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O grande físico dinamarquês Niels Bohr, ao receber a Ordem do Elefante de seu rei, escolheu como brasão o símbolo taoísta do Yin-Yang, o círculo com duas formas simétricas, uma preta e outra branca, cada uma com a semente da outra em seu interior. Como legenda, Bohr usou "Contraria sunt complementa", os opostos se complementam.
Estranha, aparentemente, a escolha de Bohr, um dos pioneiros da física quântica, a física dos átomos, de seus núcleos e das partículas elementares da matéria. Na verdade, a escolha estava bem de acordo com a interpretação de Bohr da estranha realidade do quantum, a chamada Interpretação de Copenhagen.
O desenvolvimento da física quântica nas três primeiras décadas do século passado foi um dos episódios mais ricos e dramáticos da história da ciência.
Até o final do século 19, a física era dominada por duas teorias, a da mecânica e da gravitação newtonianas e a do eletromagnetismo. A mecânica descrevia os movimentos dos objetos sob ação de forças, incluindo a gravidade. O eletromagnetismo descrevia o comportamento das cargas elétricas e ímãs, ou melhor, dos campos eletromagnéticos. Uma das distinções mais claras no mundo clássico era entre uma partícula, objeto localizado no espaço -em geral visualizado como uma pequena esfera-, e uma onda, objeto espalhado pelo espaço, sem uma posição única. Podia-se até dizer que partícula e onda eram antônimos.
Em 1897, o inglês J.J. Thomson descobriu a primeira partícula elementar da matéria, o elétron (elementar significa que a partícula não poderia ser dividida em outras menores). Já a luz era visualizada como uma onda se propagando pelo espaço numa determinada frequência.
Um dos problemas com a física clássica era justamente juntar esses dois objetos em um átomo. Isso porque se imaginava, no início do século 20, que o átomo era formado de um núcleo com carga positiva circundado por elétrons com carga negativa, como um minissistema solar.
Segundo o eletromagnetismo, uma carga elétrica em movimento acelerado -como o elétron girando em torno do núcleo- irradiaria sua energia em ondas eletromagnéticas (como a luz visível). Caso isso fosse correto, o átomo não poderia ser estável, pois o elétron acabaria caindo em espiral sobre o núcleo.
Em 1913, Bohr sugeriu que o átomo não obedecia às mesmas regras da física clássica; uma nova física era necessária. Passos nessa direção já haviam sido dados pelo físico alemão Max Planck, que em 1900 mostrou que átomos emitem e absorvem energia em pacotes, que chamou de "quanta" (plural de "quantum"), e por Einstein, que em 1905 sugeriu que a própria luz (ou radiação eletromagnética) também poderia ser interpretada como sendo composta de partículas (e não só como ondas), que mais tarde receberam o nome de fótons, os quanta de luz.
Com seu átomo, Bohr criou uma nova entidade, que já não cabia na física clássica. Doze anos mais tarde surge a mecânica quântica, que abandonou de vez a formulação clássica do movimento dos objetos. Não que a física clássica esteja errada -ela só não é aplicável aos processos que ocorrem nas dimensões atômicas.
No mundo do muito pequeno, onda e quantum se misturam. E não só na radiação eletromagnética. O elétron e todas as partículas (prótons, nêutrons, neutrinos etc.) podem se comportar tanto como onda quanto como partícula. A distinção só existe em nossas cabeças, incapazes de imaginar algo que pode ser ambos ao mesmo tempo. Os contrários se complementam, coexistem.
A realidade física do objeto de estudo, por exemplo um elétron, irá depender de como a estamos testando: se o experimento for de colisão, ele será partícula, se de difração, ele será onda. Antes de ele ser medido, não podemos nem afirmar o que um elétron é. Ou se ele é.
No mundo quântico, a realidade é determinada através da interação do observador com o observado. Ou seja, é impossível observar o mundo sem interagir com ele e afetá-lo de alguma forma. Até que ponto isso é verdade além do átomo é algo que fica para outro dia.
domingo, 31 de agosto de 2003
domingo, 24 de agosto de 2003
Um mundo de cordas
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A física moderna sofre de um sério problema matrimonial: suas duas teorias mais fundamentais, a teoria da relatividade geral de Einstein -que descreve a gravidade- e a mecânica quântica -que descreve os átomos, as partículas elementares da matéria e suas interações-, são incompatíveis.
O problema vem da grande diferença de intensidade entre a gravidade e as outras três forças que regem o comportamento das partículas elementares, a força eletromagnética e as forças nucleares forte e fraca. A gravidade é muito mais fraca, tendo um papel irrelevante na interação entre os tijolos fundamentais da matéria, ao menos nas energias que podemos testar até agora.
Essa diferença entre as forças da natureza leva a uma série de questões. Primeiro, por que ela existe? Deve haver um motivo para tal. Segundo, será que essa diferença não muda quando estudamos o comportamento da matéria a altas energias, bem mais altas do que as que experimentamos em nosso dia-a-dia? Terceiro, será que essas forças e seu comportamento têm alguma relação com o número de dimensões do espaço?
Einstein, durante as três últimas décadas de sua vida, dedicou-se à busca de uma teoria unificada das forças, na época apenas a gravidade e o eletromagnetismo. Segundo ele, seguindo um veio filosófico inspirado por idéias platônicas, a natureza, em sua essência, deve ser simples, e sua ordem, expressa geometricamente. Ou seja, a geometria deve ter um papel básico na descrição da ordem e da simetria que há na natureza. Mesmo nas simetrias que não são aparentes aos olhos, como a simetria matemática entre as forças que regem os processo naturais envolvendo as partículas de matéria.
Einstein não conseguiu obter a teoria unificada, mas seus esforços originaram uma busca que continua até hoje. Sem dúvida, ele mal reconheceria as teorias unificadas atuais. A mais importante, a teoria das supercordas, pressupõe um Universo existindo em dez dimensões (ou 11, dependendo da versão da teoria), onde as entidades fundamentais da matéria não são partículas, mas cordas minúsculas e muito finas.
Essas teorias foram desenvolvidas nos anos 60 para explicar o estranho comportamento dos quarks, que compõem as partículas que interagem através da força nuclear forte, incluindo o próton e o nêutron. Um próton é formado por três quarks que nunca são vistos isoladamente. Pense nele como uma laranja e nos quarks como sementes que jamais podem ser extraídas de seu interior. As cordas foram originalmente criadas para explicar esse comportamento bizarro, chamado de confinamento.
Logo em seguida, nos anos 70, se descobriu que as cordas poderiam ser generalizadas para explicar tanto as partículas de matéria quanto as partículas que transmitem as interações entre as partículas de matéria, as chamadas partículas de força. Um exemplo de partícula de força é o fóton, que transmite a força eletromagnética entre duas partículas com carga. Tais como cordas normais, essas cordas fundamentais podem vibrar de vários modos, cada um deles com uma determinada energia. As partículas existentes são associadas aos vários modos de vibração das cordas.
Um dos modos de vibração das cordas é equivalente às partículas que transmitem a força gravitacional, os grávitons. Ou seja, as cordas podem, em princípio, descrever todas as forças da natureza a partir dos padrões geométricos de suas vibrações. Mais ainda, elas só fazem sentido em dez dimensões, nove espaciais e uma temporal (ou 11, nas "teorias-M", que reúnem os cinco tipos possíveis de supercordas). Isso pode explicar qual a dimensionalidade do espaço.
A resposta que temos, três, é devido à observação de que vivemos em três dimensões. Se existem outras, elas são menores do que podemos detectar. Compreender isso como consequência de uma teoria sobre a estrutura material do mundo é ligar, de modo profundo, o espaço e o tempo com a matéria.
Só resta agora o teste experimental. Qualquer teoria, por mais bela, tem de ser testada. Até agora, não existe indicação alguma de que a teoria das supercordas seja verdadeira. Mas nos próximos anos isso pode mudar, com novos experimentos em andamento capazes de comprovar a realidade das supercordas e resolver o casamento da relatividade com a mecânica quântica. Ou não.
A física moderna sofre de um sério problema matrimonial: suas duas teorias mais fundamentais, a teoria da relatividade geral de Einstein -que descreve a gravidade- e a mecânica quântica -que descreve os átomos, as partículas elementares da matéria e suas interações-, são incompatíveis.
O problema vem da grande diferença de intensidade entre a gravidade e as outras três forças que regem o comportamento das partículas elementares, a força eletromagnética e as forças nucleares forte e fraca. A gravidade é muito mais fraca, tendo um papel irrelevante na interação entre os tijolos fundamentais da matéria, ao menos nas energias que podemos testar até agora.
Essa diferença entre as forças da natureza leva a uma série de questões. Primeiro, por que ela existe? Deve haver um motivo para tal. Segundo, será que essa diferença não muda quando estudamos o comportamento da matéria a altas energias, bem mais altas do que as que experimentamos em nosso dia-a-dia? Terceiro, será que essas forças e seu comportamento têm alguma relação com o número de dimensões do espaço?
Einstein, durante as três últimas décadas de sua vida, dedicou-se à busca de uma teoria unificada das forças, na época apenas a gravidade e o eletromagnetismo. Segundo ele, seguindo um veio filosófico inspirado por idéias platônicas, a natureza, em sua essência, deve ser simples, e sua ordem, expressa geometricamente. Ou seja, a geometria deve ter um papel básico na descrição da ordem e da simetria que há na natureza. Mesmo nas simetrias que não são aparentes aos olhos, como a simetria matemática entre as forças que regem os processo naturais envolvendo as partículas de matéria.
Einstein não conseguiu obter a teoria unificada, mas seus esforços originaram uma busca que continua até hoje. Sem dúvida, ele mal reconheceria as teorias unificadas atuais. A mais importante, a teoria das supercordas, pressupõe um Universo existindo em dez dimensões (ou 11, dependendo da versão da teoria), onde as entidades fundamentais da matéria não são partículas, mas cordas minúsculas e muito finas.
Essas teorias foram desenvolvidas nos anos 60 para explicar o estranho comportamento dos quarks, que compõem as partículas que interagem através da força nuclear forte, incluindo o próton e o nêutron. Um próton é formado por três quarks que nunca são vistos isoladamente. Pense nele como uma laranja e nos quarks como sementes que jamais podem ser extraídas de seu interior. As cordas foram originalmente criadas para explicar esse comportamento bizarro, chamado de confinamento.
Logo em seguida, nos anos 70, se descobriu que as cordas poderiam ser generalizadas para explicar tanto as partículas de matéria quanto as partículas que transmitem as interações entre as partículas de matéria, as chamadas partículas de força. Um exemplo de partícula de força é o fóton, que transmite a força eletromagnética entre duas partículas com carga. Tais como cordas normais, essas cordas fundamentais podem vibrar de vários modos, cada um deles com uma determinada energia. As partículas existentes são associadas aos vários modos de vibração das cordas.
Um dos modos de vibração das cordas é equivalente às partículas que transmitem a força gravitacional, os grávitons. Ou seja, as cordas podem, em princípio, descrever todas as forças da natureza a partir dos padrões geométricos de suas vibrações. Mais ainda, elas só fazem sentido em dez dimensões, nove espaciais e uma temporal (ou 11, nas "teorias-M", que reúnem os cinco tipos possíveis de supercordas). Isso pode explicar qual a dimensionalidade do espaço.
A resposta que temos, três, é devido à observação de que vivemos em três dimensões. Se existem outras, elas são menores do que podemos detectar. Compreender isso como consequência de uma teoria sobre a estrutura material do mundo é ligar, de modo profundo, o espaço e o tempo com a matéria.
Só resta agora o teste experimental. Qualquer teoria, por mais bela, tem de ser testada. Até agora, não existe indicação alguma de que a teoria das supercordas seja verdadeira. Mas nos próximos anos isso pode mudar, com novos experimentos em andamento capazes de comprovar a realidade das supercordas e resolver o casamento da relatividade com a mecânica quântica. Ou não.
domingo, 17 de agosto de 2003
Sobre o método
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É comum dizer que a ciência busca a verdade. Mas que verdade é essa? O próprio sentido da palavra verdade pode ser discutido: ela é uma daquelas palavras que são mais fáceis de entender do que de explicar. No "Dicionário Aurélio", a primeira definição de verdade é "conformidade com o real". Portanto, a definição de verdade depende do que chamamos de real. Antes de aceitarmos conjuntamente o que é verdade, precisamos concordar com o que seja o real.
Uma opção é definir como real aquilo que percebemos com os nossos sentidos e que pode ser medido. (Aqui se incluem medidas obtidas com instrumentos que ampliam os nossos limitados sentidos, como telescópios, microscópios, amperímetros etc.). A grande vantagem dessa definição é a sua simplicidade: realidade é o conjunto de todas as coisas reais. E verdade é o que está de acordo com essa realidade concreta, mensurável.
Mas essa definição tem alguns problemas. Um deles é com a matemática. Se peço para o leitor imaginar um círculo, imediatamente a figura geométrica ganha vida em sua mente. Mas ela não foi vista, cheirada ou tocada por ninguém. Será menos real por isso? Basear a definição do real no que é perceptível, no que vem exclusivamente de fora para dentro, talvez não seja uma idéia tão boa. Aliás, idéias apresentam outra dificuldade. Apesar de não serem percebidas pelos nossos sentidos, elas não deixam de ser reais. O mesmo com sentimentos. Ninguém vê ou ouve saudades. Mas o sentimento existe. Real não significa necessariamente o que é concreto.
Para simplificar as coisas, podemos separar a definição de real em duas partes: o real objetivo e o subjetivo. Uma cadeira faz parte de uma realidade objetiva: qualquer pessoa sã (outro problema, definir sanidade e sua relação com o que é ou não real) vê a mesma cadeira. (Por não-sã defino aquelas que não acham que a cadeira que 1 milhão de pessoas vêem seja uma cadeira.) A idéia de círculo, mesmo que existente apenas na cabeça das pessoas, faz parte do real objetivo: as pessoas concordam que um círculo é uma figura cujo centro é equidistante de todos os seus pontos. Existe uma relação matemática única para definir a idéia de círculo, o que o torna parte da realidade objetiva.
Já o real subjetivo não é mensurável de forma única. Eis um exemplo. Um grupo de brasileiros mora no exterior há dez anos. Alguns sentem saudades e sabem disso, outros não. O sentimento é real. Mas ele não tem uma realidade objetiva, pois não existe um critério único para a sua medida. A intensidade da emoção é mensurável (talvez usando um aparelho de ressonância magnética funcional seja até possível localizar a região do cérebro responsável pela saudade). Mas ela é subjetiva; passar dez anos fora pode ou não causar saudades em brasileiros. No entanto, todos eles irão concordar com o que seja um círculo com raio de um metro.
As ciências naturais tratam da descrição da realidade objetiva. O que não tem existência concreta pode ser descrito por relações matemáticas únicas. Exemplos não incluem apenas objetos geométricos, como o círculo ou o triângulo. Leis físicas também fazem parte dessa realidade objetiva. Quando se diz que a energia em processos físicos é conservada, podendo ser transformada, mas não criada, está se falando de algo mensurável, a quantidade de energia de um sistema antes e depois de um determinado fenômeno. Por exemplo, um carro antes e depois de uma viagem, onde a energia química armazenada na gasolina é transformada em movimento e calor devido ao atrito com o ar, com o chão e nos seus mecanismos. Essas leis físicas são a melhor aproximação que a ciência pode oferecer da "verdade".
Por que as aspas? Porque nada pode ser afirmado com absoluta certeza. Não existem medidas absolutamente precisas, incluindo aquelas que medem a quantidade total de energia de um sistema antes e depois de um fenômeno qualquer. Pode-se apenas afirmar que, dentro da precisão existente, essa ou aquela lei é válida. Portanto, toda lei física é apenas aproximadamente válida. Isso torna a verdade intrinsecamente humana: afinal, ela avança lado a lado conosco, tornando-se cada vez mais, mas nunca absolutamente, verdadeira.
É comum dizer que a ciência busca a verdade. Mas que verdade é essa? O próprio sentido da palavra verdade pode ser discutido: ela é uma daquelas palavras que são mais fáceis de entender do que de explicar. No "Dicionário Aurélio", a primeira definição de verdade é "conformidade com o real". Portanto, a definição de verdade depende do que chamamos de real. Antes de aceitarmos conjuntamente o que é verdade, precisamos concordar com o que seja o real.
Uma opção é definir como real aquilo que percebemos com os nossos sentidos e que pode ser medido. (Aqui se incluem medidas obtidas com instrumentos que ampliam os nossos limitados sentidos, como telescópios, microscópios, amperímetros etc.). A grande vantagem dessa definição é a sua simplicidade: realidade é o conjunto de todas as coisas reais. E verdade é o que está de acordo com essa realidade concreta, mensurável.
Mas essa definição tem alguns problemas. Um deles é com a matemática. Se peço para o leitor imaginar um círculo, imediatamente a figura geométrica ganha vida em sua mente. Mas ela não foi vista, cheirada ou tocada por ninguém. Será menos real por isso? Basear a definição do real no que é perceptível, no que vem exclusivamente de fora para dentro, talvez não seja uma idéia tão boa. Aliás, idéias apresentam outra dificuldade. Apesar de não serem percebidas pelos nossos sentidos, elas não deixam de ser reais. O mesmo com sentimentos. Ninguém vê ou ouve saudades. Mas o sentimento existe. Real não significa necessariamente o que é concreto.
Para simplificar as coisas, podemos separar a definição de real em duas partes: o real objetivo e o subjetivo. Uma cadeira faz parte de uma realidade objetiva: qualquer pessoa sã (outro problema, definir sanidade e sua relação com o que é ou não real) vê a mesma cadeira. (Por não-sã defino aquelas que não acham que a cadeira que 1 milhão de pessoas vêem seja uma cadeira.) A idéia de círculo, mesmo que existente apenas na cabeça das pessoas, faz parte do real objetivo: as pessoas concordam que um círculo é uma figura cujo centro é equidistante de todos os seus pontos. Existe uma relação matemática única para definir a idéia de círculo, o que o torna parte da realidade objetiva.
Já o real subjetivo não é mensurável de forma única. Eis um exemplo. Um grupo de brasileiros mora no exterior há dez anos. Alguns sentem saudades e sabem disso, outros não. O sentimento é real. Mas ele não tem uma realidade objetiva, pois não existe um critério único para a sua medida. A intensidade da emoção é mensurável (talvez usando um aparelho de ressonância magnética funcional seja até possível localizar a região do cérebro responsável pela saudade). Mas ela é subjetiva; passar dez anos fora pode ou não causar saudades em brasileiros. No entanto, todos eles irão concordar com o que seja um círculo com raio de um metro.
As ciências naturais tratam da descrição da realidade objetiva. O que não tem existência concreta pode ser descrito por relações matemáticas únicas. Exemplos não incluem apenas objetos geométricos, como o círculo ou o triângulo. Leis físicas também fazem parte dessa realidade objetiva. Quando se diz que a energia em processos físicos é conservada, podendo ser transformada, mas não criada, está se falando de algo mensurável, a quantidade de energia de um sistema antes e depois de um determinado fenômeno. Por exemplo, um carro antes e depois de uma viagem, onde a energia química armazenada na gasolina é transformada em movimento e calor devido ao atrito com o ar, com o chão e nos seus mecanismos. Essas leis físicas são a melhor aproximação que a ciência pode oferecer da "verdade".
Por que as aspas? Porque nada pode ser afirmado com absoluta certeza. Não existem medidas absolutamente precisas, incluindo aquelas que medem a quantidade total de energia de um sistema antes e depois de um fenômeno qualquer. Pode-se apenas afirmar que, dentro da precisão existente, essa ou aquela lei é válida. Portanto, toda lei física é apenas aproximadamente válida. Isso torna a verdade intrinsecamente humana: afinal, ela avança lado a lado conosco, tornando-se cada vez mais, mas nunca absolutamente, verdadeira.
domingo, 10 de agosto de 2003
Ciência e Hollywood
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Não existe dúvida de que a maior parte do contato das pessoas com a ciência é por meio do cinema. Não de livros, jornais, revistas ou cursos (infelizmente, já que eu dou aulas de ciência e escrevo livros e artigos de divulgação científica), ou de museus e palestras, mas, principalmente, de Hollywood. Falo de centenas de milhões de pessoas, talvez bilhões.
A TV, claro, também é importante. Mas é possível argumentar que, em geral, uma série de ficção científica que faz sucesso na TV acaba, mais cedo ou mais tarde, virando filme. Veja os exemplos das séries "Jornada nas Estrelas", "Arquivo X" e "Perdidos no Espaço", entre muitos outros. Mais ainda, filmes já faziam "divulgação científica" muito antes de a TV existir.
Oitenta anos de ciência em Hollywood contribuíram para a criação de uma percepção pública que oscila entre o venerável e o assustador. A ciência cria e destrói. Novas tecnologias trazem sempre a dupla promessa do bem e do mal. Os filmes, em sua grande maioria, são representações dessa dualidade.
As imagens e idéias vistas nas telas vêm carregadas de significados morais, relacionados, em sua maior parte, a um punhado de mitos clássicos. O mais popular é o mito de Prometeu, o titã que, por ter roubado o fogo dos céus para o benefício da humanidade, foi condenado por Zeus a ter o seu fígado devorado durante o dia por uma águia, só para tê-lo regenerado à noite, em um ciclo que se repete por toda a eternidade.
Uma encarnação recente desse mito nas telas é o filme "Inteligência Artificial", de Steven Spielberg, no qual a humanidade se torna obsoleta graças à sua própria criação, robôs inteligentes e emotivos. Outra é a série "O Exterminador do Futuro", em que máquinas cada vez mais poderosas têm como missão o extermínio dos humanos (ainda bem que temos Arnold Schwarzenegger para nos salvar). Inúmeros filmes sobre apocalipses nucleares exploram o mesmo mito: se nós ousarmos muito com nossas invenções, se roubarmos o segredo dos deuses, seremos punidos, tornando-nos vítimas de nossa própria criação. A criatura destrói o criador.
No entanto, acusar Hollywood de deturpar a ciência apenas para fins lucrativos, usando a mistura de medo e fascínio que as pessoas têm do novo para induzi-las a ir ao cinema, é apenas parte da história, a mais óbvia. Existe também uma relação dual entre o imaginário e o real, que é inspiradora não só para os que vão ao cinema, mas para os que fazem ciência e vão ao cinema. Afinal, se a realidade muitas vezes é mais estranha do que a ficção, a ficção também pode motivar a nossa compreensão do real: o impulso criativo também se alimenta de sonhos. Se tudo que existisse fosse apenas dentro do plausível, a vida seria insuportavelmente chata e monótona. O desconhecido é tão necessário quanto o conhecido. E o que antes era apenas visão pode, um dia, se tornar realidade.
Essa relação simbiótica entre arte e ciência é extremamente frutífera. Um dos meus exemplos favoritos é o romance gótico "Frankenstein". Escrito em 1818 pela inglesa Mary Shelley, o livro inspirou-se na ciência de ponta da época, a descoberta (feita por Luigi Galvani e explorada por Alessandro Volta, o inventor da pilha) da "eletricidade animal" e de sua relação com o movimento muscular e com a vida. O clássico filme homônimo de James Whale, feito em 1931, não só usou toda a maquinaria eletromagnética que existia na época da filmagem como também a ciência que Mary Shelley jamais imaginaria possível: Henry Frankenstein (o nome do inventor louco na peça de Peggy Webling que serviu de base para o roteiro) foi "além do ultravioleta para descobrir o grande raio que trouxe a vida ao mundo".
E eis que, em 1953, o bioquímico Harold Urey e seu orientador, o vencedor do Prêmio Nobel de Química Stanley Miller, usaram descargas elétricas para sintetizar aminoácidos -componentes fundamentais de toda a matéria viva- a partir de compostos químicos simples como metano e amônia, que eles acreditavam estar presentes na atmosfera da Terra primitiva. Descargas elétricas novamente aparecem como o "raio que trouxe a vida ao mundo", dessa vez em um laboratório real. Pergunto-me se eles viram o filme de Whale e resolveram, mesmo que inconscientemente, pôr à prova a sua hipótese.
Não existe dúvida de que a maior parte do contato das pessoas com a ciência é por meio do cinema. Não de livros, jornais, revistas ou cursos (infelizmente, já que eu dou aulas de ciência e escrevo livros e artigos de divulgação científica), ou de museus e palestras, mas, principalmente, de Hollywood. Falo de centenas de milhões de pessoas, talvez bilhões.
A TV, claro, também é importante. Mas é possível argumentar que, em geral, uma série de ficção científica que faz sucesso na TV acaba, mais cedo ou mais tarde, virando filme. Veja os exemplos das séries "Jornada nas Estrelas", "Arquivo X" e "Perdidos no Espaço", entre muitos outros. Mais ainda, filmes já faziam "divulgação científica" muito antes de a TV existir.
Oitenta anos de ciência em Hollywood contribuíram para a criação de uma percepção pública que oscila entre o venerável e o assustador. A ciência cria e destrói. Novas tecnologias trazem sempre a dupla promessa do bem e do mal. Os filmes, em sua grande maioria, são representações dessa dualidade.
As imagens e idéias vistas nas telas vêm carregadas de significados morais, relacionados, em sua maior parte, a um punhado de mitos clássicos. O mais popular é o mito de Prometeu, o titã que, por ter roubado o fogo dos céus para o benefício da humanidade, foi condenado por Zeus a ter o seu fígado devorado durante o dia por uma águia, só para tê-lo regenerado à noite, em um ciclo que se repete por toda a eternidade.
Uma encarnação recente desse mito nas telas é o filme "Inteligência Artificial", de Steven Spielberg, no qual a humanidade se torna obsoleta graças à sua própria criação, robôs inteligentes e emotivos. Outra é a série "O Exterminador do Futuro", em que máquinas cada vez mais poderosas têm como missão o extermínio dos humanos (ainda bem que temos Arnold Schwarzenegger para nos salvar). Inúmeros filmes sobre apocalipses nucleares exploram o mesmo mito: se nós ousarmos muito com nossas invenções, se roubarmos o segredo dos deuses, seremos punidos, tornando-nos vítimas de nossa própria criação. A criatura destrói o criador.
No entanto, acusar Hollywood de deturpar a ciência apenas para fins lucrativos, usando a mistura de medo e fascínio que as pessoas têm do novo para induzi-las a ir ao cinema, é apenas parte da história, a mais óbvia. Existe também uma relação dual entre o imaginário e o real, que é inspiradora não só para os que vão ao cinema, mas para os que fazem ciência e vão ao cinema. Afinal, se a realidade muitas vezes é mais estranha do que a ficção, a ficção também pode motivar a nossa compreensão do real: o impulso criativo também se alimenta de sonhos. Se tudo que existisse fosse apenas dentro do plausível, a vida seria insuportavelmente chata e monótona. O desconhecido é tão necessário quanto o conhecido. E o que antes era apenas visão pode, um dia, se tornar realidade.
Essa relação simbiótica entre arte e ciência é extremamente frutífera. Um dos meus exemplos favoritos é o romance gótico "Frankenstein". Escrito em 1818 pela inglesa Mary Shelley, o livro inspirou-se na ciência de ponta da época, a descoberta (feita por Luigi Galvani e explorada por Alessandro Volta, o inventor da pilha) da "eletricidade animal" e de sua relação com o movimento muscular e com a vida. O clássico filme homônimo de James Whale, feito em 1931, não só usou toda a maquinaria eletromagnética que existia na época da filmagem como também a ciência que Mary Shelley jamais imaginaria possível: Henry Frankenstein (o nome do inventor louco na peça de Peggy Webling que serviu de base para o roteiro) foi "além do ultravioleta para descobrir o grande raio que trouxe a vida ao mundo".
E eis que, em 1953, o bioquímico Harold Urey e seu orientador, o vencedor do Prêmio Nobel de Química Stanley Miller, usaram descargas elétricas para sintetizar aminoácidos -componentes fundamentais de toda a matéria viva- a partir de compostos químicos simples como metano e amônia, que eles acreditavam estar presentes na atmosfera da Terra primitiva. Descargas elétricas novamente aparecem como o "raio que trouxe a vida ao mundo", dessa vez em um laboratório real. Pergunto-me se eles viram o filme de Whale e resolveram, mesmo que inconscientemente, pôr à prova a sua hipótese.
domingo, 3 de agosto de 2003
A visão de um padre cosmólogo
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Em 1931, o padre e cosmólogo belga Georges Lemaître propôs algo bastante ousado: que o Universo surgiu de um núcleo atômico gigantesco que, ao se desintegrar, deu origem a espaço, tempo, radiação e matéria. Lemaître foi o primeiro a dizer que seu modelo era mais uma sugestão do que uma teoria, quase que uma visão. Sendo padre, teve também o cuidado de separar a sua ciência da sua religião. Não atribuía o evento da desintegração do "átomo primordial" (assim o chamava) a um ato divino. Segundo Lemaître, "teorias cosmogônicas [que tratam da origem do Universo] se propõem a encontrar condições iniciais simples que possam explicar como o mundo presente pode ter resultado da relação natural entre forças conhecidas". Ele não tentou explicar de onde veio o átomo primordial, mas as consequências físicas de sua existência.
O átomo primordial, segundo Lemaître, seria responsável pela matéria e radiação que observamos no Universo. Ele chegou até a propor a existência de "raios fósseis", radiações que sobreviveriam até o nosso tempo, fósseis desta era primordial. Após a 2ª Guerra Mundial, o cientista russo-americano George Gamow, inspirado pelas idéias de Lemaître e pelo desenvolvimento da física nuclear, desenvolveu o modelo que viria a ser conhecido como Big Bang.
Segundo o modelo, o Universo não teria surgido da desintegração de um átomo primordial: a temperatura era tão alta que seria impossível que a matéria se agregasse em sistemas com mais de uma partícula, como em núcleos atômicos (com prótons e nêutrons), átomos (núcleos com elétrons em torno) ou moléculas (conjuntos de átomos).
Ou seja, segundo o Big Bang de Gamow, o estado inicial do Universo seria simples, uma sopa cósmica de partículas, principalmente elétrons, prótons, nêutrons e muitos fótons, as partículas da radiação eletromagnética. O interessante é que o Big Bang também previa a existência de raios fósseis. E, mais interessante ainda, esses raios fósseis -a radiação cósmica de fundo- foram encontrados em 1965, sendo hoje um componente fundamental do estudo da cosmologia, fornecendo um retrato da infância cósmica. Para ser mais preciso, um retrato do Universo 300 mil anos após o Big Bang, ou seja, há 13,8 bilhões de anos. Vamos explorar isso com mais detalhes.
Como na maioria das situações em física, estruturas complexas surgem de uma competição entre forças opostas. Em geral, a estrutura resultante, seja ela um átomo, uma ponte ou uma estrela, surge de um equilíbrio entre tendências opostas, equilíbrio que pode ser estável ou instável. Por exemplo, o núcleo de um átomo radioativo é instável à emissão de radiação. Átomos surgem da atração elétrica entre elétrons e prótons, que têm cargas opostas. Imagine, então, o Universo primordial como uma fornalha, com prótons e elétrons ziguezagueando pelo espaço afora, em meio a um número imenso de fótons. Quanto mais alta a temperatura, mais energéticos os fótons.
Portanto, quando um elétron e um próton se aproximavam o suficiente para se sentirem atraídos eletricamente, lá vinham os fótons e "chutavam" (por interação) os elétrons para longe. Como resultado, enquanto os fótons fossem mais energéticos do que a atração elétrica entre prótons e elétrons, nem mesmo átomos de hidrogênio, os mais simples na natureza, eram formados.
Acontece que, segundo o Big Bang, o Universo, desde a sua origem, se encontra em expansão. Para o Universo-bebê, a consequência mais importante da expansão foi a queda rápida de sua temperatura. Com isso, os fótons foram ficando menos energéticos, até o ponto em que eles já não podiam destruir as ligações entre elétrons e prótons. É possível prever que isto ocorreu quando o universo tinha em torno de 300 mil anos. Formaram-se então os primeiros átomos. Mas o que ocorreu com os fótons?
Incapazes de interagir com elétrons, eles passaram a vagar pelo espaço como fantasmas. São esses os raios fósseis, a radiação cósmica de fundo, que carregam os segredos do Universo primordial. Estudando as suas propriedades, cosmólogos obtiveram, entre outros resultados, a idade do Universo (13,8 bilhões de anos), a sua geometria (plana), a era em que as primeiras estrelas nasceram (200 milhões de anos). A visão de Lemaître foi vindicada, provando que, em ciência, sonhar também é preciso.
Em 1931, o padre e cosmólogo belga Georges Lemaître propôs algo bastante ousado: que o Universo surgiu de um núcleo atômico gigantesco que, ao se desintegrar, deu origem a espaço, tempo, radiação e matéria. Lemaître foi o primeiro a dizer que seu modelo era mais uma sugestão do que uma teoria, quase que uma visão. Sendo padre, teve também o cuidado de separar a sua ciência da sua religião. Não atribuía o evento da desintegração do "átomo primordial" (assim o chamava) a um ato divino. Segundo Lemaître, "teorias cosmogônicas [que tratam da origem do Universo] se propõem a encontrar condições iniciais simples que possam explicar como o mundo presente pode ter resultado da relação natural entre forças conhecidas". Ele não tentou explicar de onde veio o átomo primordial, mas as consequências físicas de sua existência.
O átomo primordial, segundo Lemaître, seria responsável pela matéria e radiação que observamos no Universo. Ele chegou até a propor a existência de "raios fósseis", radiações que sobreviveriam até o nosso tempo, fósseis desta era primordial. Após a 2ª Guerra Mundial, o cientista russo-americano George Gamow, inspirado pelas idéias de Lemaître e pelo desenvolvimento da física nuclear, desenvolveu o modelo que viria a ser conhecido como Big Bang.
Segundo o modelo, o Universo não teria surgido da desintegração de um átomo primordial: a temperatura era tão alta que seria impossível que a matéria se agregasse em sistemas com mais de uma partícula, como em núcleos atômicos (com prótons e nêutrons), átomos (núcleos com elétrons em torno) ou moléculas (conjuntos de átomos).
Ou seja, segundo o Big Bang de Gamow, o estado inicial do Universo seria simples, uma sopa cósmica de partículas, principalmente elétrons, prótons, nêutrons e muitos fótons, as partículas da radiação eletromagnética. O interessante é que o Big Bang também previa a existência de raios fósseis. E, mais interessante ainda, esses raios fósseis -a radiação cósmica de fundo- foram encontrados em 1965, sendo hoje um componente fundamental do estudo da cosmologia, fornecendo um retrato da infância cósmica. Para ser mais preciso, um retrato do Universo 300 mil anos após o Big Bang, ou seja, há 13,8 bilhões de anos. Vamos explorar isso com mais detalhes.
Como na maioria das situações em física, estruturas complexas surgem de uma competição entre forças opostas. Em geral, a estrutura resultante, seja ela um átomo, uma ponte ou uma estrela, surge de um equilíbrio entre tendências opostas, equilíbrio que pode ser estável ou instável. Por exemplo, o núcleo de um átomo radioativo é instável à emissão de radiação. Átomos surgem da atração elétrica entre elétrons e prótons, que têm cargas opostas. Imagine, então, o Universo primordial como uma fornalha, com prótons e elétrons ziguezagueando pelo espaço afora, em meio a um número imenso de fótons. Quanto mais alta a temperatura, mais energéticos os fótons.
Portanto, quando um elétron e um próton se aproximavam o suficiente para se sentirem atraídos eletricamente, lá vinham os fótons e "chutavam" (por interação) os elétrons para longe. Como resultado, enquanto os fótons fossem mais energéticos do que a atração elétrica entre prótons e elétrons, nem mesmo átomos de hidrogênio, os mais simples na natureza, eram formados.
Acontece que, segundo o Big Bang, o Universo, desde a sua origem, se encontra em expansão. Para o Universo-bebê, a consequência mais importante da expansão foi a queda rápida de sua temperatura. Com isso, os fótons foram ficando menos energéticos, até o ponto em que eles já não podiam destruir as ligações entre elétrons e prótons. É possível prever que isto ocorreu quando o universo tinha em torno de 300 mil anos. Formaram-se então os primeiros átomos. Mas o que ocorreu com os fótons?
Incapazes de interagir com elétrons, eles passaram a vagar pelo espaço como fantasmas. São esses os raios fósseis, a radiação cósmica de fundo, que carregam os segredos do Universo primordial. Estudando as suas propriedades, cosmólogos obtiveram, entre outros resultados, a idade do Universo (13,8 bilhões de anos), a sua geometria (plana), a era em que as primeiras estrelas nasceram (200 milhões de anos). A visão de Lemaître foi vindicada, provando que, em ciência, sonhar também é preciso.
domingo, 27 de julho de 2003
Medo da ciência
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O legendário Fausto, em busca de sucesso e vida eterna, barganhou sua alma com Mefistófeles. No final, como em todas as histórias em que o homem tenta ir além de seus limites mortais, as coisas acabam mal. Curioso que, segundo o "Aurélio", o adjetivo "fausto" signifique feliz, próspero. Talvez por um tempo, diria o pobre personagem, ardendo eternamente nas chamas do inferno.
Se a crença em barganhas sobrenaturais está em declínio (ou, pelo menos, deveria), a crença em barganhas naturais está em franca ascensão: o que Fausto tentou obter invocando o diabo, é, talvez, algo que a ciência irá nos dar, num futuro não tão longínquo. A questão é: qual será o preço e quem deverá pagá-lo?
Existem algumas áreas de pesquisa que podem acabar destruindo seus criadores e o resto da humanidade. Talvez o exemplo mais familiar seja o da energia atômica, capaz de gerar enormes quantidades de energia, mas também bombas e desastres ecológicos seríssimos, causados ou não por terroristas.
O leitor astuto percebeu que o título deste ensaio não é "medo de ciência" mas "medo da ciência". Aqui, o medo não é aquele tradicional, tipo "não pude ou quis aprender na escola, muito enrolado, o professor era um louco" etc. É o medo do que a ciência pode causar. É o caso dos enxertos genéticos, que não são a mesma coisa que clonagem. A idéia é interferir no genoma de um embrião ou até antes, selecionando este ou aquele gene como se escolhe canapé em festa.
Por exemplo, o pai, baixinho e careca, que sempre apanhou na escola, escolhe ter filho homem, de 1,90 metro, louro e forte feito um Hércules. Assim, o filhote, quando tiver uns 15 anos, vai poder dar uma surra nos coroas que batiam em seu pai quando criança. Quem sabe até a técnica será desenvolvida a tal ponto que tornará possível escolher os genes de seu filho por catálogo, direto na internet, ou em clínicas de engenharia de gente. Será o caso de se criar uma nova profissão, a de designers de humanos. A diferença essencial entre a engenharia de genes e a clonagem é que, na clonagem, os genes não só são dos pais ou de um doador, como são deixados intactos.
O livro recente do americano Bill Mckibben "Basta: Mantendo-se Humano em uma Era Engenhada", chama a atenção aos perigos dessa e de outras tecnologias emergentes. Segundo Mckibben, existe uma confusão em relação ao uso benéfico da engenharia de genes, como a cura de doenças graves, e a sua absoluta necessidade. Existe outra possibilidade, que evita o uso dos enxertos.
Por exemplo, se os pais são diagnosticados como portadores de genes que apresentam um risco de gerar crianças doentes, a solução não é alterar os genes, mas escolher, dentre vários embriões, aqueles que não têm os genes nocivos. Ou mesmo escolher entre óvulos e espermatozóides: o bebê, com futuro saudável garantido, pode então ser gerado na proveta. Com isso, pode-se evitar que uma criança venha ao mundo com seu futuro destruído, sem que seja necessário desenvolver técnicas de engenharia genética, com todas a suas consequências.
Caso contrário, alerta Mckibben, o preço será a nossa humanidade. Afinal, se for possível "engenheirar" os nossos descendentes, não haverá mais incertezas e inquietudes com relação às gerações futuras, surpresas e desapontamentos. Tudo será conforme o planejado, as crianças do jeito que os pais querem, robôs, frutos de suas fantasias e sonhos.
E o que essa geração irá criar de novo? Muito provavelmente, a destruição da geração de seus pais, que a roubou do acaso. E os que não podem pagar por essas escolhas? Serão uma sub-raça? Não vejo como interromper o progresso científico. Se é proibido aqui, será feito ali, se não oficialmente, clandestinamente. O homem será sempre ganancioso. Espero, apenas, que com conhecimento venha também sabedoria, o que, em geral, não ocorre. A menos que se descubra qual é o seu gene.
O legendário Fausto, em busca de sucesso e vida eterna, barganhou sua alma com Mefistófeles. No final, como em todas as histórias em que o homem tenta ir além de seus limites mortais, as coisas acabam mal. Curioso que, segundo o "Aurélio", o adjetivo "fausto" signifique feliz, próspero. Talvez por um tempo, diria o pobre personagem, ardendo eternamente nas chamas do inferno.
Se a crença em barganhas sobrenaturais está em declínio (ou, pelo menos, deveria), a crença em barganhas naturais está em franca ascensão: o que Fausto tentou obter invocando o diabo, é, talvez, algo que a ciência irá nos dar, num futuro não tão longínquo. A questão é: qual será o preço e quem deverá pagá-lo?
Existem algumas áreas de pesquisa que podem acabar destruindo seus criadores e o resto da humanidade. Talvez o exemplo mais familiar seja o da energia atômica, capaz de gerar enormes quantidades de energia, mas também bombas e desastres ecológicos seríssimos, causados ou não por terroristas.
O leitor astuto percebeu que o título deste ensaio não é "medo de ciência" mas "medo da ciência". Aqui, o medo não é aquele tradicional, tipo "não pude ou quis aprender na escola, muito enrolado, o professor era um louco" etc. É o medo do que a ciência pode causar. É o caso dos enxertos genéticos, que não são a mesma coisa que clonagem. A idéia é interferir no genoma de um embrião ou até antes, selecionando este ou aquele gene como se escolhe canapé em festa.
Por exemplo, o pai, baixinho e careca, que sempre apanhou na escola, escolhe ter filho homem, de 1,90 metro, louro e forte feito um Hércules. Assim, o filhote, quando tiver uns 15 anos, vai poder dar uma surra nos coroas que batiam em seu pai quando criança. Quem sabe até a técnica será desenvolvida a tal ponto que tornará possível escolher os genes de seu filho por catálogo, direto na internet, ou em clínicas de engenharia de gente. Será o caso de se criar uma nova profissão, a de designers de humanos. A diferença essencial entre a engenharia de genes e a clonagem é que, na clonagem, os genes não só são dos pais ou de um doador, como são deixados intactos.
O livro recente do americano Bill Mckibben "Basta: Mantendo-se Humano em uma Era Engenhada", chama a atenção aos perigos dessa e de outras tecnologias emergentes. Segundo Mckibben, existe uma confusão em relação ao uso benéfico da engenharia de genes, como a cura de doenças graves, e a sua absoluta necessidade. Existe outra possibilidade, que evita o uso dos enxertos.
Por exemplo, se os pais são diagnosticados como portadores de genes que apresentam um risco de gerar crianças doentes, a solução não é alterar os genes, mas escolher, dentre vários embriões, aqueles que não têm os genes nocivos. Ou mesmo escolher entre óvulos e espermatozóides: o bebê, com futuro saudável garantido, pode então ser gerado na proveta. Com isso, pode-se evitar que uma criança venha ao mundo com seu futuro destruído, sem que seja necessário desenvolver técnicas de engenharia genética, com todas a suas consequências.
Caso contrário, alerta Mckibben, o preço será a nossa humanidade. Afinal, se for possível "engenheirar" os nossos descendentes, não haverá mais incertezas e inquietudes com relação às gerações futuras, surpresas e desapontamentos. Tudo será conforme o planejado, as crianças do jeito que os pais querem, robôs, frutos de suas fantasias e sonhos.
E o que essa geração irá criar de novo? Muito provavelmente, a destruição da geração de seus pais, que a roubou do acaso. E os que não podem pagar por essas escolhas? Serão uma sub-raça? Não vejo como interromper o progresso científico. Se é proibido aqui, será feito ali, se não oficialmente, clandestinamente. O homem será sempre ganancioso. Espero, apenas, que com conhecimento venha também sabedoria, o que, em geral, não ocorre. A menos que se descubra qual é o seu gene.
domingo, 20 de julho de 2003
O monstro no centro das galáxias
Existe toda uma taxonomia galáctica; elas aparecem em vários tipos e tamanhos, formatos e composições. As mais interessantes são as que apresentam uma região central onde se detecta grande atividade. Essa detecção se dá por meio de observações astronômicas em várias frequências, da luz visível aos raios X. Isso acontece porque, em geral, não é possível ver o que ocorre no centro de uma galáxia: a confusão é enorme, com quantidades gigantescas de radiação, matéria e nuvens de gás bloqueando a visão.
Mas o que os olhos não vêem outras frequências podem ver. Um exemplo familiar é um incêndio, no qual a fumaça cobre o fogo (ou seja, o centro do incêndio é invisível aos olhos), mas podemos sentir o seu calor, que nada mais é do que radiação no infravermelho. Portanto, um detector no infravermelho "vê" o incêndio com clareza. As galáxias mais interessantes têm o que se chama de núcleo galáctico ativo, uma verdadeira usina de energia, movida pela conversão de energia gravitacional em radiação eletromagnética. No coração dessa usina reside um buraco negro gigantesco, com massas que podem chegar a milhões ou mesmo bilhões de massas solares.
A conversão de energia gravitacional não é difícil de ser entendida: quando alçamos um objeto a uma certa altura, sabemos que, se o soltarmos, ele irá cair livremente. Quanto mais alto o objeto, maior será a sua velocidade ao chegar ao solo (isso quando desprezamos a resistência do ar, que é o caso de interesse aqui). Portanto, a queda do objeto pode ser descrita pela conversão de energia gravitacional (sua atração pela Terra) em energia de movimento, ou energia cinética. No caso, a gravitação da Terra funciona como combustível.
Voltando às galáxias, a presença de um buraco negro super-maciço em seu centro exerce uma enorme força gravitacional sobre tudo que passa perto, digamos algumas dezenas de anos-luz. (O leitor não precisa se preocupar: estamos longe do centro da galáxia, em torno de 26 mil anos-luz. O Sistema Solar não será sugado, como água por um ralo.) Estrelas, nuvens de gás, tudo vai sendo atraído em direção ao monstro que mora no centro, ganhando cada vez mais velocidade, como dita a conversão de energia gravitacional em energia cinética.
Toda matéria é feita de átomos, que por sua vez são compostos de cargas elétricas, os elétrons e prótons (nêutrons têm carga nula). Quando cargas elétricas são aceleradas, elas emitem radiação eletromagnética. É essa a radiação que é observada em várias frequências, na medida em que matéria vai espiralando em direção ao centro galáctico. Quanto maior a aceleração da matéria, maior a frequência da radiação emitida. A emissão de raios X indica eventos extremamente violentos.
Recentemente, astrônomos observaram a existência de estrelas jovens e muito maciças nas vizinhanças do buraco negro central. Isto representa um mistério, já que estrelas maciças vivem por pouco tempo, desaparecendo em explosões conhecidas como supernovas: se elas foram formadas longe do centro, não teriam tempo de chegar lá antes de explodir. Será que é possível haver criação de estrelas perto do monstro central? Veja que paradoxo: o grande destruidor cósmico promovendo a criação de estrelas em sua vizinhança.
Várias explicações vêm sendo propostas, justificando a presença de estrelas jovens no centro galáctico. Nada me surpreenderia se, de fato, o buraco negro fosse o motor criativo; um dos aspectos mais fundamentais da Natureza é a conexão entre destruição e criação, que se manifesta desde as menores estruturas até as maiores. Talvez o centro galáctico seja mais um exemplo disso.
Marcelo Gleiser
Existe toda uma taxonomia galáctica; elas aparecem em vários tipos e tamanhos, formatos e composições. As mais interessantes são as que apresentam uma região central onde se detecta grande atividade. Essa detecção se dá por meio de observações astronômicas em várias frequências, da luz visível aos raios X. Isso acontece porque, em geral, não é possível ver o que ocorre no centro de uma galáxia: a confusão é enorme, com quantidades gigantescas de radiação, matéria e nuvens de gás bloqueando a visão.
Mas o que os olhos não vêem outras frequências podem ver. Um exemplo familiar é um incêndio, no qual a fumaça cobre o fogo (ou seja, o centro do incêndio é invisível aos olhos), mas podemos sentir o seu calor, que nada mais é do que radiação no infravermelho. Portanto, um detector no infravermelho "vê" o incêndio com clareza. As galáxias mais interessantes têm o que se chama de núcleo galáctico ativo, uma verdadeira usina de energia, movida pela conversão de energia gravitacional em radiação eletromagnética. No coração dessa usina reside um buraco negro gigantesco, com massas que podem chegar a milhões ou mesmo bilhões de massas solares.
A conversão de energia gravitacional não é difícil de ser entendida: quando alçamos um objeto a uma certa altura, sabemos que, se o soltarmos, ele irá cair livremente. Quanto mais alto o objeto, maior será a sua velocidade ao chegar ao solo (isso quando desprezamos a resistência do ar, que é o caso de interesse aqui). Portanto, a queda do objeto pode ser descrita pela conversão de energia gravitacional (sua atração pela Terra) em energia de movimento, ou energia cinética. No caso, a gravitação da Terra funciona como combustível.
Voltando às galáxias, a presença de um buraco negro super-maciço em seu centro exerce uma enorme força gravitacional sobre tudo que passa perto, digamos algumas dezenas de anos-luz. (O leitor não precisa se preocupar: estamos longe do centro da galáxia, em torno de 26 mil anos-luz. O Sistema Solar não será sugado, como água por um ralo.) Estrelas, nuvens de gás, tudo vai sendo atraído em direção ao monstro que mora no centro, ganhando cada vez mais velocidade, como dita a conversão de energia gravitacional em energia cinética.
Toda matéria é feita de átomos, que por sua vez são compostos de cargas elétricas, os elétrons e prótons (nêutrons têm carga nula). Quando cargas elétricas são aceleradas, elas emitem radiação eletromagnética. É essa a radiação que é observada em várias frequências, na medida em que matéria vai espiralando em direção ao centro galáctico. Quanto maior a aceleração da matéria, maior a frequência da radiação emitida. A emissão de raios X indica eventos extremamente violentos.
Recentemente, astrônomos observaram a existência de estrelas jovens e muito maciças nas vizinhanças do buraco negro central. Isto representa um mistério, já que estrelas maciças vivem por pouco tempo, desaparecendo em explosões conhecidas como supernovas: se elas foram formadas longe do centro, não teriam tempo de chegar lá antes de explodir. Será que é possível haver criação de estrelas perto do monstro central? Veja que paradoxo: o grande destruidor cósmico promovendo a criação de estrelas em sua vizinhança.
Várias explicações vêm sendo propostas, justificando a presença de estrelas jovens no centro galáctico. Nada me surpreenderia se, de fato, o buraco negro fosse o motor criativo; um dos aspectos mais fundamentais da Natureza é a conexão entre destruição e criação, que se manifesta desde as menores estruturas até as maiores. Talvez o centro galáctico seja mais um exemplo disso.
domingo, 13 de julho de 2003
Cozinhando a sopa primordial
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Um dos objetivos da cosmologia, a reconstrução da história cósmica desde os seus primórdios até a era de formação de galáxias e estrelas, tem uma limitação fundamental: infelizmente, não é possível voltar no tempo para examinar em detalhe o que ocorria nessa ou naquela época. A informação tem de ser obtida por dois métodos bastante diversos: o primeiro procura por pistas nos céus, fósseis de eras passadas, como fazem os paleontólogos e arqueólogos aqui na Terra com as suas escavações.
Esse método, tradicionalmente parte da astronomia, tem tido sucesso: por exemplo, resultados recentes do satélite americano WMAP confirmaram algumas das propriedades mais importantes do cosmos. Sua idade, 13,8 bilhões de anos, sua geometria, plana, e a época em que as primeiras estrelas nasceram, apenas 200 milhões de anos após o Big Bang, evento que marcou a origem cósmica. Os métodos astronômicos também têm suas limitações. Eles dependem da observação de luz e radiação detectável por vários tipos de telescópio, dos ópticos (luz visível) aos que observam outras regiões do espectro eletromagnético.
Para observarmos qualquer tipo de radiação, ela precisa viajar livremente pelo espaço, desde a sua fonte até o instrumento de medida. Ou seja, o espaço tem de ser transparente à passagem de radiação. O problema é que, antes de o Universo atingir 300 mil anos, a radiação não podia viajar livremente, pois interagia fortemente com as partículas de matéria existentes então, principalmente elétrons e prótons. O Universo primordial era extremamente denso, dificultando a passagem da radiação. A situação era semelhante a uma corrida com tantos obstáculos que fica impossível completá-la. O cosmo, do Big Bang até 300 mil anos, era opaco: a radiação que existia naquela era não pode nos atingir. (Ao leitor confuso com a idéia de que ver um objeto distante é olhar para o passado, lembre-se de que a velocidade da luz é alta, mas finita: demora um tempo para ela vir de um ponto distante até nós.)
O que nos leva ao segundo método, adequado ao que ocorreu durante os primeiros 300 mil anos de vida do cosmos: reconstruir no laboratório as condições de temperatura e densidade de matéria que existiram durante essas épocas.
A história do Universo primordial é como uma peça de teatro dividida em vários atos, cada qual com seus atores. Indo para trás no tempo, o último ato pertence à física atômica, com a radiação, elétrons e prótons como atores principais. O ato termina aos 300 mil anos, quando elétrons e prótons juntam-se para formar átomos de hidrogênio, e a radiação fica livre, inaugurando a era astronômica discutida acima.
O penúltimo ato pertence à física nuclear, e dura de 0,00001 segundo até 3 minutos após o Bang. No início, prótons e nêutrons não interagem, pois a temperatura é muito alta. Aos poucos ela vai baixando, e são formados os primeiros núcleos leves, compostos de grupos de prótons e nêutrons. Esses dois últimos atos são bem estudados. O desafio está em reconstruir os atos anteriores.
Isso é feito em colisores de partículas, máquinas que aceleraram grupos de partículas de modo que elas se choquem com alvos fixos (ou com outras viajando no sentido oposto) a gigantescas velocidades. Um experimento no Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC) nos EUA recriou as condições que existiam no cosmos antes da existência de prótons e nêutrons: estas partículas são formadas por outras, conhecidas como quarks. Por sua vez, os quarks interagem entre si através de partículas chamadas glúons (do inglês "glue", ou cola).
A teoria prevê que, antes de 0,00001 segundo, a matéria no Universo era composta por uma sopa de quarks e glúons. Essa foi a sopa primordial cozinhada no RHIC: por breves instantes, a incrível energia da colisão entre núcleos de átomos de ouro recriou o plasma de quarks e glúons que existia na infância do Universo com temperaturas de trilhões de graus. O próximo passo é reconstruir o ato anterior, um passo mais próximo do misterioso primeiro ato.
Um dos objetivos da cosmologia, a reconstrução da história cósmica desde os seus primórdios até a era de formação de galáxias e estrelas, tem uma limitação fundamental: infelizmente, não é possível voltar no tempo para examinar em detalhe o que ocorria nessa ou naquela época. A informação tem de ser obtida por dois métodos bastante diversos: o primeiro procura por pistas nos céus, fósseis de eras passadas, como fazem os paleontólogos e arqueólogos aqui na Terra com as suas escavações.
Esse método, tradicionalmente parte da astronomia, tem tido sucesso: por exemplo, resultados recentes do satélite americano WMAP confirmaram algumas das propriedades mais importantes do cosmos. Sua idade, 13,8 bilhões de anos, sua geometria, plana, e a época em que as primeiras estrelas nasceram, apenas 200 milhões de anos após o Big Bang, evento que marcou a origem cósmica. Os métodos astronômicos também têm suas limitações. Eles dependem da observação de luz e radiação detectável por vários tipos de telescópio, dos ópticos (luz visível) aos que observam outras regiões do espectro eletromagnético.
Para observarmos qualquer tipo de radiação, ela precisa viajar livremente pelo espaço, desde a sua fonte até o instrumento de medida. Ou seja, o espaço tem de ser transparente à passagem de radiação. O problema é que, antes de o Universo atingir 300 mil anos, a radiação não podia viajar livremente, pois interagia fortemente com as partículas de matéria existentes então, principalmente elétrons e prótons. O Universo primordial era extremamente denso, dificultando a passagem da radiação. A situação era semelhante a uma corrida com tantos obstáculos que fica impossível completá-la. O cosmo, do Big Bang até 300 mil anos, era opaco: a radiação que existia naquela era não pode nos atingir. (Ao leitor confuso com a idéia de que ver um objeto distante é olhar para o passado, lembre-se de que a velocidade da luz é alta, mas finita: demora um tempo para ela vir de um ponto distante até nós.)
O que nos leva ao segundo método, adequado ao que ocorreu durante os primeiros 300 mil anos de vida do cosmos: reconstruir no laboratório as condições de temperatura e densidade de matéria que existiram durante essas épocas.
A história do Universo primordial é como uma peça de teatro dividida em vários atos, cada qual com seus atores. Indo para trás no tempo, o último ato pertence à física atômica, com a radiação, elétrons e prótons como atores principais. O ato termina aos 300 mil anos, quando elétrons e prótons juntam-se para formar átomos de hidrogênio, e a radiação fica livre, inaugurando a era astronômica discutida acima.
O penúltimo ato pertence à física nuclear, e dura de 0,00001 segundo até 3 minutos após o Bang. No início, prótons e nêutrons não interagem, pois a temperatura é muito alta. Aos poucos ela vai baixando, e são formados os primeiros núcleos leves, compostos de grupos de prótons e nêutrons. Esses dois últimos atos são bem estudados. O desafio está em reconstruir os atos anteriores.
Isso é feito em colisores de partículas, máquinas que aceleraram grupos de partículas de modo que elas se choquem com alvos fixos (ou com outras viajando no sentido oposto) a gigantescas velocidades. Um experimento no Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC) nos EUA recriou as condições que existiam no cosmos antes da existência de prótons e nêutrons: estas partículas são formadas por outras, conhecidas como quarks. Por sua vez, os quarks interagem entre si através de partículas chamadas glúons (do inglês "glue", ou cola).
A teoria prevê que, antes de 0,00001 segundo, a matéria no Universo era composta por uma sopa de quarks e glúons. Essa foi a sopa primordial cozinhada no RHIC: por breves instantes, a incrível energia da colisão entre núcleos de átomos de ouro recriou o plasma de quarks e glúons que existia na infância do Universo com temperaturas de trilhões de graus. O próximo passo é reconstruir o ato anterior, um passo mais próximo do misterioso primeiro ato.
domingo, 6 de julho de 2003
Marte, o mistério continua
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São incontáveis as histórias invocando algum tipo de vida em Marte. Em torno de 1880, o astrônomo italiano Giovanni Schiaparelli, aproveitando uma proximidade maior entre a Terra e Marte, acreditou ter discernido sobre a superfície do planeta um sistema de ranhuras lineares que chamou de "canali", que em italiano não significa necessariamente canais construídos por seres inteligentes. No entanto, na tradução para o inglês ficou valendo a interpretação mais sensacionalista, e a imprensa causou um grande alvoroço. Uma das vítimas foi o empresário americano Percival Lowell, que resolveu deixar os seus negócios para construir um telescópio no Arizona dedicado exclusivamente à observação do misterioso planeta vermelho.
Sua interpretação dos canais pôs ainda mais lenha na fogueira: Marte estava secando. Os canais foram construídos por seres inteligentes e sábios, para transportar água das calotas polares para as áridas regiões equatoriais onde eles viviam. O resto, já se sabe. De lá para cá marcianos visitaram a Terra inúmeras vezes, em geral com a intenção de nos destruir ou, no mínimo, escravizar. Qualquer semelhança com o processo de colonização do nosso planeta não é mera coincidência. Mas esta é uma outra história. No meio tempo, Marte vem sendo alvo de estudos e visitas constantes por sondas exploratórias que, até o momento, não encontraram qualquer vestígio de vida, passada ou presente.
Seria de se esperar que, após tantas visitas e estudos, o mistério envolvendo Marte teria esvanecido. Entretanto, o que se vê é o oposto. Tanto assim que Hollywood continua produzindo filmes sobre o planeta vermelho, na maioria explorando ainda a possibilidade de vida por lá. E se Hollywood ainda investe nesta história, é porque ela ainda rende. A agência espacial americana Nasa, claro, não poderia ficar para trás. Daí que várias sondas estão no momento circulando o planeta, como a Mars Global Surveyor, em órbita desde 1997, tirando fotos e imagens no infravermelho. Outra, a Mars Odyssey, está em órbita há um ano, mapeando a distribuição de água abaixo da superfície. Para a surpresa de muitos, quantidades enormes de água existem sob a superfície do planeta. Sobre a superfície também, em forma de gelo. E, onde existe água, a vida é no mínimo mais provável. Três outras sondas foram perdidas em acidentes. Uma sonda com um veículo desenhado para explorar a superfície acaba de ser lançada. A Agência Espacial Européia também está para lançar um veículo de exploração da superfície marciana. Uma sonda japonesa deve chegar em dezembro. Em breve, serão necessários sinais de trânsito. Quem sabe alguns "flanelinhas" alienígenas irão aparecer, para limpar os sensores de exploração e ajudar os robôs a estacionarem seus equipamentos. (O leitor mais sério me perdoe, mas não resisti.)
Se o mistério da vida em Marte no presente foi já resolvido -negativamente-, a possibilidade da vida no passado continua em aberto. Isto pode parecer menos interessante, mas não menos importante. Afinal, o estudo da composição geológica de Marte, de sua complexa evolução e das possíveis formas de vida que possam ter existido por lá pode nos ensinar muito sobre a evolução da vida em nosso planeta e, possivelmente, em outros espalhados pela galáxia. O fascínio por Marte é, essencialmente, um fascínio que temos por nós mesmos, por nossa evolução. E por nosso futuro.
Nossos dias na Terra estão contados, se não por nossas próprias mãos (e aqui, prefiro ser otimista e não acreditar que chegaremos a este ponto) ou pelo impacto com um asteróide, por conta do Sol, que entrará em convulsão em aproximadamente 1 bilhão de anos, tornando a vida aqui impossível. Sei que é muito tempo, mas se sobrevivermos até então, teremos que achar outra casa. Os passos que damos agora, pequenos que são, estão forjando o nosso destino de colonizadores da galáxia. A menos que os marcianos tenham passado à nossa frente e estejam já longe daqui, deixando para trás um planeta em ruínas, que exploramos hoje com tanta avidez.
São incontáveis as histórias invocando algum tipo de vida em Marte. Em torno de 1880, o astrônomo italiano Giovanni Schiaparelli, aproveitando uma proximidade maior entre a Terra e Marte, acreditou ter discernido sobre a superfície do planeta um sistema de ranhuras lineares que chamou de "canali", que em italiano não significa necessariamente canais construídos por seres inteligentes. No entanto, na tradução para o inglês ficou valendo a interpretação mais sensacionalista, e a imprensa causou um grande alvoroço. Uma das vítimas foi o empresário americano Percival Lowell, que resolveu deixar os seus negócios para construir um telescópio no Arizona dedicado exclusivamente à observação do misterioso planeta vermelho.
Sua interpretação dos canais pôs ainda mais lenha na fogueira: Marte estava secando. Os canais foram construídos por seres inteligentes e sábios, para transportar água das calotas polares para as áridas regiões equatoriais onde eles viviam. O resto, já se sabe. De lá para cá marcianos visitaram a Terra inúmeras vezes, em geral com a intenção de nos destruir ou, no mínimo, escravizar. Qualquer semelhança com o processo de colonização do nosso planeta não é mera coincidência. Mas esta é uma outra história. No meio tempo, Marte vem sendo alvo de estudos e visitas constantes por sondas exploratórias que, até o momento, não encontraram qualquer vestígio de vida, passada ou presente.
Seria de se esperar que, após tantas visitas e estudos, o mistério envolvendo Marte teria esvanecido. Entretanto, o que se vê é o oposto. Tanto assim que Hollywood continua produzindo filmes sobre o planeta vermelho, na maioria explorando ainda a possibilidade de vida por lá. E se Hollywood ainda investe nesta história, é porque ela ainda rende. A agência espacial americana Nasa, claro, não poderia ficar para trás. Daí que várias sondas estão no momento circulando o planeta, como a Mars Global Surveyor, em órbita desde 1997, tirando fotos e imagens no infravermelho. Outra, a Mars Odyssey, está em órbita há um ano, mapeando a distribuição de água abaixo da superfície. Para a surpresa de muitos, quantidades enormes de água existem sob a superfície do planeta. Sobre a superfície também, em forma de gelo. E, onde existe água, a vida é no mínimo mais provável. Três outras sondas foram perdidas em acidentes. Uma sonda com um veículo desenhado para explorar a superfície acaba de ser lançada. A Agência Espacial Européia também está para lançar um veículo de exploração da superfície marciana. Uma sonda japonesa deve chegar em dezembro. Em breve, serão necessários sinais de trânsito. Quem sabe alguns "flanelinhas" alienígenas irão aparecer, para limpar os sensores de exploração e ajudar os robôs a estacionarem seus equipamentos. (O leitor mais sério me perdoe, mas não resisti.)
Se o mistério da vida em Marte no presente foi já resolvido -negativamente-, a possibilidade da vida no passado continua em aberto. Isto pode parecer menos interessante, mas não menos importante. Afinal, o estudo da composição geológica de Marte, de sua complexa evolução e das possíveis formas de vida que possam ter existido por lá pode nos ensinar muito sobre a evolução da vida em nosso planeta e, possivelmente, em outros espalhados pela galáxia. O fascínio por Marte é, essencialmente, um fascínio que temos por nós mesmos, por nossa evolução. E por nosso futuro.
Nossos dias na Terra estão contados, se não por nossas próprias mãos (e aqui, prefiro ser otimista e não acreditar que chegaremos a este ponto) ou pelo impacto com um asteróide, por conta do Sol, que entrará em convulsão em aproximadamente 1 bilhão de anos, tornando a vida aqui impossível. Sei que é muito tempo, mas se sobrevivermos até então, teremos que achar outra casa. Os passos que damos agora, pequenos que são, estão forjando o nosso destino de colonizadores da galáxia. A menos que os marcianos tenham passado à nossa frente e estejam já longe daqui, deixando para trás um planeta em ruínas, que exploramos hoje com tanta avidez.
quinta-feira, 3 de julho de 2003
Cozinhando a sopa primordial
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Um dos objetivos da cosmologia, a reconstrução da história cósmica desde os seus primórdios até a era de formação de galáxias e estrelas, tem uma limitação fundamental: infelizmente, não é possível voltar no tempo para examinar em detalhe o que ocorria nessa ou naquela época. A informação tem de ser obtida por dois métodos bastante diversos: o primeiro procura por pistas nos céus, fósseis de eras passadas, como fazem os paleontólogos e arqueólogos aqui na Terra com as suas escavações.
Esse método, tradicionalmente parte da astronomia, tem tido sucesso: por exemplo, resultados recentes do satélite americano WMAP confirmaram algumas das propriedades mais importantes do cosmos. Sua idade, 13,8 bilhões de anos, sua geometria, plana, e a época em que as primeiras estrelas nasceram, apenas 200 milhões de anos após o Big Bang, evento que marcou a origem cósmica. Os métodos astronômicos também têm suas limitações. Eles dependem da observação de luz e radiação detectável por vários tipos de telescópio, dos ópticos (luz visível) aos que observam outras regiões do espectro eletromagnético.
Para observarmos qualquer tipo de radiação, ela precisa viajar livremente pelo espaço, desde a sua fonte até o instrumento de medida. Ou seja, o espaço tem de ser transparente à passagem de radiação. O problema é que, antes de o Universo atingir 300 mil anos, a radiação não podia viajar livremente, pois interagia fortemente com as partículas de matéria existentes então, principalmente elétrons e prótons. O Universo primordial era extremamente denso, dificultando a passagem da radiação. A situação era semelhante a uma corrida com tantos obstáculos que fica impossível completá-la. O cosmo, do Big Bang até 300 mil anos, era opaco: a radiação que existia naquela era não pode nos atingir. (Ao leitor confuso com a idéia de que ver um objeto distante é olhar para o passado, lembre-se de que a velocidade da luz é alta, mas finita: demora um tempo para ela vir de um ponto distante até nós.)
O que nos leva ao segundo método, adequado ao que ocorreu durante os primeiros 300 mil anos de vida do cosmos: reconstruir no laboratório as condições de temperatura e densidade de matéria que existiram durante essas épocas.
A história do Universo primordial é como uma peça de teatro dividida em vários atos, cada qual com seus atores. Indo para trás no tempo, o último ato pertence à física atômica, com a radiação, elétrons e prótons como atores principais. O ato termina aos 300 mil anos, quando elétrons e prótons juntam-se para formar átomos de hidrogênio, e a radiação fica livre, inaugurando a era astronômica discutida acima.
O penúltimo ato pertence à física nuclear, e dura de 0,00001 segundo até 3 minutos após o Bang. No início, prótons e nêutrons não interagem, pois a temperatura é muito alta. Aos poucos ela vai baixando, e são formados os primeiros núcleos leves, compostos de grupos de prótons e nêutrons. Esses dois últimos atos são bem estudados. O desafio está em reconstruir os atos anteriores.
Isso é feito em colisores de partículas, máquinas que aceleraram grupos de partículas de modo que elas se choquem com alvos fixos (ou com outras viajando no sentido oposto) a gigantescas velocidades. Um experimento no Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC) nos EUA recriou as condições que existiam no cosmos antes da existência de prótons e nêutrons: estas partículas são formadas por outras, conhecidas como quarks. Por sua vez, os quarks interagem entre si através de partículas chamadas glúons (do inglês "glue", ou cola).
A teoria prevê que, antes de 0,00001 segundo, a matéria no Universo era composta por uma sopa de quarks e glúons. Essa foi a sopa primordial cozinhada no RHIC: por breves instantes, a incrível energia da colisão entre núcleos de átomos de ouro recriou o plasma de quarks e glúons que existia na infância do Universo com temperaturas de trilhões de graus. O próximo passo é reconstruir o ato anterior, um passo mais próximo do misterioso primeiro ato.
Um dos objetivos da cosmologia, a reconstrução da história cósmica desde os seus primórdios até a era de formação de galáxias e estrelas, tem uma limitação fundamental: infelizmente, não é possível voltar no tempo para examinar em detalhe o que ocorria nessa ou naquela época. A informação tem de ser obtida por dois métodos bastante diversos: o primeiro procura por pistas nos céus, fósseis de eras passadas, como fazem os paleontólogos e arqueólogos aqui na Terra com as suas escavações.
Esse método, tradicionalmente parte da astronomia, tem tido sucesso: por exemplo, resultados recentes do satélite americano WMAP confirmaram algumas das propriedades mais importantes do cosmos. Sua idade, 13,8 bilhões de anos, sua geometria, plana, e a época em que as primeiras estrelas nasceram, apenas 200 milhões de anos após o Big Bang, evento que marcou a origem cósmica. Os métodos astronômicos também têm suas limitações. Eles dependem da observação de luz e radiação detectável por vários tipos de telescópio, dos ópticos (luz visível) aos que observam outras regiões do espectro eletromagnético.
Para observarmos qualquer tipo de radiação, ela precisa viajar livremente pelo espaço, desde a sua fonte até o instrumento de medida. Ou seja, o espaço tem de ser transparente à passagem de radiação. O problema é que, antes de o Universo atingir 300 mil anos, a radiação não podia viajar livremente, pois interagia fortemente com as partículas de matéria existentes então, principalmente elétrons e prótons. O Universo primordial era extremamente denso, dificultando a passagem da radiação. A situação era semelhante a uma corrida com tantos obstáculos que fica impossível completá-la. O cosmo, do Big Bang até 300 mil anos, era opaco: a radiação que existia naquela era não pode nos atingir. (Ao leitor confuso com a idéia de que ver um objeto distante é olhar para o passado, lembre-se de que a velocidade da luz é alta, mas finita: demora um tempo para ela vir de um ponto distante até nós.)
O que nos leva ao segundo método, adequado ao que ocorreu durante os primeiros 300 mil anos de vida do cosmos: reconstruir no laboratório as condições de temperatura e densidade de matéria que existiram durante essas épocas.
A história do Universo primordial é como uma peça de teatro dividida em vários atos, cada qual com seus atores. Indo para trás no tempo, o último ato pertence à física atômica, com a radiação, elétrons e prótons como atores principais. O ato termina aos 300 mil anos, quando elétrons e prótons juntam-se para formar átomos de hidrogênio, e a radiação fica livre, inaugurando a era astronômica discutida acima.
O penúltimo ato pertence à física nuclear, e dura de 0,00001 segundo até 3 minutos após o Bang. No início, prótons e nêutrons não interagem, pois a temperatura é muito alta. Aos poucos ela vai baixando, e são formados os primeiros núcleos leves, compostos de grupos de prótons e nêutrons. Esses dois últimos atos são bem estudados. O desafio está em reconstruir os atos anteriores.
Isso é feito em colisores de partículas, máquinas que aceleraram grupos de partículas de modo que elas se choquem com alvos fixos (ou com outras viajando no sentido oposto) a gigantescas velocidades. Um experimento no Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC) nos EUA recriou as condições que existiam no cosmos antes da existência de prótons e nêutrons: estas partículas são formadas por outras, conhecidas como quarks. Por sua vez, os quarks interagem entre si através de partículas chamadas glúons (do inglês "glue", ou cola).
A teoria prevê que, antes de 0,00001 segundo, a matéria no Universo era composta por uma sopa de quarks e glúons. Essa foi a sopa primordial cozinhada no RHIC: por breves instantes, a incrível energia da colisão entre núcleos de átomos de ouro recriou o plasma de quarks e glúons que existia na infância do Universo com temperaturas de trilhões de graus. O próximo passo é reconstruir o ato anterior, um passo mais próximo do misterioso primeiro ato.
domingo, 29 de junho de 2003
Cinquenta anos de "vida" no laboratório
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O ano de 1953 foi notável para a biologia. James Watson e Francis Crick apresentaram seus resultados sobre a estrutura da molécula de DNA, revelando a sua forma de dupla hélice. Essa descoberta, devidamente celebrada neste seu cinquentenário, abriu as portas para a manipulação direta dos genes, que hoje começa a dar frutos.
O século 21 promete ser o século da genética, em particular da engenharia genética. Dos alimentos transgênicos aos clones animais, estamos presenciando o despertar de uma nova ciência que, como é de praxe com descobertas revolucionárias, vem acompanhada de muitas promessas e medos. Ao estendermos a engenharia genética aos humanos, estamos pondo em xeque não só a sua capacidade de curar (ou prevenir) várias doenças como, também, de redefinir o que significa ser humano em um contexto no qual seres podem, ao menos em princípio, ser fabricados.
Mas a estrutura do DNA não foi a única grande descoberta em bioquímica realizada em 1953. Os americanos Harold Urey e Stanley Miller tentaram algo ainda mais ambicioso: fabricar a vida, ou ao menos alguns de seus ingredientes básicos, no laboratório. A origem da vida na Terra era (e ainda é) um grande mistério. E não é para menos. Em sua essência, seres vivos são conjuntos de macromoléculas orgânicas de grande complexidade, capazes de realizar uma série de operações e transformações químicas que levam à sua subsistência (alimentação) e à sua reprodução. De alguma forma, moléculas inertes, quando combinadas a um certo nível de complexidade, se transformam em seres vivos. A questão é como se dá esta combinação, ou melhor, como o simples se torna complexo e, eventualmente, vivo.
Urey e Miller partiram do princípio de que a composição química da Terra primordial era simples. A sua idéia era reproduzir o ambiente de então no laboratório, tentando gerar moléculas orgânicas complexas a partir de moléculas simples. Vem à mente o popular jogo infantil Lego, no qual pequenos blocos, quando conectados de forma correta, produzem estruturas arbitrariamente complexas.
Urey e Miller sugeriram que, se os compostos químicos simples funcionavam como os blocos de Lego, a eletricidade existente na Terra primordial seria a força que fundiria o simples em complexo (equivalente, de certa forma, à inteligência da pessoa que cria as estruturas com Legos, a faísca criadora). Essa eletricidade primordial era consequência da intensa atividade atmosférica da época, que gerava um número enorme de relâmpagos.
A questão era quais elementos químicos deveriam ser usados. Afinal, a receita certa depende do conhecimento das condições da Terra quando ela tinha em torno de 1 bilhão de anos, algo nada trivial. As pistas deixadas dessa época são poucas e eram ainda mais escassas em 1953. Urey e Miller supuseram que a sopa primordial fosse composta de água, metano, dióxido de carbono e amônia, ou seja, uma mistura de compostos simples contendo os átomos mais essenciais da bioquímica, hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio.
Os relâmpagos foram simulados por descargas elétricas, que eram ativadas periodicamente. Após alguns dias, uma análise da mistura acusou a presença de aminoácidos, compostos orgânicos complexos encontrados em todos os seres vivos na Terra, os blocos que compõem as proteínas. Uma década após o experimento de Urey e Miller, cientistas usando processos semelhantes sintetizaram as bases nitrogenadas (ou nucleotídeos) da molécula de DNA.
Esses experimentos, embora tenham provado que é possível sintetizar moléculas complexas a partir de outras mais simples, estão longe de sintetizar um ser vivo ou mesmo uma molécula de DNA. Críticos argumentam que o ambiente na Terra primordial era muito diferente e talvez impróprio à geração de moléculas complexas. Recentemente, cientistas da Nasa mostraram que resultados semelhantes podem ocorrer no espaço, onde eletricidade é substituída por radiação ultravioleta, proveniente de estrelas. Nesse caso, as moléculas que deram origem à vida na Terra seriam provenientes do espaço, transportadas por asteróides e cometas. O debate continua: no espaço ou na Terra, o enigma da origem da vida permanece.
O ano de 1953 foi notável para a biologia. James Watson e Francis Crick apresentaram seus resultados sobre a estrutura da molécula de DNA, revelando a sua forma de dupla hélice. Essa descoberta, devidamente celebrada neste seu cinquentenário, abriu as portas para a manipulação direta dos genes, que hoje começa a dar frutos.
O século 21 promete ser o século da genética, em particular da engenharia genética. Dos alimentos transgênicos aos clones animais, estamos presenciando o despertar de uma nova ciência que, como é de praxe com descobertas revolucionárias, vem acompanhada de muitas promessas e medos. Ao estendermos a engenharia genética aos humanos, estamos pondo em xeque não só a sua capacidade de curar (ou prevenir) várias doenças como, também, de redefinir o que significa ser humano em um contexto no qual seres podem, ao menos em princípio, ser fabricados.
Mas a estrutura do DNA não foi a única grande descoberta em bioquímica realizada em 1953. Os americanos Harold Urey e Stanley Miller tentaram algo ainda mais ambicioso: fabricar a vida, ou ao menos alguns de seus ingredientes básicos, no laboratório. A origem da vida na Terra era (e ainda é) um grande mistério. E não é para menos. Em sua essência, seres vivos são conjuntos de macromoléculas orgânicas de grande complexidade, capazes de realizar uma série de operações e transformações químicas que levam à sua subsistência (alimentação) e à sua reprodução. De alguma forma, moléculas inertes, quando combinadas a um certo nível de complexidade, se transformam em seres vivos. A questão é como se dá esta combinação, ou melhor, como o simples se torna complexo e, eventualmente, vivo.
Urey e Miller partiram do princípio de que a composição química da Terra primordial era simples. A sua idéia era reproduzir o ambiente de então no laboratório, tentando gerar moléculas orgânicas complexas a partir de moléculas simples. Vem à mente o popular jogo infantil Lego, no qual pequenos blocos, quando conectados de forma correta, produzem estruturas arbitrariamente complexas.
Urey e Miller sugeriram que, se os compostos químicos simples funcionavam como os blocos de Lego, a eletricidade existente na Terra primordial seria a força que fundiria o simples em complexo (equivalente, de certa forma, à inteligência da pessoa que cria as estruturas com Legos, a faísca criadora). Essa eletricidade primordial era consequência da intensa atividade atmosférica da época, que gerava um número enorme de relâmpagos.
A questão era quais elementos químicos deveriam ser usados. Afinal, a receita certa depende do conhecimento das condições da Terra quando ela tinha em torno de 1 bilhão de anos, algo nada trivial. As pistas deixadas dessa época são poucas e eram ainda mais escassas em 1953. Urey e Miller supuseram que a sopa primordial fosse composta de água, metano, dióxido de carbono e amônia, ou seja, uma mistura de compostos simples contendo os átomos mais essenciais da bioquímica, hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio.
Os relâmpagos foram simulados por descargas elétricas, que eram ativadas periodicamente. Após alguns dias, uma análise da mistura acusou a presença de aminoácidos, compostos orgânicos complexos encontrados em todos os seres vivos na Terra, os blocos que compõem as proteínas. Uma década após o experimento de Urey e Miller, cientistas usando processos semelhantes sintetizaram as bases nitrogenadas (ou nucleotídeos) da molécula de DNA.
Esses experimentos, embora tenham provado que é possível sintetizar moléculas complexas a partir de outras mais simples, estão longe de sintetizar um ser vivo ou mesmo uma molécula de DNA. Críticos argumentam que o ambiente na Terra primordial era muito diferente e talvez impróprio à geração de moléculas complexas. Recentemente, cientistas da Nasa mostraram que resultados semelhantes podem ocorrer no espaço, onde eletricidade é substituída por radiação ultravioleta, proveniente de estrelas. Nesse caso, as moléculas que deram origem à vida na Terra seriam provenientes do espaço, transportadas por asteróides e cometas. O debate continua: no espaço ou na Terra, o enigma da origem da vida permanece.
domingo, 22 de junho de 2003
A curvatura do espaço-tempo
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O animador de televisão americano David Letterman gosta de fazer a lista das "Dez Mais", que podem ser perguntas, fatos absurdos, notícias estranhas etc. Eu também gosto, modestamente, de fazer uma lista, a das "dez perguntas mais populares em cosmologia". Recentemente (na coluna de 8 de junho), escrevi sobre a questão do começo, onde a pergunta (uma das mais populares da lista) era "O que ocorreu antes do começo?" Ou seja, se o Universo surgiu mesmo do Big Bang, o que havia antes disso?
Essa questão aborda a natureza do tempo, sua origem e seu significado. Mas ficou faltando algo. A resposta depende da teoria da relatividade geral, desenvolvida por Einstein em 1915 (a versão especial da teoria data de 1905). Nela, para falar de tempo deve-se necessariamente falar de espaço: o que existe é um contínuo espaço-temporal de quatro dimensões, três espaciais (norte-sul, leste-oeste, acima-abaixo) e uma temporal.
Esse contínuo se chama espaço-tempo. Segundo a teoria da relatividade, qualquer evento ocorrendo na natureza, seja uma bola caindo ao chão, seja a explosão de uma estrela, deve ser caracterizado pela sua posição nesse espaço-tempo quadridimensional. Portanto, um ponto no espaço-tempo é descrito por quatro números, três para a sua posição e um relacionado ao instante em que o evento ocorre. "Calma aí!" -exclama o leitor. "Você está me confundindo: no dia-a-dia também descrevemos o movimento dos objetos usando quatro números, três para a sua posição no espaço e um para o tempo. Qual a diferença entre esses quatro números e o espaço-tempo da teoria da relatividade?"
A pergunta é boa, mesmo que não esteja na lista. A diferença é enorme. Na física aplicável ao dia-a-dia, carros, trens, elevadores etc., espaço e tempo são vistos como entidades separadas, absolutas, uma distinta do outra. Na relatividade, o tempo é tratado como uma dimensão espacial, uma distância no espaço-tempo. Para isso, ele é multiplicado pela velocidade da luz. (Lembre-se de que velocidade tem unidade de distância dividida por tempo, como em km/h. Portanto, multiplicar tempo por velocidade resulta em distância.)
Vejamos um exemplo. Uma bola cai de uma altura de um metro. Segundo a física não-relativística, falamos de sua posição inicial, de sua posição final e de quanto tempo ela demorou para cair. Em relatividade, falamos de dois pontos no espaço-tempo, separados por uma distância.
Essa junção do espaço com o tempo causa efeitos peculiares. Na sua maioria, eles passam despercebidos, limitados que somos em nossa percepção da realidade. Mas, quando movimentos ocorrem com velocidades próximas da velocidade da luz, ou quando a força gravitacional é muito intensa, a natureza unificada do espaço-tempo se torna palpável, mesmo para nossos olhos míopes. A pergunta da lista está ligada com esses efeitos gravitacionais fortes.
"Como o espaço pode encurvar?" Espaço é a entidade que usamos para medir distâncias entre pontos. Um espaço deformável, portanto, é aquele em que as distâncias podem mudar, como em uma superfície elástica puxada nessa ou naquela direção. Segundo Einstein, a presença de massas deforma o espaço-tempo, alterando a geometria do espaço e o fluir do tempo. Uma analogia muito comum é o de uma bola de chumbo sobre um colchão: na vizinhança mais imediata da bola o colchão se deforma.
Claro, a analogia é apenas sugestiva, já que o que deforma o colchão é o peso da bola na gravidade terrestre. Mas a idéia é que campos gravitacionais fortes alteram a geometria do espaço-tempo. Esse é o caso perto de estrelas muito maciças, ou dos misteriosos buracos negros, onde a curvatura é tal que o espaço-tempo se fecha sobre si mesmo, como um casulo.
Pode parecer estranho que algo tão intangível como o espaço (ou o tempo) responda à presença de massas. Mas é importante lembrar que teorias físicas são descrições da natureza criadas com um propósito muito claro, o de ajudar na compreensão de fenômenos mensuráveis e quantificáveis. Se elas ocasionalmente resultam em explicações surpreendentes, é porque nossa miopia é grande. Cada teoria pode ser vista como uma lente um pouco mais forte, que permite desvendar um ou outro novo detalhe da natureza, de suas infinitas formas e criatividade.
O animador de televisão americano David Letterman gosta de fazer a lista das "Dez Mais", que podem ser perguntas, fatos absurdos, notícias estranhas etc. Eu também gosto, modestamente, de fazer uma lista, a das "dez perguntas mais populares em cosmologia". Recentemente (na coluna de 8 de junho), escrevi sobre a questão do começo, onde a pergunta (uma das mais populares da lista) era "O que ocorreu antes do começo?" Ou seja, se o Universo surgiu mesmo do Big Bang, o que havia antes disso?
Essa questão aborda a natureza do tempo, sua origem e seu significado. Mas ficou faltando algo. A resposta depende da teoria da relatividade geral, desenvolvida por Einstein em 1915 (a versão especial da teoria data de 1905). Nela, para falar de tempo deve-se necessariamente falar de espaço: o que existe é um contínuo espaço-temporal de quatro dimensões, três espaciais (norte-sul, leste-oeste, acima-abaixo) e uma temporal.
Esse contínuo se chama espaço-tempo. Segundo a teoria da relatividade, qualquer evento ocorrendo na natureza, seja uma bola caindo ao chão, seja a explosão de uma estrela, deve ser caracterizado pela sua posição nesse espaço-tempo quadridimensional. Portanto, um ponto no espaço-tempo é descrito por quatro números, três para a sua posição e um relacionado ao instante em que o evento ocorre. "Calma aí!" -exclama o leitor. "Você está me confundindo: no dia-a-dia também descrevemos o movimento dos objetos usando quatro números, três para a sua posição no espaço e um para o tempo. Qual a diferença entre esses quatro números e o espaço-tempo da teoria da relatividade?"
A pergunta é boa, mesmo que não esteja na lista. A diferença é enorme. Na física aplicável ao dia-a-dia, carros, trens, elevadores etc., espaço e tempo são vistos como entidades separadas, absolutas, uma distinta do outra. Na relatividade, o tempo é tratado como uma dimensão espacial, uma distância no espaço-tempo. Para isso, ele é multiplicado pela velocidade da luz. (Lembre-se de que velocidade tem unidade de distância dividida por tempo, como em km/h. Portanto, multiplicar tempo por velocidade resulta em distância.)
Vejamos um exemplo. Uma bola cai de uma altura de um metro. Segundo a física não-relativística, falamos de sua posição inicial, de sua posição final e de quanto tempo ela demorou para cair. Em relatividade, falamos de dois pontos no espaço-tempo, separados por uma distância.
Essa junção do espaço com o tempo causa efeitos peculiares. Na sua maioria, eles passam despercebidos, limitados que somos em nossa percepção da realidade. Mas, quando movimentos ocorrem com velocidades próximas da velocidade da luz, ou quando a força gravitacional é muito intensa, a natureza unificada do espaço-tempo se torna palpável, mesmo para nossos olhos míopes. A pergunta da lista está ligada com esses efeitos gravitacionais fortes.
"Como o espaço pode encurvar?" Espaço é a entidade que usamos para medir distâncias entre pontos. Um espaço deformável, portanto, é aquele em que as distâncias podem mudar, como em uma superfície elástica puxada nessa ou naquela direção. Segundo Einstein, a presença de massas deforma o espaço-tempo, alterando a geometria do espaço e o fluir do tempo. Uma analogia muito comum é o de uma bola de chumbo sobre um colchão: na vizinhança mais imediata da bola o colchão se deforma.
Claro, a analogia é apenas sugestiva, já que o que deforma o colchão é o peso da bola na gravidade terrestre. Mas a idéia é que campos gravitacionais fortes alteram a geometria do espaço-tempo. Esse é o caso perto de estrelas muito maciças, ou dos misteriosos buracos negros, onde a curvatura é tal que o espaço-tempo se fecha sobre si mesmo, como um casulo.
Pode parecer estranho que algo tão intangível como o espaço (ou o tempo) responda à presença de massas. Mas é importante lembrar que teorias físicas são descrições da natureza criadas com um propósito muito claro, o de ajudar na compreensão de fenômenos mensuráveis e quantificáveis. Se elas ocasionalmente resultam em explicações surpreendentes, é porque nossa miopia é grande. Cada teoria pode ser vista como uma lente um pouco mais forte, que permite desvendar um ou outro novo detalhe da natureza, de suas infinitas formas e criatividade.
domingo, 15 de junho de 2003
Galáxias em uma xícara de café
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Certa vez, uma amiga compositora mencionou que, para ela, poucos objetos naturais eram tão belos quanto uma galáxia espiral. (Na época, eu achava os seus olhos, enormes, azuis, bem mais belos. Mas essa é uma outra história.) Como estávamos em um restaurante jantando, resolvi impressioná-la, mostrando como fazer uma galáxia em uma xícara de café: "Basta você pôr um pouco de creme bem devagar sobre o café e misturar delicadamente os dois fluidos por alguns segundos. Em pouco tempo, você verá uma galáxia espiral surgir na sua xícara". O resultado, mesmo que imperfeito, foi convincente.
O interessante é que a brincadeira com a xícara e os dois fluidos não está tão distante assim da realidade. Os modelos que descrevem a formação de galáxias espirais também são baseados na interação entre dois fluidos: um a matéria comum das estrelas e das nuvens de gás interestelar (principalmente hidrogênio e hélio) e outro um fluido mais exótico, a chamada matéria escura, cuja composição permanece ainda desconhecida.
O café, de menor viscosidade, faz o papel da matéria escura, e o creme, mais viscoso, o da matéria estelar. Note que até as cores são sugestivas do papel de cada um. A fricção entre o café e o creme e a interna a cada fluido fazem o papel da atração gravitacional entre os dois tipos de matéria e, também, entre si.
O movimento de rotação induzido pela colher na mistura do café com o creme faz o papel do movimento de rotação que ocorre durante o processo de formação da galáxia: no início, é conveniente imaginar os dois tipos de matéria como sendo duas esferas difusas de gás, misturadas e girando lentamente.
O movimento de rotação é contrabalançado pela atração gravitacional entre os dois fluidos. Depois de algum tempo, algumas regiões tornam-se mais densas do que outras, exercendo então maior atração gravitacional sobre a matéria à sua volta. Essa instabilidade causa a contração das duas esferas de gás que, girando, vão dando forma à galáxia nascente. A matéria escura, que, por definição, interage apenas gravitacionalmente com outros tipos de matéria e com si própria, mantém-se mais difusa do que a matéria visível, que assume a forma espiralada.
A menos que o leitor seja como a minha avó, que tomava leite com uma gota microscópica de café, o café com creme a que me refiro tem muito mais café do que creme (o popular "pingado"). Os dois tipos de matéria que compõem a galáxia também aparecem em proporções desiguais. A matéria comum, a que vemos em estrelas e nuvens de gás, representa menos de 10% da matéria total da galáxia, dominada pela matéria escura. A matéria comum, feita de átomos com prótons, nêutrons e elétrons, tal como a que nos compõe, é minoria absoluta: na galáxia, domina o invisível aos olhos.
Imagino que o leitor esteja se perguntando: "Mas, se essa matéria escura é invisível, como sabemos que ela existe? Afinal, o café é preto, mas visível". A detecção da matéria escura, ao menos até o momento, é feita indiretamente, através de sua ação gravitacional sobre a matéria visível da galáxia. Em particular, uma das pistas vem da curva de rotação da galáxia, a medida do quão rápido suas diferentes partes giram em torno de seu centro, como um redemoinho cósmico.
Se a galáxia fosse composta apenas de matéria visível, sua velocidade de rotação (ou melhor, a das estrelas em seus braços espirais) deveria diminuir após certa distância do centro.
Entretanto, o que se observa é que a velocidade permanece constante até as regiões mais externas da parte visível da galáxia. Isso se deve à presença da matéria escura, que se estende bem além da matéria visível, formando um halo invisível em torno da galáxia, como um véu.
Vários experimentos aqui na Terra estão tentando detectar as partículas de matéria escura diretamente. Na medida em que circulamos pelo espaço, elas vão passando através da superfície, quase como fantasmas. Volta e meia, uma pode se chocar com um detector, acusando a sua presença. Mas, pelo jeito, teremos tempo para muitos cafés com creme antes que ocorra alguma detecção.
Certa vez, uma amiga compositora mencionou que, para ela, poucos objetos naturais eram tão belos quanto uma galáxia espiral. (Na época, eu achava os seus olhos, enormes, azuis, bem mais belos. Mas essa é uma outra história.) Como estávamos em um restaurante jantando, resolvi impressioná-la, mostrando como fazer uma galáxia em uma xícara de café: "Basta você pôr um pouco de creme bem devagar sobre o café e misturar delicadamente os dois fluidos por alguns segundos. Em pouco tempo, você verá uma galáxia espiral surgir na sua xícara". O resultado, mesmo que imperfeito, foi convincente.
O interessante é que a brincadeira com a xícara e os dois fluidos não está tão distante assim da realidade. Os modelos que descrevem a formação de galáxias espirais também são baseados na interação entre dois fluidos: um a matéria comum das estrelas e das nuvens de gás interestelar (principalmente hidrogênio e hélio) e outro um fluido mais exótico, a chamada matéria escura, cuja composição permanece ainda desconhecida.
O café, de menor viscosidade, faz o papel da matéria escura, e o creme, mais viscoso, o da matéria estelar. Note que até as cores são sugestivas do papel de cada um. A fricção entre o café e o creme e a interna a cada fluido fazem o papel da atração gravitacional entre os dois tipos de matéria e, também, entre si.
O movimento de rotação induzido pela colher na mistura do café com o creme faz o papel do movimento de rotação que ocorre durante o processo de formação da galáxia: no início, é conveniente imaginar os dois tipos de matéria como sendo duas esferas difusas de gás, misturadas e girando lentamente.
O movimento de rotação é contrabalançado pela atração gravitacional entre os dois fluidos. Depois de algum tempo, algumas regiões tornam-se mais densas do que outras, exercendo então maior atração gravitacional sobre a matéria à sua volta. Essa instabilidade causa a contração das duas esferas de gás que, girando, vão dando forma à galáxia nascente. A matéria escura, que, por definição, interage apenas gravitacionalmente com outros tipos de matéria e com si própria, mantém-se mais difusa do que a matéria visível, que assume a forma espiralada.
A menos que o leitor seja como a minha avó, que tomava leite com uma gota microscópica de café, o café com creme a que me refiro tem muito mais café do que creme (o popular "pingado"). Os dois tipos de matéria que compõem a galáxia também aparecem em proporções desiguais. A matéria comum, a que vemos em estrelas e nuvens de gás, representa menos de 10% da matéria total da galáxia, dominada pela matéria escura. A matéria comum, feita de átomos com prótons, nêutrons e elétrons, tal como a que nos compõe, é minoria absoluta: na galáxia, domina o invisível aos olhos.
Imagino que o leitor esteja se perguntando: "Mas, se essa matéria escura é invisível, como sabemos que ela existe? Afinal, o café é preto, mas visível". A detecção da matéria escura, ao menos até o momento, é feita indiretamente, através de sua ação gravitacional sobre a matéria visível da galáxia. Em particular, uma das pistas vem da curva de rotação da galáxia, a medida do quão rápido suas diferentes partes giram em torno de seu centro, como um redemoinho cósmico.
Se a galáxia fosse composta apenas de matéria visível, sua velocidade de rotação (ou melhor, a das estrelas em seus braços espirais) deveria diminuir após certa distância do centro.
Entretanto, o que se observa é que a velocidade permanece constante até as regiões mais externas da parte visível da galáxia. Isso se deve à presença da matéria escura, que se estende bem além da matéria visível, formando um halo invisível em torno da galáxia, como um véu.
Vários experimentos aqui na Terra estão tentando detectar as partículas de matéria escura diretamente. Na medida em que circulamos pelo espaço, elas vão passando através da superfície, quase como fantasmas. Volta e meia, uma pode se chocar com um detector, acusando a sua presença. Mas, pelo jeito, teremos tempo para muitos cafés com creme antes que ocorra alguma detecção.
domingo, 8 de junho de 2003
Antes do começo
.
Antes do começo, o que existia? O nada? Como pensar sobre o nada sem supor a existência de algo? O nada faz sentido por si só? Ou ele precisa de seu oposto -o tudo- para ter significado? Não seria, talvez, melhor pensar em espaço e ausência de espaço, o vazio? Mas, se no início existia apenas o vazio, de onde então surgiram o cosmo, a matéria, o espaço no qual ela se move e cria formas complexas, algumas até vivas? Como algo material pode surgir do nada, que por definição é imaterial?
Perguntas como essas vêm assombrando e inspirando a humanidade desde os seus primórdios. A resposta mais popular lança mão da fé: no Ocidente, foi um Criador que fez tudo a partir do nada. Mas essa é apenas uma versão. Existem muitas, espalhadas pelo mundo e pelo tempo. Para o povo maori, da Nova Zelândia, o mundo surgiu do nada, sem a ação de nenhum ser sobrenatural, sem que antes existisse qualquer coisa: o cosmo simplesmente surgiu, de repente, produto de uma ânsia abstrata de algo concreto existir.
Tenho certeza de que vários leitores já se perguntaram sobre isso, talvez tenham passado noites ao pé de uma fogueira com os amigos, olhando para o céu repleto de estrelas, tentando entender o porquê disso tudo, do mundo à nossa volta. Por que o mundo? Por que nós? O nada não é muito mais simples?
Surge a ciência, e a secularização da sociedade moderna força uma retomada dessas antigas questões. Mas agora, sob as suas lentes racionais, precisas, quantitativas e verificáveis. O que a ciência tem a dizer sobre essas questões, sobre a criação de todas as coisas? O que ela tem a dizer sobre o porquê de as coisas existirem?
Nada. A ciência não explica o porquê das coisas. Ela explica o como. Na verdade, esse tipo de pergunta, o porquê, não é província do discurso científico. Partículas com cargas elétricas são atraídas umas às outras. Daí entendemos os átomos, a estrutura das moléculas, as reações químicas em que elétrons são trocados entre elementos ou atraídos e repelidos por eles. Por que cargas elétricas opostas se atraem? Não sabemos. Mas entendemos como elas se atraem e, a partir disso, criamos toda uma sociedade movida a eletricidade, tecnologias digitais que dependem de nossa compreensão dos átomos, lasers etc.
Por que objetos são atraídos uns aos outros pela força que chamamos de gravidade? Também não sabemos. Mas sabemos descrever como eles se atraem e, a partir disso, podemos descrever como os planetas giram em torno do Sol, como as estrelas nascem e morrem, como as galáxias são formadas, como o Universo se expande há já 14 bilhões de anos, e cada vez mais rapidamente.
Falando em expansão, voltemos à pergunta inicial. Afinal, se o Universo está em expansão, ele foi menor antes. Melhor dizendo, as distâncias entre os vários objetos que o compõem eram tanto menores quanto mais perto do momento inicial, do tempo zero. Nesse caso, no tempo zero, tudo deveria estar amontoado em um único ponto. É isso? Tudo cabe num ponto? E antes desse tempo zero? O que existia antes do começo?
Essas perguntas são província da ciência. Que alívio. A resposta é, talvez, desencorajadora: não é possível falarmos sobre antes do começo, pois antes do começo o tempo simplesmente não existia. Seria como tentar descobrir o que existe ao norte do pólo Norte. Ou quem era você antes de seus pais o conceberem.
Mais sofisticadamente, o conceito de tempo tal como o entendemos em nosso dia-a-dia, o tique-taque constante e regular do passar das horas, não faz sentido perto da origem do Universo. A física que usa esse tempo uniforme e familiar não funciona nas condições extremas que reinavam nos primórdios cósmicos. A realidade não é descrita por um espaço inerte e por um tempo regular, fluindo como um rio. Tanto espaço quanto tempo flutuavam caoticamente: o espaço deformado em todas as direções e, em cada ponto, um tempo diverso. Não existia um "antes" antes do próprio tempo -como o entendemos- existir.
Tinha razão santo Agostinho, quando disse que o tempo veio com a Criação. Mas e a Criação, de onde veio? De uma flutuação quântica no Universo primordial, diz a cosmologia moderna. Do desejo inerente de algo existir, dizem os maoris. Sob a ótica da história, a pergunta é mais importante do que a resposta.
Antes do começo, o que existia? O nada? Como pensar sobre o nada sem supor a existência de algo? O nada faz sentido por si só? Ou ele precisa de seu oposto -o tudo- para ter significado? Não seria, talvez, melhor pensar em espaço e ausência de espaço, o vazio? Mas, se no início existia apenas o vazio, de onde então surgiram o cosmo, a matéria, o espaço no qual ela se move e cria formas complexas, algumas até vivas? Como algo material pode surgir do nada, que por definição é imaterial?
Perguntas como essas vêm assombrando e inspirando a humanidade desde os seus primórdios. A resposta mais popular lança mão da fé: no Ocidente, foi um Criador que fez tudo a partir do nada. Mas essa é apenas uma versão. Existem muitas, espalhadas pelo mundo e pelo tempo. Para o povo maori, da Nova Zelândia, o mundo surgiu do nada, sem a ação de nenhum ser sobrenatural, sem que antes existisse qualquer coisa: o cosmo simplesmente surgiu, de repente, produto de uma ânsia abstrata de algo concreto existir.
Tenho certeza de que vários leitores já se perguntaram sobre isso, talvez tenham passado noites ao pé de uma fogueira com os amigos, olhando para o céu repleto de estrelas, tentando entender o porquê disso tudo, do mundo à nossa volta. Por que o mundo? Por que nós? O nada não é muito mais simples?
Surge a ciência, e a secularização da sociedade moderna força uma retomada dessas antigas questões. Mas agora, sob as suas lentes racionais, precisas, quantitativas e verificáveis. O que a ciência tem a dizer sobre essas questões, sobre a criação de todas as coisas? O que ela tem a dizer sobre o porquê de as coisas existirem?
Nada. A ciência não explica o porquê das coisas. Ela explica o como. Na verdade, esse tipo de pergunta, o porquê, não é província do discurso científico. Partículas com cargas elétricas são atraídas umas às outras. Daí entendemos os átomos, a estrutura das moléculas, as reações químicas em que elétrons são trocados entre elementos ou atraídos e repelidos por eles. Por que cargas elétricas opostas se atraem? Não sabemos. Mas entendemos como elas se atraem e, a partir disso, criamos toda uma sociedade movida a eletricidade, tecnologias digitais que dependem de nossa compreensão dos átomos, lasers etc.
Por que objetos são atraídos uns aos outros pela força que chamamos de gravidade? Também não sabemos. Mas sabemos descrever como eles se atraem e, a partir disso, podemos descrever como os planetas giram em torno do Sol, como as estrelas nascem e morrem, como as galáxias são formadas, como o Universo se expande há já 14 bilhões de anos, e cada vez mais rapidamente.
Falando em expansão, voltemos à pergunta inicial. Afinal, se o Universo está em expansão, ele foi menor antes. Melhor dizendo, as distâncias entre os vários objetos que o compõem eram tanto menores quanto mais perto do momento inicial, do tempo zero. Nesse caso, no tempo zero, tudo deveria estar amontoado em um único ponto. É isso? Tudo cabe num ponto? E antes desse tempo zero? O que existia antes do começo?
Essas perguntas são província da ciência. Que alívio. A resposta é, talvez, desencorajadora: não é possível falarmos sobre antes do começo, pois antes do começo o tempo simplesmente não existia. Seria como tentar descobrir o que existe ao norte do pólo Norte. Ou quem era você antes de seus pais o conceberem.
Mais sofisticadamente, o conceito de tempo tal como o entendemos em nosso dia-a-dia, o tique-taque constante e regular do passar das horas, não faz sentido perto da origem do Universo. A física que usa esse tempo uniforme e familiar não funciona nas condições extremas que reinavam nos primórdios cósmicos. A realidade não é descrita por um espaço inerte e por um tempo regular, fluindo como um rio. Tanto espaço quanto tempo flutuavam caoticamente: o espaço deformado em todas as direções e, em cada ponto, um tempo diverso. Não existia um "antes" antes do próprio tempo -como o entendemos- existir.
Tinha razão santo Agostinho, quando disse que o tempo veio com a Criação. Mas e a Criação, de onde veio? De uma flutuação quântica no Universo primordial, diz a cosmologia moderna. Do desejo inerente de algo existir, dizem os maoris. Sob a ótica da história, a pergunta é mais importante do que a resposta.
domingo, 1 de junho de 2003
Vinte anos de unificação
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São já 20 anos desde que um grupo de cientistas do Centro Europeu de Física de Altas Energias (Cern) em Genebra, Suíça, detectou conclusivamente partículas que comprovaram a unificação de duas das quatro forças fundamentais da natureza: eletromagnetismo e força nuclear fraca. Hoje, gostaria de revisitar essa descoberta, cujas repercussões ainda reverberam (e muito) pelo mundo da física.
Segundo o Modelo Padrão, que reúne tudo o que se sabe sobre os tijolos fundamentais da matéria (as partículas que não podem ser divididas em partículas menores), existem quatro forças fundamentais, que descrevem como essas partículas interagem entre si. Duas são familiares: a gravidade, que descreve como massas atraem massas, e o eletromagnetismo, que descreve como cargas elétricas iguais se atraem, opostas se repelem e, também, a relação profunda entre eletricidade e magnetismo (já uma unificação), no qual cargas elétricas em movimento criam campos magnéticos.
As outras duas forças fundamentais só agem em distâncias nucleares. Por isso não nos damos conta de sua existência. São a força nuclear forte, que descreve como prótons, mesmo repelidos eletricamente, permanecem juntos nos núcleos, e a força nuclear fraca, que controla, entre outras coisas, o decaimento radioativo de vários átomos. A força fraca só é ativa a distâncias cem vezes menores do que um próton. Ela (como a força forte) é uma força de curto alcance. Curtíssimo.
Para entender o que significa unificar forças, é necessário explorar como funcionam. Imagine dois patinadores no gelo. Vamos supor que cada um deles seja um elétron. Como ambos têm carga elétrica negativa, quando muito próximos eles sofrem uma repulsão. Essa repulsão é representada pela troca de outras partículas que compõem o campo eletromagnético, chamadas fótons. Vamos representar os fótons por bolas de tênis. A repulsão entre elétrons pode ser representada por patinadores atirando bolas de tênis um no outro. (Na verdade, a situação é um pouco mais complicada, pois o fóton não tem massa, e a bola de tênis tem, mas a imagem da força mediada por partículas é válida.)
O curto alcance da força fraca seria representado por bolas de chumbo pesadíssimas: os patinadores só conseguem atirá-las a curtas distâncias. Ou seja, as partículas que medeiam a força fraca, três em número, têm massas altíssimas.
Dentro dessa representação das forças por partículas mediadoras, nada mais distinto do que a força eletromagnética, de alcance infinito, e a força fraca, de curtíssimo alcance. A diferença está na massa das partículas mediadoras: o fóton, sem massa, tem alcance infinito (as bolas de tênis são atiradas a qualquer distância), enquanto as três que medeiam a força fraca têm massa alta e curto alcance.
Nos anos 60, os americanos Steven Weinberg e John Ward e o paquistanês Abdus Salam, baseados em resultados de outro americano, Sheldon Glashow, propuseram um modelo de unificação das duas forças. A idéia básica é que, acima de certas energias, da ordem de cem vezes a massa do próton dividida pela velocidade da luz ao quadrado (você se lembra de E = mc2? Invertida, essa relação mostra que massa pode ser obtida de energia, m = E/c2), a força fraca também fica de longo alcance, como a força eletromagnética. Acima dessas energias, fica difícil distinguir entre as duas forças, todas partículas ficam sem massa.
Bela teoria, mas como testá-la? Ela previa também as massas das três partículas mediadoras da força fraca a baixas energias. Em maio de 1983, após quase uma década de confirmações indiretas, experimentos no Cern encontraram as três mediadoras da força fraca, com as massas previstas pela teoria. Estava confirmada a unificação das duas forças.
A história ainda não terminou. A teoria prevê também a existência do bóson de Higgs, responsável por dar massa a todas as partículas de matéria. Até agora, o Higgs não apareceu. Dois experimentos, marcados para os próximos anos, vão tentar achá-lo. Caso eles falhem, a estrutura da teoria e, portanto, da unificação "eletrofraca" terá de ser repensada.
São já 20 anos desde que um grupo de cientistas do Centro Europeu de Física de Altas Energias (Cern) em Genebra, Suíça, detectou conclusivamente partículas que comprovaram a unificação de duas das quatro forças fundamentais da natureza: eletromagnetismo e força nuclear fraca. Hoje, gostaria de revisitar essa descoberta, cujas repercussões ainda reverberam (e muito) pelo mundo da física.
Segundo o Modelo Padrão, que reúne tudo o que se sabe sobre os tijolos fundamentais da matéria (as partículas que não podem ser divididas em partículas menores), existem quatro forças fundamentais, que descrevem como essas partículas interagem entre si. Duas são familiares: a gravidade, que descreve como massas atraem massas, e o eletromagnetismo, que descreve como cargas elétricas iguais se atraem, opostas se repelem e, também, a relação profunda entre eletricidade e magnetismo (já uma unificação), no qual cargas elétricas em movimento criam campos magnéticos.
As outras duas forças fundamentais só agem em distâncias nucleares. Por isso não nos damos conta de sua existência. São a força nuclear forte, que descreve como prótons, mesmo repelidos eletricamente, permanecem juntos nos núcleos, e a força nuclear fraca, que controla, entre outras coisas, o decaimento radioativo de vários átomos. A força fraca só é ativa a distâncias cem vezes menores do que um próton. Ela (como a força forte) é uma força de curto alcance. Curtíssimo.
Para entender o que significa unificar forças, é necessário explorar como funcionam. Imagine dois patinadores no gelo. Vamos supor que cada um deles seja um elétron. Como ambos têm carga elétrica negativa, quando muito próximos eles sofrem uma repulsão. Essa repulsão é representada pela troca de outras partículas que compõem o campo eletromagnético, chamadas fótons. Vamos representar os fótons por bolas de tênis. A repulsão entre elétrons pode ser representada por patinadores atirando bolas de tênis um no outro. (Na verdade, a situação é um pouco mais complicada, pois o fóton não tem massa, e a bola de tênis tem, mas a imagem da força mediada por partículas é válida.)
O curto alcance da força fraca seria representado por bolas de chumbo pesadíssimas: os patinadores só conseguem atirá-las a curtas distâncias. Ou seja, as partículas que medeiam a força fraca, três em número, têm massas altíssimas.
Dentro dessa representação das forças por partículas mediadoras, nada mais distinto do que a força eletromagnética, de alcance infinito, e a força fraca, de curtíssimo alcance. A diferença está na massa das partículas mediadoras: o fóton, sem massa, tem alcance infinito (as bolas de tênis são atiradas a qualquer distância), enquanto as três que medeiam a força fraca têm massa alta e curto alcance.
Nos anos 60, os americanos Steven Weinberg e John Ward e o paquistanês Abdus Salam, baseados em resultados de outro americano, Sheldon Glashow, propuseram um modelo de unificação das duas forças. A idéia básica é que, acima de certas energias, da ordem de cem vezes a massa do próton dividida pela velocidade da luz ao quadrado (você se lembra de E = mc2? Invertida, essa relação mostra que massa pode ser obtida de energia, m = E/c2), a força fraca também fica de longo alcance, como a força eletromagnética. Acima dessas energias, fica difícil distinguir entre as duas forças, todas partículas ficam sem massa.
Bela teoria, mas como testá-la? Ela previa também as massas das três partículas mediadoras da força fraca a baixas energias. Em maio de 1983, após quase uma década de confirmações indiretas, experimentos no Cern encontraram as três mediadoras da força fraca, com as massas previstas pela teoria. Estava confirmada a unificação das duas forças.
A história ainda não terminou. A teoria prevê também a existência do bóson de Higgs, responsável por dar massa a todas as partículas de matéria. Até agora, o Higgs não apareceu. Dois experimentos, marcados para os próximos anos, vão tentar achá-lo. Caso eles falhem, a estrutura da teoria e, portanto, da unificação "eletrofraca" terá de ser repensada.
domingo, 25 de maio de 2003
Mutações do bem e do mal
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Dos primeiros animais unicelulares até a espécie inteligente que domina o planeta, todos os seres vivos são produto de mutações". Assim termina o filme "X-Men 2", no qual forças do bem e do mal travam mais uma batalha de sua guerra sem fim. Ou seja, somos todos mutantes, os humanos e as criaturas de poderes extraordinários que, no filme, os humanos chamam de mutantes. A diferença é que, evolutivamente, essas criaturas estão um passo ou dois adiante. Elas são nossas descendentes, mesmo se desprezadas e temidas.
Esse tema imediatamente transporta o filme da ficção científica à esfera sociopolítica. Sem dúvida, o filme é superdivertido, com ritmo desenhado para um público com capacidade de foco de não mais do que 15 segundos. Você sai cansado só de assistir. Mas o filme fala também de temas bem mais delicados, de preconceitos sociais, da aceitação do diferente, das consequências da pesquisa científica -em particular na área da genética- e de sua manipulação política.
Preconceitos gostam de divisões simples: preto e branco, homem e mulher, rico e pobre. Assim fica mais fácil separar o bem do mal. Seja a cor da pele, o sexo, a situação social, a polarização simplifica, massifica as distinções superficiais. A deturpação moral, segundo a ótica do preconceituoso, é então equacionada com algo palpável, visível, imediatamente rotulável e identificável.
Nem todos os mutantes no filme são imediatamente identificáveis. Vários deles parecem humanos normais e agem como tal: têm medo, se enamoram, têm ciúmes. Fora, claro, o fato de serem todos belos, mesmo aqueles mais grotescos, como o mutante alemão Kurt Wagner. Ele é a imagem do mal -um anjo com aspecto demoníaco- estampada em uma criatura absolutamente "do bem", um anjo de fato, oriundo de um circo de Munique, capaz de teletransporte: o fenômeno previsto pela mecânica quântica no qual partículas subatômicas e, quem sabe um dia, objetos, podem se rematerializar em diferentes pontos do espaço quase que instantaneamente. Kurt Wagner é ainda mais sensacional, uma criatura que une teletransporte e livre-arbítrio, ele mesmo determinando onde vai ou não reaparecer.
Alguém pergunta a um dos fisicamente mais grotescos -Mística, uma mutante com pele azulada, olhos amarelos e curvas acentuadíssimas, capaz de adotar qualquer forma animal, inclusive a de mulheres belíssimas- por que ela não permanece em uma dessas formas, evitando o seu aspecto assustador. A mensagem de sua resposta é simples: "Porque eu não deveria ter de me transformar para ser aceita".
Claro, ela é belíssima, mas não segundo critérios humanos. Conceitos de beleza não podem ser separados de valores morais, limitados como são por construções estéticas dependentes do contexto social e cultural onde são criadas. O belo é o que se conforma aos padrões do óbvio, do que não gera surpresas, do que não é diferente. O belo não assusta.
Entra em cena a engenharia genética, a manipulação do gene, oferecendo, ao menos em teoria, a possibilidade da construção de mutantes. O homem tira as rédeas da evolução das mãos da natureza. O processo de seleção natural está fundamentalmente interligado às mutações genéticas que, por definição, são aleatórias: elas ocorrem, por exemplo, devido à interação de radiação -oriunda do espaço e da Terra- e reações químicas com os genes. Ao alterar deterministicamente a estrutura dos genes, o cientista genético se torna escritor de um capítulo (ou mais) na longa história da evolução da vida na Terra. A espécie humana torna-se capaz de se reinventar.
Toda grande inovação tecnológica implica uma redefinição de poder. O avião transporta pessoas, apaga incêndios em florestas e joga bombas. A fissão nuclear gera energia, ajuda no combate ao câncer e é usada em bombas. A engenharia genética ajuda no combate à fome (ou pode), no combate a inúmeras doenças (se deixarem) e na fabricação de "bombas" biológicas (já ocorre).
O filme "X-Men 2" mostra isso: mutantes com poderes mais avançados são ainda essencialmente humanos -as diferenças são físicas, não morais. O poder, em mãos inspiradas, pode gerar o bem. Mas, em mãos despreparadas ou imorais, humanas ou mutantes, irá necessariamente gerar o mal.
Dos primeiros animais unicelulares até a espécie inteligente que domina o planeta, todos os seres vivos são produto de mutações". Assim termina o filme "X-Men 2", no qual forças do bem e do mal travam mais uma batalha de sua guerra sem fim. Ou seja, somos todos mutantes, os humanos e as criaturas de poderes extraordinários que, no filme, os humanos chamam de mutantes. A diferença é que, evolutivamente, essas criaturas estão um passo ou dois adiante. Elas são nossas descendentes, mesmo se desprezadas e temidas.
Esse tema imediatamente transporta o filme da ficção científica à esfera sociopolítica. Sem dúvida, o filme é superdivertido, com ritmo desenhado para um público com capacidade de foco de não mais do que 15 segundos. Você sai cansado só de assistir. Mas o filme fala também de temas bem mais delicados, de preconceitos sociais, da aceitação do diferente, das consequências da pesquisa científica -em particular na área da genética- e de sua manipulação política.
Preconceitos gostam de divisões simples: preto e branco, homem e mulher, rico e pobre. Assim fica mais fácil separar o bem do mal. Seja a cor da pele, o sexo, a situação social, a polarização simplifica, massifica as distinções superficiais. A deturpação moral, segundo a ótica do preconceituoso, é então equacionada com algo palpável, visível, imediatamente rotulável e identificável.
Nem todos os mutantes no filme são imediatamente identificáveis. Vários deles parecem humanos normais e agem como tal: têm medo, se enamoram, têm ciúmes. Fora, claro, o fato de serem todos belos, mesmo aqueles mais grotescos, como o mutante alemão Kurt Wagner. Ele é a imagem do mal -um anjo com aspecto demoníaco- estampada em uma criatura absolutamente "do bem", um anjo de fato, oriundo de um circo de Munique, capaz de teletransporte: o fenômeno previsto pela mecânica quântica no qual partículas subatômicas e, quem sabe um dia, objetos, podem se rematerializar em diferentes pontos do espaço quase que instantaneamente. Kurt Wagner é ainda mais sensacional, uma criatura que une teletransporte e livre-arbítrio, ele mesmo determinando onde vai ou não reaparecer.
Alguém pergunta a um dos fisicamente mais grotescos -Mística, uma mutante com pele azulada, olhos amarelos e curvas acentuadíssimas, capaz de adotar qualquer forma animal, inclusive a de mulheres belíssimas- por que ela não permanece em uma dessas formas, evitando o seu aspecto assustador. A mensagem de sua resposta é simples: "Porque eu não deveria ter de me transformar para ser aceita".
Claro, ela é belíssima, mas não segundo critérios humanos. Conceitos de beleza não podem ser separados de valores morais, limitados como são por construções estéticas dependentes do contexto social e cultural onde são criadas. O belo é o que se conforma aos padrões do óbvio, do que não gera surpresas, do que não é diferente. O belo não assusta.
Entra em cena a engenharia genética, a manipulação do gene, oferecendo, ao menos em teoria, a possibilidade da construção de mutantes. O homem tira as rédeas da evolução das mãos da natureza. O processo de seleção natural está fundamentalmente interligado às mutações genéticas que, por definição, são aleatórias: elas ocorrem, por exemplo, devido à interação de radiação -oriunda do espaço e da Terra- e reações químicas com os genes. Ao alterar deterministicamente a estrutura dos genes, o cientista genético se torna escritor de um capítulo (ou mais) na longa história da evolução da vida na Terra. A espécie humana torna-se capaz de se reinventar.
Toda grande inovação tecnológica implica uma redefinição de poder. O avião transporta pessoas, apaga incêndios em florestas e joga bombas. A fissão nuclear gera energia, ajuda no combate ao câncer e é usada em bombas. A engenharia genética ajuda no combate à fome (ou pode), no combate a inúmeras doenças (se deixarem) e na fabricação de "bombas" biológicas (já ocorre).
O filme "X-Men 2" mostra isso: mutantes com poderes mais avançados são ainda essencialmente humanos -as diferenças são físicas, não morais. O poder, em mãos inspiradas, pode gerar o bem. Mas, em mãos despreparadas ou imorais, humanas ou mutantes, irá necessariamente gerar o mal.
domingo, 18 de maio de 2003
Fé cega e ciência amolada
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Outro dia, um caro leitor me enviou uma mensagem com uma pergunta que deve ter ocorrido a muitos outros. Ele disse algo como (aqui parafraseio, mantendo o significado, mas não o conteúdo original): "Você escreveu que nossos corpos são atravessados a cada segundo por bilhões de neutrinos e outras partículas invisíveis, sem que possamos percebê-lo. Para aqueles que não têm acesso à qualquer comprovação concreta dessa afirmativa em um laboratório, ela pode parecer tão fantástica quanto se alguém disser que vê Jesus em seu espelho quando se barbeia todas as manhãs."
Minha reação imediata foi escrever de volta dizendo: "Mas que bobagem. É claro que não se pode comparar uma afirmação científica com uma baseada na palavra de um indivíduo, especialmente sobre um fenômeno sobrenatural, como uma aparição. Afinal, a ciência não se baseia na aceitação cega de afirmativas, mas em testes concretos, quantitativos, aplicados por cientistas escrupulosos". Porém, ao refletir um pouco mais, percebi que a minha afirmação sobre neutrinos bombardeando os nossos corpos não tem a priori mais valor do que qualquer outra afirmação, feita por qualquer outra pessoa sobre qualquer assunto. Afinal, para alguém fora da ciência, dar legitimidade de graça à palavra de um cientista não é assim tão automático quanto os cientistas acreditam. Existe muita gente que ainda não crê que a humanidade chegou até a Lua. Qual é a prova? Um vídeo? Ah, deve ser falso, truque da Nasa, coisa de Hollywood.
Aqui o cientista encontra o desafio de tentar ultrapassar barreiras criadas por sua linguagem especializada e seu treinamento técnico. Para um cientista, a discussão é absurda, uma perda de tempo. É claro que as suas afirmações devem ser levadas a sério: assim é a ciência, construída justamente para evitar a aceitação de afirmações baseadas em especulações e crenças individuais. Em ciência, qualquer hipótese, antes de ser aceita, deve ser averiguada através de testes experimentais, seja em laboratório ou por meio de observações, como no caso da astronomia. Se a opinião de alguém, mesmo se o cientista mais respeitado do mundo, estiver errada, ela não prevalecerá indefinidamente. Talvez, por um tempo, a comunidade aceite-a como plausível. Mas apenas após submetê-la a testes quantitativos ela será definitivamente incorporada (ou não) dentro das idéias ou teorias aceitas. Essa é a faca amolada da ciência, que respeita apenas os resultados comprovados por grupos independentes de cientistas.
Se todo cientista -ou aqueles que escrevem sobre ciência- tivesse o cuidado, em suas apresentações para o público não-especializado, de distinguir o que é fato aceito de meras hipóteses especulativas, a tarefa de convencer o leitor cético seria bem mais fácil. Infelizmente, muitas vezes isso não ocorre, o que resulta em uma grande confusão: fatos concretos, baseados em dados experimentais, são misturados com idéias semi-fantásticas, apresentadas como fenômenos já observados. Há algumas semanas escrevi sobre a idéia de multiversos em cosmologia, que é completamente especulativa, mas que vem sendo apresentada como tendo confirmação observacional. Quem sabe fantasmas não habitam esses multiversos e vêm, de vez em quando, nos visitar?
Descontando esses casos ambíguos, a ciência só obterá legitimidade se fizer parte de um sistema educacional preocupado em explicar o funcionamento do método científico, de como hipóteses e teorias são aceitas ou descartadas, e de como ele é usado na prática, incluindo as suas limitações. Um cientista pode precisar de fé ao embarcar em um longo projeto de pesquisa baseado em uma hipótese especulativa, mas não para aceitá-la após a sua comprovação. Essa é a distinção fundamental entre ciência e fé. Se alguém disser que Jesus aparece em seu espelho pelas manhãs, ele terá que aparecer no espelho para qualquer pessoa ver. Sua imagem terá de ser gravada e reproduzida, analisada e estudada por cientistas, não importando se eles são cristãos, muçulmanos ou budistas. Se alguém lhe disser que bilhões de neutrinos e outras partículas atravessam o seu corpo a cada segundo, é bom você pedir as credenciais dele e perguntar se isso foi comprovado pela comunidade científica ou se é mera hipótese sua. Afinal, ele pode ser o mesmo sujeito que vê Jesus ao se barbear.
Outro dia, um caro leitor me enviou uma mensagem com uma pergunta que deve ter ocorrido a muitos outros. Ele disse algo como (aqui parafraseio, mantendo o significado, mas não o conteúdo original): "Você escreveu que nossos corpos são atravessados a cada segundo por bilhões de neutrinos e outras partículas invisíveis, sem que possamos percebê-lo. Para aqueles que não têm acesso à qualquer comprovação concreta dessa afirmativa em um laboratório, ela pode parecer tão fantástica quanto se alguém disser que vê Jesus em seu espelho quando se barbeia todas as manhãs."
Minha reação imediata foi escrever de volta dizendo: "Mas que bobagem. É claro que não se pode comparar uma afirmação científica com uma baseada na palavra de um indivíduo, especialmente sobre um fenômeno sobrenatural, como uma aparição. Afinal, a ciência não se baseia na aceitação cega de afirmativas, mas em testes concretos, quantitativos, aplicados por cientistas escrupulosos". Porém, ao refletir um pouco mais, percebi que a minha afirmação sobre neutrinos bombardeando os nossos corpos não tem a priori mais valor do que qualquer outra afirmação, feita por qualquer outra pessoa sobre qualquer assunto. Afinal, para alguém fora da ciência, dar legitimidade de graça à palavra de um cientista não é assim tão automático quanto os cientistas acreditam. Existe muita gente que ainda não crê que a humanidade chegou até a Lua. Qual é a prova? Um vídeo? Ah, deve ser falso, truque da Nasa, coisa de Hollywood.
Aqui o cientista encontra o desafio de tentar ultrapassar barreiras criadas por sua linguagem especializada e seu treinamento técnico. Para um cientista, a discussão é absurda, uma perda de tempo. É claro que as suas afirmações devem ser levadas a sério: assim é a ciência, construída justamente para evitar a aceitação de afirmações baseadas em especulações e crenças individuais. Em ciência, qualquer hipótese, antes de ser aceita, deve ser averiguada através de testes experimentais, seja em laboratório ou por meio de observações, como no caso da astronomia. Se a opinião de alguém, mesmo se o cientista mais respeitado do mundo, estiver errada, ela não prevalecerá indefinidamente. Talvez, por um tempo, a comunidade aceite-a como plausível. Mas apenas após submetê-la a testes quantitativos ela será definitivamente incorporada (ou não) dentro das idéias ou teorias aceitas. Essa é a faca amolada da ciência, que respeita apenas os resultados comprovados por grupos independentes de cientistas.
Se todo cientista -ou aqueles que escrevem sobre ciência- tivesse o cuidado, em suas apresentações para o público não-especializado, de distinguir o que é fato aceito de meras hipóteses especulativas, a tarefa de convencer o leitor cético seria bem mais fácil. Infelizmente, muitas vezes isso não ocorre, o que resulta em uma grande confusão: fatos concretos, baseados em dados experimentais, são misturados com idéias semi-fantásticas, apresentadas como fenômenos já observados. Há algumas semanas escrevi sobre a idéia de multiversos em cosmologia, que é completamente especulativa, mas que vem sendo apresentada como tendo confirmação observacional. Quem sabe fantasmas não habitam esses multiversos e vêm, de vez em quando, nos visitar?
Descontando esses casos ambíguos, a ciência só obterá legitimidade se fizer parte de um sistema educacional preocupado em explicar o funcionamento do método científico, de como hipóteses e teorias são aceitas ou descartadas, e de como ele é usado na prática, incluindo as suas limitações. Um cientista pode precisar de fé ao embarcar em um longo projeto de pesquisa baseado em uma hipótese especulativa, mas não para aceitá-la após a sua comprovação. Essa é a distinção fundamental entre ciência e fé. Se alguém disser que Jesus aparece em seu espelho pelas manhãs, ele terá que aparecer no espelho para qualquer pessoa ver. Sua imagem terá de ser gravada e reproduzida, analisada e estudada por cientistas, não importando se eles são cristãos, muçulmanos ou budistas. Se alguém lhe disser que bilhões de neutrinos e outras partículas atravessam o seu corpo a cada segundo, é bom você pedir as credenciais dele e perguntar se isso foi comprovado pela comunidade científica ou se é mera hipótese sua. Afinal, ele pode ser o mesmo sujeito que vê Jesus ao se barbear.
domingo, 11 de maio de 2003
Vida, difração e DNA
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A sabedoria do homem livre consiste em meditar sobre a vida e não sobre a morte." Assim escreveu o filósofo Baruch Spinoza em seu famoso livro "Ética", de meados do século 17. Não por acaso, Erwin Schrödinger, um dos grandes físicos do século 20, usou essa mesma frase em seu livro "O que É Vida?", uma das obras mais influentes no desenvolvimento da biologia molecular e, em particular, da genética após a Segunda Guerra. O livro é uma compilação de uma série de palestras que Schrödinger proferiu na Universidade de Dublin, Irlanda, em 1943.
Admitindo não ser um especialista no assunto, Schrödinger propõe que o fato de a física e a química não serem capazes de explicar o que ocorre em organismos vivos não deve ser visto como uma barreira intransponível, mas como um desafio: o mistério da vida é, essencialmente, província da ciência. Aceita essa razoável premissa, a questão é como abordá-lo cientificamente.
Schrödinger sugere que a "fibra cromossômica", onde reside a informação genética característica de cada indivíduo, é um cristal aperiódico, em distinção daqueles comumente tratados pelos físicos, que são na maioria periódicos. É claro que os cristais periódicos são bem mais simples que os aperiódicos. Schrödinger mesmo faz a comparação: é como olhar para um papel de parede ordinário, com o mesmo padrão se repetindo regularmente, e uma tapeçaria de Rafael, que, sem apresentar uma repetição monótona, oferece uma coordenação de padrões elaborados cujo efeito final é gerar um significado único.
A estrutura periódica dos cristais é revelada por meio de técnicas de difração de raios X. Esses são os mesmos raios X usados por dentistas e médicos, uma radiação eletromagnética de frequência bem mais alta do que a luz visível. A difração é um efeito que resulta da superposição de ondas sucessivas -ora construtiva (duas cristas se somando), ora destrutiva (crista e depressão se cancelando)- quando elas passam por um ou mais obstáculos. Quando raios X são bombardeados sobre um cristal, eles encontram obstáculos -os átomos que compõem o cristal. Se uma placa fotográfica é exposta aos raios X após passarem por um cristal, o resultado é a reprodução detalhada de sua estrutura periódica.
O problema, claro, fica bem complicado quando o cristal não tem uma estrutura periódica, já que o espaçamento entre os átomos não é mais uniforme. Mais ainda, se o cristal tiver milhares ou mesmo milhões de átomos, a tarefa torna-se quase impossível, um quebra-cabeças de proporções gigantescas. Esse era, justamente, o desafio daqueles que tentavam desvendar a estrutura de proteínas usando difração de raios X.
Schrödinger sugere também que a transmissão de características de uma geração a outra ocorre no nível molecular, através de um processo genético de cópia de informação. Em 1944, um ano após as palestras de Schrödinger, o biólogo americano Oswald Avery propôs que os genes são compostos por uma macromolécula conhecida como DNA (ácido desoxirribonucléico). O código da vida, as características de cada animal e pessoa, está registrado na estrutura dessa molécula. O desafio era decifrá-lo.
Entram em cena Francis Crick, um físico especialista em difração de raios X, e James Watson, um biólogo determinado a decifrar a estrutura do DNA. Ambos trabalhavam em Cambridge, Reino Unido, cientes das idéias de Schrödinger de que os genes têm sua estrutura definida ao nível molecular. Em Londres, no King's College, Rosalind Franklin e Maurice Wilkins obtiveram as primeiras imagens, ainda não muito claras, de cristais de DNA usando difração de raios X.
Crick e Watson se lançam de corpo e alma ao desafio e, em abril de 1953, há 50 anos portanto, mostram que o DNA tem a estrutura de uma hélice dupla, com quatro bases nitrogenadas (A, T, C e G) se alternando duas a duas.
Schrödinger estava correto: o código genético reside mesmo no nível molecular, definido e propagado de geração em geração. Como ele disse, mesmo que os cientistas sejam na sua maioria especialistas em uma determinada área do conhecimento, almejam sempre expandi-lo. Sua obra é prova de que a coragem de pular as fronteiras entre as disciplinas muitas vezes cria pontes inesperadas.
A sabedoria do homem livre consiste em meditar sobre a vida e não sobre a morte." Assim escreveu o filósofo Baruch Spinoza em seu famoso livro "Ética", de meados do século 17. Não por acaso, Erwin Schrödinger, um dos grandes físicos do século 20, usou essa mesma frase em seu livro "O que É Vida?", uma das obras mais influentes no desenvolvimento da biologia molecular e, em particular, da genética após a Segunda Guerra. O livro é uma compilação de uma série de palestras que Schrödinger proferiu na Universidade de Dublin, Irlanda, em 1943.
Admitindo não ser um especialista no assunto, Schrödinger propõe que o fato de a física e a química não serem capazes de explicar o que ocorre em organismos vivos não deve ser visto como uma barreira intransponível, mas como um desafio: o mistério da vida é, essencialmente, província da ciência. Aceita essa razoável premissa, a questão é como abordá-lo cientificamente.
Schrödinger sugere que a "fibra cromossômica", onde reside a informação genética característica de cada indivíduo, é um cristal aperiódico, em distinção daqueles comumente tratados pelos físicos, que são na maioria periódicos. É claro que os cristais periódicos são bem mais simples que os aperiódicos. Schrödinger mesmo faz a comparação: é como olhar para um papel de parede ordinário, com o mesmo padrão se repetindo regularmente, e uma tapeçaria de Rafael, que, sem apresentar uma repetição monótona, oferece uma coordenação de padrões elaborados cujo efeito final é gerar um significado único.
A estrutura periódica dos cristais é revelada por meio de técnicas de difração de raios X. Esses são os mesmos raios X usados por dentistas e médicos, uma radiação eletromagnética de frequência bem mais alta do que a luz visível. A difração é um efeito que resulta da superposição de ondas sucessivas -ora construtiva (duas cristas se somando), ora destrutiva (crista e depressão se cancelando)- quando elas passam por um ou mais obstáculos. Quando raios X são bombardeados sobre um cristal, eles encontram obstáculos -os átomos que compõem o cristal. Se uma placa fotográfica é exposta aos raios X após passarem por um cristal, o resultado é a reprodução detalhada de sua estrutura periódica.
O problema, claro, fica bem complicado quando o cristal não tem uma estrutura periódica, já que o espaçamento entre os átomos não é mais uniforme. Mais ainda, se o cristal tiver milhares ou mesmo milhões de átomos, a tarefa torna-se quase impossível, um quebra-cabeças de proporções gigantescas. Esse era, justamente, o desafio daqueles que tentavam desvendar a estrutura de proteínas usando difração de raios X.
Schrödinger sugere também que a transmissão de características de uma geração a outra ocorre no nível molecular, através de um processo genético de cópia de informação. Em 1944, um ano após as palestras de Schrödinger, o biólogo americano Oswald Avery propôs que os genes são compostos por uma macromolécula conhecida como DNA (ácido desoxirribonucléico). O código da vida, as características de cada animal e pessoa, está registrado na estrutura dessa molécula. O desafio era decifrá-lo.
Entram em cena Francis Crick, um físico especialista em difração de raios X, e James Watson, um biólogo determinado a decifrar a estrutura do DNA. Ambos trabalhavam em Cambridge, Reino Unido, cientes das idéias de Schrödinger de que os genes têm sua estrutura definida ao nível molecular. Em Londres, no King's College, Rosalind Franklin e Maurice Wilkins obtiveram as primeiras imagens, ainda não muito claras, de cristais de DNA usando difração de raios X.
Crick e Watson se lançam de corpo e alma ao desafio e, em abril de 1953, há 50 anos portanto, mostram que o DNA tem a estrutura de uma hélice dupla, com quatro bases nitrogenadas (A, T, C e G) se alternando duas a duas.
Schrödinger estava correto: o código genético reside mesmo no nível molecular, definido e propagado de geração em geração. Como ele disse, mesmo que os cientistas sejam na sua maioria especialistas em uma determinada área do conhecimento, almejam sempre expandi-lo. Sua obra é prova de que a coragem de pular as fronteiras entre as disciplinas muitas vezes cria pontes inesperadas.
domingo, 4 de maio de 2003
Metafísica e cosmologia
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Metafísica e cosmologia? Será que essas duas palavras deveriam estar juntas no mesmo título? Afinal, qualquer pessoa que estudou um pouco de ciência na escola sabe que ciência e metafísica não se misturam. O nome metafísica, historicamente, surgiu nas primeiras coleções da obra de Aristóteles, designando o assunto que ele tratou após a física.
No dicionário, metafísica designa o ramo da filosofia que busca compreender a natureza do ser e da realidade (ontologia) e a origem e a estrutura do Universo (cosmologia). No uso popular, é qualquer filosofia especulativa, esotérica ou mística, o que vai "além" da física.
Certas teorias da cosmologia moderna misturam de fato física e metafísica. Isso, na minha opinião, é extremamente perigoso. E olha que minha pesquisa é, em grande parte, centrada em questões cosmológicas. A cosmologia, como ela é entendida no meio científico, é a parte da física (e não da metafísica) que estuda a estrutura e as propriedades do Universo. Sendo parte da física, ela deve tentar descrever o Universo através de modelos matemáticos quantitativos que possam ser testados através de observações.
Esse ponto é essencial: uma teoria física só é científica se ela puder ser testada quantitativamente. Caso contrário, torna-se especulação filosófica que, apesar de extremamente importante para o conhecimento, não é ciência. É metafísica.
O problema é legitimidade. A fase moderna da cosmologia começou em 1917, quando Einstein aplicou a sua então recente Teoria da Relatividade Geral para calcular a geometria do Universo. Segundo a teoria, se conhecemos a quantidade total de matéria (e energia) no Universo, podemos então determinar a sua geometria. Einstein, sendo um herdeiro da tradição platônica e não tendo grande evidência observacional em contrário, supôs que o Universo fosse estático (não muda no tempo) e esférico.
Seguiram-se décadas de especulação cosmológica, em que vários modelos foram propostos, baseados mais em intuição e preconceitos do que em observações. Claro, essa especulação toda não gerou uma reputação muito invejável para o trabalho dos cosmólogos. Faltavam dados observacionais que pudessem testar modelos, eliminando alguns e confirmando outros. Mas, ao menos, os modelos propostos podiam ser testados.
A situação começou a mudar em 1965, quando se descobriram os primeiros sinais da radiação cósmica de fundo, um fóssil de quando o Universo tinha apenas 300 mil anos, previsto pelo modelo do Big Bang. De lá para cá, a cosmologia ganhou cada vez mais legitimidade, devido a uma série de descobertas e observações, incluindo algumas que detalham as propriedades dessa radiação cósmica. A cosmologia entrou em sua maioridade. Especulações são postas à prova.
Essa legitimidade é extremamente importante, pois coloca a cosmologia em pé de igualdade com outras áreas da física, como a física atômica ou a hidrodinâmica. Infelizmente, na última década a cosmologia voltou a ser inundada por especulações intestáveis e, portanto, não científicas. Por exemplo, a discussão da existência de infinitos universos, inclusive com cópias de cada um de nós.
O argumento, filosoficamente, é trivial: em um Universo infinito tudo é possível. Nós vivemos em uma bolha com um raio de 14 bilhões de anos-luz, a distância que a luz viajou desde o Big Bang. Segundo o argumento, além de nossa bolha existem infinitas outras. O leitor que conhece o conto "A Biblioteca de Babel", de Jorge Luis Borges, sem dúvida já reconheceu paralelos (a biblioteca reúne todos os livros possíveis, escritos e não escritos.)
O problema é que essa idéia é baseada numa suposição errônea: que o Universo é infinito. O que podemos medir do Universo é limitado pela bolha de 14 bilhões de anos-luz. Nela vemos um universo com geometria plana. Mas os metacosmólogos dão um passo além, supondo que essa é a mesma geometria do resto do Universo, infinitamente plano. E isso é algo que não podemos medir: vivemos em uma bolha e podemos apenas medir o que existe nela. O resto é especulação metafísica. Divertida, mas não científica.
Metafísica e cosmologia? Será que essas duas palavras deveriam estar juntas no mesmo título? Afinal, qualquer pessoa que estudou um pouco de ciência na escola sabe que ciência e metafísica não se misturam. O nome metafísica, historicamente, surgiu nas primeiras coleções da obra de Aristóteles, designando o assunto que ele tratou após a física.
No dicionário, metafísica designa o ramo da filosofia que busca compreender a natureza do ser e da realidade (ontologia) e a origem e a estrutura do Universo (cosmologia). No uso popular, é qualquer filosofia especulativa, esotérica ou mística, o que vai "além" da física.
Certas teorias da cosmologia moderna misturam de fato física e metafísica. Isso, na minha opinião, é extremamente perigoso. E olha que minha pesquisa é, em grande parte, centrada em questões cosmológicas. A cosmologia, como ela é entendida no meio científico, é a parte da física (e não da metafísica) que estuda a estrutura e as propriedades do Universo. Sendo parte da física, ela deve tentar descrever o Universo através de modelos matemáticos quantitativos que possam ser testados através de observações.
Esse ponto é essencial: uma teoria física só é científica se ela puder ser testada quantitativamente. Caso contrário, torna-se especulação filosófica que, apesar de extremamente importante para o conhecimento, não é ciência. É metafísica.
O problema é legitimidade. A fase moderna da cosmologia começou em 1917, quando Einstein aplicou a sua então recente Teoria da Relatividade Geral para calcular a geometria do Universo. Segundo a teoria, se conhecemos a quantidade total de matéria (e energia) no Universo, podemos então determinar a sua geometria. Einstein, sendo um herdeiro da tradição platônica e não tendo grande evidência observacional em contrário, supôs que o Universo fosse estático (não muda no tempo) e esférico.
Seguiram-se décadas de especulação cosmológica, em que vários modelos foram propostos, baseados mais em intuição e preconceitos do que em observações. Claro, essa especulação toda não gerou uma reputação muito invejável para o trabalho dos cosmólogos. Faltavam dados observacionais que pudessem testar modelos, eliminando alguns e confirmando outros. Mas, ao menos, os modelos propostos podiam ser testados.
A situação começou a mudar em 1965, quando se descobriram os primeiros sinais da radiação cósmica de fundo, um fóssil de quando o Universo tinha apenas 300 mil anos, previsto pelo modelo do Big Bang. De lá para cá, a cosmologia ganhou cada vez mais legitimidade, devido a uma série de descobertas e observações, incluindo algumas que detalham as propriedades dessa radiação cósmica. A cosmologia entrou em sua maioridade. Especulações são postas à prova.
Essa legitimidade é extremamente importante, pois coloca a cosmologia em pé de igualdade com outras áreas da física, como a física atômica ou a hidrodinâmica. Infelizmente, na última década a cosmologia voltou a ser inundada por especulações intestáveis e, portanto, não científicas. Por exemplo, a discussão da existência de infinitos universos, inclusive com cópias de cada um de nós.
O argumento, filosoficamente, é trivial: em um Universo infinito tudo é possível. Nós vivemos em uma bolha com um raio de 14 bilhões de anos-luz, a distância que a luz viajou desde o Big Bang. Segundo o argumento, além de nossa bolha existem infinitas outras. O leitor que conhece o conto "A Biblioteca de Babel", de Jorge Luis Borges, sem dúvida já reconheceu paralelos (a biblioteca reúne todos os livros possíveis, escritos e não escritos.)
O problema é que essa idéia é baseada numa suposição errônea: que o Universo é infinito. O que podemos medir do Universo é limitado pela bolha de 14 bilhões de anos-luz. Nela vemos um universo com geometria plana. Mas os metacosmólogos dão um passo além, supondo que essa é a mesma geometria do resto do Universo, infinitamente plano. E isso é algo que não podemos medir: vivemos em uma bolha e podemos apenas medir o que existe nela. O resto é especulação metafísica. Divertida, mas não científica.
domingo, 27 de abril de 2003
O quarteto fantástico
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Existem muitas janelas para os céus. Aquela aberta ao olho humano -as cores que percebemos diretamente entre o vermelho e o violeta do arco-íris- não passa de uma mera fresta no enorme espectro da radiação eletromagnética. Apesar de invisível aos nossos olhos, grande parte deste espectro é bastante familiar: os raios X usados em medicina e odontologia, as lâmpadas ultravioleta usadas para melhorar o bronzeado (muito populares onde moro, no norte dos EUA), as ondas de rádio, o infravermelho do controle remoto. Existe todo um mundo de radiação à nossa volta que, mesmo invisível aos olhos, não deixa de ser real. A reconstrução da realidade física não deve se limitar à porção do espectro eletromagnético que vemos: o invisível é tão importante quanto o visível. E, às vezes, muito mais.
Por trás dessa radiação toda está um fato muito simples: tudo na natureza é composto por átomos. Por sua vez, os átomos são compostos por partículas que carregam pequenas cargas elétricas; o elétron, negativo, girando em torno do núcleo, positivo. Quando cargas elétricas são aceleradas, elas irradiam ondas eletromagnéticas. As características da radiação emitida dependem de seu movimento. Movimentos mais energéticos emitem, em geral, radiação mais energética. O que distingue um tipo de radiação -a luz amarela, por exemplo- de outro -como o raio X- é a sua frequência. Quanto mais energética a radiação, maior é a sua frequência.
Por exemplo, quando o controle de temperatura de um fogão elétrico é girado apenas um pouco, sentimos o calor saindo da resistência, mas ela não emite luz. Essa radiação invisível faz parte do infravermelho. Ao aumentarmos a temperatura, a resistência começa a brilhar em um tom de vermelho. A luz visível tem maior frequência (e, portanto, energia) do que a radiação infravermelha.
Quando olhamos para o céu noturno, vemos o que emite luz visível, as estrelas, os planetas, a Lua e, em noites claras, nuvens de gás na Via Láctea. Mas essa é apenas uma fresta da radiação que existe nos céus. A partir da segunda década do século 20, foram desenvolvidos instrumentos para "ver" as outras partes do espectro eletromagnético, de modo a obter a maior quantidade possível de informação sobre o cosmo. Hoje, astrônomos vasculham os céus com vários tipos de telescópio, capazes de detectar radiação em praticamente todas as partes do espectro eletromagnético, desde os raios X emitidos por matéria sendo sugada por buracos negros até ondas de rádio emitidas por objetos muito distantes, a bilhões de anos-luz do Sistema Solar.
Melhor ainda é ter telescópios no espaço, onde eles estão livres das várias perturbações causadas pela atmosfera da Terra. Com isso em mente, a Nasa projetou quatro telescópios-satélites. Pense no espectro eletromagnético como uma torta, com cada satélite podendo comer apenas parte dela. O mais famoso é o Telescópio Espacial Hubble, lançado em 1990, que vem fornecendo imagens espetaculares do cosmo. O Hubble trabalha na porção visível do espectro.
Outro é o Observatório Compton de Raios Gama, a radiação mais energética que existe, emitida quando estrelas explodem ao fim de sua vida. O terceiro é o Telescópio de Raios X Chandra, lançado em 1999 que, entre outras coisas, é usado na observação de buracos negros.
O último integrante do quarteto, com lançamento previsto para agosto, detecta infravermelho. Sua missão principal é observar o nascimento de planetas extra-solares, orbitando estrelas distantes. Será que esses sistemas solares são muito diferentes do nosso? Ou será que nosso Sistema Solar é típico? Em breve teremos uma resposta. Mas, se o que aprendemos no decorrer da história da ciência serve como guia, nada no Universo se distingue por ser único, mas por ser múltiplo.
Existem muitas janelas para os céus. Aquela aberta ao olho humano -as cores que percebemos diretamente entre o vermelho e o violeta do arco-íris- não passa de uma mera fresta no enorme espectro da radiação eletromagnética. Apesar de invisível aos nossos olhos, grande parte deste espectro é bastante familiar: os raios X usados em medicina e odontologia, as lâmpadas ultravioleta usadas para melhorar o bronzeado (muito populares onde moro, no norte dos EUA), as ondas de rádio, o infravermelho do controle remoto. Existe todo um mundo de radiação à nossa volta que, mesmo invisível aos olhos, não deixa de ser real. A reconstrução da realidade física não deve se limitar à porção do espectro eletromagnético que vemos: o invisível é tão importante quanto o visível. E, às vezes, muito mais.
Por trás dessa radiação toda está um fato muito simples: tudo na natureza é composto por átomos. Por sua vez, os átomos são compostos por partículas que carregam pequenas cargas elétricas; o elétron, negativo, girando em torno do núcleo, positivo. Quando cargas elétricas são aceleradas, elas irradiam ondas eletromagnéticas. As características da radiação emitida dependem de seu movimento. Movimentos mais energéticos emitem, em geral, radiação mais energética. O que distingue um tipo de radiação -a luz amarela, por exemplo- de outro -como o raio X- é a sua frequência. Quanto mais energética a radiação, maior é a sua frequência.
Por exemplo, quando o controle de temperatura de um fogão elétrico é girado apenas um pouco, sentimos o calor saindo da resistência, mas ela não emite luz. Essa radiação invisível faz parte do infravermelho. Ao aumentarmos a temperatura, a resistência começa a brilhar em um tom de vermelho. A luz visível tem maior frequência (e, portanto, energia) do que a radiação infravermelha.
Quando olhamos para o céu noturno, vemos o que emite luz visível, as estrelas, os planetas, a Lua e, em noites claras, nuvens de gás na Via Láctea. Mas essa é apenas uma fresta da radiação que existe nos céus. A partir da segunda década do século 20, foram desenvolvidos instrumentos para "ver" as outras partes do espectro eletromagnético, de modo a obter a maior quantidade possível de informação sobre o cosmo. Hoje, astrônomos vasculham os céus com vários tipos de telescópio, capazes de detectar radiação em praticamente todas as partes do espectro eletromagnético, desde os raios X emitidos por matéria sendo sugada por buracos negros até ondas de rádio emitidas por objetos muito distantes, a bilhões de anos-luz do Sistema Solar.
Melhor ainda é ter telescópios no espaço, onde eles estão livres das várias perturbações causadas pela atmosfera da Terra. Com isso em mente, a Nasa projetou quatro telescópios-satélites. Pense no espectro eletromagnético como uma torta, com cada satélite podendo comer apenas parte dela. O mais famoso é o Telescópio Espacial Hubble, lançado em 1990, que vem fornecendo imagens espetaculares do cosmo. O Hubble trabalha na porção visível do espectro.
Outro é o Observatório Compton de Raios Gama, a radiação mais energética que existe, emitida quando estrelas explodem ao fim de sua vida. O terceiro é o Telescópio de Raios X Chandra, lançado em 1999 que, entre outras coisas, é usado na observação de buracos negros.
O último integrante do quarteto, com lançamento previsto para agosto, detecta infravermelho. Sua missão principal é observar o nascimento de planetas extra-solares, orbitando estrelas distantes. Será que esses sistemas solares são muito diferentes do nosso? Ou será que nosso Sistema Solar é típico? Em breve teremos uma resposta. Mas, se o que aprendemos no decorrer da história da ciência serve como guia, nada no Universo se distingue por ser único, mas por ser múltiplo.
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