A realidade é como percebemos

Einstein e a física quântica derrubaram a objetividade imparcial: a mente e a realidade são inseparáveis

SEMANA PASSADA, DESCREVI como a física moderna vê a realidade como sendo composta de várias camadas, cada qual com seus princípios e leis.


Isso vai contra o reducionismo mais radical, que diz que tudo pode ser compreendido partindo do comportamento das entidades fundamentais da matéria. Segundo esse prima, existem apenas algumas leis fundamentais. Delas, todo o resto pode ser determinado. Gostaria de retornar ao tema hoje, mas focando num outro aspecto dessa questão que é bem complicado: o que é realidade e como sabemos.

Começo contrastando os filósofos Hume e Kant. Para Hume, o conhecimento vem apenas do que captamos com nossos sentidos. Baseados nesta informação, construímos a noção de realidade. Portanto, uma pessoa que cresceu sem qualquer contato com o mundo externo e que é alimentada por soros não seria capaz de reflexão. Kant diria que existem intuições já existentes desde o nascimento, estruturas de pensamento que dão significado à percepção sensorial.
Sem elas, os dados colhidos pelos sentidos não fariam sentido.

Duas dessas intuições são as noções de espaço e de tempo: elas costuram a estrutura da realidade, conectando e dando sentido ao fluxo de informação que vem do mundo exterior. Uma mente com estruturas diferentes, portanto, teria uma noção diferente da realidade.

Kant não diz que o sensório não é importante. Para ele, mesmo que o conhecimento comece com a experiência externa, não significa que venha desta experiência. Precisamos do fluxo de informação sensorial, mas construímos significado partindo de nossas intuições: os dados precisam ser ordenados no tempo e arranjados no espaço.

Durante as primeiras décadas do século 20, duas revoluções forçaram uma reavaliação da ordem kantiana. A relatividade de Einstein combinou espaço e tempo. Deixaram de ser quantidades absolutas, tornando-se dependentes do observador.

O que é real para um pode não ser para outro. A teoria de Einstein restaura uma forma de universalidade, pois provê meios para que observadores diferentes possam comparar suas medidas de espaço e tempo.

A segunda revolução veio com a física quântica. Para nossa discussão hoje, seu aspecto mais importante é a relação entre o observador e o observado. Na época de Kant, a separação entre os dois era absoluta. No mundo quântico dos átomos e partículas, a natureza física de um objeto (se um elétron é uma partícula ou uma onda, por exemplo) depende do ato de observação.

Ou seja, as escolhas feitas pelo observador induzem a natureza física do que é observado: o observador define a realidade. E como a intenção do observador vem de sua mente, a mente define a realidade. A mente precisa ainda das intuições a priori para interpretar o real, mas ela participa desta interpretação.

A objetividade imparcial se torna, então, obsoleta, já que mente e realidade tornam-se inseparáveis. Se essa relação na camada quântica afeta outras camadas é ainda objeto de discussão.

Einstein, Bohr e a realidade

O determinismo da física clássica, a do cotidiano, é só uma aproximação da realidade mais incerta

ATÉ QUE PONTO podemos conhecer o mundo? Alguns acreditam que podemos ir até o fim, encontrando respostas para as perguntas mais profundas sobre as operações da natureza. Outros acreditam que o conhecimento que podemos adquirir sobre o mundo tem limites. Esses limites não são apenas uma consequência dos nossos cérebros ou das ferramentas que usamos para estudar a realidade física. Fazem parte da própria natureza.

Dentro da história da ciência, talvez a melhor expressão dessa dicotomia seja encontrada nos famosos debates entre Albert Einstein e Niels Bohr, que se deram até a morte de Einstein em 1955.

Esses dois gigantes da física do século 20, que tinham grande respeito intelectual um pelo outro, trocaram opiniões em diversas ocasiões, tentando interpretar as misteriosas propriedades da ciência que ambos ajudaram a desenvolver: a estranha mecânica quântica, a física das moléculas, dos átomos e das partículas subatômicas.

Em 1905, Einstein publicou o artigo que considerava o mais revolucionário de sua obra. Nele, propôs que, diferentemente da visão prevalente na época, na qual a luz era vista como uma onda, ela também podia ser imaginada como feita de corpúsculos, mais tarde chamados de fótons. A questão era como algo podia ser onda e partícula ao mesmo tempo. A situação piorou em 1924, quando Louis de Broglie sugeriu que não só fótons, mas prótons e toda a matéria, também eram ondas.

A nova mecânica quântica impôs duas restrições fundamentais ao conhecimento: só podemos saber a probabilidade de encontrar uma partícula em algum lugar do espaço; o observador interage com o observado. Consequentemente, o determinismo da física clássica, a do nosso cotidiano, é apenas uma aproximação de uma realidade na qual o conhecimento completo parece ser uma impossibilidade.

Einstein não podia aceitar isso. Em carta a Max Born, que havia proposto a interpretação probabilística, escreveu: "A mecânica quântica demanda nossa atenção... A teoria funciona bem, mas não nos aproxima dos segredos do Velho. De qualquer forma, estou convencido que Ele não joga dados".

Para Einstein, uma descrição probabilística da natureza não podia ser a palavra final. A natureza era ordenada. Acreditava que, em nível mais profundo, tudo voltaria ao determinismo que conhecemos. Para Bohr, o sucesso da mecânica quântica falava por si mesmo. Via a relação entre observador e observado como uma expressão da nossa conexão com o mundo. Tanto que, quando recebeu a Ordem do Elefante da coroa dinamarquesa em 1947, escolheu o símbolo taoísta do yin e do yang como brasão.

As coisas permanecem em aberto. Experimentos que tentaram encontrar algum vestígio de uma estrutura mais profunda do que a probabilidade quântica falharam. Por outro lado, a mecânica quântica exibe propriedades bizarras: um sistema pode afetar o comportamento de outro a distâncias enormes. Einstein chamava isso de "ação fantasmagórica à distância". Existem efeitos não locais (sem a causa e o efeito que conhecemos tão bem) que parecem desafiar o espaço e o tempo. Einstein e Bohr adorariam saber que o debate continua.

Outra conversa sobre o tempo

Extrapolando a expansão do Universo até seu início, existe um ponto em que não há como definir o tempo

AGORA QUE o livro do Zuenir Ventura e do Luís Fernando Veríssimo, "Conversa sobre o tempo", está nas livrarias, não consegui resistir. Peguei emprestado o título para termos aqui um outro tipo de conversa sobre o mesmo tópico.

O tempo significa muitas coisas diferentes. E, por falar nisso, adianto que o próximo livro da série "Conversa sobre..." será uma conversa minha com o precioso Frei Betto, mediada por Waldemar Falcão. O tema será "Conversa sobre a fé". Mas isso é coisa para o final do ano.

Enquanto esse livro não chega, gostaria hoje de retomar um tema científico, sobre a origem do tempo.

Uma das consequências mais diretas do Big Bang é que o Universo teve origem em um instante específico do passado. Isso se deu há cerca de 13,7 bilhões de anos.

Uma das indicações mais óbvias disso é a expansão do Universo: o fato de as galáxias estarem se afastando umas das outras.

Portanto, passando o filme ao contrário, chegamos em um instante em que todas elas estão comprimidas em um único ponto. Esse é o momento da criação. E, portanto, o momento em que surge o tempo.

O problema é que essa descrição não funciona. Infelizmente, ao nos aproximarmos desse momento crítico, a teoria que usamos para descrever a expansão do espaço (a teoria da relatividade geral de Einstein) deixa de fazer sentido.

Chegamos à "singularidade", onde toda a matéria estaria comprimida em uma região de proporções não tão diferentes de um átomo.

Com isso, a teoria de Einstein, que trata do espaço e do tempo como entidades contínuas e bem comportadas, precisa ser suplantada por conceitos da física quântica, que trata dos átomos e das partículas elementares da matéria. Aí a coisa fica feia.

Na teoria de Einstein, a gravidade é descrita como consequência da curvatura do espaço. A presença de uma massa, seja ela o Sol, você ou uma bola de tênis, deforma o espaço ao redor e afeta a passagem do tempo. Quanto mais matéria, maior a curvatura do espaço e mais lenta a passagem do tempo. Um relógio no Sol bate mais devagar do que na Terra. Os efeitos são bem pequenos.

Quanto tentamos "quantizar" a gravidade, temos de supor que, tal como no caso dos átomos, as mesmas estranhas regras se aplicam: no mundo do muito pequeno, tudo flutua, nada fica parado.

Se você imaginar o espaço como uma membrana, feito o topo de um tambor, isso significa que ele vibrará de várias formas e o que ocorre aqui não é o que ocorre ali.

O mesmo com o tempo. Ele não flui mais continuamente. Como a era quântica do Universo veio antes da era clássica (explicada pela teoria de Einstein), temos de supor que, nessa situação inicial onde tudo flutuava, o tempo usual não existia.

Se extrapolarmos a expansão do Universo até o seu início, chegamos a um ponto em que não podemos definir o tempo de modo familiar.

Aliás, como disse já Santo Agostinho, o tempo e o espaço surgem com a criação. Na física, o tempo e o espaço einstenianos, contínuos e bem comportados, surgem na transição da era quântica à era clássica. E como o Big Bang é precisamente o evento que marca a passagem do universo da era quântica para a era clássica, é ele também que marca o nascimento do tempo.



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Uma ecologia espiritual

O respeito à vida como verdade universal leva a um estado em que agimos como os guardiões dela

ESTÁ NA HORA de irmos em frente e deixar para trás o desgastado embate entre a ciência e a religião, que já não rende nada. É preciso encontrarmos um novo rumo, ir além da polarização linear que vem caracterizando as discussões do papel da fé e da razão na vida das pessoas por mais de cem anos. A ciência não se propõe a roubar Deus das pessoas, e nem toda prática religiosa é anticientífica. Existe uma outra dimensão a ser explorada, ortogonal a esse eixo em torno do qual giram os argumentos mais comuns.

Um caminho possível é explorar valores morais de caráter universal que desafiem a linearidade do cabo de guerra entre a ciência e a religião.

Bem sei que, para muita gente, a proposta de encontrar valores morais universais representa já um beco sem saída. Relativistas culturais, por exemplo, argumentarão que esses valores universais não existem, que o que é certo para um pode ser errado para outro. Por exemplo, culturas nas quais a poligamia é aceita.

Para encontrar valores morais universais, precisamos ir mais fundo. Não podem ser valores que variem de cultura para cultura ou em épocas diferentes, como a ideia do casamento. Sugiro que o valor mais efetivo que podemos explorar vem da única certeza universal que temos: a morte.

A morte não é recebida com prazer em nenhuma cultura. Claro, alguns veem a morte como uma transição para uma nova vida, ou um mero aspecto de uma existência sem fim. Outros podem até vê-la como um ato heroico de martírio. Mas, tirando fundamentalistas radicais, ninguém em boa saúde física e mental escolhe morrer. Portanto, de todos os valores morais que podemos imaginar, proponho que o mais universal seja a preservação da vida.

Não me refiro apenas à vida humana. Quando percebemos o quanto nossas vidas dependem do planeta que habitamos, damos-nos conta de que precisamos agir para preservar todas as formas de vida. É óbvio que temos que garantir nossa existência, e que isso requer que consumamos alimentos. Mas esse consumo não precisa ser predatório. Pode ser planejado para que mantenha um equilíbrio saudável entre o que é produzido e o que é consumido.

Quanto mais saudável o planeta, mais saudável a economia. Isso pode não ser óbvio a curto prazo, mas em intervalos de décadas é. Este é o século em que finalmente iremos entender que precisamos estabelecer uma relação simbiótica com a Terra. Talvez essa seja a lição mais importante que a ciência moderna tem a ensinar.

O respeito à vida como moral universal leva a uma ecologia espiritual na qual nós, como espécie dominante do planeta, agimos como guardiões da vida. Com isso, a dimensão espiritual que nos é tão importante ganha expressão na devoção ao planeta e às suas formas de vida.

Esse senso de conexão espiritual com a natureza é celebrado tanto na ciência quanto na religião. De Einstein a Santa Teresa de Ávila (grato a Frei Betto, por me chamar atenção para esta obra), o mundo é festejado como sacro. As palavras variam, mesmo a motivação pode variar; mas, em sua essência, a mensagem é a mesma. Acho difícil encontrar uma moral universal mais básica do que o respeito à vida e ao planeta que a abriga de forma tão generosa. Ao menos, é um começo.

A importância de não saber

Experimentos sem teoria são prosaicos e teorias sem experimentos são cegas; Einstein concordaria

Vivemos em tempos privilegiados. Ao menos no que diz respeito à cosmologia e à física de partículas. Para um cientista, nada mais empolgante do que ter em mãos novas tecnologias capazes de testar teorias. Às vezes, são décadas antes que máquinas possam investigar realidades distantes do nosso dia a dia. Mas, um dia, as ideias são testadas. E aí, é a glória ou a lata de lixo.

A história da cosmologia nos últimos cem anos ilustra bem isso. Albert Einstein foi o primeiro a propor um modelo para o cosmo, baseado em sua teoria da gravidade, a relatividade geral. Isso se deu em 1917, antes de ele ter qualquer razão para supor um Universo que muda com o tempo. Daí ter proposto o mais simples, um cosmo estático e esférico.

Entre 1917 e 1929, ano em que Edwin Hubble descobriu a expansão cósmica, vários modelos surgiram, com todo o tipo de comportamento. Em 1922, o russo Alexandre Friedmann sugeriu que o cosmo poderia expandir-se para sempre ou chegar a um tamanho máximo e se contrair. Daí, poderia alternar expansão e contração indefinidamente.

Einstein não gostou das ideias de Friedmann. Mas em 1931 acabou se convencendo, após visitar Hubble no Observatório do Monte Wilson, nos EUA. Precisou de dados concretos para mudar de ideia.

O próximo episódio ocorreu no final da década de 1940. Três físicos ingleses, desiludidos com a ideia de que o Universo poderia ter tido um começo e, portanto, uma história, propuseram o "estado padrão", no qual o Universo era eterno. Com isso, queriam se livrar da conexão inevitável com o Gênesis. Para ser compatível com a expansão, sugeriram que matéria era criada para compensar sua diluição, mantendo o cosmo num estado padrão.

No meio tempo, George Gamow, físico russo residindo nos EUA, propôs o modelo do Big Bang, no qual o cosmo surge de uma singularidade no passado. Junto com Ralph Alpher e Robert Hetman, calculou que deveria existir uma radiação por toda parte, um fóssil de quando os primeiros átomos de hidrogênio foram formados. Em 1965, a radiação primordial foi encontrada e o modelo do estado padrão, que não podia explicá-la, foi abandonado.

Hoje, temos duas observações ainda não explicadas. Primeiro, que galáxias são circundadas por um véu de matéria escura, um tipo de matéria que não produz a própria luz e interage apenas gravitacionalmente com a matéria comum. Segundo, que a expansão cósmica está acelerando. O culpado dessa pressa celeste tem um nome, "energia escura". Mas só isso.

Sabemos que a matéria escura representa 23% do material cósmico, enquanto que a energia escura representa cerca de 70%. Mas não sabemos do que são feitas. Imagino que a energia escura esteja relacionada com o vazio. Pois é, é possível que a componente dominante do Universo venha do nada. Devido ao princípio da incerteza da física quântica, não existe o vazio: flutuações de energia vindas do nada podem criar matéria, numa dança perpétua de criação e destruição.

Em ciência, é bom não saber. Precisamos de dados para decidir. Afinal, experimentos sem teoria são prosaicos e teorias sem experimentos são cegas. Acho que Einstein concordaria com isso.

Newton, Einstein e Deus

Os dois gigantes da física tinham uma relação íntima com certa versão do que se costuma chamar de Deus

TALVEZ ISSO SURPREENDA muita gente, mas tanto Newton quanto Einstein, sem dúvida dois dos grandes gigantes da física, tinham uma relação bastante íntima com Deus.

É bem verdade que o que ambos chamavam de "Deus" não era compatível com a versão mais popular do Deus judaico-cristão.

Numa época em que existe tanta disputa sobre a compatibilidade da ciência com a religião, talvez seja uma boa ideia revisitar o pensamento desses dois grandes sábios.

No epílogo da edição de 1713 de sua obra prima "Princípios Matemáticos da Filosofia Natural" (1686), Newton escreve que o seu Deus (cristão, claro) era o senhor do Cosmo e que deveria ser adorado por estar em toda a parte, por ser o "Governante Universal". Essa visão de Deus pode ser considerada panteísta, se entendermos por panteísmo a doutrina que identifica Deus com o Universo ou que identifica o Universo como sendo uma manifestação de Deus.

A visão que Einstein tinha de Deus, devidamente destituída da conotação cristã, ecoava de certa forma a de Newton. Einstein desprezava tudo o que dizia respeito à religião organizada, em particular a sua rígida hierarquia e ortodoxia.

Para ele, um Deus que se preocupava com o destino individual dos homens não fazia sentido. Sua visão era bem mais abstrata, baseada nos ensinamentos do filósofo Baruch Spinoza, que viveu no século 17.

Numa carta dirigida a Eduard Büsching, de 25 de outubro de 1929, Einstein diz: "Nós, que seguimos Spinoza, vemos a manifestação de Deus na maravilhosa ordem de tudo o que existe e na sua alma, que se revela nos homens e animais".

Em 1947, numa outra carta, Einstein escreveu: "Minha visão se aproxima da de Spinoza: admiração pela beleza do mundo e pela simplicidade lógica de sua ordem e harmonia, que podemos compreender".

Como essas posições podem ser usadas no debate sobre a compatibilidade da ciência com a religião?

De um lado, ateus radicais como Richard Dawkins, Christopher Hitchens e Sam Harris argumentam que não pode haver uma compatibilidade, que a religião é uma ilusão que precisa ser erradicada, que o sobrenatural é uma falácia.

De outro, existem vários cientistas que são pessoas religiosas e até mesmo ortodoxas, e que não veem qualquer problema em compatibilizar seu trabalho com a sua fé. O fato de existirem posições tão antagônicas reflete, antes de mais nada, a riqueza do pensamento humano. Nisso, vejo um ponto de partida para uma possível conciliação.

É verdade que o ateísmo radical está respondendo a grupos fundamentalistas que tentam evangelizar instituições públicas. "Guerra é guerra e devemos usar as mesmas armas", ouvi de amigos. Mas o pior que um fundamentalista pode fazer é transformar você nele.

Einstein e Newton encontraram Deus na Natureza e viam a ciência como uma ponte entre a mente humana e a mente divina.

Para eles, adorar a Natureza, estudá-la cientificamente, era uma atitude religiosa. Acho difícil ir contra essa posição, seja você ateu ou religioso. Religiões nascem, morrem e se transformam com o passar do tempo. Mas, enquanto existirmos como espécie, nossa íntima relação com o Cosmo permanecerá.

O raio cinquentão

A história da invenção do laser é um exemplo da competição ferrenha que existe na área acadêmica

DUAS SEMANAS atrás, meu filho de 16 anos me pediu um dinheiro emprestado. Queria desenvolver um "projeto": construir um laser portátil capaz de emitir luz azul. "Pai, posso vender muito mais barato do que os preços comerciais. E não tem nada mais lindo que um laser azul!"

Dito e feito. Dez dias depois, lá estava ele com seu laser azul. Fora o orgulho paterno (eu, com 16 anos, jamais saberia construir um laser), pensei na longa trajetória do laser, que neste ano faz 50 anos de vida. Uma estrada tortuosa liga a ideia original de Einstein, de 1916, à invenção do meu filho.

Em 1916, Einstein escreveu ao seu amigo, Michele Besso: "Uma luz esplêndida iluminou minha mente com respeito à emissão e absorção de radiação". Tudo começa com o modelo do átomo, onde elétrons giram em torno do núcleo em órbitas distintas. Eles podem pular para uma órbita mais externa ou para uma mais próxima do núcleo. Cada órbita tem uma energia fixa. Se luz externa, com energia correta, se chocar com os elétrons em uma dada órbita, pode induzi-los a pular para uma órbita mais elevada.

Imagine que a luz seja feita de pequenas partículas, os fótons. Os elétrons "comem" os fótons e sobem de órbita: este é o processo de "absorção espontânea". Ou eles podem descer de órbita, emitindo fótons.

Einstein entendeu que isto pode ocorrer de duas formas: espontaneamente, ou provocado por luz externa -emissão estimulada. É este o processo chave no laser, sigla em inglês para "amplificação de luz pela emissão estimulada de radiação".

A história da invenção do laser é um exemplo da competição ferrenha que existe na área acadêmica, especialmente quando laboratórios privados, com fins lucrativos, participam da corrida.

Mesmo que a ideia de como construir o primeiro laser tivesse ocorrido a Charles Townes quando trabalhava na Universidade Columbia, a competição veio de físicos trabalhando nos laboratórios da Hughes e da Bell, a companhia de telecomunicações. Em 1954, Townes (e, independentemente, Nikolai Basov e Aleksandr Prokhorov) havia inventado o maser, um laser no qual a radiação é de micro-ondas. Para transformar o maser num laser, era preciso estimular átomos capazes de emitir na luz visível, o que alguns físicos achavam ser impossível.

O truque era usar um sistema de espelhos que fizessem a luz passar várias vezes através de um gás, mantendo elevada a população de átomos em estados excitados. Estes átomos poderiam, então decair, emitindo dois fótons: um que o elétron havia "comido" ao subir de órbita e outro que veio da luz que estimula seu decaimento. Esses fótons, por sua vez, causariam a queda de outros elétrons e, com isso, uma enxurrada de fótons seria emitida, todos com a mesma energia (e cor).

Em 1960, Theodore Maiman, do laboratório Hughes, usou um cristal de rubi para construir o primeiro laser. No mesmo ano, Ali Javan e colaboradores, do Bell, construíram outro, usando uma mistura dos gases hélio e neônio. Na alta Guerra Fria, o laser foi inicialmente visto como uma arma. Hoje, é usado para gravar CDs e DVDs, em fibras ópticas, em leitoras de supermercados e, claro, nas minhas aulas, na espetacular cor azul, graças ao meu filho.

O porquê e o como

Será que a ciência pode explicar o propósito das coisas?

Na famigerada guerra entre ciência e religião, uma distinção comum é afirmar que a ciência explica "como" as coisas são e não o "porquê". Mas vale a pena pensar: será que esse é realmente um modo eficiente de discriminar entre ciência e religião? Ou será que confunde as coisas ainda mais? 

Para chegar a uma conclusão, talvez seja uma boa ideia começar ilustrando essa distinção com alguns importantes exemplos históricos. Quando Galileu afirmou que objetos em queda livre são acelerados em direção ao chão independentemente de suas massas, não estava preocupado em questionar o "porquê" de os objetos caírem, mas sim o "como". 

Através de experimentos detalhados, mostrou que a distância percorrida por um objeto em queda é proporcional ao quadrado do tempo que ele gasta no percurso, obtendo assim a primeira relação matemática descrevendo um movimento que acontece por causa da gravidade terrestre. 

Cerca de 80 anos mais tarde, Isaac Newton elaborou sua importante lei da gravitação universal. Ele mostrou que dois objetos com massa se atraem com uma força que se reduz com o quadrado da distância entre eles. 

Logo após a publicação do livro, algumas pessoas fizeram críticas a Newton. Elas afirmavam que essa misteriosa "ação à distância" entre o Sol e a Terra ou entre a Terra e a Lua (ou entre você e seu computador ou jornal) tinha algo de sobrenatural, alguma coisa meio fantasmagórica. Newton, então, respondeu: "Ainda não pude descobrir a causa dessas propriedades da gravidade a partir de fenômenos, e não arrisco qualquer hipótese, pois o que não é deduzido de fenômenos deve ser chamado de hipótese, e hipóteses não pertencem à filosofia experimental." 

Ou seja, hipóteses que não podem ser testadas não são científicas. Portanto, se não temos nada testável a dizer sobre o porquê da atração gravitacional entre duas massas, é suficiente usar a teoria da gravidade para descrever a atração entre as massas sem explicar por que ela ocorre. 

Newton usou sua teoria para prever o retorno do cometa Halley, explicar as marés, entender o formato achatado da Terra, calcular a precessão dos equinócios, e muito mais. 

Essa abordagem de Newton acabou por definir a ciência do "como". Realmente, é difícil contemplar a ciência operando de uma forma diferente. 

Atribuir causas ocultas a fenômenos naturais, eventos que não podem ser verificados experimentalmente, não acrescenta nada à descrição científica desses fenômenos. 

Podemos incluir também a teoria da relatividade geral de Albert Einstein. Ele mostrou que a atração entre corpos com massa pode ser interpretada como consequência da curvatura do espaço em torno deles. 

Mas, mesmo aqui, não sabemos por que os objetos encurvam o espaço à sua volta. Porém, resolvendo as equações da teoria, podemos descrever o quanto ele é encurvado e como objetos se comportam nessa geometria. 

Será que a ciência poderia explicar o porquê das coisas? Focando na física, me aventuro a dizer que não poderia. Arrisco até dizer que questões do tipo "por que" sequer conseguem chegar a ser científicas. 

Se o porquê significa propósito, a física tem pouco a colaborar. Podemos validar experimentalmente as leis da natureza, como "energia é conservada", mas não sabemos por que ela é, afinal, conservada. 

Se você afirmar que caso contrário não estaríamos aqui, não estará dizendo muita coisa. A ciência já é bem complexa se ocupando só com o "como" das coisas. Para o porquê, temos todo o resto. 

Mitos, ciência e religiosidade

É possível ser uma pessoa espiritualizada e cética

Começo hoje com a definição de mito dada por Joseph Campbell, uma das grandes autoridades mundiais em mitologia: "Mito é algo que nunca existiu, mas que existe sempre". Sabemos que mitos são narrativas criadas para explicar algo, para justificar alguma coisa. Na prática, não importa se o mito é verdadeiro ou falso; o que importa é sua eficiência.

Por exemplo, o mito da supremacia ariana propagado por Hitler teve consequências trágicas para milhões de judeus, ciganos e outros. O mito que funciona tem alto poder de sedução, apelando para medos e fraquezas, oferecendo soluções, prometendo desenlaces alternativos aos dramas que nos afligem diariamente.

A fé num determinado mito reflete a paixão com que a pessoa se apega a ele. No Rio, quem acredita em Nossa Senhora de Fátima sobe ajoelhado centenas de degraus em direção à igreja da santa e chega ao topo com os joelhos sangrando, mas com um sorriso estampado no rosto. As peregrinações religiosas movimentam bilhões de pessoas por todo o mundo. É tolo desprezar essa força com o sarcasmo do cético. Querendo trazer a ciência para um número maior de pessoas, eu me questiono muito sobre isso.

Como escrevi antes neste espaço, os que creem veem o avanço científico com uma ambiguidade surpreendente: de um lado, condenam a ciência como sendo materialista, cética e destruidora da fé das pessoas. "Ah, esses cientistas são uns chatos, não acreditam em Deus, duendes, ETs, nada!"

De outro, tomam antibióticos, voam em aviões, usam seus celulares e GPSs e assistem às suas TVs digitais. Existe uma descontinuidade gritante entre os usos da ciência e de suas aplicações tecnológicas e a percepção de suas implicações culturais e mesmo religiosas. Como resolver esse dilema?

A solução não é simples. Decretar guerra à fé, como andam fazendo alguns ateus mais radicais, como Richard Dawkin, não me parece uma estratégia viável. Pelo contrário, vejo essa polarização como um péssimo instrumento diplomático. Como Dawkins corretamente afirmou, os extremistas religiosos nunca mudarão de opinião, enquanto um cientista, diante de evidência convincente, é forçado eticamente a fazê-lo. Talvez essa seja a distinção mais essencial entre ciência e religião: o ver para crer da ciência versus o crer para ver da religião.

Aplicando esse critério à existência de entidades sobrenaturais, fica claro que o ateísmo é radical demais; melhor optar pelo agnosticismo, que duvida, mas não nega categoricamente o que não sabe. Carl Sagan famosamente disse que a ausência de evidência não é evidência de ausência. Mesmo que estivesse se referindo à existência de ETs inteligentes, podemos usar o mesmo raciocínio para a existência de divindades: não vejo evidência delas, mas não posso descartar sua existência por completo, por mais que duvide dela. Essa coexistência do existir e do não-existir é incômoda tanto para os céticos quanto para os crentes. Mas talvez seja inevitável.

A ciência caminha por meio do acúmulo de observações e provas concretas, replicáveis por grupos diferentes. A experiência religiosa é individual e subjetiva, mesmo que, às vezes, seja induzida em rituais públicos. Como escreveu o psicólogo americano William James, a verdadeira experiência religiosa é espiritual e não depende de dogmas. Apesar de o natural e o sobrenatural serem irreconciliáveis, é possível ser uma pessoa espiritualizada e cética.

Einstein dizia que a busca pelo conhecimento científico é, em essência, religiosa. Essa religião é bem diferente da dos ortodoxos, mas nos remete ao mesmo lugar, o cosmo de onde viemos, seja lá qual o nome que lhe damos.

Sobre a crença e a ciência

Respeito os que creem. A ciência não tem agenda contra a religião

A pergunta que mais me fazem quando dou palestras, ou mesmo quando me mandam e-mails, é se acredito em Deus. Quando respondo que não acredito, vejo um ar de confusão, às vezes até de medo, no rosto da pessoa: "Mas como o senhor consegue dormir à noite?".

Não há nada de estranho em perguntar a um cientista sobre suas crenças. Afinal, ao seguirmos a velha rixa entre a ciência e a religião, vemos que, à medida em que a ciência foi progredindo, foi também ameaçando a presença de Deus no mundo. Mesmo o grande Newton via um papel essencial para Deus na natureza: Ele interferia para manter o cosmo em xeque, de modo que os planetas não desenvolvessem instabilidades e acabassem todos amontoados no centro, junto ao Sol. Porém, logo ficou claro que esse Deus era desnecessário, que a natureza podia cuidar de si mesma. O Deus que interferia no mundo transformou-se no Deus criador: após criar o mundo, deixou-o à mercê de suas leis.

Mas, nesse caso, o que seria de Deus? Se essa tendência continuasse, a ciência tornaria Deus desnecessário?

Foi dessa tensão que surgiu a crença de que a agenda da ciência é roubar Deus das pessoas. Um número espantoso de pessoas acha mesmo que esse é o objetivo dos cientistas, acabar com a crença de todo mundo. Os livros de Richard Dawkins e outros cientistas ateus militantes, que acusam os que creem de viverem num estado de delírio permanente, não ajudam em nada a situação. Mas será isso mesmo o que a ciência pretende? Será que esses fundamentalistas ateus falam por todos os cientistas?

De modo algum. Eu conheço muitos cientistas religiosos, que não veem qualquer conflito entre a sua ciência e a sua crença. Para eles, quanto mais entendem o Universo, mais admiram a obra do seu Deus. (São vários.) Mesmo que essa não seja a minha posição, respeito os que creem. A ciência não tem uma agenda contra a religião. Ela se propõe simplesmente a interpretar a natureza, expandindo nosso conhecimento do mundo natural. Sua missão é aliviar o sofrimento humano, aumentando o conforto das pessoas, desenvolvendo técnicas de produção avançadas, ajudando no combate às doenças. O "resto", a bagagem humana que acompanha e inspira o conhecimento (e que às vezes o atravanca), não vem da ciência como corpo de saber, mas dos homens e das mulheres que se dedicam ao seu estudo.

É óbvio que, como já afirmava Einstein, crer num Deus que interfere nos afazeres humanos é incompatível com a visão da ciência de que a natureza procede de acordo com leis que, bem ou mal, podemos compreender. O problema se torna sério quando a religião se propõe a explicar fenômenos naturais; dizer que o mundo tem menos de 7.000 anos ou que somos descendentes diretos de Adão e Eva, que, por sua vez, foram criados por Deus, é equivalente a viver no século 16 ou antes disso. A insistência em negar os avanços e as descobertas da ciência é, francamente, inaceitável. Por exemplo, um número enorme de pessoas se recusa a aceitar que o homem pousou na Lua. Quando ouço isso, fico horrorizado. Esse feito, como tantos outros, deveria ser celebrado como um dos marcos da civilização, motivo de orgulho para todos nós.

Podemos dizer que existem dois tipos de pessoa: os naturalistas e os sobrenaturalistas. Os sobrenaturalistas veem forças ocultas por trás dos afazeres dos homens, vivendo escravizados por medos apocalípticos e crenças inexplicáveis. Os naturalistas aceitam que nunca teremos todas as respostas.

Mas, em vez de temer o desconhecido, abraçam essa ignorância como um desafio e não uma prisão. É por isso que eu durmo bem à noite.

Einstein e o Antropólogo

Um físico não pode se dar o luxo de se esconder por trás de arbustos

Imagine ser um dos maiores cientistas da história. Suas teorias revolucionaram a visão de mundo humana, tornando-se sinônimo de genialidade. Sua missão, como a de todo o cientista, é compreender o mundo, descrever de forma racional os mecanismos dos fenômenos naturais. Na história, poucos, pouquíssimos, igualam-se a você. Sua filosofia baseia-se numa fé inabalável na capacidade da razão humana em decifrar os mistérios da matéria. Sem limites.

Dentre seus feitos, um dos mais importantes foi mostrar que matéria nada mais é do que uma forma de energia. Outro, foi mostrar que a luz não é apenas onda mas, também, uma partícula, que ficou conhecida como fóton. Essas ideias virão a ser o arcabouço duma outra revolução do conhecimento, a física quântica. De forma inusitada, as sementes que você havia plantado com suas teorias germinam com uma força incrível.

Num dado momento, porém, atendidas por outras mãos, elas tomam o seu próprio rumo. E, rapidamente, ameaçam arruinar o mundo que você havia construído, baseado na compreensão ilimitada da Natureza, um mundo controlável e sem surpresas. Assim foi a teoria quântica que, aos poucos, tornou-se no pesadelo de Albert Einstein.

Einstein era um físico clássico por excelência. Acreditava que era possível obter uma explicação total da realidade, uma teoria unificada que descrevesse todas as facetas do mundo material. Quando a teoria quântica começou a tomar força, ficou claro que o mundo do muito pequeno era muito mais sutil, e muito mais excêntrico, do que o mundo do dia a dia.

Fenômenos realmente estranhos são de praxe nos átomos. Por exemplo, partículas subatômicas, como elétrons, podem se transformar em partículas de luz e vice-versa. Imagine se, no nosso mundo, um fusca pudesse se transformar num elefante! Partículas não têm sua posição definida com precisão arbitrária: existe sempre um limite, que chamamos de princípio da incerteza, que restringe a quantidade de informação que podemos extrair de um sistema.

Eis uma analogia. Um antropólogo descobre uma nova tribo no Amazonas. Essa tribo nunca teve contato com um ocidental. Inicialmente, o antropólogo consegue observar a tribo sem ser visto, escondido por trás de arbustos. Porém, depois de um tempo, um sentinela o descobre e ele é trazido ao chefe. Após muita confusão, o antropólogo consegue sobreviver e virar convidado da tribo, continuando suas observações. Porém, ele percebe que, após a sua chegada, a tribo já não se comporta da mesma forma: a sua presença, o contato com um estranho, mudou de forma irreversível o comportamento da tribo.

Com átomos, a situação é ainda mais difícil. Ao medirmos um sistema, mudamos o seu comportamento de forma irreversível. Ao contrário do antropólogo, o físico não tem o luxo de poder se esconder por trás de arbustos e observar o sistema sem ser visto: no mundo dos átomos e das partículas, medir é interferir: ao observarmos um sistema, mudamos irreversivelmente o seu comportamento.

Juntando isso ao princípio de incerteza, chegamos ao dilema de Einstein: se prepararmos o mesmo sistema da mesma forma várias vezes, e medirmos a mesma propriedade (por exemplo, a posição do elétron num átomo de hidrogênio a uma certa temperatura), cada medida que fizermos não dará o mesmo resultado. Temos de repeti-la muitas vezes e usar estatística: o elétron tem uma parcela de chance de estar aqui, outra de estar lá etc. Einstein queria ser como o antropólogo. Mas a tribo dos átomos é muito diferente da tribo dos homens.

A certeza da incerteza

No mundo atômico, são probabilidades que contam, não medidas precisas

Todo mundo gosta de ter certeza, de estar sempre certo, de acertar. Para muita gente, principalmente aquelas pessoas que chamamos de teimosas, ou, em casos mais drásticos, de arrogantes, incertezas e dúvidas refletem uma espécie de fraqueza de caráter.

Infelizmente, saber aceitar que é perfeitamente razoável não sabermos tudo, que não precisamos estar sempre certos, requer uma boa dose de humildade. Especialmente quando você é daquelas pessoas que, de modo geral, estão sempre certas, sabem o que querem e não têm paciência para incertezas e imprecisões. Esse tipo de personalidade aparece com frequência por toda parte: nos esportes (como o técnico de vôlei da minha adolescência), nos escritórios e hospitais e, claro, nas universidades.

O grande matemático e físico francês Pierre-Simon de Laplace, que viveu no final do século 18, acreditava tanto na física de Newton que dizia que uma supermente que soubesse as posições e velocidades de todos os átomos que existem poderia usar as leis da mecânica para prever o futuro.

Por exemplo, a mente poderia prever que você estaria lendo essa coluna, qual trecho dela estaria lendo etc. Esse determinismo era o emblema do Universo-relógio, onde tudo estaria predeterminado pelas leis da física.

Claro, nem todo mundo gostou da ideia. O Romantismo, por exemplo, foi uma reação ao racionalismo exagerado do Iluminismo.

Qual era lugar do livre arbítrio, do amor, da dúvida, nesse cosmo-máquina? Segundo esse ultrarracionalismo, incertezas são apenas produto da nossa incapacidade de construir uma mente poderosa o suficiente para englobar toda a realidade. Laplace afirmaria que quanto mais avançarmos o nosso conhecimento, menores serão nossas incertezas sobre o mundo. Imagino que ele ficaria chocado com o que ocorreu no início do século 20, cem anos após a sua morte. Era o tempo da mecânica quântica e da relatividade, onde a noção de saber absoluto foi profundamente questionada.

Especialmente na mecânica quântica, o princípio de incerteza, proposto por Werner Heisenberg em 1927, expressa precisamente a impossibilidade de obtermos informação com precisão absoluta em sistemas de dimensões atômicas. O princípio, em sua versão mas simples, afirma que é impossível medirmos a velocidade e a posição de uma partícula com precisão arbitrária: quanto maior a precisão na medida da posição, menor a precisão na medida da velocidade.
Lembrando que posição e velocidade são exatamente as quantidades de que a supermente precisaria para os seus cálculos determinísticos, vemos que a noção de um determinismo absoluto teve de ser abandonada. No mundo atômico, são probabilidades que contam, não certezas.

A perda de precisão absoluta, a substituição de certeza por probabilidade, incomodou (e incomoda) muita gente. Einstein, por exemplo, morreu convencido de que a teoria quântica, apesar de extremamente bem sucedida em explicar os átomos e suas propriedades, não era a palavra final. Tal como a sua teoria da relatividade veio a generalizar a teoria da gravidade de Newton, ele estava convicto de que uma teoria mais profunda tomaria conta das incertezas quânticas. Muita gente procurou (e procura) por essa teoria, até agora sem sucesso.

De fato, experimentos demonstram que a teoria quântica tal qual a conhecemos hoje é mesmo muito eficiente. Por outro lado, existem ainda muitos mistérios em sistemas quânticos. Mas acho difícil que as incertezas desapareçam. Melhor que seja assim, para mantermos nossa humildade perante a natureza.

Carecas suadas

Buracos negros são menos negros do que se imagina

Talvez nenhum objeto no Universo seja mais enigmático do que os buracos negros. Mesmo Einstein, cuja teoria da relatividade geral prevê a sua existência, não acreditava que eles fossem possíveis. Pudera. No coração dos buracos negros as leis da física deixam de fazer sentido, algo que nenhum físico gosta de contemplar. Na verdade, não são as leis da física que deixam de valer, apenas aquelas reservadas à descrição dos fenômenos clássicos, leia-se familiares de nosso dia-a-dia: no centro de um buraco negro, a física do muito pequeno, a mecânica quântica, tem papel fundamental. E, como mostrou o físico Stephen Hawking, fora dele também.

Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, a matéria encurva o espaço à sua volta e afeta também a passagem do tempo. Quanto maior a concentração de matéria, maior o seu efeito na curvatura do espaço e no fluir das horas. Esses efeitos, embora sempre presentes, se fazem relevantes apenas em casos extremos. Mesmo um planeta como a Terra exerce apenas uma pequena influência sobre o espaço e o tempo.

Mas, com as estrelas, os efeitos já são mensuráveis. Uma das primeiras confirmações da teoria de Einstein foi obtida medindo a deflexão da luz proveniente de estrelas distantes ao passar perto do Sol. Aliás, as medidas foram obtidas em Sobral, no Ceará, durante um eclipse total. Com os buracos negros, a luz não é apenas defletida; ela desaparece por inteiro. Se algo penetra no chamado horizonte de eventos, uma fronteira esférica em torno do buraco negro, jamais sai.

Dessa fronteira para dentro, o caminho é um só: em direção ao centro do buraco negro, ou "singularidade", um ponto onde a gravidade atinge um valor infinito e a estrutura do espaço e do tempo deixa de fazer sentido.

Buracos negros nascem quando estrelas morrem. Não qualquer estrela, mas estrelas bem pesadas, com massas maiores do que a do Sol. Quando as estrelas deixam de gerar calor e radiação, elas começam a implodir devido à própria gravidade. Em estrelas suficientemente pesadas, o processo continua indefinidamente, até que uma enorme quantidade de matéria fica aprisionada num volume mínimo. Por exemplo, para o Sol virar um buraco negro, teria de se contrair até uma esfera de 3 km de raio. Quando a estrela vira um buraco negro, muito de sua massa é ejetada para o espaço.

O resto é "tragado" pela singularidade, como água escoando por um ralo. A diferença é que não existe um cano levando a água para outro lugar. A menos que o buraco negro gire. Nesse caso, pode existir um "buraco de minhoca", uma espécie de garganta cósmica ligando dois pontos distantes do Universo. Tudo indica que é muito difícil manter essas passagens abertas.

Com o colapso da estrela, muita informação desaparece. Uma das questões interessantes da astrofísica moderna é o que ocorre com ela. Segundo as teorias atuais, os buracos negros são de certa forma objetos simples. Tudo o que precisamos para caracterizá-los é a sua massa e a sua rotação. Toda a complexidade da estrela some na singularidade e o que vemos fora do horizonte precisa de apenas dois números para ser descrito. Por isso, dizemos que os buracos negros "não têm cabelo". Hawking calculou que buracos negros são menos negros do que se imagina. Eles emitem radiação com potência inversa à sua massa.

Ou seja, buracos negros são carecas e suam, aos poucos perdendo a sua massa. Com isso, vão ficando cada vez menores, o que leva a uma importante questão: o que ocorre quando o horizonte "evapora" até a singularidade? Será que existem singularidades sem um horizonte à sua volta? Mas isso deixo para outra semana.

Beleza e verdade

Einstein defendia o belo como critério de verdade em teorias científicas

Em 1819, o poeta inglês John Keats, um dos expoentes do movimento romântico, escreveu: "a verdade é bela e a beleza, verdade. Isso é tudo o que precisas saber em vida; tudo o que precisas saber". (Perdoem-me pela tradução amadora.)

Apesar das várias críticas argumentando que essas linhas são inocentes e que até estragam o poema (como escreveu T. S. Eliot, outro grande poeta), a fama delas ultrapassa os comentários negativos. Tanto que viraram até nome de livro, como no caso da recente obra do matemático Ian Stewart, onde ele conta a história da busca por simetria (que ele equaciona com beleza) na matemática e na física teórica.

Historicamente, a matemática é extremamente eficiente na descrição dos fenômenos naturais. O prêmio Nobel Eugene Wigner escreveu sobre a "surpreendente eficácia da matemática na formulação das leis da física, algo que nem compreendemos nem merecemos". Toquei outro dia na questão de a matemática ser uma descoberta ou uma invenção humana.

Aqueles que defendem que ela seja uma descoberta creem que existem verdades universais e inalteráveis, independentes da criatividade humana. Nossa pesquisa simplesmente desvenda as leis e teoremas que estão por aí, existindo em algum meta-espaço das ideias, como dizia já Platão.
Nesse caso, uma civilização alienígena descobriria a mesma matemática, mesmo se a representasse com símbolos distintos. Se a matemática for uma descoberta, todas as inteligências cósmicas (se existirem) vão obter os mesmos resultados. Assim, ela seria uma língua universal e única. Os que creem que a matemática é inventada, como eu, argumentam que nosso cérebro é produto de milhões de anos de evolução em circunstâncias bem particulares, que definiram o progresso da vida no nosso planeta.

Conexões entre a realidade que percebemos e abstrações geométricas e algébricas são resultado de como vemos e interpretamos o mundo.

Em outras palavras, a matemática humana é produto da nossa história evolutiva. Claro, civilizações que se desenvolverem em situações semelhantes (na superfície de um planeta rochoso com muita água e vegetação, sob um sol irradiando principalmente na porção visível do espectro eletromagnético etc.) poderão obter uma matemática semelhante: a matemática reflete as mentes que a criam.

Mas qual a relação da matemática com a beleza? Matemáticos e físicos atribuem beleza à teoremas e teorias, criando uma estética da "verdade". Os mais belos são aqueles que conseguem explicar muito com pouco.

Quando possível, os teoremas e teorias mais belos são também os mais simples; dadas duas ou mais explicações para o mesmo fenômeno, vence a mais simples. Esse critério é conhecido como a "lâmina de Ockham", atribuído a William de Ockham, um teólogo inglês do século 14.

Einstein, dentre outros, era um defensor da beleza como critério de verdade em teorias científicas: uma teoria tem que ser bela para estar correta. E, sem dúvida, muitas dela são, ao menos de acordo com critérios de elegância e simplicidade na matemática.

Para os que creem na matemática como linguagem universal, essa estética leva à existência de uma única verdade. Acho isso preocupante, pois me soa como ecos de um monoteísmo judaico-cristão, uma infiltração religiosa, mesmo que sutil e metafórica, nas ciências. Melhor é defender a matemática e a beleza como nossa invenção. Criamos uma linguagem para descrever o mundo, que não podemos deixar de achar bela.

À memória de meu pai, Izaac Gleiser (nascido em 31 de maio de 1927)

O peso da alma

Para a surpresa do bom doutor, a balança acusou 21,3 gramas

Caro leitor: após o assunto de extrema seriedade que tratamos na semana passada -o novo governo de Obama e as mudanças positivas que esperamos nos EUA e, quem sabe, no Brasil- gostaria de voltar a minha e a sua atenção para assuntos mais imponderáveis.

Eis que, essa semana, quando pesquisava material para o meu novo livro (que deverá sair no ano que vem), deparei-me com uma matéria deliciosa que imagino seja do interesse de todos os leitores: o peso da alma.

Pois é, a alma tem ou não um peso?

Claro está, como não estabelecemos contato com uma alma livre ou, se estabelecemos, a pergunta de cunho científico sempre fica deixada para trás perante às de cunho emocional, não temos ainda uma resposta universalmente aceita.

Devo dizer, para maior esclarecimento, que nem todas as religiões acreditam em alma. As que acreditam dificilmente atribuiriam à alma propriedades materiais, como o peso ou um campo eletromagnético. Por outro lado, visto que nós humanos podemos apenas medir aquilo que é material, ficamos limitados a esse tipo de estratégia mais metodológica. Na pior das hipóteses, se obtivermos resultados negativos, confirmaremos mais uma vez nossa incapacidade de mergulharmos nos mistérios mais profundos da existência de forma racional. Que ingênuos aqueles cientistas que acham que poderia ser diferente!

No dia 11 de Março de 1907, leitores do prestigioso jornal americano "The New York Times", depararam-se com a manchete: "Médico acredita que a alma tem peso". O doutor Duncan MacDougall, de Haverhill (EUA), conjecturou que, se a alma fosse material teria uma massa. Para provar a sua hipótese, equipou seis leitos com balanças de boa precisão e ocupou-os com pacientes que estavam à beira da morte. Seguiu-se um período de observação, durante o qual o doutor esperou pela morte de seus pacientes. Cuidadoso, certificou-se de que a perda de peso medida já antes da morte era devida aos fluidos eliminados pelos pacientes pelo suor ou urina; após a sua evaporação, as balanças acusavam uma pequena perda de peso.

Um deles morreu após três horas e quarenta minutos. Para a surpresa do bom doutor, em alguns segundos, a balança acusou uma perda de 21,3 gramas. Seria esse o peso da alma, 21 gramas? Dos seis testes, dois tiveram que ser eliminados devido a erros nas balanças: num deles, a balança não havia sido calibrada corretamente; o outro morreu tão rápido que o médico não teve tempo de calibrá-la.

Dos outros três, dois indicaram uma perda de peso que continuou durante um bom tempo, e o último indicou uma perda de peso que depois reverteu ao normal. O doutor especulou que a partida da alma depende do temperamento da pessoa: as almas daquelas mais lentas demoram mais para abandonar o corpo.

O doutor repetiu o experimento com quinze desafortunados cachorros, não encontrando qualquer diferença no momento da morte. O resultado não o surpreendeu. Pelo contrário, serviu de apoio à sua conclusão.

Afinal, cachorros não têm almas.

Quatro anos mais tarde, o doutor MacDougall voltou às manchetes do "The New York Times". Desta vez, pretendia fotografar a alma usando o recém-descoberto raio-X. Resultados negativos foram atribuídos à agitação da substância animista no momento da morte. De qualquer forma, o doutor afirmou ter visto "a alma de doze pacientes emitir uma luz semelhante àquela vista no éter interestelar".

Pobre doutor. Provavelmente não sabia que em 1905 um jovem físico alemão de nome Albert Einstein havia demonstrado que o éter não existe.

Celebrando (o estudo d)a vida

Antes da teoria da evolução, não se podia explicar a diversidade

No início do ano, escrevi sobre a festa dos céus, o Ano Internacional da Astronomia, que será celebrado durante 2009 pelo mundo afora. Só o congresso da União Internacional da Astronomia reunirá cerca de 6 mil astrônomos no Rio em agosto. Mas essa não é a única festa da ciência neste ano. A biologia também tem muito o que celebrar. Este é o ano do bicentenário do nascimento de Charles Darwin e o 150 anos da publicação de seu livro revolucionário "A Origem das Espécies", onde o naturalista elaborou os princípios de sua teoria da evolução das espécies.

Poucos nomes na história da ciência são tão celebrados quanto Darwin. O que Galileu, Newton e Einstein representam para a física, Dalton e Lavoisier para a química, Darwin representa para a biologia. Antes dele, não haviam explicações plausíveis para a incrível diversidade da vida que vemos na natureza, de micróbios unicelulares, plantas e peixes aos insetos, aves e mamíferos. No mundo ocidental, a explicação aceita era bíblica: Deus criou a vegetação no terceiro dia, os peixes e as aves no quinto, e os animais terrestres e o homem no sexto. Mesmo que fósseis de animais estranhos (leia-se dinossauros e mamíferos terrestres agigantados) fossem conhecidos, o argumento para a sua ausência invocava o Dilúvio e a Arca de Noé. Pelo jeito, os monstros não foram bem recebidos no grande barco. Talvez alguns teólogos oferecessem razões mais sofisticadas, mas essa era a opinião de muitos.

De todas as suas características, as que Darwin mais celebrava eram a meticulosidade e a capacidade de perceber detalhes quando outros não os viam. Quando jovem, atravessou o mundo no navio Beagle, colhendo espécies diversas da flora, passando horas observando o comportamento da fauna local, colecionando fatos e anotações. Ficou muito impressionado com a beleza do Brasil.

Sua curiosidade pela riqueza com que a vida se manifestava à sua volta e a paixão pelo conhecimento davam-lhe a infinita paciência necessária para observar as menores variações dentre espécies de acordo com o ambiente e o clima, a importância da geologia na determinação das espécies de uma região, a complexa relação entre a flora e a fauna.

Profundamente influenciado pelo geólogo Charles Lyell, que considerava seu mentor, Darwin aos poucos percebeu que tal riqueza nas espécies só poderia ser possível se pequenas variações ocorressem ao longo de enormes intervalos de tempo. A filosofia de Lyell pregava que as rochas terrestres representam a sua longa história, registrando nas suas propriedades as várias transformações que sofreram ao longo dos milênios. Os mesmo processos que sofreram no passado continuam ativos no presente. A partir de suas meticulosas observações, Darwin concluiu que algo semelhante ocorria com os seres vivos; eles também sofriam pequenas modificações ao longo do tempo.

As que facilitavam a sua sobrevivência seriam passadas de prole em prole mais eficientemente, enquanto que aquelas que dificultavam a sobrevivência dos animais seriam aos poucos eliminadas. Com isso, após muitas gerações, a espécie como um todo se alteraria, tornando-se gradualmente distinta de seus ancestrais. A funcionalidade dos bicos de certos pássaros, por exemplo, ilustra bem a adaptabilidade de acordo com o ambiente.

Esse processo de seleção natural forneceu, pela primeira vez na história, um mecanismo racional capaz de explicar a multiplicidade da vida e a sua ligação com o passado. O legado de Darwin é, antes de mais nada, uma celebração da liberdade que nos é acessível quando nos dispomos a refletir sobre o mundo em que vivemos.

Decifrando a "mente de Deus"

Por que sempre buscamos ver a natureza em ordem?

Somos amantes da regularidade.

O que foge aos padrões da normalidade, o comportamento irregular, inesperado, incontrolável, é sempre visto com censura ou mesmo com medo. Isso é tanto verdade na sociedade quanto na natureza.

Quando os primeiros humanos olharam na direção dos céus, perceberam que existiam dois tipos de fenômenos. Os que se repetiam regularmente, como o ciclo das estações do ano, e os inesperados, como o aparecimento de cometas.

Reconhecer esses padrões regulares se fez necessário para a nossa sobrevivência como espécie. Se um caçador na floresta via algo que fugia ao normal, logo ficava alerta. Podia ser um predador, um inimigo ou, com sorte, comida. Evoluímos com a capacidade mental de reconhecer padrões.

A matemática nada mais é do que a linguagem que criamos para descrever esses padrões. Na geometria, descrevemos os padrões espaciais, as formas da natureza e as suas simetrias.

Na aritmética e na álgebra, lidamos com padrões entre números e suas relações. Quando Pitágoras criou sua seita no sul da Itália, em torno de 600 a.C., seu objetivo místico-filosófico era a compreensão dos padrões da natureza através da matemática.

Para os pitagóricos, tudo era número. A essência do conhecimento começava com a matemática e terminava na descrição da mente do "criador" -da sua criação- como um elaborado mosaico de padrões. O filósofo era quem se dedicava a esses estudos, uma espécie de matemático-sacerdote. É natural supor que, com o desenvolvimento da ciência, essas idéias tenham caído em desuso.

Afinal, nenhum matemático ou físico moderno -ou quase nenhum- se diz um místico em busca de desvendar os segredos matemáticos da mente de Deus. Porém, é talvez surpreendente o quanto essa metáfora ainda é usada, o "desvendar a mente de Deus" como sendo o objetivo final da ciência. Um exemplo recente é o de Stephen Hawking em seu livro "Uma Breve História da Tempo". Como o dele, existem vários outros. Por que isso?

A história é longa demais para uma coluna (estou escrevendo um livro sobre o assunto), mas podemos começar a partir de Kepler. No início de século XVII, ele tentou criar um modelo geométrico do cosmo usando os cinco sólidos platônicos (o cubo e a pirâmide são dois deles).

A idéia, meio genial e meio louca, era realizar o sonho pitagórico, obter o padrão geométrico da criação. Pulando para Einstein, sua teoria da relatividade foi o próximo grande passo.
Claro, o modelo de Kepler estava errado e a teoria de Einstein funciona muito bem.

Einstein, influenciado por Spinoza que, por sua vez, foi influenciado por Platão que, por sua vez, foi influenciado por Pitágoras, queria obter uma descrição geométrica do mundo, que ele atribuía à uma inteligência abstrata. Não o Deus judaico-cristão, com certeza. Mas a racionalidade que via manifesta nos padrões do mundo à nossa volta.

Einstein passou as últimas duas décadas de sua vida buscando por uma teoria unificada das forças gravitacional e eletromagnética.

Para ele, essa unificação era inevitável, a expressão mais cristalina da inteligência da natureza. Einstein falhou em sua empreitada, mas outros continuam buscando por essa unificação geométrica, a versão científica da "mente de Deus".

A falta de resultados experimentais indicando a direção certa dificulta muito as coisas. Ou, talvez a natureza esteja tentando nos dizer algo: a ordem que tanto buscamos nela é, na verdade, a ordem que buscamos em nossas vidas.

A origem do tempo

No universo quântico, intervalos temporais não têm sentido

Continuando nossa exploração do tempo, nesta semana toco na questão de sua origem. Como começou o tempo? Santo Agostinho tinha duas respostas para quem lhe perguntava o que Deus estava fazendo antes de criar o mundo.

"Estava criando o Inferno para pôr os chatos que fazem esse tipo de pergunta" era uma delas. (Parece que ele não levava essa muito a sério.) A outra resposta, bem interessante, é que "o tempo surgiu com a Criação". Ou seja, antes de o mundo existir o tempo também não existia. Em linguagem mais moderna, revertemos a questão ao modelo do Big Bang, que diz que o Universo teve sua origem há aproximadamente 14 bilhões de anos.

Quando afirmamos isso, implicitamente supomos que o tempo, como o conhecemos, começou a passar a partir do Big Bang, o evento que marca a origem cósmica. A pergunta clássica que tantos fazem é: "E antes do Big Bang? O que estava acontecendo?" Perfeitamente natural a pergunta.

Afinal, estamos acostumados com o fluir do tempo, com o passado, o presente e o futuro. Se o Big Bang marca a origem do cosmo, ele marca também a origem do tempo. Segundo a teoria da relatividade de Einstein, que descreve as propriedades do tempo e do espaço, devemos pensar em termos de um espaço-tempo, uma entidade que engloba tanto o tempo quanto o espaço. Um não existe sem o outro. Então, se o Big Bang marca a origem do espaço, marca também a origem do tempo. Ou melhor, a origem do espaço-tempo.

Apenas a partir desse conceito podemos definir distâncias entre dois pontos ou intervalos de tempo entre dois eventos. Por que isso?

Essencialmente, a teoria de Einstein deixa de fazer sentido quando nos aproximamos do momento inicial, o t = 0 (tempo igual a zero.) Aí os cálculos dão resultados absurdos. Isso ocorre porque a teoria, como qualquer teoria em física, tem seu limite de validade. Aplicá-la além desse limite gera erros.

Chamamos a teoria de Einstein de teoria clássica. Isso a diferencia de uma teoria quântica, ideal para tratar de estruturas atômicas ou subatômicas. Perto do Big Bang, as distâncias cósmicas eram subatômicas: o Universo, como um todo, tem de ser descrito pela teoria quântica.

Mas o que vem a ser um Universo quântico? Segundo a teoria quântica, estruturas de dimensões subatômicas estão sempre vibrando, como se tivessem um desconforto. Essas vibrações são descritas pelo celebrado princípio de incerteza de Heisenberg, que diz ser impossível medir simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula, como um elétron, com precisão arbitrariamente alta. Há um limite no que podemos saber sobre essas quantidades. Essa limitação de deve à agitação inerente ao mundo quântico.

É inescapável, propriedade da Natureza. Traduzindo isso para o nosso Universo, quando chegamos perto do início, as distâncias espaciais são tão pequenas que o Universo assume dimensões atômicas. Portanto, deve ser descrito pela teoria quântica. Mesmo que não tenhamos ainda uma teoria quântica do espaço-tempo, sabemos que é inevitável que o próprio espaço-tempo flutue violentamente devido à incerteza quântica, como se fosse uma cama elástica enlouquecida. Distâncias espaciais e intervalos de tempo deixam de fazer sentido. Não existe perto e longe, antes e depois.

Nesse mundo, digno de um conto de Jorge Luís Borges, passado e futuro não existem. Todos os instantes coexistem; o próprio tempo pode ir para a frente ou para trás. De repente, dessas flutuações espaço-temporais, surge uma grande o suficiente para ser descrita pela teoria de Einstein. A partir daí, o tempo começa a passar alegremente, marcando a origem de tudo.

Um pouco mais sobre o tempo

Existimos numa espécie de cama elástica, o espaço-tempo

Na semana passada, escrevi sobre o tempo, essa misteriosa entidade que tanto define nossas vidas. Expliquei que existiam essencialmente dois tipos de tempo, ou duas percepções dele. Na newtoniana, que é a do nosso dia-a-dia, o tempo passa sempre no mesmo ritmo, inexoravelmente, feito um rio. Sua passagem é independente da nossa percepção dela, absoluta e universal.

Na relativística, as coisas são bem diferentes. A passagem do tempo depende de quem o está medindo. Mais precisamente, do estado de movimento do observador. Dois observadores munidos dos mesmos relógios, um em movimento e outro parado na calçada, discordam se duas bolas de basquete batem no chão ao mesmo tempo. Fenômenos que são simultâneos para um observador não são para o outro. A simultaneidade é relativa.

Essa relatividade do tempo confunde muita gente. O que ela afeta de fato? Os mecanismos dos relógios? Relógios em movimento batem mais devagar, diz a teoria de Einstein. Será que o coração do observador em movimento também bate mais devagar segundo o observador parado?

Para esclarecer um pouco as coisas, é necessário entender que a teoria da relatividade é uma teoria sobre a estrutura do espaço e do tempo, e não sobre mecanismos de relógios ou sobre a fisiologia cardíaca. Ao contrário do que ocorre com a física newtoniana, na relatividade o espaço e o tempo agem conjuntamente: o tempo passa a ser uma dimensão onde medimos "distâncias" e não segundos. O presente é a origem. Pontos no passado e futuro ficam a uma certa distância dele.

A grande inovação da teoria da relatividade foi tornar a velocidade da luz a velocidade limite na natureza. Nada pode viajar mais rápido do que ela. É ela que determina a velocidade com que a informação é trocada entre observadores e que limita a percepção de cada um dos observadores quando se deparam com um fenômeno. Além disso, a velocidade da luz é sempre a mesma, não importa se sua fonte está ou não se movendo. Ela é um absoluto da teoria. Ninguém sabe por que, mas ela é assim. Isso a torna muito peculiar. Todos os efeitos "estranhos" da relatividade, como a dilatação temporal, são conseqüência dessa propriedade da luz.

Como traduzir isso tudo? Segundo a relatividade, existimos numa espécie de cama elástica, o espaço-tempo. Não é o mecanismo do relógio nem as batidas do coração que são alterados, mas a própria estrutura do tempo e do espaço. Imagine uma rua reta numa cidade, com um lampião a cada esquina. Cada lampião pisca com uma freqüência, digamos a cada segundo para quem está em pé ao lado. Agora imagine que você passa muito rápido por essa rua. Você vê os lampiões se aproximarem uns dos outros como se a rua fosse feita de material elástico.

Já a luz demora mais de um segundo para piscar. Quanto mais rápido você passar, mais os lampiões se aproximam e maior o intervalo entre duas piscadas. O que Einstein mostrou foi que essas contorções são conseqüência da luz e das suas peculiaridades. E do movimento relativo entre o observador e o observado. Nossa percepção da realidade com o tempo e o espaço rígidos é uma ilusão, produto de nossas baixíssimas velocidades quando comparadas com a da luz. Se pudéssemos viajar mais rápido, veríamos tudo diferente. Somos míopes por sermos lentos. Não são relógios ou corações que batem mais devagar. É o próprio fluir do tempo que muda, em sua estrutura mais íntima.

Relógios e corações seguem o fluxo desse tempo elástico, como se viajassem num rio cheio de correntes, ora mais rápidas, ora mais lentas.

Sobre o tempo

Sementes brotam, flores desabrocham e caem pelo chão

Volta e meia leitores me escrevem pedindo que aborde determinados tópicos. Dentre eles, o tempo é, sem a menor dúvida, um dos mais populares.

Que o significado do tempo -filosófico, científico, existencial- exerça um fascínio não é muito surpreendente. Afinal, o tempo está intimamente ligado com a preocupação mais profunda e inquietante da humanidade, a nossa mortalidade.

A consciência que temos de que nosso tempo de vida é finito está por trás de muitos dos anseios que nos afligem. Não é à toa que muitas religiões tentam, de alguma forma, driblar a morte, propondo existências alternativas, seja no paraíso (ou inferno), seja por meio da imortalidade da alma, que reencarna ciclicamente, ou mesmo por meio da aceitação da morte como uma conseqüência inevitável da vida, algo que deveríamos abraçar e não lutar contra.

Apesar de a ciência não oferecer uma resposta de ordem existencial ou teológica, ao menos oferece uma definição concreta do que seja o tempo. A escolha do que fazer com ela, claro, pertence ao indivíduo, embora eu espere que alternativas sobrenaturais não sejam levadas muito a sério.

Existem duas noções de tempo. A newtoniana assume que o tempo flui inexoravelmente, sempre no mesmo ritmo para todo o mundo, do passado ao futuro. É a tal noção do tempo como um rio. Esse é o tempo que percebemos pelas mudanças à nossa volta, uma ferramenta criada para quantificar as transformações da natureza. Sementes brotam, flores desabrocham e caem pelo chão. Nós também. Ao tempo newtoniano, juntamos as leis da termodinâmica, que mostram que a tendência dos sistemas naturais é equalizar diferenças, é evoluir na direção do equilíbrio.

A vida é um sistema fora do equilíbrio, que precisa estar em permanente contato com o ambiente externo, com fontes de energia, para permanecer viável; se não comemos e excretamos, morremos. Claro, a determinação do zero do tempo, quando começamos a marcar datas, ou de quão rápido o tempo passa é arbitrária.

Nós adotamos um sistema baseado no número 60: dividimos a hora em 60 minutos e o minuto em 60 segundos. Como nas medidas de temperatura, em graus Celsius ou Fahrenheit, poderíamos ter inventado um sistema completamente diferente para marcar a passagem do tempo. Mas o tempo passa da mesma forma. A outra noção de tempo, a relativística, vai além da noção newtoniana, mostrando que a passagem do tempo, o quão rápido ele flui, depende de quem o está medindo.

Duas pessoas, uma na calçada e outra num carro, têm relógios idênticos, que foram ajustados quando o carro estava em repouso. Quando o carro passa pela pessoa na calçada, ela olha para o relógio dentro dele e percebe que o intervalo entre um tique e um toque é mais longo: o tempo passa mais devagar para relógios em movimento. Essa é a famosa dilatação temporal da teoria da relatividade especial de Einstein, de 1905. O tempo é plástico, maleável, dependente de movimentos relativos. Contrariamente à nossa intuição newtoniana, não existe um tempo absoluto.

Em 1915, Einstein foi além, mostrando que a gravidade também afeta a passagem do tempo; quanto maior for a atração gravitacional num local, mais devagar o tempo passa ali: um relógio na superfície do Sol (se funcionasse) bateria mais devagar. Num buraco negro, ele pararia! Esses efeitos mudaram de forma profunda nossa concepção do tempo, algo que abordaremos em breve. Infelizmente, para nós, ele continua a passar, inexoravelmente feito um rio.