O Universo teimoso

Em ciência, buscar a simplicidade é fundamental. Quando deparado com um fenômeno natural ainda não explicado, o cientista tem como missão encontrar a explicação mais econômica possível para as causas do que está sendo observado. Esse princípio é conhecido como a "navalha de Ockham", em homenagem ao filósofo inglês William de Ockham, que viveu em torno de 1300. Portanto, se temos duas teorias que descrevem igualmente bem um certo fenômeno, a mais econômica é a que será aceita pelos cientistas.

Infelizmente, nem sempre a natureza coopera com a procura por teorias simples, que descrevam vários fenômenos. Essa é uma tendência relativamente nova, já que nossos antepassados foram muito bem-sucedidos em propor teorias econômicas e poderosas. Um exemplo é a teoria da gravitação universal de Isaac Newton, que explicou um número enorme de fenômenos que antes eram vistos como independentes, como a órbita dos planetas, a queda de objetos na Terra e as marés.
O sucesso da teoria de Newton foi intoxicante; outras teorias abrangentes foram propostas, como o eletromagnetismo de Michael Faraday e James Maxwell, em que fenômenos elétricos e magnéticos são vistos como manifestações do campo eletromagnético. A navalha de Ockham continuou separando o simples do complicado.

Mas e se o simples não funcionar? Até que ponto a busca pelo simples se torna inútil? Atualmente, a cosmologia está passando por um renascimento, ou mesmo uma redefinição. Tradicionalmente, a cosmologia era restrita a teorias mais ou menos ousadas que descreviam a estrutura e evolução do Universo. Mas, nas últimas duas décadas, um novo ingrediente tornou-se parte do trabalho do cosmólogo, o dado observacional. Com isso, muito do que era especulação passou a ser aceito ou descartado. O exemplo mais conhecido é o modelo do Big Bang. Graças a observações na década de 60, seu competidor maior, o modelo do estado padrão, é hoje visto como uma curiosidade pela maioria dos cosmólogos.

O problema, ou desafio, é que o modelo do Big Bang tem vários pontos ainda obscuros. Por exemplo, ainda não sabemos qual a origem das flutuações de energia responsáveis pela geração de estrutura no Universo. Eu explico: nas enormes distâncias astronômicas, os pontos de referência são as galáxias, que podem ter bilhões de estrelas cada. Como tudo o que tem massa se atrai, quais processos deram origem à atração inicial, que fez com que matéria se concentrasse em regiões relativamente pequenas, que virão a se tornar galáxias? Quais são as sementes que germinam em galáxias?

Na teoria mais aceita, essas sementes são flutuações de energia em campos que existiram nos primeiros momentos após o "Bang", que foram amplificadas durante um curto período de tempo em que o Universo expandiu muito rapidamente. Esse "universo inflacionário" prevê sementes aleatórias, sem uma estrutura básica. Essas sementes estão "inscritas" na radiação de fundo cósmico que banha o Universo. Nos últimos anos, 28 experimentos confirmaram que as sementes obedecem às previsões do universo inflacionário. Isso é muito bom, pois esse modelo é simples e econômico, como demanda Ockham e sua navalha. Infelizmente, nos últimos meses, quatro grupos analisaram esses experimentos e acharam estrutura nas flutuações; caso isso seja verdade, o universo inflacionário está em sérios apuros e com ele os últimos 20 anos de cosmologia teórica. Claro, ainda é cedo para conclusões. Essas observações são suscetíveis a erros de interpretação. É muito possível que as sementes sejam como prevê o universo inflacionário. Por outro lado, é também possível que o Universo, teimoso que é, não queira se submeter aos nossos critérios de simplicidade. Talvez, no caso do Universo, a navalha de Ockham não seja afiada o suficiente.

A estrutura dos átomos

A idéia de que a matéria é feita de pequenos tijolos fundamentais chamados átomos não é nada nova. Ela foi proposta pelos integrantes da última escola de filosofia grega do chamado período pré-socrático, a escola atomística de Leucipo e Demócrito. Apesar de sabermos pouco sobre a vida de Leucipo, sabemos que seu discípulo, Demócrito, um dos filósofos mais prolíficos da antiguidade, viveu entre 460 a.C. e 370 a.C. (Ele foi, portanto, contemporâneo de Sócrates, que nasceu em 470 a.C.)

Os átomos gregos, infinitos em número e indivisíveis, são muito diferentes dos átomos da física e química moderna. Daí seu nome, á-tomo, que em grego significa "o que não pode ser cortado", como a palavra "tomo" usada para indicar volumes de uma coleção de livros. Hoje sabemos que átomos são compostos de partículas ainda menores, os prótons e nêutrons no núcleo e os elétrons em torno. A coisa continua, pois prótons e nêutrons também não são "fundamentais", isto é, indivisíveis, mas sim formados por partículas ainda menores, os quarks. De qualquer forma, a idéia grega de que a matéria pode ser dividida em entidades fundamentais, é incrivelmente moderna.

Uma vez perguntaram ao físico norte-americano Richard Feynman qual seria a frase que deveria ser passada para as gerações futuras, resumindo nosso conhecimento científico mais importante. "Tudo é feito de átomos", respondeu. É irônico que Demócrito, há 2.400 anos, poderia ter dito a mesma coisa...

Claro, a situação não é assim tão simples. A nossa compreensão da estrutura atômica é profundamente diferente da dos gregos. Basta dizer que os gregos não tinham um método empírico de validação das suas idéias; ou seja, a coisa era baseada em especulação e intuição e, mesmo que fosse muito boa, nem sempre correspondia à realidade.

A profunda revolução no conhecimento sobre os átomos ocorreu aproximadamente durante as três primeiras décadas do século 20. Vários modelos foram propostos visando descrever a distribuição de massa e carga dos átomos. Em 1897, J.J. Thomson identificou o elétron e sua carga elétrica negativa. (Na verdade, Thomson mediu a razão entre a carga e a massa do elétron, e/m.) Em 1911, Ernest Rutherford demonstrou que o núcleo atômico era muito menor que o átomo, mais maciço que o elétron e que a carga positiva estava toda concentrada ali. A conclusão era surpreendente: se o núcleo é mais maciço e menor do que o átomo, o átomo, na verdade, é praticamente vazio. Se ampliarmos o núcleo atômico até o tamanho de uma bola de tênis, os elétrons seriam encontrados a 500 metros de distância!

Esse modelo do átomo, uma espécie de minissistema solar com o núcleo no centro e o elétron em órbita, também não descreve corretamente a estrutura atômica. Conforme propôs o físico dinamarquês Niels Bohr em 1913, as órbitas do elétron são muito mais peculiares do que as dos planetas. Elétrons só podem popular certas órbitas, como se o átomo tivesse a estrutura de uma cebola, com o elétron tendo de "pular" de órbita em órbita. Os átomos têm estrutura discreta ou "quantizada". Há uma órbita mais "baixa", o estado fundamental, de onde o elétron não passa; mesmo que os prótons estejam atraindo o elétron (cargas opostas se atraem), ele jamais "cairá" no núcleo.

O modelo de Bohr ainda não foi a palavra final. Na verdade, não podemos visualizar o elétron como uma bolinha saltitando de órbita em órbita, dependendo de sua energia. O elétron é uma distribuição de carga, como se tivéssemos posto a partícula em um liquidificador, distribuindo a sopa resultante em torno do núcleo. Mais ainda, mesmo que o estado fundamental seja esférico (uma bola de carga), os estados excitados têm geometrias mais complicadas, com as "nuvens eletrônicas" interagindo entre si, mudando de órbita (e geometria) e revelando um mundo muito dinâmico.

Um exemplo a não ser seguido

"Nós não estamos mais em Kansas, Totó!" Assim anunciou a heroína do clássico filme "O Mágico de Oz" a chegada ao mundo dos sonhos ao seu cachorrinho. Mês passado, o Estado de Kansas, nos EUA, tornou-se notícia por motivos que certamente chocariam até a Dorothy e seus companheiros. O Comitê de Educação do Estado decidiu eliminar de seus exames questões sobre a teoria da evolução de Darwin e o modelo do Big Bang, para desencorajar o ensino dessas teorias nas aulas. A decisão escandalizou a comunidade científica e muitas outras comunidades, que se perguntaram, assombradas, como, no final do século 20, ainda é possível uma cegueira tão absurda com relação aos avanços científicos.

O argumento em que se baseou o Comitê de Educação é uma declaração escandalosa da ignorância dos próprios educadores: como ninguém pode voltar no tempo para observar diretamente como a vida ou o Universo se originaram, qualquer teoria sobre essas origens é, na melhor das hipóteses, especulação. Assim, apenas descobertas científicas baseadas na observação direta de fenômenos podem ser ensinadas nas escolas, com exceção, é claro, da religião, pois ela é baseada na fé, e não em descobertas experimentais. Levada ao extremo, a decisão em Kansas eliminaria do currículo a teoria atômica da matéria (nós não vemos os átomos!) ou mesmo o modelo heliocêntrico do Sistema Solar. Se não podemos voltar até os primórdios que escondem o segredo da vida, os educadores de Kansas nos garantem a volta à Idade Média.

Por trás desse movimento estão os criacionistas, que tentam justificar a Bíblia como um texto descritivo em ciências naturais, ou seja, que aceitam ao pé da letra as descrições bíblicas da origem do Universo e da vida no Gênese. Após tentarem durante anos influenciar o currículo das escolas americanas (especialmente no sul dos EUA, mas não só lá), os criacionistas transformaram sua luta em uma luta política, penetrando aos poucos nas organizações deliberativas do sistema educacional. Para eles, a "vitória" em Kansas é apenas o começo, pois o comitê estadual apenas sugere diretrizes para as comunidades locais e suas escolas, que devem tomar a decisão final sobre seu currículo. O próprio governador de Kansas, chocado e visivelmente envergonhado, quer abrir processo para eliminar o Comitê Educacional do Estado. "Essa é uma solução trágica, terrível e embaraçosa para um problema que jamais existiu", disse ele.

Sem dúvida, o evento em Kansas é mais um capítulo no longo e absurdo conflito entre ciência e religião. Quando a ciência trata de questões que são tradicionalmente da religião, como a origem do Universo e da vida, as pessoas que baseiam sua vida exclusivamente na fé sentem-se ameaçadas, achando que, caso os cientistas obtenham as respostas para esses mistérios sem invocar a existência de Deus, a devoção deixará de fazer sentido. Segundo esse ponto de vista, a ciência é inimiga da religião e, a cada descoberta nova, Deus e seus milagres se tornam um pouco mais implausíveis. A cegueira do que é ciência, de como ela funciona, influencia nossas vidas e interage com a religião tem de acabar. Porque quem recebe os frutos de nossa ignorância são nossas crianças, na sala de aula, em casa ou na Igreja.

A ciência não tem todas as respostas, nem procura tê-las. A ciência é um processo em permanente evolução, em que nenhuma teoria é definitiva. As respostas que propomos só são aceitas pela comunidade científica após longa avaliação. A ciência explica o como, não o por quê. Não sabemos o que é gravidade, mas temos teorias que descrevem como essa força atua. É importante para os educadores apresentar a ciência como um processo, e não como uma verdade absoluta. Por outro lado, é fundamental conhecermos o papel da fé em nossas vidas e qual o ponto além do qual a fé não guia, mas cega.

Energia nuclear no espaço

O uso de energia nuclear para geração de eletricidade me lembra o desgosto do sujeito que comprou uma caríssima garrafa de vinho francês, um Chateau Margaux 1959, que infelizmente passou do ponto. O investimento de emoção e dinheiro, a antecipação dos vários prazeres fornecidos pelo vinho, tudo vai por água abaixo quando é tomado o primeiro gole. Apesar das garantias do vendedor, algo de errado ocorreu durante os 40 anos de manutenção da preciosa garrafa, transformando um rubi líquido no vinagre mais caro do mundo.

Passados 43 anos desde a construção do primeiro reator nuclear na Inglaterra, usinas nucleares pontilham o globo, ao ponto de, em certos países, ela ser o provedor principal de eletricidade. Na França, 80% da energia vem de usinas nucleares. Infelizmente, o uso da energia nuclear tem seu lado negro. Mesmo que o risco de acidentes seja pequeno, basta que um ocorra para gerar efeitos que se espalham rapidamente. O desastre em Chernobil, na Ucrânia, em 1986, provocou pânico em grande parte da Europa. Outro problema é o "lixo nuclear", material altamente radioativo gerado nas usinas. Esse lixo tem de ser tratado e isolado de modo a não oferecer riscos de contaminação do solo ou água.

Devido a protestos de vários grupos preocupados com os riscos da energia nuclear, a tendência mundial do uso de reatores de fissão está gradualmente diminuindo. Uma das exceções é o Brasil, com a nova usina em Angra prestes a funcionar.

As soluções alternativas, com o uso de energia eólica (ventos) e solar, deveriam ser prioridade absoluta dos projetos de pesquisa financiados pelos governos e pela iniciativa privada, inclusive as grandes empresas petroquímicas. Infelizmente, a realidade é muito diferente.

Recentemente, o uso de energia nuclear tem criado outro foco de polêmica: a energia nuclear no espaço. Sem dúvida, viagens interplanetárias, ou aos confins do Sistema Solar (ou mesmo além), necessitam de fontes extremamente eficientes de energia. As tecnologias atuais que usam painéis solares para geração de energia em satélites não são muito eficientes para viagens aos planetas mais distantes, como Saturno e Urano. Missões como a Cassini, que tem o objetivo de chegar a Saturno em 2004, usam geradores termoelétricos radioisotópicos, que produzem eletricidade a partir do decaimento radiativo. Mesmo que esses geradores tenham já sido usados em mais de 20 missões, incluindo a Voyager e a Galileo, os protestos focaram mais na missão Cassini devido as suas maiores dimensões. A espaçonave tem o tamanho de um prédio de dois andares, levando uma quantidade recorde de plutônio, 33 kg. Mais de 1.000 pessoas protestaram em frente aos portões do Cabo Canaveral, na Flórida, quando a missão foi lançada em outubro de 1997. A espaçonave passou perto da Terra em agosto, lançando novos protestos.
Para chegar até Saturno com o mínimo de combustível, Cassini usa os campos gravitacionais da Terra e de Júpiter, que funcionam como uma espécie de catapulta, uma técnica muito comum em vôos interplanetários. O risco aqui é de um acidente ocorrer durante o lançamento da nave ou durante uma passagem perto da Terra, causando a difusão de material altamente radiativo na atmosfera, e aumentando o número de mortes por câncer. Os cálculos de danos prováveis de um acidente são muito imprecisos, pois dependem de detalhes como o local, a altitude, os ventos, a densidade populacional da área do acidente etc. Engenheiros afirmam que o combustível é envolto em cápsulas capazes de resistir a impactos e explosões extremamente violentas. A queda de um satélite na Califórnia em 1968, confirma a confiança dos engenheiros.
Críticos afirmam que não há garantias absolutas e que os riscos não justificam o uso de tecnologia nuclear no espaço; que mais recursos devem ser gastos na criação de tecnologias alternativas. Ignorando o impasse, Cassini segue sua rota em direção aos anéis de Saturno.

O teste da evolução por meio da 'vida digital'

A perpetuação dos seres vivos se dá pela transmissão de informação genética entre gerações. Segundo a teoria da evolução, a seleção natural ocorre devido a mutações espontâneas de certas características da prole em relação aos pais, que podem vir de diversos fatores, como o aumento de um certo tipo de radiação ultravioleta do Sol, entre outros.

Segundo a teoria da evolução, mutações podem facilitar ou piorar as chances de sobrevivência de uma determinada espécie. O exemplo clássico de seleção natural baseada em mutações é o de um certo tipo de mariposas inglesas, que se tiverem coloração semelhante à das árvores, os pássaros predadores terão maiores dificuldades de atacá-las. Se sua coloração for destoante, serão presas fáceis. Uma população de mariposas claras vivendo em florestas de troncos escuros se beneficiará de uma mutação que as escureça.

Esse argumento tem sido criticado por biólogos que encontraram limitações na análise quantitativa de seus colegas sobre os fatores que influenciam a sobrevivência de mariposas de cores diferentes. Eles afirmam que, como a vida é um fenômeno extremamente organizado, mutações, devido à sua incoerência, têm um efeito devastador para a sobrevivência de uma espécie. Se esses críticos estiverem corretos, os fundamentos da teoria da evolução baseada na seleção natural por meio de mutações devem ser reavaliados.

A questão é como testar de forma controlada o papel das mutações nos seres vivos. Entre as várias alternativas que tradicionalmente envolvem pesquisas com plantas, insetos ou mamíferos, uma nova corrente de experimentos vem despertando grande interesse na comunidade científica. A "vida artificial", ou melhor, a simulação da vida em computadores. Diferentes espécies, ou organismos digitais complexos, são criadas a partir de sequências de informações e instruções de como se reproduzir, usando a "energia" ambiental (o alimento), que, no caso, é o tempo alocado para uma determinada espécie na CPU do computador; quanto mais tempo de CPU, mais energia, e portanto, mais sofisticado pode ser o código de instruções processado por um certo "organismo digital".

No jogo virtual da vida, diferentes criaturas digitais competem pela sobrevivência, simulando as interações em um sistema ecológico no mundo real.

Cada criatura é construída por meio de um determinado código de instruções, comparáveis a sequências de DNA em organismos vivos. As diferentes criaturas digitais competem por mais "energia", isto é, tempo de CPU. Mutações aleatórias são incorporadas nas simulações, visando torná-las mais realistas.

Richard Lenski, da Universidade Estadual de Michigan (EUA), e outros, desenvolveram um mundo virtual com duas espécies, uma simples e outra complexa. A espécie simples foi instruída apenas para se reproduzir o mais depressa possível, enquanto a complexa recebia incentivos (mais tempo de CPU) ao concluir tarefas matemáticas.

Lenski mediu a taxa de reprodução dessas espécies ao serem expostas a mutações diversas. A grande vantagem da vida virtual é que as condições podem ser livremente manipuladas e os dados facilmente analisados. Efeitos de mutações variam; eles podem ser cumulativamente piores (epístases sinergética) ou relativamente inertes (epístases antagônica). Os experimentos indicam que as espécies complexas demonstram epístase antagônica, enquanto para as espécies simples, os dois efeitos são contrabalançados. Mesmo que haja ainda uma distância enorme entre as mariposas inglesas e as criaturas digitais, o jogo da vida aponta para uma nova dimensão da ciência, onde biólogos evolucionistas usarão computadores para testar algumas de suas idéias.

Agradeço ao leitor Enézio de Almeida Filho por correspondência relativa ao problema das mutações na seleção natural.

O eclipse toral, visto do mar Negro

No dia 11 de agosto, tive o privilégio de assistir a um dos mais espetaculares fenômenos astronômicos: o eclipse do Sol. A universidade onde trabalho, o Dartmouth College, pediu que eu acompanhasse um grupo de ex-alunos em um cruzeiro ao mar Negro, com o objetivo de observar 2 minutos e 21 segundos de "totalidade", quando a Lua cobre inteiramente o disco solar.

A expectativa era enorme. Afinal, um eclipse total não é coisa que acontece todos os dias, nem mesmo todos os anos. O próximo será em junho de 2001. Mas esse foi o eclipse do fim do milênio; profecias apocalípticas não faltavam, usando o eclipse como sinal de que o fim se aproxima, a trombeta do juízo final.

Ao longo dos milênios, a humanidade celebrou eclipses com um misto de fascínio e terror. As imagens variam de cultura para cultura, mas o tema básico é sempre a possibilidade do Sol desaparecer, em geral devorado por algum animal, como uma serpente ou coiote. A escolha do animal devorador depende muito do local onde é criado o mito. Felizmente, algum ser benigno combate o animal esfomeado, salvando o Sol e, consequentemente, a nós também. A luz retorna, as trevas novamente limitadas a sua presença noturna.

Inicialmente, a Lua vai cobrindo aos poucos o disco solar, ou fotosfera, reduzindo o todo-poderoso Sol a uma figura minguante, um discreto sorriso no céu. A temperatura cai, o céu escurece, tingindo-se de um belíssimo azul-metálico. Nos segundos finais antes da totalidade, o observador mais apurado pode ver a sombra projetada pela Lua, se aproximando a 1.500 km/h.

Dois segundos antes da totalidade, o último vestígio de Sol sobre a Lua cria um efeito conhecido como "anel de diamante". Então, com binóculos, pode-se ver as incríveis proeminências solares, jorros de hidrogênio incandescente, de um vermelho profundo, decorando o círculo de luz que circunda a superfície negra da Lua. E do Sol. Embora seja apenas o início da tarde, Vênus e Mercúrio estão perfeitamente visíveis, como pontos de luz solitários em uma noite sem estrelas no meio do dia. A totalidade da cobertura do Sol pela Lua é alcançada.

Em torno do disco negro, pode-se ver a coroa solar, raios de uma luz etérea propagando-se a distâncias de vários diâmetros solares, partículas e gases ejetados da turbulenta superfície solar a incríveis velocidades.

Antes da existência de espaçonaves, a coroa só podia ser observada durante eclipses totais. Como não somos astronautas, eclipses continuarão a ser o único meio terrestre de ver essa luz decorando os céus. O horizonte é sutilmente iluminado por uma luz de tom coral, como se a aurora decidisse não vir mais do leste, mas simultaneamente de todos os pontos cardeais.

Algumas pessoas fotografam e filmam o evento, outras tentam reproduzi-lo no papel, outras gritam, enquanto outras simplesmente olham em silêncio, absolutamente deslumbradas pelo espetáculo astronômico. Tudo isso se deve a uma coincidência, os diâmetros e distâncias relativos entre a Lua e o Sol sempre comparáveis. Caso contrário, a Lua não cobriria o disco solar totalmente, e apenas eclipses anulares, onde vê-se ainda o disco solar em torno da Lua como um anel, seriam possíveis. E mesmo que eclipses anulares sejam também muito belos, nada se compara a um eclipse total.

Passados 2 minutos e 21 segundos, um novo anel de diamante marca o fim do período de totalidade, mais belo ainda do que o que marcou seu início. Um tremor invade meu corpo, minha mente reduzida a um estado primal, impossível de expressar em palavras. O eclipse revela nossa fragilidade, nossa impotência perante as forças que controlam a dinâmica do cosmos. Um silêncio estranho paira sobre o convés do navio, a consciência de que qualquer descrição seria injusta, qualquer comentário incompleto, a certeza de nossa mortalidade atravessada na garganta.

A dolorosa busca pela verdade

Verdade, mesmo nas ciências exatas, é um conceito que exige muito cuidado. Em princípio, não há uma verdade final, uma teoria "perfeita" do mundo. O que existe são aproximações, algumas mais precisas do que outras, modelos matemáticos que descrevem os fenômenos que observamos na natureza.

Em raras ocasiões, teorias podem até prever a existência de novos fenômenos ou objetos ainda não observados ou descobertos, como se nossa imaginação se antecipasse aos nossos "olhos", criando realidades que depois comprovamos existir.

O ceticismo que marca o trabalho do cientista é ao mesmo tempo fundamental e brutal para preservar a credibilidade da ciência. No seu trabalho, o cientista tem poucas certezas. Uma delas é a do ceticismo com que uma idéia nova será acatada. Isso se ela não for completamente desprezada, claro.

A grande vantagem desse sistema é que se uma idéia for mesmo correta, ela será aceita pela comunidade científica. Anos, ou mesmo décadas, podem se passar antes que isso aconteça, o que muitas vezes pode trazer grande sofrimento e desespero ao seu proponente. Se por um lado temos de acreditar em nossas idéias e saber como defendê-las das críticas de colegas, por outro devemos também saber aceitar quando estamos errados, evitando frustrações ainda mais prolongadas. Essa lição oferecida pela ciência pode ser muito útil também fora dela.

Um dos episódios mais dramáticos na história da física ocorreu com o austríaco Ludwig Boltzmann, um dos arquitetos da mecânica estatística. Trabalhando no final do século 19, Boltzmann defendia a existência de átomos contra críticos como o filósofo Ernst Mach e o químico Friedrich Ostwald, que diziam que átomos não eram reais: eles não acreditavam que a física pudesse descrever o comportamento de objetos que não eram observáveis. O debate atingiu seu clímax durante uma conferência em Lubeck em 1895, conforme relatou Arnold Sommerfeld: "... era uma luta entre um touro (Boltzmann) e seu matador (Ostwald). Mas desta vez o touro conquistou o matador, apesar de toda sua elegância e técnica. Os argumentos de Boltzmann foram bem mais aceitos, com todos os jovens cientistas tomando seu lado."
Mas Boltzmann continuou isolado em sua batalha, o que lhe custou um altíssimo preço emocional. Deprimido e doente, em 1906, um ano antes da comprovação experimental da existência dos átomos, ele se suicidou.

Durante os primeiros dias do rádio, muitos achavam que a frequência modulada (FM), proposta por Edwin H. Armstrong, da Universidade de Columbia nos EUA, seria a solução contra a alternativa, a amplitude modulada (AM), que era muito suscetível à estática causada por distúrbios atmosféricos. Mas em 1922, o matemático John H. Carlson, do Bell Laboratories, publicou um artigo demonstrando que a banda requerida pela FM era maior do que pela AM, e que a distorção do sinal era maior. A maioria dos investigadores abandonaram seus projetos da transmissão em FM.

Isolado, Armstrong continuou a insistir nas vantagens da FM, e, em 1930, provou suas vantagens na luta contra a estática. As estações de rádio, que haviam investido pesadamente nas transmissões em AM, se recusaram a aceitar sua descoberta. Quando finalmente elas aceitaram, o fizeram sem pagar direitos a Armstrong, que gastou anos em lutas judiciais que lhe custaram todo seu dinheiro. Em 1954, exausto e empobrecido, Armstrong tirou sua própria vida.

Raramente as grandes descobertas ou invenções são rapidamente reconhecidas. O cientista, como qualquer outro profissional, comete às vezes erros de julgamento devido a preconceitos ou à aceitação cega de "verdades" ditadas por grandes nomes. Não há um sistema perfeito, pois não somos perfeitos. O que vale é nós enamorarmos de uma idéia, mas nunca cegamente.

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A Guerra Fria e a herança nuclear

Quando os EUA detonaram a primeira bomba atômica no deserto do Novo México, o chefe do Projeto Manhattan, J. Robert Oppenheimer, declarou, sombriamente, que a explosão inaugurou uma nova era para a humanidade. O evento, disse, lembrou-lhe parte de um texto das escrituras sagradas hindus, o Bhagavad Gita, que conta a história de como o deus Vishnu tenta convencer o príncipe-guerreiro Arjuna a concluir suas tarefas. Para impressionar o príncipe, Vishnu assume uma forma monstruosa com vários braços e diz: "Agora sou a Morte, destruidora de mundos".

A proliferação de armas nucleares após a Segunda Guerra Mundial mudou a história do mundo e o papel da ciência na história. Se antes a ciência criar e destruir, a criação e destruição eram sempre locais, de impacto limitado. Mas as armas nucleares inauguraram uma nova era, onde nos tornamos capazes de aniquilar a humanidade como um todo. Se antes a população civil sofria com invasões e saques, bombardeios e incêndios, agora a população do planeta inteiro pode sofrer as consequências de um conflito ou acidente com armas nucleares.

Essa nova realidade redefiniu os últimos 50 anos, com a polarização entre capitalismo e comunismo representando o frágil balanço que define nossa sobrevivência. As bombas de Hiroshima e Nagasaki, horrendas como foram, não se comparam ao poder devastador das bombas de fusão nuclear, ou de hidrogênio. Em um argumento perverso, essa política dizia que apenas através do balanço do poder de destruição entre as potências nucleares poderia ser alcançada uma paz duradoura. Isso me lembra um pouco o que os pais fazem quando compram presentes para suas crianças: para evitar brigas entre irmãos, é sempre melhor comprar dois brinquedos iguais. E assim definimos a sobrevivência de nossa espécie.

Mas com a queda da União Soviética, o balanço nuclear sofreu uma profunda alteração. Hoje, a Rússia está praticamente falida, paralisada por uma séria crise econômica e política, um gigante cego a procura de um novo rumo. Uma das consequências imediatas dessa crise é o abandono do arsenal nuclear e das centrais de controle de materiais usados na construção de armas nucleares. Antes da queda da União Soviética, os cientistas e os técnicos trabalhando no arsenal nuclear eram bem pagos, desfrutando de direitos e privilégios sociais. Hoje, grande parte deles está desempregada, ou recebendo salários que, para nossos padrões, são miseráveis. (Claro, me refiro a profissionais e técnicos com ensino superior.) Pior ainda, vários deles procuram por empregos mais lucrativos em outros países, o que em princípio pode acelerar a construção de armas nucleares em países com intenções nem sempre pacíficas.

Vários incidentes alfandegários envolvendo o contrabando de plutônio, urânio enriquecido ou tecnologia bélica nuclear foram registrados nos últimos anos. Uma nova forma de terrorismo está emergindo, o terrorismo nuclear, onde países com regimes totalitários ou fundamentalistas tentam obter tecnologia nuclear usada na construção de armas capazes de alcançar nações inimigas. A Coréia do Norte e o Irã poderão em breve ter mísseis capazes de atingir alvos a milhares de quilômetros. Juntando-se a possibilidade (muito plausível) de que essas nações possuem um programa nuclear ou de armas bioquímicas, o perigo se torna muito grande. E mesmo sem mísseis, o que aconteceria se um grupo terrorista contaminasse o abastecimento de água de uma grande cidade com lixo nuclear ou bioquímico? Ironicamente, a "vitória" do ocidente na Guerra Fria transformou o "inimigo", temível mas visível, em várias forças invisíveis e, portanto, muito mais difíceis de serem controladas e monitoradas. Essa é a paranóia dos anos 90, herdeira da política de "détente".

Trinta anos do homem na Lua

Eu me lembro como se tudo tivesse acontecido ontem à tarde... Com os olhos grudados na TV, eu e meus primos Daniel e Marcos quase não podíamos acreditar -o homem havia mesmo pousado na Lua. O astronauta Neil Armstrong dando seus passos-pulos e fazendo a declaração inesquecível: "É um pequeno passo para homem, um gigantesco salto para a humanidade".

Nem todos na casa dividiam nossa euforia. A cozinheira dizia que não acreditava, que isso tudo era um truque de "Oliud". Mas nós tínhamos certeza de que os grandes cineastas de "oliud" não seriam tão maldosos; a coisa aconteceu mesmo, despertando os mais variados sonhos nas mentes de milhões de crianças. "Bom, se isso aconteceu agora, imagine só o que irá acontecer lá pelo ano 2000, quando nós tivermos 40 anos", comentei com meus primos.

Passados 30 anos, Marcos virou professor de filosofia no Rio, Daniel virou economista -hoje no setor internacional do Banco Central, como vários leitores devem reconhecer- e eu virei físico. Nossos sonhos e fantasias, típicos de qualquer garoto de classe média, continuam sendo os de milhões de outros garotos e garotas (essa, uma novidade mais recente!) pelo mundo.

O que não sabíamos, quando tínhamos 10 anos, é que as missões Apollo foram produto de uma paranóia americana decorrente da Guerra Fria e do lançamento da pequenina Sputnik pelos russos, em 1957. Os EUA não poderiam perder sua hegemonia tecnológica e o controle do espaço para os comunistas. Entre 1969 e 1972, seis missões tripuladas pousaram na Lua, restaurando a glória da corrida espacial aos americanos. Mas tanto os altos custos monetários quanto os riscos forçaram a Nasa a mudar a estratégia, optando por missões menores e mais baratas, sem seres humanos. Os heróis dos garotos dos anos 80 e 90 foram as câmeras fotográficas e outros aparelhos que trouxeram outros mundos às nossas salas de jantar.

Mas as missões Apollo não foram apenas para propaganda. Fora o feito tecnológico de enviar seres humanos a um mundo distante e trazê-los de volta, as missões colheram amostras que têm sido usadas em estudos que visam compreender a origem do Sistema Solar, de nosso planeta e, claro, da própria Lua.

Até os anos 80, existiam três teorias sobre a origem da Lua: a teoria "irmã", a "filha" e a "captura". Na teoria "irmã", a Lua e a Terra evoluíram de forma semelhante, a partir de matéria que existia durante a formação do Sistema Solar, uma orbitando a outra como irmãs. Na teoria "filha", a Lua foi separada da Terra devido à sua alta velocidade de rotação, deixando uma bacia que hoje é o oceano Pacífico. Na teoria da "captura", a Lua era um asteróide que foi fisgado pelo campo gravitacional da Terra.

As rochas lunares trazidas pelos astronautas contrariam as três teorias. Sua química mostra que a Lua não pode ter sido um asteróide capturado pela Terra, pois sua composição difere da dos asteróides comuns e tem propriedades encontradas em rochas terrestres. Por outro lado, a Lua tem pouco ferro, água, sódio, potássio e outros elementos comuns na Terra, o que contraria a teoria de que é nossa "irmã". A idéia de que a Terra pôde, no passado, girar com velocidade alta o suficiente para fissionar um objeto como a Lua também não foi comprovada.

A teoria aceita atualmente é que a Lua foi resultado de uma colisão entre a Terra e um asteróide do tamanho de Marte. A colisão pulverizou o asteróide e parte da superfície terrestre, criando um anel de detritos orbitando a Terra que aos poucos foi aderindo matéria até formar a Lua. O calor da colisão explica por que a Lua não tem muita água. A mistura de elementos explica as semelhanças e diferenças entre a Lua e a Terra. Os astronautas nos trouxeram uma belíssima ilustração de como, no Universo, destruição e criação andam sempre juntas.

Cosmologia e destino

Desde que o cosmólogo russo Alexander Friedmann propôs, em 1922, que a geometria do Universo não é estática, mas sim dinâmica, o destino do Universo passou a integrar a lista de preocupações dos físicos modernos. Segundo as equações que descrevem sua evolução, tudo depende da quantidade de matéria que há, em média, no Universo. Usando o fato de que matéria e energia podem ser consideradas no mesmo nível dentro da teoria da relatividade, tudo depende da densidade de energia no Universo, ou a quantidade de energia/ matéria por unidade de volume.

Basta saber qual é a densidade de energia no Universo e a comparar à chamada "densidade crítica" para prever seu destino. Caso o Universo tenha uma densidade maior que a densidade crítica, sua expansão se transformará em contração em algum momento do futuro. Caso contrário, a expansão continuará para sempre. Podemos também mostrar que há relação entre o destino do Universo e sua geometria: um universo fechado, como a superfície de uma bola, voltará a se contrair, e um universo aberto, como a superfície de uma mesa, se expandirá. (Claro, o Universo tem três, e não duas dimensões espaciais, como a superfície da bola.)
"Então é só isso?", exclama o leitor. Claro que não. Primeiro, não é nada fácil obter uma medida da densidade média de energia no Universo. As medidas atuais dizem que a densidade de energia do Universo é cerca de 30% da crítica. Nesse caso, o Universo teria um fim gelado.

Quando Einstein propôs o primeiro modelo cosmológico da era moderna, em 1917, usando sua teoria da relatividade, ele supôs que o Universo era estático. Na época, não havia observações conclusivas indicando que o Universo se encontrava em expansão. No entanto, ele observou que um Universo estático e finito era instável, podendo implodir devido a qualquer perturbação. Para remediar esse problema, ele adicionou um novo termo em suas equações, uma espécie de "antigravidade", que gerava uma pressão negativa capaz de equilibrar seu universo. Esse termo é conhecido como "constante cosmológica". Quando, em 1929, Edwin Hubble anunciou a expansão do Universo, Einstein abandonou o termo, chamando-o de seu maior erro.

Mas a constante cosmológica se recusa a desaparecer. Dois grupos de astrônomos americanos causaram verdadeira sensação na comunidade internacional ao anunciar que certos tipos de estrelas que eles observaram de forma metódica, as supernovas do Tipo 1, estão sendo aceleradas mais rapidamente do que o previsto pela cosmologia de Friedmann. A explicação mais popular para isso é a existência de uma constante cosmológica! Mesmo que ainda seja um pouco prematuro concluir que, de fato, o Universo possui uma força de repulsão cósmica, podemos ao menos explorar algumas das consequências da existência dessa força.

Talvez a consequência mais surpreendente da existência de uma constante cosmológica seja a perda da relação entre o destino do Universo e sua geometria. Uma vez que a constante cosmológica é incluída nas equações sobre a evolução do Universo, torna-se possível ter um universo fechado que continuará a se expandir, ou um aberto, que virá a colapsar em um grande Big Crunch, algo que, segundo a cosmologia tradicional, não é possível.

Para piorar as coisas, podemos mostrar que não é possível obter informação sobre o destino do Universo por meio de nenhuma combinação de observações cosmológicas. Isso porque, mesmo que elas mostrem que a constante cosmológica é, na verdade, nula, nada impede que ela seja apenas muito pequena. A esperança de muitos é que uma teoria fundamental da natureza venha a mostrar que a constante cosmológica deve ser absolutamente zero. Mas, até a descoberta dessa teoria (se ela for descoberta), devemos nos render à ignorância de nosso destino.

Ciência e espiritualidade

Nestes tempos "pré-milenares", em que tudo se transforma tão rapidamente, o apetite das pessoas por verdades e certezas mais permanentes vem atingindo níveis jamais vistos ou mesmo previstos. O acesso fácil aos computadores e às telecomunicações criou uma aldeia global, onde a troca de informação entre diferentes culturas e pessoas do mundo é mais fácil e barata do que em qualquer outro período da história humana.

Esse excesso de informação, ao mesmo tempo inspirador e aterrorizador, causa muita confusão e estresse na cabeça das pessoas.

A tecnologia é muitas vezes percebida como uma espécie de monstro, capaz de curas milagrosas e de viagens interplanetárias, mas também de produzir armas que poderiam aniquilar a vida na Terra.

Inevitavelmente, surgem teorias de conspirações clandestinas e o governo (em muitos casos, merecidamente!) perde a sua credibilidade, enquanto uma intolerância generalizada ameaça polarizar ainda mais a sociedade. O resultado é uma sensação de pânico e abandono avidamente explorada por oportunistas que se apresentam como a única alternativa em um "mundo louco".

Com isso, observamos a proliferação de seitas da "Nova Era", de várias superstições (gnomos, anjos, fadas e outras criaturas fantásticas) e de pregadores da "verdade". Observamos também o crescimento do desprezo pela ciência e pelo que ela tem a dizer sobre o mundo.

A ciência é considerada a antítese da espiritualidade, uma atividade fria e manipuladora, dedicada a tirar Deus das pessoas. Ou as pessoas de Deus.

Acredito que essa concepção completamente errônea do que é a ciência e de como ela funciona seja a responsável por sua impopularidade, descontados os fãs, claro. Parte da culpa pertence, sem dúvida, à comunidade científica; historicamente, poucos cientistas dedicaram parte de seu tempo à divulgação, ao público, de suas idéias e descobertas. Essa situação está gradualmente se transformando, mas muito ainda precisa ser feito, especialmente nos meios de comunicação de maior penetração, como a televisão ou o cinema. O que ainda vemos, na maior parte desses veículos, depende do sensacionalismo barato e de distorções da imagem do cientista ou de seu trabalho.

Como, então, podemos reconciliar a ciência com o grande público, fazendo com que sua divulgação não traga, necessariamente, sua distorção? Vários livros de divulgação científica tiveram sucesso por revelar uma conexão entre ciência e espiritualidade, como "O Tao da Física", de Fritjof Capra. A julgar por esses livros, a resposta deve revolver em torno de uma reconciliação entre ciência e espiritualidade. Infelizmente, não creio que o caminho usado por esses autores revele a espiritualidade da ciência de forma correta; não creio que a ciência esteja simplesmente redescobrindo "verdades" descobertas através da meditação ou de uma conexão mística com o mundo, como nas religiões orientais.

A espiritualidade da ciência não é encontrada através de comparações entre suas descobertas e as práticas e ensinamentos de diversas religiões. Ela é encontrada na paixão com que os cientistas devotam toda uma vida na tentativa de desvendar os mistérios do mundo à sua volta. Ela é encontrada no próprio ato criativo, aquele momento de autotranscendência que desafia qualquer explicação racional. Ela é encontrada em sua humanidade e na poesia que revela.

Enquanto a ciência tenta entender o "como", deixando de lado o "porquê", a religião aceita o "porquê" baseada na fé, pouco se preocupando com o "como". Certas questões são exclusivas da ciência, enquanto outras pertencem somente à religião.

O fundamental é saber discernir os limites de ambas, suas diferentes missões e o simples fato de elas serem necessárias para a nossa existência.

Do ponto à loucura

O ponto não existe. Apenas a idéia dele, que, na verdade, é apenas uma das várias abstrações que fazem parte da estrutura conceitual da geometria. Por não ter dimensão, o ponto não ocupa lugar no espaço e, paradoxalmente, é a entidade fundamental da geometria, a área da matemática que estuda as propriedades de objetos no espaço.

Como sabemos, a menor distância entre dois pontos, pelo menos no plano, é um segmento de reta. Mas uma reta, por definição, não tem espessura, pois, se tivesse, ela seria um retângulo bem comprido -um objeto em duas dimensões- e não uma linha. A conclusão é simples: a reta, que não existe por não ter espessura, liga dois pontos que também não existem! Essa conclusão é apenas aparente; ao transformar uma idealização em realidade, somos necessariamente levados a comprometer a "pureza" da idéia.

O grande filósofo grego Platão, que viveu aproximadamente de 428 a.C. a 348 a.C., via o mundo dos sentidos com grande suspeita. Para ele, a representação de um círculo jamais será tão perfeita quando a idéia do círculo que habita a mente. Quando o leitor imagina um círculo, imediatamente um círculo perfeito aparece em algum lugar de sua mente. Já quando o leitor desenha esse círculo, ou seja, quando tenta representar essa idealização concretamente em um pedaço de papel, a perfeição vai embora. Por mais perfeito que seja o desenho, o compasso ou a impressora a laser, o desenho de um círculo jamais será perfeito como a idéia de um círculo. Só há perfeição das figuras geométricas no mundo das idéias.

Platão ilustrou sua filosofia com a "alegoria da caverna". Imagine, disse ele, vários escravos em uma caverna, acorrentados de forma a poder olhar apenas para a parede à sua frente. (A "democracia" grega não só aceitava a escravidão, como excluía os escravos da participação política.) Atrás dos escravos, filósofos da Academia de Platão preparavam uma fogueira e manipulavam objetos, cujas sombras eram projetadas na parede vista pelos escravos. Os filósofos pediam aos escravos para descrever imagens projetadas na parede. (Adaptação livre da idéia de Platão.)

O ponto crucial do argumento é que os objetos, cujas sombras eram projetadas, eram figuras geométricas "perfeitas", como o círculo ou o quadrado. No entanto, tudo o que os escravos viam eram sombras imperfeitas, distorções dos objetos originais. A conclusão de Platão é que o mundo dos sentidos não reproduz a perfeição do mundo das idéias, apenas se aproxima dela.
Ao tentarmos reproduzir, através de construções geométricas e equações matemáticas, a realidade do mundo natural, estaremos sempre no papel dos escravos, conscientes das perfeições abstratas e das imperfeições concretas. Nossa percepção sensorial do mundo será sempre limitada, e nossa representação também. O curioso é que o mundo que "está lá fora" é representado "aqui dentro", ou seja, dentro de nossas mentes. Temos duas realidades coexistindo dentro de nossas mentes: uma realidade abstrata, relacionada com o mundo das idéias, construída de "dentro para fora", e uma realidade concreta, construída de "fora para dentro".

Em uma mente sadia, essas duas realidades coexistem e se complementam, uma inspirando e reforçando a existência da outra. Quando essas duas realidades entram em choque, as fronteiras do que é real e do que é imaginado se confundem. Coisas que pertencem ao mundo das idéias se tornam "reais" e coisas "reais" se transformam em idealizações. Às vezes, esse tipo de efeito é obtido com certas drogas ou em certos tipos de patologias mentais. O que me lembra o personagem do conto "O Alef", de Jorge Luis Borges, que podia vislumbrar todo o Universo, o passado e o futuro, de um ponto em seu sótão. Talvez o enigma do infinito esteja mesmo escondido por trás da aparente simplicidade do ponto.

O que é a vida?

Como podemos definir o que é vida? A primeira frase do livro de bioquímica e biologia molecular de William e Daphne Elliott diz: "Vida é um processo químico envolvendo milhares de reações diferentes de forma organizada, as chamadas reações metabólicas, ou, mais simplesmente, metabolismo". Ou seja, vida é metabolismo. Metabolismo é a transformação de energia e matéria em células, tecidos e órgãos de um ser vivo. Mas máquinas também transformam energia e matéria - por exemplo, energia química armazenada na gasolina em movimento de um carro. Mesmo que a definição bioquímica seja importante, ela tem limitações.

Na verdade, quanto maior nosso conhecimento sobre o mundo natural, mais difícil fica definir o que é vida. Isso parece paradoxal, pois é bastante óbvio, quando nos deparamos com uma pedra ou um mosquito, qual desses é o ser vivo. O problema é que não temos uma divisão clara entre o vivo e o não-vivo. Aparentemente, existe um continuum entre os dois mundos, com os vírus como ponte. Quando estão isolados, os vírus se comportam como outras moléculas orgânicas, sem mostrar sinal de vida. Mas, quando entram em uma célula viva, os vírus mostram as mesmas propriedades da maioria dos seres vivos. E quais são essas propriedades?

Talvez a propriedade mais fundamental dos seres vivos seja sua capacidade de reprodução: seres vivos geram outros seres vivos, enquanto seres inanimados permanecem inanimados. Pedras e máquinas não se reproduzem. Mas a coisa é mais complicada. Dadas determinadas condições, certos cristais também podem se reproduzir. O que falta em nossa definição da propriedade fundamental dos seres vivos é sua íntima relação com mutações genéticas: seres vivos transmitem informação genética à sua prole, mas as cópias não são sempre exatas.

Mutações podem ocorrer, modificando a informação originalmente passada de uma geração a outra. Cristais não sofrem mutações e, pelo menos até o momento, máquinas ainda não se reproduzem criando mutações arbitrárias em sua prole. Portanto, a propriedade fundamental dos seres vivos é a capacidade de sofrer mutações genéticas durante a reprodução.

O interessante aqui é que, na natureza, essas mutações são aleatórias, causadas por modificações ambientais (como um excesso de radiação vinda do Sol ou até de uma explosão de supernova na nossa vizinhança cósmica) ou por motivos ainda desconhecidos. Isto é, elas ocorrem espontaneamente, sem o controle ou ajuda do ser vivo que está se reproduzindo. Mais ainda, como a teoria darwiniana de evolução nos mostrou, a própria sobrevivência da espécie é determinada pela eficiência dessas mutações: se as mariposas pretas em uma floresta de árvores escuras tornarem-se subitamente brancas, elas serão presa fácil para seus predadores, como passarinhos (se você não gosta da idéia de passarinhos como predadores, imagine o que as minhocas acham).

A propriedade que nos ajuda a definir o que é vida é também a responsável pela sua perpetuação ou aniquilamento. Como essas mutações genéticas são aleatórias, os seres vivos não têm controle sobre a sua própria sobrevivência. Se eles não se reproduzirem, sua espécie desaparece; se eles se reproduzirem, podem tanto melhorar as condições de sobrevivência de sua espécie (as mariposas pretas podem voar a velocidades maiores do que suas avós) como piorá-las (elas podem virar mariposas brancas).

Mas há uma exceção à regra: nós, os humanos. Seres vivos inteligentes podem causar modificações ambientais que produzirão novas mutações -o lado negativo- ou redirecionar as mutações ruins e garantir assim sua sobrevivência -o lado bom. Sendo um otimista, eu acredito que o desenvolvimento da pesquisa em engenharia genética abrirá novas portas para a cura de várias mutações e doenças e também para uma maior compreensão do mistério da vida, sua origem e perpetuação.

Estimativas da probabilidade de existência de ETs

Em 1960, o astrônomo americano Francis Drake pediu que seu chefe no Observatório de Radioastronomia, na Virgínia Ocidental, apoiasse seu novo projeto: a busca por sinais de rádio enviados por extraterrestres. O projeto, de baixo custo, foi aprovado, dando origem ao que chamamos de Seti (Busca por Inteligência Extraterrestre, em inglês).

Para apoiar seu argumento original, Drake propôs uma equação que nos dá a idéia do quão rara (ou não!) é a existência de uma inteligência extraterrestre. Conhecida como "equação de Drake", ela calcula o número de seres em nossa galáxia capazes de estabelecer um canal de comunicação com a Terra. Para isso, Drake identifica quais são os fatores necessários para que haja comunicação. Vamos analisá-los um por um. (Devo acrescentar que, até o momento, ainda não recebemos nenhum sinal promissor.)

O primeiro fator (R) é a taxa de formação de novas estrelas na galáxia. Estrelas nascem e morrem. Quanto mais estrelas, maiores as chances de existir vida. Sabemos que existem cerca de 100 bilhões de estrelas na Via Láctea. Sabemos também que a idade aproximada da Via Láctea é de 10 bilhões de anos. Portanto, a taxa média de formação de estrelas é de dez por ano.
Esse fator é multiplicado pela fração de estrelas com planetas (F-p). Mesmo sem saber ao certo, é razoável estimar que todas as estrelas tenham planetas. Afinal, planetas são consequência do nascimento de uma estrela. Portanto, escrevemos F-p=1. E, desses, quantos oferecem condições propícias à vida (F-h)? Sabemos que, para a vida (ao menos como a conhecemos!), precisamos de energia (calor), água e materiais orgânicos. Um planeta com vida não pode estar muito longe nem muito perto de seu sol. Dos 9 planetas em nosso sistema solar, apenas 3 (Vênus, Terra e Marte) são uma opção razoável e, aparentemente, apenas a Terra tem vida. (Algumas luas distantes também são candidatas.) Portanto, estimamos F- h=1/10, 1 planeta a cada 10. Desses, apenas uma fração (F- v) desenvolverá vida, digamos, F- v=1/10. Aqui, estou supondo que o surgimento da vida não é muito raro, dadas as condições ideais. Esse é um tema em aberto, já que não compreendemos ainda o surgimento da vida.

E, desses planetas com vida, quantos podem ter vida inteligente? Se inteligência depender apenas de uma chance, sem dúvida ela deve ser difícil. Mas, segundo a teoria da evolução, a inteligência oferece uma grande vantagem de sobrevivência, sendo, segundo alguns, uma consequência inevitável da vida. Serei um pouco mais reticente e colocarei F-i=1/10: dos planetas com vida, 1 em 10 desenvolve ao menos uma espécie inteligente.

Dos planetas com vida inteligente, quantos têm uma civilização tecnológica (F-t) capaz de enviar sinais de rádio? Outra pergunta difícil. Mas podemos estimar que 1 em 10 se desenvolveu o suficiente para criar essa tecnologia. Portanto, escrevemos F- t=1/10. Finalmente, o tempo de vida dessa civilização também é importante; quanto mais velha a civilização, maior a chance de ela ter enviado ondas de rádio. No nosso caso, somos uma civilização tecnológica jovem, que produz ondas de rádio há menos de cem anos. Estimaremos, de forma pessimista, que a vida média de uma civilização tecnológica (T) seja de mil anos.

Juntando todos os fatores, N=R*F-p*F-h*F-v*F- i*F- t*T, obtemos N=10, ou seja, dez civilizações que tenham desenvolvido a tecnologia necessária para enviar ondas de rádio até nós. Claro, essa estimativa é aleatória, pois nós apenas conhecemos bem um dos termos (R). A equação de Drake pode ser usada tanto a favor como contra a existência de inteligências extraterrestres. Eu voto a favor, pois ficou faltando mais um fator na equação original: o número de galáxias no Universo, em torno de 200 bilhões. E, como a heroína do filme "Contato" argumentou, um Universo com só um planeta com vida inteligente "seria um grande desperdício de espaço".

A medição da idade do Universo

O Universo não pode ser mais jovem do que suas estrelas. Apesar de óbvia, essa afirmação já deu muita dor de cabeça aos astrônomos e cosmólogos. Em 1929, o astrônomo americano Edwin Hubble, estudando a luz proveniente de galáxias em nossa vizinhança, concluiu que estas estavam se afastando de nós com velocidades proporcionais às suas distâncias; quanto mais longe a galáxia, maior sua velocidade de recessão. Bem, raciocinou Hubble, se passarmos o filme ao contrário, já que conhecemos as velocidades com que essas galáxias estão se afastando de nós, podemos estimar quanto tempo se passou desde que elas todas ocupavam um volume bem pequeno. Esse intervalo de tempo nos daria uma estimativa da idade mínima do Universo. Sua estimativa foi de 2 bilhões de anos.
O problema com essa primeira medida é que já se sabia então que a Terra era mais velha do que isso. Como a Terra pode ser mais velha do que o Universo? Boa pergunta. Apenas em 1952, medidas mais precisas das distâncias até as galáxias mostraram que o Universo poderia ter em torno de 10 bilhões de anos, uma idade bem mais respeitável.

Da idade da Terra, passou-se a estudar a idade das estrelas. Para medir a idade de uma estrela, devemos saber como ela funciona. Basicamente, uma estrela normal, como o Sol, é uma fornalha nuclear gigantesca, que converte uma quantidade absurda de hidrogênio em hélio. (O sol converte cerca de 600 milhões de toneladas de hidrogênio em hélio por segundo! Um quilo dessa conversão pode alimentar uma lâmpada de 100 watts por 1 milhão de anos.) Após passos intermediários, quatro átomos de hidrogênio são convertidos em um átomo de hélio, pelo processo de fusão nuclear. E aqui, a teoria da relatividade faz o resto; como energia pode se transformar em matéria e vice-versa (E=mc2), e a massa de um átomo de hélio é menor do que a de quatro átomos de hidrogênio, o excesso de massa é transformado, durante a fusão, em energia. Estrelas são verdadeiros laboratórios alquímicos, capazes de gerar elementos químicos de maior massa a partir de elementos mais leves, algo que ludibriou os alquimistas aqui na Terra durante muitos séculos; não é fácil reproduzir o interior de uma estrela no laboratório. A energia produzida pela estrela fornece a pressão necessária para contrabalancear sua implosão pela gravidade.

O estudo da vida das estrelas (e de sua eventual morte, quando o combustível em sua região central se esgota) usa programas de simulação em computador sofisticados. Os resultados são comparados com observações astronômicas da luminosidade e da temperatura da estrela, que são usadas para determinar sua idade. Medidas atuais colocam a idade das estrelas mais velhas do Universo entre 9 bilhões e 12 bilhões de anos. E as medidas atuais da idade do Universo?

Durante as últimas três décadas, a comunidade astronômica mundial se viu dividida entre dois grupos, com opiniões e resultados diferentes. Basicamente, os dois grupos diferiam em suas estimativas por um fator de dois, que colocava a idade do Universo entre 10 e 20 bilhões de anos. No dia 25 de maio, um grupo de astrônomos, usando o telescópio espacial Hubble, revelou os resultados de observações dos últimos oito anos. A partir de dados colhidos em 800 estrelas de 18 galáxias situadas a distâncias de até 65 milhões de anos-luz, o grupo, liderado pela americana Wendy Freedman, concluiu que a idade do Universo está entre 12 e 13,5 bilhões de anos. Um número que, apesar de bem próximo da idade das estrelas mais velhas, é suficientemente maior para que a controvérsia fique parcialmente resolvida.

A história não termina aqui. Agora, os teóricos estudarão como essas medidas influenciam seus modelos da evolução do Universo, inclusive se ele irá ou não continuar sua expansão indefinidamente. Aparentemente sim. Mas ainda é muito cedo para concluir algo de definitivo com relação ao destino do cosmos.

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O Universo em uma biblioteca infinita

No conto "A Biblioteca de Babel", o grande escritor argentino Jorge Luis Borges constrói uma réplica literária do Universo, criando tanto uma homenagem às descobertas científicas de sua época como um desafio quase que irônico aos cosmólogos modernos. A Biblioteca de Babel é diferente de qualquer outra biblioteca; nela, encontramos todos os livros que já foram escritos e aqueles que ainda vão ser, assim como volumes contendo todas as possíveis combinações de letras nos arranjos mais aleatórios possíveis. Tudo o que já foi pensado, ou que será pensado, e tudo o que não faz sentido pode ser encontrado em algum volume da absurda biblioteca.
O conto levanta questões conceituais que são muito relevantes no estudo da cosmologia. As primeiras frases revelam a intenção de Borges de parodiar a cosmologia: "O Universo (que alguns chamam de biblioteca) é composto de um número indefinido, talvez infinito, de galerias hexagonais". Hexagonais como uma infinita colméia, que retrata a homogeneidade do espaço; todas as galerias são equivalentes, nenhuma sendo mais importante do que a outra. A luz que ilumina a biblioteca é insuficiente, deixando o leitor sempre parcialmente às escuras, como quando vislumbramos o céu noturno e seus mistérios, que nos são revelados em parte. Ou, talvez, a penumbra da biblioteca seja uma alegoria à escuridão que há entre objetos do cosmos.
Como a biblioteca é o Universo, nada pode existir fora dela. Portanto, os leitores, assim como o narrador, são parte da biblioteca. Como podemos compreender algo do qual nós somos parte?

Os bibliotecários tentam em vão decifrar os infinitos significados do seu mundo, condenados a um conhecimento finito. Esse fato pode ser identificado como uma analogia ao conhecimento científico: como a biblioteca contém todos os livros, deve haver um compêndio que resume todos os outros livros. Mas, se esse livro existe, a biblioteca é completa, deve haver um outro livro que descreve todos os livros e mais esse compêndio, e assim por diante, em uma regressão infinita. Portanto, é impossível encontrar um livro que contém todos os outros, pois sua existência necessariamente implica a existência de um outro livro que o inclui. A busca por uma síntese do conhecimento está fadada ao fracasso.

Já que parte da biblioteca é acessível, os bibliotecários "sofrem de perigosas ilusões do quanto é realmente compreensível". Ver uma parte, ou mesmo várias partes, não significa ver o todo, ou poder ver o todo.

Os habitantes da biblioteca enumeram os livros e calculam probabilidades, mas não conseguem se apropriar de seu significado como um todo. Esse mistério estará para sempre fora do alcance. Para Borges, a ciência jamais conseguirá desvendar os mistérios mais profundos da natureza, simplesmente porque somos parte do mistério.

O conto (e também outros, como "O Aleph", que espero comentar em outra ocasião) revela uma profunda preocupação com a representação científica do mundo, não só no questionamento dos limites do conhecimento, como também em um nível mais reducionista; mesmo que todos os livros sejam escritos usando as 23 letras do alfabeto, o conhecimento dessas letras pelos habitantes da biblioteca não revela muito da natureza fundamental de seu Universo.

Será que Borges está criticando a busca pelos tijolos elementares da matéria da física de partículas? Essas partículas são o "alfabeto" com o qual toda a "escrita" do mundo natural é feita. Será que essa busca é necessariamente fadada ao fracasso? A resposta depende da ambição de cada um. Para os que querem descobrir tudo com a ciência, talvez as alegorias de Borges sejam mais do que só alegorias. Eu me contento em circular por regiões parcialmente iluminadas da biblioteca, encontrando, aqui e ali, mais um volume que me revele uma pequena parte do grande e impossível mistério.

O alquimista e o físico nuclear

O grande sonho dos alquimistas -manipular substâncias químicas de forma a transformá-las em remédios ou em ouro- é uma das heranças intelectuais mais importantes da era pré-científica. Do mesmo modo que a astronomia deve muito à astrologia, a química e a física moderna devem à alquimia e a seus misteriosos praticantes.

Envolta em um véu místico, combinando técnicas científicas com rituais mágicos, a alquimia foi muito mais do que uma prática materialista, dedicada a fabricar ouro a partir de elementos mais comuns, como o chumbo. Sem dúvida, esse lado material existia e era importante para a sobrevivência da pesquisa, de forma semelhante ao que acontece hoje em alguns ramos da ciência; vários alquimistas eram financiados por membros da corte com intenções puramente materiais. Em muitos casos, o fracasso era punido com a morte, algo que os governos e indústrias atuais ainda não fazem com seus cientistas. A condenação pelas agências modernas é um corte de bolsa, que não deixa de ser, ao menos simbolicamente, uma condenação à morte. A ciência precisa de fundos.

O trabalho do alquimista transcendia a busca por metais preciosos; o essencial era sua entrega ao processo de descoberta, às práticas ritualísticas em seu laboratório, que funcionavam como uma ponte entre o mundo material e o Universo como um todo. A repetição precisa dos vários procedimentos, as medições, misturas e experiências, transportavam o alquimista a uma nova realidade, onde seu ser se unia ao cosmos, num verdadeiro amálgama da realidade material com a realidade espiritual, o clímax de sua visão holística do Universo. A famosa "pedra filosofal", o misterioso elemento capaz de transformar chumbo em ouro, era na verdade símbolo dessa procura, dessa emancipação espiritual.

A sedução das idéias alquímicas era tão grande (para muitos ainda o é) que o próprio Newton, conhecido como o arquétipo perfeito da razão fria e matematicamente precisa do cientista, cujo tratado de 1687, "Princípios Matemáticos da Filosofia Natural", lançou as bases do estudo da mecânica e da gravitação, dedicou mais tempo às suas pesquisas alquímicas do que às puramente científicas. Na verdade, para Newton essa distinção não era tão clara. Mesmo que ele tenha sido cuidadoso ao separar seus escritos, usando uma linguagem adequada a cada um, sua obra, tomada como um todo, é interpretada por muitos como fruto de sua visão orgânica do Universo. As leis da física complementam princípios místicos, derivados de uma combinação de sua prática alquímica com sua visão religiosa de um Deus todo-poderoso que não só criou o Universo, como também atua constantemente para garantir seu funcionamento.

Aos alquimistas faltava uma das descobertas básicas da física moderna: que elementos químicos podem combinar-se entre si, formando moléculas, mas não se transformar uns nos outros a partir de reações químicas; chumbo não irá virar ouro em uma reação química. Transmutação dos elementos, ou seja, a transformação de um elemento químico em outro, se dá apenas em reações nucleares, que envolvem energias muito maiores do que as de reações químicas típicas. Não é à toa que os alquimistas medievais (ou suas encarnações mais modernas) falharam na busca pela pedra filosofal; ela se esconde dentro do núcleo atômico, consistindo na combinação de duas forças fundamentais da natureza, as forças nucleares forte e fraca. A física nuclear é herdeira da alquimia.

Uma vez que a estrutura do átomo foi compreendida no início do século, ficou claro como é possível transmutar elementos; basta mudar o número de prótons em seus núcleos em reações nucleares. Infelizmente, fica meio caro transmutar chumbo em ouro; os físicos nucleares que tentarem tal feito terão, sem dúvida, suas bolsas cortadas pelas agências financiadoras.

Há 80 anos, Einstein brilhava no eclipse de Sobral

Em ciência, boas idéias não bastam; é preciso confirmá-las por meio de observações precisas. A natureza nem sempre se comporta conforme nosso intelecto deseja. Ao propor uma nova teoria, o cientista tem de estar preparado para o ceticismo de seus colegas. É justamente esse ceticismo e o processo de averiguação de novas idéias que legitima a ciência e suas conquistas.
Poucos cientistas foram tão ousados intelectualmente quanto Einstein. No início do século 20, ele escreveu vários artigos que revolucionaram nossa concepção do espaço, do tempo e da gravidade -na teoria da relatividade (TR)-, da luz e suas propriedades e do comportamento da matéria ao nível atômico. Curiosamente, seu Prêmio Nobel de 1921 foi dado por suas idéias sobre as propriedades da luz e não sobre a TR. Certas idéias demoram para ser aceitas.

A TR tem duas partes, as chamadas teorias especial e geral. A teoria da relatividade especial (TRE), proposta em 1905, discute como observadores em movimento relativo com velocidade constante podem comparar os resultados de suas medidas físicas. A restrição a movimentos com velocidade constante incomodava Einstein. Afinal, a maioria dos movimentos na natureza são acelerados. Em 1907, ele teve uma inspiração que abriu as portas para sua nova teoria; é possível imitar os efeitos da gravitação com movimentos acelerados. Por exemplo, quando um elevador sobe -um movimento acelerado-, você se sente mais "pesado". O mesmo efeito poderia ser obtido se fosse possível aumentar a massa da Terra (ou diminuir seu raio), aumentando seu campo gravitacional.

Até então, a teoria da gravitação aceita era aquela proposta em 1687 por Newton. Em 1907, Einstein esboça suas idéias sobre uma teoria da relatividade geral (TRG) e sua relação com a gravitação, mas ainda sem muitos detalhes. Ele propõe que a gravitação poderia desviar raios de luz de suas trajetórias retilíneas, algo que já se especulava desde o início do século 19. Em 1911, ele retoma o projeto, mostrando como o desvio poderia ocorrer mesmo na teoria de Newton, após certas modificações. Como teste desse possível efeito, Einstein sugere medir a posição de estrelas "atrás" do Sol durante um eclipse total (para ofuscar sua luz) e após o eclipse, quando o Sol ocupa outra posição. Caso a gravidade afetasse a luz, as posições das estrelas seriam deslocadas durante o eclipse, pois sua luz passaria perto do Sol.

A primeira tentativa de observação desse efeito deu-se em Minas Gerais, em 1912, por astrônomos ingleses, franceses e brasileiros. A equipe brasileira era chefiada por Henrique Morize, diretor do Observatório Nacional. Infelizmente, as chuvas impediram a observação do eclipse. Outras tentativas em 1914 foram interrompidas pela 1ª Guerra Mundial, inclusive com a prisão da equipe alemã, na Criméia, pelo exército russo.

Einstein refinou sua teoria, mostrando, em 1915, que a gravitação pode ser interpretada como uma curvatura na geometria do espaço. Essa teoria previa um desvio da luz pela gravidade duas vezes maior que na teoria newtoniana. Toda a atenção é então dedicada ao eclipse total de 29 de maio de 1919, no Brasil e parte do Atlântico Sul. Esta coluna festeja o 80º aniversário dessa data.

Duas equipes mediram o desvio da luz durante o eclipse de 1919; uma na ilha de Príncipe, no oeste da África, e outra em Sobral, no Ceará. As medidas em Príncipe, dirigidas pelo astrofísico britânico Arthur Eddington, sofreram com o mau tempo. Já as de Sobral, dirigidas pelo astrônomo britânico Charles Davidson, foram um sucesso.

Após a análise dos resultados, ficou claro que as idéias de Einstein estavam corretas. A luz é mesmo desviada pela gravidade do Sol por um fator calculável por meio da TRG. A consagração de Einstein, como um dos grandes cientistas de todos os tempos, deve muito ao belo céu cearense.

Um futuro movido a hidrogênio

Quais serão nossas fontes de energia no futuro? A história da civilização pode ser contada como a busca por combustíveis capazes de gerar a energia necessária para nos aquecer no inverno, cozinhar alimentos e, mais recentemente, alimentar nossa gigantesca máquina tecnológica.
O padrão básico é a adoção contínua de combustíveis capazes de gerar cada vez mais energia com um custo decrescente de extração.

Após a queima de muita madeira e de carvão vegetal e mineral (que, como sabemos, ainda ocorre), nós entramos na era dos derivados do petróleo e do gás natural, todos esses combustíveis fósseis. Esses combustíveis são encontrados em depósitos subterrâneos, formados durante milhões de anos, a partir de restos animais e vegetais. Cobertos por camadas de minerais, esses depósitos são submetidos a pressões crescentes, liberando água e substâncias voláteis, enquanto o hidrogênio fixa-se ao carbono, formando hidrocarbonos, e assim por diante. O problema é que essas fontes não só são altamente poluentes como também não-renováveis; o petróleo e o gás natural vão acabar (em algumas décadas) e novas alternativas devem ser criadas.

A energia nuclear, uma grande promessa para o futuro devido a sua eficiência, torna-se cada vez mais inviável devido aos possíveis riscos com reatores, como o acidente que ocorreu em Chernobil, Ucrânia, em 1986, quando um dos quatro reatores explodiu, matando 31 pessoas imediatamente, hospitalizando outras 500 e causando a evacuação de uma área de 30 km de raio em torno da usina. A contaminação desse único acidente foi tal que países do norte europeu tiveram de proteger suas reservas alimentares e a incidência de certos tipos de câncer na região é, ainda hoje, quatro vezes maior que no resto da Ucrânia. Fora o risco de acidentes, outro problema é a disposição do lixo radioativo, produzido nos reatores.

Sem dúvida, precauções podem ser tomadas para que o uso da energia nuclear seja seguro; em 1993, 430 usinas nucleares estavam em operação em 27 países, produzindo 17% da energia mundial, números que, sem dúvida, são maiores hoje. Mas há o risco de acidentes, e a quantidade de minerais radiativos usados na produção de energia por fissão (quebra de núcleos atômicos pesados em núcleos mais leves), como o urânio 235 ou o plutônio 239, é também limitada.

Uma outra alternativa, a fusão nuclear, em que núcleos leves (como isótopos de hidrogênio) são fundidos em núcleos mais pesados (como o hélio), liberando uma quantidade fenomenal de energia, não foi ainda tornada economicamente viável; a quantidade de energia gerada é muito menor do que a energia usada para promover a fusão nuclear. É uma pena, pois o combustível, o hidrogênio, é o elemento mais abundante no Universo. A propósito, as estrelas geram sua energia pela fusão nuclear. Basicamente, reatores de fusão na Terra devem reproduzir as condições de temperatura e pressão no interior de uma estrela, um feito tecnológico nada trivial.
Outras possibilidades incluem o uso do álcool, como no programa desenvolvido no Brasil, a energia eólia ou as marés. Mas a fonte de energia mais promissora vem do hidrogênio em forma de gás. Seu uso não seria como em motores a explosão, mas sim na alimentação para mover carros, fábricas etc. Um carro movido a hidrogênio - batizado de "hipercarro" pelo americano Amory Lovins, um proponente do hidrogênio como combustível - produz apenas vapor d'água como "poluição" e não faz barulho.

O hidrogênio seria produzido em refinarias -sem a poluição usual- ou no porão de sua casa, a partir de água, ou metano (CH4). A energia necessária para a produção local de hidrogênio viria de células solares em seu telhado ou na vizinhança. As possibilidades e os ganhos são imensos; não só para o futuro da nossa civilização, mas para o de nosso pobre e finito planeta.

Universos múltiplos e chances de formação de vida

A idéia de que o Universo surgiu há 15 bilhões de anos, de uma "singularidade" no espaço e no tempo conhecida como Big Bang, é algo que inquieta não só muitos físicos como também muitos ateus. Afinal, essa misteriosa criação é parecida com o mito judaico-cristão que encontramos no livro do Gênesis, no Antigo Testamento: uma explosão inicial, muita luz etc.

Sem dúvida, existem elementos semelhantes entre essa visão científica da criação e a visão judaico-cristã. Mas as diferenças são mais importantes do que as semelhanças, embora elas não sejam divulgadas com a mesma verve. Para começar, o mito da criação visa estabelecer uma narrativa que define a hierarquia moral necessária na estruturação da religião. Portanto, aprendemos que há um Deus que cria o mundo ex nihilo, a partir do nada, e que a criação envolve a separação de opostos, como luz e trevas. O mito cria uma ponte entre o nosso mundo e a divindade, por uma história possível de entender.

Já a narrativa científica é diferente. Ela não é baseada em uma hierarquia de poder e deve ser acessível a qualquer pessoa versada em suas técnicas, independentemente de sua fé pessoal. Portanto, uma descrição científica sobre a origem do Universo deve ser analisada apenas pelas lentes da ciência e não da religião do cientista ou do público interessado. A linguagem científica atravessa barreiras religiosas, políticas ou sociais.

Mas e o Big Bang? A maioria das popularizações desse modelo cosmológico começa já com um erro fundamental, que acaba por confundir as pessoas. O modelo do Big Bang não tem nada a dizer sobre o momento "inicial"; sua formulação original, baseada na física clássica, deixa de fazer sentido ao nos aproximarmos do t=0, quando temperatura, pressão e densidade da matéria atingem valores absurdamente altos. A tal "singularidade inicial" ocorre quando insistimos em aplicar as leis da física clássica a situações que requerem outro tipo de tratamento, baseado na física quântica, que estuda o mundo atômico e subatômico; o Universo passa a funcionar com outras leis.

Segundo a física quântica, o vazio não existe; sempre haverá pequenas flutuações de energia aqui e ali no espaço, mesmo que, em média, a energia seja zero. Usando a relação E=mc2, essas flutuações de energia dão origem a partículas de matéria que, após uma efêmera existência, voltam a fazer parte do nada de onde vieram. Essa idéia de flutuação de energia pode ser adaptada a todo o Universo; de um nada inicial, em que a energia em média é zero, pequenas flutuações criam inúmeros universos, como bolhas em um caldeirão mágico, que ferve sem fogo. Dessas flutuações, muitas desaparecem imediatamente, outras após algum tempo e outras poucas crescem, tornando-se universos onde a vida pode se desenvolver.

Aplicando a física quântica à cosmologia, transformamos a criação em um processo estatístico, onde um universo como o nosso é apenas um entre "zilhões" de outros possíveis. Um vencedor de uma loteria diria que, sem dúvida, venceu com a ajuda de Deus; já um perdedor diria que as chances são mesmo tão pequenas que é praticamente impossível vencer. Nós vivemos no Universo premiado...

Será que somos mesmo especiais, uma aberração estatística? Sim e não; caso a gravidade fosse um pouco mais forte, o Universo colapsaria sobre si próprio; se muito fraca, ele expandiria tão rapidamente que estruturas complexas, como galáxias, não existiriam. Mas nós estamos aqui, em um Universo capaz de gerar vida, nos perguntando essas coisas. Somos únicos? De acordo com a visão quântica da criação, outras criaturas nesse ou em múltiplos outros universos "premiados" se perguntam a mesma coisa. O mistério passa a ser menos o momento da criação e sim o cálculo da probabilidade de um universo como o nosso ter surgido de uma flutuação energética a partir do nada.