Os campos quânticos volta e meia aparecem citados em livros e filmes esotéricos
O conceito de campo é um desses que, quando usados fora de contexto, dão vazão a mil e uma distorções. Claro, falo aqui dos campos da física, não dos de esportes. Eu me lembro, quando era garoto, de assistir à série "Perdidos no Espaço", e de como a espaçonave deles -acho que se chamava Júpiter 2- tinha um campo de força que a protegia de eventuais invasores, uma espécie de escudo invisível e muito eficiente.
Essa noção de campo de força era mesmo meio mágica e parecia ser coisa do futuro, de ficção científica. Mal sabia eu então que nosso próprio planeta também tem um campo de força, no caso o campo magnético terrestre, que nos protege de outros invasores do espaço, os raios cósmicos e a radiação e as partículas vindas do Sol. Foi durante o século 19 que o conceito de campo tomou forma, a partir dos trabalhos do inglês Michael Faraday e do escocês James Clerk Maxwell.
Faraday era o físico experimental por excelência, brilhante em sua intuição sobre as propriedades da eletricidade e do magnetismo. Foi ele quem descobriu que o magnetismo pode gerar uma corrente elétrica. O experimento é bem simples: basta ter um imã e um fio circular. Passando o imã dentro do fio, como uma bola de basquete no aro da cesta, cria-se uma corrente elétrica no fio. O essencial aqui é que o imã tem de estar em movimento. Faraday visualizou o resultado de sua experiência através do que chamou de "linhas de força", representações espaciais da presença da eletricidade e do magnetismo nos objetos.
Por exemplo, uma carga elétrica esférica tem linhas de força que emanam radialmente do seu centro, feito cabelos no estilo punk. Maxwell generalizou as idéias de Faraday, criando o conceito de campo. Essencialmente, o campo reflete a presença de alguma fonte no espaço à sua volta. Por exemplo, o campo da carga elétrica é esse conjunto de linhas de força radiais. Mesmo sem vermos a carga elétrica, podemos sentir sua presença por meio de seu campo.
Basta aproximarmos outra carga elétrica dela e observaremos que, se for positiva, será repelida, e se for negativa, será atraída. Maxwell obteve as equações que descrevem o comportamento dos campos elétricos e magnéticos criados por cargas e imãs, mostrando que são manifestações de uma coisa só, o campo eletromagnético.
Eis outro exemplo de campo. Você é uma fonte de calor. Aproxime a mão de sua testa. Você sentirá calor emanando dela; quanto mais longe da testa, menor a temperatura. (A menos, claro, que esteja muito quente no quarto. Vamos supor que a temperatura do quarto seja de uns 15 graus Celsius, bem mais baixa do que os 36,5 graus de um ser humano normal.) Existe um campo de temperatura à sua volta, cuja intensidade diminui em função da distância.
Com o desenvolvimento da física atômica, o conceito de campo ganhou ainda mais importância. Hoje os físicos representam as partículas elementares da matéria (elétrons, quarks etc.) como sendo flutuações de um campo, no caso, do campo dos elétrons e dos quarks. É comum não se falar mais de partículas, apenas de seus campos associados e de como eles interagem entre si. Tudo isso ocorre a distâncias subatômicas, completamente fora do alcance dos nossos sentidos e sem nenhum efeito macroscópico.
Esses são os campos quânticos, que volta e meia aparecem citados em livros e filmes esotéricos. Ao que tudo indica, sua ação só é relevante em escalas submicroscópicas. A união espiritual do homem com o cosmo ocorre por meio de nossa busca por significados. Aí sim a física pode oferecer um caminho, uma visão de mundo.
domingo, 27 de maio de 2001
domingo, 20 de maio de 2001
Visitantes extraterrestres
Poucos assuntos são mais fascinantes do que a possibilidade de vida extraterrestre. Dezenas de milhões de pessoas no mundo inteiro afirmam ter visto objetos voadores não-identificados. Milhões afirmam não só terem visto os Ovnis como terem entrado neles, na maioria das vezes sequestrados por seres extraterrestres extremamente curiosos, em particular sobre a biologia reprodutora humana. "Fotos" de discos voadores, de charutos voadores, de espaçonaves das formas mais diversas aparecem todas as semanas em jornais e revistas. Mais recentemente, a série de TV "Arquivo X", com seus agentes do FBI lutando contra uma aliança entre setores do governo norte-americano e invasores alienígenas, vem hipnotizando audiências na América do Norte e do Sul. Por que esse interesse enorme por seres extraterrestres? E, afinal, onde eles estão?As respostas a essas perguntas podem facilmente encher vários livros. (E já o fizeram, como, por exemplo, o livro do astrônomo americano Carl Sagan "O Mundo Assombrado por Demônios", ou o do físico inglês Paul Davies "O Quinto Milagre".) Hoje, gostaria de tratar mais da segunda questão: onde estão os extraterrestres? Mais precisamente, por que os cientistas não acreditam nos depoimentos de tanta gente? As razões são várias e gostaria de examinar algumas delas: a maioria absoluta das milhões de histórias de sequestro por seres extraterrestres contém idéias semelhantes. Uma luz intensa aparece no quarto da vítima à noite, a vítima "flutua" em direção à espaçonave, onde ela é sujeita a vários exames médicos, em geral focados nos seus órgãos sexuais. Após essas torturas, a vítima "flutua" de volta para a sua cama. Apesar de as vítimas desses sequestros jurarem que suas experiências realmente aconteceram, às vezes sendo profundamente traumatizadas por elas, jamais são capazes de fornecer uma prova concreta de um contato com outros seres vivos, por exemplo algum aparelho ou objeto que tenha sido manufaturado em outro planeta. Tudo se passa como em um daqueles sonhos extremamente reais, que fazem confundir o que é sonho e o que é realidade mesmo após acordar. Por que esses seres extraterrestres, inteligentes o suficiente para desenvolver uma tecnologia de transporte interestelar, têm de repetir as mesmas experiências milhares de vezes? Nossa biologia não é assim tão complicada. Por que eles jamais contatam líderes políticos ou cientistas para trocar informações mais relevantes, preferindo aparecer sorrateiramente na calada da noite ou em lugares remotos do planeta? Por que algumas de suas espaçonaves caem ao chegar aqui, após viajarem por sabe-se lá quantos anos-luz? Eu não duvido da honestidade de muitas dessas pessoas que juram ter sido sequestradas. Mas, na ausência de provas concretas, é mais fácil atribuir suas experiências a alguma forma de alucinação do que a um sequestro por um visitante extraterrestre. Visitantes noturnos foram amplamente documentados a partir da Idade Média e até bastante recentemente, mas eles eram atribuídos a demônios que atormentavam suas vítimas sexualmente. Nossa galáxia, a Via Láctea, tem cerca de 100 mil anos-luz de diâmetro e mais de 10 bilhões de anos de existência. Desde a sua formação, um raio de luz poderia tê-la atravessado de ponta a ponta 100 mil vezes. Se nós supuséssemos que apenas uma estrela em cada bilhão tem planetas onde a vida inteligente se desenvolveu, nossa galáxia teria centenas de civilizações inteligentes. Certamente, algumas delas teriam se desenvolvido bem antes de nós, talvez até antes do nascimento do Sol há 5 bilhões de anos. Essas civilizações teriam tido bilhões de anos para desenvolver sua tecnologia e viajar pela galáxia, colonizando planetas pelo caminho. Mesmo que suas espaçonaves viajassem a apenas 10% da velocidade da luz, elas poderiam ter atravessado a galáxia inteira milhares de vezes. Será que nós somos assim tão insignificantes que fomos esquecidos pelos extraterrestres? É possível, mas improvável. Será que os extraterrestres existem, mas não têm interesse em colonizar a galáxia? É possível, mas difícil de confirmar. Ninguém mais do que os cientistas adorariam confirmar a existência de vida extraterrestre, especialmente vida inteligente. Mas, enquanto não tivermos provas concretas, temos de nos manter céticos.
domingo, 13 de maio de 2001
A célula e o tribunal
Pesquisa com embrião deve ser debatida sem viés religioso
Dia 20 de abril de 2007 ficará registrado como a data em que o Supremo Tribunal Federal (STF) realizou, pela primeira vez nos seus 178 anos de história, uma audiência pública. Nada como a transparência para alavancar o processo democrático que, sem ela, é inviável. A pauta não poderia ter sido mais apropriada e relevante: a decisão sobre o uso de células-tronco embrionárias nas pesquisas que visam desenvolver curas para uma série de doenças que matam ou incapacitam milhões de pessoas, do mal de Parkinson e do diabetes às paralisias causadas por danos à medula espinhal.
Fiquei orgulhoso quando soube que 96% dos senadores e 85% dos deputados federais aprovaram a passagem da Lei de Biossegurança em 2005, e que o Presidente da República fez o mesmo. Decisões como esta estão sendo duplicadas pelo mundo afora, pelo menos nos países que levam a pesquisa científica a sério, dada a promessa clínica desses futuros tratamentos. Mas meu orgulho durou pouco. Foi durante a sessão aberta do STF, onde 34 cientistas foram convidados para depor sobre a questão das células-tronco e suas implicações éticas, que a natureza do processo ficou clara.
Primeiro, é importante lembrar que a lei parou no STF devido à ação do subprocurador-geral da República, Cláudio Fonteles, que a considera inconstitucional. Seu argumento, semelhante ao de grupos conservadores aliados da Igreja Católica, é que assim que o espermatozóide funde-se ao óvulo, está se falando de um ser vivo: destruir o embrião para extrair-lhe as células-tronco seria assassiná-lo. A questão debatida assiduamente pelos cientistas, e que monopoliza a opinião pública, é determinar onde começa a vida.
Entretanto, a resposta é completamente irrelevante para este debate. Isto por que não se está propondo a criação de fábricas de embriões para extração de suas células-tronco, a clonagem de humanos ou outros cenários funestos que incitam os piores pesadelos de livros e filmes de ficção científica. O que se propõe é a utilização dos embriões que seriam descartados por clínicas de reprodução por serem inviáveis, como argumentou a pró-reitora de pesquisa da USP, a geneticista Mayana Zatz.
Que fim mais digno pode ter um embrião condenado à destruição do que participar de uma pesquisa que tem o potencial de salvar milhões de pessoas? A escolha me parece semelhante, ao menos em parte, à dos que doam seus órgãos para transplantes. Ao menos partes de seus corpos poderão ajudar aqueles em necessidade, em vez de apodrecerem sob a terra ou de serem cremadas. Focar o debate constitucional na questão de onde começa a vida é desviá-lo para o inevitável conflito religioso, tirando seu mérito científico.
Não surpreende que Fonteles, franciscano, tenha acusado a doutora Zatz, judia, de ser influenciada por sua religião, que diria que a vida começa no nascimento e não na fecundação. Ora, é claro então que a posição de Fonteles é baseada em sua fé e não em qualquer consideração científica. A primeira audiência pública do STF, um momento histórico para o Brasil, transformou-se numa troca de acusações de cunho religioso.
Enquanto isso, milhões de pessoas continuam morrendo e os embriões apodrecendo nos congeladores ou no lixo. A questão do uso de embriões decretados inviáveis para reprodução na pesquisa médica deve ser separada da questão religiosa. A missão da ciência é aliviar o sofrimento humano. A da religião também. A única inconstitucionalidade aqui é ir contra os votos dos representantes do povo e impedir que essa missão seja cumprida.
Trinta anos de supersimetria
O mundo está repleto de simetrias, e o ser humano é fascinado por elas. Nosso corpo é simétrico em relação a um eixo vertical imaginário passando pelo centro de nossa cabeça. Um lado é (quase) idêntico ao outro. O mesmo com uma borboleta. É difícil pensar em algum animal que não tenha alguma simetria em sua forma. Ou flores. Ou conchas. De fato, é difícil atribuirmos o conceito de beleza a algo que não exiba alguma simetria. Esse senso estético é talvez um dos melhores exemplos de como a matemática da natureza está imbuída em nossas percepções.
Outros exemplos de simetria são os que nós mesmos construímos, na tentativa de aliar a estética do mundo natural ao funcionalismo dos objetos que usamos em nosso dia a dia. Dê uma rápida olhada à sua volta e observe como você está cercado de simetria por todos os lados. Imagine se cada um desses objetos fosse assimétrico, mesas, portas e molduras tortas, papéis de parede sem padrões repetitivos, cada ladrilho de um tamanho diferente (nesse caso o chão teria vários buracos) e por aí a fora. Partindo desse mundo concreto para a representação simbólica do mundo que usamos nas ciências naturais, a simetria torna-se também extremamente útil.
A física atômica e nuclear depende crucialmente da existência de simetrias. Alguns estados atômicos exibem simetrias esféricas, outros parecem mais com cilindros. Sem a existência dessas simetrias, seria praticamente impossível obtermos uma descrição quantitativa de suas propriedades. No mundo das partículas subatômicas, várias simetrias aparecem em suas interações, nas forças que essas partículas exercem entre si. Um elétron, com sua carga elétrica negativa, repele outro elétron. Essa e outras forças entre partículas são mediadas por outras partículas. No caso dos elétrons, essas partículas são os fótons, pequenos "pacotes" de radiação eletromagnética.
Portanto, falamos de dois tipos de partículas, as partículas de matéria e as partículas de força. A simetria de uma força está diretamente ligada ao número de seus mediadores. No caso da repulsão eletromagnética entre os elétrons, só existe um tipo de partícula, o fóton. No caso da força nuclear forte, que mantém os quarks coesos dentro de prótons e nêutrons, os mediadores são oito. E, no caso da força nuclear fraca, responsável pela radioatividade, eles são três. Essas simetrias não são reveladas no espaço concreto, mas no espaço matemático onde essas teorias são formuladas. Mas elas continuam sendo simetrias, mesmo que nós não possamos vê-las diretamente.
A teoria que descreve como as partículas interagem através dessas três forças, o Modelo Padrão, é extremamente bem-sucedida. Mas várias questões permanecem em aberto, indicando que existe algo além dela. Por exemplo, não entendemos por que as três forças entre as partículas de matéria (e a gravidade também, a quarta) têm intensidades tão diferentes, ou por que as massas das partículas são tão diferentes, ou o que acontece a distâncias milhões de vezes menores do que um próton. Aqui entra a supersimetria.
Criada independentemente nos dois lados da "cortina de ferro" no início dos anos 70, a supersimetria dá o passo definitivo na busca por um princípio que possa unificar os dois tipos de partículas na natureza, as de matéria (elétrons, quarks etc.) e as de força (fóton, etc.). Daí o prefixo "super". Segundo as teorias supersimétricas, cada partícula tem uma companheira que é o seu complemento. A companheira supersimétrica de uma partícula de matéria é uma partícula de força, e vice-versa.
O que se mostrou, em mais de 30 mil artigos publicados sobre o assunto nos últimos 30 anos, é que a supersimetria pode responder a várias das perguntas que afligem o Modelo Padrão. Uma consequência imediata da supersimetria é que ela dobra o número de partículas existentes. Até agora, não observamos nenhuma das duplicatas. Mas isso não é, ainda, um problema. Essas companheiras supersimétricas são bem mais maciças do que as partículas normais e seriam invisíveis em nossos experimentos atuais.
Mas não por muito tempo. Até o fim da década, uma máquina sendo construída na Suíça terá energias altas o suficiente para "produzir" partículas supersimétricas. Ou não. Afinal, mesmo que a supersimetria seja muito elegante, nem todas as simetrias matematicamente belas existem no mundo real.
Outros exemplos de simetria são os que nós mesmos construímos, na tentativa de aliar a estética do mundo natural ao funcionalismo dos objetos que usamos em nosso dia a dia. Dê uma rápida olhada à sua volta e observe como você está cercado de simetria por todos os lados. Imagine se cada um desses objetos fosse assimétrico, mesas, portas e molduras tortas, papéis de parede sem padrões repetitivos, cada ladrilho de um tamanho diferente (nesse caso o chão teria vários buracos) e por aí a fora. Partindo desse mundo concreto para a representação simbólica do mundo que usamos nas ciências naturais, a simetria torna-se também extremamente útil.
A física atômica e nuclear depende crucialmente da existência de simetrias. Alguns estados atômicos exibem simetrias esféricas, outros parecem mais com cilindros. Sem a existência dessas simetrias, seria praticamente impossível obtermos uma descrição quantitativa de suas propriedades. No mundo das partículas subatômicas, várias simetrias aparecem em suas interações, nas forças que essas partículas exercem entre si. Um elétron, com sua carga elétrica negativa, repele outro elétron. Essa e outras forças entre partículas são mediadas por outras partículas. No caso dos elétrons, essas partículas são os fótons, pequenos "pacotes" de radiação eletromagnética.
Portanto, falamos de dois tipos de partículas, as partículas de matéria e as partículas de força. A simetria de uma força está diretamente ligada ao número de seus mediadores. No caso da repulsão eletromagnética entre os elétrons, só existe um tipo de partícula, o fóton. No caso da força nuclear forte, que mantém os quarks coesos dentro de prótons e nêutrons, os mediadores são oito. E, no caso da força nuclear fraca, responsável pela radioatividade, eles são três. Essas simetrias não são reveladas no espaço concreto, mas no espaço matemático onde essas teorias são formuladas. Mas elas continuam sendo simetrias, mesmo que nós não possamos vê-las diretamente.
A teoria que descreve como as partículas interagem através dessas três forças, o Modelo Padrão, é extremamente bem-sucedida. Mas várias questões permanecem em aberto, indicando que existe algo além dela. Por exemplo, não entendemos por que as três forças entre as partículas de matéria (e a gravidade também, a quarta) têm intensidades tão diferentes, ou por que as massas das partículas são tão diferentes, ou o que acontece a distâncias milhões de vezes menores do que um próton. Aqui entra a supersimetria.
Criada independentemente nos dois lados da "cortina de ferro" no início dos anos 70, a supersimetria dá o passo definitivo na busca por um princípio que possa unificar os dois tipos de partículas na natureza, as de matéria (elétrons, quarks etc.) e as de força (fóton, etc.). Daí o prefixo "super". Segundo as teorias supersimétricas, cada partícula tem uma companheira que é o seu complemento. A companheira supersimétrica de uma partícula de matéria é uma partícula de força, e vice-versa.
O que se mostrou, em mais de 30 mil artigos publicados sobre o assunto nos últimos 30 anos, é que a supersimetria pode responder a várias das perguntas que afligem o Modelo Padrão. Uma consequência imediata da supersimetria é que ela dobra o número de partículas existentes. Até agora, não observamos nenhuma das duplicatas. Mas isso não é, ainda, um problema. Essas companheiras supersimétricas são bem mais maciças do que as partículas normais e seriam invisíveis em nossos experimentos atuais.
Mas não por muito tempo. Até o fim da década, uma máquina sendo construída na Suíça terá energias altas o suficiente para "produzir" partículas supersimétricas. Ou não. Afinal, mesmo que a supersimetria seja muito elegante, nem todas as simetrias matematicamente belas existem no mundo real.
domingo, 6 de maio de 2001
A música das esferas
Durante o século 6 a.C., uma profunda revolução ocorreu na história da humanidade. Grandes pensadores apareceram em vários locais do mundo, propondo idéias que redefiniram o conhecimento. Na China, Lao-Tsé e Confúcio, na Índia, Sidarta Gautama -o Buda-, e, na Grécia, surgiram os primeiros filósofos pré-socráticos. Aliás, o primeiro dos pré-socráticos, Tales de Mileto, foi considerado por Aristóteles como o primeiro dos filósofos. Na Itália, apareceu uma outra escola do pensamento grego, fundada pelo legendário Pitágoras. Muitas das idéias que até hoje influenciam o pensamento ocidental surgiram dos milésios (nome dado aos seguidores de Tales de Mileto) e, principalmente, dos pitagóricos. Nós todos ouvimos falar do teorema de Pitágoras na escola, aquele que diz que a soma dos quadrados dos catetos de um triângulo retângulo é igual ao quadrado da hipotenusa. Para começar, parece certo que esse teorema não foi inventado pelo próprio Pitágoras, mas isso não é tão importante. O que Pitágoras e seus seguidores fizeram vai muito além desse belíssimo teorema. Para os pitagóricos, a estrutura do mundo natural, a ordem que percebemos nos fenômenos e objetos à nossa volta (e mesmo em nossas próprias mentes), pode ser reduzida a relações entre números. Em particular, números inteiros. Segundo fontes secundárias (nenhum dos escritos de Pitágoras sobreviveu), Pitágoras descobriu uma relação entre as notas musicais e os números inteiros examinando como diferentes notas são criadas em um instrumento de cordas, como a lira ou o monocórdio, uma espécie de violão com uma corda só. É fácil fazer o teste com um violão: para obtermos uma oitava mais alta, soamos a corda na metade de seu comprimento, isto é, na razão 2/1. Para uma quinta mais alta, soamos a corda a 2/3 de seu comprimento e assim por diante. Com isso, Pitágoras demonstrou a existência de uma profunda relação entre a música e a matemática. Mais ainda, são precisamente as notas que obedecem a essas razões entre números inteiros que são consonantes (esteticamente belas). A união criada por Pitágoras foi além da relação entre a matemática e as notas musicais, trazendo em si o conceito de harmonia, uma palavra aparentemente criada pelos pitagóricos. Pitágoras abriu o caminho para a ciência como uma descrição quantitativa da natureza, baseada em um arranjo racional dos números inspirado por noções estéticas. Para os pitagóricos, os números representavam a ponte entre a razão humana e a razão divina, a linguagem de codificação do mundo externo e interno. O seu objetivo era atingir o êxtase (outra palavra pitagórica) pela contemplação da dança dos números, a criação de ressonâncias entre as harmonias da natureza e as da mente. A idolatria de Pitágoras pela beleza das relações entre os números não se restringia à Terra. Para ele, o cosmo era um instrumento musical, cujas melodias eram entoadas pelo movimento dos planetas. As distâncias entre os planetas e a Terra obedeciam a razões entre números inteiros que podiam ser identificadas com as notas musicais. O cosmo ressoava com a harmonia das esferas, que aparentemente só Pitágoras podia ouvir (tanto Milton quanto Shakespeare escreveram poemas sobre a harmonia das esferas, mais de 2.000 anos após Pitágoras). A ciência, herdeira de Pitágoras, procura sempre por essa harmonia entre os números e o mundo natural. São incontáveis os exemplos de cientistas inspirados por uma visão essencialmente pitagórica do mundo, por um desejo de estabelecer novas pontes entre a razão humana e a natureza. E cada descoberta, por menor que seja, tem o seu lado de agonia e o seu lado de êxtase. É interessante que a própria idéia de ressonância ocupa um lugar essencial na física moderna, representando uma situação onde um sistema responde com tremenda intensidade a um estímulo causado por um agente externo a ele. É essa a ressonância que buscamos na natureza, nossas mentes tentando decifrar a música das esferas, em busca de uma harmonia maior com o cosmo em que vivemos.
domingo, 29 de abril de 2001
Ver para crer
Em recente visita ao Brasil, fui convidado a participar de um programa de TV para jovens. O programa é ao vivo e, naquele dia, tratava de ciência: sua importância em nossas vidas, seu impacto em nosso futuro etc. No estúdio, além de convidados como os atores Carlos Palma e Oswaldo Mendes, do elenco da peça "Copenhagen", e dois jovens pesquisadores, estavam também uns 30 estudantes de ensino médio de uma escola particular da Grande São Paulo.
Durante o programa, a apresentadora fez uma pergunta à sua audiência: "Diga o nome de dois cientistas". Após um longo intervalo, um braço levanta-se corajosamente: "Graham Bell e Thomas Edison". "E aí Marcelo, vale?", pergunta a apresentadora. "Não", respondo, "ambos eram inventores e não cientistas." Finalmente, para alívio de todos, alguém responde: "Einstein e Rutherford".No final do programa, a apresentadora pede-me que faça duas perguntas para a audiência. "E agora?", reflito.
Esse programa é ao vivo, sem a garantia da edição. Bem, farei duas perguntas simples, para evitar problemas. Dirigindo-me à apresentadora, faço sinal de que estou pronto. Primeira pergunta: "O que causou a extinção dos dinossauros?" A resposta vem quase que imediatamente: "O impacto de um asteróide". "Muito bem", digo entusiasmado."Agora, a segunda pergunta: se você jogar uma pena e uma bola de boliche ao mesmo tempo do alto de um edifício, qual cairá primeiro?" A resposta veio em coro: "A pena! A pena!". Eu olho incrédulo para a apresentadora, para os atores e para os pesquisadores. "Como é, rapaziada?" -eu digo. "A pena?" -"É professor, a pena", insiste a turma.
Felizmente, um rapaz diz, meio encabulado, "as duas caem ao mesmo tempo". "É, se desprezarmos a resistência do ar, as duas caem ao mesmo tempo", respondo.O mais incrível, ou talvez triste, dessa história foi a razão que os estudantes me deram justificando sua resposta: "Ah, professor, essa deve ser uma pergunta com truque". Pergunta com truque. O que pode ser mais óbvio do que jogar uma pena e uma bola de boliche no chão?Eu não falei em resistência do ar ou qualquer outra complicação, apenas o simples e corriqueiro ato de jogar dois corpos no chão, que requer um mínimo absoluto de observação.
Mas a educação recebida por esses jovens, como é de praxe em tantas escolas, não favorece a observação, mas o "truque", isto é, a questão com um certo nível de raciocínio, desenhada para "pegar" aqueles mais inocentes nas provas de vestibular. Porque me pareceu claro que a atitude de desprezar o bom senso em nome da esperteza só pode ser consequência da filosofia de ensino adotada em nossas escolas, focada no formato das provas de vestibular e não no material didático em si.
Vamos contrastar as duas questões: ninguém estava presente quando os dinossauros foram extintos há 65 milhões de anos, mas a resposta veio imediatamente. Já jogar um objeto ao chão é algo que fazemos todos os dias. Uma bola de boliche e uma pena, qual cairá primeiro?A ciência tem de ser ensinada por meio de demonstrações em salas de aula. Em toda a minha carreira de estudante, jamais vi um professor demonstrar um conceito físico na sala. As aulas são todas teóricas, equações e problemas, enquanto medidas e demonstrações ocorrem nas aulas de laboratório.
Mas o que poderia ser mais eficiente, ao falar de um fenômeno natural, do que demonstrá-lo na sala de aula? Faça os alunos jogarem uma bola de gude e uma pena no chão com e sem (quando possível, usando um tubo ligado a uma bomba de vácuo) a resistência do ar.Uma das respostas que recebo de educadores quando faço esse comentário é a falta de recursos em muitas escolas, especialmente da rede pública.
Não tenho a menor dúvida de que esse é mesmo um problema sério. Mas, por outro lado, inúmeros conceitos em física e química podem ser demostrados com pedras, bolas de gude, barbantes, sal, bicarbonato de sódio, suco de limão, elásticos e outros materiais que não custam caro e são de fácil acesso.O que é necessário é uma mudança na filosofia do ensino das ciências, focalizando mais a visualização do fenômeno do que sua discussão conceitual, até que se atinja um equilíbrio entre ambos. O velho adágio "ver para crer" deve ser aplicado mais enfaticamente nas nossas salas de aula.
Durante o programa, a apresentadora fez uma pergunta à sua audiência: "Diga o nome de dois cientistas". Após um longo intervalo, um braço levanta-se corajosamente: "Graham Bell e Thomas Edison". "E aí Marcelo, vale?", pergunta a apresentadora. "Não", respondo, "ambos eram inventores e não cientistas." Finalmente, para alívio de todos, alguém responde: "Einstein e Rutherford".No final do programa, a apresentadora pede-me que faça duas perguntas para a audiência. "E agora?", reflito.
Esse programa é ao vivo, sem a garantia da edição. Bem, farei duas perguntas simples, para evitar problemas. Dirigindo-me à apresentadora, faço sinal de que estou pronto. Primeira pergunta: "O que causou a extinção dos dinossauros?" A resposta vem quase que imediatamente: "O impacto de um asteróide". "Muito bem", digo entusiasmado."Agora, a segunda pergunta: se você jogar uma pena e uma bola de boliche ao mesmo tempo do alto de um edifício, qual cairá primeiro?" A resposta veio em coro: "A pena! A pena!". Eu olho incrédulo para a apresentadora, para os atores e para os pesquisadores. "Como é, rapaziada?" -eu digo. "A pena?" -"É professor, a pena", insiste a turma.
Felizmente, um rapaz diz, meio encabulado, "as duas caem ao mesmo tempo". "É, se desprezarmos a resistência do ar, as duas caem ao mesmo tempo", respondo.O mais incrível, ou talvez triste, dessa história foi a razão que os estudantes me deram justificando sua resposta: "Ah, professor, essa deve ser uma pergunta com truque". Pergunta com truque. O que pode ser mais óbvio do que jogar uma pena e uma bola de boliche no chão?Eu não falei em resistência do ar ou qualquer outra complicação, apenas o simples e corriqueiro ato de jogar dois corpos no chão, que requer um mínimo absoluto de observação.
Mas a educação recebida por esses jovens, como é de praxe em tantas escolas, não favorece a observação, mas o "truque", isto é, a questão com um certo nível de raciocínio, desenhada para "pegar" aqueles mais inocentes nas provas de vestibular. Porque me pareceu claro que a atitude de desprezar o bom senso em nome da esperteza só pode ser consequência da filosofia de ensino adotada em nossas escolas, focada no formato das provas de vestibular e não no material didático em si.
Vamos contrastar as duas questões: ninguém estava presente quando os dinossauros foram extintos há 65 milhões de anos, mas a resposta veio imediatamente. Já jogar um objeto ao chão é algo que fazemos todos os dias. Uma bola de boliche e uma pena, qual cairá primeiro?A ciência tem de ser ensinada por meio de demonstrações em salas de aula. Em toda a minha carreira de estudante, jamais vi um professor demonstrar um conceito físico na sala. As aulas são todas teóricas, equações e problemas, enquanto medidas e demonstrações ocorrem nas aulas de laboratório.
Mas o que poderia ser mais eficiente, ao falar de um fenômeno natural, do que demonstrá-lo na sala de aula? Faça os alunos jogarem uma bola de gude e uma pena no chão com e sem (quando possível, usando um tubo ligado a uma bomba de vácuo) a resistência do ar.Uma das respostas que recebo de educadores quando faço esse comentário é a falta de recursos em muitas escolas, especialmente da rede pública.
Não tenho a menor dúvida de que esse é mesmo um problema sério. Mas, por outro lado, inúmeros conceitos em física e química podem ser demostrados com pedras, bolas de gude, barbantes, sal, bicarbonato de sódio, suco de limão, elásticos e outros materiais que não custam caro e são de fácil acesso.O que é necessário é uma mudança na filosofia do ensino das ciências, focalizando mais a visualização do fenômeno do que sua discussão conceitual, até que se atinja um equilíbrio entre ambos. O velho adágio "ver para crer" deve ser aplicado mais enfaticamente nas nossas salas de aula.
domingo, 22 de abril de 2001
O debate Einstein-Bohr
Durante as primeiras três décadas do século 20, a física foi dominada por duas grandes personalidades, Albert Einstein e Niels Bohr. Einstein, conhecido pelas suas duas teorias da relatividade, a especial e a geral, teve também um papel fundamental no desenvolvimento da outra grande revolução conceitual da época, a mecânica quântica, que estuda o comportamento de sistemas atômicos e subatômicos.
Bohr, por outro lado, foi um dos arquitetos da revolução quântica, o primeiro a sugerir um modelo para os átomos que explicava uma série de descobertas experimentais que não se encaixavam dentro da descrição clássica da física. Mas Bohr fez muito mais do que sugerir a estrutura do átomo com um núcleo pesado cercado de elétrons em órbitas discretas, como os degraus de uma escada. Ele arquitetou a estrutura conceitual da mecânica quântica, que difere profundamente da concepção clássica da realidade. Foi essa interpretação que gerou o longo e frutífero conflito entre as duas grandes mentes.
A física clássica, desenvolvida durante os séculos 17 e 19, baseava-se em um determinismo explícito: é possível descrever o comportamento de um sistema individual a partir de algumas informações básicas, como sua posição e sua velocidade iniciais e as forças que atuam sobre ele. Se deixarmos uma bola cair de uma certa altura, ela será atraída pela força da gravidade e se chocará com o chão após um certo intervalo de tempo. (Na verdade, a situação é mais sutil. Certos sistemas clássicos são caóticos, e sua evolução temporal pode ser extremamente complexa.
Porém ela continua a ser determinista.) Esse determinismo clássico teve de ser abandonado na formulação da mecânica quântica. Átomos e partículas subatômicas não se comportam como bolas sendo atraídas por forças, revelando uma realidade intrinsecamente diferente da realidade clássica que dita o comportamento do mundo à nossa volta, ou seja, dos fenômenos que ocorrem na escala humana.Um exemplo ilustra o indeterminismo na mecânica quântica.
Considere uma amostra com um número bem grande de átomos radioativos, como o urânio ou o plutônio. Átomos radioativos desintegram-se "espontaneamente" em átomos menores e em outras partículas, após um certo período de tempo. Essa afirmação, segundo a mecânica quântica, é probabilística: dada uma amostra, metade de seus átomos irá decair após um certo tempo, a meia-vida do átomo (para o plutônio-241, a meia-vida é de 2,4 milhões de anos). É impossível prevermos quando um determinado átomo da amostra irá decair; podemos apenas afirmar que a probabilidade do decaimento de metade da amostra é dada pela sua meia-vida. O determinismo da mecânica clássica tem de ser abandonado ao tratarmos de sistemas atômicos e subatômicos.
Bohr, em sua interpretação da mecânica quântica, argumentou que esse indeterminismo não é uma "fraqueza" da teoria, mas uma propriedade intrínseca do mundo do muito pequeno. Einstein concordava que a mecânica quântica era uma teoria extremamente bem-sucedida, mas não que a natureza era intrinsecamente indeterminável. Para ele, uma teoria completa da mecânica quântica seria perfeitamente determinista, e o decaimento de um átomo individual poderia ser previsto com grande precisão.
A teoria quântica seria apenas uma aproximação dessa teoria final.Por trás das posições dos dois cientistas podemos discernir mais do que suas diferenças de opinião sobre a estrutura da mecânica quântica. Einstein acreditava profundamente na capacidade humana em obter uma descrição "completa" da natureza, do muito pequeno ao muito grande. Para ele, a atividade científica era investida de uma espiritualidade que refletia essa convicção. Não entender a razão de todas as coisas era uma derrota do intelecto humano que ele não estava disposto a aceitar.
Para Bohr, o sucesso da teoria era o sucesso de nossa razão. Por que forçar a natureza a ter o comportamento que corresponde aos nossos anseios espirituais? Se a natureza é intrinsecamente incerta, discreta e probabilística, nós devemos ter orgulho de termos descoberto essa sua sutileza. O debate só se encerrou com a morte de Einstein em 1955. Mas ele continua até hoje, essencialmente dentro das posições definidas pelos dois titãs. Por enquanto, vence Bohr, mas o futuro é indeterminado.
Bohr, por outro lado, foi um dos arquitetos da revolução quântica, o primeiro a sugerir um modelo para os átomos que explicava uma série de descobertas experimentais que não se encaixavam dentro da descrição clássica da física. Mas Bohr fez muito mais do que sugerir a estrutura do átomo com um núcleo pesado cercado de elétrons em órbitas discretas, como os degraus de uma escada. Ele arquitetou a estrutura conceitual da mecânica quântica, que difere profundamente da concepção clássica da realidade. Foi essa interpretação que gerou o longo e frutífero conflito entre as duas grandes mentes.
A física clássica, desenvolvida durante os séculos 17 e 19, baseava-se em um determinismo explícito: é possível descrever o comportamento de um sistema individual a partir de algumas informações básicas, como sua posição e sua velocidade iniciais e as forças que atuam sobre ele. Se deixarmos uma bola cair de uma certa altura, ela será atraída pela força da gravidade e se chocará com o chão após um certo intervalo de tempo. (Na verdade, a situação é mais sutil. Certos sistemas clássicos são caóticos, e sua evolução temporal pode ser extremamente complexa.
Porém ela continua a ser determinista.) Esse determinismo clássico teve de ser abandonado na formulação da mecânica quântica. Átomos e partículas subatômicas não se comportam como bolas sendo atraídas por forças, revelando uma realidade intrinsecamente diferente da realidade clássica que dita o comportamento do mundo à nossa volta, ou seja, dos fenômenos que ocorrem na escala humana.Um exemplo ilustra o indeterminismo na mecânica quântica.
Considere uma amostra com um número bem grande de átomos radioativos, como o urânio ou o plutônio. Átomos radioativos desintegram-se "espontaneamente" em átomos menores e em outras partículas, após um certo período de tempo. Essa afirmação, segundo a mecânica quântica, é probabilística: dada uma amostra, metade de seus átomos irá decair após um certo tempo, a meia-vida do átomo (para o plutônio-241, a meia-vida é de 2,4 milhões de anos). É impossível prevermos quando um determinado átomo da amostra irá decair; podemos apenas afirmar que a probabilidade do decaimento de metade da amostra é dada pela sua meia-vida. O determinismo da mecânica clássica tem de ser abandonado ao tratarmos de sistemas atômicos e subatômicos.
Bohr, em sua interpretação da mecânica quântica, argumentou que esse indeterminismo não é uma "fraqueza" da teoria, mas uma propriedade intrínseca do mundo do muito pequeno. Einstein concordava que a mecânica quântica era uma teoria extremamente bem-sucedida, mas não que a natureza era intrinsecamente indeterminável. Para ele, uma teoria completa da mecânica quântica seria perfeitamente determinista, e o decaimento de um átomo individual poderia ser previsto com grande precisão.
A teoria quântica seria apenas uma aproximação dessa teoria final.Por trás das posições dos dois cientistas podemos discernir mais do que suas diferenças de opinião sobre a estrutura da mecânica quântica. Einstein acreditava profundamente na capacidade humana em obter uma descrição "completa" da natureza, do muito pequeno ao muito grande. Para ele, a atividade científica era investida de uma espiritualidade que refletia essa convicção. Não entender a razão de todas as coisas era uma derrota do intelecto humano que ele não estava disposto a aceitar.
Para Bohr, o sucesso da teoria era o sucesso de nossa razão. Por que forçar a natureza a ter o comportamento que corresponde aos nossos anseios espirituais? Se a natureza é intrinsecamente incerta, discreta e probabilística, nós devemos ter orgulho de termos descoberto essa sua sutileza. O debate só se encerrou com a morte de Einstein em 1955. Mas ele continua até hoje, essencialmente dentro das posições definidas pelos dois titãs. Por enquanto, vence Bohr, mas o futuro é indeterminado.
terça-feira, 10 de abril de 2001
Radiografando o Universo
Wilhelm Röntgen, o físico que descobriu a misteriosa radiação que ele chamou de raios X em 1895, certamente ficaria boquiaberto se soubesse o que aconteceu com a sua descoberta nos últimos 105 anos. As aplicações médicas foram apenas o começo, inspiradas pelas radiografias que o próprio Röntgen tirou do dedo de sua mulher e que, para seu completo espanto, revelavam os ossos com incrível clareza.
A "mágica" dos raios X, seu poder de atravessar os tecidos e serem refletidos pelos ossos, está em seu pequeno comprimento de onda: como todas as formas de radiação eletromagnética _a luz visível sendo uma delas_ os raios X são uma propagação no espaço de um distúrbio eletromagnético, em geral causado pelo movimento acelerado de cargas elétricas. Aliás, qualquer onda é uma forma de distúrbio. Por exemplo, pense no que acontece quando você atira uma pedra em um lago: a queda da pedra disturba a água e esse distúrbio _uma troca de energia_ se propaga como ondas concêntricas, além do ponto de impacto.
Uma carga elétrica, quando acelerada, faz o mesmo, dissipando sua energia por meio de um distúrbio eletromagnético, que se propaga no espaço na velocidade da luz _cerca de 300.000 km/s. A diferença entre a luz e os raios X está no valor do comprimento de onda, que é bem menor para os raios X. Com isso, eles podem penetrar em materiais de densidade baixa, que é o caso da pele e dos músculos. Já os ossos, com sua maior densidade, refletem os raios X do mesmo modo que a pele reflete a luz visível.
Da medicina partimos para o Universo. As estrelas são fornalhas nucleares capazes de gerar quantidades enormes de radiação. As galáxias, que são aglomerados com milhões ou mesmo centenas de bilhões de estrelas, também emitem radiação. A que nós vemos, a radiação (luz) visível, revela apenas uma pequena parte do que realmente está acontecendo nesses objetos celestes. Quanto mais energia tiver a radiação, menor será seu comprimento de onda, e mais raios X serão emitidos. Daí que, ao olharmos para os céus com um telescópio sensível aos raios X, descobrimos os locais onde enormes quantidades de energia estão sendo emitidas.
A radiografia do Universo nos revela a física de seus membros mais exóticos, as estrelas de nêutrons e os buracos negros. Esses dois objetos astrofísicos têm uma coisa em comum: ambos representam os restos de uma estrela que esgotou seu combustível nuclear, sucumbindo à própria atração gravitacional. Em outras palavras, estrelas de nêutrons e buracos negros são estrelas que implodiram. Esse processo de implosão cria uma força gravitacional enorme, acelerando tudo o que passar por perto, inclusive cargas elétricas de uma estrela vizinha, ou da própria estrela que implodiu. Podemos visualizar o efeito gravitacional desses objetos como um ralo cósmico, sugando a matéria que estiver em sua vizinhança, tal como um ralo suga a água ao seu redor.
Esse processo cria uma enorme quantidade de raios X. Sob as lentes dos raios X, o Universo é composto apenas por buracos negros e outros objetos astrofísicos exóticos. Em 1999, a Nasa (agência espacial norte-americana) lançou o telescópio espacial Chandra, sensível apenas a fontes de raios X. O satélite tem uma órbita 200 vezes mais distante do que o telescópio espacial Hubble, viajando a um terço da distância até a Lua. A avançada tecnologia de detecção de raios X utilizada, com precisão equivalente a ler um sinal de "Pare" a uma distância de 18 quilômetros, permite a identificação de fontes extremamente distantes.
Como em astronomia toda a informação viaja na velocidade da luz, quanto mais distante for a fonte, mais tempo sua radiação leva para nos atingir. Olhar para o céu é olhar para o passado do Universo. Chandra identificou fontes a 12 bilhões de anos-luz de distância, quando as galáxias estavam nascendo, revelando um Universo pululando de buracos negros gigantescos, com massas milhões de vezes maiores do que a do Sol. Do dedo da esposa de Röntgen a buracos negros que emitiram sua radiação há 12 bilhões de anos é um pulo gigantesco, em apenas 105 anos. E são apenas as primeiras radiografias do Universo primordial. Para os sucessores de Chandra, as imagens atuais serão tão simples quanto as radiografias de um dedo
A "mágica" dos raios X, seu poder de atravessar os tecidos e serem refletidos pelos ossos, está em seu pequeno comprimento de onda: como todas as formas de radiação eletromagnética _a luz visível sendo uma delas_ os raios X são uma propagação no espaço de um distúrbio eletromagnético, em geral causado pelo movimento acelerado de cargas elétricas. Aliás, qualquer onda é uma forma de distúrbio. Por exemplo, pense no que acontece quando você atira uma pedra em um lago: a queda da pedra disturba a água e esse distúrbio _uma troca de energia_ se propaga como ondas concêntricas, além do ponto de impacto.
Uma carga elétrica, quando acelerada, faz o mesmo, dissipando sua energia por meio de um distúrbio eletromagnético, que se propaga no espaço na velocidade da luz _cerca de 300.000 km/s. A diferença entre a luz e os raios X está no valor do comprimento de onda, que é bem menor para os raios X. Com isso, eles podem penetrar em materiais de densidade baixa, que é o caso da pele e dos músculos. Já os ossos, com sua maior densidade, refletem os raios X do mesmo modo que a pele reflete a luz visível.
Da medicina partimos para o Universo. As estrelas são fornalhas nucleares capazes de gerar quantidades enormes de radiação. As galáxias, que são aglomerados com milhões ou mesmo centenas de bilhões de estrelas, também emitem radiação. A que nós vemos, a radiação (luz) visível, revela apenas uma pequena parte do que realmente está acontecendo nesses objetos celestes. Quanto mais energia tiver a radiação, menor será seu comprimento de onda, e mais raios X serão emitidos. Daí que, ao olharmos para os céus com um telescópio sensível aos raios X, descobrimos os locais onde enormes quantidades de energia estão sendo emitidas.
A radiografia do Universo nos revela a física de seus membros mais exóticos, as estrelas de nêutrons e os buracos negros. Esses dois objetos astrofísicos têm uma coisa em comum: ambos representam os restos de uma estrela que esgotou seu combustível nuclear, sucumbindo à própria atração gravitacional. Em outras palavras, estrelas de nêutrons e buracos negros são estrelas que implodiram. Esse processo de implosão cria uma força gravitacional enorme, acelerando tudo o que passar por perto, inclusive cargas elétricas de uma estrela vizinha, ou da própria estrela que implodiu. Podemos visualizar o efeito gravitacional desses objetos como um ralo cósmico, sugando a matéria que estiver em sua vizinhança, tal como um ralo suga a água ao seu redor.
Esse processo cria uma enorme quantidade de raios X. Sob as lentes dos raios X, o Universo é composto apenas por buracos negros e outros objetos astrofísicos exóticos. Em 1999, a Nasa (agência espacial norte-americana) lançou o telescópio espacial Chandra, sensível apenas a fontes de raios X. O satélite tem uma órbita 200 vezes mais distante do que o telescópio espacial Hubble, viajando a um terço da distância até a Lua. A avançada tecnologia de detecção de raios X utilizada, com precisão equivalente a ler um sinal de "Pare" a uma distância de 18 quilômetros, permite a identificação de fontes extremamente distantes.
Como em astronomia toda a informação viaja na velocidade da luz, quanto mais distante for a fonte, mais tempo sua radiação leva para nos atingir. Olhar para o céu é olhar para o passado do Universo. Chandra identificou fontes a 12 bilhões de anos-luz de distância, quando as galáxias estavam nascendo, revelando um Universo pululando de buracos negros gigantescos, com massas milhões de vezes maiores do que a do Sol. Do dedo da esposa de Röntgen a buracos negros que emitiram sua radiação há 12 bilhões de anos é um pulo gigantesco, em apenas 105 anos. E são apenas as primeiras radiografias do Universo primordial. Para os sucessores de Chandra, as imagens atuais serão tão simples quanto as radiografias de um dedo
domingo, 8 de abril de 2001
Poeira das estrelas
Todas as noites, olhamos para o céu (ou se não o fazemos ao menos deveríamos) para confirmar que está tudo tranquilo lá em cima, que as estrelas continuam brilhando pacatamente, que as Três Marias continuam sendo três e não duas ou quatro e que a Lua ainda não nos abandonou. Essa imagem de tranquilidade, escuridão e sossego é um privilégio garantido pelas enormes distâncias cósmicas.
A luz que vem da estrela mais próxima do Sol, a Alfa Centauri, demora mais de quatro anos para chegar até nós e isso viajando a uma velocidade de 300.000 km/s. Não é à toa que a maioria das culturas antigas via o céu noturno como um bastião de regularidade, especialmente se deixarmos de lado os impetuosos planetas e cometas.Mas o céu não tem nada de pacato. Muito pelo contrário, se existe uma palavra que possa resumir a natureza física do cosmo, ela tem de ser transformação.
Na natureza, abreviando o dito do grande químico francês Lavoisier, tudo se transforma. E os grandes motores das transformações cósmicas -da criação e da destruição de mundos, da geração de elementos químicos que aparecem em planetas, sapos e pessoas- são as explosões que marcam o fim da vida das estrelas. Pode parecer estranho falar em vida das estrelas, como se elas fossem seres vivos, mas a verdade é que a analogia é muito apropriada. Estrelas também nascem, evoluem e morrem, e desse ciclo nascem outras estrelas e outros mundos. Podemos até imaginar que as estrelas são uma espécie de reciclador de material cósmico.
A partir de hidrogênio e um pouco de hélio, elas geram praticamente todos os outros elementos do Universo. Em outras palavras, o ferro, o carbono, o ouro e o urânio que encontramos aqui na Terra e em nossos corpos vieram da explosão de uma estrela em nossa vizinhança cósmica há 5 bilhões de anos.Quando uma estrela com massa superior a oito massas solares esgota o seu combustível nuclear, o seu fim é uma questão de pouco tempo. Em breve, ela será destruída por uma explosão de uma violência indescritível, liberando uma energia equivalente a 10 mil trilhões de trilhões de megatoneladas de TNT. (Ou, em notação mais compacta, 1028 megatoneladas de TNT). Como comparação, uma bomba nuclear produz algumas megatoneladas de TNT.
Uma supernova, como é chamada a estrela moribunda, pode brilhar mais intensamente do que toda uma galáxia contendo bilhões de estrelas.A energia gerada no coração das estrelas vem da transmutação entre os elementos químicos que ocorre através da fusão nuclear. Durante a fase mais longa da vida da estrela, hidrogênio funde-se em hélio, tal como no Sol hoje, contrabalançando a contração gravitacional forçada continuamente por suas camadas mais externas.
Eventualmente, o hidrogênio no coração da estrela se esgota, e hélio é fundido em carbono. A gravidade vai tentando comprimir a estrela ainda mais, e ela funde o que pode para resistir a sua própria implosão. A uma certa altura, o processo deixa de ser eficiente, as camadas externas da estrela despencam sobre a sua rígida região central e são ricocheteadas para o espaço sideral com velocidades que chegam a 50.000 km/s. Com isso, todos os elementos químicos que estavam sendo "cozinhados" no interior da estrela são espalhados pela sua vizinhança, como sementes em um jardim.
As supernovas irrigam o espaço à sua volta com os elementos químicos que darão origem a outros mundos.A cada segundo, uma supernova detona em alguma parte do Universo. Em nossa galáxia, temos de esperar de 30 a 50 anos para presenciar tal evento. Às vezes, uma explosão ocorre próxima o suficiente para ser observada a olho nu. Mas, nos últimos 2.000 anos, apenas seis foram registradas. A mais espetacular apareceu em 1054 na constelação do Touro.
Segundo registros do Observatório Imperial de Pequim, na China, essa supernova foi visível durante o dia por três semanas e à noite por um ano, desaparecendo tão misteriosamente quanto ela apareceu. Certamente, para os astrônomos imperiais e os outros observadores celestes que presenciaram essas aparições, as estrelas novas deviam ser mensagens dos deuses. E para nós? Talvez a sua mensagem mais importante seja a profunda união de todas as coisas cósmicas: que nós, como tudo o mais no Universo, somos poeira das estrelas.
A luz que vem da estrela mais próxima do Sol, a Alfa Centauri, demora mais de quatro anos para chegar até nós e isso viajando a uma velocidade de 300.000 km/s. Não é à toa que a maioria das culturas antigas via o céu noturno como um bastião de regularidade, especialmente se deixarmos de lado os impetuosos planetas e cometas.Mas o céu não tem nada de pacato. Muito pelo contrário, se existe uma palavra que possa resumir a natureza física do cosmo, ela tem de ser transformação.
Na natureza, abreviando o dito do grande químico francês Lavoisier, tudo se transforma. E os grandes motores das transformações cósmicas -da criação e da destruição de mundos, da geração de elementos químicos que aparecem em planetas, sapos e pessoas- são as explosões que marcam o fim da vida das estrelas. Pode parecer estranho falar em vida das estrelas, como se elas fossem seres vivos, mas a verdade é que a analogia é muito apropriada. Estrelas também nascem, evoluem e morrem, e desse ciclo nascem outras estrelas e outros mundos. Podemos até imaginar que as estrelas são uma espécie de reciclador de material cósmico.
A partir de hidrogênio e um pouco de hélio, elas geram praticamente todos os outros elementos do Universo. Em outras palavras, o ferro, o carbono, o ouro e o urânio que encontramos aqui na Terra e em nossos corpos vieram da explosão de uma estrela em nossa vizinhança cósmica há 5 bilhões de anos.Quando uma estrela com massa superior a oito massas solares esgota o seu combustível nuclear, o seu fim é uma questão de pouco tempo. Em breve, ela será destruída por uma explosão de uma violência indescritível, liberando uma energia equivalente a 10 mil trilhões de trilhões de megatoneladas de TNT. (Ou, em notação mais compacta, 1028 megatoneladas de TNT). Como comparação, uma bomba nuclear produz algumas megatoneladas de TNT.
Uma supernova, como é chamada a estrela moribunda, pode brilhar mais intensamente do que toda uma galáxia contendo bilhões de estrelas.A energia gerada no coração das estrelas vem da transmutação entre os elementos químicos que ocorre através da fusão nuclear. Durante a fase mais longa da vida da estrela, hidrogênio funde-se em hélio, tal como no Sol hoje, contrabalançando a contração gravitacional forçada continuamente por suas camadas mais externas.
Eventualmente, o hidrogênio no coração da estrela se esgota, e hélio é fundido em carbono. A gravidade vai tentando comprimir a estrela ainda mais, e ela funde o que pode para resistir a sua própria implosão. A uma certa altura, o processo deixa de ser eficiente, as camadas externas da estrela despencam sobre a sua rígida região central e são ricocheteadas para o espaço sideral com velocidades que chegam a 50.000 km/s. Com isso, todos os elementos químicos que estavam sendo "cozinhados" no interior da estrela são espalhados pela sua vizinhança, como sementes em um jardim.
As supernovas irrigam o espaço à sua volta com os elementos químicos que darão origem a outros mundos.A cada segundo, uma supernova detona em alguma parte do Universo. Em nossa galáxia, temos de esperar de 30 a 50 anos para presenciar tal evento. Às vezes, uma explosão ocorre próxima o suficiente para ser observada a olho nu. Mas, nos últimos 2.000 anos, apenas seis foram registradas. A mais espetacular apareceu em 1054 na constelação do Touro.
Segundo registros do Observatório Imperial de Pequim, na China, essa supernova foi visível durante o dia por três semanas e à noite por um ano, desaparecendo tão misteriosamente quanto ela apareceu. Certamente, para os astrônomos imperiais e os outros observadores celestes que presenciaram essas aparições, as estrelas novas deviam ser mensagens dos deuses. E para nós? Talvez a sua mensagem mais importante seja a profunda união de todas as coisas cósmicas: que nós, como tudo o mais no Universo, somos poeira das estrelas.
domingo, 25 de março de 2001
Reflexões dominicais sobre ética e ciência
A ciência precisa de liberdade para progredir. É difícil imaginar que idéias possam fluir em uma realidade cheia de obstáculos morais e censuras legislativas. A ciência, aqui, não difere de cultura em geral: é difícil também imaginar que a produtividade cultural possa sobreviver apenas clandestinamente, se bem que esse foi e é o caso em ditaduras militares ou religiosas. A censura e a rigidez moral castram a criatividade, mas não conseguem destruí-la.
Por outro lado, se a ciência serve à sociedade, ela deve prestar contas ao cidadão. Afinal, ao menos em pesquisa mais básica, quem paga a conta são os governos, a partir da coleta de impostos. E, como quem paga os impostos é o cidadão, a produtividade científica é financiada, em grande parte, pela sociedade.
Claro, existe também a pesquisa financiada diretamente pela indústria, com fins lucrativos. Ou a pesquisa financiada pelo governo com fins militares. Com o desenvolvimento acelerado da tecnologia nos últimos 20 anos, essas linhas divisórias têm se tornado cada vez mais invisíveis. Um físico desenvolvendo um novo tipo de liga metálica pode estar interessado em suas propriedades a baixíssimas temperaturas (a ciência básica, pois baixas temperaturas não são viáveis comercialmente), ou na sua utilização na construção civil (a ciência aplicada), ou na sua utilização em mísseis intercontinentais (a ciência bélica). A liga metálica é a mesma, mas ela pode servir a propósitos completamente distintos.
Aqui surge um dilema para o cientista: até que ponto sua obrigação profissional deve interferir em sua atividade criativa? Será que o físico trabalhando em uma universidade, sabendo que sua nova liga metálica pode ser usada em mísseis, deve divulgar seus resultados?
Para citar um exemplo histórico, Leonardo da Vinci construiu várias armas de guerra para o seu patrono. Mas ele recusou-se a divulgar seus planos para a construção de um submarino, pois sabia que seu uso, aliado à perversidade do homem, provocaria mortes horrendas sob as águas. Da Vinci não queria ter seu nome associado a tal máquina de destruição. Hoje, apenas um submarino da Marinha norte-americana é capaz de carregar 24 mísseis nucleares de alcance intercontinental, suficientes para destruir uma boa fração da vida na Terra.
A lição dessa história é clara: nenhuma invenção permanecerá "escondida" por muito tempo. Alguém acabará por redescobri-la mais cedo ou mais tarde. Os norte-americanos ficaram completamente boquiabertos quando os soviéticos detonaram uma bomba atômica logo após o fim da Segunda Guerra, seguida de uma bomba de hidrogênio.
O Projeto Genoma, envolvendo centenas de cientistas espalhados pelo mundo, compete com laboratórios privados na corrida pelo mapeamento do genoma humano. A biotecnologia levanta uma série de novos desafios éticos, questões que a sociedade precisa confrontar. Este mês, um trio de médicos anunciou em Roma que a clonagem de humanos é uma questão de tempo. E não muito. Várias pessoas têm uma verdadeira aversão à idéia de que será possível construirmos cópias exatas de um ser humano. Mais ainda, com a manipulação direta do gene, será também possível "encomendar" uma pessoa, como encomendamos um terno no alfaiate. Essa cor de olhos, essa altura, essa cor de pele, um bom atleta, Q.I. alto.
A primeira reação é: "Mas que absurdo! Isso deve ser proibido!" Mas essa reação é inútil. Porque a pesquisa irá continuar, proibida ou não, do mesmo modo que jornalistas, músicos e cineastas continuam a trabalhar sob regimes de ditadura. Países irão adotar políticas diferentes, alguns mais liberais do que outros.
Veja o exemplo recente do Reino Unido, autorizando a pesquisa que usa embriões para buscar a cura de várias doenças. Portanto, fora laboratórios clandestinos, os cientistas podem sempre emigrar para países mais liberais. É fácil criticar os cientistas pela sua "ganância", por esse apetite de querer sempre ir em frente. Mas essa é justamente a força da ciência. Sem essa curiosidade, ela entra em estagnação. O que a sociedade deve exigir dos cientistas é um compromisso moral com a verdade, um franco diálogo em que as repercussões das pesquisas são discutidas abertamente. É hipócrita culpar o inventor da pólvora pela morte de todas as pessoas em guerras. Somos nós que vamos à guerra, nossos governos, nossos soldados, nossos cientistas.
Por outro lado, se a ciência serve à sociedade, ela deve prestar contas ao cidadão. Afinal, ao menos em pesquisa mais básica, quem paga a conta são os governos, a partir da coleta de impostos. E, como quem paga os impostos é o cidadão, a produtividade científica é financiada, em grande parte, pela sociedade.
Claro, existe também a pesquisa financiada diretamente pela indústria, com fins lucrativos. Ou a pesquisa financiada pelo governo com fins militares. Com o desenvolvimento acelerado da tecnologia nos últimos 20 anos, essas linhas divisórias têm se tornado cada vez mais invisíveis. Um físico desenvolvendo um novo tipo de liga metálica pode estar interessado em suas propriedades a baixíssimas temperaturas (a ciência básica, pois baixas temperaturas não são viáveis comercialmente), ou na sua utilização na construção civil (a ciência aplicada), ou na sua utilização em mísseis intercontinentais (a ciência bélica). A liga metálica é a mesma, mas ela pode servir a propósitos completamente distintos.
Aqui surge um dilema para o cientista: até que ponto sua obrigação profissional deve interferir em sua atividade criativa? Será que o físico trabalhando em uma universidade, sabendo que sua nova liga metálica pode ser usada em mísseis, deve divulgar seus resultados?
Para citar um exemplo histórico, Leonardo da Vinci construiu várias armas de guerra para o seu patrono. Mas ele recusou-se a divulgar seus planos para a construção de um submarino, pois sabia que seu uso, aliado à perversidade do homem, provocaria mortes horrendas sob as águas. Da Vinci não queria ter seu nome associado a tal máquina de destruição. Hoje, apenas um submarino da Marinha norte-americana é capaz de carregar 24 mísseis nucleares de alcance intercontinental, suficientes para destruir uma boa fração da vida na Terra.
A lição dessa história é clara: nenhuma invenção permanecerá "escondida" por muito tempo. Alguém acabará por redescobri-la mais cedo ou mais tarde. Os norte-americanos ficaram completamente boquiabertos quando os soviéticos detonaram uma bomba atômica logo após o fim da Segunda Guerra, seguida de uma bomba de hidrogênio.
O Projeto Genoma, envolvendo centenas de cientistas espalhados pelo mundo, compete com laboratórios privados na corrida pelo mapeamento do genoma humano. A biotecnologia levanta uma série de novos desafios éticos, questões que a sociedade precisa confrontar. Este mês, um trio de médicos anunciou em Roma que a clonagem de humanos é uma questão de tempo. E não muito. Várias pessoas têm uma verdadeira aversão à idéia de que será possível construirmos cópias exatas de um ser humano. Mais ainda, com a manipulação direta do gene, será também possível "encomendar" uma pessoa, como encomendamos um terno no alfaiate. Essa cor de olhos, essa altura, essa cor de pele, um bom atleta, Q.I. alto.
A primeira reação é: "Mas que absurdo! Isso deve ser proibido!" Mas essa reação é inútil. Porque a pesquisa irá continuar, proibida ou não, do mesmo modo que jornalistas, músicos e cineastas continuam a trabalhar sob regimes de ditadura. Países irão adotar políticas diferentes, alguns mais liberais do que outros.
Veja o exemplo recente do Reino Unido, autorizando a pesquisa que usa embriões para buscar a cura de várias doenças. Portanto, fora laboratórios clandestinos, os cientistas podem sempre emigrar para países mais liberais. É fácil criticar os cientistas pela sua "ganância", por esse apetite de querer sempre ir em frente. Mas essa é justamente a força da ciência. Sem essa curiosidade, ela entra em estagnação. O que a sociedade deve exigir dos cientistas é um compromisso moral com a verdade, um franco diálogo em que as repercussões das pesquisas são discutidas abertamente. É hipócrita culpar o inventor da pólvora pela morte de todas as pessoas em guerras. Somos nós que vamos à guerra, nossos governos, nossos soldados, nossos cientistas.
domingo, 18 de março de 2001
A violenta ascensão e queda dos dinossauros
Hoje gostaria de abordar um tema que desperta o interesse de cientistas de várias áreas, desde a astrofísica e a geologia até a biologia e a paleontologia: o das causas violentas de ascensão e queda dos dinossauros. Como o leitor pode imaginar, qualquer tópico que misture tantas áreas diferentes de pesquisa cria também polêmica. O consenso vem apenas após muita briga, ou melhor, após pesquisa e discussão acadêmica.
Os dinossauros reinaram supremos sobre as outras espécies por mais de 100 milhões de anos. Há 65 milhões de anos, eles desapareceram em um intervalo curtíssimo de tempo. A evidência de que a extinção ocorreu rapidamente é baseada na espessura da chamada camada K/ T, que separa o Período Cretáceo do Terciário. Em termos geológicos, podemos imaginar que a superfície da Terra é como uma torta de várias camadas, cada uma com um sabor diferente. Do mesmo modo que, para preparar a torta, as camadas são superpostas uma após a outra, a superfície da Terra também retrata a ordem temporal com que as diferentes camadas de sedimentos foram depositadas. Quanto mais profunda for a camada, mais antiga ela é, funcionando como um calendário da história da Terra.
Vários estudos realizados dos dois "lados" da camada K/T mostram que, de fato, enquanto a camada correspondente ao Período Cretáceo é rica em fósseis de dinossauros, na camada do Terciário eles são quase que inexistentes. Essa conclusão não foi imediata: quando os fósseis são raros, a determinação de sua abundância é muito difícil. Fora isso, em 65 milhões de anos, um grande número de fósseis pode ter sido (e foi) destruído. Hoje está claro que os dinossauros desapareceram mesmo abruptamente há 65 milhões de anos.
A causa desse desaparecimento foi um dos focos das brigas, ou melhor, discussões acadêmicas, a que me referi acima. A maioria dos paleontólogos defendia a idéia de que a extinção dos dinossauros tivesse ocorrido gradualmente, devido a uma combinação de causas, incluindo atividade vulcânica, mudanças climáticas e desequilíbrio na cadeia alimentar. Dale Russell foi um dos poucos paleontólogos a propor um mecanismo diferente. Em 1971, junto com o astrofísico Wallace Tucker, Russell sugeriu que os dinossauros foram extintos devido à explosão de uma estrela (uma supernova) em nossa vizinhança, que bombardeou a Terra com doses letais de radiação.
O catastrofismo entrava triunfalmente na paleontologia.Durante a década de 80, ficou claro que 70% das espécies foram extintas há 65 milhões de anos devido ao impacto de um cometa ou um asteróide. A prova é baseada em dois fatos principais: primeiro, encontrou-se o elemento irídio na camada K/T em quantidades muito maiores do que o normal. Sabemos que esse elemento é bem mais abundante em asteróides e cometas do que na Terra. Segundo, a cratera causada pelo impacto foi descoberta na península de Yucatán, no México.
A extinção dos dinossauros permitiu que os mamíferos, até então bastante insignificantes, evoluíssem a ponto de, há 4 milhões de anos, surgirem os primeiros hominídeos. Sem o impacto, provavelmente não estaríamos aqui.A novidade maior é que, aparentemente, a era dos dinossauros também foi iniciada por um outro impacto cataclísmico. Na transição entre os Períodos Permiano e Triássico, há 250 milhões de anos, 95% das espécies foram dizimadas, tanto nos mares como em terra. Pelo que sabemos hoje, essa foi a maior extinção na história da vida na Terra. Ela foi também a extinção que criou as condições que facilitaram a evolução dos dinossauros. Recentemente, cientistas descobriram excesso de um composto de carbono chamado fulereno, que tem o formato de uma bola de futebol.
Como uma bola, essas moléculas bastante grandes podem armazenar gases em seu interior. Uma análise desses gases, principalmente hélio e argônio, mostrou que sua abundância relativa corresponde a quantidades observadas em meteoritos e não às encontradas na Terra. Ou seja, os fulerenos soterrados na camada P/T têm uma origem extraterrestre. Os dinossauros devem a sua ascensão e a sua queda à colisão de corpos celestes com a Terra. Nossa ascensão também se deve, em parte, ao mesmo motivo. Esperemos que não a nossa queda.
Os dinossauros reinaram supremos sobre as outras espécies por mais de 100 milhões de anos. Há 65 milhões de anos, eles desapareceram em um intervalo curtíssimo de tempo. A evidência de que a extinção ocorreu rapidamente é baseada na espessura da chamada camada K/ T, que separa o Período Cretáceo do Terciário. Em termos geológicos, podemos imaginar que a superfície da Terra é como uma torta de várias camadas, cada uma com um sabor diferente. Do mesmo modo que, para preparar a torta, as camadas são superpostas uma após a outra, a superfície da Terra também retrata a ordem temporal com que as diferentes camadas de sedimentos foram depositadas. Quanto mais profunda for a camada, mais antiga ela é, funcionando como um calendário da história da Terra.
Vários estudos realizados dos dois "lados" da camada K/T mostram que, de fato, enquanto a camada correspondente ao Período Cretáceo é rica em fósseis de dinossauros, na camada do Terciário eles são quase que inexistentes. Essa conclusão não foi imediata: quando os fósseis são raros, a determinação de sua abundância é muito difícil. Fora isso, em 65 milhões de anos, um grande número de fósseis pode ter sido (e foi) destruído. Hoje está claro que os dinossauros desapareceram mesmo abruptamente há 65 milhões de anos.
A causa desse desaparecimento foi um dos focos das brigas, ou melhor, discussões acadêmicas, a que me referi acima. A maioria dos paleontólogos defendia a idéia de que a extinção dos dinossauros tivesse ocorrido gradualmente, devido a uma combinação de causas, incluindo atividade vulcânica, mudanças climáticas e desequilíbrio na cadeia alimentar. Dale Russell foi um dos poucos paleontólogos a propor um mecanismo diferente. Em 1971, junto com o astrofísico Wallace Tucker, Russell sugeriu que os dinossauros foram extintos devido à explosão de uma estrela (uma supernova) em nossa vizinhança, que bombardeou a Terra com doses letais de radiação.
O catastrofismo entrava triunfalmente na paleontologia.Durante a década de 80, ficou claro que 70% das espécies foram extintas há 65 milhões de anos devido ao impacto de um cometa ou um asteróide. A prova é baseada em dois fatos principais: primeiro, encontrou-se o elemento irídio na camada K/T em quantidades muito maiores do que o normal. Sabemos que esse elemento é bem mais abundante em asteróides e cometas do que na Terra. Segundo, a cratera causada pelo impacto foi descoberta na península de Yucatán, no México.
A extinção dos dinossauros permitiu que os mamíferos, até então bastante insignificantes, evoluíssem a ponto de, há 4 milhões de anos, surgirem os primeiros hominídeos. Sem o impacto, provavelmente não estaríamos aqui.A novidade maior é que, aparentemente, a era dos dinossauros também foi iniciada por um outro impacto cataclísmico. Na transição entre os Períodos Permiano e Triássico, há 250 milhões de anos, 95% das espécies foram dizimadas, tanto nos mares como em terra. Pelo que sabemos hoje, essa foi a maior extinção na história da vida na Terra. Ela foi também a extinção que criou as condições que facilitaram a evolução dos dinossauros. Recentemente, cientistas descobriram excesso de um composto de carbono chamado fulereno, que tem o formato de uma bola de futebol.
Como uma bola, essas moléculas bastante grandes podem armazenar gases em seu interior. Uma análise desses gases, principalmente hélio e argônio, mostrou que sua abundância relativa corresponde a quantidades observadas em meteoritos e não às encontradas na Terra. Ou seja, os fulerenos soterrados na camada P/T têm uma origem extraterrestre. Os dinossauros devem a sua ascensão e a sua queda à colisão de corpos celestes com a Terra. Nossa ascensão também se deve, em parte, ao mesmo motivo. Esperemos que não a nossa queda.
domingo, 11 de março de 2001
Réquiem para uma catedral do espaço
Dentro de poucos dias, o Pacífico Sul vai receber em torno de 40 toneladas de detritos fumegantes, os restos mortais da magnífica estação espacial russa conhecida como Mir. A maior parte das suas 135 toneladas será carbonizada durante a reentrada na atmosfera. Se tudo correr conforme o planejado, a reentrada se dará entre 13 e 18 de março, e o impacto, em uma área desabitada de 6.000 quilômetros por 200 quilômetros, entre a Nova Zelândia e a ilha de Páscoa.
Com o fim da estação Mir, se encerra uma página da história da exploração do espaço, o último capítulo da corrida espacial fomentada pela Guerra Fria.A estação Mir foi a primeira a ser construída a partir de módulos individuais, que podem ser conectados a uma estrutura principal. Essa arquitetura dá tremenda versatilidade à espaçonave, pois novos módulos podem ser adicionados já com a estrutura flutuando em torno da Terra.
Seu primeiro módulo, pesando 20 toneladas, com 13 metros de comprimento e 4,1 metros de diâmetro, foi posto em órbita no dia 19 de fevereiro de 1986, inaugurando 15 anos de exploração espacial, que incluíram a visita de 104 astronautas, russos e americanos, transportados em mais de 140 vôos e 60 missões de reabastecimento. Inúmeras experiências científicas foram realizadas na Mir, uma das mais importantes sendo o teste de como seres humanos se comportam em ambientes quase sem gravidade por longos períodos de tempo.
O médico russo Valeri Polyakov é o detentor atual do recorde de permanência, tendo ficado a bordo da Mir por 14 meses.Esse tipo de experimento é fundamental para o futuro do programa espacial, já que uma missão tripulada de ida e volta para Marte demoraria três anos (seis meses de viagem de ida, seis de viagem de volta e mais dois anos no destino, esperando o ponto justo entre as órbitas da Terra e de Marte que minimize a distância viajada e o combustível utilizado). Fora as mudanças fisiológicas causadas pela ausência prolongada de gravidade, os astronautas têm de lidar com as privações emocionais e o estresse causado ao enfrentarem situações de vida ou morte.
Outro problema é a exposição a doses bem mais altas de radiação do que as que recebemos aqui na Terra, protegidos pela atmosfera.Sem a experiência acumulada pelos russos com a Mir, a Estação Espacial Internacional (ISS), a nova catedral do espaço, não poderia ter sido construída. Sendo uma colaboração entre vários países, mas principalmente entre a Rússia e os EUA, a ISS também inaugura uma nova era no programa espacial, a da cooperação internacional. Se a queda do Muro de Berlim foi o símbolo terrestre do fim da Guerra Fria, a ISS é seu símbolo no espaço.
Na verdade, a ISS é um símbolo maior ainda, uma demonstração concreta da possibilidade de união entre os vários países e as diversas culturas da Terra em prol de um fim conjunto de interesse para toda a humanidade: nosso destino no espaço.A estação espacial Mir, em seus 15 anos de funcionamento, demonstrou a viabilidade de um programa prolongado de exploração espacial baseado em uma plataforma-mãe, um trampolim para o resto do cosmo.
Não é difícil imaginar um futuro onde teremos várias estações espaciais, ilhas espalhadas pelo Sistema Solar, onde missões vindas da Terra ou de outros planetas possam reabastecer seu combustível, sua tripulação possa "esticar as pernas" e dados científicos possam ser discutidos e analisados. Talvez, como no filme "Guerra nas Estrelas", algumas delas tenham até bares onde os astronautas possam beber uma cerveja e ouvir um jazz. Isso supondo que essas estruturas sejam capazes de gerar sua própria gravidade, o que é em princípio possível por meio de rotação ou aceleração (os leitores que assistiram ao filme "2001: Uma Odisséia no Espaço" devem estar lembrados de como a estação espacial girava).
Quando era garoto, eu estava convencido de que em 2001 estaríamos todos viajando em espaçonaves, quem sabe até explorando os mistérios do Sistema Solar em missões tripuladas. Mas os sonhos são assim mesmo, bem mais apressados do que a realidade. Hoje continuo convencido de que isso tudo irá acontecer. Só prefiro não arriscar quando. Mas seja lá quando for, espero que a velha e sábia Mir continue viva na nossa memória como tendo sido o primeiro trampolim para o espaço.
Com o fim da estação Mir, se encerra uma página da história da exploração do espaço, o último capítulo da corrida espacial fomentada pela Guerra Fria.A estação Mir foi a primeira a ser construída a partir de módulos individuais, que podem ser conectados a uma estrutura principal. Essa arquitetura dá tremenda versatilidade à espaçonave, pois novos módulos podem ser adicionados já com a estrutura flutuando em torno da Terra.
Seu primeiro módulo, pesando 20 toneladas, com 13 metros de comprimento e 4,1 metros de diâmetro, foi posto em órbita no dia 19 de fevereiro de 1986, inaugurando 15 anos de exploração espacial, que incluíram a visita de 104 astronautas, russos e americanos, transportados em mais de 140 vôos e 60 missões de reabastecimento. Inúmeras experiências científicas foram realizadas na Mir, uma das mais importantes sendo o teste de como seres humanos se comportam em ambientes quase sem gravidade por longos períodos de tempo.
O médico russo Valeri Polyakov é o detentor atual do recorde de permanência, tendo ficado a bordo da Mir por 14 meses.Esse tipo de experimento é fundamental para o futuro do programa espacial, já que uma missão tripulada de ida e volta para Marte demoraria três anos (seis meses de viagem de ida, seis de viagem de volta e mais dois anos no destino, esperando o ponto justo entre as órbitas da Terra e de Marte que minimize a distância viajada e o combustível utilizado). Fora as mudanças fisiológicas causadas pela ausência prolongada de gravidade, os astronautas têm de lidar com as privações emocionais e o estresse causado ao enfrentarem situações de vida ou morte.
Outro problema é a exposição a doses bem mais altas de radiação do que as que recebemos aqui na Terra, protegidos pela atmosfera.Sem a experiência acumulada pelos russos com a Mir, a Estação Espacial Internacional (ISS), a nova catedral do espaço, não poderia ter sido construída. Sendo uma colaboração entre vários países, mas principalmente entre a Rússia e os EUA, a ISS também inaugura uma nova era no programa espacial, a da cooperação internacional. Se a queda do Muro de Berlim foi o símbolo terrestre do fim da Guerra Fria, a ISS é seu símbolo no espaço.
Na verdade, a ISS é um símbolo maior ainda, uma demonstração concreta da possibilidade de união entre os vários países e as diversas culturas da Terra em prol de um fim conjunto de interesse para toda a humanidade: nosso destino no espaço.A estação espacial Mir, em seus 15 anos de funcionamento, demonstrou a viabilidade de um programa prolongado de exploração espacial baseado em uma plataforma-mãe, um trampolim para o resto do cosmo.
Não é difícil imaginar um futuro onde teremos várias estações espaciais, ilhas espalhadas pelo Sistema Solar, onde missões vindas da Terra ou de outros planetas possam reabastecer seu combustível, sua tripulação possa "esticar as pernas" e dados científicos possam ser discutidos e analisados. Talvez, como no filme "Guerra nas Estrelas", algumas delas tenham até bares onde os astronautas possam beber uma cerveja e ouvir um jazz. Isso supondo que essas estruturas sejam capazes de gerar sua própria gravidade, o que é em princípio possível por meio de rotação ou aceleração (os leitores que assistiram ao filme "2001: Uma Odisséia no Espaço" devem estar lembrados de como a estação espacial girava).
Quando era garoto, eu estava convencido de que em 2001 estaríamos todos viajando em espaçonaves, quem sabe até explorando os mistérios do Sistema Solar em missões tripuladas. Mas os sonhos são assim mesmo, bem mais apressados do que a realidade. Hoje continuo convencido de que isso tudo irá acontecer. Só prefiro não arriscar quando. Mas seja lá quando for, espero que a velha e sábia Mir continue viva na nossa memória como tendo sido o primeiro trampolim para o espaço.
domingo, 4 de março de 2001
A estufa global
O astrônomo e divulgador de ciência norte-americano Carl Sagan foi o primeiro a propor uma explicação para a curiosa atmosfera de Vênus, um planeta coberto por uma espessa camada de gases que deixa o calor do Sol entrar, mas pouco dele sair. Podemos fazer uma analogia com cobertores. Nosso corpo irradia calor constantemente.
A função do cobertor, ou de um casaco, é manter esse calor perto de nosso corpo, de modo a evitar que ele resfrie. Quanto maior o número de cobertores, mais quente você se sentirá, pois menos calor poderá escapar. A atmosfera de Vênus, 90 vezes mais maciça do que a da Terra, funciona como um cobertor extremamente espesso, deixando pouquíssimo do calor perto da superfície escapar.Sagan argumentou corretamente que o problema com Vênus é a sua proximidade do Sol. Se puséssemos a Terra na posição de Vênus, a temperatura aumentaria dramaticamente, levando a uma maior evaporação dos oceanos. Mais ainda, rochas que retêm dióxido de carbono (CO2), o rei dos gases que causam o efeito estufa, liberariam o gás com maior rapidez, aumentando sua concentração na atmosfera.
O novo excesso de vapor d'água e de CO2 bloquearia o fluxo de calor da Terra para o espaço, aumentando ainda mais a temperatura na superfície. Esse aumento de temperatura desencadearia um efeito estufa acelerado (como se o cobertor engrossasse com o tempo), o que rapidamente transformaria a Terra em Vênus, que tem temperaturas de 450C, dia e noite. Um verdadeiro inferno.Felizmente, a Terra não está tão perto do Sol quanto Vênus. Infelizmente, nós estamos trabalhando arduamente para engrossar o nosso próprio cobertor, com o aumento desenfreado da quantidade de emissão de CO2 e outros gases que provocam o efeito estufa em nossa atmosfera.
Um estudo do Painel Internacional de Mudança Climática (IPCC), com a participação de 700 cientistas do mundo inteiro, acaba de publicar parcialmente os resultados de seu estudo, encomendado pelas Nações Unidas e o mais detalhado até o momento.As notícias, como era de esperar, são péssimas. Na coluna de 21 de dezembro de 1997, comentei sobre os resultados do mesmo Painel, divulgados em 1995. Os resultados atuais são muito mais precisos, devido a avanços na modelagem do fluxo de calor na atmosfera e ao poder dos computadores. Por exemplo, a estação de trabalho que eu usava em 1995 era a mais rápida do mundo, com processadores de 266 MHz. Hoje, é relativamente fácil comprar um PC com processadores de frequência três vezes maior.
Em 1995, o painel do IPCC estimava que, até o ano 2001, a temperatura média global aumentaria entre 1C e 3,5C. A estimativa agora é de que o aumento possa chegar a 10,4C nos próximos cem anos, o maior aumento de temperatura nos últimos 10 mil anos, que teria consequências climáticas gravíssimas para todo o planeta.Sem querer soar como o profeta do apocalipse (que, aliás, é o assunto de meu próximo livro), mudanças de temperatura a esse nível causariam secas devastadoras, enchentes, tempestades violentíssimas e um aumento geral da pestilência, principalmente da malária e do cólera. Vários cientistas alertam para outros tipos de doenças que se manifestariam mais agressivamente, com a proliferação de insetos transmissores.
E adivinhe quem sofrerá as piores consequências? Os países da África, da Ásia e da América Latina, aí incluído o Brasil.Alguns países industrializados, incluindo o maior poluente do mundo, os EUA, ainda não ratificaram o Protocolo de Kyoto de 1997, que requer um corte na emissão dos gases que causam o efeito estufa em 5%, tendo por base os níveis de 1990, até 2012. Nem isso. O que fazer?Alguns, inclusive cientistas, só acreditam vendo e não dão credibilidade ao IPCC. Eles são aqueles que só após a casa queimar se dão conta de que não vão ter onde morar. No mínimo, podemos agir localmente, comprando carros econômicos, indo junto com colegas ao trabalho, usando transportes públicos (quando seguro), usando menos energia em casa e no escritório e criticando aqueles que não o fazem. Caso contrário, estaremos contribuindo para tornar nossa Terra um lugar insuportável para as futuras gerações.
A função do cobertor, ou de um casaco, é manter esse calor perto de nosso corpo, de modo a evitar que ele resfrie. Quanto maior o número de cobertores, mais quente você se sentirá, pois menos calor poderá escapar. A atmosfera de Vênus, 90 vezes mais maciça do que a da Terra, funciona como um cobertor extremamente espesso, deixando pouquíssimo do calor perto da superfície escapar.Sagan argumentou corretamente que o problema com Vênus é a sua proximidade do Sol. Se puséssemos a Terra na posição de Vênus, a temperatura aumentaria dramaticamente, levando a uma maior evaporação dos oceanos. Mais ainda, rochas que retêm dióxido de carbono (CO2), o rei dos gases que causam o efeito estufa, liberariam o gás com maior rapidez, aumentando sua concentração na atmosfera.
O novo excesso de vapor d'água e de CO2 bloquearia o fluxo de calor da Terra para o espaço, aumentando ainda mais a temperatura na superfície. Esse aumento de temperatura desencadearia um efeito estufa acelerado (como se o cobertor engrossasse com o tempo), o que rapidamente transformaria a Terra em Vênus, que tem temperaturas de 450C, dia e noite. Um verdadeiro inferno.Felizmente, a Terra não está tão perto do Sol quanto Vênus. Infelizmente, nós estamos trabalhando arduamente para engrossar o nosso próprio cobertor, com o aumento desenfreado da quantidade de emissão de CO2 e outros gases que provocam o efeito estufa em nossa atmosfera.
Um estudo do Painel Internacional de Mudança Climática (IPCC), com a participação de 700 cientistas do mundo inteiro, acaba de publicar parcialmente os resultados de seu estudo, encomendado pelas Nações Unidas e o mais detalhado até o momento.As notícias, como era de esperar, são péssimas. Na coluna de 21 de dezembro de 1997, comentei sobre os resultados do mesmo Painel, divulgados em 1995. Os resultados atuais são muito mais precisos, devido a avanços na modelagem do fluxo de calor na atmosfera e ao poder dos computadores. Por exemplo, a estação de trabalho que eu usava em 1995 era a mais rápida do mundo, com processadores de 266 MHz. Hoje, é relativamente fácil comprar um PC com processadores de frequência três vezes maior.
Em 1995, o painel do IPCC estimava que, até o ano 2001, a temperatura média global aumentaria entre 1C e 3,5C. A estimativa agora é de que o aumento possa chegar a 10,4C nos próximos cem anos, o maior aumento de temperatura nos últimos 10 mil anos, que teria consequências climáticas gravíssimas para todo o planeta.Sem querer soar como o profeta do apocalipse (que, aliás, é o assunto de meu próximo livro), mudanças de temperatura a esse nível causariam secas devastadoras, enchentes, tempestades violentíssimas e um aumento geral da pestilência, principalmente da malária e do cólera. Vários cientistas alertam para outros tipos de doenças que se manifestariam mais agressivamente, com a proliferação de insetos transmissores.
E adivinhe quem sofrerá as piores consequências? Os países da África, da Ásia e da América Latina, aí incluído o Brasil.Alguns países industrializados, incluindo o maior poluente do mundo, os EUA, ainda não ratificaram o Protocolo de Kyoto de 1997, que requer um corte na emissão dos gases que causam o efeito estufa em 5%, tendo por base os níveis de 1990, até 2012. Nem isso. O que fazer?Alguns, inclusive cientistas, só acreditam vendo e não dão credibilidade ao IPCC. Eles são aqueles que só após a casa queimar se dão conta de que não vão ter onde morar. No mínimo, podemos agir localmente, comprando carros econômicos, indo junto com colegas ao trabalho, usando transportes públicos (quando seguro), usando menos energia em casa e no escritório e criticando aqueles que não o fazem. Caso contrário, estaremos contribuindo para tornar nossa Terra um lugar insuportável para as futuras gerações.
domingo, 25 de fevereiro de 2001
Aconteceu em Copenhague
Em 1941, em plena Segunda Guerra Mundial, dois gigantes da física encontram-se em Copenhague, na Dinamarca: Niels Bohr e Werner Heisenberg. Bohr, dinamarquês, foi o primeiro a desenvolver, em 1913, um modelo do átomo usando princípios da física quântica, proposta na virada do século 20 por Max Planck (1900) e Albert Einstein (1905).
Heisenberg, alemão, propôs as equações que descrevem o comportamento de sistemas atômicos (outra versão, equivalente à de Heisenberg, foi proposta pelo austríaco Erwin Schrödinger). Bohr, mais velho, era tido como o "pai" da mecânica quântica, sendo venerado pelos jovens que a construíram: Heisenberg, Pauli, Born, Dirac, Jordan e outros. Heinsenberg era o menino-prodígio de Bohr, um mestre da matemática. E uma pessoa extremamente misteriosa.
Heisenberg foi o único dos "grandes" a permanecer na Alemanha durante a Segunda Guerra. Todos os outros escaparam, alguns para outros países da Europa, ou para os Estados Unidos, como fez Einstein. Quando Heisenberg foi visitar Bohr em Copenhague, a Alemanha já havia dominado boa parte da Europa, inclusive a Dinamarca. Heisenberg era o chefe do programa nuclear nazista. Bohr deplorava o expansionismo de Hitler e mantinha-se em contato com os aliados. Heisenberg foi visitar seu antigo mentor como representante da potência invasora.
Qual era o objetivo de Heisenberg em Copenhague? Por que ele queria tanto conversar com Bohr? Será que ele queria arrancar segredos de seu velho mentor para usá-los na construção da bomba atômica nazista? Será que ele foi informar a Bohr que ele deveria escapar o quanto antes de Copenhague? Ou será que ele foi confessar a Bohr que sua verdadeira intenção era boicotar o programa nuclear nazista, de modo que Hitler nunca pudesse ter uma bomba atômica em suas mãos?Essas questões formam o pano de fundo para a magnífica peça teatral "Copenhagen", do inglês Michael Frayn, que vem fazendo tremendo sucesso na Inglaterra e nos EUA e que deverá estrear em abril em São Paulo.
O mais fascinante aspecto desse drama é a sua incerteza. Heisenberg foi o criador do famoso princípio da incerteza da mecânica quântica, que diz que certos pares de variáveis não podem ser medidos juntamente com precisão arbitrária. Por exemplo, se tentarmos medir a velocidade e a posição de um elétron em órbita em torno de um núcleo atômico, encontraremos um limite máximo de precisão em nossas medidas e, quanto mais precisas forem as medidas de uma das variáveis, maior será a imprecisão, ou a incerteza, na outra.
As incertezas da visita, ou não sabermos ao certo o que Heisenberg foi fazer em Copenhague, são traduzidas na peça em várias possíveis versões do que de fato aconteceu, todas plausíveis e todas envolvendo profundas decisões éticas. Imagine a responsabilidade moral nas mãos de um homem que seria (ou talvez não) capaz de fornecer a um líder maníaco e assassino um instrumento de destruição global. Se ele seguisse o seu patriotismo, transformando a sua nação no grande império do mundo ocidental, ele mancharia para sempre seu nome nas páginas da história.
Qual o preço da vitória? Se ele boicotasse o seu país, ele estaria ajudando os inimigos de sua nação (seus colegas de profissão e amigos pessoais) a construir a mesma arma de destruição que transformaria para sempre o destino da humanidade. Heisenberg enfrenta no seu dilema moral a mesma incerteza que ele explicou existir na física que rege o átomo. É impossível, para ele, escolher o caminho "certo" com precisão absoluta. A vida, como o átomo, não oferece respostas precisas, exatas. Cada escolha moral envolve ganhos e perdas, a formação de novas alianças e a destruição de outras.
Cada escolha seleciona apenas um caminho, onde antes existiam vários. Nossas escolhas influenciam nosso destino, mesmo quando sabemos que nenhuma delas é a escolha "certa".Não sabemos nem se Heisenberg tinha o conhecimento necessário para produzir a bomba -aparentemente não. Quando comparamos o programa nuclear nazista com a gigantesca operação norte-americana, o Projeto Manhattan, vemos que os nazistas jamais poderiam ter construído a bomba em tempo hábil. Se isso foi devido ao boicote ou à ineficiência de Heisenberg, jamais saberemos. Teremos de nos contentar com a incerteza e tentar aprender com ela.
Heisenberg, alemão, propôs as equações que descrevem o comportamento de sistemas atômicos (outra versão, equivalente à de Heisenberg, foi proposta pelo austríaco Erwin Schrödinger). Bohr, mais velho, era tido como o "pai" da mecânica quântica, sendo venerado pelos jovens que a construíram: Heisenberg, Pauli, Born, Dirac, Jordan e outros. Heinsenberg era o menino-prodígio de Bohr, um mestre da matemática. E uma pessoa extremamente misteriosa.
Heisenberg foi o único dos "grandes" a permanecer na Alemanha durante a Segunda Guerra. Todos os outros escaparam, alguns para outros países da Europa, ou para os Estados Unidos, como fez Einstein. Quando Heisenberg foi visitar Bohr em Copenhague, a Alemanha já havia dominado boa parte da Europa, inclusive a Dinamarca. Heisenberg era o chefe do programa nuclear nazista. Bohr deplorava o expansionismo de Hitler e mantinha-se em contato com os aliados. Heisenberg foi visitar seu antigo mentor como representante da potência invasora.
Qual era o objetivo de Heisenberg em Copenhague? Por que ele queria tanto conversar com Bohr? Será que ele queria arrancar segredos de seu velho mentor para usá-los na construção da bomba atômica nazista? Será que ele foi informar a Bohr que ele deveria escapar o quanto antes de Copenhague? Ou será que ele foi confessar a Bohr que sua verdadeira intenção era boicotar o programa nuclear nazista, de modo que Hitler nunca pudesse ter uma bomba atômica em suas mãos?Essas questões formam o pano de fundo para a magnífica peça teatral "Copenhagen", do inglês Michael Frayn, que vem fazendo tremendo sucesso na Inglaterra e nos EUA e que deverá estrear em abril em São Paulo.
O mais fascinante aspecto desse drama é a sua incerteza. Heisenberg foi o criador do famoso princípio da incerteza da mecânica quântica, que diz que certos pares de variáveis não podem ser medidos juntamente com precisão arbitrária. Por exemplo, se tentarmos medir a velocidade e a posição de um elétron em órbita em torno de um núcleo atômico, encontraremos um limite máximo de precisão em nossas medidas e, quanto mais precisas forem as medidas de uma das variáveis, maior será a imprecisão, ou a incerteza, na outra.
As incertezas da visita, ou não sabermos ao certo o que Heisenberg foi fazer em Copenhague, são traduzidas na peça em várias possíveis versões do que de fato aconteceu, todas plausíveis e todas envolvendo profundas decisões éticas. Imagine a responsabilidade moral nas mãos de um homem que seria (ou talvez não) capaz de fornecer a um líder maníaco e assassino um instrumento de destruição global. Se ele seguisse o seu patriotismo, transformando a sua nação no grande império do mundo ocidental, ele mancharia para sempre seu nome nas páginas da história.
Qual o preço da vitória? Se ele boicotasse o seu país, ele estaria ajudando os inimigos de sua nação (seus colegas de profissão e amigos pessoais) a construir a mesma arma de destruição que transformaria para sempre o destino da humanidade. Heisenberg enfrenta no seu dilema moral a mesma incerteza que ele explicou existir na física que rege o átomo. É impossível, para ele, escolher o caminho "certo" com precisão absoluta. A vida, como o átomo, não oferece respostas precisas, exatas. Cada escolha moral envolve ganhos e perdas, a formação de novas alianças e a destruição de outras.
Cada escolha seleciona apenas um caminho, onde antes existiam vários. Nossas escolhas influenciam nosso destino, mesmo quando sabemos que nenhuma delas é a escolha "certa".Não sabemos nem se Heisenberg tinha o conhecimento necessário para produzir a bomba -aparentemente não. Quando comparamos o programa nuclear nazista com a gigantesca operação norte-americana, o Projeto Manhattan, vemos que os nazistas jamais poderiam ter construído a bomba em tempo hábil. Se isso foi devido ao boicote ou à ineficiência de Heisenberg, jamais saberemos. Teremos de nos contentar com a incerteza e tentar aprender com ela.
domingo, 18 de fevereiro de 2001
Ciência e Criação
A origem do Universo inspirou incontáveis mitos de criação no passado e inspira muita ciência no presente. De fato, todas as culturas relatam, de uma forma ou de outra, uma história da criação do mundo. A cultura moderna, tão influenciada pela ciência, não é uma exceção. Essa necessidade que temos de explicar a origem de "tudo", incluindo a nossa, não escapa aos cientistas.
E, muito da "crise" que existe entre a ciência e a religião vem justamente da -desnecessária- colisão entre a versão (ou, melhor, versões) religiosa da origem do cosmo e a versão científica.Para focarmos melhor nossa discussão, vamos nos concentrar na versão judaico-cristã da Criação, conforme ela é relatada no Antigo Testamento. O ponto fundamental aqui é que a criação do mundo, segundo esse relato, marcou também a origem do tempo.
Essa interpretação é sugerida, por exemplo, por Santo Agostinho, que escreveu que Deus criou o tempo juntamente com o cosmo. "Antes" da Criação, argumentou Santo Agostinho, não faz sentido. (Segundo ele mesmo escreveu, alguns respondem à questão de o que Deus estava fazendo antes de criar o mundo dizendo que estava criando o Inferno para todos aqueles que fazem esse tipo de pergunta.)Continuando com o relato judaico-cristão, Deus criou o cosmo ex nihilo, do nada: sua ação criadora foi a causa inicial da existência material do mundo.
Por que Deus, que é por definição perfeito, sentiu a necessidade de criar, é um problema mais complicado, muitas vezes atribuído a uma vaidade divina: para ser amado pela sua criação. Mas acho melhor deixar este debate de lado. De qualquer forma, o ponto crucial aqui é que, segundo o Antigo Testamento, a Criação é um processo eminentemente sobrenatural, atribuído à ação divina, milagrosa e onipotente.Entram os cientistas, especialmente os cosmólogos modernos, atribuindo ao Universo propriedades quantitativas e explicáveis por meio de leis naturais.
O modelo cosmológico conhecido como Big Bang, que localiza a Criação do Universo no tempo (mas não no espaço -o Big Bang não foi uma explosão a partir de um ponto central) imediatamente inspira analogias com o relato do Gênese. Afinal, ambos falam de um início de tudo, antes do que o tempo não existia. Esse tipo de comparação só gera confusão e animosidade entre cientistas e pessoas de fé. Eis por quê: primeiro, a Bíblia não tem o intuito de descrever quantitativamente a estrutura do cosmo. Voltando a Santo Agostinho, a interpretação da Bíblia deve ser alegórica e não literal.
Usar a narrativa do Gênese como texto científico corrompe a função do texto, que é a de estabelecer a natureza onipotente de Deus. Note, também, que existem dois relatos de Criação no Gênese. Qual é o "correto"?Por outro lado, os cosmólogos que dizem entender a origem do Universo não estão sendo honestos.
Antes de mais nada, a teoria que descreve a expansão do Universo usada em cosmologia, a teoria da relatividade geral de Einstein, tem, como qualquer teoria física, limite de validade. Ela deixa de ser válida quando a matéria atinge densidades inimaginavelmente altas, possíveis bem perto do tempo "t=0". Se o Universo está em expansão, e as galáxias estão se afastando cada vez mais, ao voltarmos no tempo elas estarão cada vez mais próximas. Perto do "t=0", a matéria estaria espremida em volumes tão pequenos que sua densidade e temperatura seriam enormes.
A relatividade geral deixa de funcionar e temos de usar outra teoria. Mas qual? Existem versões diferentes, mas todas misturam idéias da mecânica quântica, que estuda a física atômica e subatômica -no Universo primordial, a física do muito pequeno passa a ser fundamental. Uma das versões chama-se supercordas, outra, cosmologia quântica.
Ambas ainda incompletas, se bem que muito sugestivas.Vamos supor que, um dia, tenhamos uma teoria física da origem do Universo. Será que ela explicará o mistério da Criação? Eu acredito que não: essa será uma resposta científica da questão, e, portanto, calcada em leis naturais e conceitos. Podemos sempre perguntar de onde vêm essas leis e esses conceitos. Acredito que a melhor atitude com relação ao mistério da Criação é a de complementaridade: a ciência oferece um relato, a religião, outros (vários). É importante aceitar que ambos têm limitações, o que não tira em nada sua beleza e importância.
E, muito da "crise" que existe entre a ciência e a religião vem justamente da -desnecessária- colisão entre a versão (ou, melhor, versões) religiosa da origem do cosmo e a versão científica.Para focarmos melhor nossa discussão, vamos nos concentrar na versão judaico-cristã da Criação, conforme ela é relatada no Antigo Testamento. O ponto fundamental aqui é que a criação do mundo, segundo esse relato, marcou também a origem do tempo.
Essa interpretação é sugerida, por exemplo, por Santo Agostinho, que escreveu que Deus criou o tempo juntamente com o cosmo. "Antes" da Criação, argumentou Santo Agostinho, não faz sentido. (Segundo ele mesmo escreveu, alguns respondem à questão de o que Deus estava fazendo antes de criar o mundo dizendo que estava criando o Inferno para todos aqueles que fazem esse tipo de pergunta.)Continuando com o relato judaico-cristão, Deus criou o cosmo ex nihilo, do nada: sua ação criadora foi a causa inicial da existência material do mundo.
Por que Deus, que é por definição perfeito, sentiu a necessidade de criar, é um problema mais complicado, muitas vezes atribuído a uma vaidade divina: para ser amado pela sua criação. Mas acho melhor deixar este debate de lado. De qualquer forma, o ponto crucial aqui é que, segundo o Antigo Testamento, a Criação é um processo eminentemente sobrenatural, atribuído à ação divina, milagrosa e onipotente.Entram os cientistas, especialmente os cosmólogos modernos, atribuindo ao Universo propriedades quantitativas e explicáveis por meio de leis naturais.
O modelo cosmológico conhecido como Big Bang, que localiza a Criação do Universo no tempo (mas não no espaço -o Big Bang não foi uma explosão a partir de um ponto central) imediatamente inspira analogias com o relato do Gênese. Afinal, ambos falam de um início de tudo, antes do que o tempo não existia. Esse tipo de comparação só gera confusão e animosidade entre cientistas e pessoas de fé. Eis por quê: primeiro, a Bíblia não tem o intuito de descrever quantitativamente a estrutura do cosmo. Voltando a Santo Agostinho, a interpretação da Bíblia deve ser alegórica e não literal.
Usar a narrativa do Gênese como texto científico corrompe a função do texto, que é a de estabelecer a natureza onipotente de Deus. Note, também, que existem dois relatos de Criação no Gênese. Qual é o "correto"?Por outro lado, os cosmólogos que dizem entender a origem do Universo não estão sendo honestos.
Antes de mais nada, a teoria que descreve a expansão do Universo usada em cosmologia, a teoria da relatividade geral de Einstein, tem, como qualquer teoria física, limite de validade. Ela deixa de ser válida quando a matéria atinge densidades inimaginavelmente altas, possíveis bem perto do tempo "t=0". Se o Universo está em expansão, e as galáxias estão se afastando cada vez mais, ao voltarmos no tempo elas estarão cada vez mais próximas. Perto do "t=0", a matéria estaria espremida em volumes tão pequenos que sua densidade e temperatura seriam enormes.
A relatividade geral deixa de funcionar e temos de usar outra teoria. Mas qual? Existem versões diferentes, mas todas misturam idéias da mecânica quântica, que estuda a física atômica e subatômica -no Universo primordial, a física do muito pequeno passa a ser fundamental. Uma das versões chama-se supercordas, outra, cosmologia quântica.
Ambas ainda incompletas, se bem que muito sugestivas.Vamos supor que, um dia, tenhamos uma teoria física da origem do Universo. Será que ela explicará o mistério da Criação? Eu acredito que não: essa será uma resposta científica da questão, e, portanto, calcada em leis naturais e conceitos. Podemos sempre perguntar de onde vêm essas leis e esses conceitos. Acredito que a melhor atitude com relação ao mistério da Criação é a de complementaridade: a ciência oferece um relato, a religião, outros (vários). É importante aceitar que ambos têm limitações, o que não tira em nada sua beleza e importância.
domingo, 11 de fevereiro de 2001
Anatomia de um fio
A vida moderna, cercada como é de artefatos elétricos, torna a sociedade extremamente dependente do uso da eletricidade. E onde existe eletricidade, existe fio. Ao menos por enquanto. Eu me lembro de ter de quebrar a cabeça imaginando onde eu poria os 20 fios que ligavam os vários componentes do meu equipamento de som sem embolá-los, uma tarefa quase impossível.
Mas, uma vez solucionado o complicado problema estético, a mágica não falha jamais: é só conectar o fio na tomada, ligar o amplificador e o tocador de CD, e a música jorra dos alto-falantes. A "alma" dessa mágica é a corrente elétrica, bilhões de trilhões de elétrons fluindo pelos fios e circuitos elétricos, como água em um rio. Dada a importância do fio em nossas vidas, acho que ele merece ser mais bem compreendido. Dedico, então, a coluna de hoje ao fio.Para começar, um fio comum é feito de dois materiais: uma substância capaz de conduzir eletricidade, como o cobre, e um material isolante, o plástico que vemos em torno do cobre.
O cobre, como todo metal, é um excelente condutor de eletricidade. Isso porque os metais têm uma propriedade extremamente importante, que pode ser entendida em grau atômico. Um átomo tem um núcleo, feito de prótons e nêutrons, e elétrons girando em torno. Essa visualização do átomo como um minissistema solar não é propriamente correta, mas é suficiente. Átomos de elementos diferentes têm números diferentes de elétrons e prótons.
O elemento mais simples, o hidrogênio, tem apenas 1 elétron e 1 próton. O cobre tem 29 de cada. O que difere os metais de outros elementos químicos é a facilidade com que um elétron, o que está na camada mais externa, pode ser extraído. São esses elétrons que fluem no fio, transportando carga elétrica de uma extremidade a outra.Podemos fazer uma analogia com uma cachoeira. A água "cai" do ponto mais alto ao ponto mais baixo devido à atração gravitacional da Terra. Na verdade, dizemos que existe uma "diferença de energia potencial gravitacional" entre o alto da cachoeira e a sua base.
Essa energia pode ser interpretada como a possibilidade de um corpo suspenso cair. É só largar e deixar a gravidade fazer o resto.Mesmo que a água seja um fluido para nós, microscopicamente ela é feita de moléculas. A corrente elétrica funciona de modo semelhante a uma cachoeira. Em lugar da diferença de energia potencial gravitacional, temos uma diferença de potencial elétrico, que pode ser criada por uma bateria.
A função da bateria é a mesma da diferença de altura na cachoeira. Fazer com que cargas elétricas "caiam" de um potencial maior para um menor. No caso, a diferença de potencial existe entre as duas extremidades do fio.A diferença de potencial elétrico extrai os elétrons exteriores dos átomos do metal que compõem o fio. No caso do sódio, também um metal, existem 25 bilhões de trilhões de átomos por centímetro cúbico (2,5 X 1022 átomos/cm3), e cada um deles libera um elétron para a corrente elétrica. Por isso a aproximação da corrente elétrica como um fluido contínuo não é nada má.
Os átomos dos metais, agora com um elétron a menos, se arranjam em estruturas geométricas extremamente regulares, como cubos ou pirâmides. E os elétrons fluem através dessas redes cristalinas como se elas praticamente não existissem. Claro, existe sempre uma resistência ao movimento dos elétrons, que, no caso dos metais, aumenta com a temperatura. Em altas temperaturas, a rede cristalina de íons (átomos que, no caso, perderam elétrons) oscila mais vigorosamente, oferecendo maior resistência à passagem dos elétrons.Mas os metais não são os únicos elementos químicos usados na condução de eletricidade.
A maioria dos circuitos elétricos modernos usa elementos conhecidos como semicondutores, como silício ou germânio. Esses elementos formam cristais extremamente rígidos, como o carbono forma o diamante. Em temperatura ambiente ou mais baixa, esses elementos são ótimos isolantes. Mas, com um aumento de temperatura, é possível fazer com que alguns de seus elétrons passem a ser condutores tais como os metais.
Os semicondutores são usados nos transistores, que são fundamentais nos circuitos de computadores, nos amplificadores etc. Um processador Pentium tem milhões de transistores integrados em dimensões microscópicas. Pense nisso na próxima vez que você ligar seu computador.
Mas, uma vez solucionado o complicado problema estético, a mágica não falha jamais: é só conectar o fio na tomada, ligar o amplificador e o tocador de CD, e a música jorra dos alto-falantes. A "alma" dessa mágica é a corrente elétrica, bilhões de trilhões de elétrons fluindo pelos fios e circuitos elétricos, como água em um rio. Dada a importância do fio em nossas vidas, acho que ele merece ser mais bem compreendido. Dedico, então, a coluna de hoje ao fio.Para começar, um fio comum é feito de dois materiais: uma substância capaz de conduzir eletricidade, como o cobre, e um material isolante, o plástico que vemos em torno do cobre.
O cobre, como todo metal, é um excelente condutor de eletricidade. Isso porque os metais têm uma propriedade extremamente importante, que pode ser entendida em grau atômico. Um átomo tem um núcleo, feito de prótons e nêutrons, e elétrons girando em torno. Essa visualização do átomo como um minissistema solar não é propriamente correta, mas é suficiente. Átomos de elementos diferentes têm números diferentes de elétrons e prótons.
O elemento mais simples, o hidrogênio, tem apenas 1 elétron e 1 próton. O cobre tem 29 de cada. O que difere os metais de outros elementos químicos é a facilidade com que um elétron, o que está na camada mais externa, pode ser extraído. São esses elétrons que fluem no fio, transportando carga elétrica de uma extremidade a outra.Podemos fazer uma analogia com uma cachoeira. A água "cai" do ponto mais alto ao ponto mais baixo devido à atração gravitacional da Terra. Na verdade, dizemos que existe uma "diferença de energia potencial gravitacional" entre o alto da cachoeira e a sua base.
Essa energia pode ser interpretada como a possibilidade de um corpo suspenso cair. É só largar e deixar a gravidade fazer o resto.Mesmo que a água seja um fluido para nós, microscopicamente ela é feita de moléculas. A corrente elétrica funciona de modo semelhante a uma cachoeira. Em lugar da diferença de energia potencial gravitacional, temos uma diferença de potencial elétrico, que pode ser criada por uma bateria.
A função da bateria é a mesma da diferença de altura na cachoeira. Fazer com que cargas elétricas "caiam" de um potencial maior para um menor. No caso, a diferença de potencial existe entre as duas extremidades do fio.A diferença de potencial elétrico extrai os elétrons exteriores dos átomos do metal que compõem o fio. No caso do sódio, também um metal, existem 25 bilhões de trilhões de átomos por centímetro cúbico (2,5 X 1022 átomos/cm3), e cada um deles libera um elétron para a corrente elétrica. Por isso a aproximação da corrente elétrica como um fluido contínuo não é nada má.
Os átomos dos metais, agora com um elétron a menos, se arranjam em estruturas geométricas extremamente regulares, como cubos ou pirâmides. E os elétrons fluem através dessas redes cristalinas como se elas praticamente não existissem. Claro, existe sempre uma resistência ao movimento dos elétrons, que, no caso dos metais, aumenta com a temperatura. Em altas temperaturas, a rede cristalina de íons (átomos que, no caso, perderam elétrons) oscila mais vigorosamente, oferecendo maior resistência à passagem dos elétrons.Mas os metais não são os únicos elementos químicos usados na condução de eletricidade.
A maioria dos circuitos elétricos modernos usa elementos conhecidos como semicondutores, como silício ou germânio. Esses elementos formam cristais extremamente rígidos, como o carbono forma o diamante. Em temperatura ambiente ou mais baixa, esses elementos são ótimos isolantes. Mas, com um aumento de temperatura, é possível fazer com que alguns de seus elétrons passem a ser condutores tais como os metais.
Os semicondutores são usados nos transistores, que são fundamentais nos circuitos de computadores, nos amplificadores etc. Um processador Pentium tem milhões de transistores integrados em dimensões microscópicas. Pense nisso na próxima vez que você ligar seu computador.
domingo, 4 de fevereiro de 2001
A corrida com o tempo
Fora a usual corrida contra o tempo, a corrida com ele, isto é, a marcação cada vez mais precisa da sua passagem, tem uma vastíssima e nobre história. Os egípcios e os gregos usavam a queda d'água para medir o tempo: bastava fazer um furo bem pequeno no fundo de uma moringa e deixar a água gotejar através do furo. Quanto mais cheia a moringa, mais tempo passava.
Era relativamente fácil marcar gradações na moringa, de modo a tornar a passagem do tempo mais quantitativa. Mas a eficiência do relógio d'água era limitada. Em climas mais frios, se a água congelasse ou apenas mudasse de viscosidade, o relógio não funcionava. A solução veio com a ampulheta, que usa o mesmo princípio da passagem de material por um furo. Mas que, em vez de água, usa areia -que, como sabemos, não congela.
O problema ali foi frear a passagem da areia e, também, evitar que a umidade engrossasse a areia e entupisse a ampulheta. Apenas em meados da Idade Média a melhoria nas técnicas de fabricação de vasos de vidro resolveu algumas das dificuldades. O problema foi achar, então, quem ficasse virando a ampulheta durante a noite.
Uma grande revolução na construção de relógios ocorreu no início de 1600, após uma descoberta feita por Galileu Galilei em 1583. Segundo a lenda, Galileu, então com apenas 19 anos, durante uma missa na catedral de Pisa, olhava distraidamente para um candelabro cheio de velas que oscilava regularmente. Medindo o tempo com seu pulso, Galileu percebeu que o período de oscilação do candelabro não dependia da amplitude da oscilação.
Em casa, usando pedras amarradas em cordas, Galileu confirmou sua descoberta e, também, mostrou que o período de um pêndulo independe de sua massa. Pedras grandes ou pequenas, se largadas do mesmo ângulo, irão completar uma oscilação ao mesmo tempo. Galileu não usou suas descobertas para a marcação do tempo, mas o pêndulo transformou os relógios da época, cuja precisão passou de 15 minutos para 10 segundos por dia.
Mas os relógios movidos a pêndulo não eram portáteis e não podiam ser usados em navios, algo que, para potências marítimas como a Inglaterra e a Holanda, era um problema sério. Claramente, um relógio capaz de funcionar em um navio deve ser imune ao balanço das ondas. A solução veio ainda no século 17. Em vez do pêndulo, que usava a força da gravidade para movimentar o mecanismo interno do relógio, bastava usar uma mola que liberava energia armazenada em sua contração.
Em 1761, o inventor John Harrison construiu um relógio que, durante uma viagem de nove semanas da Inglaterra à Jamaica, atrasou apenas cinco segundos. Daí por diante, os relógios não dependiam mais da gravidade e podiam ser portáteis, postos no bolso. Parece que foi Santos Dumont que inventou o relógio de pulso.Mas a corrida pela precisão não parou ali. Os relógios eletrônicos, como os baseados nas vibrações de cristais de quartzo, alcançam precisões que, para o uso diário, são mais do que suficientes.
O cristal de quartzo vibra devido a variações elétricas ao seu redor, que fazem o mesmo papel do adulto que empurra a criança no balanço, sempre do mesmo ponto. As vibrações do cristal, em torno de 10 mil por segundo, produzem pequenos pulsos elétricos que podem acionar os micromotores que movem os braços do relógio ou os painéis de cristal líquido que mostram o tempo.Hoje, os relógios atômicos são os campeões absolutos da precisão. Um relógio de césio perde 1 segundo a cada 30 milhões de anos, uma precisão absolutamente incrível. Seu funcionamento baseia-se na estrutura do átomo, que tem elétrons girando em órbitas fixas ao redor do núcleo.
Quando um elétron pula de uma órbita mais afastada para uma mais próxima do núcleo, ele emite radiação eletromagnética com energia idêntica à diferença de energia entre as duas órbitas, como um pulo entre degraus de uma escada. Para subir de órbita, o életron precisa de energia, fornecida por radiação eletromagnética.
Daí ser possível fazer com que o elétron "vibre" entre duas órbitas com uma frequência extremamente precisa. Se, há 50 anos, o segundo era definido pela rotação da Terra, hoje ele é definido como sendo 9.192.631.770 oscilações do átomo de césio. Não é uma medida muito romântica, mas podemos sempre carregar um relógio de bolso para matar as saudades.
Era relativamente fácil marcar gradações na moringa, de modo a tornar a passagem do tempo mais quantitativa. Mas a eficiência do relógio d'água era limitada. Em climas mais frios, se a água congelasse ou apenas mudasse de viscosidade, o relógio não funcionava. A solução veio com a ampulheta, que usa o mesmo princípio da passagem de material por um furo. Mas que, em vez de água, usa areia -que, como sabemos, não congela.
O problema ali foi frear a passagem da areia e, também, evitar que a umidade engrossasse a areia e entupisse a ampulheta. Apenas em meados da Idade Média a melhoria nas técnicas de fabricação de vasos de vidro resolveu algumas das dificuldades. O problema foi achar, então, quem ficasse virando a ampulheta durante a noite.
Uma grande revolução na construção de relógios ocorreu no início de 1600, após uma descoberta feita por Galileu Galilei em 1583. Segundo a lenda, Galileu, então com apenas 19 anos, durante uma missa na catedral de Pisa, olhava distraidamente para um candelabro cheio de velas que oscilava regularmente. Medindo o tempo com seu pulso, Galileu percebeu que o período de oscilação do candelabro não dependia da amplitude da oscilação.
Em casa, usando pedras amarradas em cordas, Galileu confirmou sua descoberta e, também, mostrou que o período de um pêndulo independe de sua massa. Pedras grandes ou pequenas, se largadas do mesmo ângulo, irão completar uma oscilação ao mesmo tempo. Galileu não usou suas descobertas para a marcação do tempo, mas o pêndulo transformou os relógios da época, cuja precisão passou de 15 minutos para 10 segundos por dia.
Mas os relógios movidos a pêndulo não eram portáteis e não podiam ser usados em navios, algo que, para potências marítimas como a Inglaterra e a Holanda, era um problema sério. Claramente, um relógio capaz de funcionar em um navio deve ser imune ao balanço das ondas. A solução veio ainda no século 17. Em vez do pêndulo, que usava a força da gravidade para movimentar o mecanismo interno do relógio, bastava usar uma mola que liberava energia armazenada em sua contração.
Em 1761, o inventor John Harrison construiu um relógio que, durante uma viagem de nove semanas da Inglaterra à Jamaica, atrasou apenas cinco segundos. Daí por diante, os relógios não dependiam mais da gravidade e podiam ser portáteis, postos no bolso. Parece que foi Santos Dumont que inventou o relógio de pulso.Mas a corrida pela precisão não parou ali. Os relógios eletrônicos, como os baseados nas vibrações de cristais de quartzo, alcançam precisões que, para o uso diário, são mais do que suficientes.
O cristal de quartzo vibra devido a variações elétricas ao seu redor, que fazem o mesmo papel do adulto que empurra a criança no balanço, sempre do mesmo ponto. As vibrações do cristal, em torno de 10 mil por segundo, produzem pequenos pulsos elétricos que podem acionar os micromotores que movem os braços do relógio ou os painéis de cristal líquido que mostram o tempo.Hoje, os relógios atômicos são os campeões absolutos da precisão. Um relógio de césio perde 1 segundo a cada 30 milhões de anos, uma precisão absolutamente incrível. Seu funcionamento baseia-se na estrutura do átomo, que tem elétrons girando em órbitas fixas ao redor do núcleo.
Quando um elétron pula de uma órbita mais afastada para uma mais próxima do núcleo, ele emite radiação eletromagnética com energia idêntica à diferença de energia entre as duas órbitas, como um pulo entre degraus de uma escada. Para subir de órbita, o életron precisa de energia, fornecida por radiação eletromagnética.
Daí ser possível fazer com que o elétron "vibre" entre duas órbitas com uma frequência extremamente precisa. Se, há 50 anos, o segundo era definido pela rotação da Terra, hoje ele é definido como sendo 9.192.631.770 oscilações do átomo de césio. Não é uma medida muito romântica, mas podemos sempre carregar um relógio de bolso para matar as saudades.
domingo, 28 de janeiro de 2001
O retorno da quinta essência
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.
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, 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.
Assinar:
Postagens (Atom)