Reflexões sobre um blecaute numa noite sem Lua

O blecaute do dia 11 de março me pegou no meio de um jantar em um restaurante no Rio. Inicialmente, pensamos que era coisa pequena, talvez só no próprio restaurante ou nos prédios vizinhos. Mas a realidade era muito pior; uma rápida olhada pela janela confirmava que o breu era total. Enquanto os pobres garçons tentavam encontrar algumas velas, os ainda mais pobres cozinheiros tinham de improvisar seus pratos no maior calor, sem exaustores e sem fogão elétrico ou microondas. Surpreendentemente, não houve caos. Os clientes continuaram a jantar, aparentemente indiferentes à estranha situação. Afinal, um inesperado jantar à luz de velas é coisa sempre bem-vinda. Minha mulher e eu dividimos um sorriso conjugal.

Após alguns minutos, a luz voltou, sob saudações e gritos de alívio, principalmente dos garçons e cozinheiros. Mas a alegria durou pouco. Instantes mais tarde, novas oscilações de corrente e a luz se foi outra vez. As velas foram reacesas, janelas reabertas. A temperatura no restaurante começou a subir, a qualidade da comida ficou prejudicada e a aventura começou a ficar sem graça. E nada da luz voltar.

Ao sair do restaurante, nos deparamos com a dimensão da coisa: relatos não-identificados diziam que fora sabotagem em uma das redes transmissoras, que uma bomba havia explodido em algum lugar. Não só o Rio, mas todo a Região Sul do país estava às escuras. Perguntei-me como seria possível um acidente de tal dimensão ocorrer em uma rede transmissora supostamente tão avançada. Será que esse tipo de emergência não é simulado em testes de estratégias alternativas? Relatos oficiais só foram aparecer no dia seguinte, culpando um raio pelo acidente. Esse sim é o raio que partiu tudo.

Mas o incidente me fez refletir sobre um outro problema, o da nossa fragilidade perante o mundo natural. A humanidade se concentrou em cidades por diversas razões, uma delas sendo proteção. As cidades eram uma espécie de escudo tanto contra as imprevisíveis manifestações naturais como contra as mais previsíveis invasões de reinos vizinhos. Não é à toa que tantas cidades antigas tinham uma estrutura circular concêntrica, com um muro de proteção no exterior. Ainda hoje, cidades antigas, como Londres ou Roma, são circundadas por cinturões de auto-estradas, um modelo que inspira também vários projetos arquitetônicos mais recentes.

A vida hoje nas cidades grandes é dependente do funcionamento de serviços que usam vários tipos de tecnologia. Se essas tecnologias falham, a vida na cidade se torna impossível. Imagine se o blecaute durasse cinco dias, ou se os esgotos deixassem de funcionar, ou se a distribuição de combustíveis fosse interrompida por tempo indeterminado. Seria o caos completo!

Claro, esse tipo de crise provavelmente não irá acontecer. Mas o curto blecaute me levou a refletir sobre o paradoxo que nossa dependência tecnológica cria: quanto mais avançados nós somos, mais frágeis nos tornamos. A natureza, que para nossos antepassados era uma divindade, passa a ser uma imagem numa tela de computador, que dura enquanto a luz não acabar.

Minha primeira reação ao sair do restaurante foi olhar para o céu em busca de alguma orientação: será que a Lua estaria visível, ou alguma constelação? Era noite de Lua crescente, mas o céu estava encoberto e não se via mesmo nada. E, numa cidade às escuras, essa idéia de proteção vai logo por água abaixo; saí correndo em direção ao carro, invadido por um medo que era parte ancestral, parte urbano. Não sabia se a adrenalina fluindo em minhas veias era reptiliana (o medo animal) ou cortical (o medo racional). Mas ela estava lá, simbolizando nossa fragilidade, nossa perda de controle. Entrei no carro e logo acendi os faróis.

A luz voltou mais tarde, quando já estávamos na casa de meus pais. Da janela, pude ver algumas estrelas que, podia jurar, cintilavam mais forte.

Do balão de são João até a conquista do espaço

Toda a criança é fascinada pela possibilidade de voar. Seja soltando pipa ou um balão em São João (aliás, um grande perigo ecológico devido a incêndios florestais), alçar vôo, conquistar os céus, é um sonho que todos carregam dentro de si. Desde (no mínimo) a lenda grega de Ícaro, que tentou voar até o Sol usando asas de cera, a humanidade tentou se erguer de sua existência bípede em busca das nuvens, ou de horizontes bem mais longínquos.

No dia 4 de outubro de 1957, a então União Soviética lançou o primeiro dos três satélites artificiais chamados "Sputnik", que significa "acompanhante de viagem" em russo. O lançamento do primeiro satélite artificial da história provocou histeria no mundo ocidental. No meio da Guerra Fria, quando as tensões entre os Estados Unidos e a União Soviética provocavam uma absurda corrida armamentista, nada poderia ter sido mais assustador para o mundo ocidental do que ver os russos dominar o espaço.

Sputnik 1 foi um satélite modesto, pesando apenas 84 kg, munido de um termômetro e um transmissor de rádio. Mas, quando os norte-americanos ouviram os sinais de rádio vindos dessa minúscula espaçonave viajando sobre suas cabeças a velocidades de 27 mil quilômetros por hora, já era tarde; os russos tinham dado uma rasteira propagandista nos "invencíveis" norte-americanos. A nação sofreu um choque coletivo, um misto de fascínio e terror. E assim nasceu a corrida espacial.

O governo norte-americano respondeu com uma promessa ambiciosa: colocar um homem na Lua até o final dos anos 60. Mas, enquanto a nação se mobilizava para "roubar os céus dos comunistas", um segundo Sputnik foi posto em órbita no dia 23 de novembro, levando nosso primeiro cosmonauta, a cadela Laika, que sobreviveu no espaço por dez dias, provando que era possível viver em órbita.

O lançamento desses primeiros satélites teve um profundo impacto em toda uma geração norte-americana. Um filme que acaba de ser lançado aqui nos EUA, "October Sky" (Céu de outubro), de Joe Johnston, conta a história, inspirada em fatos concretos, do fascínio exercido pelo espaço sobre quatro adolescentes, crescendo em uma pequena cidade dominada pela mineração de carvão, na Virgínia.

O filme, claro que perfumado de valores sentimentalistas hollywoodianos, é uma inspiração e deveria ser mostrado em todas as escolas de ensino médio do Brasil. Ele coloca claramente os vários conflitos e desafios que devem ser vencidos quando partimos em busca da realização de nossos sonhos em um mundo que se recusa a cooperar.

Homer, o foco de nossas atenções, nunca havia se interessado por ciência; seu pai era o chefe dos mineiros e seu destino já estava decidido; seria mineiro também, como seu pai. A escola oferecia uma educação medíocre, desenhada para afogar qualquer desejo de emancipação cultural das crianças. Até que aparece a professora inspirada, que vê em Homer e seus três amigos a paixão que pode transformar suas vidas. Quando Homer vê o Sputnik sobre os céus de sua cidade, sua vida muda; contra seu pai, as tradições de sua família e de sua cidade, ele resolve construir protótipos de foguetes, trocando cartas com o grande engenheiro astronáutico Werner von Braun. E, claro, no final ele vence todos os desafios e consegue uma bolsa de estudos para cursar a universidade, o passaporte para uma vida na ciência, longe das minas de carvão.

O filme mostra a importância do mentor no desenvolvimento de uma carreira; da inspiração que algumas pessoas podem fornecer àqueles que sonham um pouco mais alto. O filme é também uma celebração da iniciativa individual, do valor de nos dedicarmos com paixão e seriedade ao que gostamos de fazer e não ao que é mais fácil e conveniente. Apesar de óbvia, essa é uma lição fácil de ser esquecida, mas que não deveria ser.

O comportamento sexual humano segundo a ciência

Hoje gostaria de mudar um pouco de assunto e tocar em um tema que vem despertando enorme interesse na comunidade científica: a possibilidade de compreendermos de forma científica o comportamento sexual humano. O leitor deve estar se perguntando: "Mas por que cargas d'água um físico se interessa por esse assunto a ponto de querer escrever sobre ele?".
Há duas razões principais para meu interesse. A primeira é simples: físico também é gente, e eu, como qualquer outra pessoa, já travei algumas batalhas nesse "conflito". A segunda é mais profunda: está ligada aos limites do questionamento científico em áreas sociais, onde é difícil argumentar quantitativamente dentro dos padrões determinados pelo método científico; até que ponto é possível obter leis universais de comportamento, aplicáveis em várias culturas e épocas, capazes de justificar as atitudes de um grande número de pessoas em grupos sociais?

Na raiz desse debate encontramos as duas atitudes preponderantes dentro da comunidade científica interessada nesses tópicos. De um lado, os psicólogos evolucionistas exploram a possibilidade de o comportamento sexual humano ser baseado em regras relativamente simples, uma combinação entre a necessidade de transmissão dos genes e os critérios de seleção natural determinados pela teoria darwiniana de evolução. De modo resumido, enquanto para o macho um número grande de fêmeas aumenta a possibilidade de que seus genes sejam transportados para uma nova geração, para a fêmea a seleção de um macho adequado é fundamental, já que o longo período de gravidez e o número relativamente pequeno de gestações em uma vida limitam a escolha de seus parceiros. Segundo os psicólogos evolucionistas, essa dialética explica por que homens preferem ter várias parceiras jovens (melhores chances de reprodução), enquanto mulheres preferem um parceiro mais maduro, capaz de liderar e alimentar sua prole.

Como não poderia deixar de ser, essa generalização do comportamento sexual humano (apresentada aqui resumidamente) enfurece tanto as feministas radicais quanto outras pessoas. Os argumentos são muitos e aqui vamos ver apenas alguns. Será, argumentam os críticos, que esse comportamento do macho agressivo e da fêmea submissa é mesmo consequência de regras evolucionistas, ou da violência sofrida por fêmeas mais "atrevidas" em grupos dominados por machos? Afinal, tanto em primatas quanto em humanos, uma fêmea adúltera carrega um estigma social muito maior do que um macho adúltero. E, às vezes, isso é marcado por violência e expulsão do grupo. Vemos aqui que, nós, humanos, não estamos assim tão longe na escala evolucionária dos nossos primos primatas. Infelizmente, na hora de acusarmos o outro, esquecemos rapidamente nossos "pecados" e atiramos com vontade a primeira pedra.

Outro argumento é com relação ao mito de que mulheres sempre procuram homens mais ricos, pois assim podem garantir seu futuro e o de sua prole. Essa tendência, segundo os críticos, não está ligada a necessidades evolucionárias, mas sim a uma grande disparidade salarial entre homens e mulheres. As mulheres com níveis salariais compatíveis com os homens não sentem esse impulso darwiniano de encontrar parceiros mais ricos.

E o casamento? Se os homens gostam tanto de "sair por aí", por que sua aceitação tão universal? O contrato matrimonial pode ser interpretado como uma garantia para o macho, que caso contrário teria de pagar um preço alto competindo constantemente por fêmeas com outros machos. Em termos estatísticos, gerar uma prole com uma parceira constante é quase equivalente e muito mais seguro do que várias parceiras ao acaso. Já para a fêmea, o casamento oferece uma proteção contra os constantes ataques dos machos "solteiros"; "ah, essa aí não dá; ela usa aliança".

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As medidas astronômicas e o tamanho do Universo

A comunidade astronômica internacional está passando por tempos movimentados. Novas tecnologias de observação estão revolucionando nossa visão do cosmos, da exploração de planetas vizinhos à observação de fenômenos muito distantes.
Vale lembrar que, em astronomia, distâncias são medidas em anos-luz, a distância percorrida pela luz (no vácuo) em um ano. Como a velocidade da luz é de 300 mil quilômetros por segundo, um ano-luz equivale a cerca de 10 trilhões de quilômetros. Portanto, quando astrônomos dizem que a estrela mais próxima do Sol (Alfa-Centauro) está a 4,3 anos-luz, isso significa que a luz que vemos agora deixou a estrela há 4,3 anos. Na verdade, o Universo é tão imenso que nem mesmo anos-luz são suficientes como unidade de distância. É comum usar a unidade "megaparsec" (Mpc), que corresponde a 3,3 milhões de anos-luz. Como exemplo, Andrômeda, nossa galáxia vizinha, está situada a pouco mais de 0,5 Mpc do Sol.
Um dos grande problemas da astronomia é justamente o tamanho do Universo. Como o leitor pode imaginar, não é nada fácil medir a distância de objetos muito distantes. O método mais popular usa as chamadas "fontes-padrão". A idéia é simples. Imagine que você queira medir a distância entre duas montanhas. Enquanto você escala uma das montanhas, seu colega escala a outra e coloca uma lanterna na sua direção. Há uma relação que diz que a intensidade da luz emitida por uma fonte cai com o quadrado da distância. Com um instrumento que meça a intensidade da luz, basta comparar a intensidade da fonte quando ela está perto e longe para obtermos sua distância. Usando a mesma lanterna, fica fácil medir a distância até outras montanhas. A lanterna é uma "fonte-padrão".
Para observar distâncias cada vez maiores, astrônomos procuram por fontes-padrão cada vez mais poderosas. Quando o americano Edwin Hubble descobriu que o Universo está em expansão, ele usou uma fonte-padrão conhecida como variável cefeida, uma estrela cuja luz oscila regularmente. Ele identificou cefeidas em galáxias próximas da Via Láctea e, com isso, conseguiu medir suas distâncias; Hubble usou estrelas como lanterna. Mas, para galáxias mais distantes, as cefeidas são muito fracas. O que fazer? Subir outro degrau.
Nas duas últimas décadas, uma nova tecnologia, chamada CCD (do inglês "charged coupled device", usada em câmeras de vídeo), permitiu medidas de intensidade de luz muito mais fracas. Com isso, bastava encontrar cefeidas em galáxias distantes para medir sua distância. Mas, em um Universo com distâncias de dezenas de milhares de Mpc, fica impossível achar cefeidas em objetos muito distantes. São necessárias fontes mais intensas. As novas candidatas são as supernovas do tipo Ia, verdadeiras bombas nucleares cósmicas.
Grande parte das estrelas é encontrada em sistemas binários. Em alguns desses sistemas, uma das estrelas é uma anã branca, uma estrela "morta" com o tamanho da Terra e a massa do Sol. Tendo um campo gravitacional muito intenso, a anã branca suga a matéria de sua companheira, entupindo-se até explodir e ejetando material a velocidades de 10 mil quilômetros por segundo. Essa explosão se chama supernova tipo Ia.
Armados de telescópios poderosíssimos, astrônomos vêm caçando essas novas fontes-padrão a distâncias de bilhões de anos-luz, ou seja, tempos equivalentes à metade da idade do Universo. Os resultados não poderiam ser mais controversos! Aparentemente, as observações sugerem que essas supernovas estejam se afastando a velocidades crescentes, como se estivessem sendo aceleradas por uma forca "antigravitacional"! Essas observações, se confirmadas, terão um profundo impacto em nossas teorias sobre a história do Universo. Mas, por enquanto, é prudente aguardar até que medidas mais precisas sejam feitas. O novo degrau da escada cósmica ainda está meio bambo.

O mistério gravitacional e as perguntas da ciência

Aqui na Terra, como sabemos muito bem, qualquer objeto com massa, ao ser largado de uma certa altura, cai no chão. No século 17, Galileu mostrou, em sua lendária (e aparentemente verídica) experiência na Torre de Pisa, que objetos com massas diferentes caem do mesmo jeito, isto é, com a mesma aceleração. Claro, uma pena e uma bola de chumbo largados da mesma altura não irão atingir o chão ao mesmo tempo. As observações de Galileu são válidas quando podemos desprezar o atrito do ar, que influencia muito mais a pena do que a bola de chumbo.

Galileu obteve a primeira descrição matemática do movimento de objetos na presença da gravidade, que atribuiu a um movimento acelerado para baixo. Antes de Galileu, várias pessoas, como o filósofo grego Aristóteles, já haviam tentado responder à aparentemente simples questão: "Por que as coisas caem?". Mas Aristóteles ofereceu uma explicação descritiva, dizendo que todos os objetos feitos de terra tendem a voltar ao seu lugar de origem, isto é, a Terra.

Mas a explicação de Galileu não foi uma explicação do "porquê", mas de "como" as coisas caem. Ele não se preocupou com a natureza do agente causador do movimento para baixo, mas com a descrição do movimento. Galileu separou o movimento dos corpos na Terra do movimento dos corpos celestes, que ele atribuiu a uma espécie de "inércia circular"; objetos celestes têm a tendência de se mover em círculos ao redor do Sol.

Na época, duas outras idéias sobre a gravidade eram desenvolvidas, tentando focar mais no "porquê" do que no "como". O francês René Descartes sugeriu que objetos celestes são carregados em seus movimentos por "vórtices", ou redemoinhos, em uma substância que banha o cosmos, como rolhas girando em torno de um ralo. Já o astrônomo alemão Johannes Kepler sugeriu que o Sol emanava uma espécie de força magnética que agia sobre os planetas determinando suas órbitas, que ele mostrou serem elípticas. Mas como o Sol pode influenciar os planetas sem os tocar?

Esse problema, chamado "ação à distância", tornou-se um dos demônios na cabeça do sucessor de Galileu e Kepler, Isaac Newton. Em sua teoria da gravitação universal, Newton mostrou como as mesmas leis da física que agem sobre os objetos na Terra também agem sobre os objetos celestes. Quanto à questão da misteriosa ação à distância, Newton preferiu não especular, dizendo que sua teoria descrevia muito bem um enorme número de fenômenos relacionados à gravitação, das órbitas planetárias às marés. Mesmo que mais sofisticada, a teoria de Newton descrevia o "como" da gravitação, não o "porquê".

No início do século 20, Einstein propôs uma nova teoria da gravidade, sua teoria da relatividade geral, em que ele aboliu o conceito de ação à distância. A ação da gravidade é explicada por deformações na geometria do espaço (e do tempo!) causadas por objetos. Quanto mais maciço o objeto, maior a deformação que ele causa à sua volta; em escalas humanas, essas deformações são minúsculas e a força da gravidade é perfeitamente desprezível.

Perto do Sol, essas deformações causam anomalias na órbita de Mercúrio que não são explicadas pela teoria de Newton. Longe do Sol, esses efeitos são fracos e a teoria de Newton funciona bem. Einstein criou uma nova visão de mundo, baseada em uma espécie de plasticidade do espaço à nossa volta. Mas a questão do "por que" as coisas caem permanece: "por que" objetos deformam a geometria do espaço? Isso nos leva a questionar se, no fundo, essa questão não tem apenas uma importância metafísica. Afinal, se somos capazes de descrever com grande precisão "como" ocorrem os fenômenos à nossa volta, será que é assim tão importante entender também o "porquê"? Acho que sim. Mas talvez não por meio de um questionamento puramente científico do mundo.

As peculiaridades de um cadáver estelar

As estrelas, como nós aqui na Terra, nascem, crescem e morrem. Mas, ao contrário das nossas mortes, as das estrelas são bastante espetaculares. De forma simplificada, podemos pensar em estrelas como sendo gigantescas bolas de gás -principalmente hidrogênio- que passam suas vidas lutando contra sua própria implosão gravitacional.

As enormes pressões causadas pela força gravitacional provocam a fusão nuclear do hidrogênio em hélio. Esse processo libera uma quantia imensa de radiação, que causa uma pressão de dentro para fora, contrabalançando a implosão gravitacional da estrela. A vida de uma estrela é dramática; ela tem de devorar suas próprias entranhas para sobreviver. Eventualmente a gravidade triunfa e a estrela colapsa sobre si mesma, provocando um enorme aumento de pressão em suas regiões centrais.

Esse colapso pode ser visualizado como uma onda de fora para dentro da estrela. A direção da onda é revertida quando ela se choca com as densas regiões centrais da estrela, que vomita parte de sua matéria, inflando de tamanho e incinerando tudo o que encontra pela frente (no caso do nosso Sol, uma das vítimas será a Terra, mas só em 5 bilhões de anos).

Os detalhes dessa morte estelar dependem das propriedades da estrela, principalmente de sua massa. Um dos possíveis cadáveres que resultam desse processo são as chamadas estrelas de nêutrons, ou pulsares.

Nascidas em meio à incrível violência das explosões de supernovas, as estrelas de nêutrons são os restos extremamente densos de estrelas que, inicialmente, tinham uma massa de oito a dez vezes maior do que a massa do Sol. Durante seu colapso final, a estrela expele a maior parte de sua matéria, deixando apenas uma estrela de nêutrons, uma esfera com massa em torno de 1,4 vezes a massa do Sol, mas com um raio de apenas 10 km.

Essa enorme quantidade de matéria em uma esfera tão pequena provoca efeitos exóticos. A matéria que orbita uma estrela de nêutrons pode circundá-la em milésimos de segundo e se chocar com ela a velocidades de até 1/3 da velocidade da luz, ou seja, 100 mil quilômetros por segundo! Até agora, mais de mil dessas estrelas foram encontradas em nossa galáxia, de um total estimado em 100 milhões.

As estrelas de nêutrons têm um campo magnético, assim como o terrestre, que usamos para determinar, com bússolas, nossa orientação com relação ao sentido sul-norte. Como essas estrelas giram, seu campo magnético também gira. Podemos imaginar um pião girando desequilibrado, a haste simbolizando a direção de seu campo magnético. Esse movimento giratório do campo magnético provoca a emissão de radiação em várias frequências, inclusive em ondas de rádio.

Essas ondas de rádio foram descobertas nos anos 60 pela inglesa Jocelyn Bell, que inicialmente pensou estar captando uma transmissão de rádio extraterrestre! Na verdade, a estrela é como um farol celeste, varrendo o espaço periodicamente com sua radiação. E as ondas de rádio representam apenas um centésimo de milésimo da quantidade emitida de radiação.

Efeitos ainda mais dramáticos ocorrem quando essas estrelas formam pares com outras. Nesse caso, a força gravitacional da estrela de nêutrons suga a matéria de sua companheira como um verdadeiro vampiro cósmico. A matéria circula a estrela de nêutrons de modo semelhante ao movimento da água em torno de um ralo, emitindo uma quantidade enorme de radiação e alimentando a estrela de nêutrons, que, "revitalizada", gira ainda mais rapidamente. Esses pares cósmicos são observados devido à sua rica emissão de raios X, que é detectada por satélites-observatórios. Nos próximos anos, uma verdadeira frota de satélites-observatórios de raios X e raios gama estará sendo lançada. Podemos contar com a descoberta de propriedades ainda mais exóticas desses estranhos objetos cósmicos.

O problema do ano 2000 e as previsões apocalípticas

Parece mentira, mas o avanço tecnológico traz uma enorme vulnerabilidade. O exemplo mais clássico talvez seja o uso e o abuso da energia nuclear, em que reatores são capazes de produzir enormes quantidades de energia, mas, por outro lado, podem também criar desastres de grandes proporções, como o que aconteceu em Chernobyl, na Ucrânia, em 1986.
Mas, com a proximidade do ano 2000, um outro problema está cada vez mais presente em nossas vidas, o chamado "problema do ano 2000". A nossa sociedade é extremamente dependente de computadores. De relógios de pulso com pequenos chips até os supercomputadores que calculam previsões meteorológicas ou de investimentos, uma enorme fração das operações que ocorrem na sociedade dependem da passagem do tempo e de como ela é armazenada em computadores. O problema decorre do método que era usado para armazenar números que representam anos na memória de computadores mais antigos.

Nos anos 60 e 70, memória para computadores era uma coisa cara e rara. Os programadores procuravam sempre abreviar ao máximo os dados armazenados na maioria de seus computadores. Portanto, para armazenar datas, era mais econômico escrever "10/3/96" em vez de "10/3/1996". O problema aparece quando o ano 2000 passa a ser representado por "00".

Por exemplo, uma pessoa deposita dinheiro em uma caderneta de poupança em 1999, para que ele seja retirado no ano 2000, em um prazo fixo (isso é apenas ficção!). Se o banco calcular os juros subtraindo 99 de 00, o computador irá calcular o período de depósito como sendo de 99 anos. Uma companhia de seguros nos EUA cancelou 700 contratos de vendedores de apólice porque seu computador confundiu o prazo de expiração das licenças Äque aparece no programa como 00Ä como sendo 1900. Também nos EUA, um homem com mais de 100 anos recebeu um convite para ingressar no jardim de infância.

Esses exemplos são apenas uma pequena demonstração do que poderá de fato acontecer na virada do milênio. Várias pessoas estão tomando medidas um tanto paranóicas para se proteger do "caos completo" que reinará sobre a Terra quando os computadores falharem. Claro, existe uma boa dose de exagero nessa afirmação. Mas certos problemas estão de fato sendo esperados. Existe um serviço na Internet que vende um "jardim hortigranjeiro completo", com as sementes todas mandadas pelo correio, com instruções de quando plantar o quê, caso ocorra uma interrupção prolongada na distribuição de alimentos. A venda de velas começou a subir, só no caso de haver uma interrupção no fornecimento de energia elétrica.

Várias grandes companhias nos EUA e no Brasil estão investindo pesado para evitar sérios problemas. A companhia telefônica GTE já investiu US$ 400 milhões, enquanto a General Motors investiu quase US$ 1 bilhão!

Existem vários métodos para abordar esse problema, que aparentemente é tão inofensivo. A dificuldade vem do próprio processo de evolução das linguagens de programação, que muitas vezes mantêm elementos de suas predecessoras. Portanto, o programador tem de fazer uma espécie de "cirurgia", identificando onde está localizado o problema, para então tentar remediá-lo, ensinando ao computador como interpretar "00" corretamente.

Provavelmente, algumas interrupções e distúrbios serão mesmo inevitáveis. Por outro lado, é pouco provável que esses distúrbios venham a assumir proporções apocalípticas como escuridão, vulnerabilidade ao calor ou frio devido à falta de energia elétrica ou gás, escassez de alimentos etc. É incrível o quanto nos afastamos da natureza como consequência de nosso desenvolvimento tecnológico. Mas, só por via das dúvidas, vale a pena comprar um bujão de gás, velas e evitar viajar de avião durante a primeira semana do ano 2000. Ou passar o ano novo com os índios do Xingu, que devem achar muita graça disso tudo.

Cordas cósmicas e outros objetos não-identificados

Gostaria de começar definindo uma nova sigla: OCNI, Objeto Cósmico Não-identificado. Essa sigla será usada para descrever qualquer objeto cuja existência foi prevista por uma teoria cósmica (cosmologia ou astrofísica), mas cuja detecção definitiva, até o momento, nos iludiu.
A imaginação do cientista caminha mais rapidamente do que a tecnologia. Mesmo que, no decorrer da história da ciência, muitas descobertas tenham ocorrido devido a novas tecnologias (o telescópio e o microscópio são dois exemplos ilustres), várias outras foram produtos de teorias e especulações muitas vezes consideradas exóticas demais para serem verdade.

Os céus estão povoados pelos mais exóticos objetos, cuja existência foi prevista por teorias, antes deles serem observados. Astrofísicos previram a existência dos cadáveres estelares, conhecidos como anãs brancas, estrelas de nêutrons (ou pulsares) e buracos negros, bem antes de sua descoberta por meio de observações astronômicas. Esses objetos marcam os destinos possíveis de uma estrela, o estado de repouso final (em geral nada tranquilo) após ela ter queimado grande parte de sua matéria lutando contra sua própria implosão devido à força da gravidade.
Juntamente com esses cadáveres astrofísicos, vários outros objetos cósmicos, apesar de previstos por teorias, ainda não foram observados Äos OCNIs. Sua existência permanece um mistério, certamente uma fonte de ansiedade para seus criadores. Um exemplo interessante é o das cordas cósmicas, tubos extremamente finos e longos, resultantes de processos que possivelmente ocorreram durante a mais tenra infância do Universo.

As cordas cósmicas foram propostas em 1976 pelo físico inglês Tom Kibble, como produto de uma ruptura nas propriedades das forças que descrevem o comportamento das partículas de matéria em energias muito altas. Segundo a teoria, o mundo das partículas é dividido em dois níveis. Em energias muito altas, as forças se comportam do mesmo modo, sendo unificadas. Em energias mais baixas (o nível em que nós vivemos), elas são diferentes. Essas forças (ou melhor, interações) incluem o eletromagnetismo e duas forças que só ocorreram em distância nuclear, a força forte e a força fraca.

As cordas cósmicas são fósseis dessa ruptura entre as interações, seu interior mantendo a descrição unificada das forças. Caso pudéssemos examiná-las, veríamos uma realidade completamente diferente da nossa, em que as três forças entre as partículas (a exceção é a gravidade) se comportam como uma. Cada centímetro de corda pesaria na Terra milhões de vezes mais do que o monte Everest, embora seu diâmetro fosse menor do que um núcleo atômico! Sem dúvida, são objetos exóticos.

A descoberta de uma corda cósmica teria profundas repercussões na nossa compreensão do cosmos. Caso existam, elas teriam sido formadas na infância do Universo, oferecendo confirmação não só do Big Bang logo após o "bang", mas também de nossa compreensão da física de partículas em energias que provavelmente jamais poderão ser testadas em laboratórios da Terra. Hoje, atingimos energias milhares de bilhões de vezes menores do que as responsáveis (talvez) pela fabricação desses objetos. O cosmos se torna laboratório das menores estruturas que podemos imaginar. Como todo bom OCNI, algumas "observações" causaram enorme sensação antes de serem descartadas.

As cordas cósmicas podem explicar a rica estrutura observada na distribuição de galáxias no Universo; com sua incrível densidade e comprimentos astronômicos, elas atrairiam grandes quantidades de matéria, que se agregariam ao seu redor. Até o momento, nada de cordas cósmicas. Uma avalanche de observações recentes parece negar a existência desses objetos. Assim caminha a ciência; certas idéias, mesmo que atraentes, têm de ser abandonadas. Mas a esperança é a última que morre, certo?

Da poeira cósmica à clonagem de seres humanos

"Nós somos poeira das estrelas", dizia Carl Sagan, o ilustre divulgador de ciência norte-americano. Com isso, ele queria dizer que a matéria da qual nós somos feitos -carbono, oxigênio, cálcio etc.- veio originalmente das estrelas.

Quando estrelas morrem, elas espalham uma quantidade enorme de matéria pelo espaço interestelar, sementes que irão iniciar o processo de formação de outras estrelas em regiões vizinhas, numa dança de criação e destruição que se repete por todo o Universo.

Nosso próprio Sol morrerá um dia, e parte de sua massa será convertida em átomos de carbono e oxigênio, que irão se espalhar pelo Universo afora. Nós temos cerca de 5 bilhões de anos para escapar dessa fornalha cósmica, quem sabe colonizando um planeta distante, parte de outro sistema solar em nossa galáxia ou talvez até em outra galáxia. Essa idéia me lembra um romance de ficção científica do escritor inglês Colin Wilson, chamado "A Pedra Filosofal". Nele, Wilson conta a história de um jovem que desenvolve poderes mentais avançadíssimos e é capaz de "viajar" no tempo e no espaço por meio de sua própria imaginação, sem sair do lugar.

Quando o nosso herói se depara com um quadro do século 18, ele "entra" no quadro, participando ativamente da cena. Ele também é capaz de retraçar a evolução da espécie humana, descobrindo que nós fomos criados por uma raça extraterrestre extremamente avançada, que habita as profundezas da Terra.

A humanidade foi produto de uma experiência genética desenhada para criar escravos aptos a viver nas condições atmosféricas desse planeta.

Nós ainda estamos longe de colonizar outros planetas. É possível que uma missão tripulada a Marte faça parte dos planos da Nasa (agência espacial dos EUA) no início do novo milênio. Mas, se nossas conquistas espaciais estão distantes da imaginação de Colin Wilson (e de tantos outros escritores de ficção científica), nossas conquistas genéticas estão tornando realidade o que, há algumas décadas, era considerado ficção científica.

Frequentemente vemos novos avanços da engenharia genética. Clonagem de ovelhas, isto é, a duplicação real de um ser vivo em laboratório a partir de uma célula. Bebês de proveta, fecundação artificial que gera oito bebês de uma só vez (uma verdadeira ninhada humana!), a possibilidade de realizar certos testes genéticos no feto para determinar se ele terá essa ou aquela doença ou, mais assustadoramente, a clonagem de humanos, como a anunciada recentemente por biólogos da Coréia do Sul, que dizem ter clonado um embrião a partir de uma célula adulta e de um óvulo de uma mesma mulher. Caso isso se torne possível, o sexo será um passo desnecessário para a reprodução da espécie humana!

Já se fala na possibilidade de "desenhar" geneticamente um feto, de modo a garantir certos traços desejados pelos pais, como o sexo, cor dos olhos, altura, ou até mesmo inteligência. Óvulos de mulheres "brilhantes" estão à venda nos Estados Unidos, para casais que não podem ter filhos naturalmente.

O desenvolvimento da tecnologia genética está ligado a um debate ético. De certa forma, a nova biologia pede uma nova ética, em que questões sobre clonagem humana podem ser debatidas racionalmente. Até que ponto estamos "abusando" da natureza, criando algo que antes era deixado ao acaso? Será que devemos deter o avanço científico com uma legislação internacional? E se essas tecnologias caírem em "mãos erradas"?

Imagine um terrorismo genético, em que várias cópias idênticas da mesma pessoa podem ser fabricadas sem problemas: você, em frente a vários vocês.

Esse é mesmo um "Admirável Mundo Novo", onde a linha divisória entre a imaginação e a realidade se torna cada vez mais transparente. É bom nos prepararmos emocionalmente para viver nesse mundo.

Assimetrias cosmológicas, pontes entre micro e macro

Em 1974, o grande astrofísico da então União Soviética Yakov Zeldovich e dois colaboradores publicaram um artigo com uma idéia que iria revolucionar o pensamento cosmológico. A idéia era baseada na aplicação da física de partículas elementares, a física do mundo subatômico, na descrição de fenômenos que ocorreram durante a mais tenra infância do Universo.
De acordo com o modelo do Big Bang, o Universo surgiu de um estado extremamente quente e denso, em que não havia estruturas complexas como átomos ou moléculas. Durante os primeiros instantes de sua existência, o Universo era composto de uma sopa primordial de partículas elementares que interagiam ferozmente entre si e com a radiação térmica que as rodeava.

É dessa origem quente e densa que surge a união entre a física do micro e a do macro; para entendermos a história do Universo desde seus primeiros instantes de existência (ou, quem sabe, sua própria existência), aplicamos as leis da física das partículas elementares na descrição de seu comportamento.

Por outro lado, observações cosmológicas restringem modelos que visam descrever as propriedades das partículas elementares; apenas algumas interações são consistentes com o Universo em que vivemos.

A infância do Universo era muito pesquisada já nos anos 70 graças à aplicação da física atômica e nuclear à cosmologia, inspirada no trabalho pioneiro de George Gamow, o arquiteto principal da idéia do Big Bang.

No final dos anos 40, Gamow e colaboradores propuseram o modelo do Big Bang (mas não com esse nome, cunhado mais tarde pelo astrofísico inglês Fred Hoyle, um crítico do modelo), aplicando física nuclear e atômica na descrição da infância do Universo; quanto mais perto do "momento inicial", mais quente o Universo e, portanto, maior a energia de seus constituintes.
A sequência, então, retrospectivamente, é física atômica, física nuclear e física das partículas elementares, a última importante apenas durante o primeiro milésimo de bilionésimo de segundo após o "Bang"! Nesse intervalo de tempo, à primeira vista diminuto, um fóton -partícula de radiação eletromagnética- percorre uma distância equivalente a cerca de 100 mil diâmetros atômicos, uma enormidade no mundo subatômico.

A física de altas energias diz que as partículas interagem segundo certas regras, ou simetrias. Uma regra simples é a conservação da carga elétrica: a carga elétrica total deve ser a mesma antes e depois da colisão entre as partículas. Certas simetrias mudam de acordo com a energia da interação, algo que nós podemos até detectar em nossas cozinhas; substâncias em seu estado líquido têm uma homogeneidade que desaparece quando congelam.

A perda de homogeneidade dos líquidos durante sua solidificação vem de um rearranjo de seus átomos em redes cristalinas. A simetria existente em altas temperaturas (homogeneidade dos líquidos) desaparece a baixas temperaturas (redes cristalinas dos sólidos).

As simetrias descrevendo as interações entre as partículas elementares também são quebradas em baixas energias ou temperaturas. No início de sua existência, o Universo era muito quente e muito simétrico. Desde então, ele vem se expandindo e, como consequência, sua temperatura vem abaixando. Hoje, acreditamos que essa grande simetria primordial foi quebrada em sucessão, provocando mudanças nas interações entre as partículas elementares (e até mesmo no tipo de partículas que havia em épocas diversas), até chegarmos ao Universo em que vivemos, assimétrico e cheio de estruturas, de átomos a galáxias.

A reconstrução dessa história, ou seja, como evoluímos de uma sopa primordial a um Universo tão rico, é o objeto de pesquisa dos físicos que, como esse autor, trabalham na interface entre a cosmologia e a física de partículas, inspirados pela criatividade de Zeldovich e colaboradores.

Revelando o mundo invisível do "muito pequeno"

"O essencial é invisível aos olhos", disse a raposa ao Pequeno Príncipe, na belíssima fábula de Antoine de Saint-Exupéry. Mesmo que a raposa estivesse se referindo aos nossos sentimentos, essa frase descreve, liricamente, o quanto do mundo à nossa volta permanece invisível aos nossos olhos, inacessível aos nossos sentidos.

A história da ciência pode ser lida como uma aventura de exploração desses mundos invisíveis, revelados por meio do desenvolvimento de técnicas e tecnologias de observação. Mesmo que o uso de lentes para ampliar imagens já fosse explorado desde tempos antigos, o microscópio em sua forma moderna foi inventado provavelmente entre 1590 e 1610 pelos holandeses Hans e Zacharias Jannsen, pai e filho. Em torno de 1600, eles construíram um instrumento com duas lentes arranjadas em um tubo móvel. O grande astrônomo Johannes Kepler descreve, em 1611, um sistema semelhante ao dos Jannsen, mas com uma lente convexa na extremidade ocular do instrumento.

A invenção do microscópio revelou novos e estranhos mundos, invisíveis aos nossos olhos. No final do século 17, cientistas já haviam descoberto células, capilares, corpúsculos sanguíneos, protozoários e bactérias. O biólogo holandês Anton van Leeuwenhoek, considerado o fundador da microbiologia, baseou suas incríveis descobertas em lentes de altíssima qualidade que ele mesmo produziu, obtendo ampliações de 275 vezes. Hoje, é possível obtermos ampliações de até mil vezes com microscópios ópticos, baseados na luz visível.

O limite vem do fato de que a imagem vista no microscópio óptico é obtida pela reflexão de uma onda de luz sobre o objeto de estudo. Para que detalhes do objeto sejam revelados, ele não pode ser menor do que o comprimento de onda da luz visível (a distância entre duas cristas consecutivas). Imagine um rochedo na beira do mar. Quando o mar está calmo, vemos 1 m do rochedo despontando sobre a superfície. Ondas com alturas menores do que um metro são refletidas pelo rochedo e passam ao seu redor. Ondas bem maiores do que 1 m "ignoram" o rochedo. Algo semelhante ocorre quando ondas de luz chocam-se com um objeto. Caso o objeto seja menor do que o comprimento de onda da luz, ele será "ignorado" pela onda.

Ondas de luz visível têm comprimentos de onda entre 400 e 700 nanômetros (1 nanômetro -nm- é um bilionésimo de 1 metro; multiplicado 101 mil vezes, um objeto com 500 nm de tamanho aparecerá como um objeto de 0,5 milímetro). Com técnicas sofisticadas de visualização, é possível ver objetos com 200 nm. A visualização de objetos ainda menores tem de ser feita por intermédio de outros tipos de microscópio.

Em 1924, o físico francês Louis de Broglie sugeriu que, tal como a luz, o elétron e outras partículas subatômicas também podem ser interpretados como ondas. Essa estranha propriedade do elétron, conhecida como a dualidade partícula-onda, possibilitou o desenvolvimento de microscópios eletrônicos.

Do mesmo modo que microscópios ópticos usam ondas de luz focadas por meio de lentes, o microscópio eletrônico usa ondas eletrônicas focadas por meio de campos eletromagnéticos. Devido ao curtíssimo comprimento de onda do elétron em movimento, microscópios eletrônicos podem chegar a ampliações mil vezes maiores do que microscópios ópticos, revelando estruturas com dimensões de 0,2 nm. Microscópios eletrônicos de alta voltagem podem revelar estruturas em nível atômico.

Em 1986, Gerd K. Binnig e Heinrich Rohrer dividiram o Prêmio Nobel de Física pela invenção do microscópio de escaneamento por tunelamento. Esse instrumento pode revelar imagens tridimensionais da superfície de materiais em nível atômico, possibilitando a visualização e a manipulação individual de átomos! Nada mau para uma história de apenas 400 anos.

O poeta da ciência e sua releitura no fim do milênio

É comum se dizer que poucas atividades criativas são tão antagônicas quanto poesia e ciência; enquanto uma expressa uma visão subjetiva e emocional do mundo, a outra expressa uma visão universal e racional. Enquanto uma é produto de inspiração e lirismo, a outra, de dedução e análise. Pelo contrário, a obra de certos poetas mostra uma profunda apreciação da visão científica da época.

No século 14, Dante Alighieri oferece, na sua "A Divina Comédia", uma clara representação do universo medieval cristão, com suas esferas dentro de esferas. Shakespeare e Milton escreveram versos inspirados pela música das esferas, a misteriosa harmonia cósmica postulada pelo grego Pitágoras no século 6 a.C. Já o poeta Alexander Pope assim celebrou a obra de Isaac Newton: "A natureza, suas leis, escondiam-se na escuridão; e Deus disse: "Faça-se Newton!', e tudo se iluminou".

Claro, é possível encontrar poetas com uma visão crítica à visão da ciência, como no caso de William Wordsworth, John Keats e outros poetas do Romantismo inglês da primeira metade do século 19. Em parte, esse movimento foi uma reação ao excessivo racionalismo do século 18, produto das descobertas científicas de Galileu, Newton e seus sucessores. Mas, até mesmo no caso de Wordsworth, é possível, após uma leitura mais liberal de sua obra e uma reflexão do papel do cientista, encontrar algo de comum a ambos: uma profunda apreciação pela natureza e por seus mistérios, que inspiram tanto o lirismo do poeta quanto os cálculos do cientista.

Certos poetas tornam-se vozes de uma visão de mundo alternativa, fundamentados na ciência de sua época. Como exemplo, penso no poeta romano Lucrécio, que viveu entre cerca de 96 a.C. e 55 a.C. Lucrécio parece ter sido vítima de doses excessivas de "poções amorosas", comuns na época, mas capazes de causar longos períodos de desequilíbrio mental. Os versos que compõem "Da Natureza das Coisas" foram escritos durante raros períodos de lucidez e mais tarde editados por outro grande escritor romano, Virgílio.

Em um mundo dominado por religiões politeístas baseadas em ritos pagãos, a voz de Lucrécio soa como uma proclamação contra o medo criado pela superstição e obediência cega à autoridade. O poeta convida seus leitores a olhar para o mundo e seus mistérios com a razão, que ele argumenta ser o único caminho para nossa liberação. Eis alguns exemplos, livremente parafraseados: "Quando a vida humana, arrastando-se pela Terra, era esmagada pela religião, constantemente ameaçando os mortais com todos os tipos de horrores vindos do céu, um homem grego pela primeira vez alçou bravamente seus olhos mortais contra essa ameaça... Sua força era a mente, que ele usou para explorar a vasta imensidão do espaço, trazendo-nos novas do que é e não é possível, limites e fronteiras forjadas para sempre. A religião, assim, foi controlada e, desde então, nós podemos alcançar as estrelas".

"Os terrores e as trevas que habitam nossas mentes devem ser dissipados, não pelos raios do Sol, mas pela compreensão da natureza por meio de um esquema de contemplação sistemática. Portanto, nosso ponto de partida deve ser o seguinte princípio: nada pode ser criado do nada, a partir do desejo dos deuses. Ah, mas os homens vivem assustados, pois não entendem as causas de tantos eventos no céu e na terra. Eles supõem que os deuses são a causa. Mas, quando aceitamos que nada vem do nada, podemos vislumbrar com mais clareza o que estamos procurando, a origem e as causas das coisas à nossa volta, sem clamar pelos deuses" (Livro 1).
Depois de 2.000 anos, os versos de Lucrécio ecoam com incrível modernidade. Na véspera de mais um milênio, quando muitos se sentem vulneráveis perante as várias profecias apocalípticas, sugiro uma nova leitura de Lucrécio, poeta da ciência e da lucidez apaixonada.

Ciência e espiritualidade no final do milênio

Nesta era pré-terceiro milênio, em que tudo acontece e se transforma tão rápido, o apetite das pessoas por verdades duradouras vem se tornando insaciável. A disseminação de computadores e o fácil acesso aos meios de comunicação construiu de fato uma "aldeia global", onde a troca de informação entre culturas diferentes é mais fácil do que nunca.

Essa "overdose" de informação, ao mesmo tempo estimulante e assustadora, pode causar muita confusão. A tecnologia passa a ser percebida como um monstro de duas cabeças, ao mesmo tempo capaz de curas miraculosas e de armas de extermínio global. Daí surgem teorias sobre conspirações secretas (como no seriado de TV "Arquivo X"), suspeitas contra o governo (às vezes bem fundamentadas) e um sentimento de intolerância que ameaça polarizar a sociedade em níveis insustentáveis.

O resultado é uma sensação de pânico e fragilidade que, infelizmente, é explorada por oportunistas que se apresentam para as pessoas como a única alternativa em um "mundo louco". Inevitavelmente, isso vem acompanhado de um maior interesse por religiões e superstições da "nova era", na popularidade de falsos profetas e numa adversidade para a ciência e para o que ela tem a dizer sobre o mundo.

Sendo um cientista profundamente preocupado com questões espirituais, é muito importante para mim expor o que acredito ser o lado humano da ciência, na tentativa de oferecer aos leitores uma interpretação talvez bastante alternativa de seu papel na sociedade moderna.
A ciência nos aproxima da natureza e nos transporta a uma percepção do mundo que pode, com certa liberdade, ser chamada de profundamente espiritual. Einstein justificava sua devoção à ciência com o que ele definiu como o "sentimento religioso cósmico", associando ao estudo racional da natureza uma dimensão espiritual. Por que não?

A passagem para o próximo milênio serve de veículo para explorarmos essa complementaridade entre espiritualidade e ciência na vida moderna. De um lado, há as profecias sobre o fim do mundo. Do "Livro das Revelações" até Nostradamus, parece que não temos escapatória.

Não é à toa que as pessoas estão meio assustadas com a passagem do tempo, esquecendo, talvez, que essa contagem de tempo é arbitrária; fomos nós que inventamos a idéia de dividir o tempo em intervalos para organizar melhor nossas vidas e controlar nossos medos. O Universo está pouco ligando para como nós contamos o tempo.

Por outro lado, a mídia tem explorado outros tipos de apocalipse, não os vindos do "céu", mas dos céus. Sem dúvida, o perigo de uma colisão com um asteróide é real; muito provavelmente os dinossauros foram exterminados por uma colisão que ocorreu há 65 milhões de anos. E muitos devem se lembrar das dramáticas imagens fornecidas pelo telescópio espacial Hubble da colisão do cometa Shoemaker-Levy com Júpiter, em 1994.

Mas, se a ciência parece confirmar como uma possibilidade (bastante remota) o que já estava dito nas "Revelações", que "uma estrela cairá dos céus trazendo fogo e destruição", ela também nos oferece a chance de proteção contra tal calamidade. Devemos nos "aproximar" do cosmos, identificando asteróides com potencial de colisão com a Terra. Uma vez identificado um possível candidato, devemos destruí-lo ou desviá-lo da rota.

A história do Sistema Solar está cheia de colisões entre os vários planetas, cometas e asteróides. Essas colisões fazem parte de um processo cósmico de evolução, com inúmeras criações e destruições. Nós, habitantes de um planeta relativamente próximo do Sol, nos desenvolvemos a ponto de poder alterar, por meio de nosso conhecimento científico, parte dessa história. Com isso, nos tornamos parte ativa da história cósmica. Essa integração com o cosmos é, para mim, um belíssimo exemplo do valor espiritual da ciência.

A física, o futebol e o anti-reducionismo

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Uma questão que tem sido muito discutida, nem sempre amistosamente, entre cientistas, é a validade das leis fundamentais da natureza na descrição de fenômenos em escalas diferentes, do micro ao macro. Há dois pontos de vista principais; um, o reducionismo radical, afirma que, se entendermos o comportamento das menores entidades materiais do mundo, as partículas subatômicas, poderemos extrapolar esse conhecimento a outros níveis, dos átomos às estrelas. Ou seja, em sua versão mais radical, o reducionismo diz que o todo é a soma das partes -basta entendermos as leis fundamentais das interações entre as partículas para, nas palavras de Stephen Hawking, "compreendermos a mente de Deus".

Na prática, reducionistas sabem que é impossível fazer essa extrapolação -o estudo das interações entre os quarks e os elétrons não vai ajudar na compreensão do comportamento do átomo de urânio e muito menos na replicação de DNA. Para eles, a posição reducionista é filosófica, um manifesto do que acreditam ser o objetivo final da ciência, a descoberta das leis que regem o comportamento submicroscópico da matéria.

No outro campo, encontramos os críticos dessa posição, que, por falta de nome melhor, chamarei de anti-reducionistas. Um dos mais influentes é o físico Philip W. Anderson, dos EUA, vencedor do Prêmio Nobel e professor na Universidade de Princeton. Em um artigo escrito em 1972, Anderson afirmou que "mais é diferente", ou seja, que o comportamento de sistemas físicos com um número grande de elementos pode ser totalmente diferente daquele com poucos elementos; que novas leis podem ser necessárias para fenômenos com muitos elementos.

Ao aumentarmos o número de elementos em um sistema físico, aumentamos também as possibilidades de interação dos elementos entre si. Essas interações podem dar origem a comportamentos coletivos do sistema que não poderiam ter sido previstos analisando apenas as interações individuais dos elementos, ou seja, pelo reducionismo.

Vamos ao estádio do Morumbi num domingo assistir a um jogo Corinthians x São Paulo. Dezenas de milhares de pessoas, os elementos individuais, fazem parte de nosso "sistema físico", o público. Nosso objetivo é estudar o comportamento do público como um todo. Antes de os times entrarem em campo, o comportamento do sistema pode ser descrito aproximadamente por leis "locais", pelo comportamento de cada pessoa, ou grupo pequeno de pessoas; conversas entre vizinhos próximos, a compra de um cachorro-quente etc. Nesse caso, podemos descrever o comportamento do sistema por meio do método reducionista, já que não existem efeitos envolvendo vários elementos. O fenômeno coletivo "torcida" ainda não ocorreu.

Mas, quando os times entram em campo, o comportamento do sistema muda completamente; fogos de artifício, bandeiras multicoloridas e cantos das torcidas se misturam em uma grande confusão. Um observador conclui que a entrada dos times em campo é equivalente a uma grande perturbação energética no sistema. Após a excitação inicial, o observador percebe o aparecimento de movimentos coletivos, que envolvem um número muito grande de elementos. Movimentos caóticos, isto é, brigas, ou movimentos organizados, como a famosa "onda", uma perturbação coletiva que se propaga no sistema. O observador obtém novas leis para descrever o sistema, leis que explicam suas manifestações coletivas. Essas leis são "não-locais" e não-reducionistas. Uma nova "interação", chamada torcida, gera novos comportamentos coletivos.

Ambas as posições são importantes na descrição de fenômenos naturais. Tudo depende do foco das pesquisas. O debate surge quando defensores de uma posição criticam a outra. Aí o fenômeno "torcida" atua novamente, com todos os efeitos coletivos, às vezes mais agradáveis.

El Niño, o regulador climático do planeta

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Já que esta é a última coluna antes do Natal, quero manter a tradição iniciada no ano passado, escrevendo algo que esteja relacionado com presentes. Em particular, também como no ano passado, com os presentes que nós vamos deixar para as gerações futuras.

Muitos ouviram falar no fenômeno climático conhecido por "El Niño". O nome foi criado pelos pescadores da costa peruana para representar o aquecimento das águas do Pacífico que se dá periodicamente em torno do Natal. Em espanhol, "El Niño" se refere ao menino Jesus, uma outra razão para a presente escolha do tópico.

Hoje em dia, o termo se refere ao aquecimento em larga escala que ocorre em todo o Pacífico tropical aproximadamente a cada quatro anos, alternando-se com uma fase de resfriamento, conhecida como "La Niña". Essas oscilações de temperatura do Pacífico tropical têm um impacto global no clima do planeta: O El Niño pode causar tanto tempestades e enchentes no Equador ou nos EUA quanto secas na Indonésia ou na Amazônia.

Nas últimas duas décadas, cientistas, estudando as variações climáticas do planeta, descobriram que o fenômeno El Niño não ocorre sozinho; as variações de temperatura no Pacífico estão acopladas a variações de pressão atmosférica, conhecidas como "oscilações sulinas".
Essas oscilações foram descobertas em 1923 pelo climatologista britânico Gilbert Walker, que estava tentando entender por que a estação chuvosa conhecida como monção deixa de ocorrer na Índia em certos anos. Walker mostrou que existiam padrões irregulares de oscilação da pressão sobre o Pacífico que se propagavam de leste a oeste. Essa é a direção oposta do aquecimento das águas oceânicas que ocorre durante o El Niño.

O aquecimento das águas que afeta os pescadores peruanos está ligado com a estação chuvosa na Índia e no Sudeste Asiático por meio da interação entre a dinâmica dos oceanos e da atmosfera. Esse acoplamento dos oceanos com a atmosfera é um exemplo perfeito de como certos problemas científicos requerem um tratamento que envolve vários componentes ao mesmo tempo.

Para que possamos entender as variações climáticas que afetam um determinado local, como a Amazônia, não basta estudarmos apenas aquela região isoladamente. Precisamos estudar como o contexto climático global pode afetar um determinado local. Em estudos climáticos, como talvez em nenhum outro estudo, a Terra aparece como uma entidade única, em que efeitos locais podem influenciar o comportamento global e vice-versa.

O fenômeno acoplado do El Niño com a Oscilação Sulina ocorre, historicamente, com uma frequência média de quatro anos. Portanto, nos últimos 12 ou 13 anos, em média, o fenômeno deve ter ocorrido em torno de três vezes. No entanto, ele ocorreu seis vezes desde 1984, o dobro do número esperado. Mais ainda, sua última ocorrência foi a mais dramática: enquanto normalmente a variação de temperatura é de 1C ou de 1,5 C, no ciclo de 97 a 98 a temperatura subiu 4C acima da média!

Não é à toa que todos dizem que o clima tem andado meio louco. O inverno passado foi extremamente ameno no Hemisfério Norte e, ao que tudo indica, o mesmo acontecerá este ano (a temperatura em New Hampshire, o Estado americano em que eu moro, tem estado 20C acima da média!). O que está havendo?

Os modelos climáticos indicam que o culpado por essas oscilações é o efeito estufa. Eu digo "indicam" porque nem todos os cientistas concordam com essas conclusões. As incertezas vêm das limitações dos computadores em realmente simular o clima da Terra em detalhe. De qualquer forma, os dados climáticos não mentem e estão diretamente acoplados com a quantidade de gases poluentes na atmosfera. Acho que neste Natal devemos mais uma vez refletir sobre o presente que estamos deixando para nossos filhos.

Catedrais em busca do desconhecido

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

A história da humanidade é pontuada pela construção de monumentos que visam estabelecer uma ponte entre o nosso mundo e outros. Os egípcios criaram as pirâmides, mausoléus que asseguravam a continuidade da vida após a morte, ligando nosso mundo ao do além. Com olhos modernos, podemos até ver as pirâmides como uma espécie de espaçonave que levava as múmias em seus sarcófagos até sua destinação final, o outro mundo. Ao nos depararmos com a grandiosidade das pirâmides, logo perguntamos: "Como teria sido possível construir tais monumentos sem tecnologias avançadas?".

Na Idade Média, as belíssimas catedrais góticas também funcionavam como um veículo de transporte de nossa esfera para a esfera divina. A verticalidade da arquitetura gótica induzia as pessoas a olhar para o alto com respeito e temor, em um rito de passagem entre o nosso mundo, com suas atribulações, e o paraíso medieval cristão, com sua promessa de uma vida eterna e livre de transtornos.

Nos séculos 15 e 16, nossos monumentos de exploração de novos mundos ganharam uma nova dimensão: a capacidade de nos transportar fisicamente, e não só espiritualmente, aos nossos objetivos finais. Simbolicamente, as caravelas representavam uma peregrinação espiritual, uma ponte entre o nosso mundo e o mundo do além, se bem que, na prática, os objetivos econômicos eram mais óbvios. A exploração de novos mundos, espirituais ou não, sempre representou um passaporte para uma nova vida, com todas as promessas e expectativas de liberdade e conforto que fazem parte de qualquer peregrinação.

Após buscarmos a comunhão com Deus por meio de nossas catedrais e a promessa de paraísos terrestres em nossas caravelas, neste final de milênio nos lançamos ao espaço, nossa nova fronteira. Nossas catedrais são as espaçonaves, as pontes entre o nosso mundo e esse vasto Universo do qual fazemos parte.

No dia 4 de dezembro, a espaçonave americana Endeavour iniciou sua missão mais importante: sua carga era o segundo módulo de construção da Estação Espacial Internacional (ISS), um dos projetos de engenharia mais ambiciosos de todos os tempos. Transportado pela Endeavour, o módulo americano, chamado Unidade, uniu-se ao módulo russo Zaria (Aurora), que já estava em órbita.

Quando terminada, em 2004, a Estação Espacial terá uma área equivalente a um campo de futebol, com um volume de cerca de dois Boeing-747, orbitando a Terra a uma velocidade de 26 mil quilômetros por segundo. Essa catedral flutuante está sendo construída por 16 países e terá um custo total em torno de US$ 60 bilhões. Um projeto dessa grandeza e custo não pode evitar um número infinito de complicações técnicas, financeiras e políticas. Críticos afirmam que essa quantidade absurda de dinheiro poderia ter sido dividida entre inúmeros projetos menores, que provavelmente produziriam resultados científicos muito mais relevantes do que os experimentos que serão realizados na ISS. Em um mundo ideal, a pesquisa teria um orçamento maior, a torta cresceria para alimentar mais pessoas. Me pergunto se os arquitetos egípcios e medievais sofreram também esse tipo de pressão, quando o faraó ou o rei e bispos esvaziaram os cofres públicos para construir seus veículos de peregrinação.

A estação espacial poderá alojar uma tripulação de sete astronautas, cuja função incluirá não só experiências científicas, mas também o planejamento de expedições tripuladas para a Lua e para Marte, no início do próximo século. Tal como suas nobres antecessoras, ela será nossa ponte para outros mundos, nosso instrumento de exploração de novas realidades e aspirações. Posso até imaginar arqueólogos do século 23 se perguntando, maravilhados, como que um monumento dessa grandiosidade foi construído com a rudimentar tecnologia do século 20.

O computador como laboratório, na teoria e na prática

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Em linhas gerais, podemos dividir os cientistas, especialmente aqueles dedicados às ciências físicas, em dois grandes grupos, os teóricos e os experimentais. Os teóricos são aqueles que se dedicam principalmente ao desenvolvimento de modelos e explicações matemáticas de fenômenos observados tanto no laboratório como fora dele. Em muitos casos, a linha divisória entre o que chamamos de ciência teórica ou experimental não é muito óbvia.

Por exemplo, alguns teóricos trabalhando em simulações numéricas em computadores crêem estar desenvolvendo "experimentos". Na maioria dos casos, esses experimentos numéricos não são vistos como experimentos "de verdade", especialmente por cientistas que realizam seus experimentos com equipamentos envolvendo tubos, eletrônica, refrigeração etc.
Até que ponto podemos fornecer dados para uma máquina de modo que ela possa simular situações que ocorrem na natureza, ou melhor ainda, capacitar a descoberta de novos fenômenos? Se perguntássemos a um cientista dos anos 40 se algum dia máquinas baseadas em cristais de germânio e silício e eletricidade poderiam servir de laboratório de pesquisas, ele ou ela certamente cairia na gargalhada: "Só em ficção científica!".

Mas, nos últimos 20 anos, poderosas estações de trabalho capazes de realizar milhões de operações por segundo tornaram ficção científica em realidade. No mundo inteiro, computadores são usados para simular, ou recriar, situações experimentais, permitindo uma análise muitas vezes bem mais simples do que no laboratório. O ambiente experimental criado pelo computador tem a grande vantagem de ser "limpo", ou seja, de ser controlado inteiramente pela pessoa que escreveu o programa. Não existem contaminações externas devido a vazamentos em tubulações, controle de temperatura limitado ou mau alinhamento de lasers. Mas, por outro lado, o computador só pode "criar" o que já está de certa forma incluído no programa.

Em 1994, eu estava interessado em estudar a longevidade das chamadas "bolhas subcríticas", pequenas concentrações de matéria que aparecem, por exemplo, quando um sistema físico muda de uma fase para outra, como água em sua fase gasosa se transformando em água em sua fase líquida devido a uma queda de temperatura. A "bolha", no caso, seria a gota de água líquida, formada no interior da fase gasosa. "Subcrítica" refere-se ao fato de que apenas bolhas acima de um certo tamanho crescem; as bolhas menores, subcríticas, desaparecem após certo tempo. A questão é quanto tempo.

Resolvi então escrever um programa para estudar a longevidade das bolhas subcríticas. Para minha surpresa, várias dessas bolhas sobreviviam por um período extremamente longo, muito mais longo do que qualquer um poderia esperar. Essas pequenas concentrações de matéria oscilam internamente, usando suas interações em uma luta furiosa pela sobrevivência. Batizei essas bolhas de "oscilons", devido a essa oscilação que lhes é peculiar. Dois anos mais tarde, pesquisadores da Universidade do Texas, em Austin, estavam estudando as propriedades de grãos que são submetidos a vibrações regulares. Eles descobriram certos padrões de oscilação localizados que também chamaram de oscilons! Os oscilons que foram simulados no computador e os oscilons que foram criados no laboratório exibem propriedades semelhantes, indicando que a física que está por trás de ambos os fenômenos é talvez a mesma (se bem que os detalhes dessa ligação ainda estão em aberto).

De certa forma, os oscilons já estavam dentro de meu programa, mesmo que eu não os houvesse "visto". O computador me permitiu descobrir algo que surpreendeu a mim e a meus colegas. Apesar disso, uma "descoberta" feita com computadores não é plenamente aceita pela comunidade científica até que ela seja comprovada por experimentos "de verdade", realizados no laboratório. Pelo menos por enquanto, o computador sugere, mas não confirma.

Partículas violam a reversibilidade do tempo

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Imagine se você gravasse em vídeo as cenas de um amigo seu pulando um obstáculo. Quando, por brincadeira, você resolve passar o vídeo de trás para a frente, seus olhos mal podem acreditar no que vêem. A ordem dos fenômenos se repete exatamente de forma inversa à original.

Claro, se algum fenômeno desse tipo lhe ocorresse, você iria imediatamente atribuí-lo a uma força sobrenatural, que violaria as leis básicas da física. Esse tipo de fenômeno é chamado de violação da reversibilidade temporal, isto é, a história de trás para a frente é diferente da história original.

Felizmente, ao menos este colunista nunca presenciou tais fenômenos ocorrendo em escalas macroscópicas. Mas, no mundo das partículas subatômicas, fenômenos como esse não só podem acontecer como foram observados recentemente.

Em 12 de outubro, Dia da Criança no Brasil, um grupo de físicos trabalhando em um laboratório de física de altas energias, conhecido como Fermilab, perto de Chicago (EUA), anunciou a observação de violação da reversibilidade temporal em certas reações envolvendo partículas conhecidas como "kaons neutros". Resultados anteriores, de menor precisão, renderam o Prêmio Nobel de Física a James Cronin e a Val L. Fitch em 1980.

Para entendermos melhor a importância dessa descoberta, é bom lembrarmos que a matéria é feita de vários corpúsculos que chamamos de partículas elementares, como o elétron ou os quarks, que compõem os prótons e os nêutrons. Uma partícula é elementar quando ela não pode ser dividida em outras menores. Várias partículas são instáveis, ou seja, podem decair em outras. O nêutron, quando está livre do núcleo atômico, decai em alguns segundos. O próton, de acordo com as teorias atuais das partículas elementares, também pode decair, mas seu tempo de vida é extremamente grande, muito maior do que a idade do Universo.

Fora essas partículas mais conhecidas, centenas de outras são produzidas durante colisões sob altas energias em aceleradores como o do Fermilab. Basicamente, a enorme energia de movimento das partículas é transmutada em massa, ou seja, em novas partículas durante colisões. Essas partículas são como os fragmentos de uma explosão voando em todas as direções, sendo então estudadas por detectores de partículas. A maioria é instável e decai em frações infinitesimais de segundo. O kaon neutro é uma delas.

Os cientistas do Fermilab estudaram milhões de decaimentos do kaon, prestando atenção em um tipo especial, cujo decaimento resulta em dois pares de partículas, o elétron e sua antipartícula, o pósitron, e um píon com carga positiva e sua antipartícula com carga negativa. (A geração de matéria e antimatéria, ou partículas e suas antipartículas, é normal em física de altas energias. Apenas no mundo à nossa volta é que a antimatéria está ausente, um mistério intimamente ligado a essa descoberta.) O kaon neutro, sem carga elétrica, decai em dois pares de partículas cuja carga total é também zero, conforme dita a lei de conservação da carga elétrica.

Esse decaimento do kaon é extremamente raro, ocorrendo uma vez a cada 3 milhões de decaimentos. Mas o time do Fermilab conseguiu observar 1.800 decaimentos desse tipo. O resultado que choca os físicos é que 14% desses fenômenos violaram a reversibilidade temporal. O kaon decai como uma bomba: as quatro partículas voando em certas direções. Essas direções, quando invertidas como num filme passado de trás para frente, não correspondem ao previsto pela reversão temporal; as partículas aparecem "de cabeça para baixo". Essa assimetria está ligada a uma desigualdade que existe entre matéria e antimatéria. Como nós somos feitos de matéria, esse experimento poderá nos ajudar a desvendar um dos mistérios mais básicos da física, ligado à nossa própria origem.

A misteriosa irreversibilidade do tempo

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Todos sabem que o tempo anda sempre avante, indiferente aos questionamentos humanos. Seres vivos nascem, crescem, envelhecem e morrem, nenhum momento jamais se repete, cada segundo que passa é menos um segundo que temos de vida. A passagem do tempo é um assunto meio deprimente, mas também fascinante. Perante o tempo, somos todos impotentes. Sua passagem é democrática e, ironicamente, rígida e inflexível.
Entre as ciências, a que se preocupa com questões sobre a passagem do tempo ou mesmo com sua definição é a física. A questão do que vem a ser o tempo está, claro, intimamente ligada ao estudo do movimento.

Tempo é um conceito fundamental na descrição das mudanças que ocorrem no mundo. Em um mundo sem nenhuma transformação, a idéia de tempo não é necessária; tudo é e será como sempre foi, de modo que mudança é uma idéia irrelevante. Em religião, fala-se em deuses ou em um Deus onipresente, eterno, para o qual a passagem do tempo não existe. Mas mudanças e transformações são características fundamentais do mundo à nossa volta, e seu estudo necessariamente nos força a pensar na natureza do tempo.

Em nível mais simples, a física clássica usa o tempo meramente para descrever movimento. Quando falamos em movimento, pensamos em velocidade e aceleração. Curiosamente, um movimento em linha reta com velocidade constante é equivalente à ausência de movimento. Esse conceito, que confunde muitos principiantes da física, é na verdade simples. Quando falamos em movimento, estamos supondo a observação de algum objeto que está se movendo em relação à nossa posição no espaço. Imagine dois carros, um a 40 km/h e outro a 60 km/h. Os passageiros em cada carro verão o outro carro se movimentar em relação ao seu carro; um a 20 km/h para a frente e o outro a 20 km/h para trás! (Qual é qual?)

Agora imagine que o carro a 40 km/h aumenta sua velocidade até 60 km/h. Com os carros na mesma velocidade, os passageiros não poderão detectar movimento olhando para o outro carro (claro, olhando para uma árvore ou outro objeto externo, fica fácil detectar movimento).
Outro exemplo é um avião, em vôo perfeitamente calmo, com todas as janelas fechadas. Mesmo que esteja se movendo a centenas de quilômetros por hora, os passageiros não perceberão nada. Mas qual a relação dessa discussão com o problema da passagem do tempo? O problema é que, na física, o tempo pode passar tanto para frente quanto para trás! No exemplo dos dois carros, o sentido do tempo é irrelevante. E isso é verdade tanto na física clássica quanto para movimentos ocorrendo no mundo dos átomos ou das partículas elementares, embora nesse caso existam exceções.

O movimento dos planetas em torno do Sol pode, em princípio, ir em qualquer sentido; se filmamos esse movimento, podemos passar o filme em qualquer direção sem sabermos qual é a justa. Como a física explica a óbvia irreversibilidade do tempo? A resposta, mesmo que não completamente satisfatória, está na segunda lei da termodinâmica, que afirma que a irreversibilidade de um sistema está relacionada com sua "entropia", uma medida de sua complexidade.

Em um sistema reversível, os elementos podem retraçar seus passos da situação final até a inicial. O problema complica quando os vários elementos interagem. Nesse caso, a probabilidade de que todos os elementos do sistema possam retraçar seus passos é muito pequena, quase zero; o sistema é irreversível, e o tempo flui em uma direção. Os caminhos que as moléculas de um ovo percorrem para se tornar uma omelete são muito complexos. Reverter uma omelete a um ovo é possível, mas improvável. A irreversibilidade do tempo está relacionada à complexidade do mundo. Resta entendermos por que todos os sistemas no Universo escolheram a mesma direção.

Levitação, um efeito quântico de grandes proporções

MARCELO GLEISER
especial para a Folha

Imagine se fôssemos capazes de flutuar no espaço, aqui mesmo na Terra. Idéias sobre a "antigravidade", uma força produzida para cancelar o efeito da força da gravidade, sempre foi um sonho de muitos cientistas, profissionais e amadores. E não só de cientistas. Recentemente, o líder de uma seita religiosa no Reino Unido ofereceu US$ 1,5 milhão para quem inventasse uma máquina capaz de levitá-lo em frente a sua congregação (claro, ele não contou seus planos para seus inocentes seguidores. Quem quiser mais detalhes, pode consultar o endereço http://www.sci.kun.nl/hfml. levitationpubres.html). Várias pessoas juram ter visto algum guru indiano levitar por meio do poder da mente.

Será que é possível criar uma força capaz de cancelar a atração gravitacional, de modo a fazer com que objetos macroscópicos possam mesmo levitar? Descartando a possibilidade de usarmos a força do pensamento, a resposta é surpreendente: sim. A idéia é usarmos a força magnética para contrabalançar a força gravitacional. Nós sabemos que um ímã comum pode levantar facilmente um pedaço de ferro. Mas note que, assim que aproximamos o ímã do metal, o metal voa diretamente até o imã, ou seja, ele não levita. Mais ainda, pouquíssimos materiais são magnéticos como ferro ou níquel. A maioria é um bilhão de vezes menos magnética do que esses metais. Como, então, levitar um sapo, ou um ovo?

A resposta é encontrada na mecânica quântica, a parte da física que estuda o comportamento dos átomos ou de sistemas subatômicos. Numa aproximação bem simples, podemos imaginar o átomo como um minissistema solar, em que os elétrons viajam em órbitas ao redor do núcleo. Essas órbitas são concêntricas e os elétrons podem "pular" entre órbitas distintas Äo "salto quântico". Na presença de um campo magnético, os elétrons sofrem um reajustamento em suas órbitas e passam a funcionar como um material "diamagnético", que apresenta um pequeno campo magnético. Macroscopicamente, a substância passa a funcionar como um ímã, embora um ímã bastante fraco.

Apesar de o diamagnetismo ter sido descoberto em 1846 pelo grande físico inglês Michael Faraday, ninguém imaginou que o fenômeno fosse ter alguma relevância ou aplicação. Quanto à idéia de levitação, outro grande físico britânico, Lord Kelvin (William Thomson), disse: "Será provavelmente impossível observar esse fenômeno, devido à dificuldade de encontrarmos um magneto forte o suficiente (para induzir o diamagnetismo forte) ou uma substância diamagnética leve o suficiente, já que as forças magnéticas são muito fracas".

É possível mostrar que os campos magnéticos necessários para levitar objetos de dimensões relativamente pequenas, como uma amêndoa ou um sapo, têm uma intensidade apenas cem vezes maior do que um desses ímãs que usamos para pendurar recados na porta da geladeira. Mesmo que não seja possível fazer esses experimentos em casa (ainda), em um laboratório é possível adquirir o equipamento necessário por aproximadamente US$ 100 mil, soma razoável para testes nas ciências naturais.

Um grupo da Holanda conseguiu de fato levitar amêndoas, sapos, líquidos, fatias de pizza e outros objetos com alguns centímetros de diâmetro. Esses experimentos permitem simular um ambiente de "microgravidade" semelhante ao encontrado por astronautas no espaço. (Imagino que o astronauta americano John Glenn, 77, que voltou ao espaço recentemente, tenha achado a microgravidade um tanto incômoda.) Portanto, podemos estudar como plantas ou cristais cresceriam no espaço sem sairmos do laboratório, o que pode ser útil para projetos de exploração do sistema solar e mais além.

E a levitação de pessoas? Infelizmente, as tecnologias mais avançadas permitem apenas levitar um objeto com no máximo 15 centímetros. Mas, no futuro, quem sabe?