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O grande poeta norte-americano Robert Frost escreveu, no início do século 20, um poema se perguntando sobre o provável fim do mundo: "Alguns dizem que o mundo terminará em fogo / Outros dizem em gelo". Aparentemente, o fim será uma combinação de ambos.
Hoje, os cientistas são os profetas do apocalipse. Novos resultados, ainda um tanto controversos, argumentam que mesmo em planetas propícios à vida, como a Terra, ela só é possível por não mais do que 5 bilhões de anos. Formas de vida complexa, por não mais do que 1,5 bilhão de anos. Ou seja, em algumas centenas de milhões de anos, não poderemos sobreviver aqui. Nossos dias, ao menos aqui na Terra, estão contados.
Toda estrela tem um ciclo de vida cuja duração depende de sua massa: quanto mais maciça a estrela, menor a sua vida. O Sol, sendo uma estrela modesta, viverá bastante, em torno de 10 bilhões de anos. Hoje, tem aproximadamente 5 bilhões, ou seja, está em sua meia-idade.
A produção de energia de uma estrela não ocorre a uma taxa constante, mas varia com o tempo. Pequenas variações na produção de energia (luminosidade) do Sol têm grande impacto na Terra. Em 1 bilhão de anos, a luminosidade será tamanha (10% acima da atual) que os oceanos entrarão em ebulição. Das duas, uma: ou eles serão vaporizados para o espaço (caso o aumento de temperatura seja brusco), ou para a atmosfera, criando um efeito estufa acelerado.
No primeiro caso, a temperatura estaciona em torno de 100C, e a escassez de água será total. No segundo, a temperatura na superfície crescerá tanto que apenas seres unicelulares poderão sobreviver. Em 3 bilhões de anos, nem elas. O futuro da vida na Terra é a imagem inversa de seu passado: segundo alguns pesquisadores, já passamos do auge e estamos em regressão. Cada vez mais formas de vida desaparecerão, até que sobrem apenas as mais simples, as bactérias, que foram também as primeiras.
Antes do fogo virá o gelo. Idades do Gelo, como as que ocorreram no passado, vão ocorrer novamente (do jeito que anda o inverno nos EUA, a impressão é que já estamos em uma). Possivelmente, poderemos sobreviver ao frio, usando várias fontes de energia, incluindo a nuclear e as células de combustível, que convertem hidrogênio e oxigênio em água, liberando energia. Quem sabe será até possível esquiar na serra do Mar?
Essas previsões, embora assustadoras, não têm o intuito de deprimir as pessoas. A lição aqui é entender o quanto é precioso o nosso planeta aquoso e quão curto o intervalo em que podemos viver nele. Estamos praticamente no meio do período em que a existência de formas complexas de vida é possível.
Duas coisas me parecem claras. A primeira, que devemos fazer todo o possível para preservar nosso frágil planeta, de modo a não acelerar ainda mais a sua ruína. Aqueles que acham que tudo isso é besteira, que existem outras questões mais urgentes como a fome, o analfabetismo e guerras inúteis, estão confundindo as bolas. Essas questões são, sem dúvida, cruciais e merecem toda a nossa atenção. Mas uma coisa não exclui a outra. Devemos também pensar no futuro mais distante, na preservação da nossa espécie. Falo aqui da destruição completa da raça humana e da vida na Terra.
O que me leva ao segundo ponto. Em outras colunas, escrevi sobre a possibilidade de colonizarmos a galáxia da mesma forma que colonizamos a Terra. Como a vida aqui se tornará impossível, essa será a única alternativa. Daí a enorme importância do programa espacial.
A China diz que quer ir à Lua. Ótimo, pois ela não é patrimônio norte-americano. Mas temos de ir além, muito além. Temos de achar uma estrela relativamente jovem com outro planeta aquoso girando à sua volta, outra jóia de safira flutuando em algum ponto da galáxia. Mesmo que, a essa altura, todos nós sejamos poeira cósmica, nossos descendentes sobreviverão e poderão contar histórias de um passado distante, quando a humanidade ainda estava engatinhando às escuras pela sua vizinhança cósmica, tentando encontrar o seu destino.
domingo, 23 de março de 2003
domingo, 16 de março de 2003
O ceticismo do cientista
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Volta e meia, leitores me questionam sobre o que lhes parece ser o exagerado -ou pouco razoável- ceticismo do cientista. As abordagens variam. Algumas vezes, acham inconsistente um cientista se dizer ateu quando não pode responder a certas questões básicas, como, por exemplo, a origem do Universo ou da vida. Dizem eles: "Vocês falam do Big Bang, o evento que iniciou tudo. Mas de onde veio a energia que provocou esse evento? Como falar de algo material surgindo do nada, sem a ação de um ser imaterial, isto é, divino?" Outras críticas dizem respeito à descrença em fenômenos paranormais, sobrenaturais, OVNIs e seres extraterrestres, espiritismo etc.
Volta e meia, leitores me questionam sobre o que lhes parece ser o exagerado -ou pouco razoável- ceticismo do cientista. As abordagens variam. Algumas vezes, acham inconsistente um cientista se dizer ateu quando não pode responder a certas questões básicas, como, por exemplo, a origem do Universo ou da vida. Dizem eles: "Vocês falam do Big Bang, o evento que iniciou tudo. Mas de onde veio a energia que provocou esse evento? Como falar de algo material surgindo do nada, sem a ação de um ser imaterial, isto é, divino?" Outras críticas dizem respeito à descrença em fenômenos paranormais, sobrenaturais, OVNIs e seres extraterrestres, espiritismo etc.
Segundo estatísticas recentes feitas pela fundação Gallup nos Estados Unidos, em torno de 50% dos americanos acreditam em percepção extra-sensorial. Mais de 40% acreditam em possessões demoníacas e casas mal-assombradas, e em torno de 30% crêem em clarividência, fantasmas e astrologia. Não conheço estatísticas semelhantes para o Brasil, mas imagino que os números devam ser no mínimo comparáveis.
Sem a menor dúvida, a luta do cético é ingrata; ele estará sempre em minoria. Existem muito mais colunas sobre astrologia do que sobre astronomia ou ciência nos jornais e revistas do Brasil e do mundo. Mas, sem ceticismo, a sociedade estaria fadada a ser controlada por indivíduos oportunistas que se alimentam dessa necessidade muito humana de acreditar. Ela existe para todos não há dúvidas. Mesmo o cético deve acreditar no poder da razão para desvendar os muitos mistérios que existem. A paixão que o alimenta é a mesma do crente, mas direcionada em sentido oposto.
Devido a esse ceticismo, muitas vezes os cientistas (incluindo este que lhes escreve) são acusados de insensibilidade. De jeito nenhum. Eu tenho grande respeito pelos que acreditam. O que me é difícil aceitar é a exploração que existe em torno dessa necessidade, a exploração da fé. Na Índia, por exemplo, recentemente apareceram milhares de "homens-deuses", que se dizem meio deuses, meio gente. No México, funcionários do governo frequentam seminários sobre como usar o poder dos anjos. O Peru está cheio de psíquicos, enquanto na França são aromaterapeutas. Testes em laboratório visando verificar poderes extra-sensoriais invariavelmente falham.
O famoso paranormal israelense Uri Geller, que dobrou garfos na frente de milhões nos anos 70, foi desmascarado como fraudulento. O meu orientador de doutorado na Inglaterra, impressionado com Geller e outros médiuns, montou um laboratório para testar seus poderes. Ele o fez com ótimas intenções, para explorar a origem desses poderes de modo a divulgá-las para o resto da humanidade. Mas falharam todos.
Voltando à questão do Big Bang. A religião não deve existir para tapar os buracos da nossa ignorância. Isso a desmoraliza. É verdade, não podemos ainda explicar de forma satisfatória a origem do Universo. Existem inúmeras hipóteses, mas nenhuma muito convincente. Mesmo se tivéssemos uma explicação científica, sobraria uma outra questão: o que determinou o conjunto das leis físicas que regem este Universo? Por que não um outro? Existe aqui uma confusão sobre qual é a missão da ciência. Ela não se propõe a responder a todas as questões que afligem o ser humano.
A ciência, ou melhor, a descrição científica da natureza, é uma linguagem criada pelos homens (e mulheres) para interpretar o cosmo em que vivemos. Ela não é absoluta, mas está sempre em transição, gradativamente aprimorada pela validação empírica obtida através de observações. A ciência é um processo de descoberta, cuja língua é universal e, ao menos em princípio, profundamente democrática: qualquer pessoa, com qualquer crença religiosa ou afiliação política, de diferentes classes sociais e culturas pode participar desse debate. (Claro, na prática a situação é mais complexa.)
Ela não terá jamais todas as respostas, pois nem sabemos todas as perguntas. O cético prefere viver com a dúvida do que aceitar respostas que não podem ser comprovadas, que são aceitas apenas pela fé. Para ele, o não saber não gera insegurança, mas sim mais apetite pelo saber. Essa talvez seja a lição mais importante da ciência, nos ensinar a viver com a dúvida, a idolatrá-la. Pois, sem ela, o conhecimento não avança.
domingo, 9 de março de 2003
Detectando a matéria escura
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Os recentes resultados do satélite WMAP da Nasa confirmaram que, de fato, 23% da matéria existente no Universo é muito diferente da matéria da qual nós somos feitos. Diferente mesmo. Ela não é formada por átomos com prótons, nêutrons e elétrons. Dos quatro tipos existentes de interação entre partículas de matéria -eletromagnetismo, gravidade, forças nucleares forte e fraca-, ela experimenta apenas a força gravitacional e, talvez, a força nuclear fraca.
Isso significa que é extremamente difícil detectar essa matéria. Por ela não interagir com cargas elétricas (eletromagnetismo), não emite luz. Daí o seu nome, "matéria escura". Em astronomia, sabemos que essa matéria existe apenas devido aos seus efeitos gravitacionais. Várias técnicas observacionais acusam a sua existência: a rotação das galáxias, mais rápida do que se infere a partir da matéria que vemos nelas; a curvatura exagerada dos raios de luz de uma fonte distante, ao passarem perto de uma galáxia ou um aglomerado de galáxias; e outras.
Observações astronômicas fornecem apenas evidência indireta da existência e das propriedades da matéria escura. Para resolver definitivamente esse mistério, é preciso detectar essas partículas aqui na Terra. O problema é como.
Existem teorias alternativas da gravidade que usam modificações da teoria da relatividade de Einstein para acomodar as observações astronômicas. Portanto, caso não seja possível detectar diretamente a matéria escura, essas teorias, mesmo se inelegantes sob vários pontos de vista, não poderiam ser descartadas. Teríamos de aceitar a possibilidade de a matéria escura não existir, e de a força da gravidade ter um comportamento diferente a distâncias galácticas e intergalácticas. Viveríamos em um Universo que permaneceria um mistério.
Existe uma outra possibilidade. Várias teorias da física de partículas elementares, que visa entender a constituição fundamental da matéria, propõem a existência de partículas que ainda não foram detectadas e que seriam excelentes candidatas para a matéria escura. A mais conhecida é chamada de supersimetria.
Deixando de lado os detalhes, ela prevê a existência de novas partículas elementares. De fato, uma para cada partícula elementar que já conhecemos. Em particular, prevê a existência da partícula neutralino, que tem todas as propriedades de uma partícula de matéria escura: é estável e, portanto, não se desintegra em outras partículas mais leves; massa e quantidade previstas na teoria são muito próximas das necessárias para fornecer os 23% de matéria escura do cosmo; interage não só através da gravidade, mas, também, da força nuclear fraca. Essa última propriedade permite sua possível detecção na Terra. O micro poderá resolver um dos mistérios do macro.
Se os cálculos estão corretos, cada metro quadrado de superfície da Terra (incluindo você) é atravessado por um bilhão de partículas de matéria escura por segundo. Isso porque a Terra, com o Sistema Solar, gira em torno do centro da Via Láctea a 220 km/s. Como a galáxia está imersa em um véu de matéria escura, o efeito é como o de correr e sentir o vento sobre a pele. Não sentimos o efeito desse bombardeio porque as partículas nos atravessam como se fôssemos fantasmas. Só muito raramente ocorre uma colisão entre uma partícula de matéria escura e uma de matéria normal. No máximo uma colisão por 10 quilos de matéria por dia. São essas colisões que podem ser detectadas, fornecendo prova (ou não) da existência de partículas de matéria escura. O problema é que, mesmo quando ocorrem, elas são muito fracas.
Existem vários detectores espalhados pelo mundo caçando neutralinos. Em breve, eles serão sensíveis o suficiente para detectar ou não essas partículas. Usando técnicas diversas, eles medem a energia transferida pelo neutralino para um núcleo de matéria comum durante uma colisão. O mistério da matéria escura poderá ser resolvido em menos de uma década, juntamente com a prova da existência de supersimetria. Ou não, nos deixando mais uma vez pasmos perante esse estranho Universo em que vivemos.
Os recentes resultados do satélite WMAP da Nasa confirmaram que, de fato, 23% da matéria existente no Universo é muito diferente da matéria da qual nós somos feitos. Diferente mesmo. Ela não é formada por átomos com prótons, nêutrons e elétrons. Dos quatro tipos existentes de interação entre partículas de matéria -eletromagnetismo, gravidade, forças nucleares forte e fraca-, ela experimenta apenas a força gravitacional e, talvez, a força nuclear fraca.
Isso significa que é extremamente difícil detectar essa matéria. Por ela não interagir com cargas elétricas (eletromagnetismo), não emite luz. Daí o seu nome, "matéria escura". Em astronomia, sabemos que essa matéria existe apenas devido aos seus efeitos gravitacionais. Várias técnicas observacionais acusam a sua existência: a rotação das galáxias, mais rápida do que se infere a partir da matéria que vemos nelas; a curvatura exagerada dos raios de luz de uma fonte distante, ao passarem perto de uma galáxia ou um aglomerado de galáxias; e outras.
Observações astronômicas fornecem apenas evidência indireta da existência e das propriedades da matéria escura. Para resolver definitivamente esse mistério, é preciso detectar essas partículas aqui na Terra. O problema é como.
Existem teorias alternativas da gravidade que usam modificações da teoria da relatividade de Einstein para acomodar as observações astronômicas. Portanto, caso não seja possível detectar diretamente a matéria escura, essas teorias, mesmo se inelegantes sob vários pontos de vista, não poderiam ser descartadas. Teríamos de aceitar a possibilidade de a matéria escura não existir, e de a força da gravidade ter um comportamento diferente a distâncias galácticas e intergalácticas. Viveríamos em um Universo que permaneceria um mistério.
Existe uma outra possibilidade. Várias teorias da física de partículas elementares, que visa entender a constituição fundamental da matéria, propõem a existência de partículas que ainda não foram detectadas e que seriam excelentes candidatas para a matéria escura. A mais conhecida é chamada de supersimetria.
Deixando de lado os detalhes, ela prevê a existência de novas partículas elementares. De fato, uma para cada partícula elementar que já conhecemos. Em particular, prevê a existência da partícula neutralino, que tem todas as propriedades de uma partícula de matéria escura: é estável e, portanto, não se desintegra em outras partículas mais leves; massa e quantidade previstas na teoria são muito próximas das necessárias para fornecer os 23% de matéria escura do cosmo; interage não só através da gravidade, mas, também, da força nuclear fraca. Essa última propriedade permite sua possível detecção na Terra. O micro poderá resolver um dos mistérios do macro.
Se os cálculos estão corretos, cada metro quadrado de superfície da Terra (incluindo você) é atravessado por um bilhão de partículas de matéria escura por segundo. Isso porque a Terra, com o Sistema Solar, gira em torno do centro da Via Láctea a 220 km/s. Como a galáxia está imersa em um véu de matéria escura, o efeito é como o de correr e sentir o vento sobre a pele. Não sentimos o efeito desse bombardeio porque as partículas nos atravessam como se fôssemos fantasmas. Só muito raramente ocorre uma colisão entre uma partícula de matéria escura e uma de matéria normal. No máximo uma colisão por 10 quilos de matéria por dia. São essas colisões que podem ser detectadas, fornecendo prova (ou não) da existência de partículas de matéria escura. O problema é que, mesmo quando ocorrem, elas são muito fracas.
Existem vários detectores espalhados pelo mundo caçando neutralinos. Em breve, eles serão sensíveis o suficiente para detectar ou não essas partículas. Usando técnicas diversas, eles medem a energia transferida pelo neutralino para um núcleo de matéria comum durante uma colisão. O mistério da matéria escura poderá ser resolvido em menos de uma década, juntamente com a prova da existência de supersimetria. Ou não, nos deixando mais uma vez pasmos perante esse estranho Universo em que vivemos.
domingo, 2 de março de 2003
A ciência e a guerra
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Arquimedes, o grande inventor e matemático grego, ajudou ao seu patrono, o rei Hiero de Siracusa, a criar máquinas de guerra que detiveram vários avanços dos poderosos exércitos romanos. Diz-se até, em meio a relatos legendários de origem duvidosa, que ele queimou toda uma armada de navios usando espelhos côncavos gigantescos que focavam a luz do sol. Se não espelhos, ele certamente desenvolveu catapultas as mais variadas e outros instrumentos capazes de lançar bólidos a grandes distâncias. Isso, quase três séculos antes de Cristo. Já estava selado, desde então, o pacto entre a ciência e a guerra. Passados mais de dois mil anos, cá estamos nós, nos defrontando com a ameaça de novos horrores, nascidos dessa inevitável aliança.
Em seu livro "Armas, Germes e Aço", o americano Jared Diamond argumenta convincentemente que o expansionismo europeu se deu, principalmente, devido à detenção de tecnologias de guerra desconhecidas de outras culturas. Essas não envolviam apenas mosquetes e canhões, mas doenças contagiosas que dizimaram cidades e vilarejos inteiros antes da chegada dos canhões. As populações locais não tinham os anticorpos necessários para combatê-las.
Os mesmos princípios desenvolvidos por Arquimedes e por conquistadores europeus ainda estão em uso: se não são catapultas, são mísseis carregando explosivos de grande poder destrutivo, nucleares ou não, ou agentes biológicos e químicos contra os quais não temos defesa. Os países que detêm o controle político são aqueles com as armas mais efetivas, os cinco membros permanentes do Conselho de Segurança da ONU. Não por coincidência, estes países são também os que sustentam maior atividade de pesquisa científica. As exceções são Japão e Alemanha.
Essa aliança entre poder e ciência é inevitável. Como no mito de Prometeu, são os cientistas que roubam o fogo dos deuses, o conhecimento que pode nos tornar tão poderosos quanto eles. De fato, através da história, vários líderes políticos que detinham (e detêm) o controle de poderosas armas e exércitos tinham a sua visão um tanto embaçada pelo poder, se considerando às vezes como divindades, acima das deliberações do resto dos homens. Eles desfilavam (e desfilam) pelo planeta exibindo as suas armas a tiracolo, como troféus.
A ciência, muitas vezes, acaba sendo vista como a culpada disso tudo. "São os cientistas os responsáveis por essas armas, são eles os monstros, manipulados pelos políticos como marionetes", dizem os descontentes. É contra essa visão da ciência e dos cientistas que escrevo hoje. Em primeiro lugar, a ciência em si não cria ou destrói. Somos nós os criadores e destruidores. Somos nós que decidimos o que fazer com as nossas invenções. Ponho criação e destruição lado a lado pois essas duas facetas da ciência são inseparáveis. O que seria da vida moderna sem antibióticos, tecnologias digitais, aviões, carros e tanto mais?
Esquecemos também que somos nós que elegemos os políticos que fazem uso de armas de destruição. Claro, existem exceções, como no caso de ditadores que conquistam o poder à força. Saddam Hussein usou armas químicas sobre os curdos. Mussolini bombardeou populações civis na Etiópia. Hitler, Stálin, Mao, nem se fala. Exemplos não faltam. Mas a verdade é que em democracias também não. Truman autorizou o uso das bombas atômicas em Hiroshima e Nagasaki. Ironicamente, são os americanos, cujos líderes políticos se consideram a polícia do mundo, os que detêm as armas de destruição mais poderosas. E que já as usaram. A decisão do uso ou não de armas de destruição não é tomada por cientistas, mas por políticos. E o ato em si cai nas mãos dos militares.
Esses argumentos não exoneram os cientistas de sua cumplicidade histórica. Seu dever civil é, a meu ver, melhorar as condições de vida da humanidade. Desse pacto inevitavelmente nascem novas tecnologias e novas armas. Não é com a ciência que devemos nos preocupar, mas com a imaturidade do homem, cientista ou não, que não sabe como lidar com o poder que vem roubando dos deuses.
Arquimedes, o grande inventor e matemático grego, ajudou ao seu patrono, o rei Hiero de Siracusa, a criar máquinas de guerra que detiveram vários avanços dos poderosos exércitos romanos. Diz-se até, em meio a relatos legendários de origem duvidosa, que ele queimou toda uma armada de navios usando espelhos côncavos gigantescos que focavam a luz do sol. Se não espelhos, ele certamente desenvolveu catapultas as mais variadas e outros instrumentos capazes de lançar bólidos a grandes distâncias. Isso, quase três séculos antes de Cristo. Já estava selado, desde então, o pacto entre a ciência e a guerra. Passados mais de dois mil anos, cá estamos nós, nos defrontando com a ameaça de novos horrores, nascidos dessa inevitável aliança.
Em seu livro "Armas, Germes e Aço", o americano Jared Diamond argumenta convincentemente que o expansionismo europeu se deu, principalmente, devido à detenção de tecnologias de guerra desconhecidas de outras culturas. Essas não envolviam apenas mosquetes e canhões, mas doenças contagiosas que dizimaram cidades e vilarejos inteiros antes da chegada dos canhões. As populações locais não tinham os anticorpos necessários para combatê-las.
Os mesmos princípios desenvolvidos por Arquimedes e por conquistadores europeus ainda estão em uso: se não são catapultas, são mísseis carregando explosivos de grande poder destrutivo, nucleares ou não, ou agentes biológicos e químicos contra os quais não temos defesa. Os países que detêm o controle político são aqueles com as armas mais efetivas, os cinco membros permanentes do Conselho de Segurança da ONU. Não por coincidência, estes países são também os que sustentam maior atividade de pesquisa científica. As exceções são Japão e Alemanha.
Essa aliança entre poder e ciência é inevitável. Como no mito de Prometeu, são os cientistas que roubam o fogo dos deuses, o conhecimento que pode nos tornar tão poderosos quanto eles. De fato, através da história, vários líderes políticos que detinham (e detêm) o controle de poderosas armas e exércitos tinham a sua visão um tanto embaçada pelo poder, se considerando às vezes como divindades, acima das deliberações do resto dos homens. Eles desfilavam (e desfilam) pelo planeta exibindo as suas armas a tiracolo, como troféus.
A ciência, muitas vezes, acaba sendo vista como a culpada disso tudo. "São os cientistas os responsáveis por essas armas, são eles os monstros, manipulados pelos políticos como marionetes", dizem os descontentes. É contra essa visão da ciência e dos cientistas que escrevo hoje. Em primeiro lugar, a ciência em si não cria ou destrói. Somos nós os criadores e destruidores. Somos nós que decidimos o que fazer com as nossas invenções. Ponho criação e destruição lado a lado pois essas duas facetas da ciência são inseparáveis. O que seria da vida moderna sem antibióticos, tecnologias digitais, aviões, carros e tanto mais?
Esquecemos também que somos nós que elegemos os políticos que fazem uso de armas de destruição. Claro, existem exceções, como no caso de ditadores que conquistam o poder à força. Saddam Hussein usou armas químicas sobre os curdos. Mussolini bombardeou populações civis na Etiópia. Hitler, Stálin, Mao, nem se fala. Exemplos não faltam. Mas a verdade é que em democracias também não. Truman autorizou o uso das bombas atômicas em Hiroshima e Nagasaki. Ironicamente, são os americanos, cujos líderes políticos se consideram a polícia do mundo, os que detêm as armas de destruição mais poderosas. E que já as usaram. A decisão do uso ou não de armas de destruição não é tomada por cientistas, mas por políticos. E o ato em si cai nas mãos dos militares.
Esses argumentos não exoneram os cientistas de sua cumplicidade histórica. Seu dever civil é, a meu ver, melhorar as condições de vida da humanidade. Desse pacto inevitavelmente nascem novas tecnologias e novas armas. Não é com a ciência que devemos nos preocupar, mas com a imaturidade do homem, cientista ou não, que não sabe como lidar com o poder que vem roubando dos deuses.
domingo, 23 de fevereiro de 2003
A primeira luz
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No dia 11 de fevereiro, a agência espacial Nasa anunciou os resultados de sua sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, ou Sonda Wilkinson de Medida da Anisotropia em Microondas), que se tornaram um marco na história da cosmologia moderna.
Seu nome estranho vem do seguinte fato: o Universo se encontra banhado em radiação de microondas proveniente de sua infância. Essa radiação, chamada de radiação de fundo cósmico, prevista pelo russo George Gamow no final da década de 1940 e observada pela primeira vez em meados de 1960, representa um retrato do cosmo apenas algumas centenas de milhares de anos após o Big Bang. Se uma quantidade qualquer medida em direções (ângulos) diversas apresentar variações em seu valor, dizemos que ela é anisotrópica. Por exemplo, um céu com nuvens esparsas é anisotrópico em relação à presença de nuvens: em algumas direções estão presentes, em outras, não.
A sonda WMAP mediu diversas propriedades da radiação de microondas que banha o Universo. Dentre elas, a mais importante é a sua temperatura. É possível associarmos uma temperatura a uma radiação qualquer, seja ela em infravermelho, no visível, em ultravioleta etc. (A da superfície do Sol, amarela, é de 6.000C; a do cosmo, -270C.) Um dos resultados mais importantes da WMAP foi medir as variações de temperatura da radiação de fundo, ou seja, a sua anisotropia: diferentes regiões do cosmo têm diferentes temperaturas, que variam em apenas um milionésimo de grau. Imagine a sofisticação de um instrumento automatizado, a mais de 1 milhão de quilômetros, capaz de mapear variações de um milionésimo de grau nessa radiação.
O primeiro mapa da anisotropia da radiação de fundo foi obtido pela sonda Cobe, em 1992. Mas a WMAP amplia muito sua precisão, fornecendo uma série de detalhes sobre a história do Universo primordial. Para começar, a sua idade: 13,7 bilhões de anos desde o Big Bang. A margem de erro nessa medida é de apenas 200 milhões de anos, ou menos de 2%. Sabemos também quando as primeiras estrelas apareceram, apenas 200 milhões de anos após o "bang". E que a radiação medida surgiu quando o Universo tinha 380 mil anos.
Foi nessa época que elétrons e prótons se juntaram para formar os primeiros átomos de hidrogênio, substância mais abundante no cosmo. Portanto, a radiação é uma fotografia do cosmo quando os primeiros átomos surgiram. As variações na temperatura se dão devido a diferenças na distribuição de matéria: quanto mais matéria numa região, mais energia a radiação tem de gastar para escapar de sua atração gravitacional e sua cor muda (mais vermelha). O resultado é um mapa de manchas variando do vermelho ao violeta. Podemos usá-lo para saber quanta matéria há no Universo.
Segundo a Teoria da Relatividade, não só a matéria, mas a energia também pode atuar gravitacionalmente. Isso é consequência da equivalência entre matéria e energia, bastante famosa. Portanto, ao falarmos da quantidade de matéria no Universo, devemos também incluir contribuições para a sua energia, como por exemplo, a própria radiação de microondas, que não é matéria (não tem massa), mas tem energia.
Eis o balanço total do cosmo: 4% de matéria comum, feita de átomos, como nós; 23% de matéria escura, um tipo de matéria de natureza ainda desconhecida; e 73% de energia escura, uma forma estranha de energia que atua como um tipo de antigravidade. (Não se preocupe, esse efeito só ocorre em escalas cosmológicas, de centenas de milhões de anos-luz.)
Como disse o astrofísico John Bahcal, do Instituto de Estudo Avançado em Princeton, ao comentar os resultados do WMAP: "Nós temos de aprender a entender esse Universo pouco atrativo, meio louco e implausível, pois não temos alternativa". Da matéria que existe, 85% são de um tipo que não conhecemos, e a maior parte da energia do Universo é de uma forma ainda mais bizarra. Medimos quantidades importantes, respondemos certas perguntas, e outras ainda mais desafiadoras surgiram em seu lugar. E tudo isso, ao olharmos para a primeira luz.
No dia 11 de fevereiro, a agência espacial Nasa anunciou os resultados de sua sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, ou Sonda Wilkinson de Medida da Anisotropia em Microondas), que se tornaram um marco na história da cosmologia moderna.
Seu nome estranho vem do seguinte fato: o Universo se encontra banhado em radiação de microondas proveniente de sua infância. Essa radiação, chamada de radiação de fundo cósmico, prevista pelo russo George Gamow no final da década de 1940 e observada pela primeira vez em meados de 1960, representa um retrato do cosmo apenas algumas centenas de milhares de anos após o Big Bang. Se uma quantidade qualquer medida em direções (ângulos) diversas apresentar variações em seu valor, dizemos que ela é anisotrópica. Por exemplo, um céu com nuvens esparsas é anisotrópico em relação à presença de nuvens: em algumas direções estão presentes, em outras, não.
A sonda WMAP mediu diversas propriedades da radiação de microondas que banha o Universo. Dentre elas, a mais importante é a sua temperatura. É possível associarmos uma temperatura a uma radiação qualquer, seja ela em infravermelho, no visível, em ultravioleta etc. (A da superfície do Sol, amarela, é de 6.000C; a do cosmo, -270C.) Um dos resultados mais importantes da WMAP foi medir as variações de temperatura da radiação de fundo, ou seja, a sua anisotropia: diferentes regiões do cosmo têm diferentes temperaturas, que variam em apenas um milionésimo de grau. Imagine a sofisticação de um instrumento automatizado, a mais de 1 milhão de quilômetros, capaz de mapear variações de um milionésimo de grau nessa radiação.
O primeiro mapa da anisotropia da radiação de fundo foi obtido pela sonda Cobe, em 1992. Mas a WMAP amplia muito sua precisão, fornecendo uma série de detalhes sobre a história do Universo primordial. Para começar, a sua idade: 13,7 bilhões de anos desde o Big Bang. A margem de erro nessa medida é de apenas 200 milhões de anos, ou menos de 2%. Sabemos também quando as primeiras estrelas apareceram, apenas 200 milhões de anos após o "bang". E que a radiação medida surgiu quando o Universo tinha 380 mil anos.
Foi nessa época que elétrons e prótons se juntaram para formar os primeiros átomos de hidrogênio, substância mais abundante no cosmo. Portanto, a radiação é uma fotografia do cosmo quando os primeiros átomos surgiram. As variações na temperatura se dão devido a diferenças na distribuição de matéria: quanto mais matéria numa região, mais energia a radiação tem de gastar para escapar de sua atração gravitacional e sua cor muda (mais vermelha). O resultado é um mapa de manchas variando do vermelho ao violeta. Podemos usá-lo para saber quanta matéria há no Universo.
Segundo a Teoria da Relatividade, não só a matéria, mas a energia também pode atuar gravitacionalmente. Isso é consequência da equivalência entre matéria e energia, bastante famosa. Portanto, ao falarmos da quantidade de matéria no Universo, devemos também incluir contribuições para a sua energia, como por exemplo, a própria radiação de microondas, que não é matéria (não tem massa), mas tem energia.
Eis o balanço total do cosmo: 4% de matéria comum, feita de átomos, como nós; 23% de matéria escura, um tipo de matéria de natureza ainda desconhecida; e 73% de energia escura, uma forma estranha de energia que atua como um tipo de antigravidade. (Não se preocupe, esse efeito só ocorre em escalas cosmológicas, de centenas de milhões de anos-luz.)
Como disse o astrofísico John Bahcal, do Instituto de Estudo Avançado em Princeton, ao comentar os resultados do WMAP: "Nós temos de aprender a entender esse Universo pouco atrativo, meio louco e implausível, pois não temos alternativa". Da matéria que existe, 85% são de um tipo que não conhecemos, e a maior parte da energia do Universo é de uma forma ainda mais bizarra. Medimos quantidades importantes, respondemos certas perguntas, e outras ainda mais desafiadoras surgiram em seu lugar. E tudo isso, ao olharmos para a primeira luz.
domingo, 16 de fevereiro de 2003
O perigo de explorar fronteiras
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Claro, esse desejo não é sempre tão poético, vindo do coração, sendo na maioria das vezes motivado por interesses econômicos, como no caso da exploração do Atlântico nos séculos 15 e 16, e do Pacífico um pouco mais tarde. Mas a verdade é que, ao explorarmos o desconhecido, necessariamente nos expomos a riscos. É impossível prever tudo o que irá ocorrer em novos territórios. Caso contrário, eles não seriam mais novos. O risco faz parte do processo de descoberta, seja ele físico, como no caso dos exploradores marítimos de outrora e dos astronautas de hoje, ou intelectual, como no caso daqueles que têm a ousadia de questionar o status quo, propondo novos modos de interpretar a realidade. A humanidade precisa de ambos os exploradores, nossos heróis das fronteiras do mundo e do pensamento.
O ônibus espacial é a nossa catedral tecnológica, nos levando a novos mundos. Existe mesmo uma dimensão espiritual na exploração do espaço. Nós precisamos entender as nossas origens, o "resto da Criação". (E, acrescentaria, nossa parte também; continuamos perfeitamente ignorantes sobre o nosso comportamento. Por exemplo, não sabemos o que transforma homens perfeitamente razoáveis em assassinos em prol de sua pátria ou fé. A persistência da guerra prova o quanto ainda somos primitivos.) Vista do espaço, a unidade da Terra e de todos os seres que a habitam é indiscutível. Essa é uma das mensagens vindas dos ônibus espaciais e da exploração do espaço como um todo.
A espaçonave atinge velocidades de aproximadamente 30 mil km/h. Quando ela explodiu, sua velocidade era de quase 20 mil km/h. Ela sofre incríveis variações de temperatura, de -100C quando em órbita no espaço até 1.500C ao reentrar na atmosfera. Qualquer tipo de material responde a essas variações, e a maioria sofre fraturas que podem provocar danos estruturais.
No caso do ônibus espacial Challenger, que explodiu em janeiro de 1986, o problema foi no anel que selava os foguetes propulsores, que fraturou ao ser exposto a temperaturas muito baixas. No caso do Columbia, a causa mais provável do desastre, pelo menos até agora, foi a perda das lajes de isolamento que revestiam a sua asa esquerda, protegendo-a contra as drásticas variações de temperatura. Sem elas, a temperatura da asa subiu de modo desproporcional durante a reentrada na atmosfera, tornando impossível a estabilização da espaçonave. O que causou a perda das lajes parece ter sido o impacto com detritos de uma esponja que reveste os foguetes propulsores, que podem ser ejetados durante o lançamento. Ou talvez se descubra que a causa do acidente foi outra.
Por mais dramáticos que sejam esses eventos, é importante lembrar que acidentes irão necessariamente ocorrer ao explorarmos fronteiras. Qualquer máquina ou organismo pode entrar em pane ou ter o seu funcionamento prejudicado por fatores externos. Alguns deles são previsíveis, outros não. O mesmo ocorre com o corpo humano: algumas mortes são previsíveis, outras são uma total surpresa. O desastre do Columbia é, mais uma vez, um lembrete da natureza; somos frágeis e pagaremos um preço pelas nossas explorações. E não conseguimos viver sem elas, seduzidos que somos pelo desconhecido.
domingo, 9 de fevereiro de 2003
Como enxergar o invisível
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Na década de 1930, o astrônomo suíço-americano Fritz Zwicky resolveu medir as velocidades de galáxias agrupadas nos chamados aglomerados, grupos que podem conter de dezenas a milhares de galáxias de massas e formatos diversos. A atração gravitacional das galáxias entre si faz com que elas se comportem como abelhas presas em um saco de papel, incapazes de escapar. Por exemplo, a nossa galáxia, a Via Láctea, faz parte do Grupo Local, que contém 20 galáxias. O aglomerado de Virgem, que se encontra a aproximadamente 60 milhões de anos-luz daqui, contém milhares de galáxias.
A idéia de Zwicky era usar suas medidas de velocidade das galáxias no aglomerado para estimar a sua massa total. Afinal, se a força que está movendo as galáxias é a força gravitacional, suas velocidades dependem da massa total do aglomerado.
No Universo, nem tudo que tem massa brilha. Por aqui mesmo, em nosso Sistema Solar, o único objeto que brilha, isto é, que produz sua própria luz, é o Sol. Planetas, luas e asteróides apenas refletem essa luz. É bem verdade que a massa do Sol é muito maior do que todo o resto do Sistema Solar. E se, no caso das galáxias, essas ilhas de estrelas, ou no dos aglomerados, existisse muito mais massa do que a que podemos ver?
Foi isso que sugeriu Zwicky. Suas medidas eram compatíveis com a existência de muito mais massa nos aglomerados do que a soma das massas das galáxias: os aglomerados estavam cheios de massa invisível. A questão então se tornou como enxergar o invisível, ou seja, como estimar a massa dos aglomerados se não podemos vê-la.
Mais recentemente, foi descoberto que não só os aglomerados, mas as próprias galáxias, têm muito mais massa do que o esperado. Para chegar a essa conclusão, foi necessário estimar a velocidade de rotação das galáxias. Basicamente, se a maior concentração de massa da galáxia está onde podemos vê-la, ela deveria estar na região central, que é a mais luminosa. Nesse caso, as leis da gravidade, aliadas às leis da mecânica, mostram que a velocidade de rotação da galáxia deveria decrescer na região periférica, onde existe menos massa visível.
Mais uma vez, os resultados foram surpreendentes. As velocidades de rotação da maioria absoluta das galáxias espirais (como a nossa Via Láctea) permanece relativamente constante. Esses resultados permitiram uma estimativa da quantidade de matéria invisível nas galáxias, que varia entre 3 e 10 vezes mais do que a matéria visível, composta de estrelas e gás luminoso.
No caso das galáxias, a velocidade de rotação é obtida usando o famoso efeito Doppler, que diz que ondas têm suas frequências modificadas caso exista movimento relativo entre a fonte e o observador. Sabemos disso com ondas sonoras: basta lembrar da modificação no som da buzina de um carro que se aproxima (maior frequência) ou se afasta (menor frequência).
O efeito Doppler nas galáxias aparece nas medidas da luz de suas estrelas em posições diferentes relativas ao centro. E nos aglomerados, que estão muito longe para esse tipo de medida. Nesse caso, as medidas são da luz que vem das galáxias como um todo, que aparecem como pontos de luz a grandes distâncias (as abelhas no saco de papel). As conclusões são ainda mais dramáticas do que no caso das galáxias: existe de 10 a 100 vezes mais matéria invisível -chamada de matéria escura- em aglomerados.
Como essas medidas são complicadas, é sempre bom ter outros métodos para confirmá-las. Para isso, utiliza-se o fato, previsto pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein, de que a presença de matéria encurva a geometria do espaço à sua volta. Se a luz de uma estrela distante passa perto de outra em direção à Terra, será desviada na proporção da massa da estrela intermediária.
Esse efeito, chamado de lente gravitacional, tornou-se fundamental para enxergarmos o invisível. Para estimar a massa total de um aglomerado, basta encontrar um objeto bem distante cuja luz passa perto dele em sua viagem até a Terra. Os resultados confirmam que, de fato, a maior parte da massa do Universo, em torno de 80%, é mesmo invisível. O essencial, como escreveu Saint-Exupéry em "O Pequeno Príncipe", é mesmo invisível aos olhos.
domingo, 2 de fevereiro de 2003
O Universo de Babel
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Multiverso é uma palavra nova, inventada por cosmólogos para diferenciar o Universo em que vivemos de um outro que não só o contém, como também a todos os universos possíveis.
Em "A Biblioteca de Babel", o escritor argentino Jorge Luis Borges conta de uma biblioteca que contém todos os livros que foram escritos e os que ainda vão ser. Nela, em salas hexagonais como em uma colméia, cada qual com o mesmo número de prateleiras replicadas indefinidamente, encontram-se livros que incluem todas as possíveis combinações de letras e símbolos do alfabeto, a maioria delas não fazendo qualquer sentido. Encontram-se também comentários sobre todos os livros já escritos e os comentários sobre esses comentários, enfim, tudo o que é possível existir na página impressa está nessa biblioteca.
Borges provavelmente pensava na biblioteca como uma metáfora da dimensão infinita do Universo e de nossos esforços, na maioria fúteis, de tentar compreendê-lo em sua totalidade, feito os bibliotecários, que passavam a vida tentando decifrar o enigma da biblioteca, o seu significado fundamental.
O mistério da origem do Universo, o Big Bang, como é conhecido, é o nosso grande enigma de Babel. Todas as observações que temos até o momento, que parecem bem conclusivas, indicam que o Universo teve mesmo uma infância muito quente e densa, e que ele vem se expandindo e se resfriando desde então.
Esse "então", o evento que deflagrou a existência do cosmo, ocorreu há aproximadamente 14 bilhões de anos. Mas que evento foi esse? Nos anos 40, alguns cientistas, revoltados com as possíveis implicações religiosas de um Universo com um evento inicial (muito semelhante ao "Gênese"), propuseram um modelo alternativo, que ficou conhecido como modelo do estado padrão.
Segundo ele, o Universo não teve um começo e nem terá um fim, permanecendo sempre essencialmente o mesmo. A diluição de matéria causada pela expansão cósmica (que eles já conheciam) era compensada por um processo de criação de matéria, de modo a deixar as coisas aproximadamente iguais, feito uma banheira destampada, mas com água jorrando da torneira. Segundo esse modelo, a questão da origem do Universo simplesmente não fazia sentido.
Nos anos 60, o modelo do estado padrão foi abandonado, em nome do modelo do Big Bang, o aceito hoje. Pelo jeito, o Universo teve mesmo uma origem. Mas será que não existe outro modo de driblá-la, talvez fazendo-a menos fundamental do que A Origem?
Isso seria possível, ao menos em princípio, caso o Universo tivesse matéria suficiente para frear a sua expansão. A atração gravitacional iria então forçar a contração do cosmo sobre si mesmo, até a sua implosão final. Ela seria seguida de nova expansão, que, por sua vez, seria seguida por outra contração, e assim por diante, como uma fênix eternamente renascendo de suas próprias cinzas. Essa opção, mesmo que muito bela, parece não corresponder ao que é observado. O que nos resta?
Resta-nos a possibilidade de nosso Universo não ser o único que existe, mas parte de um multiverso, uma entidade infinita, de onde brotam e desaparecem universos de todos os tipos, como bolhas em uma sopa. O multiverso é eterno e infinito, mas os universos que dele brotam podem não ser. Desse borbulhar cósmico surgem alguns universos que podem sobreviver mais do que outros, feito o nosso, crescendo o suficiente para criar estruturas organizadas capazes de gerar complexidade, de estrelas e planetas a bactérias e mamíferos. Claro, tal como com os poucos livros que fazem sentido na Biblioteca de Babel, esses universos com estruturas complexas são de longe os mais raros. Na sua maioria, os universos desaparecem tão rapidamente quanto surgem, experimentos falhos no constante borbulhar do multiverso.
Isso parece metafísica, mas não é, ao menos completamente. Existem teorias cosmológicas, formuladas matematicamente, que prevêem a existência desse multiverso. Claro, a idéia é altamente especulativa. Mas ela é interessante o suficiente para ser estudada com seriedade.
Afinal, caso vivamos em uma bolha neste vasto multiverso, nossa origem, mesmo que importante para nós, é mais uma ocorrência insignificante na sua existência atemporal.
Multiverso é uma palavra nova, inventada por cosmólogos para diferenciar o Universo em que vivemos de um outro que não só o contém, como também a todos os universos possíveis.
Em "A Biblioteca de Babel", o escritor argentino Jorge Luis Borges conta de uma biblioteca que contém todos os livros que foram escritos e os que ainda vão ser. Nela, em salas hexagonais como em uma colméia, cada qual com o mesmo número de prateleiras replicadas indefinidamente, encontram-se livros que incluem todas as possíveis combinações de letras e símbolos do alfabeto, a maioria delas não fazendo qualquer sentido. Encontram-se também comentários sobre todos os livros já escritos e os comentários sobre esses comentários, enfim, tudo o que é possível existir na página impressa está nessa biblioteca.
Borges provavelmente pensava na biblioteca como uma metáfora da dimensão infinita do Universo e de nossos esforços, na maioria fúteis, de tentar compreendê-lo em sua totalidade, feito os bibliotecários, que passavam a vida tentando decifrar o enigma da biblioteca, o seu significado fundamental.
O mistério da origem do Universo, o Big Bang, como é conhecido, é o nosso grande enigma de Babel. Todas as observações que temos até o momento, que parecem bem conclusivas, indicam que o Universo teve mesmo uma infância muito quente e densa, e que ele vem se expandindo e se resfriando desde então.
Esse "então", o evento que deflagrou a existência do cosmo, ocorreu há aproximadamente 14 bilhões de anos. Mas que evento foi esse? Nos anos 40, alguns cientistas, revoltados com as possíveis implicações religiosas de um Universo com um evento inicial (muito semelhante ao "Gênese"), propuseram um modelo alternativo, que ficou conhecido como modelo do estado padrão.
Segundo ele, o Universo não teve um começo e nem terá um fim, permanecendo sempre essencialmente o mesmo. A diluição de matéria causada pela expansão cósmica (que eles já conheciam) era compensada por um processo de criação de matéria, de modo a deixar as coisas aproximadamente iguais, feito uma banheira destampada, mas com água jorrando da torneira. Segundo esse modelo, a questão da origem do Universo simplesmente não fazia sentido.
Nos anos 60, o modelo do estado padrão foi abandonado, em nome do modelo do Big Bang, o aceito hoje. Pelo jeito, o Universo teve mesmo uma origem. Mas será que não existe outro modo de driblá-la, talvez fazendo-a menos fundamental do que A Origem?
Isso seria possível, ao menos em princípio, caso o Universo tivesse matéria suficiente para frear a sua expansão. A atração gravitacional iria então forçar a contração do cosmo sobre si mesmo, até a sua implosão final. Ela seria seguida de nova expansão, que, por sua vez, seria seguida por outra contração, e assim por diante, como uma fênix eternamente renascendo de suas próprias cinzas. Essa opção, mesmo que muito bela, parece não corresponder ao que é observado. O que nos resta?
Resta-nos a possibilidade de nosso Universo não ser o único que existe, mas parte de um multiverso, uma entidade infinita, de onde brotam e desaparecem universos de todos os tipos, como bolhas em uma sopa. O multiverso é eterno e infinito, mas os universos que dele brotam podem não ser. Desse borbulhar cósmico surgem alguns universos que podem sobreviver mais do que outros, feito o nosso, crescendo o suficiente para criar estruturas organizadas capazes de gerar complexidade, de estrelas e planetas a bactérias e mamíferos. Claro, tal como com os poucos livros que fazem sentido na Biblioteca de Babel, esses universos com estruturas complexas são de longe os mais raros. Na sua maioria, os universos desaparecem tão rapidamente quanto surgem, experimentos falhos no constante borbulhar do multiverso.
Isso parece metafísica, mas não é, ao menos completamente. Existem teorias cosmológicas, formuladas matematicamente, que prevêem a existência desse multiverso. Claro, a idéia é altamente especulativa. Mas ela é interessante o suficiente para ser estudada com seriedade.
Afinal, caso vivamos em uma bolha neste vasto multiverso, nossa origem, mesmo que importante para nós, é mais uma ocorrência insignificante na sua existência atemporal.
domingo, 26 de janeiro de 2003
Quem sabe?
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Hoje, gostaria de falar não daquilo que sabemos, daquilo que podemos nos orgulhar de ter descoberto sobre o mundo, das conquistas da ciência, passadas e presentes. Mudando de direção, falarei do que não sabemos, ao menos de algumas das perguntas científicas que continuam sem resposta.
Antes de começar, é importante salientar por que essa ênfase no que não sabemos. Sem dúvidas, o conhecimento não avança. Perguntar é mais fundamental do que responder. (Mas responder é importante também.) Não me refiro a qualquer pergunta, mas àquela que tem a capacidade de abrir novos caminhos, de expandir as fronteiras do conhecimento. Falo das perguntas revolucionárias, que criam a necessidade de novas formas de pensar sobre o mundo.
Essas perguntas podem ter repercussões ligadas a avanços tecnológicos ou teóricos. (A distinção nem sempre é muito clara.) Um exemplo tecnológico é o dos transistores. Hoje, processadores de computador têm bilhões deles, encolhidos em chips menores do que uma moeda de 10 centavos. Essa miniaturização está por trás do incrível aumento na velocidade de processamento dos computadores, de telefones celulares com telas coloridas e por aí afora. Mas essa crescente miniaturização dos transistores tem um fim certo. Eles chegarão às dimensões atômicas (em uma década, possivelmente) e dali não passarão. Isso por que a física do átomo é muito diversa da que descreve esses aglomerados de transistores. A questão, então, é: como será o computador do futuro? Sem dúvida, ele terá de utilizar aspectos da física atômica, e muitos pesquisadores se ocupam hoje dos "computadores quânticos", que, por enquanto, existem só em teoria. Algo de novo será necessário, algo que revolucionará a tecnologia do século 21, do mesmo modo que o transistor revolucionou a do século 20. Fala-se até em computadores cujos chips são feitos de moléculas orgânicas, isto é, contendo átomos de carbono, como em seres vivos.
Outro exemplo é a questão da inteligência artificial. Será possível construirmos computadores inteligentes, tão ou mais do que nós? Computadores atuais que parecem ser inteligentes, como o Deep Blue que derrotou Kasparov, o mestre de xadrez, não são. Eles são apenas rápidos, tão rápidos que podem testar metodicamente bilhões de jogadas por segundo e avaliar as suas repercussões. A questão da inteligência artificial permanece em aberto. Imagine uma máquina capaz de criar obras de arte inovadoras, de fazer perguntas jamais feitas, de se apaixonar e sofrer como humanos.
Uma vez, assistindo a uma palestra de Marvin Minsky, um dos pioneiros da inteligência artificial, professor do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), perguntei se, no caso dessas máquinas serem construídas no futuro, elas desenvolveriam também patologias mentais, como depressão ou psicose. Minsky respondeu que "sem dúvida, precisaremos de toda uma nova psicologia para lidar com esses problemas". Essa questão dá origem a outra: se, de fato, essas máquinas vierem a existir, elas poderão ser mais inteligentes do que nós. Nesse caso, nos tornaríamos obsoletos, ultrapassados evolutivamente. Estaríamos, ao criar essas máquinas, decretando a nossa extinção? Quem sabe?
O que me leva à questão da origem da mente. De onde vem o que chamamos de consciência? Os antigos chamavam de alma essa misteriosa chama interna que parece iluminar a nossa existência. O mundo que chamamos de externo é criado por um constante influxo de informação sensorial, integrada em nossos cérebros. A realidade é apenas isso, resultado dessa integração. Se falha algum elemento na integração, a realidade fica distorcida, às vezes a ponto de se tornar irreconhecível, como no caso de alucinações. Muito possivelmente, só seremos capazes de criar máquinas inteligentes quando respondermos à questão da origem da mente. Como recriar aquilo que não entendemos? Meu espaço acabou e nem comecei a falar sobre duas outras questões, a origem da vida e do Universo, ambas foco de muita pesquisa. Quem sabe?
Hoje, gostaria de falar não daquilo que sabemos, daquilo que podemos nos orgulhar de ter descoberto sobre o mundo, das conquistas da ciência, passadas e presentes. Mudando de direção, falarei do que não sabemos, ao menos de algumas das perguntas científicas que continuam sem resposta.
Antes de começar, é importante salientar por que essa ênfase no que não sabemos. Sem dúvidas, o conhecimento não avança. Perguntar é mais fundamental do que responder. (Mas responder é importante também.) Não me refiro a qualquer pergunta, mas àquela que tem a capacidade de abrir novos caminhos, de expandir as fronteiras do conhecimento. Falo das perguntas revolucionárias, que criam a necessidade de novas formas de pensar sobre o mundo.
Essas perguntas podem ter repercussões ligadas a avanços tecnológicos ou teóricos. (A distinção nem sempre é muito clara.) Um exemplo tecnológico é o dos transistores. Hoje, processadores de computador têm bilhões deles, encolhidos em chips menores do que uma moeda de 10 centavos. Essa miniaturização está por trás do incrível aumento na velocidade de processamento dos computadores, de telefones celulares com telas coloridas e por aí afora. Mas essa crescente miniaturização dos transistores tem um fim certo. Eles chegarão às dimensões atômicas (em uma década, possivelmente) e dali não passarão. Isso por que a física do átomo é muito diversa da que descreve esses aglomerados de transistores. A questão, então, é: como será o computador do futuro? Sem dúvida, ele terá de utilizar aspectos da física atômica, e muitos pesquisadores se ocupam hoje dos "computadores quânticos", que, por enquanto, existem só em teoria. Algo de novo será necessário, algo que revolucionará a tecnologia do século 21, do mesmo modo que o transistor revolucionou a do século 20. Fala-se até em computadores cujos chips são feitos de moléculas orgânicas, isto é, contendo átomos de carbono, como em seres vivos.
Outro exemplo é a questão da inteligência artificial. Será possível construirmos computadores inteligentes, tão ou mais do que nós? Computadores atuais que parecem ser inteligentes, como o Deep Blue que derrotou Kasparov, o mestre de xadrez, não são. Eles são apenas rápidos, tão rápidos que podem testar metodicamente bilhões de jogadas por segundo e avaliar as suas repercussões. A questão da inteligência artificial permanece em aberto. Imagine uma máquina capaz de criar obras de arte inovadoras, de fazer perguntas jamais feitas, de se apaixonar e sofrer como humanos.
Uma vez, assistindo a uma palestra de Marvin Minsky, um dos pioneiros da inteligência artificial, professor do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), perguntei se, no caso dessas máquinas serem construídas no futuro, elas desenvolveriam também patologias mentais, como depressão ou psicose. Minsky respondeu que "sem dúvida, precisaremos de toda uma nova psicologia para lidar com esses problemas". Essa questão dá origem a outra: se, de fato, essas máquinas vierem a existir, elas poderão ser mais inteligentes do que nós. Nesse caso, nos tornaríamos obsoletos, ultrapassados evolutivamente. Estaríamos, ao criar essas máquinas, decretando a nossa extinção? Quem sabe?
O que me leva à questão da origem da mente. De onde vem o que chamamos de consciência? Os antigos chamavam de alma essa misteriosa chama interna que parece iluminar a nossa existência. O mundo que chamamos de externo é criado por um constante influxo de informação sensorial, integrada em nossos cérebros. A realidade é apenas isso, resultado dessa integração. Se falha algum elemento na integração, a realidade fica distorcida, às vezes a ponto de se tornar irreconhecível, como no caso de alucinações. Muito possivelmente, só seremos capazes de criar máquinas inteligentes quando respondermos à questão da origem da mente. Como recriar aquilo que não entendemos? Meu espaço acabou e nem comecei a falar sobre duas outras questões, a origem da vida e do Universo, ambas foco de muita pesquisa. Quem sabe?
domingo, 19 de janeiro de 2003
As inconstantes constantes da natureza
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A descrição dos fenômenos naturais, ao menos daqueles que fazem parte da física, depende de um punhado de números, chamados constantes fundamentais da natureza. Por exemplo, a força gravitacional, que descreve a atração entre corpos maciços como o Sol e a Terra ou o leitor e a Terra, depende da constante de Newton, cujo valor determina o teor (bastante fraco) da força gravitacional. Já a atração entre um elétron e um próton no núcleo atômico depende de uma outra constante, a carga elétrica do elétron. Cada uma das quatro forças fundamentais da natureza -gravitacional, eletromagnética, e as forças nucleares forte e fraca- tem a sua constante.
Essas constantes, e outras extremamente importantes, como a velocidade da luz no vácuo ou a constante de Planck -que determina as trocas de energia em processos atômicos-, são, como já diz o nome, supostamente constantes: seus valores independem do tempo e do espaço, sendo os mesmos em qualquer lugar do Universo ou em qualquer momento.
Ao menos esse é o arcabouço tradicional da física. Na verdade, a situação é um pouco mais sutil. As constantes que mencionei acima têm unidades físicas, que, em geral, dependem de medidas de distância, tempo e massa. (Para quem lembra, temos sempre de especificar se trabalhamos, por exemplo, no sistema MKS -metro, quilograma, segundo; ou CGS- centímetro, grama, segundo.)
Sem querer complicar muito as coisas (mas complicando um pouco), existem dois tipos de constantes fundamentais: as discutidas acima, que têm unidades físicas (como a velocidade da luz, de aproximadamente 300 mil km/ s), e as constantes construídas de modo a não ter unidades físicas, obtidas dividindo e multiplicando constantes com unidades. A mais famosa dessas constantes é a "constante de estrutura fina", obtida a partir de uma combinação da carga do elétron, da velocidade da luz, e da constante de Planck. O valor é, hoje, 1/137.
Existem duas grandes questões sobre essas constantes da natureza. A primeira, claro, é se é possível entendermos a origem de seus valores. Ou seja, por que a velocidade da luz ou a carga do elétron têm o valor que têm? Em princípio, gostaríamos de poder calcular esses valores a partir de uma teoria mais fundamental, em vez de simplesmente usarmos os valores medidos no laboratório. Caso isso venha a ser possível, estaremos obtendo uma visão muito mais profunda da natureza, o sonho de qualquer cientista.
A outra grande questão concerne à constância dessas constantes. Será que elas são mesmo constantes no espaço e no tempo? Por exemplo, será que a carga do elétron ou a velocidade da luz podem ser diferentes em outras partes ou épocas do Universo? Afinal, só sabemos aquilo que medimos, e o que pode parecer constante aqui e agora pode não ser em outros lugares ou eras. Essa possibilidade é bem interessante para os físicos teóricos. Isso porque uma variação temporal em algumas das constantes representa uma janela para uma nova física, muito possivelmente ligada com a resposta à primeira grande questão, a origem dos valores dessas constantes. E física, como qualquer outra ciência, é essencialmente sobre abrir novas janelas para o mundo.
Existem inúmeras teorias que prevêem variações temporais das constantes fundamentais (variações espaciais são, em geral, vetadas). Entre elas, existem teorias de unificação das forças, que visam descrever as quatro forças da natureza mencionadas acima como oriundas de uma força só. As mais promissoras são teorias que supõem que o espaço tem mais de três dimensões (altura, largura, profundidade). Recentemente, astrônomos mediram uma pequena variação temporal na velocidade da luz: o comportamento de átomos durante a infância do Universo, há aproximadamente 10 bilhões de anos, parece indicar que era menor no passado. Caso essa observação seja confirmada, o que deve ser feito com muito cuidado, abre-se uma janela para uma nova física. Talvez apontando para um cosmo com mais de três dimensões, talvez não. O novo nem sempre é previsível. Mas é sempre fascinante.
A descrição dos fenômenos naturais, ao menos daqueles que fazem parte da física, depende de um punhado de números, chamados constantes fundamentais da natureza. Por exemplo, a força gravitacional, que descreve a atração entre corpos maciços como o Sol e a Terra ou o leitor e a Terra, depende da constante de Newton, cujo valor determina o teor (bastante fraco) da força gravitacional. Já a atração entre um elétron e um próton no núcleo atômico depende de uma outra constante, a carga elétrica do elétron. Cada uma das quatro forças fundamentais da natureza -gravitacional, eletromagnética, e as forças nucleares forte e fraca- tem a sua constante.
Essas constantes, e outras extremamente importantes, como a velocidade da luz no vácuo ou a constante de Planck -que determina as trocas de energia em processos atômicos-, são, como já diz o nome, supostamente constantes: seus valores independem do tempo e do espaço, sendo os mesmos em qualquer lugar do Universo ou em qualquer momento.
Ao menos esse é o arcabouço tradicional da física. Na verdade, a situação é um pouco mais sutil. As constantes que mencionei acima têm unidades físicas, que, em geral, dependem de medidas de distância, tempo e massa. (Para quem lembra, temos sempre de especificar se trabalhamos, por exemplo, no sistema MKS -metro, quilograma, segundo; ou CGS- centímetro, grama, segundo.)
Sem querer complicar muito as coisas (mas complicando um pouco), existem dois tipos de constantes fundamentais: as discutidas acima, que têm unidades físicas (como a velocidade da luz, de aproximadamente 300 mil km/ s), e as constantes construídas de modo a não ter unidades físicas, obtidas dividindo e multiplicando constantes com unidades. A mais famosa dessas constantes é a "constante de estrutura fina", obtida a partir de uma combinação da carga do elétron, da velocidade da luz, e da constante de Planck. O valor é, hoje, 1/137.
Existem duas grandes questões sobre essas constantes da natureza. A primeira, claro, é se é possível entendermos a origem de seus valores. Ou seja, por que a velocidade da luz ou a carga do elétron têm o valor que têm? Em princípio, gostaríamos de poder calcular esses valores a partir de uma teoria mais fundamental, em vez de simplesmente usarmos os valores medidos no laboratório. Caso isso venha a ser possível, estaremos obtendo uma visão muito mais profunda da natureza, o sonho de qualquer cientista.
A outra grande questão concerne à constância dessas constantes. Será que elas são mesmo constantes no espaço e no tempo? Por exemplo, será que a carga do elétron ou a velocidade da luz podem ser diferentes em outras partes ou épocas do Universo? Afinal, só sabemos aquilo que medimos, e o que pode parecer constante aqui e agora pode não ser em outros lugares ou eras. Essa possibilidade é bem interessante para os físicos teóricos. Isso porque uma variação temporal em algumas das constantes representa uma janela para uma nova física, muito possivelmente ligada com a resposta à primeira grande questão, a origem dos valores dessas constantes. E física, como qualquer outra ciência, é essencialmente sobre abrir novas janelas para o mundo.
Existem inúmeras teorias que prevêem variações temporais das constantes fundamentais (variações espaciais são, em geral, vetadas). Entre elas, existem teorias de unificação das forças, que visam descrever as quatro forças da natureza mencionadas acima como oriundas de uma força só. As mais promissoras são teorias que supõem que o espaço tem mais de três dimensões (altura, largura, profundidade). Recentemente, astrônomos mediram uma pequena variação temporal na velocidade da luz: o comportamento de átomos durante a infância do Universo, há aproximadamente 10 bilhões de anos, parece indicar que era menor no passado. Caso essa observação seja confirmada, o que deve ser feito com muito cuidado, abre-se uma janela para uma nova física. Talvez apontando para um cosmo com mais de três dimensões, talvez não. O novo nem sempre é previsível. Mas é sempre fascinante.
domingo, 12 de janeiro de 2003
Pragmatismo e sonho
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Qual é a origem da criatividade científica? Essa pergunta, como tantas outras, tem muitas respostas. O que, na opinião de alguns, significa que nenhuma delas é muito satisfatória. Eu discordo. A pergunta é que está mal formulada.
Discutir criatividade em ciência não faz sentido. O que faz sentido é discutir a criatividade dos cientistas. Existem os mais pragmáticos, que equacionam fazer ciência com a aquisição e organização de dados obtidos no laboratório ou por meio de observações de fontes longínquas, como em astronomia. Para esses, o progresso em ciência depende da precisão dessas medidas, o que implica uma íntima relação entre o progresso tecnológico e o científico. Sem novas máquinas e aparelhos de medição, a ciência não avança.
Existem também os sonhadores, aqueles cuja criatividade brota de uma pré-concepção de como o mundo deve ser organizado, em geral inspirada por conceitos estéticos, como simetria e beleza. "Sonhadores" talvez seja uma caracterização exagerada. Mas o ponto é que, sem a impetuosidade, às vezes quase que irracional, que vem da inspiração, fica difícil desvendar os mistérios mais profundos da natureza. Ou seja, para os sonhadores, acreditar na verdade de suas idéias é fundamental, mesmo que elas sejam inicialmente ridicularizadas por outros sonhadores ou por pragmáticos.
Claro, o adjetivo "sonhador", aqui, deve ser interpretado dentro de parâmetros científicos. Sonho não significa a atividade onírica comum a todos, mas a inspiração que leva à construção de teorias cujas previsões devem ser testadas cuidadosamente. Afinal, está se falando de criatividade em ciência e não se deve perder de vista que sua missão é explicar o funcionamento do mundo à nossa volta (e o que existe dentro de nós).
Existem inúmeros exemplos na história da ciência de pragmáticos e sonhadores. Mas poucos ilustram tão bem a diferença entre os dois processos criativos quanto as histórias do dinamarquês Thycho Brahe (1546-1601) e do alemão Johannes Kepler (1571-1630).
Brahe transformou a astronomia com a introdução de instrumentos de altíssima precisão, no final do século 16. Ele morreu oito anos antes da introdução do telescópio como instrumento astronômico. Portanto, todas as suas medidas das posições dos astros celestes, de planetas e cometas a estrelas e "estrelas novas" (hoje chamadas supernovas), foram realizadas a olho nu.
Na época, o modelo introduzido por Copérnico em 1543, que tinha o Sol e não a Terra no centro do cosmo, ainda não era universalmente aceito. Brahe, armado de seus instrumentos, entendeu que a questão só seria resolvida definitivamente a partir de dados extremamente precisos.
Como tinha dinheiro, pôde financiar a construção de instrumentos que foram então usados na coleta de dados. Mas a Brahe, brilhante observador, faltava o talento que poria então esses dados em ordem, montando o arcabouço teórico que explicaria a estrutura do cosmo. Aqui entra Kepler, o sonhador.
Kepler foi convidado por Brahe para ser seu assistente no início de 1600. Mesmo sem dados precisos, ele já havia "adivinhado" a estrutura do cosmos. Para ele, apenas a geometria poderia fornecer uma resposta precisa. Isso porque Kepler era herdeiro das idéias dos pitagóricos, que viam a organização cósmica como sendo dependente dos arranjos dos números e das formas geométricas. Para Kepler, Deus era um geômetra, que certamente usou essas proporções estéticas no desenho do cosmo. A questão era encontrar o arranjo preciso. E, para isso, Kepler precisava de dados.
O encontro entre os dois, apesar de muito tempestuoso, mudou a história da astronomia. Com os dados de Brahe, Kepler obteve as três leis que regem o movimento dos planetas em torno do Sol, confirmando definitivamente o sistema copernicano e fornecendo os elementos matemáticos que Newton mais tarde usou em sua Teoria da Gravitação Universal. A moral da história? Sem dados não há ciência; sem sonhos ela pode dar passos, mas não grande saltos.
Qual é a origem da criatividade científica? Essa pergunta, como tantas outras, tem muitas respostas. O que, na opinião de alguns, significa que nenhuma delas é muito satisfatória. Eu discordo. A pergunta é que está mal formulada.
Discutir criatividade em ciência não faz sentido. O que faz sentido é discutir a criatividade dos cientistas. Existem os mais pragmáticos, que equacionam fazer ciência com a aquisição e organização de dados obtidos no laboratório ou por meio de observações de fontes longínquas, como em astronomia. Para esses, o progresso em ciência depende da precisão dessas medidas, o que implica uma íntima relação entre o progresso tecnológico e o científico. Sem novas máquinas e aparelhos de medição, a ciência não avança.
Existem também os sonhadores, aqueles cuja criatividade brota de uma pré-concepção de como o mundo deve ser organizado, em geral inspirada por conceitos estéticos, como simetria e beleza. "Sonhadores" talvez seja uma caracterização exagerada. Mas o ponto é que, sem a impetuosidade, às vezes quase que irracional, que vem da inspiração, fica difícil desvendar os mistérios mais profundos da natureza. Ou seja, para os sonhadores, acreditar na verdade de suas idéias é fundamental, mesmo que elas sejam inicialmente ridicularizadas por outros sonhadores ou por pragmáticos.
Claro, o adjetivo "sonhador", aqui, deve ser interpretado dentro de parâmetros científicos. Sonho não significa a atividade onírica comum a todos, mas a inspiração que leva à construção de teorias cujas previsões devem ser testadas cuidadosamente. Afinal, está se falando de criatividade em ciência e não se deve perder de vista que sua missão é explicar o funcionamento do mundo à nossa volta (e o que existe dentro de nós).
Existem inúmeros exemplos na história da ciência de pragmáticos e sonhadores. Mas poucos ilustram tão bem a diferença entre os dois processos criativos quanto as histórias do dinamarquês Thycho Brahe (1546-1601) e do alemão Johannes Kepler (1571-1630).
Brahe transformou a astronomia com a introdução de instrumentos de altíssima precisão, no final do século 16. Ele morreu oito anos antes da introdução do telescópio como instrumento astronômico. Portanto, todas as suas medidas das posições dos astros celestes, de planetas e cometas a estrelas e "estrelas novas" (hoje chamadas supernovas), foram realizadas a olho nu.
Na época, o modelo introduzido por Copérnico em 1543, que tinha o Sol e não a Terra no centro do cosmo, ainda não era universalmente aceito. Brahe, armado de seus instrumentos, entendeu que a questão só seria resolvida definitivamente a partir de dados extremamente precisos.
Como tinha dinheiro, pôde financiar a construção de instrumentos que foram então usados na coleta de dados. Mas a Brahe, brilhante observador, faltava o talento que poria então esses dados em ordem, montando o arcabouço teórico que explicaria a estrutura do cosmo. Aqui entra Kepler, o sonhador.
Kepler foi convidado por Brahe para ser seu assistente no início de 1600. Mesmo sem dados precisos, ele já havia "adivinhado" a estrutura do cosmos. Para ele, apenas a geometria poderia fornecer uma resposta precisa. Isso porque Kepler era herdeiro das idéias dos pitagóricos, que viam a organização cósmica como sendo dependente dos arranjos dos números e das formas geométricas. Para Kepler, Deus era um geômetra, que certamente usou essas proporções estéticas no desenho do cosmo. A questão era encontrar o arranjo preciso. E, para isso, Kepler precisava de dados.
O encontro entre os dois, apesar de muito tempestuoso, mudou a história da astronomia. Com os dados de Brahe, Kepler obteve as três leis que regem o movimento dos planetas em torno do Sol, confirmando definitivamente o sistema copernicano e fornecendo os elementos matemáticos que Newton mais tarde usou em sua Teoria da Gravitação Universal. A moral da história? Sem dados não há ciência; sem sonhos ela pode dar passos, mas não grande saltos.
domingo, 5 de janeiro de 2003
A realidade e o quantum
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Segundo o dicionário, realismo é a doutrina filosófica de acordo com a qual objetos materiais existem por si mesmos, independentemente da mente ter consciência deles. Já o oposto, o idealismo, supõe que as coisas existem apenas como idéias na mente.
Eis um exemplo bastante conhecido, que ilustra bem os dois pontos de vista. Imagine que atrás da sua casa exista um bosque, cheio de árvores. Você sabe que o bosque existe porque você passeia frequentemente por lá. Segundo a posição realista, esse bosque existe mesmo se você ou outra pessoa nunca o tenha visto.
Ele é tão real para os mosquitos e as borboletas voando lá quanto para você. Já o idealismo diria que o bosque só existe na sua cabeça, pois a mente fabrica a nossa percepção do real através de sinais sensoriais processados no cérebro.
Se um belo dia uma das árvores do bosque cair, os realistas diriam que ela caiu, mesmo se ninguém a visse caída, enquanto os idealistas só admitiriam que ela caiu caso eles a tenham visto no chão, ou a ouvido caindo. Os idealistas mais radicais diriam ainda que a árvore só caiu dentro da sua cabeça, pois foi a sua mente que construiu o evento.
Essas duas correntes filosóficas estão muito ligadas com a interpretação do mundo segundo a física. A física clássica, que descreve a realidade em que vivemos o dia-a-dia, toma uma posição realista; o mundo esteve aqui bem antes de existirem pessoas com consciência disso.
Afinal, se o Universo existe há 14 bilhões de anos, a Terra há 4,6 bilhões e o Homo sapiens há menos de 200 mil, claramente a realidade é mais velha do que nós. Em outras palavras, a realidade existe independentemente da presença de um observador consciente para medi-la.
O mundo está aí, pronto para ser medido e observado por nós, ou por qualquer outra inteligência interessada em uma descrição quantitativa da natureza. No entanto, a confirmação final do que existe depende da observação; só sabemos o que existe no mundo se observarmos o mundo. Segundo a física clássica, o ato de observação não interfere com o observado; existe uma separação explícita entre observador e observado.
Duas pessoas, observando o mesmo fenômeno, com os mesmos instrumentos, obterão resultados idênticos. Aliás, é justamente isso o que garante a relatividade de Einstein: que dois observadores em movimento com velocidades (e acelerações) diferentes poderão comparar sem problemas as suas medidas.
Essa posição realista foi profundamente revisada com o advento da mecânica quântica durante as três primeiras décadas do século 20. No mundo do quantum, o mundo dos átomos e das partículas subatômicas, o que é ou não real deixa de ser tão óbvio. De fato, os próprios pioneiros da mecânica quântica, de Planck e Einstein à Bohr, Schrödinger e Heisenberg, debateram as implicações da nova teoria para a nossa compreensão do real sem chegarem a um consenso.
A teoria quântica abandona certas premissas básicas da física clássica como, por exemplo, o conceito de trajetória; um elétron viajando pelo espaço não percorre mais um caminho bem definido entre o seu ponto de partida e o de chegada; podemos apenas dizer qual a probabilidade dele tomar um dado caminho. No mundo quântico, a noção de caminho torna-se difusa, junto com a própria existência: afinal, se não podemos dizer por onde o elétron passou para ir de um ponto a outro, como garantir que ele existe entre esses dois pontos?
A salvação do caos completo vem com a idéia de medida. Para sabermos onde está o elétron, temos de interagir com ele. No processo de medida, fixamos a sua posição e, portanto, a sua existência. Ou seja, a realidade, no mundo quântico, depende do ato de observação: as coisas só são reais quando observadas.
Mais ainda, o resultado da observação depende do observador: duas medidas idênticas não darão necessariamente o mesmo resultado. No mundo quântico, vence o idealismo: as coisas existem ao serem medidas, o que, em última instância, depende do observador, seja ele inteligente ou uma máquina.
Segundo o dicionário, realismo é a doutrina filosófica de acordo com a qual objetos materiais existem por si mesmos, independentemente da mente ter consciência deles. Já o oposto, o idealismo, supõe que as coisas existem apenas como idéias na mente.
Eis um exemplo bastante conhecido, que ilustra bem os dois pontos de vista. Imagine que atrás da sua casa exista um bosque, cheio de árvores. Você sabe que o bosque existe porque você passeia frequentemente por lá. Segundo a posição realista, esse bosque existe mesmo se você ou outra pessoa nunca o tenha visto.
Ele é tão real para os mosquitos e as borboletas voando lá quanto para você. Já o idealismo diria que o bosque só existe na sua cabeça, pois a mente fabrica a nossa percepção do real através de sinais sensoriais processados no cérebro.
Se um belo dia uma das árvores do bosque cair, os realistas diriam que ela caiu, mesmo se ninguém a visse caída, enquanto os idealistas só admitiriam que ela caiu caso eles a tenham visto no chão, ou a ouvido caindo. Os idealistas mais radicais diriam ainda que a árvore só caiu dentro da sua cabeça, pois foi a sua mente que construiu o evento.
Essas duas correntes filosóficas estão muito ligadas com a interpretação do mundo segundo a física. A física clássica, que descreve a realidade em que vivemos o dia-a-dia, toma uma posição realista; o mundo esteve aqui bem antes de existirem pessoas com consciência disso.
Afinal, se o Universo existe há 14 bilhões de anos, a Terra há 4,6 bilhões e o Homo sapiens há menos de 200 mil, claramente a realidade é mais velha do que nós. Em outras palavras, a realidade existe independentemente da presença de um observador consciente para medi-la.
O mundo está aí, pronto para ser medido e observado por nós, ou por qualquer outra inteligência interessada em uma descrição quantitativa da natureza. No entanto, a confirmação final do que existe depende da observação; só sabemos o que existe no mundo se observarmos o mundo. Segundo a física clássica, o ato de observação não interfere com o observado; existe uma separação explícita entre observador e observado.
Duas pessoas, observando o mesmo fenômeno, com os mesmos instrumentos, obterão resultados idênticos. Aliás, é justamente isso o que garante a relatividade de Einstein: que dois observadores em movimento com velocidades (e acelerações) diferentes poderão comparar sem problemas as suas medidas.
Essa posição realista foi profundamente revisada com o advento da mecânica quântica durante as três primeiras décadas do século 20. No mundo do quantum, o mundo dos átomos e das partículas subatômicas, o que é ou não real deixa de ser tão óbvio. De fato, os próprios pioneiros da mecânica quântica, de Planck e Einstein à Bohr, Schrödinger e Heisenberg, debateram as implicações da nova teoria para a nossa compreensão do real sem chegarem a um consenso.
A teoria quântica abandona certas premissas básicas da física clássica como, por exemplo, o conceito de trajetória; um elétron viajando pelo espaço não percorre mais um caminho bem definido entre o seu ponto de partida e o de chegada; podemos apenas dizer qual a probabilidade dele tomar um dado caminho. No mundo quântico, a noção de caminho torna-se difusa, junto com a própria existência: afinal, se não podemos dizer por onde o elétron passou para ir de um ponto a outro, como garantir que ele existe entre esses dois pontos?
A salvação do caos completo vem com a idéia de medida. Para sabermos onde está o elétron, temos de interagir com ele. No processo de medida, fixamos a sua posição e, portanto, a sua existência. Ou seja, a realidade, no mundo quântico, depende do ato de observação: as coisas só são reais quando observadas.
Mais ainda, o resultado da observação depende do observador: duas medidas idênticas não darão necessariamente o mesmo resultado. No mundo quântico, vence o idealismo: as coisas existem ao serem medidas, o que, em última instância, depende do observador, seja ele inteligente ou uma máquina.
domingo, 22 de dezembro de 2002
O Universo como laboratório
Marcelo Gleiser
especial para a Folha
O poeta anglo-americano T.S. Eliot (1888-1965), nas linhas finais do quarto dos seus "Quatro Quartetos", escreveu (tradução minha): "Ao fim de todas as nossas explorações, chegaremos ao ponto de partida, conhecendo o lugar como que pela primeira vez". As linhas de Eliot descrevem perfeitamente o que ocorre hoje na interface entre a cosmologia, que estuda o Universo como um todo, e a física das partículas elementares, que investiga os tijolos fundamentais da matéria, a partir dos quais tudo é feito.
Existe uma confluência entre as duas disciplinas, uma interdependência na qual o avanço de uma afeta o avanço na outra. Esse casamento do micro com o macro é consequência direta do modelo do Big Bang, segundo o qual o Universo teve uma infância muito quente e densa.
Aplicando o que se sabe de física às condições radicais de temperatura e pressão vigentes nos primeiros instantes do cosmo, chega-se à conclusão de que, no início, não existiam estruturas contendo várias partículas como, por exemplo, um átomo -composto por prótons e nêutrons em seu núcleo, circundado por elétrons: a temperatura era tamanha que ela sobrepujava qualquer atração mútua entre essas partículas, impedindo a formação de estruturas mais complexas.
Existia um cabo-de-guerra: de um lado, as partículas querendo se agregar e, do outro, a radiação de alta temperatura (ou energia) bagunçando tudo. Fala-se de uma espécie de sopa cósmica, cuja receita vai mudando com a temperatura: à medida que o Universo se expande, a temperatura da radiação (e, consequentemente, a energia) vai caindo, permitindo a formação das primeiras estruturas.
É dessa coreografia primordial que, em torno de um centésimo de milésimo de segundo após o "bang", surgem os prótons e nêutrons, a partir dos quarks. Após um segundo, os primeiros núcleos atômicos, com prótons e nêutrons. Após 300 mil anos, os primeiros átomos de hidrogênio. Como sabemos disso? Inúmeras observações astronômicas mostram que o Universo é banhado em radiação, o fóssil da época de formação dos átomos, que surgiu quando elétrons finalmente se juntaram aos núcleos. Essa "radiação cósmica de fundo" é compatível com um Universo que teve uma infância quente e densa. Para entendermos os primeiros momentos dessa infância, é preciso aplicar a física das partículas à cosmologia. É aqui que a coisa complica.
As partículas elementares e suas interações são estudadas à força bruta, por meio de colisões promovidas em aceleradores de partículas, onde elas são atiradas umas contra as outras. Seria como atirar uma laranja contra outra a altíssima velocidade, para estudar o que há dentro delas. Sem dúvida, da colisão voariam caroços, suco e bagaço. Quando, por exemplo, um próton bate em outra partícula, o mesmo ocorre: da energia da colisão surgem várias outras partículas, matéria sendo criada a partir de energia, conforme dita a famosa fórmula E=mc2. Quanto maior a energia do choque, maior a massa das partículas criadas.
O problema é que os aceleradores são máquinas gigantescas e m
uito caras. Parece paradoxal, mas quanto maior a energia da colisão maior tem de ser o acelerador. A tecnologia atual permite colisões com energias equivalentes ao que ocorreu no Universo um trilionésimo de segundo após o "bang", mas não antes. Quem vai pagar por máquinas maiores, mais caras e, ainda assim, incapazes de atingir energias realmente próximas das do início do tempo?
O Universo primordial atingiu energias imensas, milhares de trilhões de vezes maiores do que as dos aceleradores. Tal como a radiação cósmica de fundo, é possível que essa era primordial tenha deixado fósseis, capazes de ser identificados hoje. Se partículas bem maciças foram produzidas na fornalha primordial, elas podem ser detectadas aqui na Terra. Na falta de tecnologias alternativas, o futuro da física de altíssimas energias está nas mãos da cosmologia. E o futuro da cosmologia também está nas mãos da física de partículas. Voltando a Eliot, o conhecimento futuro virá de uma volta ao momento no qual tudo começou.
domingo, 15 de dezembro de 2002
Einstein, Picasso e a quarta dimensão
Marcelo Gleiser
especial para a Folha
Em recente livro, "Einstein, Picasso: Espaço, Tempo e a Beleza que Causa Confusão", Arthur I. Miller revisita esse tema, oferecendo uma explicação muito plausível para a aparente coincidência de datas. Segundo Miller, não houve, na verdade, uma influência direta entre os trabalhos de Einstein e de Picasso; ambos são partes de uma profunda transformação cultural que já ocorria no princípio do século, cujo foco maior de atenção era justamente o questionamento da natureza do espaço e da relação entre a realidade e sua percepção sensorial.
Picasso tentou representar a totalidade de uma imagem, vista ao mesmo tempo de vários ângulos diferentes, como se o observador existisse em uma dimensão a mais, a quarta dimensão. Explico: imagine uma bola flutuando no espaço. Vemos a superfície dessa bola que, como toda superfície, tem duas dimensões. Mas nós sabemos que essa superfície é curva e não plana, como, por exemplo, o topo de uma mesa. Por quê? Porque vemos a bola em três dimensões. Sabemos que ela tem também um raio que define a distância entre a superfície da bola e o seu centro. Caso o raio variasse de ponto a ponto, isto é, se a distância entre os pontos na superfície e o centro não fosse fixa, a bola teria uma aspecto distorcido.
Imaginemos, então, uma bola distorcida, como a superfície da Lua, repleta de crateras e montanhas, ou uma cabeça. De nossa perspectiva tridimensional, jamais poderemos captar a totalidade da bola: veremos apenas a parte que se encontra voltada para nós, e não a face oculta. Com o cubismo, Picasso tentou representar todos os aspectos de uma superfície, como se pudéssemos ver a frente e as costas de uma pessoa ao mesmo tempo, transformando-nos em observadores de uma quarta dimensão espacial.
Já Einstein, em sua teoria da relatividade especial, mostrou que observadores com um movimento relativo entre si, por exemplo, uma pessoa em pé numa calçada e outra passando de carro, obterão resultados diferentes ao medirem distâncias e intervalos de tempo. Se a pessoa em pé na calçada estiver segurando uma régua de um metro na horizontal (medida por ela), a pessoa passando de carro verá essa régua um pouco mais curta. Não percebemos isso, pois esses efeitos só se tornam importantes a velocidades próximas da velocidade da luz, de 300 mil quilômetros por segundo. O oposto ocorre com o tempo: para o observador passando de carro, um relógio na mão da pessoa na calçada bate mais devagar, ou seja, a passagem do tempo dilata. Einstein concluiu que tempo e espaço são manifestações conjuntas da realidade física. Poucos anos mais tarde, ficou claro que a teoria da relatividade trata o tempo como uma dimensão a mais, em pé de igualdade com as três espaciais.
Picasso e Einstein foram influenciados pelo matemático francês Henri Poincaré que, no início do século, propôs que a geometria descrevendo a realidade não era única. Picasso, através de seu amigo Maurice Princet, e Einstein, ao ler o livro "Ciência e Hipótese", publicado em alemão em 1904. Para ambos, a função da ciência e da arte é revelar a essência da realidade que se esconde por trás da limitada percepção sensorial. Mesmo que a quarta dimensão de Picasso seja diferente da de Einstein, nossa visão de mundo foi profundamente mudada por ambas.
domingo, 8 de dezembro de 2002
O homem, colonizador galáctico
.
Será que um dia seremos capazes de viajar até as estrelas, visitar outros sistemas solares e, quem sabe, colonizar outros planetas? Essa pergunta pode parecer coisa de ficção científica. E, para ser sincero, no momento é mesmo. O que não significa que cientistas sérios não estejam pensando no assunto.
Existe um grande obstáculo entre nós e as estrelas: as distâncias são enormes, inviabilizando o uso de combustíveis convencionais, baseados em processos químicos. Não só são necessárias quantidades absurdas de combustível, como a viagem seria interminavelmente longa.
Consideremos, por exemplo, uma viagem até a estrela mais próxima do Sol, Alfa Centauri, a 4,2 anos-luz. A luz que sai de Alfa Centauri, viajando a 300 mil km/s (você pisca o olho e a luz dá 7,5 voltas em torno da Terra), demora quatro anos e pouco para chegar aqui. São cerca de 40 trilhões de quilômetros, viagem que, em naves convencionais, não só demoraria uns 90 mil anos como consumiria o equivalente a 50 anos do combustível de um ônibus espacial. Imagine o tamanho do tanque para armazenar essa quantidade brutal. Para chegar às estrelas precisamos de combustíveis muito mais eficientes, ou de processos físicos para encurtar as distâncias interestelares.
Combustíveis alternativos já estão sendo propostos. Entre eles está a fusão nuclear, como a usada em bombas de hidrogênio e no interior do Sol: a energia vem da fusão de núcleos do átomo de hidrogênio, convertendo-os em hélio. O problema é que a velocidade ainda não é muito alta (quando comparada à velocidade da luz), e a quantidade de combustível necessária é enorme (a menos que o hidrogênio seja coletado na viagem).
Outra possibilidade é a vela a laser: uma verdadeira caravela espacial, em que a luz de um enorme canhão de laser é focada por uma lente de mil quilômetros de diâmetro e projetada sobre uma vela plana. A luz, uma onda, transfere energia e momento a objetos. A idéia é usar esses recursos vindos da luz do canhão de laser para impulsionar a vela, como uma caravela com ventilador próprio.
Mais uma vez, é necessária grande quantidade de energia para fazer o canhão de laser funcionar (como a tomada do ventilador). Entretanto, testes recentes são bem positivos: é possível criar veleiros espaciais que encurtariam a viagem a Alfa Centauri de 900 séculos para 40 anos. Uma viagem até Júpiter demoraria só oito horas, o mesmo que ir de avião de Miami a São Paulo. Nada mau.
A melhor solução já foi discutida em inúmeros filmes e livros de ficção científica: encurtar as distâncias, encurvando o espaço entre as estrelas.
Imagine uma formiga andando sobre uma cama elástica. Para ela atravessar a cama de um lado a outro em velocidade de formiga, demoraria muito. Mas se uma formiga muito inteligente puser uma bola de boliche no meio da cama, o trajeto da formiga encurta. Quanto mais pesada for a bola, mais deformada a superfície da cama elástica e menor a distância que a formiga tem de atravessar (ou pular, em um foguete de formiga).
O mesmo poderia ocorrer para o espaço entre duas estrelas. Einstein mostrou, em sua teoria da relatividade geral, que a matéria encurva a geometria do espaço. Caso fosse possível concentrar muita matéria (uma estrela bem densa, por exemplo) entre o ponto de chegada e o de partida, a distância entre os dois encurtaria muito. Esses atalhos espaciais, chamados buracos de verme, existem apenas em teoria.
Não temos a mínima idéia de como seria possível desenvolver uma engenharia de túneis espaciais. Vendo o que a ciência fez em tão pouco tempo, podemos supor que descobriremos muita coisa nos próximos milhares de anos. Quem sabe não seremos nós os colonizadores da nossa galáxia, criando uma rede de buracos de verme que se estenda pelo espaço interestelar como a rede de estradas da Terra? Afinal, o que hoje é fantasia pode, amanhã, se tornar realidade.
Será que um dia seremos capazes de viajar até as estrelas, visitar outros sistemas solares e, quem sabe, colonizar outros planetas? Essa pergunta pode parecer coisa de ficção científica. E, para ser sincero, no momento é mesmo. O que não significa que cientistas sérios não estejam pensando no assunto.
Existe um grande obstáculo entre nós e as estrelas: as distâncias são enormes, inviabilizando o uso de combustíveis convencionais, baseados em processos químicos. Não só são necessárias quantidades absurdas de combustível, como a viagem seria interminavelmente longa.
Consideremos, por exemplo, uma viagem até a estrela mais próxima do Sol, Alfa Centauri, a 4,2 anos-luz. A luz que sai de Alfa Centauri, viajando a 300 mil km/s (você pisca o olho e a luz dá 7,5 voltas em torno da Terra), demora quatro anos e pouco para chegar aqui. São cerca de 40 trilhões de quilômetros, viagem que, em naves convencionais, não só demoraria uns 90 mil anos como consumiria o equivalente a 50 anos do combustível de um ônibus espacial. Imagine o tamanho do tanque para armazenar essa quantidade brutal. Para chegar às estrelas precisamos de combustíveis muito mais eficientes, ou de processos físicos para encurtar as distâncias interestelares.
Combustíveis alternativos já estão sendo propostos. Entre eles está a fusão nuclear, como a usada em bombas de hidrogênio e no interior do Sol: a energia vem da fusão de núcleos do átomo de hidrogênio, convertendo-os em hélio. O problema é que a velocidade ainda não é muito alta (quando comparada à velocidade da luz), e a quantidade de combustível necessária é enorme (a menos que o hidrogênio seja coletado na viagem).
Outra possibilidade é a vela a laser: uma verdadeira caravela espacial, em que a luz de um enorme canhão de laser é focada por uma lente de mil quilômetros de diâmetro e projetada sobre uma vela plana. A luz, uma onda, transfere energia e momento a objetos. A idéia é usar esses recursos vindos da luz do canhão de laser para impulsionar a vela, como uma caravela com ventilador próprio.
Mais uma vez, é necessária grande quantidade de energia para fazer o canhão de laser funcionar (como a tomada do ventilador). Entretanto, testes recentes são bem positivos: é possível criar veleiros espaciais que encurtariam a viagem a Alfa Centauri de 900 séculos para 40 anos. Uma viagem até Júpiter demoraria só oito horas, o mesmo que ir de avião de Miami a São Paulo. Nada mau.
A melhor solução já foi discutida em inúmeros filmes e livros de ficção científica: encurtar as distâncias, encurvando o espaço entre as estrelas.
Imagine uma formiga andando sobre uma cama elástica. Para ela atravessar a cama de um lado a outro em velocidade de formiga, demoraria muito. Mas se uma formiga muito inteligente puser uma bola de boliche no meio da cama, o trajeto da formiga encurta. Quanto mais pesada for a bola, mais deformada a superfície da cama elástica e menor a distância que a formiga tem de atravessar (ou pular, em um foguete de formiga).
O mesmo poderia ocorrer para o espaço entre duas estrelas. Einstein mostrou, em sua teoria da relatividade geral, que a matéria encurva a geometria do espaço. Caso fosse possível concentrar muita matéria (uma estrela bem densa, por exemplo) entre o ponto de chegada e o de partida, a distância entre os dois encurtaria muito. Esses atalhos espaciais, chamados buracos de verme, existem apenas em teoria.
Não temos a mínima idéia de como seria possível desenvolver uma engenharia de túneis espaciais. Vendo o que a ciência fez em tão pouco tempo, podemos supor que descobriremos muita coisa nos próximos milhares de anos. Quem sabe não seremos nós os colonizadores da nossa galáxia, criando uma rede de buracos de verme que se estenda pelo espaço interestelar como a rede de estradas da Terra? Afinal, o que hoje é fantasia pode, amanhã, se tornar realidade.
domingo, 1 de dezembro de 2002
Uma colisão de gigantes
Marcelo Gleiser
especial para a Folha
A distorção de NGC6240 é atribuída a um fenômeno cósmico raro, a colisão entre duas galáxias. Na verdade, NGC6240 não é uma galáxia, mas duas: devido à sua mútua atração gravitacional, elas acabaram por formar uma só estrutura, como dois redemoinhos de matéria se unindo em uma dança espiralada. Dependendo da massa de cada galáxia, da distância entre as duas e de sua velocidade relativa, um número incontável de combinações se torna viável, o que explica em parte a forma exótica de NGC6240. Mas a junção de duas galáxias é apenas parte da história.
Como os redemoinhos aquáticos, as galáxias também têm um centro. O que se descobriu nos últimos anos é que nesse centro reside um buraco negro gigantesco, com massa milhões de vezes maior que a do Sol. Ou seja, no caso das galáxias, o olho da tempestade é, na verdade, um funil na estrutura do espaço, capaz de sugar tudo que se aproxime demais de suas bordas. A Via Láctea tem um buraco negro em seu centro com aproximadamente 300 milhões de massas solares. Mas o leitor não precisa se preocupar: estamos muito longe das suas garras. Um redemoinho no Caribe não traga banhistas no litoral de São Paulo, certo?
Voltando à NGC6240, as imagens do Hubble foram complementadas por outro olho cósmico, o do Observatório de Raios X Chandra, um satélite espacial dotado de um telescópio extremamente sensível, nesse caso aos raios X. Esse pulo da astronomia da Terra ao espaço mudou nossa concepção do cosmo.
Várias das especulações dos astrofísicos teóricos dos anos 70 e 80 agora podem ser comprovadas (ou não) através desses instrumentos. Uma delas era justamente que buracos negros não só existem no centro de galáxias, como podem formar objetos binários, como um planeta e sua lua, orbitando um em torno do outro. A enorme atração entre eles causa um movimento espiralado até terminar em uma colisão que, até para padrões astronômicos, é espetacular.
Pois foi exatamente isso que as imagens do Chandra revelaram: no centro de NGC6240 se encontram dois gigantescos buracos negros, os centros das respectivas galáxias antes de sua junção, marchando inexoravelmente em direção à colisão final. Jamais buracos negros binários haviam sido identificados, muito menos com massas milhões de vezes maiores do que a do Sol, viajando a velocidades de aproximadamente 35 mil quilômetros por hora. A colisão final ocorrerá em uns 100 milhões de anos e sacudirá a própria geometria do espaço, criando ondas como as que vemos ao jogar uma pedra na superfície de um lago. Esse será também nosso destino.
Andrômeda, a nossa galáxia vizinha, e seu buraco negro central estão em rota de colisão com a Via Láctea. As imagens que vemos hoje de NGC6240 com os telescópios Hubble e Chandra são semelhantes ao que observadores distantes verão ocorrer um dia com a nossa galáxia (se eles existirem).
NGC6240 está a 400 milhões de anos-luz da Terra. Ou seja, são 400 milhões de anos para a luz viajar de lá até aqui: o que vemos agora com nossos telescópios ocorreu há 400 milhões de anos. Para um observador em NGC6240, a colisão já ocorreu. (E, provavelmente, observador nenhum sobreviveu a ela.) Somos parte dessa dança cósmica de criação e destruição e nossa existência é iluminada pela beleza e pelo drama de um Universo em permanente transformação.
domingo, 24 de novembro de 2002
Repensando a nossa existência
Marcelo Gleiser
especial para a Folha
A raridade da inteligência nos seres vivos nos põe em uma situação delicada, indo de encontro ao que aprendemos nos últimos 400 anos de ciência, que, quanto mais descobrimos sobre o Universo, menos importantes parecemos ser. Afinal, nós vivemos em uma dentre bilhões de outras galáxias espalhadas pela vastidão do espaço, cada qual com bilhões de estrelas. A matéria que nos compõe e às estrelas é de pouca importância: a maior parte da matéria cósmica não é feita de prótons e elétrons, mas de algo que não produz a sua própria luz, a ainda misteriosa matéria escura. Tanto a nossa localização no cosmo como a nossa composição material não são lá das mais relevantes. Mas as nossas mentes são.
Pelo que se sabe, não existem outras formas de vida inteligente. Caso existissem, provavelmente já teríamos sido visitados. Perdoem-me os crentes em visitas de ETs, mas elas não ocorreram.
Nossa galáxia, com diâmetro de 100 mil anos-luz e idade de 12 bilhões de anos, já teria sido atravessada inúmeras vezes por outras civilizações inteligentes. Parece que isso não ocorreu -a menos, claro, que os alienígenas tenham vindo bem antes de nós existirmos e partido sem deixar pistas, ou sem vontade de estabelecer um diálogo. Dado que existem várias incógnitas (como podemos entender a psique de extraterrestres, quando mal entendemos a nossa?), devemos manter a cabeça aberta e repetir, com Carl Sagan, que "a ausência de evidência não significa a evidência de ausência". Talvez ETs sejam apenas muito tímidos.
Vamos supor que sejamos, de fato, um evento raro no cosmo. Nesse caso, devemos estar prontos para assumir, sozinhos, uma enorme responsabilidade: preservar o nosso legado, sobrepujando os nossos instintos destrutivos. Os seres humanos são capazes das mais belas criações e dos mais horrendos crimes. É muito conveniente sonharmos com alienígenas sábios e serenos, que irão nos educar e inspirar antes que seja tarde.
Esses ETs são as versões modernas dos santos e profetas das várias religiões, que nos trazem esperança e fé. (Já os destrutivos são a versão dos demônios, ou, talvez, de nós mesmos.) Mas, se nós estamos sozinhos, temos de encontrar essa sabedoria por nós mesmos. Talvez seja aqui que possa existir um casamento entre ciência e ética religiosa. Podemos começar estendendo o provérbio do Antigo Testamento -"faça aos outros o que queres que façam a ti"- da sociedade para todos os seres vivos, conhecidos ou não, aqui e em todo o cosmo.
Para tanto, seria bom começar a aprender um pouco com a elegância e a simplicidade do mundo natural. Por trás da ordem que vemos em nossos corpos e à nossa volta, existe uma necessidade inerente de existir e de criar estruturas complexas, através de combinações e ligações entre entidades diversas. Esse impulso criativo se manifesta do mundo subatômico até os confins do Universo observado, incluindo, claro, seres vivos. Ele tem a ver com a economia das estruturas ligadas, com o fato de que, juntas, entidades conseguem minimizar a energia necessária para se autopreservar.
Todos os processos naturais invariavelmente escolhem o caminho mais econômico para chegar a seu objetivo. Isso é verdade para átomos, bactérias, elefantes ou galáxias. Mas nós nos distanciamos da natureza e nos tornamos seres dispendiosos. Nossos excessos são revelados no desprezo com que tratamos o planeta e a nós mesmos. Se somos mesmos raros, temos de merecer essa distinção e não nos tornarmos vítima dela.
domingo, 17 de novembro de 2002
Uma lua muito exótica
Marcelo Gleiser
especial para a Folha
Devido a sua órbita muito alongada em torno de Júpiter, a atração gravitacional entre Io e o planeta em torno do qual o satélite gira tem enormes variações: quanto mais perto de Júpiter, maior a força gravitacional sobre Io. (E sobre Júpiter, já que, como diz a terceira lei de Newton, a cada ação corresponde uma reação igual em sentido contrário. O leitor certamente já experimentou a eficácia dessa lei ao dar uma topada em uma pedra. Só que Júpiter não se abala muito com a atração exercida por Io.)
A atração gravitacional exercida por Júpiter sobre Io é tão gigantesca que o nível de sua superfície sofre variações de mais de cem metros. Só como comparação, o efeito de marés aqui na Terra pode provocar uma variação no nível do mar de uns 18 metros, no máximo.
O exemplo de Io mostra como o foco da exploração atual do Sistema Solar foi ampliado nas últimas décadas, englobando hoje não só os planetas, mas, também, as suas luas, corpos celestes de grande individualidade, mundos estranhos e fascinantes. Apesar dos dramáticos estertores de Io, a lua mais fascinante de Júpiter para mim é outra, conhecida como Europa.
Tanto Io quanto Europa foram descobertas em 1610, quando o grande cientista italiano Galileu Galilei apontou o seu telescópio para os céus. Ele percebeu quatro objetos orbitando Júpiter, as suas quatro maiores luas. Muito esperto, Galileu apressou-se em chamar as novas luas de "estrelas de Medici", na tentativa (que funcionou muito bem) de conquistar o favor do poderoso líder de Florença, Cosimo 2º de Medici. O que passou despercebido para Galileu e, até há pouco tempo, para todos os astrônomos, foram justamente as exóticas propriedades dos satélites jovianos, u seja, de Júpiter.
A sonda espacial Voyager-2 capturou imagens impressionantes de Europa. Para começar, ao contrário das outras três grandes luas de Júpiter (que incluem, fora Io, Ganimede e Calisto), Europa não tem crateras. A sua superfície é relativamente lisa, com traços alongados aparentando veias varicosas. Análises mais detalhadas mostram que a superfície de Europa é composta por uma camada de gelo de aproximadamente cinco quilômetros de espessura.
O mais interessante é o que existe abaixo dessa camada: um oceano, provavelmente de água salgada, com pelo menos 50 quilômetros de profundidade. As ranhuras na superfície provavelmente são cicatrizes de fraturas que ocorrem ocasionalmente, causadas por variações gravitacionais como as sofridas por Io. Uma vez aberta uma fissura na superfície, a água escapa das entranhas de Europa, congelando quase que imediatamente.
Um mundo aquático, como no clássico de ficção científica soviético "Solaris", de Andrei Tarkovsky. Nesse filme, o planeta aquático era uma entidade viva, capaz de materializar os desejos inconscientes das pessoas. Não acredito que Europa chegue a tanto, mas certamente a presença de água líquida transformou-a em um dos melhores candidatos para a existência de vida extraterrestre.
Infelizmente, um projeto que levaria uma sonda com uma broca especial até Europa para colher amostras de sua água foi cancelado pelo governo Bush, que no momento prefere explorar o petróleo iraquiano. Mas os cientistas interessados em Europa não se deram por vencidos.
Uma nova proposta está sendo estudada, em que a sonda a ser enviada não é maior do que uma bola de basquete. Seu objetivo não é extrair uma amostra da água de Europa, mas confirmar de fato a sua presença através de estudos das vibrações sísmicas da lua joviana. Caso o projeto vingue e a presença de água salgada em Europa seja confirmada, será impossível ignorar os seus mistérios.
domingo, 10 de novembro de 2002
A tensão criativa do cosmos
Marcelo Gleiser
especial para a Folha
Inúmeras histórias, pinturas, danças e rituais foram (e são) criados procurando dar significado à nossa existência. Nós olhamos para o cosmo com um misto de adoração e terror, de devoção e insegurança. Nossa curiosidade não tem limites.
Como algo pode surgir do nada? Qual a origem de todas as coisas? Como a ordem pode surgir por si só, sem algo ou alguém para dirigi-la? Será que a beleza que percebemos no mundo é um acidente ou ela tem um significado mais profundo? Por que temos tanta atração pelas coisas belas, como drogados pelas drogas? O que nos faz cultivar jardins, compor poemas e sinfonias, criar teoremas matemáticos e equações? Por que não nos contentamos simplesmente em comer, dormir e procriar?
Essas questões servem de ponte entre as várias formas de conhecimento, incluindo a pesquisa científica de ponta, as meditações filosóficas, as preces religiosas e as artes. De certo modo, essa busca por respostas nos define. Ao perguntar, ao querer saber sempre mais, nós damos significado à nossa existência. Mesmo que as respostas mudem de cultura para cultura, várias questões são essencialmente idênticas. E muitas permanecem sem resposta.
A ciência moderna desenvolveu uma narrativa descrevendo o surgimento das estruturas materiais no Universo. Embora muitos detalhes e questões fundamentais permaneçam em aberto, podemos hoje afirmar com certeza que a história do cosmo traça a "complexificação" crescente de seus habitantes -viventes ou não- baseada no desenvolvimento hierárquico de forma e função, do simples ao mais complexo.
Em seus primórdios, o Universo era extremamente quente e denso, e a matéria era composta de seus constituintes mais básicos, as partículas elementares. A expansão e o consequente resfriamento do Universo, juntamente com forças atrativas entre as várias partículas, estimularam a formação de estruturas compostas de mais de um componente, chamadas de estruturas ligadas: prótons e nêutrons surgiram a partir da junção de quarks; núcleos atômicos, da junção de prótons e nêutrons; átomos leves como o hidrogênio, da junção de núcleos atômicos e elétrons; galáxias, a partir do colapso de enormes nuvens de hidrogênio, estrelas de nuvens de hidrogênio e hélio dentro das jovens galáxias -até que, eventualmente, seres vivos surgiram em ao menos um dos bilhões de sistemas solares espalhados pelo cosmo.
A descrição científica da emergência de estruturas materiais complexas vem tendo enorme sucesso. A cosmologia, por exemplo, é hoje uma ciência empírica, com uma enorme quantidade de dados, o que há duas décadas seria impensável.
Esse sucesso, como deve ser em ciência, acaba por gerar mais perguntas. Entre as mais fascinantes estão as questões das origens: a origem do cosmo, a origem da vida e a origem da mente. As respostas a essas perguntas estão necessariamente relacionadas com a existência de estruturas emergentes: como estruturas podem se auto-organizar a ponto de gerar comportamentos extremamente complexos?
Seja o nosso Universo surgindo de uma sopa quântica de universos, seja um ser vivo composto de milhões de macromoléculas orgânicas, ou um ser pensante, capaz de refletir sobre a sua origem ou sobre questões morais, a emergência de estruturas complexas representa um dos grandes desafios intelectuais de nossa época, prova da incrível criatividade da natureza. E, por que não dizer, da nossa também.
domingo, 3 de novembro de 2002
A obscura matéria escura
Marcelo Gleiser
especial para a Folha
O interessante é que essa matéria, composta de prótons, nêutrons e elétrons, não tem muita relevância cósmica. Sem dúvida, é ela que compõe as estrelas e nuvens de gás que observamos pelo Universo afora. Mas esse tipo comum de matéria, que é chamada de matéria bariônica, não consiste em mais do que 1/6 da matéria total existente no Universo. A maior parte não tem nada a ver com a matéria da qual nós somos feitos. Não é composta de prótons e elétrons e não forma astros luminosos, como estrelas. Nós só percebemos a sua existência através da atração que ela exerce sobre a matéria luminosa comum. Por isso, esse tipo exótico de matéria é conhecido como matéria escura. Um dos grandes desafios da física moderna é desvendar a natureza dessa matéria. Se ela não é feita de átomos comuns, do que é feita?
Antes de abordarmos essa questão, vale notar que planetas, asteróides, ou outros astros que não produzem a própria luz (como fazem as estrelas), mesmo se feitos de átomos comuns, também são matéria escura. Eles são considerados matéria escura bariônica, menos interessante e já incluída no 1/6 mencionado acima. Portanto, quando falamos em matéria escura exótica, nos referimos àquela que não é composta de prótons e elétrons, os outros 5/6 da matéria cósmica, de composição desconhecida.
A maior pista que temos da existência de matéria escura é obtida quando se observa como as galáxias giram. Como tudo mais no cosmo, galáxias também giram em torno de seu eixo central. A velocidade de rotação é medida observando-se a luz de estrelas posicionadas a distâncias variáveis do centro. Se a galáxia fosse feita de matéria bariônica comum, a velocidade chegaria a um valor máximo a uma certa distância, e cairia em direção à borda. O que se observa é que a velocidade cresce e chega a um valor aproximadamente constante, sem diminuir na proximidade da borda. A explicação mais plausível é que existe mais matéria na galáxia do que a que produz luz. Essa matéria escura circunda a galáxia como um véu invisível, cuja massa altera a sua velocidade de rotação. As observações confirmam que todos os tipos de galáxia têm esse comportamento. A matéria escura está por toda parte.
Uma das teorias mais aceitas é que essa matéria escura é composta por partículas submicroscópicas exóticas, muito diferentes dos prótons e elétrons que formam os átomos normais. Caso isso seja verdade, deveria ser possível detectá-las aqui na Terra, na medida em que nosso planeta passeia pelo véu de matéria escura circundando a galáxia. Vários grupos de pesquisa, incluindo um na Universidade da Califórnia em Berkeley e outro na montanha de Gran Sasso, na Itália, vêm caçando essas partículas exóticas, até o momento sem sucesso. (Houve um alarme falso há um tempo na Itália, que causou grande alvoroço na comunidade científica.)
A idéia é ter um detector de partículas, feito de cristais de germânio (material que se usa também em chips de computador) mantidos a baixíssimas temperaturas. O detector possui uma superfície coletora, como uma rede, que tem a probabilidade de absorver um certo número de partículas de matéria escura por mês.
Quando a partícula se choca com os núcleos dos átomos de germânio, ela faz eles vibrarem e sua energia de movimento é transformada em energia de vibração do cristal. Por sua vez, essa energia de vibração é transformada em energia térmica. Dessas variações pode-se obter a direção original da partícula e a sua massa. Segundo os caçadores de matéria escura, uma detecção decisiva ocorrerá em breve. Nesse caso, a astrofísica estará abrindo uma nova janela para a física de partículas, numa belíssima união do micro com o macro. No meio-tempo, a matéria escura continua obscura.
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