O grande filósofo grego Aristóteles, que viveu em torno de 350 a.C., dividia o cosmo em duas regiões: acima e abaixo da Lua. A Terra, para ele, era o centro do Universo, que podia ser visto como uma série de esferas concêntricas, como uma cebola cósmica. Cada camada definia a órbita de um objeto celeste diferente, primeiro a Lua, depois Mercúrio e Vênus, o Sol, Marte, Júpiter, Saturno e, por último, a esfera das estrelas.
Aristóteles postulou que haveria uma diferença fundamental entre as duas regiões: transformações materiais, como as que observamos na Terra, só seriam possíveis da Lua para baixo. Toda matéria que se transforma seria composta de um dos quatro elementos básicos: terra, ar, fogo e água. Da Lua para cima, as transformações não existiriam. Todos os objetos celestes seriam compostos de um tipo de matéria especial, o éter, ou quinta essência, que seria eterna.
Mais ainda, o próprio espaço entre os corpos celestes seria cheio dessa substância etérea: para Aristóteles, o espaço vazio era uma aberração, "horror vacui".A história do vazio daria (e já deu) assunto para um livro inteiro. A possibilidade de o Nada existir, o espaço destituído de matéria, foi discutida com igual ardor pelos seus defensores e pelos seus críticos. Por exemplo, enquanto o filósofo francês René Descartes era defensor de algo como o éter, Newton era seu grande crítico, chegando a demonstrar que, se a quinta essência -ou quintessência- existisse, as órbitas planetárias seriam instáveis, e os planetas acabariam espiralando de encontro ao Sol.
Durante o século 20, o éter caiu em desuso, basicamente devido à falta de motivação: Einstein mostrou que as ondas eletromagnéticas (a luz sendo uma delas) se propagam no vazio, sem a necessidade de um meio material -as ondas de som precisam de ar. Mas, na cosmologia, encarnações do éter volta e meia reaparecem, em geral em épocas de crise, quando as observações vão contra às previsões teóricas.
O próprio Einstein reinventou algo como o éter em 1917, a constante cosmológica, que age como uma espécie de gravidade repulsiva -ele precisava de um efeito repulsivo para balancear o seu modelo estático do cosmo. Sem ela, a matéria que permeia o espaço causaria a sua própria implosão. Com a descoberta da expansão do Universo em 1929, a constante cosmológica foi abandonada.
Se bem que ela voltou logo depois, para explicar por que o Universo aparentemente é mais jovem do que a Terra. (O leitor pode ficar descansado, que essa questão não representa mais um problema para a cosmologia, mesmo sem a constante cosmológica.)Em 1998, dois grupos de astrônomos fizeram uma descoberta impressionante: supernovas -a explosão que marca o final da vida de estrelas bem mais maciças do que o Sol- distantes estão se afastando mais lentamente do que objetos mais próximos do Sol. Como a luz de uma estrela demora muito tempo para chegar até nós, olharmos uma estrela distante é olharmos para o passado do cosmo.
A conclusão é que o Universo está acelerando no presente e não estava no passado. E o que pode causar tal aceleração? Algo que crie uma repulsão cósmica, como uma constante cosmológica ou, numa solução mais elegante do problema, um tipo de matéria etérea que preencha o Universo, a quintessência. Isso é o que o meu colega de Dartmouth, Robert Caldwell, juntamente com Rahul Dave e Paul Steinhardt, da Universidade de Princeton, propôs em 1998.
A quintessência retorna, com a benção da cosmologia moderna e ainda por cima fundamentada em observações que, se ainda não são conclusivas, são ao menos fortemente sugestivas.A (possível) descoberta da recente aceleração do Universo leva a uma pergunta óbvia: por que agora? Afinal, o Universo tem mais de 14 bilhões de anos, e a quintessência poderia ter causado sua aceleração a qualquer momento. Mas, se o tivesse feito, nós não estaríamos aqui.
Um Universo que acelerou desde cedo não poderia formar galáxias, estrelas e, portanto, vida. Será que existe alguma relação entre a existência de vida e o valor da quintessência? Acho que não diretamente. É bem mais razoável supor que uma teoria mais completa venha a determinar a época em que o Universo passou a acelerar. Ou, quem sabe, que a aceleração não exista, e a quintessência possa ser, novamente, aposentada.
domingo, 28 de janeiro de 2001
domingo, 21 de janeiro de 2001
Cuidando da nossa casa
Semana passada, recebi um resumo das notícias mais importantes no mundo científico durante o ano 2000, publicado pela revista americana "Science News". Na área de ciências da terra, 11 das 18 manchetes eram sobre aspectos diversos da poluição do planeta. E as notícias não eram nada boas. O debate entre o meio científico e o meio industrial sobre o impacto da poluição no clima terrestre continua. Não existe uma ciência completamente apolítica ou desinteressada economicamente. Mas acho no mínimo suspeito quando um engenheiro da gigantesca indústria petroquímica norte-americana Mobil ou da marinha norte-americana (um dos maiores poluentes do mundo) critica os dados de simulações climáticas feitas por vários grupos do mundo inteiro que apontam para sérios perigos futuros, caso os atuais níveis de poluição continuem como estão. Outro exemplo, não diretamente ligado à poluição externa, mas à interna, do nosso corpo, quando bioquímicos da fábrica de cigarros Philip Morris afirmam que os vínculos do cigarro com o câncer são inconclusivos ou que cigarros não são impregnados com substâncias que causam o vício.
Eis uma pequena amostra das últimas notícias no setor climático: a temperatura do oceano Pacífico oscilou de um extremo ao outro nos últimos dois anos, com consequências climáticas que podem durar mais de uma década. A superpopulação do planeta causou emissão de clorofluorocarbonetos -agentes que destroem o ozônio estratosférico- maior do que a atividade vulcânica.
Novos gases extremamente eficientes no bloqueio do fluxo de calor através da atmosfera -causadores do efeito estufa- foram descobertos. A agência espacial norte-americana, Nasa, mostrou que o degelo da costa da Groenlândia aumentou assustadoramente nos últimos anos, contribuindo para o aumento do nível dos oceanos. A quebra de parte da plataforma de gelo da Antártida criou um iceberg maior que o Estado de Connecticut (EUA), que viajou em direção ao Chile. Falando em Chile, foi lá que, pela primeira vez, uma região povoada ficou exposta ao buraco no ozônio.
O ano 2000 foi um dos 6 anos mais quentes nos últimos 120. Ele também esteve entre os dez mais chuvosos nesse período. A cidade de Barrow, no Alasca, acusou sua primeira tempestade elétrica. Mais de um quarto das construções situadas até 200 metros da costa norte-americana serão perdidas até o ano 2060. Apesar de desconhecer os dados para o Brasil, não imagino que eles sejam muito melhores do que os dos EUA.
Acho que é ingenuidade, e uma ingenuidade extremamente perigosa, afirmar que todos esses fatos são meras flutuações climáticas, perfeitamente razoáveis estatisticamente. Sem dúvida, a Terra passou por vários períodos em que sua temperatura média aumentou claramente. Uma perfuração com 600 metros de profundidade da camada de gelo da Groenlândia mostrou três períodos de alta acumulação de sedimentos, há 0,9 milhão, 1,9 milhão e 2,8 milhões de anos, causados por um aumento do nível do mar. Mas acredito que o aumento da temperatura e da precipitação na última década não foi causado por vulcões, oscilações solares ou chuvas de meteoros, para citar alguns agentes naturais de mudança. Esse desequilíbrio climático é produto de nossas próprias mãos.
Os esforços dos governos mundiais, como no Protocolo de Kyoto (1997) ou na Conferência do Rio (1992), não são suficientes, muito pela própria postura dos EUA, que se negam a restringir seriamente suas emissões de dióxido de carbono, entre outras. Agora, com um novo presidente conservador que vem do Texas, o império das companhias de petróleo, e sem o menor comprometimento político com o controle da poluição, não vejo como a coisa possa melhorar.
No entanto, existe algo que cada um de nós pode fazer, que é controlar localmente os vários abusos em nossa vida diária. Quando alguém queima lixo contendo plástico, cria mais toxinas do que um incinerador urbano de grande porte. O Brasil está atrasadíssimo na reciclagem de lixo. O desperdício de energia elétrica é enorme. O mesmo com os ônibus e caminhões com motores ligados, mesmo parados. Tenho certeza de que o leitor pode citar vários outros exemplos. O planeta é finito. E muito mais frágil do que pensamos. É bom não esquecer que nossas vidas são mais frágeis ainda.
Eis uma pequena amostra das últimas notícias no setor climático: a temperatura do oceano Pacífico oscilou de um extremo ao outro nos últimos dois anos, com consequências climáticas que podem durar mais de uma década. A superpopulação do planeta causou emissão de clorofluorocarbonetos -agentes que destroem o ozônio estratosférico- maior do que a atividade vulcânica.
Novos gases extremamente eficientes no bloqueio do fluxo de calor através da atmosfera -causadores do efeito estufa- foram descobertos. A agência espacial norte-americana, Nasa, mostrou que o degelo da costa da Groenlândia aumentou assustadoramente nos últimos anos, contribuindo para o aumento do nível dos oceanos. A quebra de parte da plataforma de gelo da Antártida criou um iceberg maior que o Estado de Connecticut (EUA), que viajou em direção ao Chile. Falando em Chile, foi lá que, pela primeira vez, uma região povoada ficou exposta ao buraco no ozônio.
O ano 2000 foi um dos 6 anos mais quentes nos últimos 120. Ele também esteve entre os dez mais chuvosos nesse período. A cidade de Barrow, no Alasca, acusou sua primeira tempestade elétrica. Mais de um quarto das construções situadas até 200 metros da costa norte-americana serão perdidas até o ano 2060. Apesar de desconhecer os dados para o Brasil, não imagino que eles sejam muito melhores do que os dos EUA.
Acho que é ingenuidade, e uma ingenuidade extremamente perigosa, afirmar que todos esses fatos são meras flutuações climáticas, perfeitamente razoáveis estatisticamente. Sem dúvida, a Terra passou por vários períodos em que sua temperatura média aumentou claramente. Uma perfuração com 600 metros de profundidade da camada de gelo da Groenlândia mostrou três períodos de alta acumulação de sedimentos, há 0,9 milhão, 1,9 milhão e 2,8 milhões de anos, causados por um aumento do nível do mar. Mas acredito que o aumento da temperatura e da precipitação na última década não foi causado por vulcões, oscilações solares ou chuvas de meteoros, para citar alguns agentes naturais de mudança. Esse desequilíbrio climático é produto de nossas próprias mãos.
Os esforços dos governos mundiais, como no Protocolo de Kyoto (1997) ou na Conferência do Rio (1992), não são suficientes, muito pela própria postura dos EUA, que se negam a restringir seriamente suas emissões de dióxido de carbono, entre outras. Agora, com um novo presidente conservador que vem do Texas, o império das companhias de petróleo, e sem o menor comprometimento político com o controle da poluição, não vejo como a coisa possa melhorar.
No entanto, existe algo que cada um de nós pode fazer, que é controlar localmente os vários abusos em nossa vida diária. Quando alguém queima lixo contendo plástico, cria mais toxinas do que um incinerador urbano de grande porte. O Brasil está atrasadíssimo na reciclagem de lixo. O desperdício de energia elétrica é enorme. O mesmo com os ônibus e caminhões com motores ligados, mesmo parados. Tenho certeza de que o leitor pode citar vários outros exemplos. O planeta é finito. E muito mais frágil do que pensamos. É bom não esquecer que nossas vidas são mais frágeis ainda.
domingo, 14 de janeiro de 2001
Representações do infinito
Nicolau de Cusa (c. 1401-1464), bispo de Bressanone, Itália, acreditava que apenas aqueles que são verdadeiros sábios aceitam a impossibilidade de nossa mente finita compreender a natureza infinita de Deus, onde todos os opostos se encontram. Para Cusa, o Universo não poderia ter um centro geométrico, pois esse ponto teria de ser necessariamente perfeito, e só em Deus essa perfeição é encontrada.
E, como Deus está em todos os pontos ao mesmo tempo, o universo de Cusa é centrado na infinitude de Deus e circundado por ela. Para a teologia cristã do final da Idade Média e do início do Renascimento, a possibilidade de um infinito espacial e, portanto, concreto era assustador, pois removia a onipresença e onipotência de Deus. "Apenas em Deus encontramos infinita igualdade", escreveu Cusa.
A representação geométrica de Deus na teologia de Cusa pode ser interpretada como uma imagem metafórica do infinito. Nisso, Cusa não está sozinho. O conceito do infinito é uma dessas coisas que é muito mais fácil compreender do que explicar. Santo Agostinho dizia a mesma coisa sobre o tempo. "Se você me perguntar o que é o tempo, eu sei. Mas, se você me pedir para explicar o que é o tempo, permanecerei calado."Matematicamente, o primeiro a vislumbrar a idéia de infinito foi o grande filósofo e cientista grego Arquimedes.
Arquimedes encontrou o infinito nos números, ou, mais precisamente, na sequência dos números inteiros, que ele compreendeu não terminar jamais. É sempre possível imaginar um número maior do que o precedente.A idéia de infinito reaparece no cálculo diferencial e integral, encarnada no conceito de limite. Aqui pode ser o infinitamente pequeno, por exemplo, ao dividirmos uma linha reta em segmentos cada vez menores até que seu comprimento vá a zero.
Na geometria encontramos o infinitamente grande, por exemplo, ao imaginarmos uma linha reta que se estende ao infinito. Ou ao supormos, como Euclides, que duas linhas paralelas se encontram no infinito. Já um ponto é infinitamente pequeno. Ele existe apenas em nossas mentes. A matemática abstrai o conceito de infinito de modo a torná-lo uma quantidade capaz de ser manipulada nas mais diversas operações.
Musicalmente, o conceito de infinito pode ser encontrado, por exemplo, nas belíssimas fugas de Bach, com notas seguindo notas de forma a gerar uma sensação de verticalidade sonora, a música do homem ascendendo ao firmamento divino. A mesma verticalidade é encontrada na arquitetura das catedrais góticas ou na pintura de El Greco, com suas imagens esticadas de Cristo, novamente ligando o mundo dos homens ao céu de Deus.
Aliás, essa também é a interpretação da primeira letra do alfabeto hebreu, o aleph, que tem uma perna plantada no chão e outra apontando para o céu.Não é uma coincidência que o grande escritor argentino Jorge Luis Borges tenha usado o aleph como inspiração de um de seus contos mais famosos. Nele, um homem descobriu em seu porão o aleph, o ponto de onde todos os pontos no espaço e no tempo são visíveis simultaneamente, uma condensação do infinito espacial e temporal em um ponto geométrico, o Deus de Cusa.
"Naquele momento, vislumbrei milhões de atos belíssimos e horrendos, e nenhum me impressionou mais do que o fato de todos ocuparem o mesmo ponto infinito."Nas representações do infinito, encontramos uma belíssima complementaridade entre arte e ciência.Vários exemplos de representação gráfica do infinito aparecem na obra de M. C. Escher, um verdadeiro mestre do absurdo, que, com suas representações de formas geométricas encurvadas repetidas em sequência, mas em proporções cada vez menores (ou maiores, dependendo do ponto de vista), reproduz em papel uma imagem do infinito extremamente convincente e inspiradora.
São poucos os matemáticos que conheço que não são fãs de Escher e que não decoram os escritórios com seus pôsteres.Não poderia terminar sem mencionar a cosmologia. Hoje acreditamos viver em um Universo infinito, mesmo que nossa percepção desse infinito seja limitada pelo horizonte causal: a distância viajada pela luz desde o instante inicial, que ocorreu em torno de 15 bilhões de anos atrás. O infinito, mesmo que ele exista fisicamente, só pode ser representado através de nossa imaginação.
E, como Deus está em todos os pontos ao mesmo tempo, o universo de Cusa é centrado na infinitude de Deus e circundado por ela. Para a teologia cristã do final da Idade Média e do início do Renascimento, a possibilidade de um infinito espacial e, portanto, concreto era assustador, pois removia a onipresença e onipotência de Deus. "Apenas em Deus encontramos infinita igualdade", escreveu Cusa.
A representação geométrica de Deus na teologia de Cusa pode ser interpretada como uma imagem metafórica do infinito. Nisso, Cusa não está sozinho. O conceito do infinito é uma dessas coisas que é muito mais fácil compreender do que explicar. Santo Agostinho dizia a mesma coisa sobre o tempo. "Se você me perguntar o que é o tempo, eu sei. Mas, se você me pedir para explicar o que é o tempo, permanecerei calado."Matematicamente, o primeiro a vislumbrar a idéia de infinito foi o grande filósofo e cientista grego Arquimedes.
Arquimedes encontrou o infinito nos números, ou, mais precisamente, na sequência dos números inteiros, que ele compreendeu não terminar jamais. É sempre possível imaginar um número maior do que o precedente.A idéia de infinito reaparece no cálculo diferencial e integral, encarnada no conceito de limite. Aqui pode ser o infinitamente pequeno, por exemplo, ao dividirmos uma linha reta em segmentos cada vez menores até que seu comprimento vá a zero.
Na geometria encontramos o infinitamente grande, por exemplo, ao imaginarmos uma linha reta que se estende ao infinito. Ou ao supormos, como Euclides, que duas linhas paralelas se encontram no infinito. Já um ponto é infinitamente pequeno. Ele existe apenas em nossas mentes. A matemática abstrai o conceito de infinito de modo a torná-lo uma quantidade capaz de ser manipulada nas mais diversas operações.
Musicalmente, o conceito de infinito pode ser encontrado, por exemplo, nas belíssimas fugas de Bach, com notas seguindo notas de forma a gerar uma sensação de verticalidade sonora, a música do homem ascendendo ao firmamento divino. A mesma verticalidade é encontrada na arquitetura das catedrais góticas ou na pintura de El Greco, com suas imagens esticadas de Cristo, novamente ligando o mundo dos homens ao céu de Deus.
Aliás, essa também é a interpretação da primeira letra do alfabeto hebreu, o aleph, que tem uma perna plantada no chão e outra apontando para o céu.Não é uma coincidência que o grande escritor argentino Jorge Luis Borges tenha usado o aleph como inspiração de um de seus contos mais famosos. Nele, um homem descobriu em seu porão o aleph, o ponto de onde todos os pontos no espaço e no tempo são visíveis simultaneamente, uma condensação do infinito espacial e temporal em um ponto geométrico, o Deus de Cusa.
"Naquele momento, vislumbrei milhões de atos belíssimos e horrendos, e nenhum me impressionou mais do que o fato de todos ocuparem o mesmo ponto infinito."Nas representações do infinito, encontramos uma belíssima complementaridade entre arte e ciência.Vários exemplos de representação gráfica do infinito aparecem na obra de M. C. Escher, um verdadeiro mestre do absurdo, que, com suas representações de formas geométricas encurvadas repetidas em sequência, mas em proporções cada vez menores (ou maiores, dependendo do ponto de vista), reproduz em papel uma imagem do infinito extremamente convincente e inspiradora.
São poucos os matemáticos que conheço que não são fãs de Escher e que não decoram os escritórios com seus pôsteres.Não poderia terminar sem mencionar a cosmologia. Hoje acreditamos viver em um Universo infinito, mesmo que nossa percepção desse infinito seja limitada pelo horizonte causal: a distância viajada pela luz desde o instante inicial, que ocorreu em torno de 15 bilhões de anos atrás. O infinito, mesmo que ele exista fisicamente, só pode ser representado através de nossa imaginação.
Representações do infinito
Nicolau de Cusa (c. 1401-1464), bispo de Bressanone, Itália, acreditava que apenas aqueles que são verdadeiros sábios aceitam a impossibilidade de nossa mente finita compreender a natureza infinita de Deus, onde todos os opostos se encontram. Para Cusa, o Universo não poderia ter um centro geométrico, pois esse ponto teria de ser necessariamente perfeito, e só em Deus essa perfeição é encontrada. E, como Deus está em todos os pontos ao mesmo tempo, o universo de Cusa é centrado na infinitude de Deus e circundado por ela. Para a teologia cristã do final da Idade Média e do início do Renascimento, a possibilidade de um infinito espacial e, portanto, concreto era assustador, pois removia a onipresença e onipotência de Deus. "Apenas em Deus encontramos infinita igualdade", escreveu Cusa.
A representação geométrica de Deus na teologia de Cusa pode ser interpretada como uma imagem metafórica do infinito. Nisso, Cusa não está sozinho. O conceito do infinito é uma dessas coisas que é muito mais fácil compreender do que explicar. Santo Agostinho dizia a mesma coisa sobre o tempo. "Se você me perguntar o que é o tempo, eu sei. Mas, se você me pedir para explicar o que é o tempo, permanecerei calado."
Matematicamente, o primeiro a vislumbrar a idéia de infinito foi o grande filósofo e cientista grego Arquimedes. Arquimedes encontrou o infinito nos números, ou, mais precisamente, na sequência dos números inteiros, que ele compreendeu não terminar jamais. É sempre possível imaginar um número maior do que o precedente.
A idéia de infinito reaparece no cálculo diferencial e integral, encarnada no conceito de limite. Aqui pode ser o infinitamente pequeno, por exemplo, ao dividirmos uma linha reta em segmentos cada vez menores até que seu comprimento vá a zero. Na geometria encontramos o infinitamente grande, por exemplo, ao imaginarmos uma linha reta que se estende ao infinito. Ou ao supormos, como Euclides, que duas linhas paralelas se encontram no infinito. Já um ponto é infinitamente pequeno. Ele existe apenas em nossas mentes. A matemática abstrai o conceito de infinito de modo a torná-lo uma quantidade capaz de ser manipulada nas mais diversas operações.
Musicalmente, o conceito de infinito pode ser encontrado, por exemplo, nas belíssimas fugas de Bach, com notas seguindo notas de forma a gerar uma sensação de verticalidade sonora, a música do homem ascendendo ao firmamento divino. A mesma verticalidade é encontrada na arquitetura das catedrais góticas ou na pintura de El Greco, com suas imagens esticadas de Cristo, novamente ligando o mundo dos homens ao céu de Deus. Aliás, essa também é a interpretação da primeira letra do alfabeto hebreu, o aleph, que tem uma perna plantada no chão e outra apontando para o céu.
Não é uma coincidência que o grande escritor argentino Jorge Luis Borges tenha usado o aleph como inspiração de um de seus contos mais famosos. Nele, um homem descobriu em seu porão o aleph, o ponto de onde todos os pontos no espaço e no tempo são visíveis simultaneamente, uma condensação do infinito espacial e temporal em um ponto geométrico, o Deus de Cusa. "Naquele momento, vislumbrei milhões de atos belíssimos e horrendos, e nenhum me impressionou mais do que o fato de todos ocuparem o mesmo ponto infinito."
Nas representações do infinito, encontramos uma belíssima complementaridade entre arte e ciência.
Vários exemplos de representação gráfica do infinito aparecem na obra de M. C. Escher, um verdadeiro mestre do absurdo, que, com suas representações de formas geométricas encurvadas repetidas em sequência, mas em proporções cada vez menores (ou maiores, dependendo do ponto de vista), reproduz em papel uma imagem do infinito extremamente convincente e inspiradora. São poucos os matemáticos que conheço que não são fãs de Escher e que não decoram os escritórios com seus pôsteres.
Não poderia terminar sem mencionar a cosmologia. Hoje acreditamos viver em um Universo infinito, mesmo que nossa percepção desse infinito seja limitada pelo horizonte causal: a distância viajada pela luz desde o instante inicial, que ocorreu em torno de 15 bilhões de anos atrás. O infinito, mesmo que ele exista fisicamente, só pode ser representado através de nossa imaginação.
A representação geométrica de Deus na teologia de Cusa pode ser interpretada como uma imagem metafórica do infinito. Nisso, Cusa não está sozinho. O conceito do infinito é uma dessas coisas que é muito mais fácil compreender do que explicar. Santo Agostinho dizia a mesma coisa sobre o tempo. "Se você me perguntar o que é o tempo, eu sei. Mas, se você me pedir para explicar o que é o tempo, permanecerei calado."
Matematicamente, o primeiro a vislumbrar a idéia de infinito foi o grande filósofo e cientista grego Arquimedes. Arquimedes encontrou o infinito nos números, ou, mais precisamente, na sequência dos números inteiros, que ele compreendeu não terminar jamais. É sempre possível imaginar um número maior do que o precedente.
A idéia de infinito reaparece no cálculo diferencial e integral, encarnada no conceito de limite. Aqui pode ser o infinitamente pequeno, por exemplo, ao dividirmos uma linha reta em segmentos cada vez menores até que seu comprimento vá a zero. Na geometria encontramos o infinitamente grande, por exemplo, ao imaginarmos uma linha reta que se estende ao infinito. Ou ao supormos, como Euclides, que duas linhas paralelas se encontram no infinito. Já um ponto é infinitamente pequeno. Ele existe apenas em nossas mentes. A matemática abstrai o conceito de infinito de modo a torná-lo uma quantidade capaz de ser manipulada nas mais diversas operações.
Musicalmente, o conceito de infinito pode ser encontrado, por exemplo, nas belíssimas fugas de Bach, com notas seguindo notas de forma a gerar uma sensação de verticalidade sonora, a música do homem ascendendo ao firmamento divino. A mesma verticalidade é encontrada na arquitetura das catedrais góticas ou na pintura de El Greco, com suas imagens esticadas de Cristo, novamente ligando o mundo dos homens ao céu de Deus. Aliás, essa também é a interpretação da primeira letra do alfabeto hebreu, o aleph, que tem uma perna plantada no chão e outra apontando para o céu.
Não é uma coincidência que o grande escritor argentino Jorge Luis Borges tenha usado o aleph como inspiração de um de seus contos mais famosos. Nele, um homem descobriu em seu porão o aleph, o ponto de onde todos os pontos no espaço e no tempo são visíveis simultaneamente, uma condensação do infinito espacial e temporal em um ponto geométrico, o Deus de Cusa. "Naquele momento, vislumbrei milhões de atos belíssimos e horrendos, e nenhum me impressionou mais do que o fato de todos ocuparem o mesmo ponto infinito."
Nas representações do infinito, encontramos uma belíssima complementaridade entre arte e ciência.
Vários exemplos de representação gráfica do infinito aparecem na obra de M. C. Escher, um verdadeiro mestre do absurdo, que, com suas representações de formas geométricas encurvadas repetidas em sequência, mas em proporções cada vez menores (ou maiores, dependendo do ponto de vista), reproduz em papel uma imagem do infinito extremamente convincente e inspiradora. São poucos os matemáticos que conheço que não são fãs de Escher e que não decoram os escritórios com seus pôsteres.
Não poderia terminar sem mencionar a cosmologia. Hoje acreditamos viver em um Universo infinito, mesmo que nossa percepção desse infinito seja limitada pelo horizonte causal: a distância viajada pela luz desde o instante inicial, que ocorreu em torno de 15 bilhões de anos atrás. O infinito, mesmo que ele exista fisicamente, só pode ser representado através de nossa imaginação.
domingo, 7 de janeiro de 2001
O mapa dos sentimentos
Onde é a morada dos sentimentos? Será que a ciência pode nos levar a uma melhor compreensão, se possível até quantitativa, do que é sentir? Se você fizer essa pergunta a alguém trabalhando na área de Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) ou de Imagem por Ressonância Magnética Funcional (fMRI), a resposta é um surpreendente "sim".
Essas duas técnicas, PET e fMRI, permitem a construção de imagens sequenciais do cérebro como em um filme, que os neuropsicólogos usam para estudar a atividade cerebral em resposta a certos estímulos emocionais. De modo geral, ambas as tecnologias medem as diferenças do fluxo sanguíneo no cérebro, contrastando as partes mais usadas -onde o fluxo é maior- com aquelas mais quietas. Com isso, é possível fazer um mapa dinâmico do cérebro, recriando seu funcionamento na medida em que ele é submetido a diferentes estímulos.
Essas técnicas de imagem já são conhecidas da psicologia e da neurologia, especialmente como ferramentas que ajudam a diagnosticar certas patologias, emocionais ou físicas, como um tumor cerebral. Mas a aplicação de tecnologias como a PET e a fMRI ao estudo das emoções é bastante nova e ainda controversa. O resultado mais geral desses estudos é que, quando sentimos algo, seja alegria ou tristeza, raiva ou medo, a atividade cerebral não se concentra em uma área específica, sendo distribuída por várias regiões do cérebro. E cada uma das emoções é caracterizada por atividades muito semelhantes: o medo se manifesta sempre nas mesmas áreas, a alegria também, como se cada emoção tivesse sua assinatura neuronal particular. O sentir gera ressonâncias cerebrais únicas, que serão traduzidas em expressões faciais e fisiológicas, como lágrimas, tensão muscular e riso. Mais ainda, humores interferem na eficiência dos processos mentais, como o raciocínio lógico, a memória ou a percepção sensorial. No caso de emoções extremas, o cérebro deixa de processar informação normalmente, confirmando algo que todos nós já sabemos, que os sentimentos fortes comprometem a clareza de nosso pensamento, "não tome decisões de cabeça quente".
O amor, claro, não podia ser deixado de lado. Cientistas do University College London detectaram um padrão distinto de atividade cerebral em 17 pessoas examinadas que diziam estar profundamente apaixonadas. Eles compararam a atividade cerebral desses voluntários quando eles olhavam fotos de seus amados e de pessoas apenas amigas, mostrando que o amor gera mesmo um sentimento de euforia representado pela alta atividade cerebral. O amor estaria, então, espalhado pelo cérebro: e aquele aperto no coração que sentimos vem, claro, de estímulos cerebrais. Portanto, a confusão histórica de atribuir o amor ao coração é bastante razoável.
Não querendo ligar o amor à depressão, estudos feitos com pessoas sofrendo de depressão profunda revelaram a necessidade do cérebro de se realinhar para que os sintomas sejam aliviados. Comparando pessoas que tomam Prozac e melhoram com outras que tomam a droga e não melhoram, cientistas demonstraram que o cérebro dos pacientes que foram beneficiados pela droga se transformou, criando novas conexões neuronais que permitiram o melhor processamento de informação. A droga, quando funciona, abre novas rotas no cérebro, que podem ser mapeadas com essas tecnologias de imagem.
Sem a menor dúvida, esses estudos são extremamente promissores, mesmo que ainda estejam na infância. Nada é tão complicado quanto o cérebro humano, pelo menos dentro do que nós conhecemos do Universo. Um dos problemas que os cientistas encontram nesses estudos é justamente como definir emoções de modo a tratá-las quantitativamente.
O que é amor para um pode não ser para outro. Quando o temor vira pânico e o afeto, amor? Poetas e escritores os mais diversos, de todas as épocas, vêm tentando definir as várias gradações emocionais, os vários níveis do sentir, se é que podemos falar em níveis. Daí que essas pesquisas poderão apenas traçar as linhas mais gerais das complicadas emoções humanas e de como elas são processadas na cabeça de cada um de nós. Pelo menos, assim espero. É bom se nós deixarmos um pouco de mistério no ato de sentir, mesmo que isso atrase um pouco a compreensão do funcionamento do nosso cérebro.
Essas duas técnicas, PET e fMRI, permitem a construção de imagens sequenciais do cérebro como em um filme, que os neuropsicólogos usam para estudar a atividade cerebral em resposta a certos estímulos emocionais. De modo geral, ambas as tecnologias medem as diferenças do fluxo sanguíneo no cérebro, contrastando as partes mais usadas -onde o fluxo é maior- com aquelas mais quietas. Com isso, é possível fazer um mapa dinâmico do cérebro, recriando seu funcionamento na medida em que ele é submetido a diferentes estímulos.
Essas técnicas de imagem já são conhecidas da psicologia e da neurologia, especialmente como ferramentas que ajudam a diagnosticar certas patologias, emocionais ou físicas, como um tumor cerebral. Mas a aplicação de tecnologias como a PET e a fMRI ao estudo das emoções é bastante nova e ainda controversa. O resultado mais geral desses estudos é que, quando sentimos algo, seja alegria ou tristeza, raiva ou medo, a atividade cerebral não se concentra em uma área específica, sendo distribuída por várias regiões do cérebro. E cada uma das emoções é caracterizada por atividades muito semelhantes: o medo se manifesta sempre nas mesmas áreas, a alegria também, como se cada emoção tivesse sua assinatura neuronal particular. O sentir gera ressonâncias cerebrais únicas, que serão traduzidas em expressões faciais e fisiológicas, como lágrimas, tensão muscular e riso. Mais ainda, humores interferem na eficiência dos processos mentais, como o raciocínio lógico, a memória ou a percepção sensorial. No caso de emoções extremas, o cérebro deixa de processar informação normalmente, confirmando algo que todos nós já sabemos, que os sentimentos fortes comprometem a clareza de nosso pensamento, "não tome decisões de cabeça quente".
O amor, claro, não podia ser deixado de lado. Cientistas do University College London detectaram um padrão distinto de atividade cerebral em 17 pessoas examinadas que diziam estar profundamente apaixonadas. Eles compararam a atividade cerebral desses voluntários quando eles olhavam fotos de seus amados e de pessoas apenas amigas, mostrando que o amor gera mesmo um sentimento de euforia representado pela alta atividade cerebral. O amor estaria, então, espalhado pelo cérebro: e aquele aperto no coração que sentimos vem, claro, de estímulos cerebrais. Portanto, a confusão histórica de atribuir o amor ao coração é bastante razoável.
Não querendo ligar o amor à depressão, estudos feitos com pessoas sofrendo de depressão profunda revelaram a necessidade do cérebro de se realinhar para que os sintomas sejam aliviados. Comparando pessoas que tomam Prozac e melhoram com outras que tomam a droga e não melhoram, cientistas demonstraram que o cérebro dos pacientes que foram beneficiados pela droga se transformou, criando novas conexões neuronais que permitiram o melhor processamento de informação. A droga, quando funciona, abre novas rotas no cérebro, que podem ser mapeadas com essas tecnologias de imagem.
Sem a menor dúvida, esses estudos são extremamente promissores, mesmo que ainda estejam na infância. Nada é tão complicado quanto o cérebro humano, pelo menos dentro do que nós conhecemos do Universo. Um dos problemas que os cientistas encontram nesses estudos é justamente como definir emoções de modo a tratá-las quantitativamente.
O que é amor para um pode não ser para outro. Quando o temor vira pânico e o afeto, amor? Poetas e escritores os mais diversos, de todas as épocas, vêm tentando definir as várias gradações emocionais, os vários níveis do sentir, se é que podemos falar em níveis. Daí que essas pesquisas poderão apenas traçar as linhas mais gerais das complicadas emoções humanas e de como elas são processadas na cabeça de cada um de nós. Pelo menos, assim espero. É bom se nós deixarmos um pouco de mistério no ato de sentir, mesmo que isso atrase um pouco a compreensão do funcionamento do nosso cérebro.
domingo, 31 de dezembro de 2000
O futuro é nossa responsabilidade
Virada de ano. Chegamos ao famoso 2001. Tenho certeza de que muitos de vocês conhecem a obra-prima de Arthur C. Clarke, se não o livro, ao menos o filme lançado em 1969, igualmente brilhante, de Stanley Kubrick. O filme começa (quase) com uma espaçonave da Pan American (falida há anos), que transporta pessoas até uma base lunar. E esse é só o início: o filme conta a história de uma missão tripulada a Júpiter, em uma espaçonave controlada por um computador inteligente chamado HAL.
Um detalhe interessante: o nome HAL é obtido subtraindo uma letra das 3 que compõe a sigla IBM (I-1=H, B-1=A, M-1=L). Como profecia tecnológica, a obra não poderia estar mais errada. Não temos vôos comerciais até a Lua ou uma base lunar, muito menos vôos tripulados a Júpiter ou inteligência artificial.
Por outro lado, obras de ficção científica não têm a obrigação de ser precisas em suas projeções e fantasias futurísticas. O que é importante é que elas nos inspirem e nos façam refletir sobre o presente e o futuro. E isso "2001 - Uma Odisséia no Espaço" faz de sobra.
O filme tem um lado metafísico, representado pelo famoso monolito negro, que aparece em momentos de transição na história das idéias. Por exemplo, ele surge quando primatas bípedes descobrem que podem usar ossos como armas para matar animais e inimigos. Aparece na base lunar e novamente durante a descida até Júpiter.
O que esses monolitos são para Clarke é revelado em outros filmes e livros. Mas eu prefiro o mistério de sua presença mantido nesse filme, pois podemos equacioná-la tanto com Deus quanto com outra divindade, como uma inteligência extraterrestre que nos observa atentamente e que talvez nos inspire.
A possibilidade de vida extraterrestre, inteligente ou não, é hoje assunto de grande interesse, não só da ficção científica, mas também da pesquisa científica. Isso praticamente não era verdade em 1969. O mesmo se aplica aos computadores inteligentes: estamos ainda longe de construir uma máquina que possa "pensar", obedecendo a comandos em um programa, mas, também, criando algo de novo, inesperado (definir o que é "pensar" é assunto para outra coluna).
Mas, se ainda não temos as máquinas inteligentes, temos ao menos um aferradíssimo debate científico sobre inteligência artificial e muitos projetos que visam justamente construir tais máquinas.
Se nossos sonhos não fossem maiores do que nossa realidade, nós ainda estaríamos morando nas cavernas.
Para mim, essa é a mensagem mais importante da obra de Clarke. O futuro depende de nossa imaginação, de nossa dedicação e de nossa responsabilidade como cidadãos em um planeta finito.
Como disse o grande escritor português José Saramago, tolerância apenas não basta -precisamos respeitar também as diferenças no outro, sejam elas políticas, econômicas, culturais ou religiosas. E, acrescento, precisamos igualmente respeitar nosso frágil planeta.
Se sonhos devem ser grandes o suficiente para inspirar a realidade de amanhã, o amanhã só será possível se nós o permitirmos. Não quero deprimir ninguém na véspera do Ano Novo, mas o efeito estufa, a poluição, o buraco na camada de ozônio, o desflorestamento global, a fome, a pobreza, as doenças velhas e novas que continuam a causar sofrimento em bilhões de pessoas, tudo isso também faz parte do nosso futuro. E fingir que esses problemas não existem, ou que não irão nos afetar, sejamos ricos ou pobres, moradores da Grande São Paulo ou do sertão baiano, é absurdo. Sonhar é preciso, mas viver também é preciso.
Em cem anos nós redefinimos a vida na sociedade: rádio, TV, remédios os mais diversos, computadores, raio laser, raios X, aviões, ônibus espacial, viagem à Lua, estação espacial, Telescópio Espacial Hubble, bomba de hidrogênio, energia nuclear, carros, arranha-céus, 6 bilhões de pessoas na Terra, 170 milhões de brasileiros (você se lembra do hino da Copa de 1970? "Noventa milhões em ação, pra frente Brasil...") etc.
E o próximo século? Viagem tripulada a Marte, ao centro da Terra, inteligência artificial, seres bioeletrônicos manufaturados por meio de mistura de tecidos biológicos com componentes eletrônicos, o uso internacional da energia solar como alternativa ao petróleo e à energia nuclear, o controle completo da poluição global, o fim do efeito estufa, o fim do buraco na camada de ozônio, uma maior igualdade social, o fim (ou perto disso) da fome e da discriminação na Terra, a "internetização" completa da sociedade, o fim do analfabetismo, o fim das guerras. Acho que já está bom. Feliz futuro -aquele que nós tornarmos possível.
Um detalhe interessante: o nome HAL é obtido subtraindo uma letra das 3 que compõe a sigla IBM (I-1=H, B-1=A, M-1=L). Como profecia tecnológica, a obra não poderia estar mais errada. Não temos vôos comerciais até a Lua ou uma base lunar, muito menos vôos tripulados a Júpiter ou inteligência artificial.
Por outro lado, obras de ficção científica não têm a obrigação de ser precisas em suas projeções e fantasias futurísticas. O que é importante é que elas nos inspirem e nos façam refletir sobre o presente e o futuro. E isso "2001 - Uma Odisséia no Espaço" faz de sobra.
O filme tem um lado metafísico, representado pelo famoso monolito negro, que aparece em momentos de transição na história das idéias. Por exemplo, ele surge quando primatas bípedes descobrem que podem usar ossos como armas para matar animais e inimigos. Aparece na base lunar e novamente durante a descida até Júpiter.
O que esses monolitos são para Clarke é revelado em outros filmes e livros. Mas eu prefiro o mistério de sua presença mantido nesse filme, pois podemos equacioná-la tanto com Deus quanto com outra divindade, como uma inteligência extraterrestre que nos observa atentamente e que talvez nos inspire.
A possibilidade de vida extraterrestre, inteligente ou não, é hoje assunto de grande interesse, não só da ficção científica, mas também da pesquisa científica. Isso praticamente não era verdade em 1969. O mesmo se aplica aos computadores inteligentes: estamos ainda longe de construir uma máquina que possa "pensar", obedecendo a comandos em um programa, mas, também, criando algo de novo, inesperado (definir o que é "pensar" é assunto para outra coluna).
Mas, se ainda não temos as máquinas inteligentes, temos ao menos um aferradíssimo debate científico sobre inteligência artificial e muitos projetos que visam justamente construir tais máquinas.
Se nossos sonhos não fossem maiores do que nossa realidade, nós ainda estaríamos morando nas cavernas.
Para mim, essa é a mensagem mais importante da obra de Clarke. O futuro depende de nossa imaginação, de nossa dedicação e de nossa responsabilidade como cidadãos em um planeta finito.
Como disse o grande escritor português José Saramago, tolerância apenas não basta -precisamos respeitar também as diferenças no outro, sejam elas políticas, econômicas, culturais ou religiosas. E, acrescento, precisamos igualmente respeitar nosso frágil planeta.
Se sonhos devem ser grandes o suficiente para inspirar a realidade de amanhã, o amanhã só será possível se nós o permitirmos. Não quero deprimir ninguém na véspera do Ano Novo, mas o efeito estufa, a poluição, o buraco na camada de ozônio, o desflorestamento global, a fome, a pobreza, as doenças velhas e novas que continuam a causar sofrimento em bilhões de pessoas, tudo isso também faz parte do nosso futuro. E fingir que esses problemas não existem, ou que não irão nos afetar, sejamos ricos ou pobres, moradores da Grande São Paulo ou do sertão baiano, é absurdo. Sonhar é preciso, mas viver também é preciso.
Em cem anos nós redefinimos a vida na sociedade: rádio, TV, remédios os mais diversos, computadores, raio laser, raios X, aviões, ônibus espacial, viagem à Lua, estação espacial, Telescópio Espacial Hubble, bomba de hidrogênio, energia nuclear, carros, arranha-céus, 6 bilhões de pessoas na Terra, 170 milhões de brasileiros (você se lembra do hino da Copa de 1970? "Noventa milhões em ação, pra frente Brasil...") etc.
E o próximo século? Viagem tripulada a Marte, ao centro da Terra, inteligência artificial, seres bioeletrônicos manufaturados por meio de mistura de tecidos biológicos com componentes eletrônicos, o uso internacional da energia solar como alternativa ao petróleo e à energia nuclear, o controle completo da poluição global, o fim do efeito estufa, o fim do buraco na camada de ozônio, uma maior igualdade social, o fim (ou perto disso) da fome e da discriminação na Terra, a "internetização" completa da sociedade, o fim do analfabetismo, o fim das guerras. Acho que já está bom. Feliz futuro -aquele que nós tornarmos possível.
domingo, 24 de dezembro de 2000
A estrela de Belém
Tendo Jesus nascido em Belém da Judéia, no tempo do rei Herodes, eis que vieram magos do Oriente a Jerusalém, perguntando: Onde está o rei dos judeus recém-nascido? Com efeito, vimos sua estrela no seu surgir e viemos homenageá-lo [Mateus 2, 1-2].
Assim é descrita a chegada dos reis magos a Belém no "Evangelho Segundo São Mateus". A famosa estrela ilumina os céus, celebrando o nascimento do Redentor. Que objeto celeste foi esse, que brilhou nos céus durante o dia?
Na Capela Scrovegni, em Pádua, Itália, encontra-se um dos afrescos mais belos do grande mestre toscano Giotto di Bondone, a "Adoração dos Magos", pintado no ano de 1304.
Giotto é famoso por ter sido o primeiro pintor a dar expressões humanas aos personagens da iconografia cristã. Mas hoje, para nós, a importância desse quadro é outra. Nele, Giotto representou a estrela de Belém como sendo um cometa. E não qualquer cometa, mas o cometa de Halley, que ele viu em 1301.
Essa interpretação não era novidade. Pelo menos desde 1500 a.C. os chineses já relacionavam cometas a mensagens divinas, em geral ligadas à morte de líderes políticos. Com raríssimas exceções, qualquer evento celeste inusitado, como um eclipse, um meteorito, um cometa ou uma "nova" estrela, era um mau agouro, um emissário de calamidades que estavam por vir.
Origen de Alexandria (185-253), além de ter sido um dos primeiros arquitetos da teologia cristã, foi também o primeiro cristão a argumentar que cometas, às vezes, podem trazer boa sorte.
Ele sugeriu que a estrela de Belém tivesse sido um cometa ou um meteoro: "A estrela que foi vista no leste, nós consideramos ser uma estrela nova, tal como esses objetos celestes que aparecem de vez em quando, cometas ou meteoros. Nós lemos no Tratado sobre Cometas, de Caermão, o Estóico, que, em algumas ocasiões, quando algo de bom estava por acontecer, cometas aparecem nos céus".
Origen inspirou-se em uma profecia em "Números": "Um astro procedente de Jacó se torna chefe, um cetro se levanta, procedente de Israel" [Números 24, 17". O "cetro" sobre Israel simbolizava, segundo Origen, um cometa.
São Tomás de Aquino (1225-1274) também interpretou a estrela de Belém como um sinal criado e dirigido por Deus, mas não um cometa com a missão benigna defendida por Origen.
"Cometas não aparecem durante o dia ou variam seu percurso ordinário", argumentou São Tomás. Para ele, o sinal celeste representava o inevitável fim dos tempos, anunciado através do nascimento de Jesus Cristo.
Apesar da enorme influência de São Tomás, a imagem da estrela de Belém como sendo um cometa benigno foi propagada no livro "A Lenda Dourada", de Jacó de Voragine (1230-1298), Arcebispo de Gênova. Giotto muito provavelmente conhecia a obra de Voragine, que era mais popular entre mercadores e artesãos do que a própria Bíblia.
Qual é hoje a interpretação mais provável para o evento celeste que marcou o nascimento de Jesus? Não existe um consenso. Antes de mais nada, temos de supor que o evento realmente ocorreu e que não foi apenas um símbolo alegórico de um acontecimento fundamental para a religião dos cristãos. Afinal, o próprio Origen de Alexandria insistiu que, das três interpretações possíveis para a Bíblia -a literal, a moral e a alegórica-, a última era a mais adequada.
É pouco provável que a interpretação da estrela de Belém como um cometa esteja correta. Cometas têm uma luminosidade baixa e difusa e, devido à cauda, não se parecem muito com estrelas.
É mais provável que a estrela de Belém tenha sido uma supernova ou uma nova, ambas fenômenos decorrentes de grandes explosões estelares.
Uma supernova ocorre quando estrelas com massas superiores a oito vezes a massa do Sol esgotam seu combustível e implodem devido à sua própria gravidade. Essa implosão reverte sua direção quando a matéria das camadas superiores da estrela choca-se com o núcleo denso, liberando quantidades enormes de energia. Tão grandes que podem fazer uma supernova brilhar por meses a fio, mesmo durante o dia.
Mas a possibilidade maior é que a Estrela de Belém tenha sido mesmo uma nova próxima, que brilha apenas por dias ou semanas. Uma nova ocorre quando duas estrelas orbitam muito perto uma da outra. Uma das estrelas, uma anã branca -o resto mortal e compacto de uma estrela como o Sol- "suga" a matéria da outra estrela até acumular uma quantidade de hidrogênio em sua superfície que, devido à altíssima temperatura, detona como uma bomba termonuclear gigantesca. Essa sim é uma celebração à altura da inauguração da Era Cristã. Feliz Natal a todos.
Assim é descrita a chegada dos reis magos a Belém no "Evangelho Segundo São Mateus". A famosa estrela ilumina os céus, celebrando o nascimento do Redentor. Que objeto celeste foi esse, que brilhou nos céus durante o dia?
Na Capela Scrovegni, em Pádua, Itália, encontra-se um dos afrescos mais belos do grande mestre toscano Giotto di Bondone, a "Adoração dos Magos", pintado no ano de 1304.
Giotto é famoso por ter sido o primeiro pintor a dar expressões humanas aos personagens da iconografia cristã. Mas hoje, para nós, a importância desse quadro é outra. Nele, Giotto representou a estrela de Belém como sendo um cometa. E não qualquer cometa, mas o cometa de Halley, que ele viu em 1301.
Essa interpretação não era novidade. Pelo menos desde 1500 a.C. os chineses já relacionavam cometas a mensagens divinas, em geral ligadas à morte de líderes políticos. Com raríssimas exceções, qualquer evento celeste inusitado, como um eclipse, um meteorito, um cometa ou uma "nova" estrela, era um mau agouro, um emissário de calamidades que estavam por vir.
Origen de Alexandria (185-253), além de ter sido um dos primeiros arquitetos da teologia cristã, foi também o primeiro cristão a argumentar que cometas, às vezes, podem trazer boa sorte.
Ele sugeriu que a estrela de Belém tivesse sido um cometa ou um meteoro: "A estrela que foi vista no leste, nós consideramos ser uma estrela nova, tal como esses objetos celestes que aparecem de vez em quando, cometas ou meteoros. Nós lemos no Tratado sobre Cometas, de Caermão, o Estóico, que, em algumas ocasiões, quando algo de bom estava por acontecer, cometas aparecem nos céus".
Origen inspirou-se em uma profecia em "Números": "Um astro procedente de Jacó se torna chefe, um cetro se levanta, procedente de Israel" [Números 24, 17". O "cetro" sobre Israel simbolizava, segundo Origen, um cometa.
São Tomás de Aquino (1225-1274) também interpretou a estrela de Belém como um sinal criado e dirigido por Deus, mas não um cometa com a missão benigna defendida por Origen.
"Cometas não aparecem durante o dia ou variam seu percurso ordinário", argumentou São Tomás. Para ele, o sinal celeste representava o inevitável fim dos tempos, anunciado através do nascimento de Jesus Cristo.
Apesar da enorme influência de São Tomás, a imagem da estrela de Belém como sendo um cometa benigno foi propagada no livro "A Lenda Dourada", de Jacó de Voragine (1230-1298), Arcebispo de Gênova. Giotto muito provavelmente conhecia a obra de Voragine, que era mais popular entre mercadores e artesãos do que a própria Bíblia.
Qual é hoje a interpretação mais provável para o evento celeste que marcou o nascimento de Jesus? Não existe um consenso. Antes de mais nada, temos de supor que o evento realmente ocorreu e que não foi apenas um símbolo alegórico de um acontecimento fundamental para a religião dos cristãos. Afinal, o próprio Origen de Alexandria insistiu que, das três interpretações possíveis para a Bíblia -a literal, a moral e a alegórica-, a última era a mais adequada.
É pouco provável que a interpretação da estrela de Belém como um cometa esteja correta. Cometas têm uma luminosidade baixa e difusa e, devido à cauda, não se parecem muito com estrelas.
É mais provável que a estrela de Belém tenha sido uma supernova ou uma nova, ambas fenômenos decorrentes de grandes explosões estelares.
Uma supernova ocorre quando estrelas com massas superiores a oito vezes a massa do Sol esgotam seu combustível e implodem devido à sua própria gravidade. Essa implosão reverte sua direção quando a matéria das camadas superiores da estrela choca-se com o núcleo denso, liberando quantidades enormes de energia. Tão grandes que podem fazer uma supernova brilhar por meses a fio, mesmo durante o dia.
Mas a possibilidade maior é que a Estrela de Belém tenha sido mesmo uma nova próxima, que brilha apenas por dias ou semanas. Uma nova ocorre quando duas estrelas orbitam muito perto uma da outra. Uma das estrelas, uma anã branca -o resto mortal e compacto de uma estrela como o Sol- "suga" a matéria da outra estrela até acumular uma quantidade de hidrogênio em sua superfície que, devido à altíssima temperatura, detona como uma bomba termonuclear gigantesca. Essa sim é uma celebração à altura da inauguração da Era Cristã. Feliz Natal a todos.
domingo, 17 de dezembro de 2000
Uma origem violenta da vida na Terra?
Uma das questões mais intrigantes para os cientistas de hoje é a questão da origem da vida. O problema começa justamente com a definição, ou com a falta dela, do que seja vida. Por incrível que pareça, não existe ainda um consenso de como definir vida.
De qualquer forma, sabemos que organismos vivos têm as seguintes características: 1) eles reagem ao meio em que vivem e, em geral, têm a capacidade de se curar quando feridos; 2) eles podem crescer, ingerindo alimentos e transformando-os em energia; 3) eles se reproduzem, passando algumas de suas características para sua prole; 4) eles podem sofrer modificações genéticas e, portanto, evoluir de modo a adaptar-se (ou não) a mudanças no meio ambiente.
Mas essas quatro regras estão longe de ser absolutamente válidas, existindo muito espaço para interpretações paralelas. Eis alguns exemplos que ilustram a complexidade do fenômeno vida:
Estrelas respondem à atração gravitacional de seus vizinhos, podem crescer por acréscimo de material à sua volta, geram energia e se "reproduzem" ao propiciar o nascimento de outras estrelas durante seus momentos finais, e estas contêm algumas de suas características.
Ao esgotar seu combustível nuclear, estrelas passam à sua fase final de forma explosiva; essas explosões podem gerar instabilidades gravitacionais em nuvens de gás que estejam por perto. Por sua vez, essas nuvens instáveis contraem-se devido à sua própria gravidade, gerando novas estrelas. Mas acho que todos vocês concordam que estrelas não são vivas. Um vírus é cristalino e inerte quando isolado. Mas, quando alojado em uma célula, ele exibe todas as propriedades de um ser vivo, usando o material genético da célula para crescer e se reproduzir.
Muitos cientistas acreditam que o vírus é justamente a ponte entre o vivo e o inanimado, um organismo tão simples que não consegue manter-se vivo por si só, mas complexo o suficiente para viver por meio de outros seres vivos. Hoje, o consenso parece ser que a distinção entre o vivo e o inanimado não deva seguir uma lista rígida de parâmetros, mas adaptar-se à complexidade de cada situação.
Visto que temos problemas definindo o que é vida, não é nenhuma surpresa aceitar que também não entendemos sua origem. Aqui na Terra, formada há 4,6 bilhões de anos, os primeiros sinais de organismos vivos datam de 3,85 bilhões de anos atrás. Tais organismos, simples unicelulares, reinaram por pelo menos 1 bilhão de anos, até organismos mais complexos, mas ainda unicelulares, como as amebas, aparecerem.
Recentemente, a história da vida na Terra teve uma grande surpresa: pesquisadores descobriram que a vida saiu da água muito antes do que se imaginava. Não há 1,2 bilhão de anos, mas há 2,6 bilhões, uma diferença enorme. Quanto mais tempo de vida, mais fácil é gerar estruturas complexas. Talvez a imagem que aprendemos na escola do peixe que cria patas em lugar de barbatanas e sai da água não seja tão precisa assim. Aparentemente, essas formas terrestres de vida eram muito primitivas, semelhantes às encontradas então nos oceanos.
Essas datas são interessantes porque justamente há 3,9 bilhões de anos a Terra e a Lua foram submetidas a um intenso bombardeio de asteróides e cometas, detritos gerados durante a formação do Sistema Solar. Esse bombardeio foi confirmado pela análise de rochas lunares, que mostram uma abundância de materiais vitrificados durante essa época. Esses materiais são típicos das enormes temperaturas que ocorrem devido a impactos com objetos celestes.
A colisão de um meteoro ou cometa literalmente derrete superfícies rochosas que, ao se solidificarem novamente, assumem um aspecto amorfo, ou vitrificado. Na Terra, devido a erosão e a efeitos geológicos, é praticamente impossível encontrar rochas tão antigas ainda preservadas. Mas o que aconteceu com a Lua certamente aconteceu com a Terra.
Esse bombardeio pode ter criado as condições necessárias para tornar a vida na Terra possível, como calor e vários compostos orgânicos que existem em asteróides e cometas. Ou, quem sabe, a vida possa ter vindo de carona em alguns desses bólidos celestes. Qualquer que seja a resposta correta (eu prefiro a primeira opção), parece claro que, sem os bombardeios celestes, a vida não teria surgido aqui. As colisões podem destruir, mas também podem criar.
De qualquer forma, sabemos que organismos vivos têm as seguintes características: 1) eles reagem ao meio em que vivem e, em geral, têm a capacidade de se curar quando feridos; 2) eles podem crescer, ingerindo alimentos e transformando-os em energia; 3) eles se reproduzem, passando algumas de suas características para sua prole; 4) eles podem sofrer modificações genéticas e, portanto, evoluir de modo a adaptar-se (ou não) a mudanças no meio ambiente.
Mas essas quatro regras estão longe de ser absolutamente válidas, existindo muito espaço para interpretações paralelas. Eis alguns exemplos que ilustram a complexidade do fenômeno vida:
Estrelas respondem à atração gravitacional de seus vizinhos, podem crescer por acréscimo de material à sua volta, geram energia e se "reproduzem" ao propiciar o nascimento de outras estrelas durante seus momentos finais, e estas contêm algumas de suas características.
Ao esgotar seu combustível nuclear, estrelas passam à sua fase final de forma explosiva; essas explosões podem gerar instabilidades gravitacionais em nuvens de gás que estejam por perto. Por sua vez, essas nuvens instáveis contraem-se devido à sua própria gravidade, gerando novas estrelas. Mas acho que todos vocês concordam que estrelas não são vivas. Um vírus é cristalino e inerte quando isolado. Mas, quando alojado em uma célula, ele exibe todas as propriedades de um ser vivo, usando o material genético da célula para crescer e se reproduzir.
Muitos cientistas acreditam que o vírus é justamente a ponte entre o vivo e o inanimado, um organismo tão simples que não consegue manter-se vivo por si só, mas complexo o suficiente para viver por meio de outros seres vivos. Hoje, o consenso parece ser que a distinção entre o vivo e o inanimado não deva seguir uma lista rígida de parâmetros, mas adaptar-se à complexidade de cada situação.
Visto que temos problemas definindo o que é vida, não é nenhuma surpresa aceitar que também não entendemos sua origem. Aqui na Terra, formada há 4,6 bilhões de anos, os primeiros sinais de organismos vivos datam de 3,85 bilhões de anos atrás. Tais organismos, simples unicelulares, reinaram por pelo menos 1 bilhão de anos, até organismos mais complexos, mas ainda unicelulares, como as amebas, aparecerem.
Recentemente, a história da vida na Terra teve uma grande surpresa: pesquisadores descobriram que a vida saiu da água muito antes do que se imaginava. Não há 1,2 bilhão de anos, mas há 2,6 bilhões, uma diferença enorme. Quanto mais tempo de vida, mais fácil é gerar estruturas complexas. Talvez a imagem que aprendemos na escola do peixe que cria patas em lugar de barbatanas e sai da água não seja tão precisa assim. Aparentemente, essas formas terrestres de vida eram muito primitivas, semelhantes às encontradas então nos oceanos.
Essas datas são interessantes porque justamente há 3,9 bilhões de anos a Terra e a Lua foram submetidas a um intenso bombardeio de asteróides e cometas, detritos gerados durante a formação do Sistema Solar. Esse bombardeio foi confirmado pela análise de rochas lunares, que mostram uma abundância de materiais vitrificados durante essa época. Esses materiais são típicos das enormes temperaturas que ocorrem devido a impactos com objetos celestes.
A colisão de um meteoro ou cometa literalmente derrete superfícies rochosas que, ao se solidificarem novamente, assumem um aspecto amorfo, ou vitrificado. Na Terra, devido a erosão e a efeitos geológicos, é praticamente impossível encontrar rochas tão antigas ainda preservadas. Mas o que aconteceu com a Lua certamente aconteceu com a Terra.
Esse bombardeio pode ter criado as condições necessárias para tornar a vida na Terra possível, como calor e vários compostos orgânicos que existem em asteróides e cometas. Ou, quem sabe, a vida possa ter vindo de carona em alguns desses bólidos celestes. Qualquer que seja a resposta correta (eu prefiro a primeira opção), parece claro que, sem os bombardeios celestes, a vida não teria surgido aqui. As colisões podem destruir, mas também podem criar.
domingo, 10 de dezembro de 2000
Elogio da razão pura
A ciência, como a religião, tem seus profetas, aqueles que enxergam mais longe do que outros, muito antes do que todos. Claro, as "revelações" vislumbradas pelos profetas da ciência não têm nada de sobrenatural, visto que elas se baseiam em uma combinação de lógica e de intuição, muitas vezes alimentadas por observações ou resultados experimentais.
Mas, em casos raros, esses profetas descrevem o que posteriormente se constatará ser verdade de forma tão inesperada que só posso chamá-los de visionários da ciência, os que enxergam sem precisar olhar. O filósofo alemão Immanuel Kant (1724-1804) é um desses raros visionários da ciência.Kant é bem mais conhecido por sua filosofia do que por sua ciência, mesmo tendo sido igualmente fascinado por ambas.
Durante a juventude, eram o cosmos e a ciência newtoniana, com sua simplicidade e abrangência, que alimentavam sua imaginação. Para ele, como para muitos outros racionalistas do século 18, Deus era visto como o criador do Universo e de suas leis naturais, enquanto o homem era seu decodificador.Em 1755, com apenas 31 anos, Kant escreveu o tratado "História Universal Natural e Teoria dos Céus", dedicado a Frederico, o Grande, rei da Prússia. Kant esperava impressionar o rei o bastante para ganhar uma posição acadêmica em alguma universidade.
Infelizmente, seu editor foi à falência pouco antes de publicar o tratado, e Frederico jamais recebeu sua cópia. Nesse tratado encontramos verdadeiras jóias do pensamento kantiano e de sua belíssima visão cósmica.
A visão kantiana do Universo baseava-se numa hierarquia de estruturas que se repetia dos planetas às galáxias. Manifestação material do infinito poder criativo de Deus, o Universo replicava-se em todas as dimensões, das menores escalas às maiores.
Foi Kant quem sugeriu, antes de qualquer outro, que o Universo é composto por inúmeras galáxias como a Via Láctea, todas elas repletas de estrelas que, como o Sol, seriam rodeadas de planetas. Esses, por sua vez, rodeados por satélites. As mesmas estruturas, grosso modo, repetindo-se pelo Universo afora.
Kant imaginou um processo de formação para o Sistema Solar que, em muitos aspectos, sobrevive até hoje. Para ele, o sistema nasceu de uma nuvem de gás que se contraiu sob a própria gravidade.
No início era o caos, com átomos dispersos pelo cosmos. Instabilidades nessa matéria primordial atraíram mais matéria, criando uma combinação de movimentos de contração gravitacional e rotação. Na medida em que a recém-formada nebulosa encolhia e rodava, ela também se achatava nos pólos.Instabilidades locais, semelhantes às que geraram a grande nebulosa, criaram os planetas e seus satélites. Kant sabia que as órbitas planetárias se encontram todas praticamente num mesmo plano que atravessa o Sol, como um disco atravessando uma bola de tênis (não em escala).
Seu modelo reproduzia essas observações, ao menos qualitativamente. Aliás, essa é uma das críticas ao Kant cientista: que ele argumentou o Universo, ao invés de calculá-lo, como fez Laplace. Sua intuição era absolutamente cristalina, movida por uma visão teopoética do cosmos -razão inspirada pela emoção.
A visão de Kant foi além da formação do Sistema Solar e da repetição das hierarquias cósmicas. Também especulou, corretamente, que ciclos de criação e destruição pontuam a história do Universo.
Imaginou que a mesma matéria que cria planetas e cometas vai também destruí-los, já que "nos confins do tempo" tais objetos cairão no centro de suas órbitas. Kant imaginou que isso eventualmente criará uma "conflagração", explosão que reespalhará a matéria pelo cosmos, recriando o caos primordial.
Mais uma vez, pequenas instabilidades nessa matéria irão crescer, criando novos sóis e planetas, reiniciando a dança cósmica que Kant chamou de "Fênix da Natureza". Portanto, para Kant, o Universo repetia os ciclos de vida e morte das pessoas e de tudo na Natureza, com exceção da alma, fez questão de dizer, que é eterna. Sua obra, sem dúvida, é.
Mas, em casos raros, esses profetas descrevem o que posteriormente se constatará ser verdade de forma tão inesperada que só posso chamá-los de visionários da ciência, os que enxergam sem precisar olhar. O filósofo alemão Immanuel Kant (1724-1804) é um desses raros visionários da ciência.Kant é bem mais conhecido por sua filosofia do que por sua ciência, mesmo tendo sido igualmente fascinado por ambas.
Durante a juventude, eram o cosmos e a ciência newtoniana, com sua simplicidade e abrangência, que alimentavam sua imaginação. Para ele, como para muitos outros racionalistas do século 18, Deus era visto como o criador do Universo e de suas leis naturais, enquanto o homem era seu decodificador.Em 1755, com apenas 31 anos, Kant escreveu o tratado "História Universal Natural e Teoria dos Céus", dedicado a Frederico, o Grande, rei da Prússia. Kant esperava impressionar o rei o bastante para ganhar uma posição acadêmica em alguma universidade.
Infelizmente, seu editor foi à falência pouco antes de publicar o tratado, e Frederico jamais recebeu sua cópia. Nesse tratado encontramos verdadeiras jóias do pensamento kantiano e de sua belíssima visão cósmica.
A visão kantiana do Universo baseava-se numa hierarquia de estruturas que se repetia dos planetas às galáxias. Manifestação material do infinito poder criativo de Deus, o Universo replicava-se em todas as dimensões, das menores escalas às maiores.
Foi Kant quem sugeriu, antes de qualquer outro, que o Universo é composto por inúmeras galáxias como a Via Láctea, todas elas repletas de estrelas que, como o Sol, seriam rodeadas de planetas. Esses, por sua vez, rodeados por satélites. As mesmas estruturas, grosso modo, repetindo-se pelo Universo afora.
Kant imaginou um processo de formação para o Sistema Solar que, em muitos aspectos, sobrevive até hoje. Para ele, o sistema nasceu de uma nuvem de gás que se contraiu sob a própria gravidade.
No início era o caos, com átomos dispersos pelo cosmos. Instabilidades nessa matéria primordial atraíram mais matéria, criando uma combinação de movimentos de contração gravitacional e rotação. Na medida em que a recém-formada nebulosa encolhia e rodava, ela também se achatava nos pólos.Instabilidades locais, semelhantes às que geraram a grande nebulosa, criaram os planetas e seus satélites. Kant sabia que as órbitas planetárias se encontram todas praticamente num mesmo plano que atravessa o Sol, como um disco atravessando uma bola de tênis (não em escala).
Seu modelo reproduzia essas observações, ao menos qualitativamente. Aliás, essa é uma das críticas ao Kant cientista: que ele argumentou o Universo, ao invés de calculá-lo, como fez Laplace. Sua intuição era absolutamente cristalina, movida por uma visão teopoética do cosmos -razão inspirada pela emoção.
A visão de Kant foi além da formação do Sistema Solar e da repetição das hierarquias cósmicas. Também especulou, corretamente, que ciclos de criação e destruição pontuam a história do Universo.
Imaginou que a mesma matéria que cria planetas e cometas vai também destruí-los, já que "nos confins do tempo" tais objetos cairão no centro de suas órbitas. Kant imaginou que isso eventualmente criará uma "conflagração", explosão que reespalhará a matéria pelo cosmos, recriando o caos primordial.
Mais uma vez, pequenas instabilidades nessa matéria irão crescer, criando novos sóis e planetas, reiniciando a dança cósmica que Kant chamou de "Fênix da Natureza". Portanto, para Kant, o Universo repetia os ciclos de vida e morte das pessoas e de tudo na Natureza, com exceção da alma, fez questão de dizer, que é eterna. Sua obra, sem dúvida, é.
domingo, 3 de dezembro de 2000
Uma luz muito coerente
O laser é, tanto quanto o computador, parte imprescindível de nosso dia-a-dia: impressoras a laser, discos laser, DVDs, cirurgias e outros procedimentos médicos. Sem dúvida, o laser, que virou quarentão este ano, merece o nosso respeito como uma das invenções mais críticas do século 20. Daí que hoje gostaria de celebrá-lo, dedicando esta crônica a esse importante aliado de nosso laser.
Desculpem-me, caros leitores, mas não resisti a trocar o "z" pelo "s".Tudo começou em 1905, quando Einstein postulou que a luz pode ser interpretada tanto como uma onda, algo que já se sabia, quanto como uma partícula, o fóton, algo que tomou muita coragem na época. A luz visível é apenas uma das várias manifestações da radiação eletromagnética, que inclui as ondas de rádio, as radiações infravermelha e ultravioleta, os raios X e os raios gama.
A única diferença entre esses tipos de radiação é a frequência, que cresce das ondas de rádio até os raios gama. Einstein argumentou que a radiação eletromagnética pode ser representada por essas pequenas "balas" de radiação, cuja energia cresce com a frequência. Os fótons das ondas de rádio, de menor frequência, têm as menores energias, enquanto que aqueles dos raios gama são os mais energéticos.
O segundo componente que precisamos para entender como funcionam os lasers é o simples modelo atômico proposto por Niels Bohr em 1913. Segundo Bohr, o átomo pode ser representado por um pequeno núcleo de carga positiva e por elétrons que giram em torno desse núcleo em órbitas discretas. A novidade aqui é a idéia de órbitas discretas: é como se os elétrons só pudessem andar em trilhos concêntricos circundando o núcleo, não podendo andar no espaço entre os trilhos.
O trilho mais próximo do núcleo é o "estado fundamental" do átomo; os elétrons não podem cair no núcleo. Para subir de uma órbita para outra, os elétrons precisam de energia, tal como nós precisamos de energia para subir uma escada. Essa energia é fornecida por fótons, que precisam ter energias exatamente iguais à diferença de energia entre as duas órbitas. O elétron "come" (absorve) o fóton e com isso tem energia suficiente para subir de nível. Já um elétron em um nível superior (ou excitado) só pode descer emitindo um fóton com energia idêntica à diferença de energia entre as duas órbitas.
Portanto átomos em estados excitados emitem fótons ou radiação com frequência determinada.Imagine um átomo no estado fundamental. Se o bombardearmos com fótons de energia adequada, os elétrons irão absorvê-los e migrar para estados excitados. Esse processo é conhecido como "absorção estimulada". Caso o átomo esteja em um estado excitado, duas coisas podem acontecer: ou ele decai espontaneamente, emitindo um fóton com a frequência adequada (emissão espontânea), ou estimulamos seu decaimento bombardeando-o com fótons de frequência adequada (emissão estimulada). Esse último processo é fundamental no funcionamento do laser.
Isso porque, quando um fóton estimula o decaimento do átomo, outro fóton será liberado durante o decaimento, com energia idêntica à do primeiro. Ou seja, usamos um e pegamos dois. Uma situação semelhante acontece quando tentamos recuperar uma bola que ficou presa em uma árvore atirando outra bola. Se formos bem sucedidos, recuperamos a bola que jogamos e a que estava presa. Portanto, se prepararmos um número grande de átomos em um estado excitado e bombardearmos um desses átomos com um fóton, obtemos dois fótons (o usado como "bala" e o liberado no decaimento).
Esses dois fótons se chocam com dois outros átomos, liberando dois outros fótons (quatro no total), esses quatro liberam oito, e assim por diante, em uma incrível amplificação do efeito inicial. Daí a sigla "laser", que vem do inglês "Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação". Mais ainda, todos esses fótons têm exatamente a mesma energia, formando radiação altamente coerente. Por isso o laser tem um tom tão intenso.Os lasers mais comuns usam uma combinação de gases hélio e neônio. Essa mistura é estimulada por uma descarga elétrica que põe átomos de neônio em um estado excitado. Quando um fóton estimula seu decaimento, outros fótons são emitidos, gerando uma luz vermelha muito familiar. Na próxima vez que você ouvir um CD, essa familiar e intensa luz vermelha será menos misteriosa
Desculpem-me, caros leitores, mas não resisti a trocar o "z" pelo "s".Tudo começou em 1905, quando Einstein postulou que a luz pode ser interpretada tanto como uma onda, algo que já se sabia, quanto como uma partícula, o fóton, algo que tomou muita coragem na época. A luz visível é apenas uma das várias manifestações da radiação eletromagnética, que inclui as ondas de rádio, as radiações infravermelha e ultravioleta, os raios X e os raios gama.
A única diferença entre esses tipos de radiação é a frequência, que cresce das ondas de rádio até os raios gama. Einstein argumentou que a radiação eletromagnética pode ser representada por essas pequenas "balas" de radiação, cuja energia cresce com a frequência. Os fótons das ondas de rádio, de menor frequência, têm as menores energias, enquanto que aqueles dos raios gama são os mais energéticos.
O segundo componente que precisamos para entender como funcionam os lasers é o simples modelo atômico proposto por Niels Bohr em 1913. Segundo Bohr, o átomo pode ser representado por um pequeno núcleo de carga positiva e por elétrons que giram em torno desse núcleo em órbitas discretas. A novidade aqui é a idéia de órbitas discretas: é como se os elétrons só pudessem andar em trilhos concêntricos circundando o núcleo, não podendo andar no espaço entre os trilhos.
O trilho mais próximo do núcleo é o "estado fundamental" do átomo; os elétrons não podem cair no núcleo. Para subir de uma órbita para outra, os elétrons precisam de energia, tal como nós precisamos de energia para subir uma escada. Essa energia é fornecida por fótons, que precisam ter energias exatamente iguais à diferença de energia entre as duas órbitas. O elétron "come" (absorve) o fóton e com isso tem energia suficiente para subir de nível. Já um elétron em um nível superior (ou excitado) só pode descer emitindo um fóton com energia idêntica à diferença de energia entre as duas órbitas.
Portanto átomos em estados excitados emitem fótons ou radiação com frequência determinada.Imagine um átomo no estado fundamental. Se o bombardearmos com fótons de energia adequada, os elétrons irão absorvê-los e migrar para estados excitados. Esse processo é conhecido como "absorção estimulada". Caso o átomo esteja em um estado excitado, duas coisas podem acontecer: ou ele decai espontaneamente, emitindo um fóton com a frequência adequada (emissão espontânea), ou estimulamos seu decaimento bombardeando-o com fótons de frequência adequada (emissão estimulada). Esse último processo é fundamental no funcionamento do laser.
Isso porque, quando um fóton estimula o decaimento do átomo, outro fóton será liberado durante o decaimento, com energia idêntica à do primeiro. Ou seja, usamos um e pegamos dois. Uma situação semelhante acontece quando tentamos recuperar uma bola que ficou presa em uma árvore atirando outra bola. Se formos bem sucedidos, recuperamos a bola que jogamos e a que estava presa. Portanto, se prepararmos um número grande de átomos em um estado excitado e bombardearmos um desses átomos com um fóton, obtemos dois fótons (o usado como "bala" e o liberado no decaimento).
Esses dois fótons se chocam com dois outros átomos, liberando dois outros fótons (quatro no total), esses quatro liberam oito, e assim por diante, em uma incrível amplificação do efeito inicial. Daí a sigla "laser", que vem do inglês "Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação". Mais ainda, todos esses fótons têm exatamente a mesma energia, formando radiação altamente coerente. Por isso o laser tem um tom tão intenso.Os lasers mais comuns usam uma combinação de gases hélio e neônio. Essa mistura é estimulada por uma descarga elétrica que põe átomos de neônio em um estado excitado. Quando um fóton estimula seu decaimento, outros fótons são emitidos, gerando uma luz vermelha muito familiar. Na próxima vez que você ouvir um CD, essa familiar e intensa luz vermelha será menos misteriosa
domingo, 26 de novembro de 2000
Quando os mestres erram
Hoje gostaria de contar uma história que exemplifica como a idéia de autoridade intelectual opera na comunidade científica, muitas vezes com efeitos negativos. Isso porque a imagem do grande mestre projeta uma aura de infalibilidade que é falsa: grandes mentes também erram.Durante os anos 20 e 30, a comunidade astronômica britânica era dominada pela figura de Arthur Eddington.
Foi ele quem provou, por meio de observações de um eclipse do Sol em 1919, que a teoria da relatividade geral de Einstein estava correta. Foi ele quem desvendou, em grande parte, a composição química do Sol e como as estrelas operam, contrabalançando a tendência de implodir pela gravidade e a pressão criada pelas altas temperaturas no centro.
Quando Eddington falava, os astrônomos ouviam.Na Índia, em 1930, um estudante de 19 anos, Subrahmanyan Chandrasekhar, estava fascinado com os novos desenvolvimentos da física, a relatividade geral e a mecânica quântica. Ele decidiu fazer seu doutorado em Cambridge, Inglaterra, onde lecionavam seus ídolos, Eddington e R. Fowler, que em 1926 havia proposto uma resolução radical para um paradoxo levantado por Eddington: o que acontece com uma estrela quando ela esgota seu combustível interno e esfria?
A teoria dizia que ela passaria por uma sucessão de estados de equilíbrio, encolhendo, esquentando e se reequilibrando até esfriar novamente, encolher, esquentar etc. "Alto lá!", exclamou Eddington. "Se isso for verdade, a estrela irá então encolher até desaparecer? Certamente deve haver uma lei da natureza que impeça esse absurdo."A "lei" foi proposta por Fowler, com base na mecânica quântica. Ele mostrou que, quando a estrela encolhe e sua densidade passa de um determinado valor, os elétrons no centro da estrela vão ser espremidos tão perto uns dos outros que uma nova pressão passa a operar.
Podemos visualizar o que ocorre imaginando que cada elétron está confinado a uma pequena célula que, com o aumento da compressão, tende a diminuir. Os elétrons reagem movendo-se a altíssimas velocidades dentro de suas células, gerando pressão que as mantêm firmes, interrompendo o processo de contração.Eddington gostou da explicação, que salvava estrelas ultracompactas chamadas "anãs brancas" da completa implosão. Entra em cena Chandrasekhar que, ainda no navio para a Inglaterra, resolve estudar se os elétrons conseguem balancear contrações arbitrariamente altas.
Afinal, é razoável supor que estrelas com massas bem maiores que a do Sol causem pressões mais altas no centro. Usando métodos aproximados, ele obteve resultado surpreendente: se a massa da anã branca for 1,4 vezes maior que a massa solar, os elétrons são incapazes de contrabalançar o colapso. Chandrasekhar chega a Cambridge e conta a Fowler seu resultado. Infelizmente, a recepção de Fowler e da comunidade astronômica foi fria.Chateado, Chandrasekhar resolve estudar assuntos menos controversos para seu doutorado.
Diploma na mão, ele decide apresentar seus resultados sobre a massa "crítica" das anãs brancas na Sociedade Real de Astronomia. Para sua surpresa, na mesma noite o venerado Eddington também iria falar. Chandrasekhar apresenta os resultados de forma clara e brilhante. Eddington responde criticando severamente as idéias de Chandrasekhar e apresentando sua própria versão do que acontece com as anãs brancas, que, sabemos hoje, estava errada.
Mas quem iria contrariar o grande Eddington? Ele não podia aceitar uma estrela implodindo indefinidamente.O golpe em Chandrasekhar foi tão duro que, por quase 20 anos, ele não trabalhou no assunto. Mas ele estava certo e Eddington, errado. Em 1982, Chandrasekhar ganhou o Prêmio Nobel, por essa e muitas outras contribuições à astrofísica.Para nós, fica a lição de que, em ciência, autoridade pode cegar a visão de muitos durante um bom tempo. Mas, cedo ou tarde, se Davi tiver melhores idéias do que Golias, ele vai vencer a batalha.
Foi ele quem provou, por meio de observações de um eclipse do Sol em 1919, que a teoria da relatividade geral de Einstein estava correta. Foi ele quem desvendou, em grande parte, a composição química do Sol e como as estrelas operam, contrabalançando a tendência de implodir pela gravidade e a pressão criada pelas altas temperaturas no centro.
Quando Eddington falava, os astrônomos ouviam.Na Índia, em 1930, um estudante de 19 anos, Subrahmanyan Chandrasekhar, estava fascinado com os novos desenvolvimentos da física, a relatividade geral e a mecânica quântica. Ele decidiu fazer seu doutorado em Cambridge, Inglaterra, onde lecionavam seus ídolos, Eddington e R. Fowler, que em 1926 havia proposto uma resolução radical para um paradoxo levantado por Eddington: o que acontece com uma estrela quando ela esgota seu combustível interno e esfria?
A teoria dizia que ela passaria por uma sucessão de estados de equilíbrio, encolhendo, esquentando e se reequilibrando até esfriar novamente, encolher, esquentar etc. "Alto lá!", exclamou Eddington. "Se isso for verdade, a estrela irá então encolher até desaparecer? Certamente deve haver uma lei da natureza que impeça esse absurdo."A "lei" foi proposta por Fowler, com base na mecânica quântica. Ele mostrou que, quando a estrela encolhe e sua densidade passa de um determinado valor, os elétrons no centro da estrela vão ser espremidos tão perto uns dos outros que uma nova pressão passa a operar.
Podemos visualizar o que ocorre imaginando que cada elétron está confinado a uma pequena célula que, com o aumento da compressão, tende a diminuir. Os elétrons reagem movendo-se a altíssimas velocidades dentro de suas células, gerando pressão que as mantêm firmes, interrompendo o processo de contração.Eddington gostou da explicação, que salvava estrelas ultracompactas chamadas "anãs brancas" da completa implosão. Entra em cena Chandrasekhar que, ainda no navio para a Inglaterra, resolve estudar se os elétrons conseguem balancear contrações arbitrariamente altas.
Afinal, é razoável supor que estrelas com massas bem maiores que a do Sol causem pressões mais altas no centro. Usando métodos aproximados, ele obteve resultado surpreendente: se a massa da anã branca for 1,4 vezes maior que a massa solar, os elétrons são incapazes de contrabalançar o colapso. Chandrasekhar chega a Cambridge e conta a Fowler seu resultado. Infelizmente, a recepção de Fowler e da comunidade astronômica foi fria.Chateado, Chandrasekhar resolve estudar assuntos menos controversos para seu doutorado.
Diploma na mão, ele decide apresentar seus resultados sobre a massa "crítica" das anãs brancas na Sociedade Real de Astronomia. Para sua surpresa, na mesma noite o venerado Eddington também iria falar. Chandrasekhar apresenta os resultados de forma clara e brilhante. Eddington responde criticando severamente as idéias de Chandrasekhar e apresentando sua própria versão do que acontece com as anãs brancas, que, sabemos hoje, estava errada.
Mas quem iria contrariar o grande Eddington? Ele não podia aceitar uma estrela implodindo indefinidamente.O golpe em Chandrasekhar foi tão duro que, por quase 20 anos, ele não trabalhou no assunto. Mas ele estava certo e Eddington, errado. Em 1982, Chandrasekhar ganhou o Prêmio Nobel, por essa e muitas outras contribuições à astrofísica.Para nós, fica a lição de que, em ciência, autoridade pode cegar a visão de muitos durante um bom tempo. Mas, cedo ou tarde, se Davi tiver melhores idéias do que Golias, ele vai vencer a batalha.
domingo, 19 de novembro de 2000
Em defesa da ciência básica
Marcelo Gleiser
Volta e meia, em cartas de leitores desta coluna ou em palestras abertas ao público, sou criticado por dedicar-me ao estudo de questões básicas da ciência e não a problemas mais imediatos que afligem a humanidade, como a fome, as doenças, a poluição, entre outros. O argumento, que tem as melhores intenções, é mais ou menos o seguinte: os cientistas deveriam ajudar a melhorar a qualidade de vida, e não perder tempo com o que acontece perto de um buraco negro, com o funcionamento das estrelas, com as partículas fundamentais da matéria ou com a compreensão da origem do Universo. Por que cientistas "perdem tempo" com questões tão removidas do nosso dia-a-dia quando eles poderiam estar tentando desenvolver novas curas para a Aids ou o câncer ou controlando o buraco da camada de ozônio? Será que não sentem uma obrigação ética de usar seus talentos para ajudar aos outros? Dada a importância da questão, acho que vale a pena elaborar o que poderia chamar de "apologia da ciência básica". Antes de mais nada, é importante definir o que é ciência básica, algo não tão simples. Ao distinguirmos ciência básica de ciência aplicada, estamos supondo que ela trata de questões que não estão diretamente ligadas a aplicações imediatas, como a criação de novas tecnologias. O problema com essa definição, que reflete parte da confusão causada por meus críticos (e de todos os outros cientistas básicos), é que é muito difícil prever se questões que agora parecem tão esotéricas irão encontrar aplicações práticas no futuro. Como ilustração, cito o desenvolvimento da mecânica quântica, que estuda o mundo dos átomos e moléculas. Quando cientistas como Planck, Einstein, Bohr e Heisenberg tentavam entender o comportamento do átomo no início do século, eles jamais poderiam imaginar que de suas investigações brotaria uma revolução tecnológica que transformou o mundo. Desse questionamento básico emergiram invenções como transistores, semicondutores e laseres, que dominam nossa realidade plena de computadores, fibras óticas, telefones celulares etc. E foi do estudo da física atômica que foram descobertas radiações como o raio X, que revolucionou a medicina e que, por sua vez, ajudou outras revoluções, como a da biologia molecular e a da genética. Julgar a ciência básica a curto prazo cria a falsa idéia de que especulações teóricas jamais poderão ser relevantes na prática, sejam sobre átomos ou sobre estrelas. Outro ponto importante é o número de cientistas que se dedicam à ciência básica, contra os que trabalham em pesquisa aplicada. Sem a menor dúvida, físicos trabalhando em áreas mais teóricas são minoria absoluta. Apesar de não ter dados exatos, arriscaria que eles não passam de 10% a 20% dos físicos trabalhando em universidades e indústrias. Mais ainda, é injusto supor que mesmo os físicos ou os matemáticos trabalhando em assuntos esotéricos não se "importem" com os problemas do mundo. Será que devemos fazer a mesma crítica a banqueiros, a escritores, a comerciantes ou a motoristas de táxi? Não só a maioria desses cientistas leciona em universidades, educando centenas de jovens por ano, como muitos deles têm atividades paralelas, ligadas à preservação do ambiente (caso deste colunista) ou à preservação da democracia neste e em outros países. Ofereço um último argumento. A humanidade precisa de pelo menos alguns sonhadores, daqueles indivíduos que criam novas visões de mundo por meio de suas fantasias, sejam elas artísticas ou intelectuais. Um quadro não ajuda a combater a fome, mas ajuda a criar uma estética que nos eleva acima da trivialidade diária, que nos ajuda a expandir nossos horizontes. Uma teoria nova sobre a origem do Universo também. São poucos os pintores e astrofísicos deste mundo. E, por eles existirem, o mundo é um lugar mais especial. Precisamos ter a generosidade de criar um mundo onde pintores, astrofísicos, banqueiros, comerciantes e motoristas de táxi possam todos voltar a sua atenção para os problemas que afligem a humanidade. Cada um de nós deve pensar globalmente e atuar localmente, cientistas ou não.
Volta e meia, em cartas de leitores desta coluna ou em palestras abertas ao público, sou criticado por dedicar-me ao estudo de questões básicas da ciência e não a problemas mais imediatos que afligem a humanidade, como a fome, as doenças, a poluição, entre outros. O argumento, que tem as melhores intenções, é mais ou menos o seguinte: os cientistas deveriam ajudar a melhorar a qualidade de vida, e não perder tempo com o que acontece perto de um buraco negro, com o funcionamento das estrelas, com as partículas fundamentais da matéria ou com a compreensão da origem do Universo. Por que cientistas "perdem tempo" com questões tão removidas do nosso dia-a-dia quando eles poderiam estar tentando desenvolver novas curas para a Aids ou o câncer ou controlando o buraco da camada de ozônio? Será que não sentem uma obrigação ética de usar seus talentos para ajudar aos outros? Dada a importância da questão, acho que vale a pena elaborar o que poderia chamar de "apologia da ciência básica". Antes de mais nada, é importante definir o que é ciência básica, algo não tão simples. Ao distinguirmos ciência básica de ciência aplicada, estamos supondo que ela trata de questões que não estão diretamente ligadas a aplicações imediatas, como a criação de novas tecnologias. O problema com essa definição, que reflete parte da confusão causada por meus críticos (e de todos os outros cientistas básicos), é que é muito difícil prever se questões que agora parecem tão esotéricas irão encontrar aplicações práticas no futuro. Como ilustração, cito o desenvolvimento da mecânica quântica, que estuda o mundo dos átomos e moléculas. Quando cientistas como Planck, Einstein, Bohr e Heisenberg tentavam entender o comportamento do átomo no início do século, eles jamais poderiam imaginar que de suas investigações brotaria uma revolução tecnológica que transformou o mundo. Desse questionamento básico emergiram invenções como transistores, semicondutores e laseres, que dominam nossa realidade plena de computadores, fibras óticas, telefones celulares etc. E foi do estudo da física atômica que foram descobertas radiações como o raio X, que revolucionou a medicina e que, por sua vez, ajudou outras revoluções, como a da biologia molecular e a da genética. Julgar a ciência básica a curto prazo cria a falsa idéia de que especulações teóricas jamais poderão ser relevantes na prática, sejam sobre átomos ou sobre estrelas. Outro ponto importante é o número de cientistas que se dedicam à ciência básica, contra os que trabalham em pesquisa aplicada. Sem a menor dúvida, físicos trabalhando em áreas mais teóricas são minoria absoluta. Apesar de não ter dados exatos, arriscaria que eles não passam de 10% a 20% dos físicos trabalhando em universidades e indústrias. Mais ainda, é injusto supor que mesmo os físicos ou os matemáticos trabalhando em assuntos esotéricos não se "importem" com os problemas do mundo. Será que devemos fazer a mesma crítica a banqueiros, a escritores, a comerciantes ou a motoristas de táxi? Não só a maioria desses cientistas leciona em universidades, educando centenas de jovens por ano, como muitos deles têm atividades paralelas, ligadas à preservação do ambiente (caso deste colunista) ou à preservação da democracia neste e em outros países. Ofereço um último argumento. A humanidade precisa de pelo menos alguns sonhadores, daqueles indivíduos que criam novas visões de mundo por meio de suas fantasias, sejam elas artísticas ou intelectuais. Um quadro não ajuda a combater a fome, mas ajuda a criar uma estética que nos eleva acima da trivialidade diária, que nos ajuda a expandir nossos horizontes. Uma teoria nova sobre a origem do Universo também. São poucos os pintores e astrofísicos deste mundo. E, por eles existirem, o mundo é um lugar mais especial. Precisamos ter a generosidade de criar um mundo onde pintores, astrofísicos, banqueiros, comerciantes e motoristas de táxi possam todos voltar a sua atenção para os problemas que afligem a humanidade. Cada um de nós deve pensar globalmente e atuar localmente, cientistas ou não.
domingo, 12 de novembro de 2000
Domando o demônio de Maxwell
Outro dia apareceu na minha sala um senhor muito bem apessoado, de terno e gravata, portando uma série de papéis e planos em sua maleta. O visitante abriu seus planos, complicadíssimos, de uma máquina com um enorme pêndulo feito de um material magnético que, segundo seu inventor, poderia funcionar para sempre, em flagrante violação das leis da termodinâmica, a parte da física que estuda o efeito da temperatura no comportamento de sistemas. Se sua invenção funcionasse como anunciado, ela viraria mesmo a física ao avesso. Infelizmente, a engenhoca precisava de um dispositivo descartável bastante familiar, uma pilha elétrica, consumindo mais energia do era capaz de gerar.
O desejo de construir uma máquina capaz de funcionar para sempre, gerando mais energia do que consome, é um sonho muito antigo. Caso isso fosse possível, o problema econômico relacionado ao custo de combustíveis desapareceria, e o mundo seria um lugar muito diferente. De certa forma, o movimento perpétuo está relacionado à busca da imortalidade, da libertação da necessidade de estarmos sempre a construir o que naturalmente decai. Esse aspecto castrador da natureza é expresso nas duas primeiras leis da termodinâmica.
A primeira diz que, em um sistema isolado, não é possível gerar ou destruir energia, apenas transformá-la: uma pilha transforma energia química em energia elétrica, por exemplo. A segunda lei diz que o calor sempre flui de um corpo mais quente para um mais frio. Só assim o sistema realiza trabalho. Em outra versão, ela diz que um sistema isolado sempre evolui de um estado mais organizado para um mais desorganizado.
Se você pingar uma gota de mercurocromo em um copo d'água, ela se dispersará. Mas o contrário -a gota voltar a agregar-se espontaneamente dentro da água- jamais acontecerá. Escondido nessa lei está o fato que para criarmos ordem temos de gastar energia. Uma máquina, dispositivo capaz de criar ordem, necessariamente consome energia para fazê-lo. Na segunda metade do século 19, o grande físico escocês James Clerk Maxwell achou que podia driblar a segunda lei. Ele imaginou um ser, seu demônio, que vivia em uma caixa cheia de um gás a uma temperatura fixa. A caixa era dividida por uma partição com uma pequena porta, e o gás inicialmente estava todo em um lado.
A temperatura de um gás está relacionada à velocidade média de suas moléculas: há moléculas com velocidades maiores e menores que a média. O demônio abria a porta apenas para deixar passar as moléculas mais rápidas. Com isso, ele conseguiria separar o gás entre as duas partições, uma com moléculas mais velozes e outra com as mais lentas. E, como a velocidade está relacionada à temperatura, o demônio separaria o gás em uma parte mais quente e outra mais fria, a condição básica para que um sistema possa realizar trabalho.O que Maxwell não incluiu em sua análise foi que seu demônio, seja ele um ser sobrenatural ou um dispositivo eletrônico, também precisa de energia para operar.
Quando essa energia extra é incluída, o sistema caixa-demônio gasta mais energia do que é capaz de gerar. Venceu a segunda lei. Recentemente, um par de físicos revisitou esse problema usando não um demônio, mas uma caixa minúscula cheia de microondas e um átomo. Esse sistema é descrito pela mecânica quântica, onde efeitos que Maxwell consideraria impossíveis são perfeitamente normais. Aplicando a essa caixa um campo magnético que varia periodicamente, os cientistas argumentam que é possível gerar vibrações que liberam mais energia do que a usada para causá-las. Isso porque, na física quântica, partículas não são descritas como bolas de gude, mas como ondas, que podem interagir de forma coerente, criando cristas e depressões.
A energia depositada pelas oscilações do campo magnético é distribuída nas ondas, fazendo com que o átomo oscile como uma rolha boiando no mar. Essas oscilações geram energia que pode, em princípio, ser extraída. Será que a segunda lei foi vencida pela mecânica quântica? Aparentemente sim, mas por enquanto o sistema só existe em teoria. E não é claro que a termodinâmica possa ser aplicada à esse sistema. De qualquer forma, talvez o demônio de Maxwell venha a existir um dia, mesmo se apenas no mundo do muito pequeno
O desejo de construir uma máquina capaz de funcionar para sempre, gerando mais energia do que consome, é um sonho muito antigo. Caso isso fosse possível, o problema econômico relacionado ao custo de combustíveis desapareceria, e o mundo seria um lugar muito diferente. De certa forma, o movimento perpétuo está relacionado à busca da imortalidade, da libertação da necessidade de estarmos sempre a construir o que naturalmente decai. Esse aspecto castrador da natureza é expresso nas duas primeiras leis da termodinâmica.
A primeira diz que, em um sistema isolado, não é possível gerar ou destruir energia, apenas transformá-la: uma pilha transforma energia química em energia elétrica, por exemplo. A segunda lei diz que o calor sempre flui de um corpo mais quente para um mais frio. Só assim o sistema realiza trabalho. Em outra versão, ela diz que um sistema isolado sempre evolui de um estado mais organizado para um mais desorganizado.
Se você pingar uma gota de mercurocromo em um copo d'água, ela se dispersará. Mas o contrário -a gota voltar a agregar-se espontaneamente dentro da água- jamais acontecerá. Escondido nessa lei está o fato que para criarmos ordem temos de gastar energia. Uma máquina, dispositivo capaz de criar ordem, necessariamente consome energia para fazê-lo. Na segunda metade do século 19, o grande físico escocês James Clerk Maxwell achou que podia driblar a segunda lei. Ele imaginou um ser, seu demônio, que vivia em uma caixa cheia de um gás a uma temperatura fixa. A caixa era dividida por uma partição com uma pequena porta, e o gás inicialmente estava todo em um lado.
A temperatura de um gás está relacionada à velocidade média de suas moléculas: há moléculas com velocidades maiores e menores que a média. O demônio abria a porta apenas para deixar passar as moléculas mais rápidas. Com isso, ele conseguiria separar o gás entre as duas partições, uma com moléculas mais velozes e outra com as mais lentas. E, como a velocidade está relacionada à temperatura, o demônio separaria o gás em uma parte mais quente e outra mais fria, a condição básica para que um sistema possa realizar trabalho.O que Maxwell não incluiu em sua análise foi que seu demônio, seja ele um ser sobrenatural ou um dispositivo eletrônico, também precisa de energia para operar.
Quando essa energia extra é incluída, o sistema caixa-demônio gasta mais energia do que é capaz de gerar. Venceu a segunda lei. Recentemente, um par de físicos revisitou esse problema usando não um demônio, mas uma caixa minúscula cheia de microondas e um átomo. Esse sistema é descrito pela mecânica quântica, onde efeitos que Maxwell consideraria impossíveis são perfeitamente normais. Aplicando a essa caixa um campo magnético que varia periodicamente, os cientistas argumentam que é possível gerar vibrações que liberam mais energia do que a usada para causá-las. Isso porque, na física quântica, partículas não são descritas como bolas de gude, mas como ondas, que podem interagir de forma coerente, criando cristas e depressões.
A energia depositada pelas oscilações do campo magnético é distribuída nas ondas, fazendo com que o átomo oscile como uma rolha boiando no mar. Essas oscilações geram energia que pode, em princípio, ser extraída. Será que a segunda lei foi vencida pela mecânica quântica? Aparentemente sim, mas por enquanto o sistema só existe em teoria. E não é claro que a termodinâmica possa ser aplicada à esse sistema. De qualquer forma, talvez o demônio de Maxwell venha a existir um dia, mesmo se apenas no mundo do muito pequeno
domingo, 5 de novembro de 2000
Clonando a ressurreição
A espécie animal mais assassina da natureza é, sem dúvida, o homem. É uma grande ironia que tenhamos a petulância de nos acharmos a espécie mais inteligente. Para mim, separar inteligência de sabedoria é absurdo. Mas é o que acontece, quando vemos nossa "inteligência" sendo usada para construir armas e armadilhas cada vez mais eficientes para caçar animais. O marfim dos elefantes, as peles das onças, dos jacarés e de tantos outros animais, será que é tão difícil assim viver sem esses "produtos"? A desculpa dada é que os caçadores são pobres e precisam disso para sobreviver, que o problema é econômico. Sem dúvida é um problema econômico. Daqueles ricos que não têm a noção do que está por trás de um casaco de peles ou de brincos de marfim, de quais são as consequências da destruição das espécies.
Se esse mercado desaparecesse, os caçadores iriam caçar outras coisas, de preferência animais que não estão em extinção. Melhor ainda, eles iriam mudar de profissão. Mesmo a caça de subsistência já foi corrompida pelo consumismo desenfreado de partes de animais com que enfeitamos nossa casa ou corpo. Recentemente, cientistas nos EUA anunciaram a primeira clonagem de uma espécie em extinção, o gauro indiano, um parente do búfalo. O bebê gauro nascerá este mês, do ventre de uma vaca. O processo de clonagem tem várias etapas. Primeiro, devemos ter um óvulo que será o recipiente do material genético da espécie em extinção. No caso do gauro, o óvulo usado foi o de uma vaca comum. Usando uma seringa bem fina, os cientistas extraem o material genético do óvulo recipiente, que se encontra no seu núcleo. O que resta no óvulo é o citoplasma, pronto para receber o material genético da espécie a ser clonada.
Para tal, células da pele do animal em extinção, chamadas fibroblastos, são injetadas na parede interior da membrana que envolve o óvulo. Um choque elétrico funde a célula da pele com o citoplasma do óvulo. Algumas horas após a fusão, começa a divisão celular que inicia o desenvolvimento de um novo ser, o clone do animal do qual se retirou a célula da pele. Em alguns dias, essa mistura celular transforma-se em uma massa com mais de cem células, que é então implantada no útero da "mãe". Em alguns meses, nasce o clone do animal em extinção. Com a tecnologia de clonagem de animais em extinção, o debate sobre a preservação das espécies se torna crucial. Infelizmente, oportunistas irão dizer que agora, com essa tecnologia, não precisamos mais temer a extinção, pois sempre poderemos clonar animais da espécie em perigo. Portanto, vamos caçar mais onças, jacarés e baleias, que tudo bem!
Obviamente, esse argumento é absurdo. Um dos problemas fundamentais da clonagem é que ela apenas duplica o material genético, destruindo a diversidade genética da espécie. Ou seja, reconstruiríamos uma espécie em extinção com centenas de cópias idênticas de alguns indivíduos. Imagine um mundo habitado por bilhões de cópias das mesmas cem pessoas! Mesmo que a clonagem ofereça a esperança de podermos repovoar certas espécies, teremos de criar meios de variar artificialmente seu material genético, talvez misturando-o com o de espécies afins, um processo arbitrário e eticamente complicado.
O melhor antídoto contra a extinção é a conscientização e a destruição do mercado de consumo que promove a caça desses animais. E a clonagem de espécies já extintas? Se podemos clonar uma espécie em extinção, por que não um mamute ou mesmo um dinossauro, como no filme "Parque dos Dinossauros"? Em princípio, se tivermos o material genético dessas espécies em bom estado de preservação, sua clonagem é possível. Felizmente, ao menos na minha opinião, devido a milhares (ou milhões) de anos de fossilização e mudanças de temperatura, o material genético dessas espécies se encontra em péssimo estado. Ainda não podemos usar a clonagem para ressuscitar espécies. Paradoxalmente, apesar dessa técnica representar uma grande conquista da ciência moderna, ela também representa a pobreza do espírito humano.
Se esse mercado desaparecesse, os caçadores iriam caçar outras coisas, de preferência animais que não estão em extinção. Melhor ainda, eles iriam mudar de profissão. Mesmo a caça de subsistência já foi corrompida pelo consumismo desenfreado de partes de animais com que enfeitamos nossa casa ou corpo. Recentemente, cientistas nos EUA anunciaram a primeira clonagem de uma espécie em extinção, o gauro indiano, um parente do búfalo. O bebê gauro nascerá este mês, do ventre de uma vaca. O processo de clonagem tem várias etapas. Primeiro, devemos ter um óvulo que será o recipiente do material genético da espécie em extinção. No caso do gauro, o óvulo usado foi o de uma vaca comum. Usando uma seringa bem fina, os cientistas extraem o material genético do óvulo recipiente, que se encontra no seu núcleo. O que resta no óvulo é o citoplasma, pronto para receber o material genético da espécie a ser clonada.
Para tal, células da pele do animal em extinção, chamadas fibroblastos, são injetadas na parede interior da membrana que envolve o óvulo. Um choque elétrico funde a célula da pele com o citoplasma do óvulo. Algumas horas após a fusão, começa a divisão celular que inicia o desenvolvimento de um novo ser, o clone do animal do qual se retirou a célula da pele. Em alguns dias, essa mistura celular transforma-se em uma massa com mais de cem células, que é então implantada no útero da "mãe". Em alguns meses, nasce o clone do animal em extinção. Com a tecnologia de clonagem de animais em extinção, o debate sobre a preservação das espécies se torna crucial. Infelizmente, oportunistas irão dizer que agora, com essa tecnologia, não precisamos mais temer a extinção, pois sempre poderemos clonar animais da espécie em perigo. Portanto, vamos caçar mais onças, jacarés e baleias, que tudo bem!
Obviamente, esse argumento é absurdo. Um dos problemas fundamentais da clonagem é que ela apenas duplica o material genético, destruindo a diversidade genética da espécie. Ou seja, reconstruiríamos uma espécie em extinção com centenas de cópias idênticas de alguns indivíduos. Imagine um mundo habitado por bilhões de cópias das mesmas cem pessoas! Mesmo que a clonagem ofereça a esperança de podermos repovoar certas espécies, teremos de criar meios de variar artificialmente seu material genético, talvez misturando-o com o de espécies afins, um processo arbitrário e eticamente complicado.
O melhor antídoto contra a extinção é a conscientização e a destruição do mercado de consumo que promove a caça desses animais. E a clonagem de espécies já extintas? Se podemos clonar uma espécie em extinção, por que não um mamute ou mesmo um dinossauro, como no filme "Parque dos Dinossauros"? Em princípio, se tivermos o material genético dessas espécies em bom estado de preservação, sua clonagem é possível. Felizmente, ao menos na minha opinião, devido a milhares (ou milhões) de anos de fossilização e mudanças de temperatura, o material genético dessas espécies se encontra em péssimo estado. Ainda não podemos usar a clonagem para ressuscitar espécies. Paradoxalmente, apesar dessa técnica representar uma grande conquista da ciência moderna, ela também representa a pobreza do espírito humano.
Clonando a ressurreição
A espécie animal mais assassina da natureza é, sem dúvida, o homem. É uma grande ironia que tenhamos a petulância de nos acharmos a espécie mais inteligente. Para mim, separar inteligência de sabedoria é absurdo. Mas é o que acontece, quando vemos nossa "inteligência" sendo usada para construir armas e armadilhas cada vez mais eficientes para caçar animais. O marfim dos elefantes, as peles das onças, dos jacarés e de tantos outros animais, será que é tão difícil assim viver sem esses "produtos"?
A desculpa dada é que os caçadores são pobres e precisam disso para sobreviver, que o problema é econômico. Sem dúvida é um problema econômico. Daqueles ricos que não têm a noção do que está por trás de um casaco de peles ou de brincos de marfim, de quais são as consequências da destruição das espécies.
Se esse mercado desaparecesse, os caçadores iriam caçar outras coisas, de preferência animais que não estão em extinção. Melhor ainda, eles iriam mudar de profissão. Mesmo a caça de subsistência já foi corrompida pelo consumismo desenfreado de partes de animais com que enfeitamos nossa casa ou corpo.
Recentemente, cientistas nos EUA anunciaram a primeira clonagem de uma espécie em extinção, o gauro indiano, um parente do búfalo. O bebê gauro nascerá este mês, do ventre de uma vaca. O processo de clonagem tem várias etapas. Primeiro, devemos ter um óvulo que será o recipiente do material genético da espécie em extinção. No caso do gauro, o óvulo usado foi o de uma vaca comum. Usando uma seringa bem fina, os cientistas extraem o material genético do óvulo recipiente, que se encontra no seu núcleo. O que resta no óvulo é o citoplasma, pronto para receber o material genético da espécie a ser clonada. Para tal, células da pele do animal em extinção, chamadas fibroblastos, são injetadas na parede interior da membrana que envolve o óvulo. Um choque elétrico funde a célula da pele com o citoplasma do óvulo. Algumas horas após a fusão, começa a divisão celular que inicia o desenvolvimento de um novo ser, o clone do animal do qual se retirou a célula da pele. Em alguns dias, essa mistura celular transforma-se em uma massa com mais de cem células, que é então implantada no útero da "mãe". Em alguns meses, nasce o clone do animal em extinção.
Com a tecnologia de clonagem de animais em extinção, o debate sobre a preservação das espécies se torna crucial. Infelizmente, oportunistas irão dizer que agora, com essa tecnologia, não precisamos mais temer a extinção, pois sempre poderemos clonar animais da espécie em perigo. Portanto, vamos caçar mais onças, jacarés e baleias, que tudo bem! Obviamente, esse argumento é absurdo.
Um dos problemas fundamentais da clonagem é que ela apenas duplica o material genético, destruindo a diversidade genética da espécie. Ou seja, reconstruiríamos uma espécie em extinção com centenas de cópias idênticas de alguns indivíduos. Imagine um mundo habitado por bilhões de cópias das mesmas cem pessoas! Mesmo que a clonagem ofereça a esperança de podermos repovoar certas espécies, teremos de criar meios de variar artificialmente seu material genético, talvez misturando-o com o de espécies afins, um processo arbitrário e eticamente complicado. O melhor antídoto contra a extinção é a conscientização e a destruição do mercado de consumo que promove a caça desses animais.
E a clonagem de espécies já extintas? Se podemos clonar uma espécie em extinção, por que não um mamute ou mesmo um dinossauro, como no filme "Parque dos Dinossauros"? Em princípio, se tivermos o material genético dessas espécies em bom estado de preservação, sua clonagem é possível. Felizmente, ao menos na minha opinião, devido a milhares (ou milhões) de anos de fossilização e mudanças de temperatura, o material genético dessas espécies se encontra em péssimo estado. Ainda não podemos usar a clonagem para ressuscitar espécies.
Paradoxalmente, apesar dessa técnica representar uma grande conquista da ciência moderna, ela também representa a pobreza do espírito humano.
A desculpa dada é que os caçadores são pobres e precisam disso para sobreviver, que o problema é econômico. Sem dúvida é um problema econômico. Daqueles ricos que não têm a noção do que está por trás de um casaco de peles ou de brincos de marfim, de quais são as consequências da destruição das espécies.
Se esse mercado desaparecesse, os caçadores iriam caçar outras coisas, de preferência animais que não estão em extinção. Melhor ainda, eles iriam mudar de profissão. Mesmo a caça de subsistência já foi corrompida pelo consumismo desenfreado de partes de animais com que enfeitamos nossa casa ou corpo.
Recentemente, cientistas nos EUA anunciaram a primeira clonagem de uma espécie em extinção, o gauro indiano, um parente do búfalo. O bebê gauro nascerá este mês, do ventre de uma vaca. O processo de clonagem tem várias etapas. Primeiro, devemos ter um óvulo que será o recipiente do material genético da espécie em extinção. No caso do gauro, o óvulo usado foi o de uma vaca comum. Usando uma seringa bem fina, os cientistas extraem o material genético do óvulo recipiente, que se encontra no seu núcleo. O que resta no óvulo é o citoplasma, pronto para receber o material genético da espécie a ser clonada. Para tal, células da pele do animal em extinção, chamadas fibroblastos, são injetadas na parede interior da membrana que envolve o óvulo. Um choque elétrico funde a célula da pele com o citoplasma do óvulo. Algumas horas após a fusão, começa a divisão celular que inicia o desenvolvimento de um novo ser, o clone do animal do qual se retirou a célula da pele. Em alguns dias, essa mistura celular transforma-se em uma massa com mais de cem células, que é então implantada no útero da "mãe". Em alguns meses, nasce o clone do animal em extinção.
Com a tecnologia de clonagem de animais em extinção, o debate sobre a preservação das espécies se torna crucial. Infelizmente, oportunistas irão dizer que agora, com essa tecnologia, não precisamos mais temer a extinção, pois sempre poderemos clonar animais da espécie em perigo. Portanto, vamos caçar mais onças, jacarés e baleias, que tudo bem! Obviamente, esse argumento é absurdo.
Um dos problemas fundamentais da clonagem é que ela apenas duplica o material genético, destruindo a diversidade genética da espécie. Ou seja, reconstruiríamos uma espécie em extinção com centenas de cópias idênticas de alguns indivíduos. Imagine um mundo habitado por bilhões de cópias das mesmas cem pessoas! Mesmo que a clonagem ofereça a esperança de podermos repovoar certas espécies, teremos de criar meios de variar artificialmente seu material genético, talvez misturando-o com o de espécies afins, um processo arbitrário e eticamente complicado. O melhor antídoto contra a extinção é a conscientização e a destruição do mercado de consumo que promove a caça desses animais.
E a clonagem de espécies já extintas? Se podemos clonar uma espécie em extinção, por que não um mamute ou mesmo um dinossauro, como no filme "Parque dos Dinossauros"? Em princípio, se tivermos o material genético dessas espécies em bom estado de preservação, sua clonagem é possível. Felizmente, ao menos na minha opinião, devido a milhares (ou milhões) de anos de fossilização e mudanças de temperatura, o material genético dessas espécies se encontra em péssimo estado. Ainda não podemos usar a clonagem para ressuscitar espécies.
Paradoxalmente, apesar dessa técnica representar uma grande conquista da ciência moderna, ela também representa a pobreza do espírito humano.
domingo, 29 de outubro de 2000
Davi, Golias e o destino do Sol
O Sol, como qualquer outra estrela, não brilhará para sempre: em aproximadamente cinco bilhões de anos ele esgotará suas reservas de combustível e entrará em fase de decadência, pontuada pelos mais diversos efeitos cataclísmicos. Isso porque estrelas passam suas vidas combatendo a própria implosão que sua gravidade lhes impõe. Imagine uma pessoa deitada sobre um colchão de molas. Quanto mais pesada for essa pessoa, ou melhor, quanto maior for a sua massa, mais as molas terão de trabalhar para contrabalançar o colapso do colchão.
O mesmo acontece com o Sol. Se nós o representarmos como uma cebola gigante, camada sobre camada, as camadas superiores exercerão uma enorme força gravitacional sobre as inferiores, equivalentes ao colchão sob uma ou mais pessoas. É na região central do Sol que as absurdas energias que contrabalançam a pressão gravitacional são produzidas, por meio do processo de fusão nuclear, o mesmo que causa as explosões das bombas de hidrogênio. Portanto, a existência do Sol se deve a esse equilíbrio entre sua tendência a implodir, devido à sua enorme massa, e a explodir, devido à fusão nuclear de hidrogênio na região central.
Fusão em quê? O hidrogênio se transforma no segundo elemento mais leve, o hélio. Essa mudança revela de forma belíssima a transformação de massa em energia prevista na teoria da relatividade de Einstein, encapsulada na famosa fórmula E=mc2. Basicamente, a massa do produto final das reações de fusão é menor do que a massa dos produtos iniciais, e o excesso é convertido em radiação. Se o Sol, em um ato desesperado de autocanibalismo, usa sua própria matéria para produzir a energia necessária para sua estabilidade, o que acontecerá quando ele devorar todas as suas entranhas, isto é, quando ele tiver convertido todo o hidrogênio de sua região central em hélio?
A resposta mais curta é que ele começará a fundir o hélio em outro elemento, no caso, o carbono. Mas vários efeitos extremamente dramáticos acontecem entre as duas fusões (hélio e carbono), incluindo a transformação do Sol em uma estrela do tipo "gigante vermelha", cujo raio será maior do que a órbita de Mercúrio. Expansões estelares desse tipo ocorrem quando o calor gerado em seu interior é maior do que a implosão gravitacional pode contrabalançar. Eu espero que a essa altura já tenhamos colonizado outras partes da galáxia; caso contrário, esse será o fim da vida na Terra.
Enquanto o envelope da estrela cresce, sua região central encolhe devido à sua gravidade, já que a fusão de hélio ainda não começou. A pressão é tão grande que os elétrons não circulam mais em torno dos núcleos atômicos, mas movem-se livremente no meio da congestão. A um certo ponto, um novo efeito passa a ser importante, o Davi que irá derrotar o gigante Golias. Segundo a física quântica, elétrons e outras partículas, como o próton e o nêutron, são extremamente anti-sociais e tentam se evitar ao máximo. De fato, esse efeito de repulsão é conhecido como o Princípio de Exclusão de Pauli, proposto pelo físico austríaco Wolfgang Pauli em 1925. Quando elétrons são forçados a coexistir em volumes muito pequenos, como nas regiões centrais de estrelas em crise, eles reagem movendo-se a altíssimas velocidades, criando uma enorme contrapressão. O colapso da estrela é detido por um efeito que ocorre na escala subatômica, o micro balanceando o macro.
Esse efeito torna-se crucial no estágio final de evolução do Sol. Após curto período de fusão de hélio em carbono, a região central, agora rica em carbono, não consegue fundir-se em outro elemento mais pesado (para estrelas mais maciças que o Sol, isso não ocorre). Ela continua a contrair-se devido à sua própria gravidade até que os elétrons digam: "Chega de aperto!", reagindo de forma que o colapso pára e os restos da estrela encontram sua paz final. Essa bola de carbono e elétrons, do tamanho da Terra e com metade da massa do Sol, chama-se "anã branca". Ela continuará a resfriar-se até desaparecer na escuridão do espaço. Fria, mas com a dignidade de quem brilhou por dez bilhões de anos.
O mesmo acontece com o Sol. Se nós o representarmos como uma cebola gigante, camada sobre camada, as camadas superiores exercerão uma enorme força gravitacional sobre as inferiores, equivalentes ao colchão sob uma ou mais pessoas. É na região central do Sol que as absurdas energias que contrabalançam a pressão gravitacional são produzidas, por meio do processo de fusão nuclear, o mesmo que causa as explosões das bombas de hidrogênio. Portanto, a existência do Sol se deve a esse equilíbrio entre sua tendência a implodir, devido à sua enorme massa, e a explodir, devido à fusão nuclear de hidrogênio na região central.
Fusão em quê? O hidrogênio se transforma no segundo elemento mais leve, o hélio. Essa mudança revela de forma belíssima a transformação de massa em energia prevista na teoria da relatividade de Einstein, encapsulada na famosa fórmula E=mc2. Basicamente, a massa do produto final das reações de fusão é menor do que a massa dos produtos iniciais, e o excesso é convertido em radiação. Se o Sol, em um ato desesperado de autocanibalismo, usa sua própria matéria para produzir a energia necessária para sua estabilidade, o que acontecerá quando ele devorar todas as suas entranhas, isto é, quando ele tiver convertido todo o hidrogênio de sua região central em hélio?
A resposta mais curta é que ele começará a fundir o hélio em outro elemento, no caso, o carbono. Mas vários efeitos extremamente dramáticos acontecem entre as duas fusões (hélio e carbono), incluindo a transformação do Sol em uma estrela do tipo "gigante vermelha", cujo raio será maior do que a órbita de Mercúrio. Expansões estelares desse tipo ocorrem quando o calor gerado em seu interior é maior do que a implosão gravitacional pode contrabalançar. Eu espero que a essa altura já tenhamos colonizado outras partes da galáxia; caso contrário, esse será o fim da vida na Terra.
Enquanto o envelope da estrela cresce, sua região central encolhe devido à sua gravidade, já que a fusão de hélio ainda não começou. A pressão é tão grande que os elétrons não circulam mais em torno dos núcleos atômicos, mas movem-se livremente no meio da congestão. A um certo ponto, um novo efeito passa a ser importante, o Davi que irá derrotar o gigante Golias. Segundo a física quântica, elétrons e outras partículas, como o próton e o nêutron, são extremamente anti-sociais e tentam se evitar ao máximo. De fato, esse efeito de repulsão é conhecido como o Princípio de Exclusão de Pauli, proposto pelo físico austríaco Wolfgang Pauli em 1925. Quando elétrons são forçados a coexistir em volumes muito pequenos, como nas regiões centrais de estrelas em crise, eles reagem movendo-se a altíssimas velocidades, criando uma enorme contrapressão. O colapso da estrela é detido por um efeito que ocorre na escala subatômica, o micro balanceando o macro.
Esse efeito torna-se crucial no estágio final de evolução do Sol. Após curto período de fusão de hélio em carbono, a região central, agora rica em carbono, não consegue fundir-se em outro elemento mais pesado (para estrelas mais maciças que o Sol, isso não ocorre). Ela continua a contrair-se devido à sua própria gravidade até que os elétrons digam: "Chega de aperto!", reagindo de forma que o colapso pára e os restos da estrela encontram sua paz final. Essa bola de carbono e elétrons, do tamanho da Terra e com metade da massa do Sol, chama-se "anã branca". Ela continuará a resfriar-se até desaparecer na escuridão do espaço. Fria, mas com a dignidade de quem brilhou por dez bilhões de anos.
domingo, 22 de outubro de 2000
Viagem virtual ao centro da Terra
Ross baseou-se em experiências que estudam o comportamento da matéria a pressões e temperaturas altíssimas, como no interior dos planetas do Sistema Solar. Para simular tais ambientes, as experiências têm de gerar pressões milhões de vezes maiores do que a pressão atmosférica terrestre e temperaturas de milhares de graus.
É claro que essas experiências usam métodos extremos. O mais dramático emprega explosões nucleares para causar ondas de choque em amostras de materiais diversos. Outro, menos dramático, usa balas ultra-rápidas, que atingem velocidades de até 10 km/s, dez vezes maiores do que as balas comuns. O impacto com alvos diversos cria uma onda de choque que gera pressões e temperaturas comparáveis às encontradas no interior de planetas.
Tanto bombas quanto balas duram apenas frações de segundo, o que não é tempo suficiente para fazer medições muito precisas do que acontece com a amostra. De qualquer forma, experimentos usando esses métodos, no início dos anos 80, indicaram que certos gases comuns nos planetas gigantes, como o metano (CH4, um átomo de carbono e quatro de hidrogênio), se dissociam em componentes básicos quando submetidos a pressões como no interior de planetas. Foram esses experimentos que inspiraram Ross a propor a teoria de diamantes no céu: caso o carbono fosse mesmo dissociado sob altas pressões, afundaria em direção ao centro do planeta, como uma chuva de diamantes.
Essa imagem, mesmo que poética, ainda está longe de ser confirmada. Não é possível enviar sondas que analisem o interior de planetas distantes. Aliás, nem mesmo o da Terra, que permanece uma das grandes incógnitas da ciência.
Outro método muito utilizado no estudo de matéria a altas pressões é uma prensa de diamante: uma amostra de material é posta entre dois cristais de diamante e espremida por um pistão. Com isso, simulam-se pressões de até 5,6 milhões de atmosferas, o atual recorde, maior que no centro da Terra. O problema é que o expediente não sustenta temperaturas elevadas. Acima de 2.000C, o sistema deixa de funcionar. Portanto, outro método tem de ser usado.
Aqui entram os computadores. Usando simulações chamadas de dinâmica molecular, é possível simular as interações dentro de um grupo relativamente pequeno de átomos quando submetidos a altas pressões e temperaturas. Apesar de esse método também ter problemas, computadores cada vez mais poderosos vêm resolvendo vários deles.
O mais óbvio vem de essas simulações serem feitas em uma "grade" fixa (para representar átomos em um computador, é preciso especificar suas posições e velocidades em relação a uma grade, como se cada um ocupasse um vértice num tabuleiro de xadrez). O problema é que, quando a matéria é submetida a pressões altas, ela se rearranja em redes cristalinas diferentes, por exemplo passando de uma forma cúbica para uma piramidal. Como simular essa maleabilidade numa grade fixa? Mais ainda, as interações entre os vários átomos obedecem às leis da mecânica quântica, consideravelmente mais complicadas do que as da física clássica. Incorporá-las numa simulação não é fácil.
Usando grades maleáveis, com forças fictícias que simulam as interações entre grupos com centenas de átomos, físicos mostraram que o metano se dissocia, mesmo, sob altas temperaturas e pressões. E que o interior da Terra é mesmo rico em ferro líquido, cujas propriedades sob altas pressões permaneciam desconhecidas. Ainda não sabemos se existem diamantes no céu, mas a possibilidade existe, ao menos nas viagens virtuais ao centro dos planetas.
domingo, 15 de outubro de 2000
Física com adrenalina
Quem acha que físicos ou outros cientistas levam uma vida pacata, reclusos em suas salas em universidades ou laboratórios, está muito enganado. A pesquisa em ciência é uma atividade extremamente competitiva, uma "corrida de ratos", como se costuma dizer nos Estados Unidos.
Isso porque em ciência, ao contrário das Olimpíadas, não existem medalhas de prata ou bronze. Ou você é o primeiro a encontrar a resposta a uma pergunta-chave ou a desvendar um novo fenômeno, ou é o último. A comunidade científica concede um "empate" quando dois ou mais grupos chegam a uma mesma conclusão quase que ao mesmo tempo. Mas isso é extremamente raro. Ao descobridor, fora a emoção de ter dado um passo avante no conhecimento humano, vêm as honras, prêmios, fama etc. Aos outros, a satisfação dúbia de ter confirmado os resultados de quem chegou ao degrau mais alto do pódio.
Da mesma forma que a cobiçada medalha de ouro incentiva os atletas a estar sempre se superando, a busca pelo conhecimento incentiva a competitividade científica. Agora mesmo, um excelente exemplo disso está ocorrendo no Centro Europeu de Física de Partículas em Genebra, Suíça, conhecido como Cern.
O Cern é um laboratório gigantesco, um consórcio entre vários países do mundo inteiro. Seu grande rival é o Fermilab, um laboratório norte-americano perto da cidade de Chicago. Ambos usam enormes aceleradores de partículas para estudar a estrutura da matéria a distâncias subnucleares, ou seja, dentro mesmo do núcleo atômico.
O objetivo desses laboratórios é descobrir os tijolos fundamentais que, combinados, resultam na matéria que compõe o Universo no presente e que o compunha na sua infância, quando as energias eram comparáveis às que regem os processos subnucleares.
Até o momento, a ciência já descobriu 12 partículas fundamentais da matéria, uma delas o familiar elétron. A elas juntam-se as partículas que transmitem as forças entre esses tijolos de matéria, que recebem o nome pouco poético de bósons de calibre. Esse conjunto de partículas de matéria e de força é conhecido como "modelo padrão de partículas".
Existe uma outra partícula no modelo padrão chamada bóson de Higgs, em homenagem ao físico escocês Peter Higgs. Essa partícula é o centro das atrações no Cern e no Fermilab. Isso por dois motivos: primeiro, ela é a partícula que, segundo o modelo padrão, gera a massa de todas as outras partículas. Segundo, porque ela ainda não foi descoberta. Na verdade, nós nem sabemos se ela existe!
No Cern, o acelerador que vem procurando pelo bóson de Higgs chama-se Grande Colisor de Elétrons e Pósitrons, ou LEP. O LEP funciona há 11 anos e tem contribuído muito na busca pelo Higgs. Ainda não o achou explicitamente, mas pôs um limite mínimo na sua massa. Até abril deste ano, o LEP havia concluído que o Higgs tem uma massa no mínimo 108 vezes maior que a do próton.
Em abril a coisa mudou de figura. Os cientistas do Cern acharam alguns sinais que aparentemente indicavam a presença do elusivo bóson de Higgs, com massa cerca de 115 vezes maior que a do próton. Para isso, eles tiveram que puxar o LEP até o seu limite de funcionamento, já que achar partículas de maior massa requer colisões de maior energia.
Esse furor todo ia de encontro a um problema burocrático, pois o LEP estava para ser fechado no início de outubro, para dar lugar à construção de outra máquina muito mais poderosa.
Mas como deixar passar uma oportunidade dessas? Serão necessários pelo menos sete anos até a nova máquina ficar pronta e, nesse meio tempo, o Fermilab terá maiores energias e poderá detectar o Higgs conclusivamente.
A pressão da possível descoberta é tão grande que a diretoria do Cern resolveu adiar o fechamento do LEP até o dia 2 de novembro, na esperança de que seus cientistas dobrem o número de eventos semelhantes aos que indicaram a presença do Higgs. Quanto maior o número de eventos, melhor a qualidade estatística dos dados e, portanto, maior a probabilidade de uma detecção real. Com poucos eventos fica difícil separar o Higgs de outras pistas falsas.
Claro, se outros eventos com gosto de Higgs aparecerem até 2 de novembro, vai ser difícil convencer os cientistas do Cern de que sua máquina terá de ser desmantelada para dar lugar a uma outra. Por outro lado, se o Cern atrasar a construção nova, muito dinheiro será perdido. Será que encontrar o Higgs antes dos norte-americanos justifica milhões de francos suíços gastos? Enquanto isso, os cientistas no Cern trabalham dia e noite, com muita adrenalina, para resolver o mistério da massa.
Isso porque em ciência, ao contrário das Olimpíadas, não existem medalhas de prata ou bronze. Ou você é o primeiro a encontrar a resposta a uma pergunta-chave ou a desvendar um novo fenômeno, ou é o último. A comunidade científica concede um "empate" quando dois ou mais grupos chegam a uma mesma conclusão quase que ao mesmo tempo. Mas isso é extremamente raro. Ao descobridor, fora a emoção de ter dado um passo avante no conhecimento humano, vêm as honras, prêmios, fama etc. Aos outros, a satisfação dúbia de ter confirmado os resultados de quem chegou ao degrau mais alto do pódio.
Da mesma forma que a cobiçada medalha de ouro incentiva os atletas a estar sempre se superando, a busca pelo conhecimento incentiva a competitividade científica. Agora mesmo, um excelente exemplo disso está ocorrendo no Centro Europeu de Física de Partículas em Genebra, Suíça, conhecido como Cern.
O Cern é um laboratório gigantesco, um consórcio entre vários países do mundo inteiro. Seu grande rival é o Fermilab, um laboratório norte-americano perto da cidade de Chicago. Ambos usam enormes aceleradores de partículas para estudar a estrutura da matéria a distâncias subnucleares, ou seja, dentro mesmo do núcleo atômico.
O objetivo desses laboratórios é descobrir os tijolos fundamentais que, combinados, resultam na matéria que compõe o Universo no presente e que o compunha na sua infância, quando as energias eram comparáveis às que regem os processos subnucleares.
Até o momento, a ciência já descobriu 12 partículas fundamentais da matéria, uma delas o familiar elétron. A elas juntam-se as partículas que transmitem as forças entre esses tijolos de matéria, que recebem o nome pouco poético de bósons de calibre. Esse conjunto de partículas de matéria e de força é conhecido como "modelo padrão de partículas".
Existe uma outra partícula no modelo padrão chamada bóson de Higgs, em homenagem ao físico escocês Peter Higgs. Essa partícula é o centro das atrações no Cern e no Fermilab. Isso por dois motivos: primeiro, ela é a partícula que, segundo o modelo padrão, gera a massa de todas as outras partículas. Segundo, porque ela ainda não foi descoberta. Na verdade, nós nem sabemos se ela existe!
No Cern, o acelerador que vem procurando pelo bóson de Higgs chama-se Grande Colisor de Elétrons e Pósitrons, ou LEP. O LEP funciona há 11 anos e tem contribuído muito na busca pelo Higgs. Ainda não o achou explicitamente, mas pôs um limite mínimo na sua massa. Até abril deste ano, o LEP havia concluído que o Higgs tem uma massa no mínimo 108 vezes maior que a do próton.
Em abril a coisa mudou de figura. Os cientistas do Cern acharam alguns sinais que aparentemente indicavam a presença do elusivo bóson de Higgs, com massa cerca de 115 vezes maior que a do próton. Para isso, eles tiveram que puxar o LEP até o seu limite de funcionamento, já que achar partículas de maior massa requer colisões de maior energia.
Esse furor todo ia de encontro a um problema burocrático, pois o LEP estava para ser fechado no início de outubro, para dar lugar à construção de outra máquina muito mais poderosa.
Mas como deixar passar uma oportunidade dessas? Serão necessários pelo menos sete anos até a nova máquina ficar pronta e, nesse meio tempo, o Fermilab terá maiores energias e poderá detectar o Higgs conclusivamente.
A pressão da possível descoberta é tão grande que a diretoria do Cern resolveu adiar o fechamento do LEP até o dia 2 de novembro, na esperança de que seus cientistas dobrem o número de eventos semelhantes aos que indicaram a presença do Higgs. Quanto maior o número de eventos, melhor a qualidade estatística dos dados e, portanto, maior a probabilidade de uma detecção real. Com poucos eventos fica difícil separar o Higgs de outras pistas falsas.
Claro, se outros eventos com gosto de Higgs aparecerem até 2 de novembro, vai ser difícil convencer os cientistas do Cern de que sua máquina terá de ser desmantelada para dar lugar a uma outra. Por outro lado, se o Cern atrasar a construção nova, muito dinheiro será perdido. Será que encontrar o Higgs antes dos norte-americanos justifica milhões de francos suíços gastos? Enquanto isso, os cientistas no Cern trabalham dia e noite, com muita adrenalina, para resolver o mistério da massa.
domingo, 24 de setembro de 2000
Um mar no espaço
Podemos visualizar o Sistema Solar como uma bola de pingue-pongue (o Sol) atravessada na metade por um disco digital (o plano eclíptico) onde estão localizadas as órbitas planetárias (um modelo fora de escala, obviamente). Ou seja, as órbitas planetárias estão aproximadamente centradas em torno do equador solar. O mesmo acontece com Júpiter e suas luas. Portanto, estudando o modelo jupiteriano, os astrônomos podem aprender muito sobre a formação e evolução do Sistema Solar.
Por isso a Nasa (agência espacial norte-americana) enviou outra missão para Júpiter chamada, apropriadamente, Galileu -o primeiro a ver as luas de Júpiter. A sonda acaba de passar pelas luas, prestando atenção especialmente em Europa. Aparentemente, Europa é a menos interessante das quatro grandes luas; sua superfície não apresenta as marcas dramáticas de vulcanismo como em Io, ou as crateras de Ganimede e Calisto. Ao contrário, a superfície de Europa parece bastante pacata, marcada apenas por longas linhas que indicam a presença de falhas geológicas. No entanto, quando a sonda Galileu tirou fotos com resolução de 20 metros, ficou claro que Europa é coberta por uma camada de gelo, com uma espessura estimada em torno de sete quilômetros. As fotos revelaram, ainda, estruturas semelhantes a icebergs, paralisados pelo gelo à sua volta, como carros em um congestionamento caótico.
Mas a grande surpresa, que já era uma suspeita de vários astrônomos, é o que está por baixo dessa espessa crosta de gelo: um oceano de água salgada, cobrindo todo o planeta, envolvendo uma região central rica em ferro. Ou seja, foi encontrada água líquida no espaço. E em quantidades enormes, talvez até duas vezes maiores que nos oceanos terrestres. Mais ainda, a atração gravitacional entre Júpiter e Europa é tão grande que a pobre lua é constantemente distorcida pelo planeta gigante, uma amplificação do efeito que provoca as marés aqui na Terra. Essas distorções geram uma enorme quantidade de energia no interior da lua, capaz de aquecer seus oceanos. A água em Europa pode ser quente!
Como a presença de água é um ingrediente fundamental para a existência da vida (ao menos as formas que conhecemos), Europa passou a ocupar a posição de honra, junto a Marte, para a existência de vida extraterrestre.
Os leitores familiares com o filme de ficção científica russo "Solaris" (distribuído, infelizmente, como a resposta soviética ao filme "2001 - Uma Odisséia no Espaço") devem lembrar-se do planeta, coberto por um oceano, cuja manifestação de vida era poder materializar os medos e fantasias do inconsciente humano. Certamente, esse não é o caso de Europa. Mas, quem sabe se nossas fantasias com relação à vida extraterrestre não estão sendo materializadas pela presença de seu oceano líquido?
O leitor deve estar se perguntando como é possível determinar a presença de um oceano, imerso sob uma crosta de gelo, em um mundo tão distante. As medidas feitas pela sonda Galileu são baseadas no magnetismo local de Europa. Tal como a Terra, Júpiter tem um campo magnético. Só que, no caso de Júpiter, ele é muito mais forte, com consequências importantes para as suas luas. Em Europa, a orientação local do campo magnético de Júpiter muda a cada 5,5 horas. Quando mudanças em um campo magnético ocorrem em um meio condutor de eletricidade (como a água do mar ou ferro), correntes elétricas locais aparecem, criando, por sua vez, um campo magnético secundário, que pode ser detectado com instrumentos equivalentes a bússolas sofisticadas.
As medidas feitas pela sonda Galileu indicam que uma camada de água salgada com dez quilômetros de profundidade é o melhor candidato a meio condutor em Europa. Mas a resposta final só virá em seis anos, quando uma nova missão for enviada a Europa, procurando por água salgada e, quem sabe, vida.
domingo, 17 de setembro de 2000
Três lições copernicanas
Parece fácil, hoje, afirmar que o Sol está no centro do Sistema Solar e que os planetas giram à sua volta em órbitas elípticas. Como poderíamos pensar diferente, visto que esse é o arranjo mais "óbvio" de nossa vizinhança cósmica?
Na verdade, a coisa não é bem assim. O que vemos é o Sol girar em torno da Terra, e não o oposto. Afinal, não é o Sol que nasce no leste e se põe no oeste? Fazer a Terra girar em torno do Sol é, no mínimo, contra-intuitivo. Não é à toa que apenas em 1543, com a publicação do livro de Nicolau Copérnico onde ele descreve o Sistema Solar com o Sol no centro, é que começou -lentamente- a ficar claro que nem sempre o que vemos ou percebemos do mundo é o que corresponde à realidade. Estranha essa idéia de que o arranjo do cosmo pode ser tão distinto daquilo que o bom senso ditaria. Essa é a primeira lição copernicana: os sentidos podem construir uma realidade falsa se não tiverem a razão a seu lado.
Por que Copérnico resolveu desafiar dois milênios de "sabedoria", baseada na filosofia de Aristóteles? A igreja havia já adotado a descrição aristotélica do cosmo, onde a Terra ocupava o centro, sendo circundada pela Lua, Sol, planetas e estrelas. A parte mais oportuna desse arranjo cósmico para a igreja era a separação que Aristóteles fazia entre o mundo sublunar, onde mudanças e transformações materiais podiam ocorrer, e o resto do cosmo, onde tudo era eternamente igual. A decadência humana era então associada a mudanças materiais (e carnais) perto da Terra, enquanto a perfeição ficava longe, na morada de Deus.
Pôr o Sol no centro era destruir esse arranjo, pois transformava a Terra em mais um planeta e não no centro de mudanças e transformações. E o Sol, sendo perfeito e eterno, não poderia pertencer à subesfera da decadência. Para pôr o Sol no centro, era necessário criar uma nova física, em que a Terra e os planetas obedecessem aos mesmos princípios.
Dois motivos levaram Copérnico a dar esse passo, ambos baseados em um impulso estético. O primeiro, que os movimentos celestes deveriam ser em órbitas circulares e com velocidades constantes. Essa idéia era quase que sagrada, um princípio criado por Platão, o mestre de Aristóteles. Por que o círculo? Pois ele, sendo a figura geométrica mais perfeita, onde todos os pontos são equivalentes, deveria, sem dúvida, ter sido a escolha do Demiurgo, a divindade que arquitetou o cosmo e suas estruturas.
O segundo princípio estético usado por Copérnico era, claro, o arranjo dos planetas em torno do Sol. Conhecia-se já, na época, o período orbital dos planetas, o tempo que eles demoram para dar uma volta completa em torno do Sol. Portanto, raciocinou Copérnico, basta arranjá-los em ordem crescente, de modo que Mercúrio, de período mais curto, fique mais perto do Sol e Saturno, de período mais longo, fique mais longe (não se conheciam ainda os outros planetas, Urano, Netuno e Plutão, invisíveis a olho nu). Com esses princípios estéticos, Copérnico criou um novo arranjo do Sistema Solar, desafiando o pensamento aristotélico, mesmo sem ter qualquer prova de que suas idéias estavam certas. Essa é a segunda lição copernicana: a inspiração para a ciência muitas vezes é guiada por princípios estéticos.
Mas estética não garante precisão. Apenas através de uma confirmação direta, baseada em medidas e sua análise quantitativa, é que podemos julgar ou não a validade de uma hipótese sobre a natureza, por mais atraente ou elegante que ela seja. A estética é uma sedutora ambígua, fundamental e traiçoeira.
Passaram-se mais de 50 anos até que as idéias copernicanas começaram a ser aceitas. Por que toda a demora? Será que os astrônomos da época eram incompetentes? A virada começou com Kepler e Galileu no início do século 17, ambos grandes defensores de Copérnico, por motivos diferentes. A razão foi a falta de confirmação observacional dessas idéias, aliada a um número relativamente pequeno de pessoas trabalhando em astronomia na época. Mais ainda, a posição da igreja e dos luteranos também não ajudava muito. Os seguidores de Copérnico tiveram um trabalho muito maior do o próprio, pois eles tiveram de testar as idéias e aprimorá-las, como foi o caso de Kepler com as órbitas elípticas, que seriam extremamente "feias" para Copérnico.
Essa é a terceira lição copernicana: em ciência, como em qualquer outra atividade criativa, ninguém pode trabalhar sozinho. O conhecimento é como uma corrente em que cada idéia é um elo, uns mais fracos, outros mais fortes, forjados todos pela nossa curiosidade.
Na verdade, a coisa não é bem assim. O que vemos é o Sol girar em torno da Terra, e não o oposto. Afinal, não é o Sol que nasce no leste e se põe no oeste? Fazer a Terra girar em torno do Sol é, no mínimo, contra-intuitivo. Não é à toa que apenas em 1543, com a publicação do livro de Nicolau Copérnico onde ele descreve o Sistema Solar com o Sol no centro, é que começou -lentamente- a ficar claro que nem sempre o que vemos ou percebemos do mundo é o que corresponde à realidade. Estranha essa idéia de que o arranjo do cosmo pode ser tão distinto daquilo que o bom senso ditaria. Essa é a primeira lição copernicana: os sentidos podem construir uma realidade falsa se não tiverem a razão a seu lado.
Por que Copérnico resolveu desafiar dois milênios de "sabedoria", baseada na filosofia de Aristóteles? A igreja havia já adotado a descrição aristotélica do cosmo, onde a Terra ocupava o centro, sendo circundada pela Lua, Sol, planetas e estrelas. A parte mais oportuna desse arranjo cósmico para a igreja era a separação que Aristóteles fazia entre o mundo sublunar, onde mudanças e transformações materiais podiam ocorrer, e o resto do cosmo, onde tudo era eternamente igual. A decadência humana era então associada a mudanças materiais (e carnais) perto da Terra, enquanto a perfeição ficava longe, na morada de Deus.
Pôr o Sol no centro era destruir esse arranjo, pois transformava a Terra em mais um planeta e não no centro de mudanças e transformações. E o Sol, sendo perfeito e eterno, não poderia pertencer à subesfera da decadência. Para pôr o Sol no centro, era necessário criar uma nova física, em que a Terra e os planetas obedecessem aos mesmos princípios.
Dois motivos levaram Copérnico a dar esse passo, ambos baseados em um impulso estético. O primeiro, que os movimentos celestes deveriam ser em órbitas circulares e com velocidades constantes. Essa idéia era quase que sagrada, um princípio criado por Platão, o mestre de Aristóteles. Por que o círculo? Pois ele, sendo a figura geométrica mais perfeita, onde todos os pontos são equivalentes, deveria, sem dúvida, ter sido a escolha do Demiurgo, a divindade que arquitetou o cosmo e suas estruturas.
O segundo princípio estético usado por Copérnico era, claro, o arranjo dos planetas em torno do Sol. Conhecia-se já, na época, o período orbital dos planetas, o tempo que eles demoram para dar uma volta completa em torno do Sol. Portanto, raciocinou Copérnico, basta arranjá-los em ordem crescente, de modo que Mercúrio, de período mais curto, fique mais perto do Sol e Saturno, de período mais longo, fique mais longe (não se conheciam ainda os outros planetas, Urano, Netuno e Plutão, invisíveis a olho nu). Com esses princípios estéticos, Copérnico criou um novo arranjo do Sistema Solar, desafiando o pensamento aristotélico, mesmo sem ter qualquer prova de que suas idéias estavam certas. Essa é a segunda lição copernicana: a inspiração para a ciência muitas vezes é guiada por princípios estéticos.
Mas estética não garante precisão. Apenas através de uma confirmação direta, baseada em medidas e sua análise quantitativa, é que podemos julgar ou não a validade de uma hipótese sobre a natureza, por mais atraente ou elegante que ela seja. A estética é uma sedutora ambígua, fundamental e traiçoeira.
Passaram-se mais de 50 anos até que as idéias copernicanas começaram a ser aceitas. Por que toda a demora? Será que os astrônomos da época eram incompetentes? A virada começou com Kepler e Galileu no início do século 17, ambos grandes defensores de Copérnico, por motivos diferentes. A razão foi a falta de confirmação observacional dessas idéias, aliada a um número relativamente pequeno de pessoas trabalhando em astronomia na época. Mais ainda, a posição da igreja e dos luteranos também não ajudava muito. Os seguidores de Copérnico tiveram um trabalho muito maior do o próprio, pois eles tiveram de testar as idéias e aprimorá-las, como foi o caso de Kepler com as órbitas elípticas, que seriam extremamente "feias" para Copérnico.
Essa é a terceira lição copernicana: em ciência, como em qualquer outra atividade criativa, ninguém pode trabalhar sozinho. O conhecimento é como uma corrente em que cada idéia é um elo, uns mais fracos, outros mais fortes, forjados todos pela nossa curiosidade.
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