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.
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