria, a mais aceita atualmente, diz que a história de uma galáxia é extremamente rica e variada. Tal qual a história de uma grande cidade através de centenas anos, onde escavações e a comparação de mapas revelam mudanças estruturais e crescimento através da incorporação de subúrbios e cidades-satélite, as galáxias revelam uma grande variação na população e nas propriedades de suas estrelas. O estudo dessas variações indica que uma galáxia com as dimensões da Via Láctea é o resultado da incorporação de várias outras galáxias durante os bilhões de anos de sua existência. Esse fenômeno é conhecido como "canibalismo cósmico", com as galáxias maiores devorando as galáxias menores.

A confirmação observacional dessas teorias de canibalismo cósmico é difícil, mas vem avançando. Mesmo que o Sol e a maioria das estrelas na Via Láctea girem em torno do centro galáctico em órbitas ocupando um disco, outras habitam um halo aproximadamente esférico que circunda o disco. Mais ainda, as estrelas no halo são em geral mais velhas do que as estrelas no disco galáctico, sugerindo a possibilidade de duas épocas de formação da galáxia.

Para complicar as coisas, nos últimos dez anos astrônomos descobriram que as estrelas no halo exibem padrões de comportamento bastante anômalos. Algumas são extremamente jovens, enquanto que outras, embora separadas por enormes distâncias, parecem movimentar-se conjuntamente, como uma esquadrilha de aviões. Até mesmo pequenas galáxias parecem estar "submersas" dentro de nossa galáxia. Finalmente, o disco onde o Sol está não é o único, mas parece ser dividido em três, como uma torta de três camadas.

Essa rica estrutura de nossa galáxia é provavelmente o resultado de uma evolução gradual e não de um processo de formação único, favorecendo as teorias de canibalismo galáctico. Aparentemente, o apetite de nossa galáxia está já bastante satisfeito: medidas de velocidades de estrelas no disco sugerem que a última grande absorção de uma galáxia satélite ocorreu há 12 bilhões de anos, durante a infância galáctica. Mas isso não significa que absorções menores não estejam ainda ocorrendo. Como tudo mais no Universo, nossa galáxia é um projeto contínuo, em constante transformação.

Inteligência artificial segundo Spielberg

Uma das questões teológicas mais conhecidas é: "Se Deus é perfeito, por que sentiu a necessidade de criar Adão e Eva?" A resposta, ou ao menos uma delas, é que Deus criou o homem e a mulher para que eles pudessem amá-lo. Nesse caso, Deus revela uma vaidade um tanto imperfeita e embaraçosa, que dá pano para várias mangas eclesiásticas. Essa pergunta, sem o último comentário, aparece no início do novo filme de Steven Spielberg, "Inteligência Artificial". O ator William Hurt representa o cientista genial que desenvolve um método para codificar emoções em redes neurais implantadas em robôs que são externamente indistinguíveis de seres humanos. Em outras palavras, o filme trata da possibilidade de criarmos máquinas que, para todos os propósitos, se comportam como seres humanos e se assemelham a eles, nossos próprios Adão e Eva.

Se, por um lado, é difícil entender a motivação divina em criar os homens, no nosso caso a motivação é trivial: nós somos seres vaidosos, com uma profunda necessidade de amar e ser amados. E, ainda mais importante, nós somos mortais, e nossa mortalidade é causa de grande sofrimento. De certa forma, a morte é o triunfo final da Natureza sobre a criatividade humana -a menos que, claro, a ciência possa driblar a morte.

Esse é, essencialmente, o tema do filme de Spielberg. As máquinas que amam e sonham criadas pelo cientista são cópias idênticas de seu filho já falecido. Se não nos é possível perpetuar a vida, podemos ao menos imitá-la. O problema é que o cientista se esqueceu de um detalhe fundamental: as máquinas que amam e sonham são essencialmente imortais, condenadas a sofrer a perda dos entes amados para sempre. Na ânsia de amenizar a dor de sua perda, o cientista egoísta condena a sua criação a sofrer da mesma dor. E sem o alívio que vem com a morte.

O filme nos alerta para vários perigos futuros, todos consequência do uso cego e desenfreado da ciência. Grande parte do mundo, em particular as regiões costeiras, jaz submersa pelo aumento do nível do mar provocado pelo efeito estufa; a recriação de Nova York parcialmente sob as águas é tecnicamente espetacular. A narrativa do filme é estruturada como um conto de fadas, traçando as aventuras de um robô-criança capaz de amar e sonhar, cujo maior desejo é, como Pinóquio, tornar-se um menino de verdade.

Conforme fica claro no filme, se os humanos são capazes de criar máquinas que sentem e amam, não é óbvio que eles serão também capazes de amá-las. As máquinas não são vistas como animais de estimação, mas como uma ameaça à hegemonia dos humanos na Terra: afinal, se máquinas imortais e inteligentes podem existir, qual é a vantagem de preservar a espécie humana? A criação pode vir a dominar o criador, suplantando a necessidade de sua existência, numa repetição do tema já abordado em "Frankenstein", escrito no início do século 19. A crise entre criador e criatura surge quando o "monstro" pede ao seu criador por uma companheira. Apavorado com a possibilidade de criar uma raça de monstros que possa suplantar a raça humana, o dr. Frankenstein nega-se a ajudar sua criatura.

Como o cientista no filme de Spielberg, o pobre doutor esqueceu que a solidão é a maior punição da imortalidade.
Estamos ainda longe de criar máquinas capazes de pensar. O cérebro humano não funciona como um computador comum, com uma central única de processamento de dados. A origem do que chamamos de mente, ou de consciência, permanece ainda um mistério. Mas nossa ignorância atual não é uma garantia para o futuro: possivelmente, o desenvolvimento das ciências cognitivas nas próximas décadas, acoplado ao desenvolvimento da capacidade computacional dos microprocessadores, irá criar uma nova geração de máquinas que se aproximarão cada vez mais dos robôs sensíveis de Spielberg.

Mesmo que o filme deixe várias questões em aberto, ele nos convida a uma reflexão sobre o que significa criarmos cópias imortais de nós mesmos. Talvez seja uma boa idéia criarmos máquinas que envelheçam e morram. Caso contrário, nossas criações irão se tornar divinas, imortais e perfeitas. E seremos nós as entidades supérfluas.

Uniformitarianismo versus catastrofismo

Quando eu era garoto, minha família costumava passar os fins de semana em Teresópolis, uma cidade na Serra dos Órgãos, perto do Rio de Janeiro. "Subir a serra" era para mim uma aventura fantástica: a densa mata atlântica circundando os picos dramáticos das várias montanhas, árvores teimando em crescer sobre pedra, tantas vezes desafiando a gravidade em sua audácia. Perto do famoso Dedo de Deus, um imenso paredão aponta verticalmente para o céu, elevando-se por uns 200 metros antes de começar a encurvar-se gradualmente. Numa dessas subidas, eu perguntei ao meu pai, "As montanhas não mudam nunca?" "Claro que sim", ele respondeu, "Mas o tempo para uma montanha passa muito mais devagar do que para nós ou para uma árvore". Passados muitos anos, o paredão continua lá, essencialmente idêntico, decorado por árvores que mudam a cada estação.

Essa visão da transformação gradual da Terra, introduzida por Charles Lyell em 1830, é conhecida como uniformitarianismo. Durante os anos 60 essa visão ganhou ainda mais força com a descoberta da "tectônica de placas", onde geólogos observaram que a crosta terrestre pode ser interpretada como sendo composta por enormes placas continentais flutuando lentamente, como navios à deriva em um mar de fraca correnteza. A velocidade dessas placas é de apenas alguns centímetros por ano, comparável à velocidade de crescimento de suas unhas. Portanto, não só os processos erosivos que esculpem as montanhas como, também, os processos de formação de montanhas e continentes satisfazem ao gradualismo proposto por Lyell. Os eventos mais dramáticos ficam restritos a erupções vulcânicas, dilúvios e mudanças climáticas.

Mas a Terra não pode ter sempre gozado de uma existência pacífica, onde tudo ocorre gradualmente. A superfície da Lua e de planetas vizinhos, como Mercúrio e Vênus, é coberta por enormes crateras, cicatrizes de um passado extremamente violento. Durante o seu primeiro bilhão de anos, o Sistema Solar se assemelhava a uma galeria de tiro ao alvo, com a Terra sofrendo intenso bombardeio devido a colisões com asteróides e cometas. Hoje, acredita-se que a própria Lua teria sido arrancada da Terra devido a uma colisão com um protoplaneta de dimensões semelhantes à de Marte. Dentro dessa visão, a infância da Terra não teve nada de gradual ou uniforme, tendo sido pontuada por impactos de dimensões catastróficas.

Vem à mente a imagem de um escultor perante um enorme bloco de pedra. Suas primeiras ações são violentas, retirando grandes pedaços de pedra até que o bloco assuma a estrutura básica da estátua final. A partir daí, o escultor irá detalhar gradualmente o bloco já formado, até que ele chegue à forma desejada. A Terra continuará sempre em formação, visto que as placas continentais permanecem à deriva. Mas a era das transformações catastróficas já terminou. A história da Terra revela uma complementaridade essencial entre o catastrofismo e o uniformitarianismo: o que vemos hoje é produto de ambos processos geológicos, um local e outro nos ligando ao cosmos.

Essa complementaridade pode ser estendida à própria diversificação da vida sobre a Terra. A teoria da evolução de Darwin foi fortemente influenciada pelas idéias de Lyell: as raras mutações que ocorrem nas diversas espécies são ainda mais raramente benéficas à sua sobrevivência. As espécies são extintas gradualmente, por exemplo, devido a mudanças ambientais ou a um desequilíbrio na população entre predador e presa. A evidência dessa extinção gradual é obtida por meio de escavações, onde procura-se por fósseis de uma determinada espécie. Em uma extinção gradual, a abundância dos fósseis diminui aos poucos, e não abruptamente. Porém, o catastrofismo também invadiu a biologia. Hoje, temos evidência de que várias espécies foram extintas subitamente, com seus fósseis desaparecendo misteriosamente após uma certa data. Em muitos casos, incluindo o dos dinossauros, esse desaparecimento foi causado por colisões catastróficas com objetos celestes. Ou seja, mesmo que as colisões tenham sido mais abundantes na infância da Terra, elas ocorreram também em épocas mais recentes. A diversidade da vida, tal como a da geologia do nosso planeta, é consequência da complementaridade entre o uniformitarianismo e o catastrofismo.

Prevendo o destino do cosmo

Todos os dias, milhões (bilhões?) de pessoas lêem o seu horóscopo em jornais e revistas, ansiosos por antecipar os eventos de suas vidas: Será que terei sorte na loteria? No amor? No trabalho? Será que viverei por muitos anos? É extremamente sedutor tentar prognosticar o nosso destino, tentar burlar as surpresas que o tempo nos trará. Esse interesse em prognosticar o futuro não se restringe à nossa vida individual. Se as nossas vidas têm uma duração finita, o que será do cosmo em que vivemos? Afinal, a Terra também tem uma história, com um princípio (há 4,6 bilhões de anos), um meio (a época atual) e um fim (em aproximadamente 5 bilhões de anos, quando o Sol entrar em seus estertores finais).

Apesar do tom pessimista, o fim da Terra não representa necessariamente o fim da espécie humana. Podemos imaginar que, em alguns milhões de anos (ou menos), iremos desenvolver tecnologias capazes de nos transportar para um outro sistema planetário, colonizando outras partes da galáxia do mesmo modo que exploradores do século 16 colonizaram novos continentes. Mas a situação se complica se o Universo entrar em pane. Nos últimos 50 anos, a cosmologia mostrou que o cosmo também tem uma história, com um princípio (há aproximadamente 14 bilhões de anos), um meio (a época atual, em que o Universo contém bilhões de galáxias e, no mínimo, uma espécie inteligente) e um fim. E, se o Universo inteiro desaparecer, realmente estaremos encurralados pelo fim do tempo. A menos, claro, que descubramos passagens para outros universos, o que no momento viola várias leis da física. Deixando de lado tal possibilidade, a questão do fim do cosmo se torna extremamente importante: o que diz a cosmologia a respeito?

Até 1998, a resposta era imediata: o destino do Universo depende da quantidade de matéria que ele possui. A física que descreve a evolução do Universo é ditada pela teoria da relatividade geral, de Einstein. Para tornar as coisas mais simples, uma excelente analogia pode ser feita entre o destino cósmico e um foguete escapando da gravidade terrestre. No caso do foguete, duas forças estão em jogo: a gravidade terrestre atrai o foguete, dificultando o seu escape (e o foguete atrai a Terra de volta, sem muitos resultados), e as turbinas do foguete o impulsionam em direção ao espaço.

Quanto mais potente for o foguete, maior a altura que ele alcançará. No final, o foguete atingirá uma velocidade suficiente para escapar da gravidade terrestre. Essa velocidade é conhecida como "velocidade de escape" (a velocidade de escape para a Terra é de 11 quilômetros por segundo). Portanto, existe uma competição entre a gravidade terrestre e a potência das turbinas do foguete.

Voltando ao Universo, a competição é semelhante: a quantidade total de matéria no Universo tende a diminuir sua taxa de expansão, como se o Universo estivesse tentando escapar de sua própria gravidade. Portanto, tudo depende de quanta matéria (e energia, pois, devido à famosa relação E=mc2, não podemos separar as duas) existe no Universo. Se o Universo tiver menos matéria do que a sua densidade crítica (a densidade de "escape"), sua gravidade não será suficiente para reverter a sua expansão em contração. Caso contrário, o Universo entrará em uma fase de contração que terminará em seu colapso final. O desafio é então "medir" a quantidade de matéria no Universo e compará-la com a densidade crítica. Mas, em 1998, tudo mudou.

Astrônomos descobriram que o Universo está passando por uma fase em que a sua expansão está sendo acelerada. Essa aceleração não cabe no modelo simples do Universo escapando da própria gravidade. Para que o Universo esteja acelerando, um outro ingrediente é necessário, uma espécie de antigravidade, conhecida como constante cosmológica.

A presença da constante cosmológica complica as previsões do destino do Universo baseadas apenas em sua quantidade de matéria. Por exemplo, é perfeitamente possível que o Universo tenha densidade acima da crítica, sem jamais entrar em colapso. Para piorar, não basta medirmos o valor atual da constante cosmológica. E se ele mudar no futuro, por exemplo, indo a zero? Caso a aceleração cósmica seja confirmada, será difícil (se não impossível) prevermos o destino do cosmo. Teremos de aprender a viver com essa incerteza.

Os cinco eclipses mais importantes da história

O primeiro eclipse total do Sol do novo milênio ocorreu no dia 21 de junho passado. Apenas aqueles que se encontravam dentro de uma faixa varrende oeste a leste o cone sul da África tiveram o privilégio de assistir ao vivo um dos espetáculos mais emocionantes da natureza. Tal como no eclipse de agosto de 1999, eu acompanhei um grupo de ex-alunos do Dartmouth College, a universidade onde leciono nos EUA, misturando turismo com aulas de astronomia. No nosso navio, posicionado a oeste de Madagascar, estavam também grupos da Universidade Harvard e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, cada um deles com o seu professor. A coluna de hoje foi inspirada por uma das palestras proferidas por Owen Gingerich, um famoso historiador da ciência e o responsável pelo grupo de Harvard.

O tema da palestra de Gingerich era "Os cinco eclipses mais importantes da história". Claro, a escolha dos "cinco mais" tem uma grande dose de arbitrariedade. De qualquer forma, os cinco eclipses selecionados tiveram mesmo um papel muito importante no desenvolvimento da astronomia. O primeiro ocorreu no dia 28 de maio de 585 a.C. Supostamente, esse eclipse teria sido "previsto" pelo grego Tales de Mileto, considerado por muitos, inclusive o grande Aristóteles, como o primeiro dos filósofos ocidentais. O ponto crucial aqui não é o eclipse, mas sua previsão. Antes de Tales, os fenômenos naturais eram atribuídos a ações divinas e não a fatores compreensíveis racionalmente. Os céus passaram a ser acessíveis à razão, inaugurando nova era do pensamento humano.

Saltando mais de 2.000 anos de história, o segundo eclipse da lista ocorreu no dia 18 de julho de 1860. Esse foi o primeiro eclipse a ser fotografado -e o casamento entre a astronomia e a fotografia é um dos mais felizes da história da ciência. As fotos facilitaram a descoberta de que os jatos de gás incandescente conhecidos como proeminências surgem da superfície solar e não externamente a ela, conforme se acreditava na época. No dia 18 de agosto de 1868, durante o terceiro eclipse da lista, um espectroscópio revelou, pela primeira vez, a composição química dos gases presentes nas proeminências. Em 1859, os alemães Bunsen e Kirchhoff haviam demonstrado que cada elemento químico tem o seu próprio espectro de emissão de luz, obtido quando uma amostra do elemento é aquecida a ponto de emitir radiação. O espectro das proeminências solares revelou claramente as linhas vermelhas, verdes e azuis do hidrogênio. Mas o espectro também revelou a presença de linhas amarelas que não correspondiam a qualquer elemento encontrado na Terra até então. Esse "novo" elemento foi chamado de hélio, em homenagem ao deus grego ligado ao movimento do Sol pelos céus.

O quarto eclipse da lista ocorreu no dia 7 de agosto de 1869. Dessa vez, fotografou-se o espectro da coroa, a região externa ao disco solar, cuja beleza translúcida é apenas visível durante eclipses totais ou quando o disco solar é artificialmente obscurecido. Vários elementos foram identificados, incluindo o hélio e um outro elemento misterioso, que ficou conhecido como "coroneum". Apenas no século 20 ficou claro que o elemento "coroneum" não era um novo elemento químico presente apenas na coroa solar, mas sim o elemento ferro altamente ionizado.

Um elemento ionizado tem um ou mais de seus elétrons retirados de seu átomo. No caso do "coroneum", metade dos elétrons dos átomos de ferro foi arrancada. Com isso, astrônomos concluíram que a coroa não só é extremamente tênue -os átomos de ferro não conseguem resgatar novos elétrons para voltar ao seu estado não-ionizado- mas que ela também goza de temperaturas altas o suficiente para promover as colisões responsáveis pela dramática ionização dos átomos de ferro. Ainda não se sabe ao certo por que razão a coroa apresenta temperaturas tão altas.

O último dos eclipses da lista ocorreu em 1919, varrendo uma faixa entre o Ceará e a Guiné, na costa oeste da África. Astrônomos confirmaram que a força da gravidade pode ser interpretada como a curvatura do espaço em torno de um corpo maciço, conforme previu Einstein. Ao passar junto ao Sol, a luz proveniente das estrelas é desviada de sua trajetória retilínea. A curvatura do espaço é revelada durante um eclipse, modificando profundamente nossa percepção do Universo onde vivemos.

A nova super-rede

O desenvolvimento dos computadores nos últimos 15 anos vem modificando profundamente a pesquisa científica nas áreas mais variadas, da cosmologia até a geologia e a genética. Eu me lembro, quando ainda era estudante de doutorado em meados dos anos 80, da dificuldade que era rodar um programa relativamente simples. Primeiro, era preciso ir ao prédio onde estavam os terminais de acesso aos computadores (caso não fosse necessária a leitura de cartões).

Depois, era longa a espera até que o pequeno processador calculasse as derivadas de que precisava para resolver a minha equação. Finalmente, eu tinha de esperar os resultados serem impressos na impressora central e ficar na fila para recebê-los. Era possível fazer um gráfico das soluções, mas a tecnologia existemnte era bastante primitiva. Para a maioria das pessoas, criar uma animação das soluções era coisa de ficção científica.

As ciências físicas baseiam-se em modelos matemáticos usados na descrição dos fenômenos naturais. Muitas vezes essa descrição envolve equações que não podem ser resolvidas "à mão", isto é, não é possível encontrar soluções dessas equações em termos de funções matemáticas comuns, como o seno ou o logaritmo. Em outros casos, temos de resolver muitas equações ao mesmo tempo, o que seria humanamente impossível. É aqui que residem as mais importantes aplicações dos computadores nas ciências físicas: o que não podemos resolver à mão, resolvemos numericamente, por meio de cálculos aproximados realizados em computadores. Claro, quanto mais complicada a equação (ou equações), mais poderoso deve ser o computador. Por exemplo, hoje sabemos que as galáxias não estão distribuídas pelo cosmo ao acaso, mas sim respeitando uma estrutura extremamente complexa. Uma imagem útil na descrição da distribuição de galáxias é a de um banho de espuma. As galáxias estão distribuídas na superfície das bolhas, enquanto seu interior é essencialmente vazio. Usando a lei da gravitação, é possível simularmos a distribuição de galáxias observada por astrônomos, testando assim as teorias de formação da estrutura cósmica. Para isso são usados os computadores mais poderosos do mundo, capazes de resolver mais de 258 milhões de equações conjuntamente, com 512 processadores em paralelo.

Em cálculos dessa natureza, quanto maior o número de processadores, melhor. É aqui que entra a idéia da "super-rede": por todo o mundo, milhões de computadores passam uma enorme parte de seu tempo em hibernação, esperando por novos cálculos ou tarefas. Por que não criar uma super-rede, capaz de identificar quais computadores estão sendo subutilizados, integrando-os em cálculos feitos em outros computadores? Como um gigantesco polvo estendendo seus tentáculos, a super-rede otimizaria o uso dos computadores, conectando máquinas em Pequim e São Paulo para realizar os cálculos de um meteorologista russo ou de um geólogo australiano.

Tal como com o desenvolvimento da internet, são os físicos que vêm tentando desenvolver programas capazes de reconhecer quais nódulos na super-rede são utilizáveis em um dado momento e como integrá-los nos cálculos, oferecendo ao mesmo tempo uma interface que torna a sua utilização relativamente fácil. Por exemplo, os programas sendo testados atualmente decidem por si só como otimizar a distribuição das tarefas entre os vários nódulos. Essas incluem não só a resolução de equações em simulações, mas, também, a análise de enormes quantidades de dados. Como um outro exemplo, experimentos envolvendo colisões de partículas elementares a altas energias produzem milhares de trilhões de bits de dados por ano, cujas análises mais primárias necessitam de 20 trilhões de operações por segundo. O computador mais veloz atualmente pode processar "apenas" 3 trilhões de dados por segundo. O apetite por maiores velocidades de processamento e armazenamento de dados só tende a crescer.

Dois problemas essenciais com a super-rede são a fidelidade e a rapidez na transmissão de informação, além da segurança. Como um gigantesco animal cibernético, é importante que a super-rede tenha excelentes sistemas cardiovascular (para o fluxo de informação) e imunológico (na defesa contra um vírus). Caso contrário, a super-rede será a Torre de Babel da era da informática.

O Universo em transição

Durante o século 20, nossa concepção do Universo mudou profundamente. De um Universo estático, proposto por Einstein em 1917, passamos a um Universo em expansão, onde galáxias afastam-se umas das outras com velocidades proporcionais à sua distância. Quanto mais longe a galáxia, maior a sua velocidade de "recessão". Até 1924, não se sabia ao certo se a Via Láctea era a única galáxia ou se outras nebulosas visíveis com telescópios também o eram. Hoje sabemos que a Via Láctea é apenas uma entre centenas de bilhões de galáxias, cada uma com centenas de bilhões de estrelas. É extremamente difícil concebermos a grandiosidade do Universo a partir de nossa limitada percepção terrestre. Mas é justamente esse o objetivo da astronomia e da cosmologia.

Sabemos também que o Universo em que vivemos surgiu há cerca de 14 bilhões de anos. Não sabemos ao certo os detalhes dessa origem: nossas leis não se aplicam às condições brutais de temperatura e pressão que reinavam nos primeiros instantes de existência do cosmo. A verdade é que não é necessário que saibamos os detalhes do nascimento do Universo para descrevermos o que aconteceu durante a sua infância. Claro, nossa descrição seria mais completa se soubéssemos esses detalhes, e muitas das dúvidas que temos hoje seriam resolvidas. Porém, podemos perfeitamente deixar de lado a questão da origem e investigar o que ocorreu no Universo durante os seus primeiros momentos de existência. Os detalhes do parto são importantes, mas não são fundamentais.

Quando o astrofísico George Gamow propôs o modelo do Big Bang, durante a década de 1940, ele supôs que o Universo primordial fosse composto de uma sopa de partículas elementares, os tijolos fundamentais da matéria. Na época, esses tijolos consistiam de prótons, nêutrons, elétrons -as partículas que compõem os átomos-, mais os fótons -as partículas da radiação eletromagnética- e os neutrinos, partículas sem massa que participam de processos radioativos. O que Gamow não se perguntou foi de onde vinham essas partículas. Segundo as leis da mecânica quântica, a parte da física que estuda os átomos e as partículas subatômicas, cada partícula deveria ser acompanhada de sua antipartícula, que é essencialmente idêntica a ela, mas com carga elétrica oposta (além de outras propriedades menos importantes). O pósitron, a antipartícula do elétron, tem carga positiva; o antipróton, a antipartícula do próton, tem carga negativa.

O problema é que, segundo a mecânica quântica, partículas e antipartículas deveriam aparecer em pé de igualdade. Mas sabemos que isso não ocorre: quando partículas encontram suas antipartículas, ambas se desintegram em radiação. Nesse caso, não existiriam seres vivos se perguntando sobre a sua origem. Por que existe mais matéria do que antimatéria? Essa é uma das perguntas mais importantes da física moderna.

Uma das possibilidades é que as forças que regem as interações entre as partículas de matéria favoreçam a produção de matéria sobre a de antimatéria. Em particular, segundo as teorias atuais, duas delas, a força eletromagnética e a força nuclear fraca, comportam-se de forma semelhante em altas temperaturas. Ou seja, elas se comportam como uma única força, a força "eletrofraca". No Universo primordial, as altas temperaturas eram ideais para a unificação das duas forças. Com a expansão, a temperatura cai e as forças passam a se comportar de forma distinta. É nesse processo de separação da força eletrofraca nas forças fraca e eletromagnética que o excesso de matéria sobre antimatéria pode ocorrer.

Quando vapor d'água é resfriado rapidamente, vemos a condensação de gotas de água líquida. Imagine que, no Universo primordial, a força eletrofraca correspondesse à fase de vapor e as forças já separadas correspondessem à fase líquida. Com o resfriamento do Universo, bolhas da fase líquida aparecem no interior do vapor. No vapor, matéria e antimatéria coexistem, mas é possível criar mais matéria do que antimatéria. Dentro das bolhas isso já não é possível. A parede da bolha funciona como uma espécie de filtro, através do qual entra mais matéria do que antimatéria. Segundo as teorias atuais, esse excesso tornou possível a existência de galáxias, estrelas, planetas e gente, tudo isso herança de um Universo em transição.

O aquecimento global

O aquecimento global é um fenômeno concreto e poderá ter consequências extremamente sérias, tanto para a sociedade quanto para o equilíbrio ecológico do planeta, até o final deste século. Essa foi a conclusão de relatório publicado no início de junho pela Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos. O relatório foi encomendado pela administração do presidente George W. Bush, cujas políticas ambientais vêm sofrendo fortes críticas no mundo inteiro. E com razão. Bush e seus assessores reverteram várias das políticas implementadas pelo governo de Bill Clinton e Al Gore, incluindo a rejeição do Protocolo de Kyoto, que visa limitar a emissão de gases produzidos pela queima de combustíveis fósseis, principalmente o gás carbônico, CO2. Considerando que os EUA emitem em torno de 25% do CO2 lançado na atmosfera, a decisão é no mínimo desastrosa e irresponsável. Como justificativa, Bush defende a qualidade de vida dos americanos: "Não posso comprometer minha população, especialmente durante uma crise energética e econômica". Infelizmente, quem paga o pato (e a conta) é o resto do mundo.

Bush faz parte de uma tradição política antiquada, definida pelos interesses dos grandes produtores de petróleo de seu Estado, o Texas. Ele se recusa a enxergar o óbvio: a repercussão global de decisões políticas locais, especialmente no que tange ao balanço ecológico do planeta. Segundo a maioria dos cientistas que pesquisam o impacto ambiental da poluição, os últimos 20 anos foram os mais quentes dos dois últimos séculos, e essa tendência só tende a continuar.
A atmosfera está se transformando, tornando-se cada vez mais impermeável à irradiação de calor de baixo para cima, ou seja, da superfície para o espaço. O efeito é um pouco como um carro estacionado na praia com as janelas fechadas: o calor solar entra, mas não sai por completo. E, tal como em um carro, mesmo após as portas serem abertas, a temperatura não cai imediatamente. A reversão do aquecimento global, supondo que, de fato, novas políticas de controle da emissão de gases sejam implementadas em breve por todas as nações industrializadas, levaria décadas.

O aquecimento será pior nas altas latitudes e nas regiões áridas. E o gás carbônico, apesar de ser o principal responsável, não é o único. Outros gases, como metano, ozônio (aquela nebulosidade amarelada que vemos pairando sobre as cidades grandes), óxido nitroso (responsável pela chuva ácida) e os clorofluorocarbonos também contribuem. Por que os cientistas não conseguem convencer os líderes políticos da seriedade da situação? A resposta está relacionada, em parte, com a dificuldade de provar em definitivo o papel dos gases em suspensão na atmosfera no aumento gradativo das temperaturas globais. A temperatura média da Terra oscila devido a vários fatores, incluindo a atividade solar. Os dados não mentem: a temperatura está, de fato, aumentando. Mas concluir que esse aumento se deve exclusivamente à poluição industrial é difícil e deixa espaço para interpretações contraditórias.

São essas interpretações que servem aos grupos de interesse dos industriais e dos produtores de combustíveis fósseis (carvão, petróleo, gás natural), que não têm a menor intenção de arcar com as despesas envolvidas no controle da emissão de gases. A economia vai de encontro à consciência ambiental e à responsabilidade global dos líderes políticos e dos grandes industriais.
Como costumo afirmar, nosso planeta é finito: ele tem uma quantidade finita de matéria-prima e uma capacidade limitada de reciclar os dejetos que abandonamos em sua atmosfera, superfície e em seus oceanos. Seria errôneo acreditar que a situação atual não representa um problema para nós e para as gerações futuras. Infelizmente, como vimos com a nossa própria crise energética, líderes políticos tendem a responder apenas quando a situação torna-se insustentável. E, em geral, quem sofre é a população, que precisa fazer sacrifícios. Mas o aquecimento global não é equivalente a um "apagão". As consequências são mais sérias, desde a erosão do litoral e a consequente destruição das comunidades costeiras, devido ao aumento do nível do mar, até a proliferação de novas pestes e doenças infecciosas. Planejar o futuro é condição fundamental para a preservação da nossa qualidade de vida. E o futuro já chegou.

Dualismo solar

O Sol é a nossa fonte de vida: precisamos do seu calor, da sua luz, da sua gravidade. Mas, como sabemos muito bem,qualquer coisa em exagero faz mal. Muito calor, muita luz, muita gravidade e poderemos dizer adeus à vida aqui na Terra. Apesar de seu aspecto pacato e confiável, o Sol é uma gigantesca usina de fusão nuclear.

A temperatura em sua superfície é de 6.000C e, em seu interior, ela pode chegar a 15.000.000C. A quantidade de energia radiativa gerada pelo Sol por segundo é de 4 X 1026 (4 seguido de 26 zeros) Watts, equivalente a 100 bilhões de bombas nucleares de um megaton cada. Compare essa luminosidade com a de sua lâmpada na sala de jantar, de talvez 100 Watts. É claro que uma existência com tanta dramaticidade não pode ser muito pacata ou estável. O Sol muda com o tempo, e nós iremos sofrer as consequências dessas mudanças. A menos que possamos nos proteger.

Como qualquer estrela, o Sol tem uma história, com princípio, meio e fim. No momento, estamos no meio da história: o Sol, com aproximadamente 5 bilhões de anos, está na metade de sua vida. Esse período relativamente estável, onde a estrela gera energia fundindo núcleos de hidrogênio em hélio, é conhecido como sequência principal. Em 5 bilhões de anos, o Sol esgotará o hidrogênio em sua região central e sairá da sequência principal. Infelizmente, bem antes disso, variações em sua luminosidade - a quantidade total de energia gerada pelo Sol por segundo- terão seríssimas consequências para a preservação da vida na Terra.Desde a sua formação, há cerca de 5 bilhões de anos, a luminosidade do Sol aumentou entre 30% e 40%.

No próximo bilhão de anos, ela aumentará mais 10%, o suficiente para destruir a vida na superfície da Terra. Sem dúvida, 1 bilhão de anos é um intervalo enorme de tempo, especialmente se nos lembrarmos que os primeiros hominídeos apareceram há menos de 10 milhões de anos. Mas esta situação nos faz refletir sobre a preservação da vida na Terra, na preservação de tudo que nós construímos no intervalo de apenas 10 mil anos, que marca o início da civilização.

Supondo que nós seremos sábios o suficiente para sobreviver à nós mesmos, uma enorme suposição no momento, o que os nossos descendentes poderiam fazer para escapar da ira solar?Uma possibilidade é nos afastarmos do Sol. Se o astro começar a nos cozinhar, devemos aumentar a nossa distância orbital. Para tal, podemos usar um efeito já bastante conhecido das sondas espaciais, a catapulta gravitacional. A idéia é semelhante ao que uma criança faz em um balanço, mexendo as pernas em um movimento de vaivém, sempre no ponto mais longe da vertical.

Esse movimento impulsiona o balanço, fazendo com que ele ganhe altura. Uma sonda espacial passando perto de um planeta também pode receber uma espécie de empurrão, causado pela gravidade do planeta. Com isso, a sonda é acelerada sem ter de gastar combustível, podendo alcançar distâncias maiores.Segundo a Terceira Lei de Movimento de Newton, a cada ação corresponde uma reação. Portanto, o planeta também ganha um empurrão igual ao da sonda (no sentido contrário).

Só que, como a massa do planeta é muito maior do que a da sonda, o empurrão é desprezível.Imagine se conseguíssemos forçar um asteróide de aproximadamente cem quilômetros de diâmetro e com uma massa em torno de 10 mil trilhões de toneladas a se aproximar da Terra. A idéia seria fazer com que o asteróide passasse perto o suficiente para nos dar um empurrão em direção oposta ao Sol, alongando a nossa órbita. Para tal, a órbita do asteróide deve ser programada de modo que ele voe em direção a Júpiter ou Saturno após passar pela Terra.

Ao chegar ao extremo de sua órbita, o asteróide é relançado em direção à Terra, com a ajuda da gravidade de Júpiter e de turbinas instaladas em sua superfície controladas por controle remoto aqui da Terra. Um grupo de astrônomos da Universidade da Califórnia em Santa Cruz calculou que, se o asteróide passar por aqui a cada 6.000 anos, seremos capazes de nos afastar o suficiente do Sol para preservarmos a vida na Terra até o fim da sequência principal, isto é, por mais 5 bilhões de anos. Parece ficção científica, mas não é. No futuro, será uma questão de vida ou morte.

Os padrões da história humana

Por que a história da humanidade evoluiu de forma tão distinta nos vários continentes nos últimos 13 mil anos? Quais fatores determinaram o domínio das culturas eurasianas sobre as culturas nativas da África e das Américas?

Essas questões são o foco do trabalho do professor de fisiologia americano Jared Diamond, que leciona na Universidade da Califórnia em Los Angeles. Diamond resumiu suas idéias em um livro, "Guns, Germs and Steel", que recebeu o prestigioso prêmio Pulitzer em 1998. Hoje, gostaria de refletir sobre algumas dessas idéias, que acredito serem extremamente importantes no combate a um dos maiores males da sociedade, o racismo.

A questão do racismo não pode ser ignorada. Infelizmente, a noção aparece ao comparar-se o "sucesso", ou melhor, a dominação econômica das culturas européias e do leste asiático sobre as culturas nativas da África e das Américas, que são consideradas mais "primitivas". Ao analisar as causas desse desequilíbrio, Diamond tenta chegar à raiz do problema, mostrando que ele é consequência de diversos fatores, que incluem desde a preponderância das sociedades agrárias e do desenvolvimento de certas tecnologias devido a vantagens geográficas até a distribuição de doenças infecciosas nas várias partes do globo.

Historicamente, os impérios com instrumentos de metal conquistaram ou exterminaram as tribos com instrumentos de pedra. Até o final da última Idade do Gelo, que terminou há cerca de 13 mil anos, todos os humanos em todos os continentes viviam na Idade da Pedra, obtendo sua subsistência a partir da caça e da colheita direta de alimentos nas florestas e nos campos. Por alguma razão, as populações em diferentes continentes desenvolveram-se em ritmos distintos entre 11000 a.C. e 1500 d.C., época que demarca o claro domínio das culturas européias sobre as culturas nativas.

Segundo Diamond, e eu estou de pleno acordo, a resposta não tem nenhuma relação com diferenças de Q.I. entre os vários povos. O único modo de entendermos essas disparidades é examinando os processos que as produziram. Como é que algumas centenas de conquistadores espanhóis dizimaram os impérios inca e asteca, cujas populações eram de dezenas de milhões? O mesmo se deu com os nativos em nosso país e na América do Norte. Os invasores europeus tinham espadas de metal, armas de fogo e cavalos, enquanto que os nativos das Américas tinham apenas armas de madeira e pedra e nenhum animal que pudesse ser usado em combate.

Mas a conquista européia do Novo Mundo não se deu apenas por meio da vantagem militar. Foram as doenças infecciosas, como a varíola e o sarampo, introduzidas pelos europeus, que se espalharam de tribo em tribo, matando em torno de 95% da população nativa do Novo Mundo. Enquanto que na Europa essas doenças eram endêmicas, nas Américas e na África elas atuaram de forma devastadora. O mesmo na Austrália e nas ilhas do Pacífico.

Por que essas diferenças? É claro que as culturas nativas não desenvolveram doenças igualmente devastadoras para os europeus. A maioria das doenças epidêmicas que conhecemos floresceu em áreas de população densa, concentradas em cidades e vilas. Estudos mostram ainda que a maioria dessas doenças evoluiu a partir de doenças semelhantes em animais domésticos, muito mais comuns nas culturas agrárias européias. As culturas nativas tinham um número muito menor de animais domesticáveis.

O mesmo desequilíbrio ocorreu com plantas. O fato de a Eurásia ser geograficamente horizontal, enquanto que as Américas e a África são verticais é também fundamental. Na Eurásia, espécies domesticadas em um local podem facilmente adaptar-se ao leste e ao oeste, sem ter de enfrentar grandes diferenças climáticas. Já nas Américas e na África, o movimento tem de ser norte-sul, o que restringe a mobilidade dos animais e plantas domésticos.

O excesso de comida proveniente da domesticação de animais e plantas favoreceu o desenvolvimento de sociedades agrárias onde o poder era centralizado. Com isso, uma classe de artesãos tornou-se possível, que passou a desenvolver tecnologias e não apenas alimentos. Claro, não podemos ir a fundo aqui. Mas acho que Diamond deu um grande passo na compreensão das disparidades que hoje regem a nossa sociedade: armas de fogo, germes e ferro.